Análisis aerodinámico de un puente empujado mediante el nuevo sistema de doble cajón colaborante

• Autores: Antonio Navarro Manso, Joaquín Fernández Francos, Juan José del Coz Díaz, Eduardo Álvarez Álvarez, Eduardo Blanco Marigorta, Mar Alonso Martínez
• Localización: Resúmenes de comunicaciones, 2014, ISBN 978-84-89670-80-8, págs. 3-4
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Aerodynamic analysis of a launched bridge by the new self-supporting double deck system
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• Resumen
  • español

    Desde el desastre de Tacoma en 1940, la aerodinámica y la aeroelasticidad han entrado a formar parte de la literatura y proyectos de puentes, sobre todo en los de grandes luces y flexibilidades elevadas, como atirantados y colgantes.

    Sin embargo, las normas y códigos estructurales internacionales siguen proponiendo métodos de cálculo heurísticos con respecto a la acción del viento en estructuras; con el agravante de que aquellos pueden estar por encima o por debajo de los límites de la seguridad, en función del fenómeno estudiado y de la tipología estructural. Y sin que sea fácil determinar a priori el signo de la desviación.

    Este artículo plantea el análisis aerodinámico de un puente metálico empujado con un nuevo sistema, que permite alcanzar voladizos de 150 m sin la utilización de medios auxiliares. Debido a la configuración geométrica y estructural inédita, se estudia el comportamiento del tablero durante las fases pésimas del empuje.

    La metodología empleada se enmarca dentro de la Ingeniería Híbrida, combinando la realización de ensayos en túnel aerodinámico con la utilización de la Dinámica Computacional de Fluidos (CFD).

    Los ensayos reproducen el fenómeno en 2D para determinar los coeficientes de arrastre;

    permitiendo además obtener las presiones en determinados puntos de la estructura, en 3D, para determinadas orientaciones de viento. Los números de Reynolds de los ensayos son superiores a 1·10.000, lo que garantiza, según el análisis dimensional, la independencia del fenómeno de arrastre de la escala ensayada. Se han ensayado 9 modelo, para varias velocidades de viento y orientaciones del flujo, contabilizando un total de 189 ensayos.

    Los parámetros de los modelos numéricos se ajustan con los resultados experimentales, determinando así el modelo de turbulencia más adecuado, la influencia de la forma y el tamaño de mallado, las leyes de muro escogidas, etc.; y se resuelve el cálculo aerodinámico de la nueva sección de doble cajón metálico de almas verticales, con la losa superior abierta (como corresponde a la situación de empuje). Esta sección tiene hasta 14 m de canto y vuela 150 m hasta alcanzar la pila de avance.

    Finalmente, se comentará la previsión de aparición de fenómenos aeroelásticos, comprobando los modos propios de vibración de la estructura en su fase de máximo voladizo, determinando la influencia de la distribución de masas del tablero durante el empuje junto con las condiciones de apoyo de la estructura. Y se obtendrá una primera aproximación de la velocidad crítica de galope.

  • English

    Since the well-known Tacoma disaster in 1940, aerodynamic and aeroelastic phenomena in singular and highly flexible structures have been profoundly studied from the point of view both theoretical and experimental analysis.

    Nevertheless, there is not an usual practice to carry out a thorough aerodynamic study during the project redaction. And even if it has been mentioned, the analisys of the effect of the wind over the structure under cosntruction is neglected. We are still using codes full of experimental expressions with several coefficients depending on every singular case study.

    This work analyses and calculates the aerodynamic behaviour of a new patent-protected bridge launching system for steel bridges up to 150 m long in span, which does not rely on using any auxiliary means. The self-supporting double deck modifies the cross section that must be launched and the opening upper slab of the deck must be considered during the pushing process. These elements may have an influence depending on the aspect ratio of the cross section.

    The use of Computational Fluid Dynamics considering the finite volume method (FVM) demonstrates innumerable advantages. In order to validate these numerical simulations experimental tests have been carried out with velocities within the range from 4 to 20 m/s and with Re numbers within the range from 2.2·10.000 to 1.7·100.000. This sort of aerodynamic analisys studying bluff bodies are independent on the Re number because the region where the flow is separated always begins very close to the edges of the section, unless Re be quite lower than 10.000. The main parameters of the numerical model that have to be adjusted are the turbelence model, both form and size of the mesh, treatment of the wall region, etc.

    In addition, several vibration modes of this new kind of construction system have a frequency under 1 Hz, during the longest launching phase. This might cause aeroelastic