Este ejemplo práctico de MEF para el cálculo estático de un puente peatonal se desarrolló en el marco de un proyecto sin ánimo de lucro en colaboración con la empresa Kirchgässner Elektrotechnik GmbH, con la que mantenemos una colaboración hace varios años. Kirchgässner Elektrotechnik GmbH es una empresa familiar en fuerte expansión con sede en Binau y el contacto adecuado para la realización de soluciones complejas de automatización, tecnología de control, tecnología de bomberos y construcción de máquinas especiales.
La antigua pasarela de la popular ruta de senderismo entre Apfelgarten y el castillo de Dauchstein no era transitable desde hacía mucho tiempo. Por eso, el director general y concejal de la localidad, Jürgen Kirchgässner, decidió sin más dilación donar un nuevo puente a su ciudad natal, Binau.
Como socio y especialista en simulaciones de elementos finitos, nos complace contribuir a la verificación de la resistencia para la construcción del puente. Este ejemplo práctico pretende dar al lector interesado una visión del diseño estático de la construcción del puente hasta la instalación del mismo en una acción espectacular mediante un helicóptero de carga.
Cargas asumidas para la simulación FE
Para la verificación matemática de la resistencia y la estimación adecuada de la resistencia a la fatiga del puente de aluminio, primero tenemos que hacer algunas consideraciones sobre las cargas previstas. No basta con examinar la construcción del puente únicamente en cuanto a su capacidad de carga. Más bien, las cargas adicionales actúan sobre un puente debido a las diferencias de temperatura en verano e invierno, que provocan cambios significativos en la longitud. Por lo tanto, el cálculo del MEF del puente peatonal se realiza tanto a bajas como a altas temperaturas para la carga requerida.
Condiciones de contorno para la simulación FEM del puente
Además de la carga portante y el cambio de longitud térmica, el correcto apoyo del puente también juega un papel decisivo para la resistencia. En la práctica, se observa a menudo (por ejemplo, en un puente de autopista) que el extremo de un puente se apoya de forma flexible en un rodillo de acero. Esto permite que el puente se expanda o se contraiga en consecuencia, especialmente en la dirección longitudinal, a diferentes temperaturas externas.
Resultados de la simulación MEF y seguridad de la pasarela peatonal
Los resultados de los cálculos deben demostrar claramente que la carga máxima puede ser soportada por el puente a cualquier temperatura ambiente. No pueden producirse sobreesfuerzos en partes individuales de la estructura del puente. Además, las deformaciones que se producen normalmente bajo carga no deben dar al transeúnte una sensación de inseguridad al cruzar. Por lo tanto, el puente debe ser lo suficientemente rígido. La siguiente animación ilustra cómo se comporta el puente bajo carga a diferentes temperaturas exteriores:
Se puede ver claramente cómo el puente no sólo se deforma bajo la carga, sino que también se expande o se contrae debido al efecto de las diferentes temperaturas ambientales.
Como era de esperar, las tensiones máximas de los componentes se producen cerca de los cimientos del puente. Sin embargo, estas tensiones no son críticas, por lo que el puente puede calificarse como resistente a la fatiga.
Entrega e instalación del nuevo puente
El lugar donde se instalará el nuevo puente es de acceso difícil. Por lo tanto, el armazón del puente terminado se entrega primero en el lugar de instalación a través de la carretera de acceso cercana en la medida de lo posible.
Al fijar las cuerdas para el transporte y la colocación a la estructura del puente, la inserción se realiza fácilmente con un helicóptero de carga.
El armazón del puente que se va a colocar en la pista forestal se entrega por aire y, tras una breve coordinación previa, es colocado en los nuevos cimientos por ayudantes sobre el terreno. Los voluntarios ya han dimensionado y levantado los nuevos cimientos del puente (que no forma parte de este ejemplo de simulación) con meses de antelación. Gracias a la buena preparación, la colocación del puente sólo lleva unos seis minutos y medio y es mucho más barata en este caso que la colocación con una grúa móvil.
Finalmente, el nuevo puente está en su sitio y ahora se puede entarimar antes de abrirlo al tráfico de excursionistas.
Este proyecto de ejemplo de simulación por MEF muestra claramente que los cálculos y las simulaciones desempeñan un papel cada vez más importante incluso en los productos cotidianos. De este modo, el diseño adecuado puede ahorrar costes y material y, al mismo tiempo, demostrar que el nuevo puente seguirá dando alegrías a los excursionistas de los alrededores durante muchos años.
Fuentes: Informe del periódico Rhein- Neckar- Zeitung y fotos de la empresa Kirchgässner.
Otros proyectos de ejemplo para el cálculo de la resistencia de los componentes mediante el MEF:
- Cálculo FEM de un taburete con componentes plásticos de la impresora 3D
- Simulación FSI de una cabeza de cilindro
- Cálculo del MEF y determinación de la fuerza mediante la simulación de un cuerpo rígido
- Cálculo MEF de los componentes de goma y plástico
¿ Tienen curiosidad ? Obtenga una visión general de nuestra gama de servicios y solicita nuestra oferta hoy!
Español 
Deutsch 
English (UK) 