Estudio de la influencia de la junta ferroviaria en la generación de vibraciones y sobrecargas dinámicas. Aplicación al tramo de vía Xàtiva-Alcoi

Abstract

[ES] El fin de esta investigación es la obtención de las fuerzas de contacto-impacto generadas en el paso de una rueda por una junta. En este trabajo se considera más importante las fuerzas de impacto o sobrecargas generadas en la junta, debidas a una discontinuidad en la rigidez de la vía, que las sobrecargas generadas debido a defectos superficiales que puedan existir. Debido a la complejidad de los elementos involucrados en la modelización de la investigación, tanto la para la rueda o la parte del carril en contacto con ella, el desgaste y los defectos en cualquiera de estos elementos, han sido obviados, así como los defectos en el resto de la superestructura. A partir de esta meta se desarrollan objetivos complementarios, como pudieran ser el estudio de medidas mitigadoras de vibraciones. En primer lugar obtener las características de los materiales mediante la calibración y validación de un modelo numérico tridimensional de elementos finitos mediante el uso del programa ANSYS. En segundo lugar calcular mediante un modelo dinámico la sobrecarga dinámica generada el paso del vehículo por la junta ferroviaria. Este objetivo se desarrollará gracias al software VAMPIRE. En tercer lugar se diseña, calibra y valida un modelo numérico capaz de calcular las aceleraciones generadas en el paquete de vía a partir de las sobrecargas dinámicas obtenidas. Este objetivo se desarrollará gracias al software ANSYS. En cuarto lugar se estudia la influencia de la junta en la generación de vibraciones. Siendo este uno de los objetivos fundamentales sobre el que se sustenta la redacción del presente TFM. Por último se buscan alternativas para la mitigación de vibraciones ferroviarias. Así pues, el presente trabajo final de máster tiene como objetivo fundamental el estudio de la influencia de las juntas en la generación de vibraciones, las cuales son fuente de desgaste de los materiales de la vía y de molestias generadas en las zonas colindantes a ella. Dicho estudio será de aplicación en el caso concreto de la línea Xàtiva-Alcoi. Como conclusión del trabajo se puede decir que la sobrecarga en la junta es igual a 301 kN y que las aceleraciones registradas en ella son unas 5-6 veces mayores que en el resto de la vía además se aprecia un mayor desgaste en los elementos que de la zona donde se encuentra. Es por ello que se propone una renovación de la vía, cambiando la tipología de algunos elementos y llegando a disminuir las aceleraciones que en ellos se producen.

[CA] La fi d'aquesta investigació és l'obtenció de les forces de contacte-impacte generades en el pas d'una roda per una junta. En aquest treball es considera més important les forces d'impacte o sobrecàrregues generades en la junta, degudes a una discontinuïtat en la rigidesa de la via, que les sobrecàrregues generades a causa de defectes superficials que puguen existir. A causa de la complexitat dels elements involucrats en la modelització de la investigació, tant la per a la roda o la part del carril en contacte amb ella, el desgast i els defectes en qualsevol d'aquests elements, han estat obviats, així com els defectes en la resta de la superestructura. A partir d'aquesta meta es desenrotllen objectius complementaris, com pogueren ser l'estudi de mesures mitigadores de vibracions. En primer lloc obtenir les característiques dels materials mitjançant el calibratge i validació d'un model numèric tridimensional d'elements finits mitjançant l'ús del programa ANSYS. En segon lloc calcular mitjançant un model dinàmic la sobrecàrrega dinàmica generada el pas del vehicle per la junta ferroviària. Aquest objectiu es desenvoluparà gràcies al programari VAMPIRE. En tercer lloc es dissenya, calibra i valida un model numèric capaç de calcular les acceleracions generades en el paquet de via a partir de les sobrecàrregues dinàmiques obtingudes. Aquest objectiu es desenvoluparà gràcies al programari ANSYS. En quart lloc s'estudia la influència de la junta en la generació de vibracions. Sent aquest un dels objectius fonamentals sobre el qual se sustenta la redacció del present TFM. Finalment es busquen alternatives per a la mitigació de vibracions ferroviàries. Així doncs, el present treball final de màster té com a objectiu fonamental l'estudi de la influència de les juntes en la generació de vibracions, les quals són font de desgast dels materials de la via i de molèsties generades a les zones adjacents a ella. Aquest estudi serà d'aplicació en el cas concret de la línia Xàtiva-Alcoi. Com a conclusió del treball es pot dir que la sobrecàrrega en la junta és igual a 301 kN i que les acceleracions registrades en ella són unes 5-6 vegades majors que a la resta de la via, a més s'aprecia un major desgast en els elements que de la zona on es troba. És per això que es proposa una renovació de la via, canviant la tipologia d'alguns elements i arribant a disminuir les acceleracions que en ells es produeixen.

[EN] The purpose of this research is to obtain the contact-impact forces generated in the passage of a wheel by a joint. This work is considered that the more important forces are impact forces or overloads generated over joint, due to a discontinuity in the rigidity of the track, which is more important than generated overloads due to surface defects that may exist. Due to the complexity of the elements involved in modeling research, both for wheel or track portion in contact with her, wear and defects in any of these elements have been overlooked, and defects the rest of the superstructure. From this meta they develop complementary objectives, as could be the study of vibration mitigation measures. First get the characteristics of the materials through the calibration and validation of a three-dimensional finite element numerical model using the ANSYS program. In the second place calculated using a dynamic model dynamic overload passage of the vehicle generated by the railway board. This objective will be developed thanks to VAMPIRE software. Third is designed, calibrated and validated numerical model capable of calculating the accelerations generated in the satellite package from dynamic overloads obtained. This objective will be developed thanks to the ANSYS software. Fourthly the influence of the board is studied in generating vibrations. It is one of the key objectives on which the drafting of this TFM is based. Finally alternatives for mitigation of railway vibrations are sought. Therefore, this final project has as main objective the study of the influence of the joints in the generation of vibrations, which are source materials wear track and discomfort generated in areas adjacent to it. This study will be applicable in the case of the Xàtiva-Alcoi line. Work conclusion we can say that the overload on the board equals 301 kN and accelerations recorded in it are about 5-6 times higher than in the rest of the way also seen increased wear on the elements of the area where you are. That is why a renewal of the route proposed by changing the type of elements and reaching lower accelerations occur in them.