Structural health monitoring baseline of Gómez Ortiz bridge using ambient vibration tests

Abstract

ResumenIntroducción− En los últimos años, en Colombia hay un crecimiento en la construcción de puentes de grandes luces, en especial tipo viga cajón. Por la importancia de estas estructuras en la infraestructura del país, surge la necesidad de monitorear su integridad estructural, analizar su comportamiento a través de su ciclo de vida, detectar cambios causados por posibles daños y establecer planes de mantenimiento. Este monitoreo se puede realizar a través de la caracterización de las propiedades dinámicas de la estructura. Objetivo− Este estudio presenta los resultados de la línea base para el monitoreo de la salud estructural del puente Gómez Ortiz. El artículo presenta y discute los resultados de la caracterización dinámica de la estructura y se describe el proceso de ajuste de un modelo numérico con base en los resultados experimentales. Metodología− La caracterización dinámica se realizó utilizando la técnica experimental con medición de vibraciones ambientales. Para el procesamiento de datos se utilizaron cuatro técnicas diferentes, tales como selección de picos (PP), descomposición en el dominio de la frecuencia (FDD), descomposición en el dominio de la frecuencia mejorada (EFDD) e identificación del sub-espacio estocástico (SSI). Resultados− En el estudio se obtuvo información experimental de las propiedades dinámicas del puente, tales como frecuencias fundamentales, modos de vibración y fracciones de amortiguamiento. Conclusiones− Los resultados demostraron que las cuatro técnicas arrojan resultados similares, excepto para las fracciones de amortiguamiento, confirmando la incertidumbre de las técnicas experimentales para definir este parámetro. Abstract Introduction− The construction of long-span bridges, especially box girder type, has been increasing in recent years in Colombia. Due to the importance that these structures represent for the infrastructure of the country, there is a need to monitor their structural integrity to analyze their behavior throughout their life cycle, detect changes caused by possible damages and establish maintenance plans. This monitoring can be carried out through the characterization of the dynamic properties of the structure. Objective− This study shows the results of the structural health monitoring baseline carried out in the Gómez Ortiz bridge. The dynamic characterization of the structure is performed and discussed, as well as the process of adjusting a numerical model based on the experimental results. Methodology− The dynamic characterization of the structure was carried out using the experimental technique based on ambient vibration tests. Four different techniques were used to post-processing the data obtained in these tests such as Peak Picking (PP), Frequency Domain Decomposition (FDD), Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD), and the Stochastic Subspace Identification (SSI). Results− Experimental information of the dynamic properties of the bridge was obtained in the study, such as fundamental frequencies, modal shapes, and damping ratios. Conclusion...

Identificación modal de puentes segmentales mediante simulaciones numéricas de pruebas de vibración forzada con vehículos

“…En primera instancia se definieron los vehículos de prueba y parámetros en el procesamiento de las señales a partir de los documentos referenciados [8,9,10,11], [14,15,16,17,18,19]. Luego se analizaron y organizaron los resultados buscando el mejor ajuste de las propiedades identificadas numéricamente respecto los valores de referencia del modelo FEM inicial lo que permitió detectar combinaciones óptimas para cada vehículo de prueba.…”

“…Para la distancia relativa con ubicaciones entre L/4 y L/9, distancia absoluta entre 4 y 28.25m, frecuencia de muestreo entre 100 y 256Hz y tiempo de medición entre 3 y 16 minutos. [15,16,17,18,19,20,21,22]…”

“…Usando las herramientas informáticas de MIDAS CIVIL© se planteó una serie de etapas para la circulación de los vehículos en el modelo numérico del puente El Tablazo mediante un análisis Time-History durante 200s a una frecuencia de muestreo de 200Hz calculando datos de desplazamiento, velocidad y aceleración en todos los nodos del modelo numérico. Un dato primario en la etapa de simulación es el valor de amortiguamiento, este se tomó como 1% siendo consistente a los valores registrados por [15] en el puente Guillermo Gómez Ortiz de tipología y características geométricas similares al puente de estudio.…”

“…Un ejemplo de esto es reportado por [15], quienes estudiaron el comportamiento dinámico de un puente de sección viga cajón construido por voladizos sucesivos con pruebas de vibración ambiental donde únicamente lograron identificar formas modales en dirección transversal al tablero. Ambos tipos de pruebas han sido comparados experimentalmente como lo reportan [16] quienes ejecutaron pruebas de vibración ambiental y forzadas para analizar la calidad de la información obtenida de ambas pruebas encontrando notables diferencias entre estas, como lo son mayor cantidad de frecuencias encontradas y picos del espectro de potencia mejor definidos en pruebas FVT que en aquellas usando vibración ambiental; algo similar fue documentado por [17] en un puente viga losa de tramos de 40m de luz mayor usando vibraciones ambientales y forzadas mediante impactos con dispositivo mecánico como fuentes de excitación en el que identificaron mayor cantidad de frecuencias y formas modales con pruebas FVT además las formas modales estaban mejor definidas y con mayor consistencia respecto el modelo numérico.…”

“…Investigaciones similares en puentes de grandes luces comparando pruebas AVT y FVT se han realizado en puentes atirantados [8,18], aunque estudios en puentes de sección viga cajón construidos por voladizos sucesivos, siendo la tipología dominante en Colombia, no han sido documentados. Lo anterior deja al descubierto ciertos vacíos en la investigación relacionado con la caracterización dinámica de esta tipología de puentes que, aunque es cierto que han sido estudiados con pruebas AVT con resultados parciales [15], puesto que no se logran excitar algunos modos que son importantes en respuesta dinámica, aún no se han ejecutado pruebas de vibración forzada que ayuden a complementar estas investigaciones.…”