Evaluación de efectos de impactos en llaves de corte de puentes chilenos

Abstract

El presente trabajo de tesis tiene por objetivo presentar recomendaciones para el diseño de topes sísmicos, exhibir una metodología de modelación en el software de elementos finitos ANSYS, estudiar el efecto de impactos sobre los topes y postular un método de cálculo de capacidad para llaves interiores y exteriores. Las llaves de corte o topes sísmicos, corresponden a estructuras de hormigón armado que tienen como función limitar los desplazamientos transversales del tablero de un puente, evitando el colapso por falta de soporte lateral. A su vez, los topes deben prevenir que el daño por impacto, del tablero con la infraestructura, se propague hacia otras unidades inferiores. Mediante una revisión bibliográfica de experimentos en llaves de corte, interiores y exteriores, se crea una metodología en el software de elementos finitos, con la finalidad de replicar capacidades máximas, curvas fuerza-desplazamiento y modos de falla congruentes a lo observado experimentalmente. La modelación computacional anterior, se aplica al caso de estudio: Puente Águila Norte, donde se estudia el comportamiento de los topes ante diferentes impactos, asociados a aceleraciones equivalentes variables. Los resultados indican que el programa de elementos finitos, ANSYS LS-DYNA, predice las capacidades experimentales con un error promedio del 3.4%. De la misma manera, el software entrega curvas fuerza-desplazamiento y modos de falla que se ajustan a los resultados experimentales. En cuanto al caso de estudio, el modelo de elementos finitos se condice con los daños observados tras el Terremoto del Maule 2010 e indica la relevancia de las condiciones de borde para un óptimo resultado. De la misma manera, se concluye que velocidades de impacto del tablero sobre los topes, para aceleraciones propias de un sismo chileno, podrían generar un aumento de hasta el 20% de la capacidad del sistema. Finalmente, se postula que las llaves de corte debiesen ser diseñadas mediante una junta resiliente, limitando la capacidad máxima, con el fin de no dañar la infraestructura. A su vez, se debe preferir un modo de falla dúctil, que sea capaz de absorber la energía cinética del impacto.