estudio del comportamiento a medio y largo plazo de las...

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

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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

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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

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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

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

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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

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Propagación de vibraciones � estudio en tiempo

Modelo numérico no lineal MEC/MEF en el dominio del tiempo

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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 18 / 19

Modelo de análisis de costes por ciclo de vida

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