Comparación del método AASTHO y el SETRA en Evaluación del desempeño dinámico en pasarelas ante vibraciones inducidas por peatones
Fecha
2022
Autores
Guerrero Lobo, José Antonio
Título de la revista
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Editor
Universidad EAFIT
Resumen
This deepening work is focused on determining if the methodology proposed by "AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS LRFD GUIDE SPECIFICATIONS FOR THE DESING OF PEDESTRIAN BRIGDES" AASTHO,(2012), which implements a derivation of the equations proposed by Allen & Murray (1993), to be used when the vertical frequency does not exceed the lower range of 3Hz, are suitable for designing walkways that have acceptable levels of comfort against vibrations induced by pedestrians. It will be verified by comparing the results between the AASTHO methodology, (2012) and that of the Service d'études sur les transports, les routes et leurs aménagements Setra, (2006).
The methodology of the work was based on the analytical analysis with verification through mathematical models and two real cases. Five families of footbridges were defined with typologies of structures commonly used in Colombia and that present frequencies in the zone of risk due to resonance. For each family, three specimens of the same structure were defined but varying the free length between supports with an average length of 30 ml, in this way it was possible to obtain variations in the natural frequencies of the families that allowed observing their effect on the dynamic response. Subsequently, the verifications required by the AASTHO methodology (2012) were made and the dynamic performance evaluation of the Setra (2006) for three pedestrian densities was carried out, performing a total of 45 analyses.
From the results obtained from the analysis of the gateway families, it was determined that; in some cases, even meeting the requirements of the AASTHO method, (2012) the walkways had minimal or unacceptable comfort levels based on the Setra method, for which the AASTHO method is not reliable for the design of walkways against vibrations induced by pedestrians .
Additionally, the evaluation of the dynamic performance against vibrations was carried out in two real cases; one that has adequate levels of comfort, another that presented excessive vibrations and had to be reinforced with an intermediate support.
In the first real case, Gateway of the EAFIT university, it was determined that; did not comply with the lower limit of the AASTHO,(2012) of 3hz since its fundamental frequency is 2.32 Hz, for this reason it was evaluated with the equation (6-1) of the AASTO,(2012), obtaining an incongruous value since which gave negative frequency values, then equation (6-2) of the AASTO (2012) was evaluated, obtaining that it meets the requirement and should not present vibration problems. Subsequently, a dynamic performance analysis was carried out following the Setra methodology, concluding that the comfort levels are acceptable. In this case, both the AASTO (2012) and Setra (2006) methodology coincide with the real behavior of the structure.
In the second real case, Pan de Azúcar metal footbridge, it was determined that; did not meet the lower limit of the AASTO, (2012) of 3hz since its fundamental frequency is 2.63 Hz, it was evaluated with the equations (6-1), and (6-2) of the AASTO, (2012 ), complying in both cases for which it meets the requirement and should not present vibration problems. Subsequently, a dynamic performance analysis was carried out following the Setra methodology, concluding that the comfort levels are unacceptable. In this case, it is evident that even meeting the AASTHO requirements, the Setra method predicted that the comfort levels will not be adequate, a behavior that coincides with the real response of the structure during its operation, which had to be reinforced due to problems. of vibrations.
It was concluded in this investigation that the equations (6-1) and (6-2), of the AASTO, (2012), are not reliable to design footbridges that have acceptable levels of comfort before vibrations induced by pedestrians.
Keywords: dynamic walkway performance, crowd-induced vibrations, pedestrian bridge vibrations, lateral vibrations, human-structure interaction, Setra, AASHTO.
Descripción
Este trabajo de profundización está enfocado a determinar si la metodología propuesta por “AMERICAN
ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS LRFD GUIDE
SPECIFICATIONS FOR THE DESING OF PEDESTRIAN BRIGDES” AASTHO,(2012) , que implementa
una derivación de las ecuaciones propuestas por Allen & Murray (1993), para ser usadas cuando la
frecuencia vertical no supera el rango inferior de 3Hz, son adecuadas para diseñar pasarelas que tengan
niveles de confort aceptables ante vibraciones inducidas por peatones. Se verificara mediante la
comparación de resultados entre la metodología del AASTHO,(2012) y la del Service d'études sur les
transports, les routes et leurs aménagements Setra,(2006).
La metodología del trabajo se basó, en el análisis analítico con comprobación mediante modelos
matemáticos y dos casos reales. Se definieron cinco familias de pasarelas con tipologías de estructuras
comúnmente utilizadas en Colombia y que presentan frecuencias en la zona de riesgo por resonancia. Por
cada familia se definieron tres especímenes de igual estructura pero variando la longitud libre entre apoyos
con una longitud promedio de 30 ml, de esta manera se logró obtener variaciones en las frecuencias
naturales de las familias que permitieran observar su efecto en la respuesta dinámica. Posteriormente se
hicieron las verificaciones requeridas por la metodología del AASTHO,(2012) y se les practico la
evaluación del desempeño dinámico del Setra, (2006) para tres densidades de peatones realizando un toral
de 45 análisis.
De los resultados obtenidos de los análisis a las familias de pasarelas se determinó que; en algunos casos
aun cumpliendo los requisitos del método de la AASTHO,(2012) las pasarelas tenían niveles de confort
mínimos o inaceptables basados en el método Setra, por lo cual el método AASTHO no es confiables para
el diseño de pasarelas ante vibraciones inducidas por peatones.
Adicionalmente se realizó la evaluación del desempeño dinámico ante vibraciones en dos casos reales;
una que tiene niveles adecuados de confort, otra que presentó vibraciones excesivas y debió ser reforzada
con un apoyo intermedio.
En el primer caso real, Pasarela de la universidad EAFIT, se determinó que; no cumplía con el límite
inferior de la AASTHO,(2012) de 3hz ya que su frecuencia fundamental es de 2.32 Hz, por ello se evaluó
con la ecuación (6-1) de la AASTO,(2012), obteniendo un valor incongruente ya que dio valores de
frecuencias negativas, luego se evaluó la ecuación (6-2) de la AASTO,(2012), obteniendo que cumple el
requisito y no debería presentar problemas de vibraciones. Posteriormente se realizó en análisis de
desempeño dinámico siguiendo la metodología Setra, concluyendo que los niveles de confort son
aceptables. En este caso tanto la metodología del AASTO,(2012), y Setra, (2006) coinciden con el
comportamiento real de la estructura.
En el segundo caso real, pasarela metálica Pan de Azúcar, se determinó que; no cumplía con el límite
inferior de la AASTO,(2012) de 3hz ya que su frecuencia fundamental es de 2.63 Hz, se evaluó con el con
las ecuaciones (6-1), y (6-2) de la AASTO,(2012), cumpliendo en ambos casos por lo cual cumple el
requisito y no debería presentar problemas de vibraciones. Posteriormente se realizó en análisis de
desempeño dinámico siguiendo la metodología Setra, concluyendo que los niveles de confort son
inaceptables. En este caso se evidencia que aun cumplimiento los requisitos de la AASTHO, el método
del Setra predijo que los niveles de confort no serán adecuados, comportamiento que coincide con la
respuesta real de la estructura durante su operación, la cual debió ser reforzada debido a problemas de
vibraciones.
Se concluyo en esta investigación que la ecuaciones (6-1) y (6-2), de la AASTO,(2012), no son confiables
para diseñar pasarelas que tengan niveles de confort aceptables ante vibraciones inducidas por peatones.
Palabras clave: desempeño dinámico en pasarelas, vibraciones inducidas por multitudes, vibraciones en
puentes peatonales, vibraciones laterales, interacción humano estructura, Setra, AASHTO.