Ensayos seccionales en túnel de viento para el estudio del comportamiento aeroelástico de puentes

Resumen

Los fenómenos aeroelásticos causados por el viento son determinantes en proyectos de grandes puentes y estructuras esbeltas. El flameo es una condición crítica que puede evaluarse computacionalmente, identificando 18 funciones, que relacionan las fuerzas de viento con los movimientos. Estas funciones denominadas de flameo pueden obtenerse mediante ensayos experimentales de modelos seccionales de tableros en un túnel de viento considerando vibración libre con 3 GDL. Pueden usarse diferentes métodos de identificación, como el Ibrahim en el dominio del tiempo (MITD), o mínimos cuadrados iterativos (ILS). El análisis computacional del flameo es multimodal y resuelve un problema no lineal de valores propios. La condición de flameo corresponde a la más baja velocidad de viento que da una respuesta con amortiguamiento nulo. Un modelo estructural tridimensional de elementos finitos del puente es imprescindible para obtener sus frecuencias y modos naturales. Por otro lado, la excitación por torbellinos ocurre frecuentemente en puentes de cables. Incluso otros tipos de puentes de vigas o arcos sufren este fenómeno durante o después de su construcción. Es bien sabido que un cuerpo no aerodinámico genera vórtices alternativos a una frecuencia que depende del número de Reynolds y de su geometría. Estos vórtices producen fuerzas alternantes sobre el cuerpo a dicha frecuencia. En muchos casos de estructuras flexibles de bajo amortiguamiento estas fuerzas producen vibraciones inaceptables. Las amplitudes más grandes ocurren cuando la frecuencia de los vórtices es parecida a alguna frecuencia natural de la estructura. El efecto de lock-in tiene lugar y la frecuencia de los vórtices deja de cambiar con la velocidad en un rango significativo. Este artículo explica ambos fenómenos, flameo y excitación por torbellinos. También describe los ensayos de modelos seccionales que se llevan a cabo en el túnel de viento de la ETSI de Caminos Canales y Puertos de la Universidade da Coruña usando los códigos propios PCTUVI y FLAS. El artículo muestra algunos ejemplos como el proyecto del puente de Messina, el puente atirantado de Talavera con tablero de hormigón, o la pasarela peatonal de banda tesa de Cuenca con un esbelto tablero de hormigón sobre cables de fibra de carbono.