Comportamiento eólico de puentes lanzados en dovelas sucesivas

Abstract

Wind effects have been widely studied due to their significant influence on structural stability and control parameters. The increasing demand for bridges with longer spans and more slender structural configurations has attracted considerable attention within the scientific community. In this context, the realistic prediction of wind-induced structural response in bridges has become an important aspect in structural engineering. In the present work, a theoretical analysis of the dynamic response of a line-like structure subjected to wind action is carried out. Subsequently, dynamic response calculations are performed for the Barranca del Diablo Bridge during one of the most critical stages of its construction process. This bridge is built using the balanced cantilever method, which implies that until the cantilever segments are connected to an adjacent cantilever or to the supports located at the abutments, all loads acting on the deck must be transferred to the pier in the form of bending moments and torsional moments. For the development of the analysis, basic statistical concepts and a stochastic description of turbulent wind behavior are introduced in order to derive the expressions associated with wind-induced loads and the resulting structural response. In this regard, two methods for the simulation of the three-dimensional wind velocity field are presented, based on a numerical program developed in MATLAB. Finally, a comparison is carried out between the results obtained using a commercial structural analysis software commonly employed in engineering practice and those generated through the MATLAB-based programs developed for the evaluation of aeroelastic phenomena.

Los efectos del viento han sido estudiados con particular atención debido a su influencia en los parámetros de control y estabilidad estructural. El aumento en la demanda de puentes con mayores claros y estructuras más esbeltas ha despertado un interés significativo dentro de la comunidad científica. En este contexto, la predicción realista de la respuesta estructural inducida por el viento en puentes se ha convertido en un aspecto de gran importancia. En el presente trabajo se llevó a cabo un análisis teórico de la respuesta dinámica de una estructura tipo línea horizontal (line-like) sometida a la acción del viento. Posteriormente, se realizaron cálculos de la respuesta dinámica correspondientes al puente Barranca del Diablo durante una de las etapas consideradas como más críticas de su proceso constructivo. Este puente se ejecuta mediante el método de doble voladizo, lo cual implica que, hasta que las vigas en voladizo se conectan con un voladizo adyacente o con los apoyos ubicados en la orilla, todas las cargas que actúan sobre el tablero deben ser transmitidas a la pila en forma de momento flector y momento torsionante. Para el desarrollo del análisis, es necesario introducir algunos fundamentos estadísticos y una descripción estocástica del comportamiento del viento turbulento, lo cual permite derivar las expresiones correspondientes a las cargas inducidas por el viento y, posteriormente, determinar la respuesta estructural. En este sentido, se presentan dos métodos para simular la velocidad del viento en tres dimensiones, basados en un programa desarrollado en MATLAB. Finalmente, se realizó una comparación entre los resultados obtenidos mediante un software de uso comercial ampliamente utilizado en la práctica de la ingeniería y aquellos generados a través de los programas desarrollados en MATLAB para la evaluación de fenómenos aeroelásticos.