Laboratorio do Túnel do Vento para Ensaios Aerolásticos

Este laboratorio ten por obxecto a análise aeroelástico híbrido do comportamento de pontes de grandes vans fronte á acción do vento. Os métodos híbridos analizan computacionalmente un modelo estrutural da ponte completa para determinar a aparición de inestabilidades como o flameo (flutter en inglés). Necesitan previamente os coeficientes aerodinámicos e as funcións de flameo do taboleiro que deben obterse de forma experimental nun túnel de vento mediante ensaios seccionales do taboleiro. Despois do cálculo estrutural aplícase unha metodoloxía de visualización avanzada para representar a evolución dos movementos da ponte completa en tempo real durante o fenómeno de inestabilidade. Baséase no procesado de imaxes realistas dos elementos da ponte deformado, para o que se utilizan os resultados da análise computacional da estrutura. Obtéñense así animacións dixitais do comportamento de pontes completas de grandes vans soportados por cables.

Infraestrutura e Equipamento

O laboratorio dispón dun túnel de vento aerodinámico cunha cámara de ensaios de 1m2 de sección. O caudal máximo de aire é de 32 m3/s. O nivel de turbulencia é menor do 0.5%. Para instrumentación dos modelos e a adquisición de datos disponse de 3 acelerómetros de ata 300 hercios, 6 células de carga de 5 kg, unha sonda Pitot, 4 pistones pneumáticos para a sujeción de modelos seccionales, 1 barómetro e termómetro de precisión e un computador con cartón de adquisición de datos que realiza a monitorización e control do túnel de vento. Neste laboratorio tamén se atopa unha sala de computación cun equipo de edición de vídeo e un cluster de 7 computadores.

Tipos de Ensaios

Ensaios seccionales aerodinámicos de taboleiros de pontes. Neles un segmento de taboleiro de ponte de gran van por exemplo colgante ou atirantado a escala entre 1/25 e 1/100 ensáiase de forma fixa sen movementos, medíndose as forzas que exerce o fluxo de aire sobre o mesmo. Estas forzas adimensionais son os coeficientes aerodinámicos. Ensaios seccionales aeroelásticos de taboleiros de pontes. Co mesmo tipo de modelos a escala, pero soportados por un sistema de peiraos que permite tres graos de liberdade, levan a cabo ensaios en oscilación libre amortecida. Da diferenza entre o seu comportamento sen vento no túnel e con diferentes velocidades de fluxo de aire obtéñense as funcións de flameo.

Análise Aerolásticos de Pontes

O cálculo aeroelástico resolve computacionalmente a ecuación de equilibrio dinámico do taboleiro considerando por unha banda as forzas aeroelásticas tamén chamadas autoexcitadas posto que se producen por efecto da interacción fluidoestructura que dependen das funcións de flameo, e por outro, as forzas de bataneo producidas pola natureza turbulenta da acción do vento. As forzas de bataneo dependen das fluctuaciones da velocidade de vento e dos coeficientes aerodinámicos de pulo, levantamento e momento. A inestabilidade por flameo analízase resolvendo un problema non lineal valores e vectores propios do que se obteñen os amortiguamientos modais do taboleiro. Cando para unha velocidade de vento aparece un amortiguamiento negativo a posible vibración do taboleiro se amplificará crecendo a amplitude das oscilacións e aparecendo o fenómeno de instabilidad por flameo. Para o fenómeno de bataneo utilízase análise espectral. Os resultados son por tanto os espectros dos movementos do taboleiro para cada velocidade de vento dos cales se obteñen as desviacións típicas dos devanditos movementos que son as que se atopan limitadas nas especificacións do proxecto dunha ponte.

Túnel de Vento aerodinámico

A instalación prevista está formada por un túnel de vento de sección de ensaio de 1 x 1 m2, para ensaiar segmentos de taboleiros de pontes de gran van. Os ensaios permitirán obter:

  • A resultante das presións horizontais e verticais producidas polo vento sobre o taboleiro.
  • A aceleración, velocidade e translación do taboleiro baixo a acción do vento.
  • Coeficientes aerolásticos (flutter derivates da sección).

Túnel de Vento de capa límite

Túnel de vento de capa límite con cámara de ensaios de 3x2 m2 de sección e 22 m de lonxitude.

Células de Carga

Con este tipo de sensores conséguese obter a forza que o vento exerce sobre a estrutura colocada na zona de ensaio

Especificacións

Sensor Posición 3D

Sistema que, mediante ultrasóns, permítenos determinar o movemento que realiza o elemento ensaiado ao aplicarlle unha carga de vento.

Especificacións

Acelerómetros

Sensores colocados na zona de ensaio, capaces de rexistrar as vibracións do elemento sometido estudo.

Especificacións

Sonda de Pitot

Estes sensores utilízanse para coñecer de forma precisa a velocidade do vento xerado pola turbina, podendo así adecualo ás necesidades do ensaio.

Especificacións


Estudo da excitación por vórtices que produce o vento nun taboleiro de ponte con caixóns xemelgos.

A excitación por vórtices é un fenómeno producido polo vento en estruturas flexibles como as pontes soportadas por cables. Tamén ocorreu en pontes de vigas ou en arcos. Pode ocorrer tanto na fase construtiva como coa ponte finalizada. Sábese que un corpo non aerodinámico exposto ao vento forma no seu ronsel unha serie de vórtices alternativos a unha determinada frecuencia, o que depende do número de Reynolds.


Pasarela peonil de tipoloxía banda tesa sobre o río Júcar ao seu paso por Conca.

A pasarela peonil de tipoloxía banda tesa sobre o río Júcar ao seu paso por Cuenca ten unha lonxitude de 216 metros divididos en tres vans de xeometría parabólica de 72 metros cada un, sendo marca de luz alcanzada con esta tipoloxía utilizando cables de fibra de carbono. A pasarela constrúese dispondo tramos de taboleiro prefabricado de formigón sobre 16 cables de fibra de carbono previamente tesados.


Estudo experimental da ponte Castela-A Mancha (Talavera de la Reina) en túnel de vento.

A ponte Castela-A Mancha forma parte da circunvalación da cidade de Talavera de la Reina. Trátase dunha ponte atirantado sobre o río Tajo, construído pola UTE Rolda Sur Talavera, formada por SACYR, Aglomancha e Grupo Bárcenas. A obra foi inaugurada en outubro de 2011. O van total da ponte é de 318 m e destaca o pilono inclinado que ten 192 m de altura.


Análise aeroelástico da ponte colgante sobre o Estreito de Messina (Italia).

O deseño da futura ponte sobre o estreito de Messina, entre a illa de Sicilia e a península italiana, é unha ponte colgante de 3.300 m. de van central e unha lonxitude total de 5.010 m.
O taboleiro está proxectado como tres caixóns conectados por vigas transversais cada 30 m. Os dous laterais soportarán tráfico de vehículos e o central está destinado a unha vía dobre de ferrocarril.


Ensaios en túnel de vento de taboleiros de ponte con perfil semicircular inferior.

Un problema desafiante, cuxa solución facilitaría o proxecto de pontes de gran van, consiste na utilización do deseño óptimo de estruturas pero considerando as complicadas condicións de tipo aeroelástico, esenciais neste tipo de pontes. A optimización require que todas as análises sexan computacionais. Iso é unha dificultade no estudo dos fenómenos aeroelásticos que causa o vento e que normalmente se realizan ensaiando modelos reducidos en túneles de vento.