Diseño sísmico por desplazamiento de puentes rectos con pilares de concreto armado

Abstract

En este trabajo de investigación se desarrollaron expresiones empíricas que permiten calcular la capacidad de desplazamiento lateral de los pilares de concreto armado para una familia de puentes definida paramétricamente. La capacidad de desplazamiento lateral de todos los casos estudiados se obtuvo mediante el análisis estático no-lineal (Pushover). La familia de puentes utilizada en esta investigación lo conforman puentes continuos de tres tramos con dos pilares intermedios, compuestos por columnas de sección transversal circular de concreto armado con un diámetro de 1.20 m. Se realizó una modelación tridimensional de los puentes, utilizando elementos tipo área en la superestructura y elementos tipo barra en los pilares, con una conexión no monolítica entre ambos. Las columnas de los pilares están empotradas en la base y en sus extremos superiores se encuentran conectadas mediante una viga cabezal. También, se consideraron topes laterales en los estribos y dispositivos de control sísmicos en los pilares intermedios que restringen tanto el movimiento transversal y longitudinal de la superestructura del puente durante un evento sísmico. Los parámetros considerados fueron los siguientes: la altura de las columnas, el número de columnas en cada pilar, y la cuantía del refuerzo vertical y transversal de las columnas. Del análisis de los resultados, se encontró que las capacidades de desplazamiento lateral obtenidas con las expresiones empíricas son menores que las encontradas por un análisis Pushover, debido a que están limitadas para cumplir con los criterios de ductilidad y la no necesidad de considerar los efectos P-Delta; sin embargo, se obtienen valores más altos de capacidad de desplazamiento lateral que los valores obtenidos por las fórmulas AASHTO (2011). En adición, se encontró un factor de corrección para tomar en cuenta el incremento de la demanda de desplazamiento lateral durante un evento sísmico al considerar la interacción suelo – estructura en la familia de puentes estudiados. Finalmente, se desarrolla un ejemplo de diseño sísmico por desplazamientos, donde se demostró la eficacia de las expresiones empíricas por su facilidad al compararla con un diseño tradicional, en el cual se utiliza el análisis Pushover para obtener la capacidad de desplazamiento lateral de los pilares; y porque se obtuvo una mayor capacidad de desplazamiento lateral comparado con los valores obtenidos mediante las fórmulas AASHTO (2011).

In the present research work, empirical expressions that allow calculating the lateral displacement capacity of the reinforced concrete piers from a parametrically defined bridges family were developed. The lateral displacement capacity of all the studied cases was obtained by the non-linear static analysis (Pushover). The family of bridges used in this research is made up of continuous bridges of three spans with two intermediate piers, composed of columns of the circular cross- section of reinforced concrete with a diameter of 1.20 m. Three-dimensional modeling of the bridges was performed, using area element in the superstructure, and frame element in the piers, with a non-monolithic connection between them. The columns of the piers were fixed at the base and at their top ends are connected by a cap beam. Also, it was considered lateral restraints in the abutment and the seismic control devices in the intermediate piers that restrict both transverse as longitudinal movement of the bridge superstructure during a seismic event. The interest parameters considered were the following: the height of the columns, the number of columns in each pier, and the amount of transverse and vertical reinforcement of the columns. From the analysis of the results, it was found that the lateral displacement capacities obtained with the empirical expressions are less than those found by a Pushover analysis, because they are limited to meet the ductility criteria and the need not to consider the P effects -Delta; however, it get obtained higher values of lateral displacement capacity than the values obtained by the AASHTO formulas (2011). In addition, it was found a correction factor in order to take in account the increase of the lateral displacement demand during a seismic event when considering the soil-structure interaction in the studied family of bridges. Finally, an example of seismic design by displacement was developed, where the effectiveness of the empirical expressions was demonstrated by its easily, when compared to a traditional design, in which the Pushover analysis is used to obtain the lateral displacement capacity of the piers; and because it get obtained a greater lateral displacement capacity compared to the values obtained using the AASHTO formulas (2011).