Estudio del comportamiento a medio y largo plazo de las estructuras ferroviarias de balasto y placa
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- Miguel Belmonte Correa
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1 Estudio del comportamiento a medio y largo plazo de las estructuras ferroviarias de balasto y placa (Proyecto I+D+i CEDEX PT CC-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 2627 feb 2008
2 Índice 1 Objetivos 2 Subproyecto 1, UPM Sistemas de vía considerados Acciones dinámicas sobre la vía Condicionantes geotécnicos 3 Subproyecto 2, FCH Interacción longitudinal carrilestructura 4 Subproyecto 3, CEIT y UPV Efecto de los vehículos sobre la vía Desagaste ondulatorio del carril 5 Subproyecto 4, US Propagación de vibraciones estudio en frecuencia Propagación de vibraciones estudio en tiempo 6 Subproyecto 5, CENIT-UPC Modelo de análisis de costes por ciclo de vida
3 Índice 1 Objetivos 2 Subproyecto 1, UPM Sistemas de vía considerados Acciones dinámicas sobre la vía Condicionantes geotécnicos 3 Subproyecto 2, FCH Interacción longitudinal carrilestructura 4 Subproyecto 3, CEIT y UPV Efecto de los vehículos sobre la vía Desagaste ondulatorio del carril 5 Subproyecto 4, US Propagación de vibraciones estudio en frecuencia Propagación de vibraciones estudio en tiempo 6 Subproyecto 5, CENIT-UPC Modelo de análisis de costes por ciclo de vida José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
4 Objetivos Estudio de distintas facetas de los sistemas de vía, basado en modelos de ingeniería y cálculo: Las acciones dinámicas sobre la vía, los condicionantes geotécnicos y el deterioro de la vía (Escuela Ing. Caminos UPM); La interacción longitudinal entre carril, placa y plataforma, así como los criterios generales de diseño (FCH); La interacción con los vehículos y el desgaste ondulatorio (UPV y CEIT); La transmisión de vibraciones por el terreno (US); Los aspectos económicos estudiando el coste de ciclo de vida (CENIT-UPC). José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
5 Índice 1 Objetivos 2 Subproyecto 1, UPM Sistemas de vía considerados Acciones dinámicas sobre la vía Condicionantes geotécnicos 3 Subproyecto 2, FCH Interacción longitudinal carrilestructura 4 Subproyecto 3, CEIT y UPV Efecto de los vehículos sobre la vía Desagaste ondulatorio del carril 5 Subproyecto 4, US Propagación de vibraciones estudio en frecuencia Propagación de vibraciones estudio en tiempo 6 Subproyecto 5, CENIT-UPC Modelo de análisis de costes por ciclo de vida José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
6 Sistemas de vía considerados Balasto Líneas de alta velocidad Madrid-Barcelona, Córdoba-Málaga Placa 1 nivel elasticidad Losa continua: Rheda2000 Losa discontinua: AFTRAV Placa 2 niveles elasticidad Stedef José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
7 Acciones dinámicas sobre la vía Modelos de vía para dinámica vertical ct 0.6Ѻ kt 18.6Ѻ Modelos de vehículos para dinámica vertical: simplicados, completos Cálculos acoplados con contacto Hertziano ruedacarril (FEAP, ABAQUS) José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
8 Acciones dinámicas sobre la vía Generación de perles aleatorios basados en densidades espectrales de potencia de irregularidades de elevación. Perles enfocados a modelos de distintas frecuencias y longitudes de onda factor de amplificación dinámica (F dinam /F estat ) Cargas dinámicas sobre la vía: factores de amplicación en función de la velocidad del tren Perfil de irregularidades moderadas. Factores de amplificación dinámica (k=40 kn/mm) Carril ideal Perfil 1 Perfil 2 Perfil 3 Envolvente velocidad (m/s) José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
9 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. José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
10 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 en terraplén (PLAXIS) José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
11 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 en terraplén (PLAXIS) Asientos en función del tiempo, considerando 4 etapas, al cabo de un año José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
12 Índice 1 Objetivos 2 Subproyecto 1, UPM Sistemas de vía considerados Acciones dinámicas sobre la vía Condicionantes geotécnicos 3 Subproyecto 2, FCH Interacción longitudinal carrilestructura 4 Subproyecto 3, CEIT y UPV Efecto de los vehículos sobre la vía Desagaste ondulatorio del carril 5 Subproyecto 4, US Propagación de vibraciones estudio en frecuencia Propagación de vibraciones estudio en tiempo 6 Subproyecto 5, CENIT-UPC Modelo de análisis de costes por ciclo de vida José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
13 Interacción longitudinal carrilestructura Transmisión de fuerzas entre carril, vía y plataforma. Resistencias máximas de sujecciones y rigideces Valoración de esfuerzos sobre carril, esfuerzos en placa y movimientos Fuerzas sobre carril en plataforma José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
14 Interacción longitudinal carrilestructura Fuerzas sobre carril en viaducto Transmisión de fuerzas entre carril, vía y plataforma. Resistencias máximas de sujecciones y rigideces Valoración de esfuerzos sobre carril, esfuerzos en placa y movimientos Fuerzas sobre carril en plataforma ÆÓÒ Ð Ò Ö ÔÖ Ò ÌÖ Ê Ð ÜÔ Ò ÓÒ Ú Ü ÔÓ ÒØ José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
15 Interacción longitudinal carrilestructura Fuerzas sobre carril en viaducto Transmisión de fuerzas entre carril, vía y plataforma. Resistencias máximas de sujecciones y rigideces Valoración de esfuerzos sobre carril, esfuerzos en placa y movimientos Fuerzas sobre carril en plataforma ÆÓÒ Ð Ò Ö ÔÖ Ò ÌÖ Ê Ð ÜÔ Ò ÓÒ Ú Ü ÔÓ ÒØ José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
16 Ê Ø Ò ØÓ Ð Ò Æ»Ñµ Interacción longitudinal carrilestructura Fuerzas sobre carril en viaducto Transmisión de fuerzas entre carril, vía y plataforma. Resistencias máximas de sujecciones y rigideces Valoración de esfuerzos sobre carril, esfuerzos en placa y movimientos Fuerzas sobre carril en plataforma ÆÓÒ Ð Ò Ö ÔÖ Ò ÌÖ Ê Ð ÜÔ Ò ÓÒ Ú Ü ÔÓ ÒØ k u0 Ê Ð Ø Ú ÔÐ Ñ ÒØ u Ñѵ José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
17 Ê Ø Ò ØÓ Ð Ò Æ»Ñµ Interacción longitudinal carrilestructura Fuerzas sobre carril en viaducto Transmisión de fuerzas entre carril, vía y plataforma. Resistencias máximas de sujecciones y rigideces Valoración de esfuerzos sobre carril, esfuerzos en placa y movimientos Fuerzas sobre carril en plataforma ÆÓÒ Ð Ò Ö ÔÖ Ò ÌÖ Ê Ð ÜÔ Ò ÓÒ Ú Ü ÔÓ ÒØ k u0 Ê Ð Ø Ú ÔÐ Ñ ÒØ u Ñѵ José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
18 Ê Ø Ò ØÓ Ð Ò Æ»Ñµ Interacción longitudinal carrilestructura Transmisión de fuerzas entre carril, vía y plataforma. Resistencias máximas de sujecciones y rigideces Valoración de esfuerzos sobre carril, esfuerzos en placa y movimientos Fuerzas sobre carril en plataforma Fuerzas sobre carril en viaducto Stress (MPa) Stress in rail from temperature 0-50 Fixed abutment -100 Deck L = 396 m Sliding joint -150 Maximum compression MPa Long. coordinate (m) ÆÓÒ Ð Ò Ö ÔÖ Ò Ê Ð ÜÔ Ò ÓÒ Ú ÌÖ Ü ÔÓ ÒØ k u0 Ê Ð Ø Ú ÔÐ Ñ ÒØ u Ñѵ José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
19 Índice 1 Objetivos 2 Subproyecto 1, UPM Sistemas de vía considerados Acciones dinámicas sobre la vía Condicionantes geotécnicos 3 Subproyecto 2, FCH Interacción longitudinal carrilestructura 4 Subproyecto 3, CEIT y UPV Efecto de los vehículos sobre la vía Desagaste ondulatorio del carril 5 Subproyecto 4, US Propagación de vibraciones estudio en frecuencia Propagación de vibraciones estudio en tiempo 6 Subproyecto 5, CENIT-UPC Modelo de análisis de costes por ciclo de vida José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
20 Efecto de los vehículos sobre la vía Modelos 3D no lineales SIMPACK, dominio del tiempo Considerando contacto ruedacarril Incluyendo estructura de vía vehículo en curva José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
21 Efecto de los vehículos sobre la vía Modelos 3D no lineales SIMPACK, dominio del tiempo Considerando contacto ruedacarril Incluyendo estructura de vía vehículo en curva Espectro de fuerzas sobre la vía. A frecuencias altas se muestra una diferencia apreciable José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
22 Desagaste ondulatorio del carril Modelo genérico del soporte del carril y onda vertical de decrecimiento. Herramienta de simulación de desarrollo propio: RACING (RAil Corrugation INiciation and Growth). Adicionalmente modelos de elementos nitos 3D en MSC/Nastran. José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
23 Índice 1 Objetivos 2 Subproyecto 1, UPM Sistemas de vía considerados Acciones dinámicas sobre la vía Condicionantes geotécnicos 3 Subproyecto 2, FCH Interacción longitudinal carrilestructura 4 Subproyecto 3, CEIT y UPV Efecto de los vehículos sobre la vía Desagaste ondulatorio del carril 5 Subproyecto 4, US Propagación de vibraciones estudio en frecuencia Propagación de vibraciones estudio en tiempo 6 Subproyecto 5, CENIT-UPC Modelo de análisis de costes por ciclo de vida José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
24 Propagación de vibraciones estudio en frecuencia Modelos acoplados elementos nitos elementos de contorno Nuevo modelo: análisis simplicado de vibraciones en edicios de cortante José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
25 Propagación de vibraciones estudio en tiempo Modelo numérico no lineal MEC/MEF en el dominio del tiempo José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
26 Índice 1 Objetivos 2 Subproyecto 1, UPM Sistemas de vía considerados Acciones dinámicas sobre la vía Condicionantes geotécnicos 3 Subproyecto 2, FCH Interacción longitudinal carrilestructura 4 Subproyecto 3, CEIT y UPV Efecto de los vehículos sobre la vía Desagaste ondulatorio del carril 5 Subproyecto 4, US Propagación de vibraciones estudio en frecuencia Propagación de vibraciones estudio en tiempo 6 Subproyecto 5, CENIT-UPC Modelo de análisis de costes por ciclo de vida José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
27 Modelo de análisis de costes por ciclo de vida José M. a Goicolea (UPM) Vías de Balasto y Placa PEIT 27 feb / 19
Estudio del comportamiento a medio y largo plazo de las estructuras ferroviarias de balasto y placa
Estudio del comportamiento a medio y largo plazo de las estructuras ferroviarias de balasto y placa Ref. PT-2006-024-19CCPM Informe Final: resumen Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos Universidad
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