Thesis:

Evaluación del desempeño sísmico del puente Águila Norte mediante análisis de vibraciones ambientales y análisis no lineales

En Chile y en el mundo, el diseño de puentes busca que estas estructuras resistan cargas permanentes, tránsito y eventos naturales como terremotos, dada su relevancia en la conectividad y el alto costo asociado. Sin embargo, el terremoto de Maule en 2010 evidenció daños en cerca del 3% de los puentes del país y el colapso de más de una decena, lo que plantea dudas sobre el comportamiento no lineal de estas estructuras, aspecto no considerado en el Manual de Carreteras. Esta investigación evalúa el desempeño sísmico del puente Águila Norte, de 5 vanos simplemente apoyados y representativo del diseño chileno. Se obtuvieron sus propiedades dinámicas mediante mediciones de vibraciones ambientales e identificación de sistemas. Además, se modeló tridimensionalmente en OpenSees, incorporando la no linealidad de componentes estructurales como barras y topes sísmicos, apoyos elastoméricos, columnas, estribos, y la interacción suelo-estructura. En paralelo, se modeló el puente en SAP2000 para comparar resultados. Se realizaron análisis modal, pushover, dinámico no lineal (NTHA) e incremental (IDA), utilizando registros sísmicos diversos, incluyendo eventos locales. A partir del IDA se obtuvieron curvas de fragilidad para estudiar la vulnerabilidad estructural. El modelo en SAP2000 también se evaluó con análisis espectral según el Manual de Carreteras y se comparó con los resultados del modelo no lineal. Finalmente, se presentan conclusiones y recomendaciones para incorporar el análisis no lineal en el diseño de puentes. Este trabajo es parte del Proyecto FONDEF ID18I-10103, en colaboración entre la Universidad Técnica Federico Santa María, Universidad de Chile y Universidad de Los Andes.

In Chile and worldwide, bridge design aims to ensure structures withstand permanent loads, traffic, and natural events such as earthquakes, due to their importance for connectivity and high associated costs. However, the 2010 Maule earthquake revealed damage in about 3% of Chilean bridges and the collapse of over a dozen, raising questions about the nonlinear behavior of these structures—an aspect not considered in the Chilean Highway Manual. This research evaluates the seismic performance of the Águila Norte bridge, a 5-span simply supported bridge representative of Chilean design. Dynamic properties were obtained through ambient vibration measurements and system identification techniques. Additionally, a 3D nonlinear model was developed in OpenSees, including nonlinear characterization of key structural components such as seismic bars, seismic stops, elastomeric bearings, columns, abutments, passive soil effects, and soil-structure interaction in piles. In parallel, the bridge was modeled in SAP2000 for comparative analysis. Modal, pushover, nonlinear dynamic (NTHA), and incremental dynamic (IDA) analyses were conducted using various seismic records, including local events. Fragility curves derived from IDA assessed the structure’s vulnerability. The SAP2000 model was also evaluated through spectral modal analysis per the Highway Manual and compared with the nonlinear model results. Finally, conclusions and recommendations are provided to incorporate nonlinear analysis in bridge design. This work is part of FONDEF Project ID18I-10103, a collaboration among Universidad Técnica Federico Santa María, Universidad de Chile, and Universidad de Los Andes.