Evaluación experimental de la capacidad de aislamiento sísmico de los apoyos convencionales de neopreno de un puente vehicular

Abstract

En este trabajo se estudia la capacidad de aislamiento sísmico de los apoyos convencionales de neopreno para puentes. Para ello, se realizaron distintas pruebas experimentales en un puente vehicular representativo de la mayoría de puentes en México. El nivel de capacidad de aislamiento de los apoyos se evaluó midiendo la reducción de la respuesta de la subestructura del puente, respecto a la de la superestructura. Los apoyos convencionales de neopreno son aquellos dispositivos que aun cuando no fueron diseñados como aisladores sísmicos, se comportan como tales debido a su configuración. En general, los apoyos convencionales de neopreno se diseñan para absorber las deformaciones de la superestructura de los puentes debidas a cambios de temperatura, fuerzas de frenado, contracción del concreto, etc. El puente en estudio está estructurado mediante trabes de concreto presforzado simplemente apoyadas sobre los apoyos de neopreno. Los apoyos de neopreno están formados por capas de neopreno de dureza Shore A 60, intercaladas con placas de acero adheridas mediante vulcanización. Las pruebas consistieron en excitar a la superestructura del puente, mediante un dispositivo denominado excitador de masas excéntricas. Este dispositivo fue capaz de generar una fuerza unidireccional (perpendicular al eje longitudinal del puente), a distintas amplitudes y frecuencias. Se realizaron distintas pruebas en las que se hizo variar la frecuencia y amplitud de la fuerza generada por el excitador. Dicha fuerza se transmitió a la subestructura del puente a través de los apoyos de neopreno. El puente se instrumentó con acelerómetros, los cuales se colocaron en la superestructura y la subestructura del puente analizado. El nivel de aislamiento de los apoyos de neopreno se evaluó, comparando los registros de aceleraciones que corresponden a la subestructura respecto a los que se obtuvieron en la superestructura. Se estudiaron tanto las aceleraciones máximas registradas durante la fase estable de la respuesta como, las intensidades de Arias correspondientes a la misma fase estable. De los resultados obtenidos, se observa que se tuvo una máxima disminución de la respuesta, de la subestructura respecto a la superestructura, cercana al 82% en promedio. En relación con las normas aplicables, la norma SCT (2001) establece una reducción de la respuesta del 75% (Q=4), mientras que la norma AASHTO (2014) establece una reducción que puede llegar a ser de hasta el 50%. En general, se observó que la mayoría de las disminuciones de la respuesta que se obtuvieron en las pruebas realizadas, estuvieron cercanas al valor propuesto en las normas SCT. Se calculó el amortiguamiento de los neoprenos por medio del método del decremento logarítmico, el cual resultó cercano al 4% del amortiguamiento crítico. De acuerdo con la norma AASHTO (2014), ésta establece que para sistemas de aislamiento con amortiguamiento menor al 5%, no se debe considerar ninguna reducción de la respuesta de la estructura; y con respecto a las normas SCT (2001), éstas no toman en cuenta el nivel de amortiguamiento de los apoyos para considerar el nivel de aislamiento de los apoyos de neopreno. El periodo fundamental de la estructura se identificó mediante los espectros de Fourier calculados a partir de los registros de aceleraciones, el cual resultó de Tn=0.24 s (4.2 hz). Este valor, se comparó con el valor obtenido analíticamente, el cual se calculó mediante una estimación de la masa y la rigidez lineal efectiva de la estructura. El valor obtenido con este último método fue de Tn=0.23 s (4.3 hz). Los desplazamientos del puente que se tuvieron durante las pruebas, no fueron de magnitud importante para provocar deformaciones considerables en los apoyos de neopreno. Es decir, las deformaciones causadas en los neoprenos fueron menores a la deformación que pueden alcanzar este tipo de apoyos, así como a la permitida por las normas de diseño. Para este caso de estudio se obtuvo una reducción de la respuesta considerable. En promedio, la respuesta de la subestructura se redujo en promedio 82% respecto a la respuesta de la superestructura para todas las pruebas realizadas, la cual resultó mayor a la que establecen las normas de diseño.