Puentes

3.3 ESTRUCTURA DE UN PUENTE

El objetivo básico en el modelaje analítico de la estructura de un puente es proveer la formulación matemática más simple del comportamiento de la estructura que satisfaga un particular diseño para determinar la respuesta de la misma. Aceptando que se cuenta con las herramientas analíticas apropiadas para llevar a cabo el análisis, el modelo debe reflejar lasinteracciones físicas propias de la estructura con las solicitaciones a que estará expuesta.
El modelo debe describir la geometría, la masa, las condiciones de conectividad y restricciones, así como las cargas lo más cerca de la realidad que sea posible para facilitar la interpretación de la respuesta. Elementos individuales simulando partes de la estructura o componentes completos del puente sonconectados mediante nodos y los desplazamientos nodales son usados como incógnitas o grados de libertad en el análisis.
En adición al modelaje de la geometría y la caracterización de las cargas inducidas a los elementos, la masa asociada a cada grado de libertad debe determinarse, ya que, las fuerzas de inercia contribuyen a la respuesta del puente. Además, las conexiones entre los marcos individualesdel puente, los apoyos y la cimentación son complejas y típicamente se hacen simplificaciones en el modelaje.
La mejor descripción de la geometría del puente en estudio debe comprender un modelo de cada uno de los elementos estructurales y que represente su relación física y de espacio con otros elementos, pero esto no es siempre posible porque existen puentes que están formados de armaduras,las cuales a su vez están formadas por elementos, así como las conexiones entre cada armadura está compuesta de varios elementos; una discretización detallada de cada uno de estos elementos estructurales y el modelaje de sus características de conexión y fuerza – desplazamiento es prohibitiva para el sistema total del puente. La necesidad de separar el sistema total en subsistemas manejables, marcosy elementos estructurales individuales para propósitos de modelaje es bastante obvio, y las diferentes opciones de modelaje son expuestas a continuación.
 
3.3.1 Tipos de modelos analíticos empleados en puentes
El sistema estructural total de un puente consiste en la superestructura, subestructura y cimentación. La superestructura, particularmente para puentes largos, es separada en seccionesmediante juntas de expansión que permiten la expansión o contracción del puente sin introducir grandes esfuerzos o deformaciones a elementos individuales, o bien, por juntas de construcción articuladas que forman parte de un sistema particular de construcción. Son importantes estas juntas donde puedan presentarse deformaciones relativas entre partes de la superestructura para su respuesta sísmica,ya que las discontinuidades en el movimiento en éstas permiten que las secciones individuales del puente respondan con diferentes características y con una interacción compleja ante la fuerza inducida, por ejemplo por un sismo.
Junto con sus respectivas subestructuras o sistemas de apoyo, como pilas, columnas y cimientos, estas secciones de la superestructura, referidas como marcos, juegan unrol principal en la cuantificación de la respuesta sísmica, debido a sus características dinámicas de respuesta individuales. La respuesta individual de cada marco está controlada por la masa, y se debe su contribución principalmente a la superestructura. Para reflejar la importancia y diferencias entre estos subsistemas individuales, en términos de la cuantificación de la respuesta sísmica delmodelo analítico del puente, se hace una distinción entre (i) modelos globales, (ii) modelos de marcos y (iii) modelos de vigas.
 
3.3.2 Modelos globales
Los modelos globales de la estructura completa del puente tiene una utilidad limitada, excepto por los casos donde (1) el puente es corto y está formado por un solo marco, (2) la respuesta esperada es en el intervalo elástico, y (3) cuando se...