Incremento de vulnerabilidad sísmica en puentes por efecto de socavación

Abstract

Most of the highway bridges in our country were built before de 70’s, that means that the design codes used for the analysis and structural design led to smaller seismic design coefficients than the ones ruling nowadays; further, the hydrologic studies were also less strict than what it is now demanded by the CONAGUA and the SCT ministries. That means that those structures exhibit damage under earthquakes or hydrologic events of greater intensities than the ones considered during their design process, as consequence, they must be rehabilitated to improve their seismic capacity or to prevent collapse due to scour problems, or to prevent both events (multi-hazard). The present work studies the multi-hazard conditions under which the Coahuayana Bridge could be for the combination of earthquakes and piers’ local scour that could happened around its location. The bridge is located in the Pacific Coast of Mexico, classified as seismic zone D or high seismic risk, on this zone also the hurricanes and tropical raining are recurrent. By leading nonlinear static analyses (Pushover) on numerical models previously calibrated, the bending and shear capacities of each one of the piers conforming the bridge were estimated. Since it is unknown the longitudinal steel ratio used for piers construction, it was assumed two longitudinal steel ratios, 1% and 3% that are commonly used on the engineering practice for bridges’ piers, the reason for these assumptions was because it is unknown the actual reinforcement used on the bridge system. These steel ratios allow estimating the lowest and highest strength limits possibly used to build the bridge’s piers. Through the capacity curves is determined the piers’ seismic capacity. The numerical models developed to simulate the bridge´s behavior consider three cases of base support: fixed base, flexible base and flexible base with scour effects.

La mayoría de los puentes carreteros existentes en nuestro país fueron construidos antes de la década de 1970, esto significa que fueron diseñados bajo coeficientes sísmicos de diseño inferiores a los que las normas y reglamentos actuales especifican, también los estudios hidrológicos eran más permisivos de lo que se establece en CONAGUA y SCT en la actualidad. Esto hace que con frecuencia dichas estructuras presenten daños debidos a solicitaciones superiores a las que fueron diseñadas y deban ser intervenidas para incrementar su capacidad ante la acción de cargas laterales (sismos), la acción de los efectos de socavación local o ambos efectos combinados (multi-peligro). En el presente trabajo se estudian las condiciones de multi-peligro en que se encuentra el puente Coahuayana ante la demanda combinada de sismos y socavación local. El puente está ubicado en la costa del Pacífico de México, que es clasificada como zona sísmica D, alto riesgo sísmico, y como zona donde el impacto de huracanes y tormentas tropicales es recurrente. Mediante análisis estáticos no lineales (Pushover) en modelos numéricos calibrados previamente, se determinó la capacidad a flexión y cortante de cada pila, considerando que las pilas se armaron con acero de refuerzo longitudinal con cuantías del 1% y 3%, porcentajes comúnmente utilizados en la práctica profesional para columnas de pilas de puentes, esto se asumió debido a que se desconoce el armado empleado en la construcción del puente, por lo que estos porcentajes de refuerzo nos permiten estimar los límites superior e inferior de la resistencia que podrían tener las pilas de los puentes a través de las curvas de capacidad. Los modelos numéricos desarrollados del puente consideran tres casos: base rígida, base flexible y con base flexible considerando los efectos de socavación.