Resumen de Methodologies for finite element modeling, calibration and damage prediction in aging bridges using experimental dynamical data
En la compleja sociedad contemporánea, la importancia de una comunicación efectiva adquiere un papel crucial en el desarrollo y prosperidad de las naciones. Con el advenimiento de la tecnología y el crecimiento constante de la demanda de recursos esenciales como alimentos, energía o recursos mineros, la autosuficiencia de materias primas en los países se torna cada vez más compleja. Esto, a su vez, impulsa a las naciones a depender cada vez más del comercio y la cooperación internacional para satisfacer sus necesidades y avivar su progreso. En este contexto, la red de transporte ha experimentado un notable avance, permitiendo que distancias antes inabordables sean recorridas en tiempos reducidos. Dicha proeza no sería posible sin el desarrollo de una infraestructura sólida que sustenta este entramado de comunicaciones. Sin embargo, es imperativo que, en nuestro afán de avanzar, no se descuiden los cimientos que sustentan esta red. Entre ellos, los puentes emergen como uno de los más elementos críticos y vulnerables dentro de la infraestructura terrestre. Por ello es crucial reconocer el desafío que representa el envejecimiento del stock mundial de puentes y, en consecuencia, dirigir nuestros esfuerzos hacia la investigación y preservación de estas estructuras fundamentales para mantener la integridad de la red de transporte y asegurar un futuro próspero para las generaciones venideras.
La preservación de las estructuras existentes puede ser abordada de múltiples maneras que van desde el desarrollo de diseños más duraderos y seguros o la mejora y optimización del mantenimiento, hasta el diseño de sistemas de monitorización para anticiparse a los desastres. En todos estos campos, la modelización numérica desempeña un factor limitante, es decir, el desarrollo de todos estos campos implica cada vez una modelización más precisa y robusta que sea representativa de la estructura incluso en los escenarios más desafiantes como en regímenes de comportamientos no lineales, modelización de contactos y fricción, la modelización del daño estructural o el modelado de la anisotropía y la heterogeneidad. Por ello el objetivo principal de esta tesis es la mejora de la modelización numérica de puentes envejecidos y el desarrollo de metodologías que contribuyan a preservarlos.
En esta tesis se han desarrollado cuatro metodologías, tres relacionadas con la mejora del modelado de puentes envejecidos y una sobre los sistemas de monitorización y predicción de daño. Como trabajo preliminar al desarrollo de estas cuatro metodologías se realizó una recalibración de un puente de mampostería, y la campaña experimental modelado y calibración de un puente de acero. Ambos casos de estudio fueron expuestos en congresos internacionales y posteriormente publicados en los libros de actas. Estos casos de estudio sentaron las bases para el desarrollo de las metodologías propuestas en esta tesis. Como resultado de esta experiencia se realizaron dos metodologías para la calibración de modelos, una para puentes de acero y otra para puentes de mampostería. Cada una de estas metodologías sigue un flujo de trabajo que aprovecha las sinergias entre las técnicas empleadas y el caso de estudio. La experiencia generada en la realización de estas metodologías de calibración motivó el desarrollo de un algoritmo de predicción de daño en puentes metálicos. Este algoritmo es adecuado para su implementación en sistemas de monitorización y puede contribuir a la mejora de las inspecciones rutinarias en puentes metálicos. Finalmente, como paso final de esta tesis, se desarrolló un nuevo enfoque para el modelado de la corrosión en puentes metálicos. Este nuevo enfoque propone el uso de redes Bayesianas para la modelización de la variabilidad de propiedades en puentes metálicos.
Las metodologías y algoritmos presentados en esta tesis se han probado en puentes reales y en servicio. Esto, a su vez, ha dado lugar a cuatro publicaciones en revistas internacionales de alto impacto, revisadas por pares e indexadas en el Journal Citation Report (JCR). A través de estas publicaciones, el trabajo presentado supone un avance en el estado del arte y contribuyó a la mejora de la modelización numérica de puentes envejecidos y al desarrollo de metodologías para preservarlos.
