Características dinámicas y vulnerabilidad sísmica de puentes históricos

Abstract

Masonry arch bridges were introduced to America during the conquest around the sixteenth century. Some of them have not survived, while others remain nowadays. Maintenance works of these structures have not been enough and being such massive structures resulted in a sense of false security. Hence, it is important to assess their vulnerability under different scenarios, such as earthquakes that represent a major source of damage to structures in Mexico and other countries. A methodology to identify vulnerability of bridges with a seismic approach, which was later applied to a group of bridges located in the states of Querétaro and Guanajuato in Mexico is proposed. Firstly, dynamic properties of bridges were obtained by using ambient vibration measurements. This information is the base to calibrate numerical models created with finite element solids. Gravitational and time history analyzes were performed for a group of accelerograms from the subduction and normal failure sources, then, the response was obtained in terms of displacement and stress demands. On the other hand, most common damage presented in masonry bridges were analyzed and the results of the numerical models were compared with some parameters associated with masonry damage. According to the results obtained, ambient vibration is a very useful tool when dealing with masonry structures, allowing developing models that are more reliable. Maximum stress and displacement values for each macro element of the bridge were identified, for both dead and earthquake load conditions.

Los puentes de mampostería formados por arcos llegaron a América en la época de la conquista durante el siglo XVI y desde entonces algunos han sucumbido al paso del tiempo, mientras que otros subsisten hasta la actualidad. El mantenimiento y en general el estudio de estas estructuras ha sido insuficiente, al ser estructuras tan robustas generan una sensación de seguridad que no siempre se cumple. De ahí que sea importante evaluar su vulnerabilidad ante diversos escenarios, como es el caso del sismo, fuente importante de daño para las estructuras en México y otros países. Se propone una metodología para identificar la vulnerabilidad de los puentes desde el punto de vista sísmico, la cual se aplicó a un grupo de puentes localizados en los estados de Querétaro y Guanajuato en México. Primeramente, mediante vibración ambiental se obtuvieron las propiedades dinámicas de los puentes, así como su geometría para construir y calibrar modelos numéricos utilizando sólidos de elemento finito. Se realizaron análisis gravitacionales y paso a paso para un grupo de acelerogramas de las fuentes de subducción y fallamiento normal, de donde se obtuvo la respuesta en términos de desplazamiento y esfuerzo en los elementos. Por otro lado, se estudiaron los tipos de daño más comunes en puentes de mampostería y se relacionaron los resultados obtenidos de los análisis con parámetros característicos de la mampostería asociados a esos daños. De acuerdo a los resultados obtenidos se comprobó que la vibración ambiental sigue siendo una herramienta muy útil incluso para este tipo de estructuras, permitiendo trabajar con modelos más confiables. Se identificaron los valores máximos de esfuerzo y desplazamiento que pueden alcanzar los distintos macro elementos del puente, tanto para la condición de carga muerta como para el sismo.