En el capítulo 1 se describen los daños producidos en estructuras elevadas tipo puentes
o viaductos después de sismos de gran magnitud, tales como: Loma Prieta (1989),
Northridge (1994), Kobe (1995) y Chile (2010). La descripción se concentra en el
colapso de los viaductos Cypress y Hanshin en California (USA) y Kobe (Japón),
respectivamente.
Por esta razón y en vista que los procedimientos de diseño tradicionales basados en
análisis lineales elásticos han demostrado que no garantizan la total seguridad de las
estructuras se presenta el siguiente trabajo de tesis. El objetivo central es contribuir con
el conocimiento de la capacidad sísmica de cuatro tramos representativos del Tramo 1
de la Línea 1 del Metro de Lima diseñados en épocas diferentes (2 estaciones y 2
módulos típicos diseñados a mediados de los años 80’s y 2010), con la aplicación del
Diseño por Capacidad y el Análisis Sísmico Basado en Desempeño.
Se presenta un ejemplo de aplicación de esta metodología en el diseño estructural del
Puente Chilina en Arequipa, Perú para demostrar que su aplicación está siendo cada
vez más difundida.
En el capítulo 2 se presentan las estructuras de análisis y se explican los criterios para
su selección, principalmente como función de su carga tributaria, su rigidez lateral, las
condiciones geotécnicas del suelo de cimentación y su importancia. Asimismo, se
detallan los tipos de análisis sísmico para el cálculo de la Demanda y Capacidad de
Desplazamiento Lateral dentro del contexto del Análisis Sísmico Basado en
Desempeño.
El reglamento de referencia para la evaluación del desempeño sísmico de las
estructuras es AASHTO, 2009, “Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design”.
Este reglamento tiene validez en el Perú y constituye una versión más exigente que la
utilizada para el diseño estructural de los tramos de mediados de los años 80’s. Se
detallan y explican los requerimientos del reglamento indicado para la aplicación del
Diseño por Capacidad y para la verificación de la ocurrencia de los mecanismos de falla
que son materia de investigación del presente trabajo. Asimismo, se presentan los
requerimientos normativos para la verificación del Desempeño Sísmico por
Desplazamientos Laterales. Cuando se necesitan requerimientos adicionales, no indicados en el reglamento de referencia, se consideran las recomendaciones de otros
reglamentos, los cuales son indicados oportunamente.
En el capítulo 3 se evaluó el impacto de algunas propiedades relevantes que pueden
influir en los resultados, tales como: modelos de Longitud de Rótula Plástica, Inercia
Efectiva en los pilares, interacción suelo-estructura (a través de la flexibilidad del suelo y
de la cimentación), y los efectos de Segundo Orden P–Δ. Se explica en detalle los
elementos estructurales y los criterios de modelación de las estructuras en el programa
computacional SAP 2000 Nonlinear Versión 14 del cual la Pontificia Universidad
Católica del Perú tiene licencia de uso.
Para el cálculo de la Demanda Sísmica, las estructuras fueron sometidas a Espectros
de Respuesta de Pseudo-Aceleraciones con períodos de retorno de 100 y 1000 años
que corresponden a los escenarios de Nivel Sísmico de Operación y de Contingencia o
Diseño, respectivamente.
La Capacidad Sísmica de los elementos estructurales que componen el viaducto
elevado fue medida en función a la Curva de Capacidad de Desplazamiento Lateral y
restringida a varios Niveles de Desempeño según el daño esperado en cada uno de
ellos. Así, se distinguen los Niveles de Desempeño de Fluencia (B), Inmediatamente
Operacional (IO), Resguardo de la Vida (LS), Prevención al Colapso (CP) y Colapso
(C). La Curva de Capacidad fue obtenida a partir del Análisis Estático No Lineal
“Pushover”, que es el análisis asociado a la importancia y Categoría de Diseño Sísmico
de las estructuras.
Se presentan las Respuestas de Interés Globales y Locales para ambas direcciones de
análisis. El análisis de las Respuestas Locales incluyó la verificación por corte de los
pilares y la inestabilidad de la cimentación por volteo y presiones ante carga sísmica
para los elementos de los ejes más demandados. La Respuesta Global de las
estructuras fue asociada a su Curva de Capacidad de Desplazamiento Lateral en la cual
se verificó los requerimientos normativos.
Es importante garantizar que para que se produzca el mecanismo de falla por fluencia
en flexión en las regiones de rotulas plásticas no se debe producir algún otro
mecanismo de falla, tales como los indicados en el párrafo anterior (falla por corte de los
pilares o falla por inestabilidad de la cimentación).En el capítulo 4 se discuten los resultados obtenidos de las estructuras en su estado
actual a la luz de la reglamentación vigente. Se analizó una posible propuesta de
reforzamiento para garantizar la ocurrencia del mecanismo de falla por fluencia en
flexión que es el propósito de este trabajo y se comparó el comportamiento sísmico
entre estructuras similares. Es decir, se presenta una comparación entre las estructuras
con pilares bi-columna (estaciones) y otra comparación entre las estructuras con pilares
mono-columna (módulos típicos) para cuantificar el cambio en los requerimientos entre
dos diseños de épocas diferentes.
En el capítulo 5 las estructuras en su estado actual fueron calificadas sísmicamente
como competentes o no a partir de la razón Demanda/Capacidad de Desplazamiento
Lateral y a partir de la posible ocurrencia de los mecanismos de falla frágiles indicados.
En las estructuras en las cuales no fue aplicable esta verificación (principalmente, y
como hipótesis de partida, en las estructuras diseñadas a mediados de los años 80’s)
se indica el mecanismo de falla probable sobre la base de los resultados obtenidos.
Finalmente, a modo de recomendación y con validez numérica, se muestra una
propuesta de reforzamiento para garantizar la competencia de las estructuras que
presentan deficiencias. Además, se indican las Líneas de Investigación a futuro. / Tesis
| Identifer | oai:union.ndltd.org:PUCP/oai:tesis.pucp.edu.pe:20.500.12404/7748 |
| Date | 10 February 2017 |
| Creators | Vargas Roca, José Oscar, Arias Ricse, Julio César |
| Contributors | Fernández Dávila Gonzales, Victor Iván |
| Publisher | Pontificia Universidad Católica del Perú, PE |
| Source Sets | Pontificia Universidad Católica del Perú |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf, application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/closedAccess |
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