Estudio de la interacción suelo-estructura de un puente carretero de Chile Central, considerando los efectos de sitio

Abstract

Actualmente, el diseño sísmico de puentes chilenos está regido por el Manual de Carreteras, cuya clasificación de suelos no permite incluir intrínsecamente todos los efectos de interacción suelo-estructura; tales como, la interacción cinemática, el efecto de estratigrafía variable con la profundidad y/o el amortiguamiento debido a radiación geométrica. Por lo tanto, este trabajo tiene como objetivo realizar una modelación detallada que incluya todos los aspectos de interacción suelo-estructura. Es decir, cómo el tipo de suelo y su estratigrafía afectan a la amplificación o desamplificación de la respuesta estructural del puente Águila Norte, ubicado en la comuna de Paine. Se genera un modelo numérico del sitio a partir del período predominante de vibración, de los perfiles de velocidad de onda de corte obtenidos a partir las curvas de dispersión determinadas de campañas de exploración geotécnica del suelo (con técnicas de ondas superficiales), y de los antecedentes geotécnicos del puente. Para modelar tanto el suelo como la estructura, se utilizó el programa computacional OpenSees, software de elementos finitos de libre disposición que cuenta con modelos constitutivos avanzados de suelos. Se generaron tres modelos del puente, el primero de los cuales considera la interacción suelo-estructura mediante el uso de elementos tipo bloque 3D para simular el suelo considerando un material cuya resistencia y rigidez dependen del nivel de confinamiento y una reducción de dominio. El segundo modelo considera la interacción suelo-estructura de manera simplificada, utilizando resortes elásticos lineales para simular la interacción de los pilotes y el suelo circundante. Por último, el tercer modelo considera que las columnas del puente son empotradas a nivel de viga de encepado. Los tres modelos fueron sometidos a una misma acción sísmica equivalente de manera estudiar su respuesta y comparar los desplazamientos obtenidos. Como principal diferencia, se obtuvo que el modelo que considera la respuesta no-lineal del suelo por medio de elementos tipos bloques 3D presenta deformaciones remanentes del suelo y por lo tanto genera esfuerzos residuales sobre la estructura, adicionalmente, permite ver el alargamiento del periodo estructural. Este efecto no se puede obtener con los modelos de resortes elásticos y/o con el modelo con columnas empotradas.