Puentes extradosados: evolución y tendencias actuales

Desde su aparición en 1994, los puentes extradosados han tomado un lugar importante para proyectos de carretera y ferrocarril, compitiendo en el rango de luces medias con los puentes atirantados y con los de viga cajón pretensada, construidos por voladizos sucesivos. Regionalmente estos puentes han sido implementados con mayor auge en Asia, pero los recientes proyectos desarrollados en América y Europa demuestran el interés que empieza a generar este tipo estructural.Este trabajo tiene el propósito de proveer una revisión de la evolución de los puentes extradosados, desde su origen hasta su aplicación actual; además, se pretende evidenciar, a través de los diferentes puentes que han sido construidos, que están en construcción y en fase de proyecto, las tendencias estructurales adoptadas. Finalmente, y como conclusión de este trabajo, se realiza el análisis de las principales ventajas y desventajas de esta tipología, en comparación con los puentes atirantados y los de pretensado de viga cajón

Efecto del grado de capacidad de disipación de energía sísmica seleccionado en las cantidades de obra de muros de concreto reforzado

Context: Regarding their design of reinforced concrete structural walls, the Colombian seismic design building code allows the engineer to select one of the three seismic energy dissipation capacity (ordinary, moderate, and special) depending on the seismic hazard of the site. Despite this, it is a common practice to choose the minor requirement for the site because it is thought that selecting a higher requirement will lead to larger structural materials amounts and, therefore, cost increments. Method: In this work, an analytical study was performed in order to determine the effect of the selected energy dissipation capacity on the quantity of materials and ductility displacement capacity of R/C walls. The study was done for a region with low seismic hazard, mainly because this permitted to explore and compare the use of the three seismic energy dissipations capacities. The effect of different parameters such as the wall total height and thickness, the tributary loaded area, and the minimum volumetric steel ratio were studied.Results: The total amount of steel required for the walls with moderate and special energy dissipation capacity corresponds, on average, to 77% and 89%, respectively, of the quantity required for walls with minimum capacity.Conclusions: it is possible to achieve reductions in the total steel required weight when adopting either moderated or special seismic energy dissipation instead of the minimum capacity.  Additionally, a significant increment in the seismic ductility displacements capacity of the wall was obtained.Contexto: Para el diseño de muros estructurales de concreto reforzado, la normativa sismoresistente en Colombia permite, en función de la amenaza sísmica del sitio, optar por uno de tres posibles grados de capacidad de disipación de energía (mínima, moderada y especial). Sin embargo, la práctica empleada es la de adoptar el menor grado acorde a la amenaza sísmica. Método: En este trabajo se realizó un estudio analítico del efecto del grado de capacidad de disipación de energía seleccionado durante el diseño de muros estructurales de concreto reforzado, en las cantidades de obra de la estructura y en la capacidad de desplazamiento. El estudio se centró en zonas de amenaza sísmica baja, ya que permite explorar y comparar los tres grados de disipación de energía. En el estudio se incluyeron otras variables como la altura total del muro, el área tributaria y la cuantía mínima de refuerzo adoptada para el alma del muro.Resultados: la cantidad total de acero requerida para los muros con capacidad moderada y especial corresponde, en promedio, a un 77% y 89%, respectivamente, de la cantidad requerida para los muros con capacidad mínima.Conclusiones: es posible lograr reducciones en el peso total de acero requerido al emplear grados de capacidad de disipación moderada y especial comparado con el uso de capacidad de disipación mínima. Además, con esta estrategia se lograr un incremento significativo en la ductilidad del muro.

Seismic performance analysis and assessment of a precast bridge computational model

A large-scale, two-span bridge model constructed by assembling precast elements was tested under a series of bi-axial ground motions simulated on a shake table at the Earthquake Engineering Laboratory at the University of Nevada, Reno. The response of the bridge was estimated before the tests using a three-dimensional computational model developed in OpenSees software. After the tests, key measured seismic responses were compared to those predicted by the computational model to assess the modeling assumptions. Relatively large errors for the displacements, base shears, and hysteretic response of the bridge were observed. The influence of the earthquake loading, materials, connectivity of the precast elements, and boundary conditions in the computational model on the errors are discussed in this paper. Future modeling directions are proposed to reduce these errorsUn puente de gran escala, de dos vanos, construido con varios elementos prefabricados fue ensayado bajo sismos biaxiales simulados en una mesa sísmica del Laboratorio de Ingeniería Sísmica de la Universidad de Nevada, Reno. La respuesta sísmica del puente fue estimada antes de los ensayos usando un modelo numérico tridimensional desarrollado en el software OpenSees. Algunas respuestas importantes medidas durante los ensayos fueron comparadas con los resultados predichos por el modelo numérico con el fin de validar las hipótesis de modelamiento. La comparación reveló diferencias relativamente grandes en términos de desplazamientos, cortante basal, y respuesta histerética. La influencia de la excitación sísmica, los materiales, la conectividad de los elementos prefabricados, y las condiciones de frontera en los errores son discutidas en el artículo. Varias directrices de modelamiento son propuestas para reducir los errore

Comportamiento estructural de puentes extradosados durante construcción por voladizos sucesivos

This paper presents the results of the study of the structural behavior during cantilever construction of a concrete, three-span (60+100+60 m) extradosed bridge, numerically modeled using a finite element model developed in the software SAP2000. Creep and shrinkage of concrete, as P-delta effects were taken into account. The study focuses on deck, extradosed cables and piers behavior, during construction, and from the time when the bridge is closed until fifty years, at which time all differed effects have taken place. It was possible to glimpse the importance of considering the differed effects over time in the staged-construction analysis of the bridge. For example, considerable variations in forces and displacements were found in the deck, while a 10% tension loss in extradosed cables occurs. In the piers, differed effects introduce large horizontal displacements at the top which generate excessive bending moments at the bottom. This fact makes it necessary to apply a force during the construction of the closing segment to correct such phenomenon.Este artigo apresenta o estudo do comportamento durante construção por ressaltados sucessivos dum ponte extradorso em concreto de três luzes (60+100+60 m), modelado numéricamente mediante elementos finitos no software SAP2000. A fluência e contração do concreto, da mesma forma que os efeitos P-delta, incluíram-se no modelamento. Este estudo concentrou-se no comportamento do tabuleiro, os cabos e os pilares, durante construção e desde o momento do fecho até cinqüenta anos depois, tempo no qual aconteceram os efeitos diferidos. Os resultados encontrados permiten vislumbrar a importância da consideração destos efeitos na análise por etapas do ponte. Por exemplo, no tabuleiro acontecem variações consideráveis em forças internas e deslocamentos no tempo, e nos cabos tem lugar uma perda de tensão máxima do 10% com respeito à tensão ao final de construção. Nos pilares, os efeitos diferidos no tempo causam deslocamentos horizontais de magnitude considerável na coroa, gerando momentos flectores excessivos na base. O anterior obriga a introduzir uma força durante a construção da aduela de fecho para corrigir este fenômeno.Este artículo presenta el estudio del comportamiento durante construcción por voladizos sucesivos de un puente extradosado en concreto de tres luces (60+100+60 m), modelado numéricamente mediante elementos finitos en el software SAP2000. La fluencia y contracción del concreto, al igual que los efectos P-delta, se incluyeron en el modelamiento. El estudio se concentró en el comportamiento del tablero, los cables y los pilares, durante construcción y desde el momento del cierre hasta cincuenta años después, tiempo en el cual han ocurrido los efectos diferidos. Los resultados encontrados permiten vislumbrar la importancia de la consideración de estos efectos en el análisis por etapas del puente. Por ejemplo, en el tablero ocurren variaciones considerables en fuerzas internas y desplazamientos en el tiempo, y en los cables tiene lugar una pérdida de tensión máxima del 10 % con respecto a la tensión al final de construcción. En los pilares, los efectos diferidos en el tiempo causan desplazamientos horizontales de magnitud considerable en la corona, generando momentos flectores excesivos en la base. Lo anterior obliga a introducir una fuerza durante la construcción de la dovela de cierre para corregir dicho fenómeno

Puentes extradosados: Evolución y tendencias actuales

Since their appearance in 1994, extradosed bridges have played an important role in road and railway projects, competing (in medium span lengths) with cables-stayed and prestressed box girder bridges. At a regional level, extradosed bridges have been implemented more frequently in Asia, but recent projects developed in Europe and America show a growing interest in this typology. Consequently, this paper is aimed at offering a survey viewpoint on the evolution of extradosed bridges, from their origin to their current applications. This paper is also intended to show the adopted structural trends by presenting existing extradosed bridges, bridges under construction, and newly designed bridges. Finally, the main advantages and disadvantages of this type of bridges are analyzed and compared to cable-stayed and prestressed box girder bridges

Puentes extradosados: evolución y tendencias actuales

Desde su aparición en 1994, los puentes extradosados han tomado un lugar importante para proyectos de carretera y ferrocarril, compitiendo en el rango de luces medias con los puentes atirantados y con los de viga cajón pretensada, construidos por voladizos sucesivos. Regionalmente estos puentes han sido implementados con mayor auge en Asia, pero los recientes proyectos desarrollados en América y Europa demuestran el interés que empieza a generar este tipo estructural.Este trabajo tiene el propósito de proveer una revisión de la evolución de los puentes extradosados, desde su origen hasta su aplicación actual; además, se pretende evidenciar, a través de los diferentes puentes que han sido construidos, que están en construcción y en fase de proyecto, las tendencias estructurales adoptadas. Finalmente, y como conclusión de este trabajo, se realiza el análisis de las principales ventajas y desventajas de esta tipología, en comparación con los puentes atirantados y los de pretensado de viga cajón

Factor de amplificación dinámico ante la caída del carro de avance durante la construcción de un puente de viga cajón por el método de voladizos sucesivos

The balanced cantilever method stands out among the most commonly used construction methods for box girder bridges.  In this method, the superstructure is built progressively and quasi-symmetrically with respect to the pier. Form travelers that are supported on a predecessor segment allow pouring the following one. The accidental fall of the form traveler is a potential risk during construction; thus, some design guidelines recommend the use of a dynamic amplification factor (DAF) of 2.0 to account for the dynamic effects during the event. The use of a static-analysis is performed along with the use of the DAF.  The validity of this approach was investigated in this study by performing dynamic analysis on the girder flexural rigidity, on the construction stage at which the accident occurs and on the breakage time and function that simulate the accidental event. The larger values of DAF occurred in relatively flexible superstructures, and the critical construction stages were those before the closure pour at mid-span. Moreover, the recommendation in the design guidelines was found inadequate as some of the analyzed cases had DAFs equal to 3.0. This demonstrates that the use pseudo-static analysis method is not the correct approach for these accidental situations.Dentro de las metodologías de construcción más utilizadas para puentes de viga cajón sobresale el método de voladizos sucesivos. En este método, la superestructura es construida de manera progresiva y cuasisimétrica respecto de las pilas usando dovelas hormigonadas in-situ. El proceso se basa en carros de avance apoyados en dovelas predecesoras que permiten la fundida de las siguientes dovelas. Ya que durante construcción existe el riesgo de la caída accidental del carro de avance, diferentes guías de diseño recomiendan estudiar esta situación mediante un análisis estático considerando la carga del carro en conjunto con un factor de amplificación dinámico (FAD) igual a 2.0.  Debido a que este fenómeno es puramente dinámico y no estático, en este artículo se estudia la validez del enfoque pseudoestatico mediante el cálculo del FAD a partir de análisis dinámicos. En el estudio se investigaron la incidencia de la rigidez del tablero, la etapa constructiva y el tiempo y tipo de rotura sobre el FAD. Los resultados obtenidos demuestran que los valores más altos del FAD se presentan en tablero flexibles, y que la etapa constructiva critica corresponde a aquella antes de fundir la dovela de cierre. Además, se encontró que la recomendación de las guías de diseño es inadecuada, ya que es posible que ocurran FAD iguales a 3.0. Esto demuestra que el uso de análisis pseudoestáticos no es el correcto para esta situación accidental

Effect of the selected seismic energy dissipation capacity on the materials quantity for reinforced concrete walls

Context: Regarding their design of reinforced concrete structural walls, the Colombian seismic design building code allows the engineer to select one of the three seismic energy dissipation capacity (ordinary, moderate, and special) depending on the seismic hazard of the site. Despite this, it is a common practice to choose the minor requirement for the site because it is thought that selecting a higher requirement will lead to larger structural materials amounts and, therefore, cost increments.  Method: In this work, an analytical study was performed in order to determine the effect of the selected energy dissipation capacity on the quantity of materials and ductility displacement capacity of R/C walls. The study was done for a region with low seismic hazard, mainly because this permitted to explore and compare the use of the three seismic energy dissipations capacities. The effect of different parameters such as the wall total height and thickness, the tributary loaded area, and the minimum volumetric steel ratio were studied. Results: The total amount of steel required for the walls with moderate and special energy dissipation capacity corresponds, on average, to 77% and 89%, respectively, of the quantity required for walls with minimum capacity. Conclusions: it is possible to achieve reductions in the total steel required weight when adopting either moderated or special seismic energy dissipation instead of the minimum capacity.  Additionally, a significant increment in the seismic ductility displacements capacity of the wall was obtained

Efecto del grado de capacidad de disipación de energía sísmica seleccionado en las cantidades de obra de muros de concreto reforzado

Context: Regarding their design of reinforced concrete structural walls, the Colombian seismic design building code allows the engineer to select one of the three seismic energy dissipation capacity (ordinary, moderate, and special) depending on the seismic hazard of the site. Despite this, it is a common practice to choose the minor requirement for the site because it is thought that selecting a higher requirement will lead to larger structural materials amounts and, therefore, cost increments. Method: In this work, an analytical study was performed in order to determine the effect of the selected energy dissipation capacity on the quantity of materials and ductility displacement capacity of R/C walls. The study was done for a region with low seismic hazard, mainly because this permitted to explore and compare the use of the three seismic energy dissipations capacities. The effect of different parameters such as the wall total height and thickness, the tributary loaded area, and the minimum volumetric steel ratio were studied.Results: The total amount of steel required for the walls with moderate and special energy dissipation capacity corresponds, on average, to 77% and 89%, respectively, of the quantity required for walls with minimum capacity.Conclusions: it is possible to achieve reductions in the total steel required weight when adopting either moderated or special seismic energy dissipation instead of the minimum capacity.  Additionally, a significant increment in the seismic ductility displacements capacity of the wall was obtained.Contexto: Para el diseño de muros estructurales de concreto reforzado, la normativa sismoresistente en Colombia permite, en función de la amenaza sísmica del sitio, optar por uno de tres posibles grados de capacidad de disipación de energía (mínima, moderada y especial). Sin embargo, la práctica empleada es la de adoptar el menor grado acorde a la amenaza sísmica. Método: En este trabajo se realizó un estudio analítico del efecto del grado de capacidad de disipación de energía seleccionado durante el diseño de muros estructurales de concreto reforzado, en las cantidades de obra de la estructura y en la capacidad de desplazamiento. El estudio se centró en zonas de amenaza sísmica baja, ya que permite explorar y comparar los tres grados de disipación de energía. En el estudio se incluyeron otras variables como la altura total del muro, el área tributaria y la cuantía mínima de refuerzo adoptada para el alma del muro.Resultados: la cantidad total de acero requerida para los muros con capacidad moderada y especial corresponde, en promedio, a un 77% y 89%, respectivamente, de la cantidad requerida para los muros con capacidad mínima.Conclusiones: es posible lograr reducciones en el peso total de acero requerido al emplear grados de capacidad de disipación moderada y especial comparado con el uso de capacidad de disipación mínima. Además, con esta estrategia se lograr un incremento significativo en la ductilidad del muro.