Diseño de una nueva cuña de transición, a partir de elementos prefabricados, para su uso en vías ferroviarias. Aplicación en la línea Antequera - Granada

Abstract

[EN] Nowadays, railway transport has experienced increases of traffic, axle loads and trains speed. Moreover, track quality, comfort and security requirements are today stricter than ever, especially in high-speed networks. Together with these considerations, track layouts are required to be as straight and as horizontal as possible, leading to the need of building structures such as bridges or tunnels. The presence of these structures induces abrupt changes of the vertical stiffness of the track among adjacent sections. Most common issues derived from changes in vertical stiffness include lack of comfort, the generation of huge dynamic forces in the rail-wheel contact and enormous maintenance problems among others. All these problems arise from the appearance of differential settlements between adjacent stiff and soft track sections. A widely extended solution to face the issues available in these special sections of railway tracks, named transitions of stiffness, are based on the construction of granular wedges, aimed to smooth the transition of stiffness. In the current document, a novel design of transition wedge is presented. The new solution, conformed by precast concrete slabs overcomes the drawbacks of the traditional granular wedges, such as high construction costs, large construction times and difficulties to control the quality of the executed wedge as well as to predict wedges long-term behavior. The process followed to assess the behavior of the proposed design, has been as follows: first of all, 6 prefabricated prototypes have been proposed, and they have been modeled by means of finite elements models. From the numerical analyses, and after a multicriteria analysis, two prototypes have been chosen to be built in a real-scale testing bench. To construct the testing bench, both prototypes have been dimensioned and their performance has been compared to that of the traditional granular wedge. The data gathered by the measurement devices placed in the testing bench is then used to validate the models. Finally, the prototype that is considered to better fulfill the requirements of the transition wedge is built in an actual railway track.

[CA] Avui en dia, el transport ferroviari ha experimentat increments de tràfic, de càrregues per eix, i de les velocitats de circulació dels trens. A més a més, els requisits de qualitat de la via, de confort i de seguretat son avui més estrictes que mai, especialment a les línies de alta velocitat. Junt amb aquestes consideracions, es exigeix que el disseny de via sigui tan recte i tan horitzontal como sigui possible, donant lloc a la necessitat de construir estructures com túnels o ponts. La presència d'aquestes estructures indueix canvis bruscs en la rigidesa vertical de la via entre seccions adjacents. Els problemes més comuns derivats dels canvis abruptes de la rigidesa de la via inclouen la falta de confort, la generació d'enormes forces dinàmiques en el contacte roda-carril i enormes problemes de manteniment, entre altres. Tots aquests problemes sorgeixen de l'aparició d'assentaments diferencials entre seccions adjacents blandes i rígides. Una solució àmpliament acceptada per a afrontar els problemes existents en aquestes seccions especials de les vies ferres, denominades transicions de rigidesa, estan basades en la construcció de cunyes granulars, que pretenen suavitzar la transició de les rigideses. Al present Treball Final de Grau, es presenta un nou disseny de cunya de transició. La nova solució, conformada per lloses de formigó prefabricat soluciona els inconvenients de les cunyes granulars, tals com els elevats costos associats a la seva construcció, els llargs temps d'execució o la dificultat de controlar la qualitat de la cunya executada, així com de predir el comportament a llarg termini. El procés llevat a termini per tal d'avaluar el comportament del disseny proposat ha sigut el següent: En primer lloc, s'han proposat 6 prototips prefabricats, els quals han sigut modelitzats mitjançant models d'elements finits. A partir dels anàlisis numèrics, i després de realitzar un anàlisis multicriteri, s'han seleccionat dos prototips per a la seva construcció en un banc de proves a escala reial. Per a executar el banc de proves, els dos prototips han sigut dimensionats i el seu comportament ha sigut comparat amb el de les cunyes de transició granulars. Les dades obtingudes a partir de les campanyes de mesures al banc de probes han sigut més tard utilitzades per a validar els models. Finalment, el prototip que es considera que millor compleix amb les exigències de les transicions de rigidesa s'executa en una via ferroviària reial.

[ES] Hoy en día, el transporte ferroviario ha experimentado incrementos de tráfico, de cargas por eje y de las velocidades de circulación de los trenes. Además los requisitos de calidad de la vía, de confort y de seguridad son hoy más estrictos que nunca, especialmente en líneas de alta velocidad. Junto con estas consideraciones, se exige que los diseños de vía sean tan rectos y tan horizontales como sea posible, dando lugar a la necesidad de construir estructuras como túneles o puentes. La presencia de estas estructuras induce cambios bruscos en la rigidez vertical de la vía entre secciones adyacentes. Los problemas más comunes derivados de los cambios abruptos de rigidez de la vía incluyen la falta de confort, la generación de enormes fuerzas dinámicas en el contacto rueda-carril y enormes problemas de mantenimiento, entre otros. Todos estos problemas surgen de la aparición de asientos diferenciales entre secciones adyacentes blandas y rígidas. Una solución ampliamente extendida para afrontar los problemas existentes en estas secciones especiales de las vías ferroviarias, denominadas transiciones de rigidez, están basadas en la construcción de cuñas granulares, que pretenden suavizar la transición de rigideces. En el presente Trabajo Final de Grado, se presenta un nuevo diseño de cuña de transición. La nueva solución, conformada por losas de hormigón prefabricado, soluciona los inconvenientes de las cuñas granulares, tales como los elevados costes de construcción, largos plazos de ejecución o la dificultad de controlar la calidad de la cuña ejecutada, así como de predecir el comportamiento a largo plazo. El proceso seguido para evaluar el comportamiento del diseño propuesto ha sido el siguiente: En primer lugar, se han propuesto 6 prototipos prefabricados, los cuales han sido modelizados mediante modelos de elementos finitos. A partir de los análisis numéricos, y tras un análisis multicriterio, se han seleccionado dos prototipos para su construcción en un banco de pruebas a escala real. Para ejecutar el banco de pruebas, ambos prototipos han sido dimensionados y su comportamiento ha sido comparado con el de las cuñas de transición granulares. Los datos obtenidos a partir de las campañas de medición en el banco de pruebas han sido más tarde utilizados para validar los modelos. Finalmente, el prototipo que se considera que mejor cumple con las exigencias de las transiciones de rigidez se ejecuta en una vía ferroviaria real.