¿Cuándo hay que modelar los pilotes en el sismo de un puente?
El Manual de Carreteras explica cómo modelar un pilote en el suelo, pero no dice cuándo la fundación debe entrar en el modelo sísmico del puente. Corrimos 587 modelos de seis estructuras chilenas reales, con y sin pilotes. Un solo número, la fracción de la flexibilidad que aporta la fundación, anticipa cuándo el diseño cambia más de un 15 %. En las pasarelas peatonales sobre pilotes cambia siempre.
Qué se corrió
Cuatro pasarelas peatonales de columnas de 0,6 a 1,0 m de diámetro, y dos puentes vehiculares: uno con cepas muro sobre encepado de seis pilotes y otro de pila-pilote con un tramo libre por socavación. Cada estructura se modeló empotrada en la base y sobre pilotes, variando cuatro cosas:
- Suelo: arena suelta, media y densa y grava arenosa de la tabla 3.1003.302(2).A, cada una también a la mitad y al doble.
- Esbeltez: la altura de todas las columnas por 0,75, 1, 1,5 y 2.
- Pilote: diámetro y largo.
- Sismo: modal espectral del Manual de Carreteras, con combinación 100/30.
En total, 603 corridas, de las cuales 587 fueron válidas. Tomaron 18 minutos en un computador personal, con el motor de puentes en 3D de TerzaghAI basado en OpenSeesPy.
El número que ordena los casos
Llamamos X a la flexibilidad que agrega la fundación dividida por la flexibilidad total del puente empotrado. Considera dos cosas: cuánto se ablanda cada columna por estar sobre pilotes, y qué parte de la flexibilidad total del puente está en las columnas y no en el tablero o los apoyos de neopreno. Con X, el período se estima como
Las medidas más simples, que miran solo la rigidez del pilote frente a la de la columna, no ordenan los datos. Explican apenas el 15 % de la variación, porque ignoran dónde está la flexibilidad del puente.
Umbrales
| Respuesta | Cambia más de 15 % desde | Dirección |
|---|---|---|
| Período | X ≈ 0,3 | siempre se alarga |
| Reparto de momentos entre cepas | X ≈ 0,4 | las columnas cortas pierden de 30 a 80 % |
| Momento máximo de columna | X ≈ 0,7 | casi siempre baja |
| Corte basal | sin umbral | depende de dónde cae el período en el espectro |
La regla práctica es: si la fundación aporta más del 30 % de la flexibilidad del puente empotrado, el período cambia más de un 15 %. Es coherente con el criterio de la guía sísmica de puentes de AASHTO, que pide resortes cuando la fundación aporta más del 20 % del desplazamiento de la cepa.
Lo que significa en obra
- Pasarelas peatonales sobre pilotes: X quedó entre 0,5 y 2,5 en cualquier suelo de la tabla. El período longitudinal se multiplica por 2 o 3 y los momentos se redistribuyen entre 30 y 80 %. Aquí la interacción suelo-estructura es obligatoria siempre.
- Cepas muro sobre encepado: X entre 0,2 y 0,5. Cruza el umbral en arenas, y en grava queda justo en el borde. En este puente el momento y el corte de columna suben entre 6 y 15 % con los pilotes: empotrar la base queda del lado inseguro.
- Pila-pilote con tramo libre por socavación: el período cambia entre 35 y 62 % en todos los suelos, y el elemento crítico pasa a ser el pilote, con momentos de 2,5 a 3,7 veces los de la columna.
- La esbeltez sola no decide. Al duplicar la altura de las columnas, X bajó a la mitad en las pasarelas y subió en el puente de cepas muro.
Qué se concluye, y qué no
- Sí: empotrar la base no siempre es conservador. Baja el período y el momento de la columna más cargada, pero oculta la redistribución entre cepas y, en cepas rígidas sobre pilotes largos, subestima el momento.
- Sí: un criterio cuantitativo, X mayor que 0,3, sirve para decidir cuándo modelar la fundación. Proponemos además modelarla siempre en pasarelas, pila-pilotes y pilotes con tramo libre por socavación.
- No: el barrido no incluye interacción cinemática, amortiguamiento por radiación ni no linealidad. En arenas sueltas los cambios reales serían mayores.
- Límite: solo dos puentes vehiculares. Faltan las cepas tipo pórtico de dos o tres columnas, que son las más comunes.
Fuentes
- Ministerio de Obras Públicas. Manual de Carreteras, volumen 3, secciones 3.1003.303 y 3.1004.309.
- AASHTO. Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design, artículo 5.3.
- CEN. EN 1998-5:2024, cláusulas 8 y 9 y anexo D.
- Matlock, H. y Reese, L. C. (1960). Generalized solutions for laterally loaded piles. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE.
- McKenna, F. et al. OpenSees, Open System for Earthquake Engineering Simulation.
Escrito por el equipo de TerzaghAI · Servicios de Ingeniería Kuadrante Ltda.
Este artículo es material técnico de referencia, no un informe de ingeniería. Cualquier aplicación a un proyecto real debe ser verificada y firmada por un profesional habilitado. ¿Ves un error? kuadrante@kuadrante.cl