Influencia de la interacción no lineal suelo-estructura en la resistencia sísmica de un puente

Abstract

Lors de séismes de grande magnitude, il peut se produire une défaillance du sol sous la fondation. En particulier, pour des fondations superficielles, ceci se traduit par des phénomènes de décollement et de plastification du sol. La question se pose de déterminer quelle influence a cette interaction dans le comportement sismique de l’ouvrage.

Dans cette étude, nous fournissons les résultats numériques d’analyses temporelles sur un modèle de structure à comportement non linéaire et qui inclut des phénomènes d’interaction non linéaire. Ces résultats sont issus de plusieurs années de recherche en génie parasismique qui ont abouti à la formulation d’un macroélément pour calculer l’interaction non linéaire et qui a été implémenté dans cette analyse.

Cette démarche s’inscrit dans la logique de dimensionnement en capacité des fondations, qui permet de considérer les fondations de l’ouvrage comme un fusible mécanique, limitant ainsi les dommages structuraux.

Durante un seísmo de gran magnitud, puede producirse un fenómeno de ruptura del suelo bajo la cimentación. En el caso de cimentaciones superficiales, esto se traduce por un despegue parcial de la zapata y por la plastificación del suelo. El objeto de este estudio es analizar qué fenómenos aparecen cuando una estructura se somete a un seísmo superior al reglamentario y cómo influyen estos fenómenos en la respuesta sísmica de una estructura. Se toma como ejemplo la superestructura de un viaducto existente en el que no se ha aplicado el método de diseño al límite, puesto que se encuentra en zona de sismicidad moderada de 1,15m/s2 de aceleración horizontal. Para ello, se han estudiado los resultados de varios análisis dinámicos incrementales de un modelo numérico. El análisis llevado a cabo presenta las particularidades siguientes: a) incluye las leyes de comportamiento no lineales de los materiales en un modelo multifibras, b) incluye la interacción no lineal suelo-estructura utilizando un elemento de cálculo o macroelemento, c) incluye los efectos de segundo orden y d) se trata de un análisis probabilista. La interacción no lineal suelo-estructura se implementa en el modelo con un macroelemento, que define la interacción no lineal en campo próximo a la estructura, con fenómenos de plastificación del suelo y despegue de la zapata, y considera que en campo lejano sólo se produce una interacción lineal. Para ello se han calculado las impedancias de la cimentación y los parámetros reológicos del suelo. La formulación de este elemento de cálculo ha sido introducida por primera vez en un programa de cálculo de estructuras, y los resultados obtenidos constituyen un ejemplo de aplicación de la interacción utilizando un método de cálculo híbrido. Los análisis han sido llevados a cabo con el método de análisis temporal incremental, con la intención de obtener un amplio rango de solicitaciones, conservando la información espectral de cada seísmo y aumentando su magnitud. El conjunto de resultados obtenidos permite realizar un análisis estadístico del comportamiento de la estructura en función de parámetros de magnitud, espectral o temporales del seísmo. Los resultados y conclusiones más relevantes de este estudio se muestran en la memoria de la tesina. Los cálculos, justificaciones y otros resultados complementarios se encuentran en anejos.