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

En esta tesis se plantea un modelo numerico tridimensional simplificado para el analisis dinamico de estructuras semienterradas de pasos inferiores en lineas 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 construccion y al gran numero de variables envueltas en el problema. Por ejemplo, sobre el comportamiento de la estructura influyen: el terreno circundante, las condiciones de las vias, las caracteristicas de los trenes que circulan, entre otras. Los metodos empleados en la actualidad para el analisis dinamico de pasos inferiores requieren, por lo general, mucha potencia de calculo y poseen la limitante de simplificar el problema tridimensional a uno bidimensional. Para el estudio tridimensional se suelen emplear elementos finitos y/o metodos de elementos de contorno, los cuales incrementan significativamente el numero de grados de libertad del problema, y por tanto los tiempos de calculo. Por otra parte, los metodos bidimensionales no ofrecen una vision realista de todo el conjunto, pues solo permiten evaluar secciones de un problema claramente tridimensional. El metodo propuesto se compone de dos partes: el modelo de carga, y la estructura. El modelo de carga es el encargado de representar las solicitaciones dinamicas provocadas por la circulacion de los trenes sobre la via y transmitir la carga a la estructura, y el modelo de la estructura recibe las cargas dinamicas para el calculo de la respuesta. El modelo de carga esta constituido por los trenes, las vias y el contacto entre ambos. Los trenes son caracterizados mediante masas no suspendidas, cargas y distribucion de las ruedas. Por otra parte, las vias se modelan considerando los carriles, almohadillas de sujecion, traviesas, y el balasto sobre el terreno y la estructura. El analisis 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 transmitirian a la estructura. El modelo de la estructura esta conformado por dos partes: una losa modelada con funciones de forma de Rayleigh-Ritz y la teoria de placas de Kirchhoff, y los hastiales que son considerado como elementos verticales apoyados lateralmente sobre un medio viscoelastico que representa el terreno adyacente a la estructura. La union entre la losa y los hastiales se realiza por medio del aporte a la losa de rigidez en los extremos, y el calculo de la respuesta en los hastiales se realiza a partir de la compatibilidad de giros en la union entre la losa y el hastial. El calculo dinamico 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 calculo de la respuesta dinamica practicamente de manera instantanea. El modelo de la estructura ha sido calibrado con datos experimentales de aceleraciones obtenidos en un marco rectangular de la linea de alta velocidad entre Segovia y Valladolid, y el ajuste de las propiedades del modelo se realizo tomando en consideracion las caracteristicas de los materiales usualmente presentes en pasos inferiores. El metodo de calculo 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, ademas de ofrecer la posibilidad de tener catalogos de cargas con diferentes propiedades, y evaluar de forma rapida la respuesta de la estructura antes diferentes solicitaciones.