3 CommentsEn el presente trabajo se modeló la estructura de un puente de acero al que se le impusieron cuatro estados de daño controlado midiéndose sus características dinámicas para cada uno de ellos. El puente se localizaba sobre el río Grande en Albuquerque, Nuevo México, EUA; antes de su demolición, se llevaron a cabo pruebas de daño controlado y se midieron sus características modales. Los detalles completos de su instrumentación y programas de pruebas las describen Farrar et al, 1994. La estructura estaba formada por dos trabes armadas de acero de 3.05 m de peralte, y tres tramos independientes apoyados sobre pilas. Los dos tramos extremos tenían una longitud de 39.9 m y el central de 49 m (figura 3.10.1.a). La losa de la calzada de concreto era de 17.8 cm de espesor y 13.30 m de ancho (figura 3.10.1.b).
Fig. 3.10.1. Estructura del puente estudiado.
Con esta información se elaboraron tres modelos del puente, empleando para su efecto el programa de análisis estructural SAP90. Para calibrar el mejor modelo se procedió de la siguiente manera: se contaba los datos de pruebas de vibración ambiental realizadas en el puente, de ahí se extrajeron los modos de vibrar. El primero fue modelado considerando exclusivamente la participación de las vigas de acero; en el segundo se tomó en cuenta la participación de la losa considerando vigas de sección compuesta, y; en el tercero se consideró a la losa modelándola con elementos finitos tipo placa.
Lo anterior se hizo para obtener el modelo que mejor representaba las características de la respuesta de la estructura, y se realizó correlacionando (empleando los métodos descritos en el capítulo 2) los modos de vibrar de la estructura real con los modos de vibrar obtenidos del análisis del modelo analítico; los resultados de este procedimiento se presentan en el siguiente capítulo.
Para poder realizar la correlación entre los modos medidos (estructura real) y los calculados (modelo analítico) se procedió a normalizar ambos contra el valor máximo de cada vector modal. Cabe hacer mención que para poder hacer la correlación se interpolaron los valores obtenidos del modelo analítico para que coincidieran con la localización de los puntos de medición de la estructura real, esto obedeciendo a que si en el modelo mismo se introducían grados de libertad en esos puntos los resultados cambiaban de valor abruptamente debido al cambio en la rigidez, provocado por longitudes muy pequeñas, la localización de éstos puntos se observan en la figura 3.10.3.
Una vez obtenida una correlación razonable (en función de los parámetros de los métodos empleados) y calibrado el modelo a emplear, se procedió a representar el daño inducido en la estructura. El daño que se le indujo al puente simula una grieta producida por fatiga como las que se han observado en puentes de vigas de acero. Este tipo de grietas son producto de la flexión del alma fuera de su plano y usualmente principian en las uniones soldadas del alma o en los soportes de las vigas de piso. Se indujeron cuatro niveles de daño en la mitad del claro de la viga principal central; el daño fue introducido realizando varios cortes con soplete en el alma y patín de la viga. Como referencia, al estado original de la estructura sin daño se le denomina estado D0.
El primer nivel de daño, denominado D1, consistió en un corte de 61cm de longitud y 10 mm de ancho en el alma de la trabe, al centro del peralte. A continuación, este corte se siguió hasta la base del alma para producir el segundo estado de daño D2. En el tercer estado de daño, D3, se cortó la mitad de ambos patines por debajo del corte del alma de la trabe. Finalmente, se cortó el patín completamente, dejando un peralte del alma de tan solo 1.22 m, dando lugar al estado de daño D4. En la figura 3.10.2. se muestran los estados de daño de la trabe, su ubicación dentro de la estructura aparece en la figura 3.10.3.
Fig. 3.10.2. Estados de daño inducidos a la trabe de la estructura.
Fig. 3.10.3. Localización de los puntos de medición y del daño inducido del puente estudiado.
Este daño se indujo en los tres modelos anteriormente descritos, dado que los tres son del tipo esquelético (empleándose para su formulación elementos tipo viga) el procedimiento que se siguió para representar los cuatro estados de daño fue el siguiente: con la sección transversal de cada elemento dañado, se procedió a calcular las propiedades geométricas resultantes de cada corte realizado a la trabe, al cambiar las propiedades (tales como el área y el momento de inercia) la rigidez del elemento se ve alterada.
Una vez más, se procedió a correlacionar los modos de vibrar calculados con los medidos. Calibrados los modelos, el siguiente paso fue correlacionar los modos calculados de los modelos, para comprobar la efectividad de estos métodos para la detección de daño; los resultados se presentan en el siguiente capítulo.
