Influencia de los apoyos elastoméricos en la respuesta sísmica de puentes

Abstract

El presente trabajo de investigación presenta el estudio de la repuesta sísmica longitudinal de un puente de tablero continuo que emplea apoyos elastoméricos tradicionales (no sísmicos) en la conexión no monolítica entre la superestructura y subestructura del puente. En las prácticas actuales de diseño en el Perú no se consideran las condiciones de soporte que definen estos apoyos elastoméricos en las conexiones no monolíticas, a pesar de su gran influencia en las fuerzas sísmicas transferidas a la subestructura. Por este motivo, el presente trabajo pretende estudiar la influencia de los apoyos elastoméricos (no-sísmicos) en la respuesta sísmica longitudinal de la estructura. En este trabajo, primero se realizó una amplia revisión bibliográfica para determinar los principales parámetros físicos y geométricos que definen la rigidez y el comportamiento sísmico de los apoyos elastoméricos tradicionales. Una vez definidos estos parámetros, se elaboraron modelos estructurales del puente para poder estimar las diferentes respuestas sísmicas locales y globales al no considerar o considerar los apoyos elastoméricos en el análisis. En la elaboración de estos modelos estructurales se emplearon elementos tipo barra (pórtico) y "link", siendo estos últimos los que concentran las no linealidades del material. Subsecuentemente, el comportamiento de cada elemento componente del puente se definió a través de leyes macroscópicas de fuerza-desplazamiento que fueron representadas en forma de ecuaciones o gráficas. Las respuestas sísmicas de la estructura se obtuvieron mediante un análisis tiempo-historia para poder capturar el comportamiento no lineal de los diferentes elementos. Por último, se realizó un análisis paramétrico de la estructura variando el valor del coeficiente de fricción entre el material elastomérico y la superficie de contacto, para poder estudiar su influencia en la estimación de las respuestas sísmicas. A partir de los resultados obtenidos se concluyó que los apoyos elastoméricos (no sísmicos) afectan de manera positiva la respuesta sísmica del puente al reducirse considerablemente las demandas sísmicas en los pilares. Esto es resultado de una redistribución más equitativa de las fuerzas sísmicas en todos los elementos que conforman la subestructura del puente (pilares y estribos).

This research work is a study on the seismic longitudinal response of a multiple­ span bridge equipped with traditional non-seismic elastomeric pads in the connection between substructure and superstructure. The current design practice in Perú ignores the flexibility of such elastomeric pad, although this flexibility has strong effects on the seismic forces transferred to the substructure. Therefore, this work attempts to study the influence of non-seismic elastomeric pads in the seismic longitudinal response of the structure. As a starting point, a bibliographical review was done to determine the principal physical and geometrical parameters that define the stiffness and hysteretic behavior in non-seismic elastomeric pads. Once this parameters were defined, structural models of the bridge were made to assess the local and global seismic responses considering or ignoring the elastomeric bearing properties in the structural modeling. The bridge was modeled with bidimensional trame and link elements. Subsequently, the mechanical behavior of each non-linear-link component of the bridge was defined in terms of force-displacement relations expressed in the form of equations or graphics. The seismíc responses of the structure were obtained conducting time-history analyses in order to capture the non-linear behavior of the different elements. Finally, a parametric analysís of the structure was made, varying the friction coefficient value between the elastomeric material and the bearing surface in order to study the influence of this parameter in the seismic responses. From the results obtained, it was concluded that the flexibility of the elastomeric pads affects in a positive way the seismic response of the bridge, as observed in the considerable reduction in seismic demands of the piers. This is the result of a more balanced share of the seismic forces between piers and abutments.