Variación de curvas de fragilidad de puentes carreteros por parámetros geométricos

Abstract

Ha quedado muy claro que en México se debe prestar especial atención al impacto que tienen los sismos en las obras de infraestructura. Los sismos de 1957, 1985 y 2017 son una muestra del daño que pueden causar estos fenómenos naturales en las estructuras construidas por el ser humano. Aunque la mayor parte de los daños se lo han llevado los edificios, no se debe descuidar otro tipo de estructuras como, en el caso de este trabajo, puentes. Los puentes son un elemento vital de la infraestructura de comunicaciones para cualquier país. Aunque no se hayan observado daños catastróficos en puentes de nuestro país por movimientos sísmicos recientes, esto sí se ha observado en otros países como Japón o Estados Unidos. Más aún, no se debe olvidar que en México no se cuenta con una normatividad local y oficial para el caso de diseño estructural de puentes, lo cual puede ser en algún momento la razón de una falla estructural de un impacto considerable. Dicho lo anterior, se puede concluir que es necesario desarrollar o verificar nuevos conocimientos y técnicas de diseño, así como técnicas de evaluación del daño estructural por un sismo en puentes. Este trabajo presenta la variación de las curvas de fragilidad de un puente carretero al cambiar sus características geométricas, tales como la longitud de claros, la altura de columnas, el número de vigas utilizadas en la superestructura y el número de columnas por pila. La tipología de los puentes en cuestión representa la configuración estructural más utilizada en puentes carreteros del país, la cual consiste en vigas apoyadas sobre pilas compuestas por marcos rígidos de cabezales y columnas de concreto. Se realizan variaciones en los parámetros geométricos mencionados anteriormente con el fin de evaluar el impacto que tiene esta variación al someter el modelo a un sismo característico de la región en la que será ubicado (Estado de Michoacán) por medio de las curvas de fragilidad. Una vez definidas las características geométricas de los puentes modelados, se realiza su análisis y el diseño estático de sus elementos, de acuerdo con la bibliografía y normatividad aplicable. Posteriormente, estos modelos se someten a un análisis no lineal bajo un sismo característico de la zona, dando como resultado los índices de daño locales y globales. A continuación, se realiza la simulación por Monte Carlo para crear una población de puentes por cada variación geométrica, teniendo como variables la acción sísmica y las propiedades mecánicas de los materiales. Ahora, estos grupos de puentes se someten de igual forma a análisis dinámicos no lineales para obtener sus índices de daño locales y globales. Teniendo agrupados los índices de daño se realizan ajustes de funciones de probabilidad para cada grupo de datos, y posteriormente se obtienen sus funciones de probabilidad acumulada y, con ello, sus respectivas curvas de fragilidad. Finalmente se comparan los resultados obtenidos y se obtienen conclusiones y recomendaciones a este respecto.