Efectos de la variabilidad de los movimientos del terreno en la respuesta sísmica de un paso vehicular elevado

Juan M. Mayoral, Jenny Z. Ramírez, Francisco A. Flores

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Earthquake Engineering & Geophysics

ABSTRACT: The evaluation of the ground motion variability effects is crucial when analyzing and designing long-span structures, such as strategic bridges. Some of the most important sources in this variability are the wave passage, wave scattering and the site-response effects. This paper presents the ground motion variability effects of an overpasses focused on the ground motion variability due to rapid changes in subsoil conditions. A numerical study was conducted using a 2-D finite difference model of a critical seven-support-section of an overpass, including both the structure comprised by seven supports and the free field, using the program FLAC. The response of the free field was calibrated comparing the results obtained with FLAC, with those obtained with a finite element model with the QUAD4M program, using equivalent linear properties. The response of the urban overpass is shown in terms of spectral accelerations at the upper deck and foundation. Relative displacements were obtained to assess the overall performance of the structure during the design earthquake.

RESUMEN: La evaluación de los efectos de la variabilidad de los movimientos del terreno en estructuras de longitud importante (e.g. puentes) es un paso clave en el análisis y diseño de éstas. Algunos de los aspectos más relevantes que influyen y ocasionan tales variaciones son: el paso y la dispersión de las ondas sísmicas, y los efectos de sitio. En este artículo se presenta la evaluación de la respuesta sísmica de un paso vehicular elevado, particularmente debido al cambio rápido en las condiciones del subsuelo, para lo cual se desarrolló un modelo de diferencias finitas bidimensional de un tramo de siete apoyos críticos empleando el programa FLAC. Los resultados de la respuesta en campo libre obtenidos con FLAC, se calibraron con aquellos calculados con un modelo de elemento finito bidimensional mediante el programa QUAD4M usando propiedades lineales equivalentes. La respuesta sísmica del paso vehicular elevado es presentada en términos de aceleraciones espectrales en la cimentación y la superestructura. Se calcularon los desplazamientos relativos en las trabes para evaluar el comportamiento global de la estructura frente al sismo de diseño. 1 INTRODUCCIÓN La evaluación de los efectos de la variabilidad de los movimientos del terreno en estructuras lineales, tales como puentes o pasos vehiculares elevados, es un paso clave durante la etapa de análisis y diseño (e.g. Chouw y Hao, 2005, Jeremic et al., 2009). Las consecuencias de omitir estas evaluaciones pueden ser muy costosas. En particular, el estudio del comportamiento sísmico de pasos vehiculares elevados debe incluir la determinación de los movimientos del terreno a lo largo de la estructura, con objeto de revisar que las componentes transversal y longitudinal de los desplazamientos relativos en los apoyos y las vigas centrales puedan ser reducidas y se eviten posibles daños o el colapso. La variabilidad espacial de los movimientos del terreno a lo largo de una estructura lineal de gran longitud, como lo son los pasos vehiculares elevados, depende de varios factores interrelacionados, entre los que destacan: el paso y la dispersión de las ondas sísmicas de arribo, los efectos de sitio, las características de la excitación, la geometría de la estructura y su cimentación y la interacción suelo-cimentación-estructura. La evaluación de estos factores es de suma importancia especialmente en zonas urbanas altamente pobladas y con alto riesgo sísmico, como es el caso de la Ciudad de México, la cual fue severamente afectada por el sismo de Michoacán, del 19 de septiembre de 1985 (Mw=8.1). En este trabajo se presenta la evaluación de los efectos de la variabilidad de los movimientos del terreno en la respuesta sísmica de un paso vehicular elevado, debido a cambios rápidos en las condiciones del subsuelo, para lo cual se realizó un modelo de diferencias finitas bidimensional de un tramo de siete apoyos críticos (S-1 a S-7) empleando el programa FLAC (Itasca, 2005). El ambiente sísmico hipotético corresponde a un sismo de magnitud Mw=8.2 cuyo epicentro tendría lugar en la zona de subducción de México. 2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El paso vehicular elevado analizado en este artículo se está construyendo en la región noroeste de la Ciudad de México, y consiste de tabletas de concreto presforzado que descansan sobre trabes de soporte y centrales, de concreto postensado y presforzado, respectivamente (Fig. 1). Las trabes de soporte se encuentran

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