Ingeniería Civil
Influencia del suelo blando en la vibraciones mecánicas en puente peatonales de Bogotá D.C
In recent decades, the analysis of the dynamic response of pedestrian bridges has acquired increasing importance in structural engineering. Bridges, as crucial elements of infrastructure, must be designed to withstand not only static loads but also dynamic loads generated by pedestrians during their daily use. One of the key considerations is the soil-structure interaction (SSI), which refers to the influence resulting from the inertial interaction between the bridge structure and the properties of the soil on which it is built. This study focuses on the evaluation of the dynamic response of 3 pedestrian bridges in Bogotá considering the SSI on soft soils (SSI-SS) that make up the north-central geology of the City. To achieve this, the SAP2000 structural analysis software was used, with which detailed numerical simulations were carried out using SSI methodologies called impedance functions and direct analysis method for three types of dynamic loads. typical pedestrians. The main objective was to investigate how SSI in soft soil affects the properties and dynamic response of bridges to different pedestrian loads, in terms of fundamental frequencies, accelerations and displacements. This study points out that, for the sample structures, the SSI in the soft soils of the sample has a direct influence on the dynamic response and modifies the characteristics of the mode shapes without considering the SSI; This influence has greater relevance for the first modes of vibration.
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Contenido
- 1. RESUMENp. 13
- 2. INTRODUCCIÓNp. 14
- 2.1 Formulación del problemap. 14
- 2.2 Justificaciónp. 18
- 2.3 Pregunta de investigaciónp. 22
- 2.4 Hipótesisp. 22
- 3. OBJETIVOSp. 22
- 3.1 Objetivo Generalp. 22
- 3.2 Objetivos específicosp. 22
- 4. MARCO DE REFERENCIAp. 23
- 4.1 Antecedentesp. 23
- 5. MARCO TEÓRICOp. 27
- 5.1 Dinámica estructural en puentes peatonalesp. 27
- 5.1.1 Cargas vivas peatonalesp. 27
- 5.2 Aplicación de modelos de carga peatonalp. 30
- 5.2.1 Modelo para un peatónp. 30
- 5.2.2 Grupos de peatonesp. 32
- 5.3 Modelo dinámico simplificado para carga peatonalp. 35
- 5.4 Interacción inercial suelo estructurap. 38
- 5.5 Sistema dinámico simplificado combinación cimentación - superestructurap. 40
- 5.6 Modelos de interacción suelo estructurap. 42
- 5.6.1 Sub estructuraciónp. 42
- 5.6.1.1 Funciones de impedanciap. 43
- 5.6.1.1.1 Cimentaciones superficialesp. 44
- 5.6.1.1.2 Pilotes simplesp. 49
- 5.6.1 Método de análisis directo (Elementos finitos)p. 51
- 6. METODOLOGÍAp. 52
- 6.1 Tipo y nivel de investigaciónp. 52
- 6.2 Operacionalización de variablesp. 52
- 6.3 Etapas de la investigaciónp. 53
- 1) Documentación y obtención de datosp. 53
- 2) Procesamiento de la informaciónp. 55
- 3) Modelación numéricap. 56
- 4) Análisis y discusión de resultadosp. 56
- 7. DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURASp. 58
- Puente 1 - Puente Peatonal Avenida 68 Calle 64 (Salitre mágico – Colegio Cafam)p. 58
- Puente 2 - Puente Avenida 68 Calle 76 A (Centro Comercial Metrópolis)p. 61
- Puente 3 - Autopista Norte Calle 207 (Escuela Colombiana de Ingenieros)p. 66
- 8. GEOTECNIAp. 69
- Perfil estratigráfico Puente 1 - Avenida 68 Calle 64p. 70
- Perfil estratigráfico Puente 2 - Avenida 68 Calle 76 A (Centro Comercial Metrópolis)p. 70
- Ingenieros)p. 71
- 9. MODELACIÓN NUMÉRICA DE LA ESTRUCTURASp. 72
- 9.1 Consideraciones Generalesp. 72
- 9.1.1 Modelo geométrico – estructuralp. 72
- 9.1.2 Amortiguamientop. 47
- 9.1.3 Modelo Carga Dinámicap. 74
- 9.1.3.1 Peatón caminata a 2 Hzp. 75
- 9.1.3.2 Peatón carrera normal 2.5 Hzp. 75
- 9.1.3.3 Grupo de Peatones circulación normalp. 76
- 9.2 Puente Peatonal 1 - Avenida 68 Calle 64p. 78
- 9.2.1 Análisis súper-estructurap. 73
- 9.2.1.1 Análisis Modal (Condición empotrada)p. 79
- 9.2.1.2 Respuesta dinámica condición empotrada puente 1p. 82
- 9.2.2 ISE Resortes - funciones de impedanciap. 85
- 9.2.2.1 Análisis modal – ISE Funciones de impedanciap. 85
- 9.2.2.2 Respuesta dinámica ISE Funciones de impedanciap. 86
- 9.2.3 Método directo perfil de suelop. 89
- 9.2.3.1 Respuesta dinámica ISE modelo suelop. 91
- 9.3 Puente Peatonal 2 - Av 68 Calle 76 A (CC Metrópolis)p. 94
- 9.3.1 Análisis súper-estructurap. 73
- 9.3.1.1 Análisis modal (Condición empotrada)p. 79
- 9.3.1.2 Respuesta dinámica (Condición empotrada)p. 97
- 9.3.2 ISE Resortes - Funciones de impedanciap. 85
- 9.3.2.1 Análisis modal – ISE funciones de impedanciap. 85
- 9.3.2.2 Análisis modal – ISE funciones de impedanciap. 85
- 9.3.3 Modelo EF perfil de suelop. 105
- 9.3.3.1 Respuesta dinámica ISE Análisis directo modelo suelop. 106
- 9.4 Puente Peatonal 3 – Autopista Norte con Calle 207p. 110
- 9.4.1 Análisis súper-estructurap. 73
- 9.4.1.1 Análisis Modal (Condición empotrada)p. 79
- 9.4.1.2 Respuesta dinámica (Condición empotrada)p. 97
- 9.4.2 ISE Resortes - funciones de impedanciap. 85
- 9.4.2.1 Análisis modal – ISE funciones de impedanciap. 85
- 9.4.2.2 Respuesta dinámica – ISE funciones de impedanciap. 121
- 9.4.3 Modelo EF perfil de suelop. 105
- 9.4.3.1 Respuesta dinámica – ISE modelo suelop. 126
- 9. ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE RESULTADOSp. 129
- 10. CONCLUSIONESp. 155
- 11. RECOMENDACIONESp. 159
- 12. BIBLIOGRAFÍAp. 160
- 13. ANEXOSp. 164
- Lacustres, (derecha) Localidadesp. 20
- Figura 2. Plano de ubicación de puentes peatonales de Bogotá. (IDU, 2021)p. 21
- Fuerza vertical FV. Fuente propiap. 28
- Figura 4. Fases del movimiento en caminata. (JRC Scientific y Technical Reports, 2009)p. 28
- y (c) antero posterior. (Andriacchi et al., 1977)p. 29
- Figura 7. Coeficiente de reducción ψ. (JRC, 2009)p. 34
- Figura 8. Amplitud dinámica en función de relación de frecuencias. (Sánchez, 2012)p. 37
- Figura 10. Sistema de dos grados de libertad masa resorte. Fuente propiap. 40
- Fuente propiap. 39
- (Arriba) Caso plano y (abajo) caso espacial. Fuente propiap. 44
- Figura 13. Esquema de resortes equivalentes para pilotes. Fuente propiap. 49
- Figura 14. Plataforma digital IDECAp. 54
- Figura 15. Archivos SHAPE, software QGISp. 54
- Figura 16. Plataforma repositorio institucional IDUp. 55
- Figura 17. Modelo geométrico de puente software AutoCAD. Fuente propiap. 56
- Figura 18. Flujograma de metodologíap. 57
- Figura 19. Localización puente 1. Google Earthp. 59
- Figura 20. Fotografía estructura puente 1. Google mapsp. 59
- Figura 21. Perfil y secciones puente 1. Fuente propiap. 61
- Figura 22. Sección transversal pasarela puente 1. Fuente propiap. 61
- Figura 23. Localización puente 2. Google Earthp. 63
- Figura 24. Fotografía estructura puente 2. Google mapsp. 63
- Figura 25. Perfil y secciones puente 2. Fuente propiap. 65
- Figura 26. Sección transversal pasarela puente 2. Fuente: Repositorio IDUp. 65
- Figura 27. Localización puente 3. Google Earthp. 67
- Figura 28. Fotografía estructura puente 3. Google mapsp. 67
- Figura 29. Perfil puente 3. Fuente propiap. 68
- Figura 30. Sección pórtico y pasarela puente 3. Fuente propia, repositorio IDUp. 69
- Antero posterior y c) Medio lateralp. 76
- posterior y c) Medio lateralp. 76
- Figura 33. Patrones de carga para grupo de peatonesp. 77
- Figura 34. Esquema modelo elemento finitos, puente 1p. 78
- Figura 35. Modelo sección transversal pasarela, puente 1p. 78
- Figura 36. Comparación modelo numérico y fotografía estructura. Puente 1p. 79
- Figura 37. 1er modo de vibración f = 1.698 Hzp. 80
- Figura 38. 5to modo de vibración f = 4.720 Hzp. 80
- Figura 39. 6to modo de vibración f = 5.601 Hzp. 81
- Figura 40. Primer modo de vibración, estructura completap. 81
- Figura 41. Desplazamientos y aceleraciones puente 1 - Condición empotrada. Caminata 2Hzp. 82
- Caminata 2 Hzp. 82
- Figura 43. Desplazamientos y aceleraciones puente 1 - Condición empotrada. Carrera 2.5 Hzp. 83
- 2.5 Hzp. 83
- de peatonesp. 109
- 2Hzp. 82
- Caminata 2 Hzp. 82
- Carrera 2.5 Hzp. 76
- peatonesp. 84
- Grupo de peatonesp. 84
- Figura 53. Modelo de suelo por elementos finitos. Vista xz, yzp. 89
- Figura 54. Estructura y cimentación, puente 1p. 89
- Figura 55. Esquema suelo estructurap. 90
- Figura 56. Desplazamientos y aceleraciones puente 1 – ISE Análisis directo. Caminata 2Hzp. 91
- 2 Hzp. 91
- Figura 58. Desplazamientos y aceleraciones puente 1 – ISE Análisis directo. Carrera 2.5 Hzp. 92
- 2.5 Hzp. 92
- peatonesp. 84
- Figura 62. Esquema modelo puente 2p. 94
- Figura 63. Comparación fotografía y modelo por elemento finitosp. 94
- Figura 64. Primer modo de vibración puente 2 f = 4.096 Hz. Vista superior y lateralp. 95
- Figura 65. 4to modo de vibración puente 2 f = 6.827 Hzp. 96
- Figura 66. 5to modo de vibración puente 2 f = 6.943 Hzp. 96
- Figura 67. 7mo Modo de vibración puente 2 f = 11.010 Hz. Vista superior y lateralp. 96
- Figura 68. 8vo modo de vibración puente 2 f = 12.086 Hz. Vista superior y lateralp. 96
- Figura 69. 11vo modo de vibración puente 2 f = 12.833 Hz. Vista superior y laterap. 96
- Figura 70. Primer modo de vibración, estructura completap. 97
- Figura 71. Desplazamientos y aceleraciones puente 2 - Condición empotrada. Caminata 2Hzp. 97
- Caminata 2 Hzp. 82
- Figura 73. Desplazamientos y aceleraciones puente 2 - Condición empotrada. Carrera 2. 5 Hzp. 98
- 2.5 Hzp. 99
- de peatonesp. 109
- Figura 77. Esquema modelo resortes funciones de impedancia. Puente 2p. 101
- 2Hzp. 82
- Caminata 2 Hzp. 82
- Carrera 2.5 Hzp. 76
- peatonesp. 84
- Grupo de peatonesp. 84
- Figura 84. Esquema puente – cimentación. Puente 2p. 105
- Figura 85. Modelo elementos finitos suelo estructura puente 2p. 105
- Figura 86. Modelo suelo Análisis directo elementos finitos puente 2. Vista xz, yzp. 105
- Figura 87. Desplazamientos y aceleraciones puente 2 - ISE Análisis directo . Caminata 2Hzp. 106
- 2 Hzp. 107
- Figura 89. Desplazamientos y aceleraciones puente 2 - ISE Análisis directo. Carrera 2.5 Hzp. 107
- 2.5 Hzp. 108
- peatonesp. 84
- Figura 93. Esquema modelo de puente 3p. 110
- Figura 94. Comparación modelo por elementos finitos - fotografía de la estructura, puente 3p. 110
- Figura 95. Primer modo de vibración f = 4.402 Hz. Vista superiorp. 111
- Figura 96. Tercer modo de vibración f = 6.906 Hz. Vista superiorp. 111
- Figura 97. 4to modo de vibración f = 8.190 Hz. Vista superior y lateralp. 112
- Figura 98. 5to modo de vibración f = 8.774 Hz. Vista superior y lateralp. 112
- Figura 99. 8vo modo de vibración f = 11.577 Hz. Vista superior y lateralp. 113
- Figura 100. 9no modo de vibración f = 12.676 Hzp. 113
- Figura 101. 14vo modo de vibración f = 15.641 Hz. Vista superior y lateralp. 114
- Figura 102. Esquema puente 3 primer modo de vibraciónp. 114
- Caminata 2 Hzp. 82
- Figura 105. Desplazamientos y aceleraciones puente 3 - Condición empotrada. Carrera 2.5Hzp. 116
- 2.5 Hzp. 117
- de peatonesp. 109
- Figura 109. Esquema puente 3 - funciones de impedanciap. 119
- impedancia zapata (FI - Z)p. 120
- 2Hzp. 82
- Caminata 2 Hzp. 82
- Carrera 2.5 Hzp. 76
- peatonesp. 84
- Grupo de peatonesp. 84
- Figura 117. Modelo suelo por elementos finitos. Puente 3. Vista xz, yzp. 124
- Figura 118. Detalle cimentación para modelo de suelo. Puente 3p. 124
- Figura 119. Esquema suelo estructura puente 3p. 125
- Figura 120. Desplazamientos y aceleraciones puente 3 – ISE Análisis directo. Caminata 2Hzp. 126
- Caminata 2 Hzp. 82
- 2.5 Hzp. 127
- peatonesp. 84
- puente 1p. 74
- puente 1p. 74
- 2 Hz - puente 1p. 136
- puente 2p. 74
- puente 2p. 74
- 2 Hz - puente 2p. 144
- puente 3. (Izquierda - centro del puente Luz 3, Derecha – Luz más esbelta Luz 5)p. 148
- puente 3. (Izquierda - centro del puente Luz 3, Derecha – Luz más esbelta Luz 5)p. 150
- 2 Hz - puente 3. (Izquierda - centro del puente Luz 3, Derecha – Luz más esbelta Luz 5)p. 153
- Tabla 1. Velocidades y frecuencias por peatón típicas. (Bachmann et al., 1987, 1995)p. 31
- Tabla 2. Coeficientes de Fourier y ángulos de fase. (Bachmann et al., 1995)p. 32
- Tabla 3. Clasificación densidad peatonal diferentes autoresp. 32
- (Bachmann et al., 1995)p. 37
- 2022)p. 37
- Tabla 6. Rigidez estática para cimentaciones superficiales. NIST GCR 12-917-21 (2012)p. 45
- 917-21 (2012)p. 46
- superficial. NIST GCR 12-917-21 (2012)p. 47
- Tabla 10. Impedancia para pilotes simples. NIST GCR 12-917-21 (2012)p. 50
- 12-917-21 (2012)p. 51
- Tabla 12. Operacionalización de variablesp. 53
- Tabla 13. Información estructura 1p. 60
- Tabla 14. Información estructura 2p. 64
- Tabla 15. Información puente 3p. 68
- Tabla 16. Perfil geotécnico adaptado para puente 1p. 70
- Tabla 17. Perfil geotécnico adaptado para puente 2p. 71
- Tabla 18. Perfil geotécnico adaptado para puente 3p. 71
- Tabla 19. Razones de amortiguamiento para modelaciónp. 74
- Tabla 20. Estimación densidad peatonalesp. 76
- Tabla 21. Peatones equivalentes por puentep. 77
- Tabla 22. Participación modal puente 1p. 79
- Tabla 23. Periodos y frecuencias modales puente 1, condición empotradap. 80
- amortiguamiento para f = 1.698 Hz (abajo)p. 85
- Tabla 25. Periodos y frecuencias análisis modal puente 1, funciones de impedanciap. 85
- Tabla 26.Periodo y frecuencia fundamental modelo ISE suelo, puente 1p. 90
- Tabla 27. Participación de masas análisis modal puente 2, condición empotradap. 95
- Tabla 28. Periodos y frecuencias modales puente 2, condición empotradap. 95
- amortiguamiento para f = 4.096 Hz (abajo)p. 100
- Tabla 30. Periodos y frecuencias modales puente 2, funciones de impedanciap. 101
- Tabla 31. Periodo y frecuencia fundamental modelo ISE suelo, puente 2p. 106
- Tabla 32. Porcentaje de participación modal, puente 3p. 110
- Tabla 33. Periodos y frecuencias modales, puente 3, condición empotradap. 111
- amortiguamiento para f = 4.402 Hzp. 119
- Tabla 35. Periodos y frecuencias modales puente 3, funciones de impedanciap. 120
- Tabla 36. Periodo y frecuencia modal fundamental modelo ISE suelo, puente 3p. 125
- las 3 condiciones de apoyop. 129
- caminata a 2 Hz - Puente 1p. 131
- 2.5 Hz - Puente 1p. 133
- peatones - Puente 1p. 135
- Puente 1p. 74
- caminata a 2 Hz - Puente 2p. 139
- carrera a 2.5 Hz - Puente 2p. 141
- peatones - Puente 2p. 143
- Puente 2p. 74
- caminata a 2 Hz - Puente 3p. 146
- carrera a 2.5 Hz - Puente 3p. 149
- peatones - Puente 3p. 151
- Puente 3p. 74
Palabras clave
Dynamic responseFrequencyHuman structure interactionSoft soilSoil structure interactionVibration modesFrecuenciaInteracción humano estructuraInteracción suelo estructuraModos de vibraciónRespuesta dinámicaSuelo blando