MODELACIÓN DE PUENTES

Antes de la construcción de cualquier sistema estructural, se deben emplear amplios criterios de ingeniería y procesos de análisis. Durante este proceso, muchas suposiciones de ingeniería son rutinariamente usadas en la aplicación de principios de ingeniería y teorías para la práctica. Un subconjunto de estas suposiciones es usado en una multitud de métodos analíticos disponibles para análisis estructurales.

El objetivo del análisis es investigar las respuestas más probables de una estructura de puente debido a un rango de cargas aplicadas. Los resultados de estas investigaciones deben ser convertidos en datos útiles de diseño, proporcionando a los diseñadores la información necesaria para evaluar el funcionamiento de las estructuras de puentes y determinar las acciones apropiadas para lograr la configuración del diseño más eficiente.

MODELACIÓN

Todo el modelado analítico, análisis, y la interpretación de resultados deben basarse en un juicio sensato de ingeniería y una comprensión sólida de los principios fundamentales de ingeniería. Finalmente, el análisis debe validar el diseño.

Muchos factores contribuyen a la determinación de los parámetros de modelado. Estos factores deberían reflejar temas como la complejidad de la estructura bajo investigación, tipos de carga siendo examinados, y, sobre todo, la información requerida a ser obtenida del análisis.

Típico diagrama de flujo del proceso de análisis

El primer paso en lograr un modelo computacional confiable es definir un conjunto correcto de propiedades del material y del suelo, basado en información publicada e investigaciones in situ. En segundo lugar, los componentes críticos son ensamblados y probados numéricamente donde la validación del funcionamiento de estos componentes es considerada importante para la respuesta global del modelado.

LA GEOMETRÍA

Después de seleccionar una metodología apropiada de modelado, se deben dar serias consideraciones a la correcta representación de las características geométricas de puentes. Estos asuntos geométricos están directamente relacionados con las características de comportamiento de los componentes estructurales así como también el conjunto global de la estructura.

Las consideraciones deben incluir:

La geometría global de la estructura del puente La alineación horizontal La elevación vertical El peralte de la carretera Conexión de los componentes individuales del puente

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Y SECCIONES

Uno de los aspectos más importantes al tomar el comportamiento correcto de la estructura es la determinación de las propiedades del material y las secciones de sus componentes siendo necesarias para determinar el comportamiento estructural real. En cuanto a las propiedades de sección necesitan ser ajustadas para el objetivo del análisis. Para análisis elásticos, si el objetivo es la fuerza, las propiedades de sección son menos importantes con tal de que la rigidez relativa sea correcta. Las propiedades de sección se vuelven más críticas cuando los objetivos son el desplazamiento de la estructura y la deformación. Desde que el hormigón armado se fisura más allá de cierta deformación, las propiedades de sección necesitan ser modificadas para este comportamiento. En general, si se espera la deformación ultima, entonces la rigidez efectiva debería ser considerada en las propiedades de sección. Es común usar el valor medio del momento de inercia para miembros concretos reforzados y el valor total para miembros concretos pretensados. Los comportamientos no lineales son más difíciles de manipular en modelos complicados y simples de elementos finitos. Cuando los elementos sólidos son usados, se deben utilizar las relaciones constitutivas describiendo el comportamiento del material. Estas propiedades deberían ser calibradas por los datos obtenidos a partir de ensayos de experimentos disponibles. Para elementos de tipo viga-columna, sin embargo, es esencial que el ingeniero estime correctamente el funcionamiento de los componentes ya sea por los experimentos o un análisis teórico detallado. Una vez establecida el funcionamiento del miembro, un modelo inelástico simplificado puede usarse para simular el comportamiento esperado del miembro. Mientras un modelo degradante puede correlacionar muy bien comportamientos teóricos con resultados experimentales. Para un diseño inicial, todas las propiedades de los materiales deberían basarse en valores nominales. Sin embargo, es importante verificar el diseño con las propiedades previstas de los materiales.

CONDICIONES DE CONTORNO

Otro ingrediente clave para el éxito del análisis estructural es la correcta caracterización de las condiciones de contorno del sistema estructural. Las condiciones de las columnas o los estribos en los puntos del soporte (o el suelo) deben ser examinados por ingenieros e implementados correctamente en el análisis del modelo estructural. Esto puede ser logrado por medio de varias maneras basadas en diferentes suposiciones de ingeniería. Por ejemplo, durante la mayor parte del análisis estático, es común usar una representación simple de soportes (Empotrado, fijo, móvil) sin caracterizaciones de la rigidez del suelo o fundación. Sin embargo, para un análisis dinámico, la representación correcta del sistema del suelo o fundación es esencial.

CARGAS

Durante las actividades de ingeniería de diseño, los modelos se usan para evaluar las estructuras de puentes para diversas cargas de servicio, como el tráfico, viento, temperatura, construcción, y otras cargas de servicio. Estas cargas de servicio pueden ser representados por una serie de casos estáticos de carga aplicado al modelo estructural.

En muchos casos, especialmente en zonas de alta sismicidad, las cargas dinámicas controlan muchos parámetros de diseño del puente. En este caso, tiene mucha importancia comprender la naturaleza de estas cargas, así como también la teoría que gobierna el comportamiento de sistemas estructurales sometidos para estas cargas dinámicas. En zonas sísmicas altas, un análisis espectral multimodal de respuesta es requerido para evaluar la respuesta dinámica de estructuras de puentes. En este caso, la carga del espectro de respuesta es usualmente descrita por la relación del período estructural vs. la aceleración del suelo, velocidad, o desplazamiento para una amortiguación estructural dada. En algunos casos, usualmente para estructuras de puentes más complejos, un análisis de historia de tiempo es requerido. Durante estas investigaciones analíticas, un conjunto de cargas de historia de tiempo (normalmente, el desplazamiento o la aceleración vs. el tiempo) es aplicado a los nodos de contorno de la estructura.