Modelización por el método de los elementos finitos para la evaluación estructural de un puente de ferrocarril en Orio (Guipúzcoa)

Abstract

[ES] Durante los últimos años, se han empleado diversos métodos empíricos para establecer la estabilidad de un puente en arco de mampostería. Dichos métodos se basan en la comprobación de las proporciones geométricas de las partes que componen el puente, como pueden ser las dimensiones de los vanos, arcos, tímpanos y bóvedas. Actualmente, se tiende a emplear modelos numéricos avanzados para la evaluación de dichas estructuras. Para el puente objeto del estudio, se ha empleado un modelo no-lineal de elementos finitos tridimensional modelizado mediante el programa comercial Abaqus versión 6.8. El comportamiento de la mampostería ha sido simulado como un elemento sólido que cambia su rigidez al desarrollarse la fisura debida a la tracción (crack) y el aplastamiento debido al exceso de compresión (crushing) de la mampostería. El relleno, ha sido modelizado como un material Drucker-Prager, y su interacción entre la mampostería y el relleno se ha configurado como una superficie de contacto friccional. En cambio, el refuerzo se ha modelizado empleando el paquete de Concrete Damage Plasticity, y su interacción con la mampostería se ha considerado de unión perfecta. Uno de los objetivos de este trabajo es conocer la acción que solicita en mayor grado al puente y que son causantes de las fisuras detectadas. Para el análisis del puente, éste ha sido sometido a distintas hipótesis de carga, tales como las cargas de peso propio, la acción del tren de cargas de la IAPF-07 y diferentes asientos diferenciales actuando en las pilas. Estas mismas hipótesis se han vuelto a analizar una vez que se le ha añadido el refuerzo en el puente, con el fin de observar la supuesta mejora que pudiera aportar el refuerzo. Se asume como razonable establecer que las propiedades de los materiales se basen en una ponderación que tiene en cuenta por un lado las características mecánicas de los materiales y por otro lado la calidad constructiva de la estructura, que se implementan en un programa no-lineal de elementos finitos tridimensional, cuyo análisis engloba buenas predicciones del actual comportamiento del puente en arco de mampostería.

[EN] During recent years, various methods have been used to establish empirical stability of a masonry arch bridge. These methods are based on the verification of the geometric proportions of the component parts of the bridge, such as the dimensions of the span, arches and vaults. Currently, we tend to use advanced numerical models for the evaluation of these structures. For the bridge under study, we have used a three-dimensional nonlinear finite element model using the commercial software Abaqus version 6.8. The behavior of the masonry has been simulated as a solid element that changes its stiffness when a crack is developed due to tensile and crushing due to excessive compression of the masonry. The fill has been modeled as Drucker-Prager material, and interaction between the masonry and the fill is set to a frictional contact surface. Instead, the reinforcement was modeled using the Concrete Damage Plasticity package, and its interaction with the masonry is considered like a perfect union. One objective of this study was to determine the action that causes great tension on the bridges which causes cracks. For analysis of the bridge, it has been subjected to different load cases such as self-weight loads, the action of the load train IAPF-07 and different differential seats acting on the support. These same assumptions have been re-analyzed once with added a reinforcement in the bridge, in order to observe the supposed improvement would provide reinforcement. Is assumed to be reasonable to set the material properties based on a weighting that take into account on one hand the mechanical characteristics of materials and on the other hand the construction quality of the structure, which are implemented in a three-dimensional nonlinear finite element analysis, which includes good predictions of the current behavior of masonry arch bridge.

[CA] Durant els últims anys, s'han empleat diversos mètodes empírics per a establir l'estabilitat d'un pont en arc de maçoneria. Els dits mètodes es basen en la comprovació de les proporcions geomètriques de les parts que componen el pont, com poden ser les dimensions dels vans, arcs, timpans i voltes. Actualment, es tendix a emprar models numèrics avançats per a l'avaluació de les dites estructures. Per al pont objecte de l'estudi, s'ha empleat un model no-lineal d'elements finits tridimensional modelizado per mitjà del programa comercial Abaqus versió 6.8. El comportament de la maçoneria ha sigut simulat com un element sòlid que canvia la seua rigidesa al desenrotllar-se la fissura deguda a la tracció (crack) i la xafada a causa de l'excés de compressió (crushing) de la maçoneria. El farcit, ha sigut modelizado com un material Drucker-Prager, i la seua interacció entre la maçoneria i el farcit s'ha configurat com una superfície de contacte friccional. En canvi, el reforç s'ha modelizado emprant el paquet de Concrete Damage Plasticity, i la seua interacció amb la maçoneria s'ha considerat d'unió perfecta. Un dels objectius d'este treball és conéixer l'acció que sol·licita en major grau al pont i que són causants de les fissures detectades. Per a l'anàlisi del pont, este ha sigut sotmés a distintes hipòtesis de càrrega, com ara les càrregues de pes propi, l'acció del tren de càrregues de la IAPF-07 i diferents seients diferencials actuant en les piles. Estes mateixes hipòtesis s'han tornat a analitzar una vegada que se li ha afegit el reforç en el pont, a fi d'observar la suposada millora que poguera aportar el reforç. S'assumix com raonable establir que les propietats dels materials es basen en una ponderació que té en compte per un costat les característiques mecàniques dels materials i per un altre costat la qualitat constructiva de l'estructura, que s'implementen en un programa no-lineal d'elements finits tridimensional, l'anàlisi del qual engloba bones prediccions de l'actual comportament del pont en arc de maçoneria.