Universidad
Politécnica de Madrid

13.10.15

La seguridad es clave en cualquier obra de ingeniería civil y antes de proceder a la construcción de un estadio, un edificio de oficinas, un monumento o un puente, se realizan diferentes exámenes que confirman que el diseño escogido es el adecuado o que determinan la necesidad de introducir modificaciones en el proyecto original para evitar posibles problemas en el futuro.

Uno de los aspectos que preocupan a ingenieros, arquitectos y constructores es el efecto del viento sobre las estructuras. Conocer cómo se va a comportar la estructura ante determinados niveles de viento atmosférico es fundamental y para ello se desarrollan ensayos en túneles aerodinámicos, siendo el Instituto Universitario de Microgravedad Ignacio da Riva (IDR) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) el centro de referencia en esta área desde los años noventa.

Hace unos días se ha inaugurado en la bahía de Cádiz el Puente de la Constitución de 1812, conocido ya como “Puente de La Pepa” y calificado como una de las grandes obras de la ingeniería civil española. Sus números así lo demuestran: 3 kilómetros de longitud, 36 metros de ancho, 69 metros de altura sobre el nivel del mar, construido durante 8 años por Dragados (ACS) con más de 100.000 metros cúbicos de hormigón y casi 70.000 toneladas de acero.

Ensayos estáticos y dinámicos

La obra, coordinada por el experto ingeniero Javier Manterola, la firma la oficina de proyectos Carlos Fernández Casado SL, que encargó en 2006 los ensayos al IDR-UPM. “Se ha tratado de una extensa campaña de ensayos para caracterizar el comportamiento aerodinámico y aeroelástico de las secciones del puente en diversas configuraciones que representaban tres fases de la obra, la construcción, el puente terminado y el puente en uso”, explica Sebastián Franchini, investigador del IDR.

Se desarrollaron tres tipos de ensayos. El primero, para determinar las cargas que el viento genera sobre el tablero del puente. Para ello, se construyó un modelo a escala de una sección del puente y se lo sometió a la corriente de aire del túnel en diferentes configuraciones (ensayo estático) mientras se medían las fuerzas que aparecen sobre el modelo. “Para medir las fuerzas usamos una célula de carga, que es como una balanza de baño, pero algo más sofisticada. Aplicando las leyes de semejanza y conceptos de aerodinámica y mecánica de fluidos es posible escalar las cargas medidas en el modelo al puente real. Con estos datos los ingenieros estructurales calculan la estructura resistente del puente”, explica.

El segundo es el ensayo aeroelástico, de carácter dinámico, para conocer si el puente oscilará con grandes amplitudes a alguna velocidad del viento. “Si en el ensayo se detecta que se pueden producir inestabilidades originadas por la interacción del viento con la estructura e implicando el movimiento de esta (que en casos extremos puede llegar al colapso, como ocurrió en 1940 con el puente de Tacoma) se ha de modificar el diseño del puente para evitarlas”, subraya. Este tipo de ensayos son cada vez más demandados, pues las mejoras tanto en diseño como en fabricación de puentes tienen como consecuencia el levantamiento de estructuras cada vez más ligeras, flexibles y con menor amortiguamiento en comparación con las que se construían en el pasado, con el resultado de un aumento de la sensibilidad de estas estructuras a las acciones del viento atmosférico (fenómenos de torbellinos, flameo, bataneo).

Como el Puente de la Constitución de 1812 contempla el paso de vehículos rodados, también se ha estudiado cómo afecta el viento lateral sobre el tráfico que recorre el puente y la efectividad de las barreras de protección lateral de tres metros de altura que disminuyen los efectos no deseados. Como afirma el profesor Franchini, “los primeros modelos de barreras laterales que ensayamos disminuían las cargas sobre el tráfico, pero aumentaban mucho las cargas sobre el puente y empeoraban la estabilidad. Se estudiaron alternativas y se optó por una de las que mantenía la protección sobre el tráfico, pero al mismo tiempo no perjudicaba las características aerodinámicas del puente”.

Por tanto, tras una campaña de ensayos de más de 100 horas de duración, se concluye que esta infraestructura, en la configuración experimentada, es segura y estable y permite la circulación del tráfico de vehículos sobre su superficie.

Ensayan todo tipo de puentes

El Puente de la Constitución de 1812 es el de mayor longitud que ha sido ensayado en los túneles de viento del Instituto Universitario de Microgravedad Ignacio da Riva. Desde hace años una de las demandas de la industria de ingeniería civil son los ensayos aerodinámicos y aeroelásticos de puentes y el IDR ha estudiado, desde 2006, 17 puentes de todo tipo: atirantados como el de Cádiz; de arco, como el viaducto sobre el río Ulla; extradosado, como el puente Vidin-Calafat en Rumanía; de viga, como el puente de San Marcos en México, o colgante, como el puente sobre el río Mersey en Reino Unido, este último también de grandes dimensiones.