Metodología basada en la transformada MUSIC para la identificación de frecuencias naturales en puentes empleando vibraciones ambientales

Abstract

Cuando se diseña y/o construye una estructura, es necesario estimar varios parámetros mecánicos, como las frecuencias naturales, formas modales, factores de amortiguamiento, entre otros. En particular, las frecuencias naturales de un sistema estructural indican los valores en los que esta vibrará de manera excesiva si es que las frecuencias de las fuerzas de excitación coinciden con ellas, además, los valores de estas frecuencias naturales están en función de la masa y de la rigidez de la estructura. Por esta razón, este trabajo se enfoca en proponer una metodología basada en algoritmos de procesamiento avanzados, como la transformada de clasificación múltiple de señales (MUSIC, multiple signal classification), con el objetivo de calcular las frecuencias naturales de una estructura real (puente atirantado) con gran precisión. La efectividad del algoritmo MUSIC se evalúa a través de dos casos. En el primer caso, se utiliza la respuesta de vibración libre simulada de un sistema de 3 grados de libertad a fin de evaluar la precisión e inmunidad al ruido del algoritmo MUSIC para estimar las frecuencias naturales. Para demostrar las ventajas de la metodología propuesta, se comparan los resultados con los obtenidos mediante la transformada rápida de Fourier (TRF). En el segundo caso, se aplica la técnica propuesta para estimar las frecuencias naturales de una estructura real, la cual corresponde con el puente atirantado Puente Río Papaloapan (PRP), ubicado en el Estado de Veracruz, México. Esta estructura está expuesta a vibraciones ambientales causadas por el tráfico vehicular y el viento. Los resultados demuestran que la transformada MUSIC permite estimar las frecuencias naturales del PRP con un error máximo del 0.3%, un valor mucho menor que el obtenido mediante la TRF (2.4%), al comparar ambas técnicas con los correspondientes valores de referencia numéricos obtenidos con el respectivo modelo de elementos finitos del PRP.