Influencia del modelo de vehículo en la predicción del comportamiento a flexión de puentes isostáticos de ferrocarril para tráfico de alta velocidad

Abstract

En el marco de esta tesis doctoral se investiga el problema de la interacci'on vertical veh'¿culo-estructura en puentes de ferrocarril para alta velocidad. El estudio de los efectos din'amicos que aparecen en puentes ante la circulaci'on de composiciones ferroviarias ha sido abordado tradicionalmente empleando modelos de cargas m'oviles, en los que el veh'¿culo se representa como una serie de fuerzas concentradas de m'odulo constante e igual a la carga est'atica de cada uno de sus ejes. Mediante este modelo no se reproducen por tanto ninguno de los movimientos internos que el veh'¿culo puede experimentar al interaccionar con las oscilaciones del tablero, despreci 'andose los efectos inerciales debidos a las masas de la composici'on, y la consecuente disipaci'on de energ'¿a a trav'es de los sistemas de suspensi'on. Al emplear un modelo de veh'¿culo de mayor complejidad, capaz de reproducir los mecanismos de interacci'on con la estructura, los desplazamientos y las aceleraciones verticales del tablero en resonancia pueden reducirse de manera considerable, con la consecuente repercusi'on que ello puede conllevar en la verificaci'on de los Estados L'¿mite de Servicio. Como alternativa a los modelos de interacci'on, y para poder reproducir de forma simplificada la atenuaci'on de la respuesta del puente debido a 'esta, el Euroc'odigo 1 permite incrementar el valor del amortiguamiento estructural considerado en el c'alculo realizado con modelos de cargas puntuales, en un porcentaje que depende de la luz de la estructura. El trabajo realizado est'a orientado en dos direcciones complementarias: (i) valorar el efecto beneficioso m'¿nimo y m'aximo que puede derivarse de la incorporaci'on de los efectos de interacci'on en el c'alculo de la respuesta del puente, considerando para ello el conjunto de situaciones de proyecto que pueden presentarse y los modelos de interacci'on m'as comunes; y (ii) establecer si es posible adoptar un m'etodo simplificado que incorpore los efectos de interacci'on en el dise¿no o reacondicionamiento de puentes isost'aticos. Se ha realizado en primer lugar un an'alisis de sensibilidad exhaustivo, en base a un planteamiento anal'¿tico, que ha permitido detectar el conjunto de par'ametros adimensionales que rige la respuesta din'amica del puente, y cuyo objetivo es conseguir cuantificar la influencia del fen'omeno de interacci'on vertical teniendo en cuenta todos los posibles escenarios. Como ejemplo de aplicaci'on de los resultados te'oricos obtenidos se han estudiado, en segundo lugar, una serie de casos representativos que permiten reproducir las principales tendencias observadas, as'¿ como establecer la importancia pr'actica del fen'omeno de la interacci'on en la verificaci'on del estado l'¿mite de servicio de aceleraci'on vertical de los tableros, uno de los requisitos m'as restrictivos en el proyecto de puentes isost'aticos de alta velocidad. La principal conclusi'on que se extrae a partir de los trabajos realizados es que debido a la variabilidad de las caracter'¿sticas mec'anicas de las composiciones y de las estructuras ferroviarias, la consideraci'on de los efectos de interacci'on puede llegar a afectar de manera muy poco significativa a la respuesta m'axima del puente en el rango de velocidades de proyecto, por lo que no se puede proponer el uso generalizado de un m'etodo simplificado que prediga la atenuaci'on de la respuesta del puente debido a la interacci'on estando del lado de la seguridad. El an'alisis de los efectos de interacci'on requiere pues del uso de modelos de interacci'on, de mayor o menor complejidad en funci'on de las pretensiones del estudio, particularizados a cada situaci'on concreta de proyecto. La investigaci'on efectuada ha sido financiada parcialmente gracias al Proyecto de Investigaci 'on (PI) BIA2008-04111 del Ministerio de Ciencia e Innovaci'on, con t'¿tulo Modelos num'ericos avanzados para el an'alisis de vibraciones detectadas en puentes de ferrocarril pertenecientes a l'¿neas convencionales acondicionadas para Alta Velocidad. Este proyecto fue concedido a la Universidad de Granada en noviembre de 2008, siendo el Investigador Responsable D. Pedro Museros Romero, actualmente Profesor Titular en el Departamento de Mec'anica de los Medios Continuos y Teor'¿a de Estructuras de la Universitat Polit`ecnica de Val`encia. El autor y los directores desean expresar su agradecimiento por toda la ayuda y el apoyo prestado durante el desarrollo de la tesis a D. Jorge Nasarre y de Goicoechea y D. Alejandro Castillo Linares, as'¿ como a las empresas espa¿nolas INECO y la CAF.