Aplicación de métodos computacionales en la caracterización aerodinámica y aeroelástica de tableros de puentes de gran vano y prismas rectangulares

Resumen

La aplicación de métodos computaciones en el estudio del comportamiento aerodinámico y aeroelástico de ciertas estructuras debe entenderse como un complemento a las campañas experimentales que habitualmente vienen realizándose en este ámbito. De esta manera, la comprensión de los fenómenos aerodinámicos que tienen lugar es mejor y, además, estas técnicas computacionales pueden aportar una rápida evaluación del efecto que ciertos cambios en el diseño pueden producir en una determinada respuesta aerodinámica o aeroelástica. Las técnicas computacionales, a pesar de las innegables mejoras que se han producido en los últimos 20 años, no pueden considerarse a día de hoy como un sustituto absolutamente general y fiable de los ensayos en túnel de viento en el ámbito de la ingeniería civil. Las altas demandas de tipo computacional son una barrera importante, particularmente cuando se emplean modelos de turbulencia de mayor sofisticación. Además es necesaria la validación de los resultados computacionales, comparándolos con resultados experimentales, con el fin de poder valorar el grado de precisión ofrecido por la estrategia de modelización empleada. En el presente trabajo se describe una herramienta desarrollada para la definición semiautomática de los modelos computacionales que permiten evaluar respuestas como los coeficientes aerodinámicos, las funciones de flameo y las vibraciones inducidas por torbellinos en tableros de puentes y prismas rectangulares. La herramienta ha sido desarrollada para emplear el software libre OpenFOAM como solver del problema de mecánica de fluidos. Esta herramienta es de gran utilidad para usuarios poco familiarizados con el sistema de definición de archivos de texto característico de OpenFOAM. Por otro lado, el programa está especialmente desarrollado para poder ser empleado en problemas de diseño paramétrico y de optimización de forma. Como casos de aplicación se presentan resultados, tanto de prismas rectangulares, como de secciones de tableros de puentes en cajón aerodinámico. Se muestran los resultados obtenidos para los coeficientes aerodinámicos, las funciones de flameo, que permiten determinar la velocidad crítica de flameo, y la componente fuera de fase del coeficiente de levantamiento que permite identificar el rango de velocidades reducidas en el que existe riesgo de excitación por desprendimiento de torbellinos. Los resultados numéricos obtenidos son validados con los resultados experimentales, permitiendo así valorar la precisión de las simulaciones realizadas.