Tesis:
Seismic behaviour of cable-stayed bridges : Design, analysis and seismic devices.
- Autor: CAMARA CASADO, Alfredo
- Título: Seismic behaviour of cable-stayed bridges : Design, analysis and seismic devices.
- Fecha: 2011
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: MECANICA DE MEDIOS CONTINUOS Y TEORIA DE ESTRUCTURAS
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/10036/
- Director/a 1º: ASTIZ SUAREZ, Miguel Angel
- Resumen: La importancia social y económica de los grandes puentes atirantados es extremadamente elevada; sus vanos principales varían típicamente entre 200 y 600 metros, llegando incluso a sobrepasar los 1000 metros. Estas estructuras representan puntos clave en las redes de transporte y requieren un estricto conocimiento de su respuesta sísmica. El objetivo del presente estudio consta de tres partes, que dan nombre a la tesis doctoral: 1ª Obtener conclusiones sobre el efecto que tienen diferentes decisiones de proyecto en el comportamiento sísmico de los puentes atirantados; 2ª Explorar los diversos procedimientos de análisis para abordar con garantías el comportamiento sísmico de estas estructuras, tanto en rango lineal como no lineal; 3ª Comparar diferentes estrategias de control sísmico con dispositivos pasivos colocados en las torres. La organización de los contenidos sigue una progresión natural, comenzando por la motivación del trabajo y presentando el estado del conocimiento sobre este tema, seguido de la descripción de las estructuras consideradas en el estudio y de las hipótesis que simplifican el problema. A continuación, se incluye el análisis modal y la acción sísmica al detalle, así como la validación de los acelerogramas sintéticos empleados. Llegados a este punto, comienza la presentación de los resultados del estudio sísmico con un capítulo dedicado en exclusiva a los procedimientos de análisis disponibles, tanto en rango lineal como no lineal, seguido por la comparación tipológica de la respuesta sísmica elástica e inelástica de todos los puentes atirantados analizados, con especial atención al efecto causado por diferentes decisiones de proyecto. Por último, se han abordado diversas estrategias de control con el objetivo de mantener la torre en rango elástico. El trabajo concluye recogiendo las principales conclusiones obtenidas y abriendo nuevas líneas de investigación que podrían continuar el estudio. Cumpliendo con los objetivos establecidos y empleando rigurosos modelos de elementos _nitos, validados exhaustivamente con ensayos experimentales llevados a cabo por otros autores, deben destacarse las siguientes contribuciones de la presente tesis doctoral: - Se ha estudiado la localización de la deformación plástica en modelos de elementos finitos que representan estructuras de hormigón con secciones huecas, como las empleadas en las torres de atirantamiento, observando que la dimensión óptima en los elementos finitos lineales tipo 'viga' es la mitad de la longitud de la rótula plástica en piezas de hormigón armado. - Un algoritmo de generación de acelerogramas sintéticos ha sido presentado y validado con el objetivo de obtener señales adecuadas y coherentes con el espectro de diseño en cálculos no lineales con amortiguamiento en función de la frecuencia, como el de Rayleigh. - El efecto en la respuesta sísmica que tienen la forma de la torre, la luz principal del puente, el tipo de atirantamiento y la clase de terreno de cimentación, entre otros aspectos, ha sido analizado en detalle. - Se han estudiado diferentes procedimientos de análisis sísmico, tanto en régimen lineal como no lineal, y se han propuesto modificaciones de los métodos 'pushover' para abordar el cálculo no lineal de unas estructuras tan flexibles y fuertemente acopladas como los puentes atirantados cuando se someten a excitaciones sísmicas tridimensionales. - Dada la importancia del empuje transversal del tablero en la respuesta sísmica de las torres, se ha propuesto y validado un modelo analítico para poder predecir dicha acción sin necesidad de establecer un modelo de elementos finitos que represente el puente completo, lo cual puede ser de gran utilidad para el proyectista en las primeras fases de diseño. - Debido al inaceptable daño sísmico que ha sido registrado en varios modelos de torre con diamante inferior, se ha optimizado el diseño de este elemento y se han obtenido recomendaciones de diseño que minimizan tanto la disipación de energía por parte de la propia torre, como factores directamente relacionados con el coste de la cimentación. Un parámetro escalar que cuantifica simplificadamente el daño estructural en las torres debido al terremoto ha sido propuesto en función del balance energético, facilitando la comparación entre distintos modelos. - Se han observado relevantes incursiones inelásticas, tanto de las armaduras como del hormigón en varias estructuras, así como una importante fisuración en zonas clave para la seguridad de la torre y, por tanto, de todo el puente. Con el objetivo de evitar este inapropiado comportamiento, y de acercar la respuesta de las torres al rango puramente elástico, se ha estudiado la incorporación de dispositivos sísmicos. Para ello, la respuesta sísmica extrema y la energía disipada han sido contrastadas antes y después de incluir disipadores basados en la plastificación de metales y amortiguadores de fluidos viscosos. Han sido considerados en cada caso varios diseños y diversas posiciones de estos dispositivos en la torre, obteniendo conclusiones relevantes para el proyectista.