Nuevo sistema de empuje continuo de puentes: diseño y análisis mediante simulación numérica

Abstract

La Tesis Doctoral presenta un estudio del diseño y análisis numérico de un nuevo mecanismo de empuje de estructuras que permite la construcción de puentes de grandes luces utilizando un nuevo método constructivo. El lanzamiento de puentes es un método muy utilizado en la actualidad aunque tiene importantes inconvenientes que las empresas del sector requieren solventar. Entre las principales demandas de los sistemas actuales se encuentra la continuidad, reversibilidad y seguridad en el empuje, así como la sostenibilidad, el aumento de la velocidad media de lanzamiento y la innovación en los métodos constructivos. Para lograr estos objetivos se diseñó un nuevo mecanismo basado en una oruga de tracción invertida, que en grupos sincronizados o no y desde el estribo, permite el desplazamiento de grandes estructuras utilizando la fuerza de fricción. El diseño del mecanismo es llevado a cabo combinando métodos de la mecánica tradicional con métodos avanzados como las herramientas CAD y la simulación numérica mediante elementos finitos. Los principales estudios realizados sobre el nuevo mecanismo de empuje son: ¿ - Pre-diseño mecánico en función de los criterios de diseño utilizando un método multicriterio. - Análisis no lineales mediante elementos finitos sobre los principales componentes del mecanismo. - Estudio experimental mediante la técnica pin-on-disc del fenómeno de fricción entre el acero del puente y los elastómeros utilizados en el mecanismo. - Análisis de la interacción estructural entre el puente y el mecanismo de empuje mediante elementos finitos aplicando la técnica de sub-estructuración. - Análisis cinemático del mecanismo de empuje mediante elementos finitos. ¿ - Optimización topológica mediante modelos numéricos de varios elementos resistentes del mecanismo. Por último, esta Tesis se cierra con el desarrollo de un prototipo a escala 1:15 que permitirá, en posteriores trabajos de investigación realizar ensayos de laboratorio sobre el mismo. En resumen, este trabajo desarrolla un nuevo mecanismo de empuje de puentes que es capaz de soportar el peso de la estructura a desplazar y aprovecha dicho esfuerzo para producir el desplazamiento mediante fricción. El caso extremo de lanzamiento se realizará por medio de cuatro dispositivos de empuje dispuestos en serie dos a dos bajo las almas del puente, capaces de soportar hasta 3000 Toneladas en total, alcanzandovelocidades medias de 20 m/h y permitiendo el desplazamiento en avance y retroceso de manera continua, controlada y segura. Además, se extrae una ley de comportamiento friccional para los elastómeros utilizados en el mecanismo en contacto con el material de la estructura, siendo este comportamiento dependiente de la carga normal aplicada y la velocidad. Asimismo, se expone un innovador sistema de compensación de carga que permite un control de seguridad activo, capaz de detectar sobrecargas durante el proceso de lanzamiento y permite detener el empuje en caso necesario evitando así accidentes importantes. Este mecanismo, junto con un nuevo procedimiento de lanzamiento de puentes, fue patentado por la autora y otros investigadores. Asimismo, el proyecto que da origen a esta Tesis fue 1er Premio Nacional Arquímedes 2012 en la modalidad de Arquitectura y Construcción. En la actualidad, la divulgación continua a través de publicaciones y congresos.