Sistemas de control pasivo en cables de puentes atirantados. Diseño basado en el rendimiento

Abstract

En las últimas décadas se ha producido un importante auge de los puentes atirantados, convirtiéndose en alternativas económicas frente a otras tipologías estructurales. En dichos puentes, juegan un papel fundamental los cables, que constituyen elementos flexibles y con un bajo nivel de amortiguamiento. Esto hace que sean propensos a sufrir vibraciones, por lo que se han tenido que realizar reparaciones en numerosas ocasiones, debiendo tomar en muchos casos medidas de mitigación externas. En el presente trabajo, se abordan los aspectos teóricos más importantes en el estudio de fenómenos vibratorios en cables, pasando por las posibles medidas de mitigación. En el primer apartado, se realiza una revisión sobre los mecanismos de generación de vibraciones en cables. Se presta especial atención a los fenómenos relacionados con la acción del viento, definiendo una serie de parámetros aerodinámicos que permiten caracterizar la respuesta de los cables ante dichas acciones. Posteriormente, en el segundo apartado, se aborda la problemática asociada a las vibraciones en los tirantes de estructuras, ya que estas pueden suponer un problema a largo plazo debido a daños por fatiga, rotura de elementos de los anclajes y problemas de confort. Este último aspecto ha sido considerado en ocasiones de menor importancia, sin embargo, los movimientos excesivos en los tirantes crean alarma social y falta de seguridad, por lo que se definirán unas tolerancias de usuario o requerimientos estructurales, que se materializan en unos límites de desplazamientos. Para ello se parte de los datos aportados por diversos estudios que han sido recogidos en la bibliografía. Una vez definidos los requerimientos de la estructura y sus parámetros de control asociados, se abordan las diferentes medidas de mitigación de vibraciones, prestando especial atención a los sistemas de amortiguación de tipo pasivo. Se realiza una revisión de los sistemas amortiguadores presentes en el mercado, atendiendo a las principales características de cada uno de ellos y a los métodos de diseño que se han venido utilizando a lo largo de los últimos años para dimensionar estos sistemas. En este apartado, se plantea un enfoque de diseño diferente a los tradicionales, que se englobaría en lo que se conoce como “Diseño basado en el rendimiento” y que pretende aprovechar al máximo la capacidad de los amortiguadores para cumplir las condiciones impuestas en las diferentes normativas. Para poner en práctica este procedimiento de diseño, se aplicará a un caso real de puente atirantado: el Puente del Alamillo. Se realiza un modelo de elementos finitos en el que se incorporarán las propiedades mecánicas de los cables y de los diferentes tipos de amortiguadores considerados. Posteriormente, se lleva a cabo un proceso de optimización mediante algoritmos genéticos, con el fin de obtener los parámetros de los amortiguadores que cumplan las condiciones impuestas. Con los resultados obtenidos para cada tipo de amortiguador, se realiza un estudio comparativo, evaluando la eficacia de cada uno de los sistemas. Los parámetros de los amortiguadores optimizados con el enfoque de diseño presentado en este documento se han comparado con los resultados obtenidos empleando otras metodologías. Por último, se presentan una serie de conclusiones extraídas de los diferentes análisis desarrollados.