2.5.- INFLUENCIA DE LA TRAVIESA. CARGA DISTRIBUIDA FRENTE A CARGA PUNTUAL.

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1 2.5.- INFLUENCIA DE LA TRAVIESA. CARGA DISTRIBUIDA FRENTE A CARGA PUNTUAL. Una de las funciones de la traviesa en la vía consiste en convertir la carga puntual que provoca el paso del ferrocarril en una presión hacia el terreno. Incluir las traviesas en el modelo de EF del túnel resultaría muy costoso por que complicaría el modelo sólido y esto implicaría una gran cantidad de elementos extra. Por lo que es preferible eliminarlas y considerar la carga puntual directamente. Sin embargo la deformación que provoca en el terreno una carga puntual y la que provoca una distribución de presiones son diferentes. El objetivo de este apartado es comparar el resultado final que provoca el paso de una carga móvil con traviesa y sin traviesa, para comprobar si es buena la aproximación que se va a hacer. Y de paso, comprobar si el modelo de carga de tren desarrollado en el apartado anterior funciona correctamente. Es importante comentar que se está hablando de la influencia de la traviesa en cuanto a distribución de cargas, su rigidez sí se va a tener en cuenta en los cálculos finales porque influye en la rigidez total de la vía (apartado 2.3). Se van a comparar dos modelos en ANSYS, uno con traviesa y otro sin traviesa. El primero es simplemente una rebanada de terreno de tamaño 40x20X0.6m 3 al que se le aplica simetría. 53

2 Ilustración 51: Modelos sin traviesa (Izda.) y con traviesa (Dcha.). El segundo modelo es igual que el anterior, pero añadiendo una traviesa de 2.6x0.35x0.35. Las propiedades del terreno son las siguientes. G=50e6 N/m 2 ν=0.33 ρ=1900kg/m 3 ξ=0.05 A la traviesa se le ha dado una rigidez muy alta para que no se deforme ante la carga puntual directa y distribuya la carga adecuadamente. Como se ha dicho antes, su rigidez real se tendrá en cuenta en el modelo de vía. A continuación se muestran los modelos. Se ha tenido especial cuidado en concentrar la malla alrededor del punto de aplicación de la carga y alrededor de la traviesa, para reproducir la deformada mejor. En los límites del terreno, se ha procurado que la malla sea lo más uniforme posible para que los amortiguadores se distribuyan de la misma manera. Notar también que para este modelo se ha utilizado el elemento SOLID95, que tiene nodos intermedios, en los nodos intermedios del contorno también se han colocado amortiguadores. 54

3 Modelo sin traviesa Ilustración 52: Modelo sin traviesa completo. Ilustración 53: Modelo sin traviesa de cerca. 55

4 Modelo con traviesa: Ilustración 54: Modelo con traviesa completo. Ilustración 55 : Modelo con traviesa de cerca. 56

5 Solución: Si se calcula la deformada estática, el resultado es el que se predijo, la deformada de la carga puntual es muy aguda y profunda; en el caso de la traviesa, la carga empuja hacia abajo el bloque rígido y el terreno se hunde más suavemente bajo éste. Ilustración 56: Deformada sin traviesa. Ilustración 57: Deformada con traviesa. 57

6 Solución dinámica y comprobaciones Se ha encontrado una solución de elementos de contorno de exactamente el mismo caso de la traviesa, servirá para comprobar que la solución obtenida mediante Ansys es aproximadamente correcta. Comparación de la solución de BEM con EF Para el modelo de una traviesa. Desplazamientos (m) 1.20E E-04 BEM Re 8.00E-05 BEM Im 6.00E-05 ANSYS Re 4.00E-05 ANSYS Im 2.00E E E E E-05 Frecuencia (Hz) Ilustración 58: Comparación de la solución del modelo de Vía con traviesa. Se observa que no coinciden exactamente, pero es necesario tener en cuenta que la calidad de la solución de los elementos de contorno depende del número de bloques que se esté teniendo en cuenta a la hora de integrar. Una vez asegurados de que el modelo funciona correctamente, el paso siguiente es introducir la vía y simular la carga móvil (ver apartado 2.3). Para ello se obtiene a solución en frecuencias de los modelos Simétrico-Simétrico, Simétrico-Antisimétrico y Antisimétrico-Antisimétrico para el punto de aplicación de carga y un punto de medida (a 4.4 m de distancia). 58

7 Desplazamientos verticales a 4.4m de distancia. 2.50E E-05 Desplazamientos (m) 1.50E E E E E sim-sim sim-asim asim-asim -1.00E-05 Frecuencia (Hz) Ilustración 59: Desplazamientos verticales a 4.4m del punto de carga (PARTE REAL). Comparación con los distintos estados de simetría de carga. Se observa que los resultados de los modelos Simétrico-Antisimétrico y Antisimétrico-Antisimétrico son mucho menores que los del modelo Simétrico-Simétrico, del orden de frente a Por tanto, parece lógico pensar que apenas influirán en el modelo final. Y los resultados de ambos modelos quedan: 59

8 Ilustración 60: Resultados modelo traviesa. Ilustración 61: Resultados modelo sin traviesa. 60

9 Se observa el avance de la onda en el tiempo, desde que se aplicó la carga hasta el punto de medida. Ambos resultados son muy parecidos. Finalmente, a continuación se representan los desplazamientos en el tiempo de ambos modelos. Ilustración 62: Comparación Entonces la conclusión de este apartado es que aunque la carga distribuida influye en la deformada, en el resultado final no tiene importancia, por tanto, la suposición se considerar una carga móvil puntual es una buena aproximación. Se observa un primer pico de desplazamientos positivos debido a las ondas p. Éste es un fenómeno del régimen transitorio. De todas formas, en el modelo del túnel, la vía irá apoyada sobre hormigón, no sobre un terreno, por lo que la diferencia entre las deformadas con y sin traviesa será mucho menor. 61