Análisis Dinámico de Pasos Inferiores en la Línea del Ferrocarril de Alta Velocidad

En esta tesis se plantea un modelo numérico tridimensional simplificado para el análisis dinámico de estructuras semienterradas de pasos inferiores en líneas del ferrocarril de alta velocidad. Este tipo de estructuras no ha sido estudiado con la misma intensidad que otras de mayor envergadura debido, principalmente, a sus bajos costes de construcción y al gran número de variables envueltas en el problema. Por ejemplo, sobre el comportamiento de la estructura influyen: el terreno circundante, las condiciones de las vías, las características de los trenes que circulan, entre otras. Los métodos empleados en la actualidad para el análisis dinámico de pasos inferiores requieren, por lo general, mucha potencia de cálculo y poseen la limitante de simplificar el problema tridimensional a uno bidimensional. Para el estudio tridimensional se suelen emplear elementos finitos y/o métodos de elementos de contorno, los cuales incrementan significativamente el número de grados de libertad del problema, y por tanto los tiempos de cálculo. Por otra parte, los métodos bidimensionales no ofrecen una visión realista de todo el conjunto, pues solo permiten evaluar secciones de un problema claramente tridimensional. El método propuesto se compone de dos partes: el modelo de carga, y la estructura. El modelo de carga es el encargado de representar las solicitaciones dinámicas provocadas por la circulación de los trenes sobre la vía y transmitir la carga a la estructura, y el modelo de la estructura recibe las cargas dinámicas para el cálculo de la respuesta. El modelo de carga está constituido por los trenes, las vías y el contacto entre ambos. Los trenes son caracterizados mediante masas no suspendidas, cargas y distribución de las ruedas. Por otra parte, las vías se modelan considerando los carriles, almohadillas de sujeción, traviesas, y el balasto sobre el terreno y la estructura. El análisis del modelo de carga se realiza en el dominio del tiempo, haciendo circular el tren sobre los carriles para determinar las fuerzas del balasto que se transmitirían a la estructura. El modelo de la estructura está conformado por dos partes: una losa modelada con funciones de forma de Rayleigh-Ritz y la teoría de placas de Kirchhoff, y los hastiales que son considerado como elementos verticales apoyados lateralmente sobre un medio viscoelástico que representa el terreno adyacente a la estructura. La unión entre la losa y los hastiales se realiza por medio del aporte a la losa de rigidez en los extremos, y el cálculo de la respuesta en los hastiales se realiza a partir de la compatibilidad de giros en la unión entre la losa y el hastial. El cálculo dinámico de la estructura se realiza en el dominio de la frecuencia a partir de las cargas transmitidas por el balasto, lo que permite obtener el cálculo de la respuesta dinámica prácticamente de manera instantánea. El modelo de la estructura ha sido calibrado con datos experimentales de aceleraciones obtenidos en un marco rectangular de la línea de alta velocidad entre Segovia y Valladolid, y el ajuste de las propiedades del modelo se realizó tomando en consideración las características de los materiales usualmente presentes en pasos inferiores. El método de cálculo propuesto es un modelo simplificado, tal que, aunque no existe acoplamiento entre el modelo de carga y el modelo estructural, ofrece una gran flexibilidad y versatilidad, ya que permite emplear diferentes tipos de modelos de carga, además de ofrecer la posibilidad de tener catálogos de cargas con diferentes propiedades, y evaluar de forma rápida la respuesta de la estructura antes diferentes solicitaciones