Análisis de la respuesta frente al fuego de puentes metálicos multijácena

Abstract

Bridges are critical elements of the transportation system whose loss can have serious social and economic consequences. To minimize the likelihood of these negative consequences, codes define the loads to be considered when designing a bridge. In this context, extraordinary actions such as earthquakes or floods have been studied in the past and are widely reflected in the bibliography and in current regulations. However the effects of fire on bridges have been poorly studied and there is not any standard to help the design engineer to deal with the problem. This lack of standards contrasts with the importance of fire on bridges as shown by the number and consequences of such incidents in the past. In this context, this Thesis establishes part of the basis required for the development of a code specific for bridge fires and also analyzes the fire response of a steel multi-girder bridges. To reach these goals, a research and analysis of real bridge fire events has been carried out. This research has enabled to obtain patterns in bridge fires and has helped to define which bridges are more susceptible to suffer serious damage due to a fire. Once the critical incidents and bridges have been found, this Thesis studies using numerical models the structural response of a typical multi-girder steel bridge to a tanker truck fire under its deck. In this study, special emphasis is placed on the boundary conditions of the model to realistically reproduce the behavior of the bridge. In addition, simplifications of the model are studied to decrease the complexity of the numerical models used as well as the computing times. Once the model has been validated and the simplifications are applied, the influence of different parameters (geometric, environmental and relative to the fire load) on the temperatures reached by the structural system studied and therefore, its collapse risk, has been studied. This study lays the foundations for a future definition of parametric fire curves specific for bridges.

Los puentes son elementos críticos de las infraestructuras del transporte cuyo deterioro o colapso puede tener grandes consecuencias económicas y sociales. Para minimizar la probabilidad de aparición de estas negativas consecuencias, las normativas de aplicación en puentes definen las acciones o cargas a tener en cuenta en su diseño. En este contexto, acciones extraordinarias como el sismo o la socavación de la cimentación han sido muy estudiadas en el pasado y están ampliamente recogidas en la bibliografía y en las normativas actuales. Sin embargo, los efectos del fuego en los puentes han sido muy poco estudiados y no hay normativa que ayude al ingeniero proyectista a abordar el problema. Esta ausencia de normativa contrasta con la importancia del fuego en puentes evaluada por el número y consecuencias de este tipo de incidentes ocurridos en el pasado. En este contexto, esta Tesis establece parte de las bases necesarias para una normativa específica para el fuego en puentes y analiza la respuesta al fuego de puentes metálicos multijácena. Para ello, se ha realizado en primer lugar una búsqueda de incidentes reales que ha permitido detectar patrones en los incendios de puentes y ver qué tipo de puentes son más susceptibles de sufrir daños de consideración. Una vez detectados los incidentes y puentes críticos, la Tesis estudia la respuesta estructural mediante simulación computacional del incendio de un camión cisterna bajo un puente metálico multijácena tipo. En este estudio se hace especial hincapié en las condiciones de contorno del modelo para reproducir de manera real el comportamiento del puente frente al fuego. Además, se estudian posibles simplificaciones del modelo para poder analizar rápidamente la respuesta del puente sin tener que realizar un modelo completo del mismo. Una vez validado el modelo y aplicadas las simplificaciones oportunas, se procede al estudio de la influencia que distintos parámetros (geométricos, ambientales y relativos a la carga de fuego) tienen en las temperaturas alcanzadas por la tipología de puentes analizada y, por tanto, en su riesgo de colapso. Este estudio sienta las bases para una futura curva paramétrica de aplicación al fuego en puentes.

Els ponts són elements crítics de les infraestructures del transport i el deteriorament o col·lapse dels quals pot tindre grans conseqüències econòmiques i socials. Per a minimitzar la probabilitat d'aparició d'estes negatives conseqüències, les normatives d'aplicació en ponts defineixen les accions o càrregues a tindre en compte en el seu disseny. En aquest context, accions extraordinàries com el sisme o la soscavació de la cimentació han sigut molt estudiades en el passat i estan àmpliament recollides en la bibliografia i en les normatives actuals. No obstant això, els efectes del foc en els ponts han sigut molt poc estudiats i no hi ha normativa que ajude a l'enginyer projectista a abordar el problema. Esta mancança de normativa contrasta amb la importància del foc en els ponts avaluada pel número i conseqüències d'aquest tipus d'incidents ocorreguts en el passat. En aquest context, esta Tesi estableix part de les bases necessàries per a una normativa específica per al foc en ponts i analitza la resposta al foc de ponts metàl·lics multi-biga. Per a això, s'ha realitzat en primer lloc una recerca d'incidents reals que ha permès detectar patrons en els incendis de ponts i veure quin tipus de ponts són més susceptibles de patir d'anys de consideració. Una vegada detectats els incidents i ponts crítics, la Tesi estudia la resposta estructural per mitjà de simulació computacional de l'incendi d'un camió cisterna davall un pont metàl·lic multi-biga tipus. En este estudi es fa especial insistència en les condicions de contorn del model per a reproduir de manera real el comportament del pont enfront del foc. A més, s'estudien possibles simplificacions del model per a poder analitzar ràpidament la resposta del pont sense haver de realitzar un model complet del mateix. Una vegada validat el model i aplicades les simplificacions oportunes, es procedeix a l'estudi de la influència que distints paràmetres (geomètrics, ambientals i relatius a la càrrega de foc) tenen en les temperatures aconseguides per la tipologia de ponts analitzada i, per tant, en el seu risc de col·lapse. Este estudi assenta les bases per a una futura corba paramètrica d'aplicació al foc en ponts.