Laboratorio del Túnel del Viento para Ensayos Aerolásticos

Este laboratorio tiene por objeto el análisis aeroelástico híbrido del comportamiento de puentes de grandes vanos frente a la acción del viento. Los métodos híbridos analizan computacionalmente un modelo estructural del puente completo para determinar la aparición de inestabilidades como el flameo (flutter en inglés). Necesitan previamente los coeficientes aerodinámicos y las funciones de flameo del tablero que deben obtenerse de forma experimental en un túnel de viento mediante ensayos seccionales del tablero. Después del cálculo estructural se aplica una metodología de visualización avanzada para representar la evolución de los movimientos del puente completo en tiempo real durante el fenómeno de inestabilidad. Se basa en el procesado de imágenes realistas de los elementos del puente deformado, para lo que se utilizan los resultados del análisis computacional de la estructura. Se obtienen así animaciones digitales del comportamiento de puentes completos de grandes vanos soportados por cables.

Infraestructura y Equipamiento

El laboratorio dispone de un túnel de viento aerodinámico con una cámara de ensayos de 1m2 de sección. El caudal máximo de aire es de 32 m3/s. El nivel de turbulencia es menor del 0.5%. Para instrumentación de los modelos y la adquisición de datos se dispone de 3 acelerómetros de hasta 300 hercios, 6 células de carga de 5 kg, una sonda Pitot, 4 pistones neumáticos para la sujeción de modelos seccionales, 1 barómetro y termómetro de precisión y un ordenador con tarjeta de adquisición de datos que realiza la monitorización y control del túnel de viento. En este laboratorio también se encuentra una sala de computación con un equipo de edición de video y un cluster de 7 ordenadores.

Tipos de Ensayos

Ensayos seccionales aerodinámicos de tableros de puentes. En ellos un segmento de tablero de puente de gran vano por ejemplo colgante o atirantado a escala entre 1/25 y 1/100 se ensaya de forma fija sin movimientos, midiéndose las fuerzas que ejerce el flujo de aire sobre el mismo. Estas fuerzas adimensionales son los coeficientes aerodinámicos. Ensayos seccionales aeroelásticos de tableros de puentes. Con el mismo tipo de modelos a escala, pero soportados por un sistema de muelles que permite tres grados de libertad, se llevan a cabo ensayos en oscilación libre amortiguada. De la diferencia entre su comportamiento sin viento en el túnel y con diferentes velocidades de flujo de aire se obtienen las funciones de flameo.

Análisis Aerolásticos de Puentes

El cálculo aeroelástico resuelve computacionalmente la ecuación de equilibrio dinámico del tablero considerando por un lado las fuerzas aeroelásticas también llamadas autoexcitadas puesto que se producen por efecto de la interacción fluidoestructura que dependen de las funciones de flameo, y por otro, las fuerzas de bataneo producidas por la naturaleza turbulenta de la acción del viento. Las fuerzas de bataneo dependen de las fluctuaciones de la velocidad de viento y de los coeficientes aerodinámicos de empuje, levantamiento y momento. La inestabilidad por flameo se analiza resolviendo un problema no lineal valores y vectores propios del que se obtienen los amortiguamientos modales del tablero. Cuando para una velocidad de viento aparece un amortiguamiento negativo la posible vibración del tablero se amplificará creciendo la amplitud de las oscilaciones y apareciendo el fenómeno de instabilidad por flameo. Para el fenómeno de bataneo se utiliza análisis espectral. Los resultados son por tanto los espectros de los movimientos del tablero para cada velocidad de viento de los cuales se obtienen las desviaciones típicas de dichos movimientos que son las que se encuentran limitadas en las especificaciones del proyecto de un puente.

Túnel de Viento

La instalación prevista está formada por un túnel de viento de sección de ensayo de 1 x 1 m2, para ensayar segmentos de tableros de puentes de gran vano. Los ensayos permitirán obtener:

  • La resultante de las presiones horizontales y verticales producidas por el viento sobre el tablero.
  • La aceleración, velocidad y traslación del tablero bajo la acción del viento.
  • Coeficientes aerolásticos (flutter derivates de la sección).

Células de Carga

Con este tipo de sensores se consigue obtener la fuerza que el viento ejerce sobre la estructura colocada en la zona de ensayo

Especificaciones

Sensor Posición 3D

Sistema que, mediante ultrasonidos, nos permite determinar el movimiento que realiza el elemento ensayado al aplicarle una carga de viento.

Especificaciones

Acelerómetros

Sensores colocados en la zona de ensayo, capaces de registrar las vibraciones del elemento sometido estudio.

Especificaciones

Sonda de Pitot

Estos sensores se utilizan para conocer de forma precisa la velocidad del viento generado por la turbina, pudiendo así adecuarlo a las necesidades del ensayo.

Especificaciones


Estudio de la excitación por vórtices que produce el viento en un tablero de puente con cajones gemelos.

La excitación por vórtices es un fenómeno producido por el viento en estructuras flexibles como los puentes soportados por cables. También ha ocurrido en puentes de vigas o en arcos. Puede ocurrir tanto en la fase constructiva como con el puente finalizado. Se sabe que un cuerpo no aerodinámico expuesto al viento forma en su estela una serie de vórtices alternativos a una determinada frecuencia, lo que depende del número de Reynolds.


Pasarela peatonal de tipología banda tesa sobre el río Júcar a su paso por Cuenca.

La pasarela peatonal de tipología banda tesa sobre el río Júcar a su paso por Cuenca tiene una longitud de 216 metros divididos en tres vanos de geometría parabólica de 72 metros cada uno, siendo récord de luz alcanzada con esta tipología utilizando cables de fibra de carbono. La pasarela se construye disponiendo tramos de tablero prefabricado de hormigón sobre 16 cables de fibra de carbono previamente tesados.


Estudio experimental del puente Castilla-La Mancha (Talavera de la Reina) en túnel de viento.

El puente Castilla-La Mancha forma parte de la circunvalación de la ciudad de Talavera de la Reina. Se trata de un puente atirantado sobre el río Tajo, construido por la UTE Ronda Sur Talavera, formada por SACYR, Aglomancha y Grupo Bárcenas. La obra fue inaugurada en octubre de 2011. El vano total del puente es de 318 m y destaca el pilono inclinado que tiene 192 m de altura.


Análisis aeroelástico del puente colgante sobre el Estrecho de Messina (Italia).

El diseño del futuro puente sobre el estrecho de Messina, entre la isla de Sicilia y la península italiana, es un puente colgante de 3.300 m. de vano central y una longitud total de 5.010 m.
El tablero está proyectado como tres cajones conectados por vigas transversales cada 30 m. Los dos laterales soportarán tráfico de vehículos y el central está destinado a una vía doble de ferrocarril.


Ensayos en túnel de viento de tableros de puente con perfil semicircular inferior.

Un problema desafiante, cuya solución facilitaría el proyecto de puentes de gran vano, consiste en la utilización del diseño óptimo de estructuras pero considerando las complicadas condiciones de tipo aeroelástico, esenciales en este tipo de puentes. La optimización requiere que todos los análisis sean computacionales. Ello es una dificultad en el estudio de los fenómenos aeroelásticos que causa el viento y que normalmente se realizan ensayando modelos reducidos en túneles de viento.