Evaluación de modelos de interacción humano-estructura y estrategias de control estructural a través de un problema de referencia

Abstract

En los últimos años se han reportado numerosos casos de puentes peatonales que presentan problemas de vibración excesiva inducida por las actividades humanas. Algunas de las causas son: mayor flexibilidad estructural, menor peso propio y el uso de grandes luces entre sus apoyos. Como resultado, la evaluación de la capacidad de servicio o serviciabilidad de vibraciones se ha convertido en un tema de gran interés científico y técnico, debido a la necesidad de garantizar la comodidad de los usuarios de los puentes peatonales. La precisión de la evaluación de la serviciabilidad de vibraciones de estas estructuras requiere una visión detallada del comportamiento estructural bajo las cargas dinámicas inducidas por personas, sin embargo, los modelos para representar dichas cargas aún se encuentran en desarrollo. El mejoramiento y desarrollo de modelos más precisos dependen, en gran medida, de la disponibilidad de datos experimentales para su validación. En este documento se presenta una descripción detallada de los efectos dinámicos inducidos por la caminata de una persona en un puente peatonal, a partir de un extenso conjunto de registros experimentales de vibración de más de 100 personas. La estructura de referencia (UV HSI Footbridge Testbed) consiste en un puente peatonal de 12.0 m de longitud y 1.2 m de ancho. Se presenta un análisis estadístico de la influencia del peatón en la respuesta de la estructura. Con base en los registros experimentales, se propone un problema de referencia para evaluar el desempeño de los modelos de interacción humano-estructura, que contempla la influencia de una persona en un puente peatonal, en la dirección vertical. Se analizaron dos tipos de modelos para representar las cargas inducidas por personas: fuerza móvil (FM) y sistema masa-resorte-amortiguador (SMD, , de sus siglas en inglés ¿Spring-Mass-Damper¿) móvil de un grado de libertad (MSMD). Para cada tipo de modelo se evaluó una representación tradicional (pulso continúo) y una variación que considera la longitud de paso en su formulación (pulso discreto). Los modelos que tienen en cuenta las variaciones de las propiedades dinámicas del sistema humano-estructura presentan un mejor desempeño que los que simplifican la acción del peatón como una carga externa. Finalmente, se propone una métrica para evaluar el desempeño de estrategias de control, enfocadas a la mitigación de las vibraciones inducidas por personas. Se analizaron dos sistemas de control, uno pasivo y uno semiactivo. El sistema de control semiactivo logró mayores reducciones que el pasivo y un buen desempeño en todo el rango frecuencias de paso del peatón. El desempeño de los modelos de control estructural está sujeto al desempeño del modelo de IHE empleado para simular la acción del peatón