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¿Cuándo hay que modelar los pilotes en el sismo de un puente?

Puentes y pasarelas · interacción suelo-estructura · pilotes · Manual de Carreteras · investigación propia

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.

Esto es investigación. Las estructuras son reales y se tratan anonimizadas. Los modelos son elásticos y lineales, con resortes de Winkler según la tabla del Manual de Carreteras.

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:

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

(T con pilotes / T empotrado)² ≈ 1 + X

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

RespuestaCambia más de 15 % desdeDirección
PeríodoX ≈ 0,3siempre se alarga
Reparto de momentos entre cepasX ≈ 0,4las columnas cortas pierden de 30 a 80 %
Momento máximo de columnaX ≈ 0,7casi siempre baja
Corte basalsin umbraldepende 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

Qué se concluye, y qué no

Fuentes

El motor de puentes en 3D y su verificación están en motores de cálculo y cómo se verifican los motores. La agenda completa de investigación, en Preguntas abiertas.

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