Estimación de la respuesta estructural de pilotes tubulares de muelles frente a cargas cíclicas utilizando modelos de elementos finitos de alta fidelidad

Abstract

Las estructuras portuarias de Tipo Muelle Transparente son parte crítica en la red marítimo-portuaria a lo largo de nuestro país; estas estructuras deben ser capaces de resistir tanto cargas operativas como las provocadas por sismos. Muchos de estos tipos de muelles se construyen utilizando pilotes de acero, con o sin relleno de hormigón, que le brindan la resistencia estructural para soportar las diferentes cargas. Sin embargo, a pesar de la importancia de estas estructuras, existe poca evidencia experimental sobre el comportamiento de pilotes tubulares sin relleno de hormigón frente a cargas sísmicas, existiendo modelos numéricos que carecen de validación experimental. En este contexto, el año 2019, el grupo PRDW- Consulting Port and Coastal Engineers, empresa dedicada a obras de ingeniería de puertos y costas, requería caracterizar de manera detallada el comportamiento de columnas tubulares de acero, por lo que solicitó al Centro de Estudios e Investigación en Infraestructura (CEII), perteneciente al Departamento de Obras Civiles de la Universidad Federico Santa María, realizar un estudio experimental y analítico de pilotes tubulares de acero utilizados comúnmente en sus estructuras portuarias (Álvaro Pezos, 2020). El estudio experimental se desarrolló en los laboratorios de LEMCO, donde se llevaron a cabo cuatro ensayos de manera drenada en cuatro pilotes de acero idénticos, cada uno con carga lateral controlada (conocido como método de pushover), donde a dos pilotes se les empleó una carga adicional axial, con el objetivo de obtener la respuesta monotónica y cíclica. De este ensayo se obtuvieron “Fuerza versus Deformación”, “Disipación de Energía”, “Amortiguamiento”, “Desplazamiento”, entre otras, incluyendo la curva de comportamiento del pilote y el tipo de falla en cada ensayo. Como parte del estudio realizado por Álvaro Pezos (2020), se obtuvieron datos relevantes para validar, a través de modelos numéricos futuros, el comportamiento de los pilotes tubulares huecos bajo cargas cíclicas. Sin embargo, aún no se ha logrado implementar un modelo numérico que permita validar el comportamiento observado en estos ensayos, lo que destaca la necesidad de estudios adicionales para asegurar la fiabilidad y precisión de los modelos de elementos finitos frente a una simulación del comportamiento sísmico de los pilotes de acero, planteando la necesidad de evaluar qué tan fidedignos son los modelos de elementos finitos para replicar el comportamiento cíclico de pilotes tubulares.