estudio del comportamiento a medio y largo plazo de las...
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Estudio del comportamiento a medio y largo plazo de lasestructuras ferroviarias de balasto y placa(Proyecto I+D+i CEDEX PT-2006-024-19CC-PM)
José M.a Goicolea
Escuela de Ingenieros de Caminos, UPM;Fundación Caminos de Hierro (J. Nasarre);
Universidad del País Vasco y CEIT de S. Sebastián (E. García, J. Viñolas);Universidad de Sevilla (M.A. Millán);
Centro de Innovación del transporte � UPC (P. Teixeira)
Jornadas investigación PEIT 26�27 feb 2008
Índice
1 Objetivos
2 Subproyecto 1, UPMSistemas de vía consideradosAcciones dinámicas sobre la víaCondicionantes geotécnicos
3 Subproyecto 2, FCHInteracción longitudinal carril�estructura
4 Subproyecto 3, CEIT y UPVEfecto de los vehículos sobre la víaDesagaste ondulatorio del carril
5 Subproyecto 4, USPropagación de vibraciones � estudio en frecuenciaPropagación de vibraciones � estudio en tiempo
6 Subproyecto 5, CENIT-UPCModelo de análisis de costes por ciclo de vida
Índice
1 Objetivos
2 Subproyecto 1, UPMSistemas de vía consideradosAcciones dinámicas sobre la víaCondicionantes geotécnicos
3 Subproyecto 2, FCHInteracción longitudinal carril�estructura
4 Subproyecto 3, CEIT y UPVEfecto de los vehículos sobre la víaDesagaste ondulatorio del carril
5 Subproyecto 4, USPropagación de vibraciones � estudio en frecuenciaPropagación de vibraciones � estudio en tiempo
6 Subproyecto 5, CENIT-UPCModelo de análisis de costes por ciclo de vida
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Objetivos
Estudio de distintas facetas de los sistemas de vía, basado en modelos deingeniería y cálculo:
Las acciones dinámicas sobre la vía, los condicionantes geotécnicos yel deterioro de la vía (Escuela Ing. Caminos UPM);
La interacción longitudinal entre carril, placa y plataforma, así comolos criterios generales de diseño (FCH);
La interacción con los vehículos y el desgaste ondulatorio (UPV yCEIT);
La transmisión de vibraciones por el terreno (US);
Los aspectos económicos estudiando el coste de ciclo de vida(CENIT-UPC).
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Índice
1 Objetivos
2 Subproyecto 1, UPMSistemas de vía consideradosAcciones dinámicas sobre la víaCondicionantes geotécnicos
3 Subproyecto 2, FCHInteracción longitudinal carril�estructura
4 Subproyecto 3, CEIT y UPVEfecto de los vehículos sobre la víaDesagaste ondulatorio del carril
5 Subproyecto 4, USPropagación de vibraciones � estudio en frecuenciaPropagación de vibraciones � estudio en tiempo
6 Subproyecto 5, CENIT-UPCModelo de análisis de costes por ciclo de vida
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Sistemas de vía considerados
Balasto
Líneas de alta velocidadMadrid-Barcelona,Córdoba-Málaga
Placa 1 nivel elasticidad
Losa continua: Rheda2000
Losa discontinua: AFTRAV
Placa 2 niveles elasticidad
Stedef
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Acciones dinámicas sobre la vía
Modelos de vía para dinámica vertical
ktct
18.6 m.0.6 m.Modelos de vehículos para dinámica vertical: simpli�cados, completos
Cálculos acoplados con contacto Hertziano rueda�carril (FEAP,ABAQUS)
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Acciones dinámicas sobre la vía
Generación de per�les aleatoriosbasados en densidadesespectrales de potencia deirregularidades de elevación.
Per�les enfocados a modelos dedistintas frecuencias y longitudesde onda
Cargas dinámicas sobre la vía:factores de ampli�cación enfunción de la velocidad del tren
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
0 20 40 60 80 100 120
fact
or d
e am
plifi
caci
ón d
inám
ica
(Fdi
nam
/Fes
tat)
velocidad (m/s)
Perfil de irregularidades moderadas. Factores de amplificación dinámica (k=40 kN/mm)
Carril idealPerfil 1Perfil 2Perfil 3
Envolvente
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Condicionantes geotécnicos
Limitación de asientos a ≈ 30 mm
Modelo diferido en el tiempo, considerando compresión secundaria,rigidez variable, carga noval o recarga, memoria de tensiones previas.
Modelo de cálculo de asientos enterraplén (PLAXIS)
Asientos en función del tiempo,considerando 4 etapas, al cabode un año
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Condicionantes geotécnicos
Limitación de asientos a ≈ 30 mm
Modelo diferido en el tiempo, considerando compresión secundaria,rigidez variable, carga noval o recarga, memoria de tensiones previas.
Modelo de cálculo de asientos enterraplén (PLAXIS)
Asientos en función del tiempo,considerando 4 etapas, al cabode un año
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Condicionantes geotécnicos
Limitación de asientos a ≈ 30 mm
Modelo diferido en el tiempo, considerando compresión secundaria,rigidez variable, carga noval o recarga, memoria de tensiones previas.
Modelo de cálculo de asientos enterraplén (PLAXIS)
Asientos en función del tiempo,considerando 4 etapas, al cabode un año
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Índice
1 Objetivos
2 Subproyecto 1, UPMSistemas de vía consideradosAcciones dinámicas sobre la víaCondicionantes geotécnicos
3 Subproyecto 2, FCHInteracción longitudinal carril�estructura
4 Subproyecto 3, CEIT y UPVEfecto de los vehículos sobre la víaDesagaste ondulatorio del carril
5 Subproyecto 4, USPropagación de vibraciones � estudio en frecuenciaPropagación de vibraciones � estudio en tiempo
6 Subproyecto 5, CENIT-UPCModelo de análisis de costes por ciclo de vida
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Interacción longitudinal carril�estructura
Transmisión de fuerzas entrecarril, vía y plataforma.
Resistencias máximas desujecciones y rigideces
Valoración de esfuerzos sobrecarril, esfuerzos en placa ymovimientos
Fuerzas sobre carril en plataforma
Fuerzas sobre carril en viaducto
-200
-150
-100
-50
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Str
ess
(MP
a)
Long. coordinate (m)
Stress in rail from temperature
Deck L = 396 mFixed abutment
Sliding joint
Maximum compression 151.57 MPa
Non linear springs
Tra k
Rail expansion devi e
Fixed pointDe k
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Interacción longitudinal carril�estructura
Transmisión de fuerzas entrecarril, vía y plataforma.
Resistencias máximas desujecciones y rigideces
Valoración de esfuerzos sobrecarril, esfuerzos en placa ymovimientos
Fuerzas sobre carril en plataforma
Fuerzas sobre carril en viaducto
-200
-150
-100
-50
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Str
ess
(MP
a)
Long. coordinate (m)
Stress in rail from temperature
Deck L = 396 mFixed abutment
Sliding joint
Maximum compression 151.57 MPa
Non linear springs
Tra k
Rail expansion devi e
Fixed pointDe k
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Interacción longitudinal carril�estructura
Transmisión de fuerzas entrecarril, vía y plataforma.
Resistencias máximas desujecciones y rigideces
Valoración de esfuerzos sobrecarril, esfuerzos en placa ymovimientos
Fuerzas sobre carril en plataforma
Fuerzas sobre carril en viaducto
-200
-150
-100
-50
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Str
ess
(MP
a)
Long. coordinate (m)
Stress in rail from temperature
Deck L = 396 mFixed abutment
Sliding joint
Maximum compression 151.57 MPa
Non linear springs
Tra k
Rail expansion devi e
Fixed pointDe k
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Interacción longitudinal carril�estructura
Transmisión de fuerzas entrecarril, vía y plataforma.
Resistencias máximas desujecciones y rigideces
Valoración de esfuerzos sobrecarril, esfuerzos en placa ymovimientos
Fuerzas sobre carril en plataforma
Fuerzas sobre carril en viaducto
-200
-150
-100
-50
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Str
ess
(MP
a)
Long. coordinate (m)
Stress in rail from temperature
Deck L = 396 mFixed abutment
Sliding joint
Maximum compression 151.57 MPa
Non linear springs
Tra k
Rail expansion devi e
Fixed pointDe k
u0
k
Resistan etosliding(kN/m)
Relative displa ement u (mm)
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Interacción longitudinal carril�estructura
Transmisión de fuerzas entrecarril, vía y plataforma.
Resistencias máximas desujecciones y rigideces
Valoración de esfuerzos sobrecarril, esfuerzos en placa ymovimientos
Fuerzas sobre carril en plataforma
Fuerzas sobre carril en viaducto
-200
-150
-100
-50
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Str
ess
(MP
a)
Long. coordinate (m)
Stress in rail from temperature
Deck L = 396 mFixed abutment
Sliding joint
Maximum compression 151.57 MPa
Non linear springs
Tra k
Rail expansion devi e
Fixed pointDe k
u0
k
Resistan etosliding(kN/m)
Relative displa ement u (mm)
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Interacción longitudinal carril�estructura
Transmisión de fuerzas entrecarril, vía y plataforma.
Resistencias máximas desujecciones y rigideces
Valoración de esfuerzos sobrecarril, esfuerzos en placa ymovimientos
Fuerzas sobre carril en plataforma
Fuerzas sobre carril en viaducto
-200
-150
-100
-50
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Str
ess
(MP
a)
Long. coordinate (m)
Stress in rail from temperature
Deck L = 396 mFixed abutment
Sliding joint
Maximum compression 151.57 MPa
Non linear springs
Tra k
Rail expansion devi e
Fixed pointDe k
u0
k
Resistan etosliding(kN/m)
Relative displa ement u (mm)
José M.aGoicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb 2008 11 / 19
Índice
1 Objetivos
2 Subproyecto 1, UPMSistemas de vía consideradosAcciones dinámicas sobre la víaCondicionantes geotécnicos
3 Subproyecto 2, FCHInteracción longitudinal carril�estructura
4 Subproyecto 3, CEIT y UPVEfecto de los vehículos sobre la víaDesagaste ondulatorio del carril
5 Subproyecto 4, USPropagación de vibraciones � estudio en frecuenciaPropagación de vibraciones � estudio en tiempo
6 Subproyecto 5, CENIT-UPCModelo de análisis de costes por ciclo de vida
José M.aGoicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb 2008 12 / 19
Efecto de los vehículos sobre la vía
Modelos 3D no lineales SIMPACK, dominio del tiempoConsiderando contacto rueda�carrilIncluyendo estructura de vía
vehículo en curva
Espectro de fuerzas sobre la vía.A frecuencias altas se muestrauna diferencia apreciable
José M.aGoicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb 2008 13 / 19
Efecto de los vehículos sobre la vía
Modelos 3D no lineales SIMPACK, dominio del tiempoConsiderando contacto rueda�carrilIncluyendo estructura de vía
vehículo en curvaEspectro de fuerzas sobre la vía.A frecuencias altas se muestrauna diferencia apreciable
José M.aGoicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb 2008 13 / 19
Desagaste ondulatorio del carril
Modelo genérico del soporte del carril y onda vertical de decrecimiento.
Herramienta de simulación de desarrollo propio: RACING (RAilCorrugation INiciation and Growth).
Adicionalmente modelos de elementos �nitos 3D en MSC/Nastran.
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Índice
1 Objetivos
2 Subproyecto 1, UPMSistemas de vía consideradosAcciones dinámicas sobre la víaCondicionantes geotécnicos
3 Subproyecto 2, FCHInteracción longitudinal carril�estructura
4 Subproyecto 3, CEIT y UPVEfecto de los vehículos sobre la víaDesagaste ondulatorio del carril
5 Subproyecto 4, USPropagación de vibraciones � estudio en frecuenciaPropagación de vibraciones � estudio en tiempo
6 Subproyecto 5, CENIT-UPCModelo de análisis de costes por ciclo de vida
José M.aGoicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb 2008 15 / 19
Propagación de vibraciones � estudio en frecuencia
Modelos acoplados elementos �nitos � elementos de contorno
Nuevo modelo: análisis simpli�cado de vibraciones en edi�cios decortante
José M.aGoicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb 2008 16 / 19
Propagación de vibraciones � estudio en tiempo
Modelo numérico no lineal MEC/MEF en el dominio del tiempo
José M.aGoicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb 2008 17 / 19
Índice
1 Objetivos
2 Subproyecto 1, UPMSistemas de vía consideradosAcciones dinámicas sobre la víaCondicionantes geotécnicos
3 Subproyecto 2, FCHInteracción longitudinal carril�estructura
4 Subproyecto 3, CEIT y UPVEfecto de los vehículos sobre la víaDesagaste ondulatorio del carril
5 Subproyecto 4, USPropagación de vibraciones � estudio en frecuenciaPropagación de vibraciones � estudio en tiempo
6 Subproyecto 5, CENIT-UPCModelo de análisis de costes por ciclo de vida
José M.aGoicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb 2008 18 / 19
Modelo de análisis de costes por ciclo de vida
José M.aGoicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb 2008 19 / 19