Passive Seismic Protection of Cable-Stayed Bridges Applying Fluid Viscous Dampers under Strong Motion
- Autores: Galo Valdebenito Montenegro
- Directores de la Tesis: José de Jesús Álvarez Sereno (dir. tes.), Ángel Carlos Aparicio Bengoechea (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2009
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Joan Ramón Casas Rius (presid.), Horia Alejandro Barbat Barbat (secret.), Peter J. Stafford (voc.), José Turmo Coderque (voc.), Jorge E. Crempien Laborie (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
Terremotos recientes han demostrado la gran vulnerabilidad de algunos puentes ante movimiento fuerte. Los de tipo atirantado constituyen una tipología estructural muy atractiva, y que actualmente es empleada para muchos fines prácticos, por lo que es necesaria su protección sísmica. Entre las actuales estrategias de protección, el uso de dispositivos pasivos es la más robusta, económica y apropiada opción para mejorar el desempeño sísmico de estructuras, de entre los que destacan los sistemas de disipación de energía adicional como una buena alternativa. Debido a sus capacidades, fácil recambio y mantención, así como su buen comportamiento mecánico, los amortiguadores de fluidos viscosos son un excelente sistema de disipación de energía para proteger grandes estructuras contra eventos sísmicos intensos. Es por ello que el análisis, evaluación y comparación de la respuesta sísmica no lineal de puentes atirantados de hormigón, con y sin la incorporación de amortiguamiento viscoso suplementario, con el propósito de investigar su efectividad ante eventos sísmicos, es el principal objetivo de esta investigación aplicada. Para alcanzar lo antes expuesto, se definieron previamente ocho modelos teóricos de puentes atirantados basados en los internacionalmente conocidos puentes de Walter [Walter, 1999], considerando variaciones del esquema de atirantamiento, nivel del tablero, tipo de tablero y espaciamiento de los cables. Como punto de partida para el análisis dinámico no lineal, se realizó un análisis estático no lineal para todos los casos. Luego, se llevó a cabo una caracterización dinámica de los puentes mediante un análisis modal. Como primera aproximación a la respuesta sísmica de los modelos, se ejecutó un análisis mediante espectros de respuesta para cada caso, con el propósito de comparar el comportamiento sísmico en función de las principales variaciones consideradas, y para seleccionar los dos modelos más representativos para ser analizados usando análisis no lineal paso-a-paso. En seguida, se analizaron las estructuras elegidas en el paso previo mediante uso de análisis temporal no lineal por integración directa, sin la consideración de amortiguamiento viscoso suplementario, y tomando en cuenta sismos de campo lejano y campo cercano. En este sentido, se aplicaron cinco eventos sísmicos artificiales para el análisis de campo lejano, y cinco eventos reales que incorporasen pulsos de velocidad de período largo para el análisis de campo cercano, según el Capítulo 3. Finalmente, el análisis de la ubicación óptima de los amortiguadores, un estudio paramétrico tendiente a seleccionar los parámetros óptimos de los mismos, y el análisis paso-a-paso no lineal considerando los amortiguadores viscosos definitivos, fueron investigados con la idea de comparar las respuestas en función de la naturaleza del evento sísmico y el tipo de atirantamiento de los cables, considerando los mismos eventos sísmicos antes expuestos. Los resultados de la investigación muestran que la aplicación de amortiguamiento viscoso suplementario es una eficiente estrategia para incrementar el amortiguamiento de una estructura, absorbiendo una gran cantidad de la energía de entrada, y controlando la respuesta de estructuras de período largo, sobre todo en la dirección longitudinal, en donde se manifiestan las mayores respuestas. Más de un 55% de la energía de entrada puede ser disipada usando éstos dispositivos, los cuales resultan ser igualmente efectivos para sismos de campo lejano y campo cercano, con independencia del esquema de atirantamiento empleado, por lo que constituyen una excelente estrategia de protección pasiva. Debido a la gran no linealidad de éstas estructuras, el método del espectro de respuesta debe ser considerado sólo como primera aproximación al problema, y para propósitos comparativos. Para resultados más precisos, y para aplicaciones de diseño, el análisis no lineal paso-a-paso es siempre la mejor opción. Por otro lado, ésta investigación prueba el despreciable efecto del esquema de atirantamiento en la respuesta sísmica, así como el importante aumento de la respuesta cuando son tomados en cuenta los efectos tipo pulso de la directividad de la falla, característicos de sismos de fuente cercana.
