Análisis sísmico de un viaducto elevado de la línea 1 del tren eléctrico usando el método de espectro de capacidad

Abstract

En los últimos tiempos la infraestructura en el ámbito del transporte en el Perú está creciendo a gran escala, lo cual se puede apreciar de forma más evidente en las ciudades más grandes del país, principalmente en Lima, donde viaductos y líneas subterráneas están siendo construidos con la finalidad de resolver el problema de transporte urbano. Los viaductos son vías elevadas, proyectadas en forma de puentes continuos y largos, apoyados en columnas o pilares que los dividen en varios vanos. Estos pilares generalmente son bastante altos debido a que el objetivo primordial de los viaductos es conectar dos puntos cruzando por encima de obstáculos, tales como autopistas, avenidas, ríos, etc. El análisis y diseño sísmico de este tipo de estructuras es fundamental para asegurar la rentabilidad social de la inversión, pero sobre todo para salvaguardar las vidas humanas que se podrían perder en una eventual falla y colapso del viaducto debido a un movimiento sísmico. Por tanto, el motivo principal de la tesis es observar la utilidad del método del espectro de capacidad para realizar un análisis sísmico no lineal en viaductos. En ese sentido, la presente investigación se divide en 6 capítulos. El primer capítulo presenta los alcances de la investigación, las referencias principales que describen el método del espectro de capacidad, así como los objetivos de la tesis. El segundo capítulo trata sobre los fundamentos teóricos necesarios para entender el análisis no lineal. El tercer capítulo presenta el método de espectro de capacidad, donde se describe los lineamientos y procedimientos a seguir para aplicar el método en viaductos. El cuarto capítulo muestra la aplicación del método de espectro de capacidad para el análisis sísmico en un modelo tridimensional de un viaducto existente, para lo cual se describe la geométrica, materiales de los componentes estructurales, cargas y las condiciones de sitio. El quinto capítulo se presenta el análisis dinámico no lineal del viaducto en estudio (análisis tiempo historia), con las mismas condiciones de sitio y características geométricas. De manera complementaria se muestra el procedimiento para escalar los registros de aceleración y las características para poder ser utilizados en el análisis sísmico. En el sexto capítulo, se describe la comparación de los resultados del método del espectro de capacidad y el análisis dinámico no lineal (tiempo historia). Se comparan los desplazamientos máximos y se calculan las ductilidades para la columna que tienen un mayor comportamiento resultante por la demanda sísmica. Finalmente se listan las conclusiones y recomendaciones que derivan de los resultados obtenidos en los capítulos anteriores.

In recent times, the infrastructure in the field of transport in Peru is growing on a large scale, which can be seen more clearly in the largest cities of the country, mainly in Lima, where viaducts and underground lines are being built with the purpose of solving the urban transport problem. Viaducts are elevated routes, designed in the form of long, continuous bridges, supported by columns or pillars that divide them into several spans. These pillars are generally quite tall because the primary objective of viaducts is to connect two points by crossing over obstacles, such as highways, avenues, rivers, etc. The seismic analysis and design of this type of structure is essential to ensure the social profitability of the investment, but above all to safeguard human lives that could be lost in an eventual failure and collapse of the viaduct due to a seismic movement. Therefore, the main reason for the thesis is to observe the usefulness of the capacity spectrum method to perform a non-linear seismic analysis in viaducts. In this sense, this research is divided into 6 chapters. The first chapter presents the scope of the research, the main references that describe the capacity spectrum method, as well as the objectives of the thesis. The second chapter deals with the theoretical foundations necessary to understand nonlinear analysis. The third chapter presents the capacity spectrum method, where the guidelines and procedures to be followed to apply the method in viaducts are described. The fourth chapter shows the application of the capacity spectrum method for seismic analysis in a three-dimensional model of an existing viaduct, for which the geometry, materials of the structural components, loads and site conditions are described. The fifth chapter presents the non-linear dynamic analysis of the viaduct under study (time-history analysis), with the same site conditions and geometric characteristics. In a complementary way, the procedure to scale the acceleration records and the characteristics to be used in the seismic analysis is shown. In the sixth chapter, the comparison of the results of the capacity spectrum method and nonlinear dynamic analysis (time history) is described. The maximum displacements are compared and the ductilities for the column that have a higher behavior resulting from the seismic demand are calculated. Finally, the conclusions and recommendations derived from the results obtained in the previous chapters are listed.