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

Resumen

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.