Método estadístico para la identificación de presiones actuantes en un túnel

Una de las mayores incertidumbres que se presentan en el cálculo de un túnel y en la determinación de su vida residual es, sin duda, el conocimiento del estado tensional del terrerno, el cual es precisamente la principal solicitación a que se ve sometida esta estructura.El método que se propone está basado en un tratamiento estadístico de ciertas mediciones experimentales obtenidas in situ sobre el túnel en construcción, junto con la información determinista relativa al tipo de estructura utilizada. El modelo estadístico empleado es lineal y formalmente análogo a un modelo de regresión, por lo que le es aplicable la misma teoría. Este hecho permite no sólo la estimación de los parámetros que determinan la distribución de presión, si no también su margen de variación estadístico mediante el cálculo de intervalos de confianza.

Obtención de la función de transferencia por interpolación en el dominio de la frecuencia

El método de la respuesta en frecuencia basado en el análisis de Fourier, se emplea para obtener la respuesta permanente de una estructura sometida a una fuerza de excitación no armónica o no periódica. La principal desventaja frente a otros métodos es la necesidad de obtener el espectro de respuesta para los infinitos puntos que forman el dominio de frecuencias. En este artículo se presenta un modelo de interpolación que permite reducir a unos pocos el número de puntos en que se resuelve la ecuación dinámica. Tales puntos son las frecuencias propias de la estructura. El espectro completo se obtiene por interpolación. En este sentido el tiempo de cálculo consumido se reduce ostensiblemente y el método gana en eficiencia. La validez del modelo se refleja en varios ejemplos de pórticos planos con amortiguamiento viscoso.

Influencia de los efectos de segundo orden en piezas esbeltas sometidas a flexión

En este trabajo se presenta un cálculo analítico no lineal de las deformaciones y tensiones en piezas esbeltas sometids a flexión. Los resultados se comparan con los obtenidos por un método matricial "paso a paso", en el que los efectos de segundo orden se tienen en cuenta aplicando las cargas por etapas, y actualizando la geometría en cada etapa. Por último, se comparan los resultados de ambos métodos con los de un método matricial habitual, en una sola etapa.

Aplicación de un ejercicio de prácticas de cálculo dinámico al proyecto de puentes

Este artículo describe un método simplificado para el estudio de la importancia de los modos locales en el establecimiento de las cargas para el dimensionamiento de las pilas de puentes. El cálculo sísmico de puentes es un tema de moda tras los espectaculares fallos acaecidos durante terremotos recientes y la continua construcción de obras de infraestructura en regiones sísmicas. Los problemas dinámicos planteados por los puentes son cualitativamente diferentes de los de edificación, incluso para el caso más sencillo de vibraciones longitudinales en pasos superiores rectos. A pesar de ello, las normas actuales proponen un método simplificado de "fuerzas equivalentes" basado en la aplicación del método de Rayleigh que no es de aplicación inmediata al cálculo de movimientos transversales o verticales, ya que está basado en un sólo modo; además, como se indica mas adelante, la introducción de apoyos elásticos entre tablero y pilas puede inducir modos locales que son de importancia capital para el cálculo de los esfuerzos en los pilares y que el calculista puede olvidar si aplica a ciegas las reglas habituales de truncamiento modal (por ejemplo, el criterio del 90% de la masa movilizada). El objetivo del artículo es desarrollar un modelo de dos grados de libertad con el que se muestre la importancia de la vobración de los pilares siguiendo un desarrollo asintótico propuesto por Kelly (1988) en otro contexto. Es interesante observar que el método propuesto permite una estimación cualitativa de la importancia de los modos cuya contribución a la solicitación de las columnas puede ser definitiva.

Identificación de las presiones actuantes en sostenimiento de túneles a partir de las medidas de convergencia

En este artículo se muestra una metodología y unas expresiones para el análisis del sostenimiento en túneles construidos mediante el Nuevo Método Austríaco (NTAM). Este método está basado en medidas muy robustas debido a su exactitud y de fácil obtención. En este artículo se desarrollan unas expresiones prácticas para la identificación de presiones radiales de interfase y de las tensiones en el hormigón del sostenimiento de túneles. Los datos básicos de partida son las convergencias medidas (o ajustadas) del sostenimiento. Sobre estos datos es preciso hacer las siguientes consideraciones: el sostenimiento de avance soportará, hasta la inclusión de la destroza, la convergencia AA ajustada. En el caso de que haya sido necesario el regunitado, el rebulonado o cualquier otra modificación de la rigidez, se deben separar las convergencias medidas hasta la fecha de tal operación de las ocurridas posteriormente, analizándolas por separado y sumando posteriormente las presiones y tensiones de ambas fases. Con esta consideración el método se basa en datos muy robustos cuya evolución es conocida por lo que es sencillo detectar cualquier error en los mismos.

Influencia de los estribos en el modelado dinámico de puentes

La repentina puesta fuera de servicio de puentes sometidos a la acción sísmica ha despertado un interés creciente por la comprensión de su comportamiento. En puentes pequeños o medianos los terraplenes de acceso son una parte muy significativa de la estructura. La práctica habitual de considerar los apoyos rígidos no representa adecuadamente la realidad, especialmente en puentes del tipo "integral" en que el estribo es solidario del tablero y los movimientos de este actúan directamente sobre el terraplen. El modelado de la rigidez y amortiguamiento de éste debe afectar a la frecuencia propia del sistema global en un sentido semejante al de los cimientos. Por ello, se presenta un sencillo modelo dinámico para el análisis paramétrico de la influencia de las impedancias dinámicas de los estribos en el comportamiento sísmico de puentes con estribo integral, donde se puede observar la influencia que tanto sobre la frecuencia propia como sobre el amortiguamiento globales tiene una correcta cuantifícación de aquéllas.

Aplicación del M.E.C. al estudio de sistemas elásticos con simetría axial

En este artículo se presenta la aplicación del Método de los Elementos de Contorno a la determinación del campo de desplazamientos y tensiones de sistemas axisimétricos en régimen elástico. Desarrollando asimismo, un procedimiento para la determinación de los coeficientes de las matrices de influencia que aparecen en el tratamiento numérico del problema. El estudio del estado tensional del sistema axisimétrico es de obvio interés en Ingeniería, pudiendo citarse entre otras las siguientes aplicaciones: estudio de vasijas de todo tipo, y cobrando plena actualidad las vasijas de los reactores nucleares; efecto de grietas y entallas; efecto de la colocación de zunchos de pretensado en depósitos de hormigon armado, etc. El tratamiento numérico de este tipo de problemas se produce como consecuencia de la dificultad de encontrar soluciones cerradas para las ecuaciones de campo que definen el problema, ecuaciones que aunque establecidas hace tiempo, sólo han sido resueltas en casos particulares. La ventaja de la utilización del M.E.C.,frente a los métodos de dominio, se pone de manifiesto en el estudio de este tipo de sistemas ya que la consideración de una malla monodimensional es suficiente para representar la discretización del contorno, produciendose una considerable reducción del tiempo de cómputo.

Elementos de contorno jerarquizados

Se presenta en este trabajo un nuevo enfoque del M.E.C., según el cual el refinamiento de la solución se logra mediante incremento del número de funciones de forma, en contraposición al tradicional de refinamiento de la discretización. De esta forma se consigue una convergencia más rápida, y de forma automática. Asimismo la discretización del contorno se realiza de una forma natural, viniendo los puntos que la definen impuestos por cambios de geometría o condiciones de contorno solamente. Como conclusión, cabe señalar que la idea de jerarquías de funciones de ínterpolación permite discretizar el contorno en elementos naturales de acuerdo con las discontinuidades previsibles en las variables del problema. Se puede mejorar de una forma independiente y automática la aproximación tanto en diferentes elementos como en las variables esenciales y naturales del problema. Se puede reducir el cálculo de integrales (la parte mas costosa del M.E.C.) al mínimo imprescindible. Se produce un mejor condicionamiento de la matriz y se debilitan los acoplamientos sucesivos. Toda la información precisa es aprovechada al máximo al pasar de una aproximación a la siguiente, lo que facilita el uso de soluciones iterativas.

Interacción dinámica vehículo-vía-estructura-cimiento en puentes de ferrocarril

Se presenta en este trabajo un programa de ordenador para la resolución del problema de interacción dinámica terreno-estructura-vehículo-cimiento en el caso particular de puentes de ferrocarril al paso de éste por aquel. El programa, escrito en FORTRAN V, se ha implementado en un ordenador UNIVAC 1108. El objetivo último del proyecto corresponde al establecimiento de una normativa adecuada referente a la rigidez de puentes de ferrocarril, en orden a limitar las vibraciones producidas en los elementos del vehículo (incluido el pasajero) y con ello incrementar la confortabilidad. Para ello, se prevé, en una segunda fase, un detallado estudio paramétrico de la influencia que sobre los aspectos anteriores tienen cada una de las variables que intervienen en el proceso. En el método de análisis, es de destacar el estudio del comportamiento del conjunto vía-balastro, en el que se incluyen, por ejemplo, sobre la propia deformación global inducida por los movimientos de las vigas del puente, el efecto de deformación local producido por el paso de las ruedas del vehículo. Asimismo lo es la completa modelización de los vehículos, vigas, soportes y terreno con una gran variedad de elementos particulares de comportamiento para la resolución de la mayoría de los problemas presentados.

La versión p-adaptable del Método de los Elementos Finitos y del Método de los Elementos de Contorno: aplicaciones en elasticidad bidimensional

Este trabajo discute la bondad de las técnicas numéricas p-autoadaptables, comparando el Método de los Elementos Finitos (MEF) y el Método de los Elementos de Contorno(MEC). Se presenta un breve resumen de las herramientas matemáticas necesarias para gobernar el proceso de refinamiento en ambos métodos. Finalmente, se presenta un ejemplo ilustrativo de relevancia práctica en ingeniería, el cual pone de manifiesto la potencia y versatilidad de las técnicas p-adaptables frente a situaciones reales.

Propagación de ondas en sistemas de barras

La acción de una fuerza aplicada bruscamente a un sistema no se transmite simultáneamente a todas las zonas del mismo; en el instante inicial las zonas alejadas de la aplicación de la carga no se alteran, propagándose las deformaciones a través del sólido en forma de ondas elásticas. Si las dimensiones del sistema son grandes, el tiempo que las ondas tardan en atravesarlo es lo suficientemente grande como para ser considerados a efec tos prácticos. El objetivo de este artículo consiste en el estudio de la respuesta de sistemas elásticos formados por barras ante cargas aplicadas brúscamente o fuerzas variables en el tiempo por el método de las ondas características. El método exige unas determinadas relaciones entre las propiedades geométricas y las características del material que permite garantizar la periodicidad del movimiento y seguir, en los casos de ondas de corte y longitudinales, la forma del impulso sin distorsionarlo.

Los Métodos de las Características y Elementos Finitos en propagación de ondas

Se presentan a continuación algunas consideraciones acerca de la propagación de ondas en medios unidimensionales elásticos y viscoplásticos. El objetivo básico es la comparación entre diferentes modelizaciones del sistema establecidas siguiendo las técnicas de Elementos Finitos. Como criterio comparativo se utilizan resultados obtenidos mediante el método de las características, que, para el caso descrito proporciona la solución más aproximada. La justificación del trabajo radica en que las técnicas de Elementos Finitos son fácilmente generalizables a problemas bi o tridimensionales,mientras que las de características pierden rápidamente la ventaja de su simplicidad.

Método interactivo para la extrapolación de ondas sísmicas. Aplicación a la prospección geofísica (Parte 1)

En los análisis sísmicos por reflexión existe una creciente demanda de estimaciones geológicas y geométricas más precisas y sofisticadas. En último término se pretende extraer estimaciones fiables de las secciones de reflexión, estimaciones que afectan a parámetros tales como la velocidad de propagación, densidad y, por supuesto, contenido de hidrocarburos. Ello exige gran precisión en las técnicas de procesado y representación gráfica, pudiendo decirse que los métodos gráficos interactivos son clave en las tendencias futuras de prospección. Un área de investigación actual es el procesado y representación de datos representados por "horizontes". Un horizonte sísmico se define como la superficie que separa dos capas diferentes de roca. Estas interfases están asociadas a reflexiones que se pueden identificar claramente en las secciones sísmicas. Usando una pantalla gráfica adecuada estos horizontes aparecen coloreados en la sección,pudiendo tornarse puntos selectos para definirlas. Si se utilizan secciones concentradas ("stacked") es preciso determinar la posición correcta de las interfases. Es el proceso llamado "emigración". Tradicionalmente se han aplicado fórmulas de representación o transformaciones integrales para realizar este proceso. Sin embargo es suficiente hacer emigrar las curvas seleccionadas (superficies en el caso 3-D) que representan menos del 1% del total de los datos, con lo que el tiempo de CPU se reduce considerablemente. Si se desprecia la información sobre amplitudes, fases y frecuencias la teoría de rayos es el método más rápido y simple para la conversión en profundidad, poniéndose todo el énfasis en el proceso interactivo y en la representación gráfica. Puesto que en estructuras complejas, como las del Mar del Norte o las del Norte de Alemania, las funciones de velocidad nunca se conocen con precisión, es preciso repetir la emigración mediante diferentes velocidades especificadas por el usuario en forma interactiva. En este artículo se presenta la aplicación del procedimiento para horizontes de separación nula (zero-offset sections) y al final se indica la posibilidad de extensión del estudio a casos con separación constante y al análisis de velocidad.

Método interactivo para la extrapolación de ondas sísmicas. Aplicación a la prospección geofísica (Parte 2)

Este artículo es continuación del publicado en el número 2 de la revista "Anales de Ingeniería Mecánica"(diciembre 1982), sobre los métodos de análisis sísmico por reflexión. Como allí se indicó, con estos métodos se pretende determinar la geometría de los horizontes sísmicos en una determinada sección así como las características físicas de las interfases que separa. En el presente artículo se introducen mejoras en lo que se refiere a tiempo compucional y tipos de campos de velocidades. En este nuevo método propuesto para la resolución del proceso de emigración, mediante un método gráfico interactivo, pueden señalarse como ventjas fundamentales, las siguientes: a) Tiempo de resolución acorde con la complejidad del campo de velocidades, produciéndose economía de dicho tiempo, sobre todo en los casos sencillos; b) El número de elementos de la malla y las dimensiones de los mismos son función de la complejidad del campo de velocidades; c) El estudio en cada elemento se realiza de forma general e independiente. General, en cuanto a que los resultados que se obtienen en cada elemento son valores globales, referidos a la malla y al problema en conjunto, e independiente, puesto que los datos necesarios en cada elemento se obtienen a partir de valores nodales; d) Posibilidad de resolución del problema para un campo de velocidades cualesquiera, y por lo tanto, incluyendo los casos de discontinuidades de velocidad, que se evalúan mediante la ley de Snell; e) Posibilidad de extender el método al caso de tres dimensiones, sin más que elegir como elementos de la malla, tetraedros en vez de triángulos. En conjunto, resulta un método flexible, de fácil utilización e interpretación de resultados.

Utilización de la técnica de los elementos discretos en tomografía sísmica

La tomografia es un sistema de obtención de imágenes internas de sólidos a los que no se tiene acceso directo. Ésta técnica ha sido ya de enorme fecundidad en el campo del diagnóstico médico. Hoy día el sistema sigue perfeccionandose y el presente trabajo se enmarca dentro de esta linea, con aplicaciones en el campo de la Ingeniería Civil, utilizando técnicas de discretización del medio investigado, así como la teoría de rayos. Los resultados obtenidos son esperanzadores, y es posible que en un corto espacio de tiempo esta técnica goce de la fiabilidad necesaria en el campo de la Ingeniería.