DISPONIBLE
ESTIMACIO ´N DE PARA ´METROS MODALES DEL PUENTE FISCULCO MEDIANTE MONITOREO OPERACIONAL CON VIBRACIO ´N AMBIENTAL Y CALIBRACIO ´N DE MODELO NUME´RICO
ORLANDO ENRRIQUEZ KANCHI
Centro de Estudio de Posgrado e Investigación
I
2026
ESPAÑOL
ESPAÑOL -
BOLIVIA
Código: MIESDTUV-01-26
Ubicación Física: EN26e/MIESDTUV-01-26
Carrera: libro.carrera
Título: ESTIMACIO ´N DE PARA ´METROS MODALES DEL PUENTE FISCULCO MEDIANTE MONITOREO OPERACIONAL CON VIBRACIO ´N AMBIENTAL Y CALIBRACIO ´N DE MODELO NUME´RICO
Autor Institucional:
Contenido Declaracio´n de originalidad y derechos de autor I Dedicatoria II Agradecimientos III Resumen XI Abstract XII I Introduccio´n 1 1 Introducci´on 2 1.1 Antecedentes ............................................................................................................... 2 1.2 Pregunta de Investigacio´n .......................................................................................... 4 1.3 Objetivo General ......................................................................................................... 5 1.4 Objetivos Espec´ıficos ................................................................................................. 5 1.5 Hipo´tesis General ........................................................................................................ 6 1.6 Metodolog´ıa ................................................................................................................ 6 1.7 Alcance y Limitaciones ............................................................................................... 7 II Marco Te´orico 9 2 Estudios de Identificaci´on Modal Operacional en Puentes 10 2.1 Aplicaciones de OMA en Puentes ........................................................................... 11 2.2 S´ıntesis de los Estudios Revisados ........................................................................... 16 3 Fundamentos Te´oricos 17 3.1 Fuentes de Excitacio´n Din´amica en Puentes ......................................................... 18 3.1.1 Influencia del Viento y la Temperatura ...................................................... 18 3.1.2 Influencia del Tr´ansito Vehicular ................................................................ 19 3.2 Adquisicio´n de Sen˜ales Ambientales en Puentes ................................................... 20 3.2.1 Instrumentacio´n ............................................................................................ 20 3.2.2 Disen˜o de la Instrumentacio´n ...................................................................... 21 3.2.3 Par´ametros de Adquisici´on .......................................................................... 22 3.2.4 Limitaciones Pra´cticas de Instrumentaci´on ............................................... 23 3.3 Procesamiento de Sen˜ales de Vibraci´on Ambiental ............................................... 23 3.3.1 M´etodos en el Dominio de la Frecuencia ................................................... 24 3.3.2 M´etodos en el Dominio del Tiempo ............................................................ 25 3.3.3 Criterios Generales de Selecci´on del M´etodo ............................................ 25 3.3.4 Desarrollo de los M´etodos Empleados ........................................................ 26 3.4 Fundamentos de Modelacio´n Num´erica y Calibraci´on .......................................... 36 3.4.1 Modelacio´n Num´erica de Puentes .............................................................. 37 3.4.2 Comparaci´on Entre Resultados Experimentales y Num´ericos ................ 38 3.4.3 Calibraci´on del Modelo Num´erico .............................................................. 38 3.4.4 Limitaciones de la Calibraci´on .................................................................... 39 III Marco Metodolo´gico 40 4 Caracterizaci´on Estructural y Modelaci´on Num´erica del Puente Fisculco 41 4.1 Descripcio´n de la Estructura .................................................................................... 42 4.1.1 Datos Generales............................................................................................ 42 4.1.2 Composicio´n Estructural............................................................................... 43 4.1.3 Descripcio´n del Tablero ............................................................................... 45 4.1.4 Metodolog´ıa de Construcci´on ...................................................................... 46 4.2 Caracterizacio´n de Materiales ................................................................................. 47 4.3 Identificacio´n Teo´rica de Par´ametros Modales ...................................................... 49 4.3.1 Criterios de Modelaci´on Num´erica ............................................................. 49 4.3.2 An´alisis Din´amico del Modelo .................................................................... 52 5 Adquisici´on y Procesamiento de Sen˜ales 56 5.1 Equipo de Adquisicio´n de Datos ............................................................................. 57 5.1.1 Datos T´ecnicos del Sensor ........................................................................... 57 5.1.2 Ubicaci´on e Instalaci´on de Sensores en la Estructura ............................... 58 5.1.3 Registros Experimentales de Sen˜ales ........................................................ 61 5.2 Procesamiento de Sen˜ales....................................................................................... 65 5.2.1 Identificaci´on de las Frecuencias Naturales y Factores de Amorti guamiento Mediante el M´etodo de Selecci´on de Picos (Peak Picking) 66 5.2.2 M´etodo de Identificacio´n del Subespacio Estoc´astico Basado en Co varianza (SSI-COV) ...................................................................................... 71 IV An´alisis de Resultados 76 6 Resultados Experimentales y Calibraci´on del Modelo Num´erico 77 6.1 Comparacio´n de Par´ametros Modales .................................................................... 78 6.1.1 Frecuencias Modales Experimentales .......................................................... 78 6.1.2 Factores de Amortiguamiento Experimentales ........................................... 80 6.1.3 Comparaci´on Cr´ıtica entre los M´etodos PP y SSI-COV .......................... 81 6.1.4 Frecuencias Modales Experimentales y Te´oricas ...................................... 83 6.2 Calibracio´n del Modelo Num´erico ......................................................................... 85 6.2.1 Etapa 1: Evaluaci´on de Errores en la Idealizacio´n del Modelo Num´erico 86 6.2.2 Etapa 2: Correlacio´n Entre las Predicciones del Modelo y los Re sultados Experimentales, y Seleccio´n de Par´ametros de Correcci´on . 88 6.3 Ana´lisis Temporal de Para´metros Modales ........................................................... 97 V Conclusiones 100 7 Conclusiones y Recomendaciones 101 7.1 Conclusiones ............................................................................................................ 101 7.2 Recomendaciones .................................................................................................... 103 7.3 Futuras L´ıneas de Investigaci´on ........................................................................... 104 Lista de Figuras 2.1 Puente Mezcala, M´exico. ........................................................................................ 11 2.2 Puente G´omez Ortiz, Colombia. ............................................................................. 12 2.3 Puente Rayitos de Sol, Peru´ ................................................................................... 13 2.4 Puente UNSa Norte, Salta, Argentina. .................................................................. 13 2.5 Puente Bicentenario, Regi´on del Biob´ıo, Chile. ..................................................... 14 2.6 Sistema de monitoreo estructural mediante visi´on y sensores de contacto en un puente de Italia............................................................................................... 15 2.7 Configuraci´on experimental del sistema de monitoreo basado en visi´on por c´amaras en una pasarela met´alica en Italia. .......................................................... 15 3.1 Ubicaci´on de los sensores en el puente G´omez Ortiz. ........................................... 21 3.2 Principales m´etodos de identificaci´on de sistemas................................................ 24 4.1 Fotograf´ıa del puente Fisculco, an˜o 2025. .............................................................. 42 4.2 Ubicaci´on del puente Fisculco. ................................................................................. 43 4.3 Vista en perfil de la estructura completa del puente Fisculco (dimensiones en metros). ................................................................................................................. 43 4.4 Elevaci´on vista perfil tablero lado Sucre (dimensiones en metros). .................... 44 4.5 Elevaci´on vista perfil tablero lado Ravelo (dimensiones en metros). .................. 44 4.6 Secci´on transversal del tablero del puente Fisculco (dimensiones expresadas en metros). ................................................................................................................. 45 4.7 Proceso constructivo del puente Fisculco. ............................................................... 47 4.8 Ensayo de esclerometr´ıa aplicado al tablero del puente. ...................................... 48 4.9 Modelo num´erico del puente bajo la acci´on de la sobrecarga de acera y barandas. ................................................................................................................... 51 5.1 Equipo de sistema de adquisici´on de respuesta vibratoria. .................................. 58 5.2 Registro de sen˜ales de vibraci´on del puente. .......................................................... 59 5.3 Ubicaci´on del sensor en la secci´on transversal del puente. .................................. 60 5.4 Localizaci´on de puntos instrumentados en el puente. ........................................... 60 5.5 Estaci´on meteorol´ogica port´atil utilizada durante la campan˜a de medici´on. ...... 62 5.6 Registros de aceleraci´on en las tres direcciones ortogonales (Punto 11). ........... 63 5.7 Espectro de densidad de potencia del punto de medici´on 11................................ 66 5.8 Espectro de potencia normalizado (NPSD) por direcci´on ortogonal en el punto 11. ................................................................................................................... 67 5.9 Espectro de potencia media normalizado (ANPSD) en el punto 11.................... 68 5.10 Estimaciones de factores de amortiguamiento (punto 11). .................................. 69 5.11 Diagrama de estabilizaci´on correspondiente al punto 11 (eje x). ......................... 72 5.12 Diagrama de estabilizaci´on correspondiente al punto 11 (eje y). ........................ 72 5.13 Diagrama de estabilizaci´on correspondiente al punto 11 (eje z). ......................... 72 6.1 Comparaci´on de las frecuencias modales estimadas mediante los m´etodos PP y SSI-COV. ......................................................................................................... 79 6.2 Comparaci´on entre las frecuencias modales identificadas experimentalmente mediante los m´etodos PP y SSI-COV, y las frecuencias obtenidas del modelo num´erico de elementos finitos (FEM). ..................................................................... 85 6.3 Condiciones de apoyo adoptadas en el modelo num´erico. .................................... 87 6.4 Comparaci´on entre las frecuencias modales identificadas experimentalmente mediante los m´etodos PP y SSI-COV, y las frecuencias obtenidas del modelo num´erico de elementos finitos calibrado (FEM-C). ............................................... 95 6.5 Frecuencias naturales identificadas por el m´etodo PP en el punto 11 durante el per´ıodo del 27/06/2025 al 27/09/2025. .............................................................. 98 6.6 Frecuencias naturales identificadas por el m´etodo SSI-COV en el punto 11 durante el per´ıodo del 27/06/2025 al 27/09/2025. ............................................... 98 Lista de Tablas 4.1 Resumen de las resistencias a compresi´on del hormig´on obtenidas en los principales elementos estructurales del puente. ..................................................... 47 4.2 Resistencia a la compresi´on del hormig´on medida durante la construcci´on del puente. ................................................................................................................. 48 4.3 Resistencia a la compresi´on del hormig´on estimada a partir de ensayos de esclerometr´ıa ............................................................................................................ 49 4.4 M´odulo de elasticidad del hormig´on basado en registros de rotura de probetas. 51 4.5 Frecuencias naturales y participaci´on modal de masa del modelo de elemen- tos finitos. .................................................................................................................. 52 4.6 Formas modales del modelo num´erico (Modos 1–6). ............................................ 53 4.7 Formas modales del modelo num´erico (Modos 7–12). .......................................... 54 5.1 Frecuencias identificadas del NPSD por direcci´on (punto 11). ............................ 68 5.2 Factores de amortiguamiento ξmp estimados mediante el m´etodo de la media potencia en el punto 11. ........................................................................................... 69 5.3 Estimaci´on de frecuencias identificadas por el m´etodo PP. .................................. 70 5.4 Estimaci´on del factor de amortiguamiento por el m´etodo de media potencia. 70 5.5 Valores finales de frecuencia natural y amortiguamiento obtenidos mediante el m´etodo PP. ............................................................................................................. 71 5.6 Frecuencias predominantes por direcci´on ortogonal en el punto 11. ................... 73 5.7 Factor de amortiguamiento por direcci´on ortogonal en el punto 11. .................. 73 5.8 Frecuencias modales identificadas mediante el m´etodo SSI-COV. ........................ 74 5.9 Factor de amortiguamiento por el m´etodo SSI-COV. ............................................ 74 5.10 Valores finales de frecuencia natural y amortiguamiento obtenidos mediante el m´etodo SSI-COV. .................................................................................................. 75 6.1 Frecuencias identificadas mediante los m´etodos PP y SSI-COV y su error porcentual. ............................................................................................................... 78 6.2 Factores de amortiguamiento obtenidos mediante los m´etodos de media po tencia y SSI-COV. ..................................................................................................... 80 6.3 Comparaci´on cr´ıtica entre los m´etodos PP y SSI-COV. ....................................... 83 6.4 Comparaci´on de frecuencias del modelo num´erico y las identificadas expe rimentalmente. ........................................................................................................... 84 6.5 Valores iniciales del m´odulo de elasticidad del hormig´on como par´ametro de calibraci´on. ........................................................................................................... 90 6.6 Variaci´on del m´odulo de elasticidad del tablero y comparaci´on con las fre cuencias identificadas por el m´etodo PP. ................................................................ 91 6.7 Variaci´on del m´odulo de elasticidad del tablero y comparaci´on con las fre cuencias identificadas por el m´etodo SSI-COV. ...................................................... 92 6.8 I´ndice de sensibilidad de las frecuencias naturales respecto al m´odulo de elasticidad del tablero. ............................................................................................. 92 6.9 Valores adoptados para el m´odulo de elasticidad en el modelo calibrado. . . 93 6.10 Comparaci´on de frecuencias del modelo num´erico calibrado y las identifi cadas experimentalmente. ......................................................................................... 94 6.11 Efecto de las limitaciones instrumentales sobre la identificaci´on modal. ........... 96 7.1 Propuesta de l´ıneas futuras para el monitoreo estructural del puente Fisculco.106
El monitoreo operacional con vibraci´on ambiental constituye una herramienta adecuada para la caracterizaci´on dina´mica de puentes en condiciones reales de servicio, debido a que permite estimar para´metros modales sin interrumpir el funcionamiento de la estructura. En este trabajo se realizo´ la estimacio´n de los par´ametros modales del puente Fisculco y la calibracio´n de un modelo num´erico representativo de su comportamiento dina´mico. Para ello, se instrument´o el tablero del puente mediante aceler´ometros ubicados en puntos representativos, registr´andose vibraciones ambientales generadas por acciones operaciona les y ambientales. Los registros obtenidos fueron procesados mediante los m´etodos Peak Picking y SSI-COV, a partir de los cuales se identificaron frecuencias naturales y factores de amortiguamiento. Asimismo, se desarroll´o un modelo num´erico en MIDAS Civil, el cual fue calibrado mediante el ajuste del mo´dulo de elasticidad del tablero. Los resultados permitieron identificar once modos de vibraci´on, con diferencias menores al 5 % entre los m´etodos experimentales empleados. La calibracio´n del modelo num´erico mejoro´ la corres pondencia entre las frecuencias calculadas y las frecuencias medidas, manteniendo errores menores al 10 %. Adema´s, el ana´lisis temporal de las frecuencias modales evidenci´o varia ciones reducidas durante el per´ıodo de monitoreo, asociadas principalmente a condiciones ambientales y operacionales. De este modo, la metodolog´ıa aplicada permitio´ establecer una l´ınea base inicial del comportamiento din´amico del puente Fisculco, verifica´ndose que la estructura mantiene una rigidez global estable y no presenta indicios dina´micos de degradacio´n significativa durante el per´ıodo evaluado.