EFECTO DE LAS DEMANDAS SÍSMICAS VERTICALES EN EL COMPORTAMIENTO DE UN PUENTE REPRESENTATIVO DE LA TIPOLOGIA CHILENA

Abstract

El 27 de febrero del año 2010, el terremoto del Maule de magnitud Mw=8.8 afectó gran parte de la zona central de Chile, ocasionando el colapso de varios puentes viales y peatonales, lo cual impactó directamente en la conectividad del país. Los daños observados motivaron la modificación e incorporación de nuevas especificaciones de diseño sísmico al Manual de Carreteras, con el objetivo de disminuir la vulnerabilidad de estas estructuras. Sin embargo, algunos autores nacionales señalan que el comportamiento vertical de los puentes no se vio afectado por estos cambios, por lo que aún existe bastante incertidumbre respecto al efecto que podría ocasionar la componente vertical en puentes emplazados en zonas donde las aceleraciones verticales sean significativas. De esta forma, el objetivo de esta investigación es evaluar el efecto de las demandas sísmicas verticales en el comportamiento de un puente representativo de la tipología chilena mediante una serie de análisis no lineales, los cuales permitan comparar y clarificar las consecuencias de no incluir la componente sísmica vertical en la evaluación del desempeño sísmico. El puente seleccionado para este estudio, corresponde al Puente Águila Norte, un puente recto, de 5 vanos y 148 [m] de largo, ubicado en la Comuna de Paine, Región Metropolitana. Para este puente, se desarrollan dos modelos tridimensionales en el software de elementos finitos OpenSees; un modelo de viga equivalente (spine) y otro modelo de grilla, de manera, de comparar también ambos métodos de modelación de la superestructura. Los modelos realizados no incorporan la interacción suelo-estructura en las fundaciones, empotrando todas las columnas en la base. En cada uno de los modelos, se realizan análisis dinámicos no lineales (tiempo-historia), utilizando un set de 7 registros sísmicos del terremoto del Maule 2010, considerando, por un lado, los registros originales y, por otro, los registros escalados al espectro del Manual de Carreteras. Los resultados de este estudio indican que la incorporación de la componente sísmica vertical tiene un impacto significativo en las fuerzas de corte y de compresión de los elastómeros, las cuales se ven amplificadas debido a los cambios momentáneos en la fuerza axial en estos elementosinducidos por la aceleración vertical. Los incrementos de fuerza en los elastómeros para estos casos, también se ven reflejados en las reacciones de corte y fuerza axial en la base de las cepas, las cuales sufren un aumento importante, debido en parte, a un mayor traspaso de carga por parte de los elastómeros. Otros parámetros que se ven afectados por la componente sísmica vertical, corresponden al desplazamiento vertical y a la aceleración vertical del nodo central del tablero, alcanzando un desplazamiento superior a los 3 [cm] en el registro de mayor intensidad de esta componente, lo cual puede producir momentos negativos importantes en el centro del vano. Además, se evidencia que la componente sísmica vertical puede tener un efecto importante en la elongación axial de las barras sísmicas, alcanzando desplazamientos inelásticos que superan las recomendaciones establecidas por el Manual de Carreteras. Lo anterior, permite concluir que la componente vertical debe ser tomada en consideración cuando se evalúa sísmicamente un puente con la tipología típica de Chile, especialmente en aquellas zonas donde existan antecedentes de aceleraciones verticales importantes en el suelo.