PUENTE SOBRE EL CANAL DE CHACAOSantiago, 28 de mayo de 2012 Tomás Guendelman Bedrack I.E.C. Ingeniería S.A. Presidente 1 Bentos OVE & ARUP. Análisis de los seguros que se incorporan al proyecto MBIA. Anton Petersen M.H.Sc.A.Sc (Hidráulica) Instituto Danés de Hidráulica (D. del grupo Arcadis (Estudio de Impacto Ambiental) Instituto Nacional de Hidráulica Chile (INH) – Revisión de los Estudios e Investigaciones Marítimas DICTUC – Revisión de los aspectos de Ingeniería Geotécnica IEC INGENIERIA S.) Instituto Marítimo Danés (D. Concluye el documento con una serie de sugerencias para la fase de proyecto final.d) Rodolfo Saragoni Ph. Revisión proyecto COWI GEOTECNICA Consultores S.A. Sc (Director) Pedro Ortigosa M. D (Vientos) Ole Jansen M. PROFESIONALES PARTICIPANTES EN EL PROYECTO Estudio Principal INGENIERIA 4 (I4)-COWI (Director del Proyecto Oscar Unanue Ph. Geovenor. Bases de Licitación ( Ingeniería – Concesión). seguros financieros AAA 2 .I. – Asesoría Estructural y Sísmica.) IDIEM.ALCANCES Se resumen en este documento las conclusiones más importantes que se alcanzaron en la acción de IEC. como Asesor Estructural y Sísmico de la Coordinación General de Concesiones. (MIT) Torben Forsberg M. Tomás Guendelman CIPRES Ingenier ía Ltda. Clasificación de Riesgo para el financiamiento AON RISK Services S.A.M. STEER DAVIES GLEAVE Ingeniería de Tránsito FELLER RATE.d (UCLA).Sc (Estructural) Allan Larsen Ph..I. para el anteproyecto estructural del Puente sobre el Canal de Chacao. con sus correspondientes espectros de respuesta. Con estos antecedentes determinaron las características de estos terremotos: Terremoto de Servicio: o aceleración horizontal máxima esperada = 0. A través de un análisis determinístico.CARACTERIZACION DE LOS MOVIMIENTOS SISMICOS FUERTES 1. profundidad focal H=30 Km. 3 .39g o velocidad máxima = 22 cm/seg Terremoto de Colapso: o aceleración horizontal máxima esperada = 0. profundidad focal H=30 Km. 2. ubicación epicentral directamente sobre la fosa (D=160 Km). Terremoto de Colapso: magnitud Ms=9. ubicación epicentral inmediatamente costa afuera (D=40 Km).5.. I4-COWI fijaron los parámetros de los terremotos de diseño: Terremoto de Servicio: magnitud Ms=8. Estas características son consistentes con las registradas en otras zonas de Chile y permiten determinar acelerogramas artificiales adecuados para las condiciones de servicio y colapso.0.67g o velocidad máxima = 22 cm/seg 3.. 2. Para la condición de servicio el diseño será elástico con R=1.5 3 3.6 0. se estimaron espectros de respuesta sísmica para la condición de servicio y colapso.5 9 9.2 0 0 0.5 1 1.5 5 T [s] 5. correspondientes a un 2% y a un 5% de amortiguamiento. se definen 2 niveles de desempeño.5 10 4 .5 4 4. con sus espectros asociados: Safety Evaluation Event Spectra (SEE) Se utiliza para fines de diseño elástico. 3.5 2 2. y para la condición de colapso se deberá considerar R=2.5 7 7.5 8 8. donde R es el Factor de Modificación de la Respuesta Estructural. En conformidad a lo señalado.8 Acceleration [g] 0. Estos espectros corresponden a los utilizados por I4-COWI en los análisis de Push-over.4 0.ESPECTROS DE RESPUESTA 1.5 6 6.2 1 0. En conformidad al Documento Bases de Consultoría. 1. 20 0.00 8.20 1.00 4.80 1.00 3.60 1.00 7. Este espectro amplifica por 2.Extreme Event Check Spectra (EEC): Se utiliza para medir la capacidad de la torre frente a demandas elevadas de desplazamiento sísmico.00 6.00 9.60 0.00 2. 1.00 5 .00 T[s] 5.40 1.00 0.40 0.80 0.00 Se [g] 0.00 1.5 el PGA (Peak Ground Acceleration). caso muy improbable) M 1 : 1500 X * 0. roca de buena calidad) B: 42 metros (intermedia.00 0.00 50.816 Y * 0.00 150. 4.00 -150.816 Z * 0.00 100. en profundidades dependientes X Y de Zla calidad de la roca.00 -50.00 50.00 0. Fundaciones: Recomendación de especialistas sísmicos y geotécnicos (para prediseño) -200. Alternativas de profundidad de pilotes: A: 25 metros (superficial.ROCA REMOLINOS Revisión del estudio de factibilidad realizado por I4-COWI Modelo estructural de la torre central Estructura de hormigón armado con armaduras estimadas en 2% de la sección bruta.00 150. Los pedestales reciben a las 4 piernas de la torre a nivel superior de agua. 3.00 -100.00 1.816 5. Recomendación: Caso B.00 200. 6 -50.00 100. Hincar pilotes de 3 metros de diámetro en la Roca Remolinos. roca y arena) C: 60 metros (profunda. 2. Grupos de 8 pilotes se concurren en su extremo superior a gruesos pedestales de hormigón armado que se conectan entre sí mediante vigas horizontales de amarre.00 m . estimadas en 2% de las secciones brutas correspondientes. lo que requiere incrementar las armaduras. 2.8828 1. RESULTADOS OBTENIDOS POR I4-COWI 1. 2. especialmente en el caso de las vigas transversales cruzadas. los esfuerzos son generalmente mayores que las capacidades de resistencia seccionales.711 2.5754 0. permiten concluir que el modelo considerado por I4-COWI. LONGIT. la estructura es es sísmicamente competente. Para el espectro EEC. LONGIT.7171 0.7522 2. TRANSV.893 1.ANÁLISIS DINÁMICO DE LA TORRE CENTRAL Se realiza el análisis con los espectros SEE y EEC.9414 1. son razonables y validan este tipo de estructuración en forma de A. fija o libre (infraestructura conformada por pilotes y fundación).6622 0. SENTIDO PERIODO (s) COWI PERIODOS (s) IEC FUNDACION FIJA FUNDACION LIBRE TRANSV. La comparación de los principales períodos traslacionales de vibración y sus respectivas masas equivalentes.6620 0.591 0. Conclusión del análisis: resultados satisfactorios. Para el espectro SEE. 7 . RESULTADOS DE LA REVISION SISMICA DE IEC 1. para la torre central empotrada en una fundación.7391 2.577 0. se utiliza el procedimiento CAPACIDAD-DEMANDA. Sd Sa g Sa 2 y T 2 Sd 8 . La CAPACIDAD se determina mediante el procedimiento denominado push-over a V g Mg V La DEMANDA se determina a partir de los espectros de respuesta del sismo Sa g T T pero.historia. que consiste en una alternativa estática equivalente de un análisis formal tiempo. Fundamentos del procedimiento: Igualdad de la CAPACIDAD (Oferta resistente de la Estructura) con la DEMANDA (resistencia que exige el sismo).ANALISIS NO LINEAL TORRE CENTRAL En esta etapa. 10 Sd (m) Figura N°5: Diagrama de Capacidad-Demanda 9 .5 demanda u= 3 Sa (g) 0.6 0.2 0.0 0.0 0.00 Punto de Desempeño capacidad demanda u= 1 demanda u= 1.4 0.Representación gráfica del procedimiento Capacidad-Demanda: 1.8 0.2 1.05 0. 05 0.15 0.002 1.2 Sa/g 1 0.2% Nivel No.35 0.005 1.45 0.REVISION DEL ANALISIS CAPACIDAD-DEMANDA TORRE CENTRAL Niveles de desempeño: Nivel No. 10 .4 0.1 0.15 0.45 0. para sismo SEE : (d/H)max = 0.Sentido Transversal Punto de Desempeño para Nivel Nº 1 : D/H . 2: desempeño seguro.5 Sa/g-Elastico Sa/g-Inelastico a/g-Capacidad Desplazamientos en los puntos de desempeño menores que respectivos (d/H)max . Anteproyecto estructural satisface requerimientos de seguridad sísmica. para sismo EEC: (d/H)max = 0.05 0.3 0.5% Pila central Canal de Chacao .6 0.1 0.2 1 0.35 0.8 Sa/g 0.Sentido Transversal Punto de Desempeño para Nivel Nº 2 : D/H .2 0. 1: requerimiento de desempeño elástico.max = 0.4 1.25 Sd 0.5 Sa/g-Elastico Sa/g-Inelastico a/g-Capacidad Pila central Canal de Chacao .6 1.2 0 0 0.4 0.3 0.8 0.2 0.4 0. Importante reducción de esfuerzos debido al comportamiento no lineal de la estructura.2 0 0 0.25 Sd 0.max = 0.4 0.6 0.8 1. 3. USA).PRINCIPALES REQUISITOS DE DESEMPEÑO PARA EL PUENTE 1. Período fundamental de vibración del tablero alejado del de la torre central. 2. Lo propio con respecto a viento (caso puente Tacoma. Disipación de energía que reduzca la duración y magnitud de las vibraciones. 4. vo yo t(seg) 11 . Capacidad resistente local y global con adecuados márgenes de seguridad. En este caso. 5%. El amortiguamiento intrínseco de una estructura se debe a disipación por aumento de temperatura o por daño. Cabe recordar que para el sismo de servicio se admitió un 2% de amortiguamiento y para el de colapso. En el caso del puente Tacoma. 2. lo que origina una satisfactoria lejanía entre períodos. El prediseño estructural satisface los requisitos relativos a resistencia. En este caso. ese valor es muy bajo. Este último toma en consideración disipación propia. probablemente aisladores y amortiguadores de tipo viscoso. 4. 6.Resultados: 1. el período torsional del tablero coincidió con el de la ráfaga de viento que ocasionó su colapso (5 segundos). y de los de las ráfagas estimadas para la zona de emplazamiento. 12 . 5. lo que hace necesario incorporar dispositivos de disipación. En la etapa de diseño final. solamente. Los valores resultantes del análisis muestran que el período traslacional del tablero es entre 5 y 8 veces mayor que el período traslacional de la torre central. el período fundamental del tablero está comprendido entre 12 y 18 segundos. deberá exigirse que los períodos traslacionales y torsionales del tablero se alejen entre sí. 3. lo que puede condicionar la profundidad de hincado.Canal de Chacao (FGA).FACTIBILIDAD TECNICA DE LAS FUNDACIONES DE LA TORRE CENTRAL 1. 2. pero a su alrededor existen fuertes corrientes marinas. causantes de fuertes erosiones. Los especialistas geotécnicos y sísmicos han señalado que no existe duda acerca de la factibilidad de fundar sobre la Roca Remolinos. que indudablemente es resistente a las descargas esperadas. con velocidades que superan los 10 nudos. I4-COWI supone que la alternativa B (42metros) constituye la base de su estudio. importante en la capacidad de soporte. Estos aspectos deberán ser debidamente considerados en el diseño final. produciendo eventualmente alteraciones en la propagación de las ondas sísmicas. pero lo ya mencionado respecto a la erosión. cuya traza pasa por ambos lados de la Roca Remolinos. indudablemente introduce una discontinuidad en los suelos bajo la Torre Central respecto de aquellos bajo la Torre en la Isla de Chiloé. puede igualmente descartar la alternativa B. La existencia de la Falla Golfo de Ancud . 13 . haciendo necesario emplear fundaciones profundas (60 metros o más). 4. 3.cuaternario cementado y compactado. La Roca Remolinos es un suelo terciario . Coincidimos en descartar la alternativa A (25 metros). Este aspecto debe ser considerado en la etapa de diseño final. La erosión. Sin embargo se sugiere que en el proyecto final se analicen otras fuentes sísmicas que pudieran generar espectros de mayores ordenadas para períodos entre 2 y 3 segundos. Considerando lo señalado en el Documento ATC-32-1: Improved Seismic Design Criteria for California Bridges.SUGERENCIA DE ESTUDIOS COMPLEMENTARIOS 1. se deberían realizar los siguiente estudios: Geología de campo o métodos geofísicos para mapear la Falla. El punto 3. puede hacer necesario emplear fundaciones profundas (60 metros o más). Al respecto. Más aun. se puede señalar que una de las más importantes decisiones para el diseño sísmico consiste en seleccionar un terremoto de diseño que represente adecuadamente el movimiento esperado del suelo en la ubicación real de la estructura.12. documentar la magnitud máxima del terremoto superficial de colapso. 2. podrán ser considerados en el diseño. en conjunto con amortiguadores viscosos. Señala que los aisladores sísmicos. Espectros de diseño de las Torres: Los espectros propuestos para el diseño son adecuados.4 de las Bases de Consultoría se refiere a elementos disipadores de energía. en los que se sitúan las torres del Puente. en su defecto. que aportan las ondas superficiales. Estudios Geológicos y Sismológicos: Para justificar el largo esperado de ruptura o. 14 . Análisis estadístico de otras fallas intraplacas. que resulte en el mayor potencial de daños. pues éstos podrían revelar antecedentes hasta ahora sólo estimados. identificar aquel movimiento que produce en la estructura una respuesta crítica. Estimación más precisa de las características y ubicación de la zona de ruptura de la Falla Golfo de Ancud.7. Sondajes en la Roca Remolinos: Sería recomendable que en la fase de Proyecto se realizaran sondajes. el diseñador debería estimar la amplitud y tiempo de atenuación de la respuesta sísmica transversal del tablero y el efecto del eventual empleo de los mencionados elementos disipadores de energía. es importante que estos registros incorporen adecuadamente los efectos cercanos a la falla y la energía suministrada por ondas de períodos altos. y en particular. Para todos los casos es fundamental el uso de acelerogramas que incorporen adecuadamente las características de las fuentes sísmicas y el camino de las ondas sísmicas. 3. la que de acuerdo a los resultados de los estudios de reflexión sísmica efectuados. que dependen de: o A: La máxima aceleración espectral de la roca base debido al terremoto máximo creíble. se estima que el efecto de la amplificación dinámica del suelo no resulta relevante. Amplificación Dinámica del Suelo Las especificaciones del Departamento de Transporte de California (Caltran 1986) utilizan el concepto de Terremoto Máximo Creíble (MCE) y definen la carga sísmica para puentes en una amplia variedad de condiciones del suelo.4. 15 . El espesor entre el sello de fundación y la Cancagua será de alrededor de 20 metros. Con estos antecedentes. las torres Norte y Central se fundarán directamente en la Unidad Cementada U-2: "Cancagua". corresponde a un suelo tipo Roca. en función de las curvas ARS. o R: Espectro elástico de aceleración de la roca. suavizado y normalizado para un 5% de amortiguamiento. La torre sur se fundará en la Unidad Granular U-1. corresponde a un suelo tipo Roca Blanda. en el rango de períodos que determinan el diseño del Puente. con un período de 0. que de acuerdo a los resultados de los estudios de reflexión sísmica. o S: Factor espectral de amplificación dinámica del suelo En el caso del Puente sobre el Canal de Chacao.11 segundos. El proyecto del Puente sobre el Canal de Chacao es técnicamente factible.CONCLUSIONES FINALES 1. 2. que los de tipo técnico-estructural. Este consultor no se pronuncia respecto de factores de índole económico-social. que puedan tener mayor importancia para la materialización de la obra. MUCHAS GRACIAS 16 .