Evaluación de la respuesta sísmica de un puente vehicular con incorporación de aislamiento sísmico de péndulo de fricción en la base de las columnas

Evaluation of he seismic response of a vehicular bridge with the incorporation of seismic isolation of friction pendulum at the base of the columns

dc.contributorÁngel Bonilla, Nelson Mauricio
dc.creatorCastillo Barbosa, Andrés Felipe
dc.date2023-05-30T17:29:26Z
dc.date2023-05-30T17:29:26Z
dc.date2022-09-27
dc.date.accessioned2023-09-06T18:04:27Z
dc.date.available2023-09-06T18:04:27Z
dc.identifierhttp://hdl.handle.net/10654/44064
dc.identifierinstname:Universidad Militar Nueva Granada
dc.identifierreponame:Repositorio Institucional Universidad Militar Nueva Granada
dc.identifierrepourl:https://repository.unimilitar.edu.co
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/8694072
dc.descriptionLa respuesta dinámica no lineal de un puente de concreto de tipología voladizos sucesivos, con superestructura monolítica con las columnas principales, cimentación mediante dados y caissons, y columnas con distintas rigideces dadas por la diferencia de alturas, es evaluada y comparada con la respuesta que resulta de repotenciar el puente mediante la incorporación de dispositivos de aislamiento sísmico en la base de las pilas, consistentes en el sistema de péndulo de fricción FPS (Friction pendulum systems). Para los análisis no lineales se usaron siete (7) conjuntos de registros sísmicos obtenidos de bases de datos reconocidas, los cuales fueron acondicionados de forma que el espectro promedio se ajustara a un espectro de sitio con periodo de retorno de 975 años, asumiendo la ubicación de la estructura en cercanías la ciudad de Villavicencio, Colombia, conforme a la normativa CCP-14. Se realizó la modelación del puente original de acuerdo con su geometría, propiedades no lineales de los materiales y teniendo en cuenta unas condiciones de borde para los elementos de cimentación. De igual manera se modeló el puente con la repotenciación a través de la incorporación de dispositivos de péndulo de fricción en dos de las pilas del puente, en particular en las más rígidas. El comportamiento no lineal de los aisladores también fue considerado. Los resultados de los análisis permitieron demostrar la eficacia en la reducción de las demandas al repotenciar el puente con los aisladores sísmicos logrando reducir las demandas uniaxiales y a cortante en las columnas de forma que tengan un comportamiento esencialmente elástico. En el caso de los caissons del sistema de cimentación, si bien se lograron reducir de las demandas de ductilidad al incluir el sistema de aislamiento, estos elementos podrían considerar una repotenciación adicional si se requiere garantizar un comportamiento elástico. La evaluación a cortante de los caissons demostró la eficiencia de la inclusión del aislamiento sísmico, al llevar la relación demanda/capacidad a valores inferiores a la unidad. Finalmente, los aisladores reflejan un comportamiento estable y bien caracterizado por la definición teórica de este tipo de dispositivos, obteniendo desplazamientos menores a los establecidos por el fabricante en el diseño de los dispositivos.
dc.descriptionRESUMEN 1 ABSTRACT 2 CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN 3 1.1. Planteamiento del Problema 4 1.2. Justificación 6 1.3. Objetivos 7 1.3.1. Objetivo General 7 1.3.2. Objetivos Específicos 7 CAPÍTULO 2: ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE 9 2.1. Antecedentes Sistemas de Protección Sísmica 9 2.1.1. Sistemas Pasivos 10 2.1.2 Sistemas Activos 17 2.2 Estado del arte 18 CAPÍTULO 3: MARCO TEÓRICO 23 3.1. Conceptos de ductilidad y energía de disipación 23 3.2 Modelo del Concreto Ante Cargas Cíclicas 25 3.3. Modelo del Acero Ante Cargas Cíclicas 27 3.4. Zonas de Plastificación de los Elementos Estructurales – Rotulas Plásticas 28 3.5. Conceptos Teóricos para el Análisis de Sistemas Estructurales Con Aislamiento de Base: Caso Específico del Péndulo de Fricción FPS (Simple Friction Pendulum). 30 CAPÍTULO 4: METODOLOGÍA 36 CAPÍTULO 5: DEFINICIÓN DE LOS MODELOS NUMÉRICOS DEL PUENTE 39 5.1 Descripción Geometría y Sistema Estructural del Puente 39 5.2 Propiedades de los Materiales 41 5.3 Amenaza Sísmica 42 5.3.1 Clasificación Operacional y Zona de Desempeño Sísmico 43 5.4 Evaluación de Cargas 43 5.4.1 Carga Muerta (DC) 44 5.5. Descripción de los Modelos Lineales y No Lineales 44 5.5.1 Definición de los Elementos Estructurales 45 5.5.2 Definición Propiedades de los Materiales 50 5.5.3 Definición de Cargas en el Modelo del Puente 52 5.6. Propiedades de los aisladores sísmicos FPS 53 5.7. Definición de los Aisladores Sísmicos 53 CAPÍTULO 6: DESARROLLO 57 6.1. Comparación Modal de los Modelos Lineales 57 6.2 Comparación Modal de los Modelos No Lineales 63 6.3 Propiedades de Amortiguamiento y Estrategia de Solución para el Análisis No Lineal Cronológico 69 6.4. Metodología de Selección y Escalamiento de Registros Sísmicos 74 CAPÍTULO 7: RESULTADOS 82 7.1 Comportamiento de las Columnas 82 7.1.1 Comportamiento Uniaxial de las Fibras. Deformaciones Unitarias en Columnas 82 7.1.2. Comportamiento Flexo-Compresión en Columnas 90 7.1.3. Curvas de Histéresis Momento – Rotación en las Rótulas en la Parte Inferior de las Columnas 92 7.1.4. Comportamiento a Cortante en Columnas 97 7.2. Respuesta de los Caissons 106 7.2.1 Comportamiento Uniaxial de las Fibras – Deformaciones Unitarias en Caissons 107 7.2.2. Comportamiento Flexo-Compresión en Caissons 111 7.2.3. Comportamiento a Cortante de los Caissons 113 7.3. Comportamiento de los Aisladores 126 7.3.1. Comportamiento Aisladores Columna Eje 2 126 7.3.2. Comportamiento Aisladores Columna Eje 3 128 7.4 Desplazamientos relativos en las columnas 131 CAPÍTULO 8: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 134 CAPÍTULO 9: TRABAJO FUTURO 140 BIBLIOGRAFÍA 141 ANEXO 1: MODELO CONSTITUTIVO DE MANDER UTILIZADO PARA LAS DIFERENTES FIBRAS DE CONCRETO 148 ANEXO 2: RESULTADOS DE FUERZAS CONCOMITANTES EN LAS COLUMNAS – UNIDADES EN TONELADAS Y METRO 152 ANEXO 3 RESULTADOS DE FUERZAS CONCOMITANTES EN LOS CAISSONS – UNIDADES EN TONELADAS Y METRO 160
dc.descriptionIn this study, the nonlinear time-history behavior of a four-span concrete bridge is evaluated in its original design condition and including a retrofit involving seismic isolation with Friction Pendulum System (FPS). The superstructure consisted of single cell post-tensioned concrete box girders that were built segmentally. The beam-column joint was built monolithically. The four bridge columns have considerable differences in stiffness due to the height variability. Foundation consisted of concrete caissons. Seven (7) sets of ground motions were selected and scaled such that the mean spectra fit a site response spectrum with return period of 975 years. The bridge was assumed to be located near to Villavicencio, Colombia. Geometry and material properties were obtained from the original structural drawings. Border conditions for foundation elements were modeled according to literature review. Bridge retrofitting was modeled including links elements representing FPS in the two stiffer columns. Nonlinear behavior included both material and isolation system. Analysis results showed the reduction of columns uniaxial and shear demands when the bridge was retrofitted through the FPS, achieving an elastic behavior. Caissons, in some cases, continued developing nonlinear flexural behavior even with the inclusion of FPS. However, ductility demands were reduced with the retrofit. In terms of shear demand/capacity ratio, these foundations elements presented an adequate performance when including the isolation system. Finally, the isolators showed a stable and well characterized performance as defined by the theoretical behavior, with maximum displacements below the design values given by the manufacturer.
dc.descriptionMaestría
dc.formatapplicaction/pdf
dc.formatapplication/pdf
dc.languagespa
dc.publisherMaestría en Ingeniería Civil
dc.publisherFacultad de Ingeniería
dc.publisherUniversidad Militar Nueva Granada
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dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rightshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
dc.rightsAcceso abierto
dc.subjectRIESGO SISMICO
dc.subjectPUENTES DE CARRETERA - DISEÑO Y CONSTRUCCION
dc.subjectSeismic Behavior
dc.subjectSeismic Isolation
dc.subjectDuctility
dc.subjectNonlinear Analysis
dc.subjectSeismic Retrofit
dc.subjectRespuesta sísmica
dc.subjectProtección sísmica
dc.subjectAislamiento sísmico
dc.subjectDuctilidad
dc.subjectAnálisis no Lineal
dc.titleEvaluación de la respuesta sísmica de un puente vehicular con incorporación de aislamiento sísmico de péndulo de fricción en la base de las columnas
dc.titleEvaluation of he seismic response of a vehicular bridge with the incorporation of seismic isolation of friction pendulum at the base of the columns
dc.typeTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesis
dc.typehttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.coverageCalle 100


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