Acciones dinámicas debidas al tráfico ferroviario en viaductos de alta velocidad

Acciones din´

amicas debidas al tr´

afico ferroviario en

viaductos de alta velocidad

Efectos din´

amicos, c´

alculo, normativa e investigaci´

on reciente

Jos´

e M.

a

_Goicolea

[email protected]

(

http://www.mecanica.upm.es

)

Escuela de Ingenieros de Caminos,

Universidad Polit´

ecnica de Madrid

Viaducto Landwasser. L´ınea Albula-Bernina

Colapso

de puente (Italia, 2005, por riada)

Mediciones experimentales: Viaducto del Tajo

AVE 100, composici´

on simple,

v

= 219 km/h

Desplazamientos medidos [mfom 96]

Desplazamientos calculados

[Dom´ınguez 99]

Alta Velocidad en China

Beijing – Shanghai:

1318 km, 400

km/h, 240 trenes/d´ıa,

86 % viaductos

Tren CRH380: 486 km/h

Alta Velocidad en China

V´ıa en placa – losas prefabricadas

Puente sobre Yangtze en Nanjing

300 km/h

Auscultaci´

on Madrid–Valencia 20 ene 2011

Velocidad

Tipolog´ıas

Beijing–Tianjin 350 km/h

Viaducto de Las Piedras.

C´

ordoba–M´

alaga

´Indice

1

Motivaci´

on

2

Respuesta Din´

amica y Modelos de C´

alculo

Cargas de tr´

afico

Comprobaciones y Modelos

3

Normativa Reciente

Trenes reales, HSLM y trenes tipo

Euroc´

odigos EN1991-2, EN1990/A1

Interoperabilidad en la Red TransEuropea: ETI–INF

Instrucci´

on Espa˜

nola IAPF-2007 y Anejos Naconales

4

_{Investigaci´}

_{on sobre din´}

_{amica de estructuras y tr´}

_{afico ferroviario}

Din´

amica transversal de veh´ıculos ferroviarios sobre viaductos

´Indice

1

Motivaci´

on

2

Respuesta Din´

amica y Modelos de C´

alculo

Cargas de tr´

afico

Comprobaciones y Modelos

3

Normativa Reciente

Trenes reales, HSLM y trenes tipo

Euroc´

odigos EN1991-2, EN1990/A1

Interoperabilidad en la Red TransEuropea: ETI–INF

Instrucci´

on Espa˜

nola IAPF-2007 y Anejos Naconales

4

_{Investigaci´}

_{on sobre din´}

_{amica de estructuras y tr´}

_{afico ferroviario}

Din´

amica transversal de veh´ıculos ferroviarios sobre viaductos

Cargas de tr´

afico

Aspectos a considerar en puentes AV debidos al tr´

afico

Cargas mayores

que carretera

⇒

puentes menos esbeltos

Envolventes est´

aticas:

UIC71 + SW/0 (LM71)

Envolventes din´

amicas:

HSLM

Tipos de tr´

afico: pasajeros, mercanc´ıas; locomotoras; transportes

especiales

Nuevos

automotores EMU

de pasajeros: ejes de 20 t a 200 km/h

Actualizaci´

on de puentes existentes: Categor´ıas de l´ınea EN15528

(D4, E5, . . . )

⇒

Modelos de cargas; valores de

α

; tr´

afico real

Factor de impacto y resonancia

Carga m´

ovil sobre puente

v

P

Efecto din´

amico de carga m´

ovil: (1 +

ϕ

0

)

δ

sta

−3

−2

−1

0

1

2

3

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Vertical displacement at centre of span (mm)

Time (s)

Load exits bridge

δ

sta

ϕ

’

δ

_sta

(dynamic increment)

v= 220 km/h

v= 360 km/h

L

= 15

m, m

= 15

t/m, f

0

= 5

Hz, P

= 195

kN,

ζ

= 2%

.

Efecto din´

amico de un tren de cargas

P

1

v

2 3 4 5 6 7

P

P P

P

P

P

(Tren Talgo de Alta Velocidad)

Historia temporal de aceleraciones:

v

= 360 km/h

-15

-10

-5

0

5

10

15

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Acceleration at center of span (m/s

2

)

time (s)

TALGO AV v=360 km/h, ERRI Bridge L=15m,

ζ

=0,01; f

₀

=5 Hz,

λ

=13.14 m = D

ELS EN1990

dynamic moving loads

Historia de aceleraciones para

v

= 236

.

5 km/h

¡resonancia!

-15

-10

-5

0

5

10

15

0

1

2

3

4

5

6

Acceleration at center of span (m/s

2

)

time (s)

TALGO AV v=236.5 km/h, ERRI Bridge L=15m,

ζ

=0,01; f

₀

=5 Hz,

λ

=13.14 m = D

ELS EN1990

dynamic moving loads

Ejemplo de aplicaci´

on

Coeficiente de impacto Φ

v

_P

_{Puente isost´}

_{atico ERRI}

_L

_{= 15 m,}

_E

_{= 210}

GPa,

I

= 0

.

03664,

f

0

= 5 Hz.

v

= 220 km/h

C´

alculo de coeficiente de impacto

Coeficiente de impacto envolvente

Φ =

p

1

.

44

L

φ

−

0

.

2

+ 0

.

82

_⇒

Φ = 1

.

212

Ejemplo de aplicaci´

on

Coeficiente de impacto Φ

v

_P

C´

alculo de coeficiente de impacto

Coeficiente de impacto para carga real: 1 +

ϕ

0

_{= 1 + 0}

_.

_657,

C´

alculo din´

amico: 1 +

ϕ

0

_{dyn. anal.}

= 1

.

5843

<

1

.

657

1 +

ϕ

0

+ 0

.

5

ϕ

00

= 1

.

657 + 0

.

5

_×

0

.

0412 = 1

.

678

_⇒

Φ

real

= 1

.

678

Sup.

S

est,tipo

S

est,real

=

1

3

, Φ

real

×

1

3

= 0

.

559

⇒

Φ = 1 .

Modelos de cargas m´

oviles: base

x

u

(

x, t

)

F

vt

v

Ecuaci´

on din´

amica de la el´

astica:

ρ

u

¨

+ (

EIu

00

)

00

=

p

(

x

,

t

)

Hip´

otesis

Viga de Bernouilli, recta, sin torsi´

on (trivialmente generalizable)

Cargas puntuales o repartidas de valor fijo

Procedimientos de soluci´

on

Discretizaci´

on (p.ej. elementos finitos) e integraci´

on directa en el

tiempo del modelo completo

C´

alculo de modos normales de vibraci´

on e integraci´

on en el tiempo de

los modos seleccionados

Programas num´

ericos en ordenador o c´

alculo anal´ıtico

Modelos con cargas m´

oviles: an´

alisis modal

F F

F F

F F

d

d

L

k

k−1

4

3

2

1

k−1

1

v

An´

alisis Modal:

_{→ {}

ω

i

, φ

i

}

(s´

olo modos

ω

i

<

30 Hz)

Una ecuaci´

on para cada modo

φ

i

(

x

):

M

i

y

¨

i

+ 2

ζi

ωi

M

i

y

˙

i

+

ω

i

2

M

i

y

i

=

n

ax

X

k

=1

F

k

h

φi

(

vt

−

d

k

)

i

.

siendo

h

φ

(

x

)

i

=

(

φ

(

x

)

si 0

<

x

<

L

0

en caso contrario.

Modelos con cargas m´

oviles: ejemplo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Deflection at center of span (mm)

time (s)

TALGO AV v=360 km/h, ERRI Bridge L=15m,

ζ

=0,01; f

₀

=5 Hz,

λ

=13.14 m = D

UIC71

static

dynamic moving loads

Impronta Din´

amica (

ζ

= 0)

Aceleraci´

on Γ en el centro del vano: Γ =

C

accel

·

A

(

K

)

·

G

(

λ

) ,

C

accel

=

1

M

;

λ

=

v

f

0

,

A

(

K

) =

K

1

₋

K

2

r

2

h

1 + cos

π

K

i

,

G

(

λ

) =

max

N

i

=1

v

u

u

t

"

_x

i

X

x

1

F

i

cos (2

πδi

)

#

2

+

"

_x

i

X

x

1

F

i

sin (2

πδi

)

#

2

siendo

δ

i

= (

x

i

−

x

1

)

/λ,

i

= 1

. . .

N

: distancia adimensional eje

i

Conceptos

A

(

K

):

L´ınea de Influencia Din´

amica

del

puente

G

(

λ

):

Impronta Din´

amica

del

tren

Impronta din´

amica ICE2

0

1000

2000

3000

4000

5000

5

10

15

20

25

30

35

Impronta G(

λ

) (kN)

Longitud de onda

λ

(m)

0% amort.

0.5% amort.

1% amort.

2% amort.

Impronta din´

amica del TALGO AV

0

1000

2000

3000

4000

5000

5

10

15

20

25

30

35

Signature G(

λ

) (kN)

Wavelength

λ

(m)

Dynamic signature of TALGO HS train

0% damping

0.5% damping

1% damping

2% damping

Interacci´

on Veh´ıculo–Estructura

0000000 0000000 1111111 1111111 000000 000000 111111 111111 0000000000000000000000 0000000000000000000000 1111111111111111111111 1111111111111111111111

MB, JB

MB, JB

deB LB L dBd dBt M, J

Considera energ´ıa de vibraci´

on

de los veh´ıculos

Permite una reducci´

on en

situaciones resonantes para

puentes cortos (

L

_≤

30) m de

hasta 45%

Menor repercusi´

on para puentes

de mayor luz o continuos

Frecuencia de susp. secundaria

(caja)

≈

1 Hz

⇒

modelos de interacci´

on

simplificados

Modelo de interacci´

on simplificado

i=1

Σ

n

_(x)

q

_i

(t)

φ

i

x

k

_(t)

_y

2

_(t)

_y

1

_(t)

d

k

d

1

₌₀

d

2

y

w(x,t)=

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 00 00 11 11 0

1 0110011111000001101001001100111100101011000011

•

Para cada modo de vibraci´

on (

i

= 1

. . .

n

):

M

i

q

¨

i

+

C

i

q

˙

i

+

K

i

q

i

=

k

X

j

=1

h

φ

i

(

d

j

rel

)

i

g m

j

₊

_m

j

a

y

¨

j

•

Para cada elemento de interacci´

on (

j

= 1

. . .

k

):

m

j

_a

y

¨

j

+

k

j

"

y

j

₋

n

X

i

=1

q

i

h

φ

i

(

d

j

rel

)

i

#

+

c

j

"

˙

y

j

₋

n

X

i

=1

˙

q

i

h

φ

i

(

d

rel

j

)

i −

n

X

i

=1

q

i

v

h

φ

0

i

(

d

j

rel

)

i

#

= 0

Historia temporal de aceleraciones:

v

= 360 km/h

-15

-10

-5

0

5

10

15

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Acceleration at center of span (m/s

2

)

time (s)

TALGO AV v=360 km/h, ERRI Bridge L=15m,

ζ

=0,01; f

₀

=5 Hz,

λ

=13.14 m = D

ELS EN1990

dynamic moving loads

dynamic interaction

Historia de aceleraciones:

v

= 236

.

5 km/h

resonancia

-15

-10

-5

0

5

10

15

0

1

2

3

4

5

6

Acceleration at center of span (m/s

2

)

time (s)

TALGO AV v=236.5 km/h, ERRI Bridge L=15m,

ζ

=0,01; f

₀

=5 Hz,

λ

=13.14 m = D

ELS EN1990

dynamic moving loads

dynamic interaction

Respuesta din´

amica de puentes de distinta Luz

0

2

4

6

8

10

12

14

150

200

250

300

350

400

Max. acceleration at centre of span (m/s

2

)

Train velocity (km/h)

L=40 m

L=30 m

L=20 m

Tren ICE2, aceleraci´

on en centro de vano

Aumento de la masa del puente

0 5 10 15 20 25 30 35

150 200 250 300 350 400

Desplazamiento máximo (mm)

Velocidad (km/h)

Isostático L=20 m, m=20, 25, 30 t/m variación de masa

20t/m 25t/m 30t/m 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

150 200 250 300 350 400

Aceleración (m/s

2)

Velocidad (km/h)

Isostático L=20 m, m=20, 25, 30 t/m variación de masa

20t/m 25t/m 30t/m

Efectos sobre respuesta resonante

Frecuencia

f

0

y velocidad cr´ıtica

v

crit

disminuyen seg´

un

√

¯

m

Desplazamientos m´

aximos resonantes no var´ıan

Aceleraciones m´

aximas resonantes disminuyen

Aumento de la rigidez del puente

0 5 10 15 20 25 30 35

150 200 250 300 350 400 450 500

Desplazamiento máximo (mm)

Velocidad (km/h)

Isostático L=20 m, m=20 t/m variación de rigidez

f0=4 Hz

f0=4.472 Hz

f0=4.899 Hz

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

150 200 250 300 350 400 450 500

Aceleración (m/s

2)

Velocidad (km/h)

Isostático L=20 m, m=20 t/m variación de rigidez

f0=4 Hz

f0=4.472 Hz

f0=4.899 Hz

Efectos sobre respuesta resonante

Frecuencia

f

0

y velocidad cr´ıtica

v

crit

aumentan seg´

un

√

¯

k

:

”expulsa”

picos resonantes del rango

Desplazamientos m´

aximos resonantes disminuyen

Aceleraciones m´

aximas resonantes no var´ıan

Aumento proporcional de la masa y rigidez del puente

0 5 10 15 20 25 30 35

150 200 250 300 350 400

Desplazamiento máximo (mm)

Velocidad (km/h)

Isostático L=20 m, f0=4 Hz variación simultánea m y k

20t/m 25t/m 30t/m 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

150 200 250 300 350 400

Aceleración (m/s

2)

Velocidad (km/h)

Isostático L=20 m, f0=4 Hz variación simultánea m y k

20t/m 25t/m 30t/m

Efectos sobre respuesta resonante

Frecuencia

f

0

y velocidad cr´ıtica

v

crit

se mantienen

Desplazamientos m´

aximos resonantes disminuyen

Aceleraciones m´

aximas resonantes disminuyen

Puentes de Tablero Continuo

Viaducto de

Arroyo del Salado

, tablero continuo, 30 vanos de 30 m, Caj´

on

de hormig´

on pretensado in-situ [PFC, B. Sanz, 2005].

depth

span

=

1

12

Primeros 6 modos de vibraci´

on:

Aceleraciones para tablero continuo y simplemente apoyado

Tablero continuo

0 1 2 3 4 5 6

100 150 200 250 300 350 400 450

Aceleración en centro de vano 1 (m/s

2)

Velocidad (km/h) Viaducto con vanos hiperestáticos HSLM01 HSLM02 HSLM03 HSLM04 HSLM05 HSLM06 HSLM07 HSLM08 HSLM09 HSLM10 Límite admisible

Satisfies dynamic requirements

Simplemente apoyado

0 1 2 3 4 5 6

100 150 200 250 300 350 400 450

Aceleración en centro de vano 1 (m/s

2)

Velocidad (km/h) Viaducto con vanos isostáticos HSLM01 HSLM02 HSLM03 HSLM04 HSLM05 HSLM06 HSLM07 HSLM08 HSLM09 HSLM10 Límite admisible

No satisface:

a

max

>

3

.

5 m/s

2

Viaducto “Las Piedras” (F. Millanes, 2004)

Secci´

on abierta bij´

acena,

baja rigidez torsional

Secci´

on parcialmente Cerrada,

rigidez torsional mayor

Viaducto “Las Piedras” (III). Envolventes de aceleraciones

Aceleraci´

on vertical m´

axima, incluyendo flexi´

on y torsi´

on, en la mitad del

vano lateral

Secci´

on abierta bij´

acena

0 1 2 3 4 5 6 7 8

100 150 200 250 300 350 400 450

aceleración (m/s 2) v (km/h) AVE ETR−Y EUROSTAR 373/1 ICE2 TALGO AV THALYS VIRGIN

No satisface:

a

max

>

3

.

5 m/s

2

Secci´

on bij´

acena, parcialmente

cerrada

0 1 2 3 4 5 6 7 8

100 150 200 250 300 350 400 450

aceleración (m/s 2) v (km/h) AVE ETR−Y EUROSTAR 373/1 ICE2 TALGO AV THALYS VIRGIN

Satisface requisitos din´

amicos

´Indice

1

Motivaci´

on

2

Respuesta Din´

amica y Modelos de C´

alculo

Cargas de tr´

afico

Comprobaciones y Modelos

3

Normativa Reciente

Trenes reales, HSLM y trenes tipo

Euroc´

odigos EN1991-2, EN1990/A1

Interoperabilidad en la Red TransEuropea: ETI–INF

Instrucci´

on Espa˜

nola IAPF-2007 y Anejos Naconales

4

_{Investigaci´}

_{on sobre din´}

_{amica de estructuras y tr´}

_{afico ferroviario}

Din´

amica transversal de veh´ıculos ferroviarios sobre viaductos

Amortiguamiento

Datos en puentes de RENFE (1999) de hormig´

on y met´

alicos

0

1

2

3

4

5

0

10

20

30

40

50

fracción de amortiguamiento crítico

ζ

(%)

Luz (m)

Amortiguamiento para cálculo dinámico en IAPF−07 y EN 1991−2

IAPF P. de hormigón

IAPF y EN 1991−2 P . metálicos y mixtos

EN 1991−2 P. de hormigón armado

EN 1991−2 P. de hormigón pretensado

Trenes de Alta Velocidad: Articulados

Articulados:

Thalys, AVE-S101 y Eurostar.

Trenes de Alta Velocidad: Convencionales

Convencionales:

Ice2, AVE-S103, Etr-y, Virgin.

Trenes de Alta Velocidad: Regulares

Regulares:

AVE-S102 (TALGO).

Consecuencias para el Proyecto

Es necesario considerar:

Efectos din´

amicos

Todas las velocidades de circulaci´

on, con margen de 20%

Todos los posibles trenes (interoperabilidad)

Improntas din´

amicas de trenes de alta velocidad

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

5

10

15

20

25

30

Signature G(

λ

) (kN)

Wavelength

λ

(m)

Dynamic signatures

Talgo AV

ICE2

ETR−Y

VIRGIN

AVE

THALYS

EUROSTAR

Envolvente Obtenida con Trenes HSLM-A

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

5

10

15

20

25

30

Signature G(

λ

) (kN)

Wavelength

λ

(m)

Dynamic signature envelopes

real HS trains

HSLM−A

Euroc´

odigos EN1991-2, EN1990/A1

EN1991-2 – Eurocode 1 part 2

Acciones en estructuras parte 2: aplicaci´

on a puentes (2003)

No incluye criterios de dise˜

no (EN1990) ni relacionados con

materiales (EN1992, EN1993)

Modelo de cargas verticales LM71 (UIC71 + SW/0)

Requiere c´

alculo din´

amico para algunos escenarios (resonancia)

C´

alculo din´

amico: trenes reales o HSLM para l´ıneas interoperables

Acciones horizontales: centr´ıfuga, lazo, frenado/tracci´

on

Modelos para el acoplamiento v´ıa/estructura

otras acciones: aerodin´

amicas, descarrilamiento, fatiga

Grupos de cargas (combinaciones)

Revision 2010–

Euroc´

odigos EN1991-2, EN1990/A1

EN1990/A1 – Eurocode 0 Annex 2

Bases de dise˜

no estructural – Anejo A2 Aplicaci´

on a puentes (2005)

Estado l´ımite ´

ultimos (ELU) y Estado l´ımite de servicio (ELS)

Combinaciones de acciones (factores

ψ

)

Valores de c´

alculo de cargas (

γ

_×

valores caracter´ısticos)

L´ımites de servicio:

Seguridad / confort

Flechas verticales, laterales, alabeo, otras deformaciones

vibraci´

on

a

<

3

.

5 m/s

2

;

frecuencia lateral (vano)

f

>

1

.

2 Hz;

Revision 2010–

Interoperabilidad en la Red TransEuropea: ETI–INF

Especificaciones T´

ecnicas de Interoperabilidad – Infraestructura

Directiva de la UE para interoperabilidad de tr´

afico ferroviario a

trav´

es de pa´ıses Europeos: European Railway Agency (ERA)

TransEuropean Network (TEN); Categor´ıas de l´ınea ETI I – III (HS),

IV – VII (CR).

ETI para infraestructura; material m´

ovil; Energ´ıa; Control y

sse˜

nalizaci´

on

Requisitos m´ınimos para seguridad y funcionalidad b´

asica (p.ej.

peralte, ERTMS, . . . )

No se limita a l´ıneas nuevas: incluye l´ıneas existentes (puentes

actualizados)

Provisiones especiales para estructuras existentes:

Categor´ıas de l´ınea

EN D4, E5,. . . menos conservador que LM71

Puede requerir

α >

1 para ciertas categor´ıas de l´ınea (p.ej.

α

= 1

.

1

para IV-F).

Instrucci´

on Espa˜

nola IAPF-2007 y Anejos Naconales

IAPF – Instrucci´

on de Acciones en Puentes de Ferrocarril

Documento completo para puentes de ferrocarril: incluye no s´

olo

acciones, tambi´

en criterios de dise˜

no

Incluye viento, t´

ermico, Nieva, . . .

Compatible con Euroc´

odigos: base del

Anejo Nacional

Ejemplos de provisiones concretas:

define factor

α

= 1

.

21 para LM71; no considera SW/0;

HSLM para todas las l´ıneas AV (interoperabilidad)

Revision 2010

´Indice

1

Motivaci´

on

2

Respuesta Din´

amica y Modelos de C´

alculo

Cargas de tr´

afico

Comprobaciones y Modelos

3

Normativa Reciente

Trenes reales, HSLM y trenes tipo

Euroc´

odigos EN1991-2, EN1990/A1

Interoperabilidad en la Red TransEuropea: ETI–INF

Instrucci´

on Espa˜

nola IAPF-2007 y Anejos Naconales

4

_{Investigaci´}

_{on sobre din´}

_{amica de estructuras y tr´}

_{afico ferroviario}

Din´

amica transversal de veh´ıculos ferroviarios sobre viaductos

Efectos din´

amicos laterales en puentes de ferrocarril

Viaducto Landwasser. L´ınea Albula-Bernina

¿Por qu´

e?

Efectos din´

amicos laterales

Estos efectos, a diferencia de los de din´

amica vertical, no condicionan la

seguridad de la estructura

Pero s´ı Condicionan:

Seguridad del veh´ıculo y los pasajeros

Confort de los pasajeros

Efectos poco estudiados

¿C´

omo aparecen?

En Espa˜

na, debido a su orograf´ıa:

Gran n´

umero de viaductos

Estructuras muy largas y de pilas altas

Con bajas frecuencias de vibraci´

on lateral

0.35 Hz

ERRI D181 (1996)

Estudia movimientos laterales en varios viaductos europeos

Principalmente met´

alicos con tableros abiertos

Limitaciones en las normas:

De las conclusiones de este informe se incluyen dos limitaciones en IAPF

(2007) y EN 1991-2 (2003):

1

_{Frecuencia vanos puente}

_f

≥

₁

.

_{2 Hz}

2

Desplazamiento horizontal m´

aximo relativo

δ

_y

<

6 mm

Modelos acoplados Viaducto – Veh´ıculo

Modelos de la Estructura

Elementos Finitos

Modelizaci´

on mediante

Elementos finitos

Elementos viga

Material el´

astico lineal

Generalizable trivialmente a

modelos m´

as detallados

(l´

aminas, continuo) y/o no

lineales

Z Y X

X Y

Z

x

z

y

Estructuras

Acoplamiento cinem´

atico

Veh´ıculos

Colaboraci´

on con Profs. G. Gim´

enez, A. Alonso

Modelo de sistemas

multicuerpo

S´

olidos r´ıgidos + sistemas de

suspensi´

on + restricciones

2 bogies

_×

2 ejes en cada

coche

Tracci´

on distribuida

En ABAQUS: multicuerpo

(MBS) + elementos finitos

(MEF)

Veh´ıculos

Sistema Multicuerpo

Modelo multicuerpo:

7 cuerpos r´ıgidos

_×

6 grados de libertad cada uno

Masas e inercias asociadas a cada cuerpo

Dos niveles de suspensi´

on

I

Suspensi´

on primaria (ejes–bogie)

I

Suspensi´

on secundaria (bogie–caja)

Veh´ıculos

Sistema Multicuerpo

Modelo multicuerpo:

7 cuerpos r´ıgidos, 6 grados de libertad cada uno

Masas e inercias asociadas a cada cuerpo

Dos niveles de suspensi´

on

I

Suspensi´

on primaria (ejes–bogie)

I

Suspensi´

on secundaria (bogie–caja)

Veh´ıculos

Sistema Multicuerpo

Modelo multicuerpo:

7 cuerpos r´ıgidos, 6 grados de libertad cada uno

Masas e inercias asociadas a cada cuerpo

Dos niveles de suspensi´

on

I

Suspensi´

on primaria (ejes–bogie)

I

Suspensi´

on secundaria (bogie–caja)

Contacto rueda-carril

Colaboraci´

on con Profs. G. Gim´

enez, A. Alonso

Contacto rueda-carril

Punto cr´ıtico de la din´

amica

lateral de veh´ıculos

Se consideran perfiles reales de

ruedas y carriles

El problema se descompone en

tres:

1

_Geom´

_etrico

2

_Normal

3

_Tangencial

Contacto rueda-carril

Contacto tangencial: FastSim (Kalker)

Vectores de fuerza tangencial y deslizamientos

ERRI D181

Casos estudiados

Se estudiaron:

viaductos isost´

aticos de 5

vanos

distintas longitudes

distintas frecuencias laterales

s´

olo flexi´

on lateral

Siemens ICE3 de 8 coches

velocidades entre 150 y 350

km/h

distintos perfiles de

irregularidades

Viaductos:

Caso

ρ

∗

[ton

/

m]

f

0

[Hz]

Vanos

L

= 30 m

1

6

.

0

0

.

60

2

6

.

0

1

.

50

Vanos L

=

40 m

3

11

.

0

0

.

44

4

6

.

0

0

.

60

5

6

.

0

1

.

50

6

11

.

0

2

.

16

ERRI D181

Desplazamientos laterales m´

aximos de centros de vano

Para frecuencias menores de 1.2 Hz crecen con la velocidad

L

= 30 m

L

= 40 m

ERRI D181

Historias temporales de desplazamientos laterales para

v

= 350 km/h,

L

= 40 m y perfil de irregularidades 5

Centro del vano 4

Caja del veh´ıculo 6

Puente sobre el r´ıo Gouhe – China

En colaboraci´

on con Profs. H Xia y N Zhang, de Beijing Jiaotong

University

Caracter´ısticas principales

L´ınea Qinhuangdao–Shenyang,

China

Viaducto de 28 vanos

isost´

aticos de 24 metros de

longitud

Tren Chino Pioneer circulando

a 270 km/h

Se instrument´

o uno de los

vanos del viaducto

Puente sobre el r´ıo Gouhe – China

Resultados medidas -vs- c´

alculos

Medidas

Aceleraciones Laterales

Desplazamientos Verticales

C´

alculos

Aceleraciones Laterales

Desplazamientos Verticales

Viaducto del Arroyo de las Piedras

Viaducto del Arroyo de las Piedras

Primer modo de vibraci´

on 0.313 Hz

Viaducto del Arroyo de las Piedras

Segundo modo de vibraci´

on 0.421 Hz

Viaducto del Arroyo de las Piedras

Tercer modo de vibraci´

on 0.520 Hz

Viaducto del Arroyo de las Piedras

Resultados: desplazamientos laterales del vano 11 para

v

= 350 km

/

h

0

5

10

15

20

t

[

s

]

−

0

.

010

−

0

.

008

−

0

.

006

−

0

.

004

−

0

.

002

0

.

000

0

.

002

u

y

[

m

]

Cargas moviles

Interacci´on

Interacci´on + irregularidades

Viaducto del Arroyo de las Piedras

Resultados: giros de torsi´

on del vano 11 para

v

= 350 km

/

h

0

5

10

15

20

t

[

s

]

−

0

.

0002

0

.

0000

0

.

0002

0

.

0004

0

.

0006

0

.

0008

0

.

0010

θ

x

[

rad

]

_{Cargas moviles}

Interacci´on

Interacci´on + irregularidades

Viaducto del Arroyo de las Piedras

Resultados: aceleraciones laterales de la caja del veh´ıculo para

v

= 350 km

/

h

0

5

10

15

20

t

[

s

]

−

1

.

0

−

0

.

5

0

.

0

0

.

5

1

.

0

1

.

5

a

y

[

m

/

s

2

]

Irregularidades

Interacci´on + irregularidades

Interacci´on

´Indice

1

Motivaci´

on

2

Respuesta Din´

amica y Modelos de C´

alculo

Cargas de tr´

afico

Comprobaciones y Modelos

3

Normativa Reciente

Trenes reales, HSLM y trenes tipo

Euroc´

odigos EN1991-2, EN1990/A1

Interoperabilidad en la Red TransEuropea: ETI–INF

Instrucci´

on Espa˜

nola IAPF-2007 y Anejos Naconales

4

_{Investigaci´}

_{on sobre din´}

_{amica de estructuras y tr´}

_{afico ferroviario}

Din´

amica transversal de veh´ıculos ferroviarios sobre viaductos

Preguntas

¿Criterios de dise˜

no para distintas tipolog´ıas?

¿L´ımite de aceleraciones en tablero?

¿Requisitos de seguridad / confort?

¿Rigidez lateral m´ınima?

¿Efectos din´

amicos veh´ıculo–v´ıa–estructura?

Interoperabilidad ferroviaria (redes transeuropeas)

Nuevos trenes automotores de alta ocupaci´

on

Alta ocupaci´

on: AVE Low Cost

The End

GRACIAS POR SU ATENCI ´

ON

Reconocimiento

Investigadores / colaboradores:

P. Antol´ın, J. Oliva, K. Nguyen J.

Dom´ınguez, J.A. Navarro, F. Gabald´

on,

Estudiantes de Master / PFC:

F. Ruano, B. Sanz, A. C´

amara, I.

Barrios, A. C´

amara, J. Oliva, R. Dias, X. Jiang, R. Barca