Anàlisi numèrica i experimental de l'acoblament via-estructura en el comportament dinàmic de ponts de ferrocarril de via única

Abstract

Aquest treball és un estudi on s’analitza el comportament dinàmic de ponts de ferrocarril de via única. Aquest tipus d’estructures són susceptibles d’experimentar acceleracions verticals excessives en el tauler, la qual cosa pot donar lloc a una desconsolidació prematura de la capa de balast, una pèrdua de la qualitat en les propietats de la via i a un augment dels costos de manteniment del tram. Amb aquesta finalitat s’estudia un pont ferroviari situat prop del municipi castellanomanxec d’Alcázar de San Juan. Resulta essencial disposar de models numèrics que puguen servir com a elements de presa de decisions. En aquest treball es configuren dos models numèrics en 2D d’un pont ferroviari real. Amb aquests es vol representar el comportament a flexió de l’estructura i reproduir el comportament dinàmic del pont sotmés al pas de composicions ferroviàries, amb via i sense via. Amb les dades de la resposta dinàmica d’aquest pont al pas de diversos trens, recollides en una campanya experimental que es portà a terme en 2019, es vol comparar aquesta resposta experimental amb una numèrica generada pels dos models proposats en aquest treball. Els models del pont en qüestió tenen característiques diferents: un incorpora la via i l’altre no la considera. Amb les comparacions numèriques i experimentals es vol analitzar quin efecte tenen la rigidesa i l’amortiment introduïts pels components de la via en la resposta del pont. Amb açò s’avalua la necessitat d’incloure-hi o no la via en aquest tipus de models numèrics. Com a part del treball s’inclou una recerca bibliogràfica en la qual s’estudien models de via numèrics proposats per altres autors. Es presta especial atenció al paper que tenen els diferents elements de la via (carril, travesses, balast...) i els valors que els hi donen. A més, se seleccionen els paràmetres més adequats per a utilitzar-los en aquest projecte. Amb la recerca bibliogràfica mencionada i les dades d’una prova de càrrega portada a terme sobre el pont d’estudi, es calibren els models i es porten a terme les simulacions de l’estructura sotmesa al pas de trens. Una vegada s’han obtingut les dades d’aquestes simulacions es comparen amb les dades experimentals. Amb açò es porta a terme l’anàlisi de sensibilitat de l’efecte que tenen la rigidesa i l’amortiment dels components de la via en el domini del temps i la freqüència. Finalment, s’extrauen conclusions sobre la conveniència o no d’incloure-hi la via en aquest tipus de models numèrics i les implicacions que açò suposa.

Este trabajo es un estudio donde se analiza el comportamiento dinámico de puentes de ferrocarril de vía única. Este tipo de estructuras son susceptibles de experimentar aceleraciones verticales excesivas en el tablero, lo cual puede dar lugar a una desconsolidación prematura de la capa de balasto, una pérdida de la calidad en las propiedades de la vía y a un aumento de los costes de mantenimiento del tramo. A tal efecto se estudia un puente ferroviario situado cerca del municipio castellano-manchego de Alcázar de San Juan. Resulta esencial disponer de modelos numéricos que puedan servir como elementos de toma de decisión. En este trabajo se configuran dos modelos numéricos en 2D de un puente ferroviario real. Con ellos se pretende representar el comportamiento a flexión de la estructura y reproducir el comportamiento dinámico del puente sometido al paso de composiciones ferroviarias, con y sin vía. Con los datos de la respuesta dinámica de este puente al paso de varios trenes, recogidos en una campaña experimental que se llevó a cabo en 2019, se quiere comparar esta respuesta experimental con una numérica generada por los dos modelos propuestos en este trabajo. Los modelos del puente en cuestión tienen características diferentes: uno incorpora la vía y el otro no la considera. Con las comparaciones numéricas y experimentales se quiere analizar qué efecto tienen la rigidez y el amortiguamiento introducidos por los componentes de la vía en la respuesta del puente. Con esto se evalúa la necesidad de incluir o no la vía en este tipo de modelos numéricos. Como parte del trabajo se incluye una búsqueda bibliográfica en la que se estudian modelos de vía numéricos propuestos por otros autores. Se presta especial atención al papel que tienen los diferentes elementos de la vía (carril, traviesas, balasto...) y los valores que se les dan. Además, se seleccionan los parámetros más adecuados para utilizarlos en este proyecto. Con la búsqueda bibliográfica mencionada y los datos de una prueba de carga llevada a cabo sobre el puente de estudio, se calibran los modelos y se llevan a cabo las simulaciones del paso de trenes. Una vez se tienen los datos de estas simulaciones, se comparan con los datos experimentales. Con esto se lleva a cabo el análisis de sensibilidad del efecto que tienen la rigidez y el amortiguamiento de los componentes de la vía en el dominio del tiempo y la frecuencia. Finalmente, se extraen conclusiones sobre la conveniencia o no de incluir la vía en este tipo de modelos numéricos y las implicaciones que ello supone.