RETO DEL CLIENTE
Históricamente, los ingenieros civiles han tenido una visión limitada de cómo responden los puentes curvos horizontales a los terremotos. Como parte de un proyecto más amplio financiado por la Administración Federal de Carreteras (FHWA) para estudiar la resistencia sísmica de los sistemas de autopistas, se utilizó el Centro de Equipamiento NEES de la Universidad de Nevada, Reno (UNR-NEES) para caracterizar a fondo el comportamiento de segmentos de puentes curvos en condiciones sísmicas. El objetivo de la investigación fue establecer pautas para diseñar puentes curvos que resistan mejor los grandes terremotos.
Debido a su forma irregular, los puentes curvos tienen requisitos únicos para simulaciones sísmicas a gran escala. Los sistemas de prueba uniaxiales tradicionales instalados en zanjas debajo del piso resistente no ofrecen flexibilidad de posicionamiento para acomodar estas probetas de prueba. Cuando la FHWA financió un proyecto de investigación en el UNR-NEES, nunca se habían realizado simulaciones sísmicas estructurales a gran escala en puentes curvos en el laboratorio de pruebas.
El UNR-NEES se propuso investigar el impacto sísmico utilizando un modelo a escala 2/5 de un puente curvo de tres vanos, que mide 44,1 metros (145 pies) de largo con un radio de 24,4 metros (80 pies) en la línea central del modelo.
“Esta fue la prueba de puente más grande que jamás habíamos intentado, que involucró altas cargas útiles y una probeta grande y de forma única”, comenta Patrick Laplace, Ph.D., gerente del Laboratorio de Estructuras a Gran Escala en UNR-NEES. “Entonces, para nosotros, el reto más grande fue encontrar una manera de simular con precisión un evento sísmico en un puente curvo a esta escala y con las fuerzas involucradas. Solo obtenemos uno de estos modelos a escala para trabajar, por lo que sabíamos que todo tenía que estar bien la primera vez”.
Laplace también sabía por qué la FHWA seleccionó a UNR-NEES para el estudio del puente curvo: debido a la configuración de prueba única de la instalación con una flexibilidad sin precedentes para acomodar probetas grandes y de formas únicas. “Conseguimos el proyecto porque éramos la única instalación de prueba capaz de generar las fuerzas y los movimientos requeridos prácticamente en cualquier lugar de nuestro laboratorio”, señala.
SOLUCIÓN DE MTS
A lo largo de 20 años, UNR-NEES ha colaborado estrechamente con MTS para integrar múltiples sistemas de mesas vibratorias para pruebas sísmicos a gran escala y de gran fuerza, principalmente en puentes y componentes de puentes.
La instalación incluye actualmente tres mesas vibratorias biaxiales, junto con una cuarta mesa vibratoria de 6DOF agregada en 2009. Cada mesa mide aproximadamente 4,25 metros (14 pies) cuadrados, tiene una carga útil de 445 kN (50 toneladas) y se asienta sobre un sólido piso de 780 metros cuadrados (8,400 pies cuadrados) en un laboratorio de gran altura con dos grúas. MTS también diseñó a medida un cojinete hidrostático para las mesas vibratorias que evita la elevación, el balanceo, el cabeceo y la guiñada sin necesidad de realizar una zanja, lo que permite instalar estos sistemas directamente en el suelo resistente.
Las mesas vibratorias pueden funcionar de forma independiente, en fase o de forma diferencial con las otras mesas y se pueden colocar para atender los requisitos de espacio exclusivos de una probeta de prueba. Las cuatro mesas se utilizaron para las simulaciones sísmicas de puentes curvos, incluida la tabla 6DOF configurada en modo biaxial.
“Eso es exactamente lo que quería UNR: múltiples mesas vibradoras que se pueden mover por el piso y operar de forma individual o en conjunto”, comenta Laplace. “Que yo sepa, fuimos el primer laboratorio que utilizó grandes mesas vibratorias en un conjunto como éste”.
Esta configuración portátil y organizada permitió a la UNR-NEES probar el modelo de puente curvo a escala de numerosas formas sin precedentes. Se realizaron seis pruebas diferentes para examinar varios componentes en condiciones sísmicas. Las pruebas incluyeron el diseño de las columnas con y sin columnas convencionales; el diseño de los pilares con y sin relleno; el aislamiento sísmico con y sin modificación de la respuesta; y la carga viva, con y sin camiones colocados en la superficie de la superestructura.
“Nuestra capacidad para estudiar el movimiento diferencial llena un vacío de larga data para las pruebas sísmicas de puentes curvos”, afirma Laplace. “Por ejemplo, ahora podemos simular una ola de terremoto que golpea un muelle antes que el siguiente, o con un muelle en el suelo y el otro en la roca. Este realismo no se puede conseguir con una sola mesa, por muy grande que sea”.
BENEFICIOS PARA EL CLIENTE
Las pruebas sísmicas de UNR-NEES para la FHWA finalizaron en marzo de 2012 después de nueve meses de actividades experimentales continuas, lo que proporcionó al gobierno estadounidense una gran cantidad de datos de prueba sobre el comportamiento de los puentes de vanos curvos en condiciones sísmicas. En el momento de escribir este artículo, la FHWA estaba en camino de establecer las directrices de diseño de la industria, beneficiando a los ingenieros civiles y a los ciudadanos de todo el mundo.
El UNR-NEES está llevando a cabo una importante ampliación que incluye la construcción de una segunda instalación de pruebas más grande, situada al lado de la instalación existente. La ampliación de 3658 metros cuadrados (12.000 pies cuadrados) albergará las cuatro mesas vibratorias, lo que abrirá las instalaciones existentes para otras pruebas de piso a gran escala. MTS vuelve a proporcionar la ingeniería hidráulica del nuevo laboratorio, la reubicación de la mesa vibratoria y las actualizaciones del sistema actual.
Según el doctor Sherif Elfass, profesor adjunto de investigación y director de operaciones de la sede del NEES, los investigadores del UNR-NEES están ampliando constantemente los límites de lo posible. Atribuye a la asociación de las instalaciones con MTS una importante contribución a esta confianza para explorar territorios inexplorados.
“Nuestra actitud es decir: 'Sí, podemos hacerlo', sabiendo que colaboraremos con MTS para encontrar juntos la manera”, menciona Elfass. “Contar con este respaldo de la experiencia de MTS es clave, especialmente a medida que nos expandimos. Consideramos que MTS es un pilar de nuestro éxito y nuestro futuro está ligado a esta relación continua”.
Laplace está de acuerdo. “Una vez que MTS entregue las llaves, definitivamente no será el final de la historia”, indica. “Siempre hay mucha interacción con las actualizaciones, el mantenimiento y las cuestiones técnicas. MTS tiene mucha gente extremadamente conocedora, en muchas áreas diferentes. No se puede encontrar un conocimiento tan amplio y aplicable en ningún otro lugar”.
