Estudio de la respuesta dinámica transversal de viaductos altos de líneas de ferrocarril de alta velocidad bajo la acción de cargas de uso

Es conocido que las dimensiones de los puentes de ferrocarril han ido cambiando debido a las estrictas condiciones de trazado impuestas en las líneas de alta velocidad. Además, la creciente preocupación de la sociedad por cuidar y proteger el medio ambiente, reflejado en la correspondiente normativa, ha generado nuevos condicionantes en el diseño de estas infraestructuras. En concreto, se ha limitado el movimiento de grandes volúmenes de terreno particularmente en los espacios protegidos. Por estas razones, hoy en día se proyectan y construyen puentes de ferrocarril más altos y más largos en todo el mundo. En España se han construido varios viaductos de pilas altas para líneas de alta velocidad. Ejemplos de estas infraestructuras son el Viaducto O’Eixo y el Viaducto de Barbantiño, situados en la línea de alta velocidad Madrid-Galicia, Estos viaductos altos se caracterizan por tener una mayor flexibilidad lateral y una frecuencia fundamental de oscilación baja, de hasta 0.2 Hz. La respuesta dinámica de este tipo de estructura puede aumentar como consecuencia de la aproximación entre la frecuencias propias de la misma y las de excitación debidas al paso del tren y a la acción del viento. Por lo tanto, estas estructuras pueden presentar problemas a la hora de cumplir con las limitaciones impuestas en las normas de diseño de puentes de ferrocarril, y otras, para garantizar la seguridad del tráfico y el confort de los viajeros. La respuesta dinámica lateral de viaductos de pilas altas no ha sido suficientemente estudiada en la literatura científica. Se pueden intuir varios de los motivos para explicar esta carencia. El primero es la relativamente reciente aparición de este tipo de viaductos asociados al desarrollo de la alta velocidad. Por otro lado, se hace necesario, para estudiar este tema, construir nuevos modelos numéricos adecuados para el estudio de la interacción dinámica lateral del puente y del tren. La interacción entre el puente y un tren viajando sobre él es un problema dinámico no lineal, dependiente del tiempo y de acoplamiento entre los dos subsistemas que intervienen (vehículo y puente). Los dos subsistemas, que pueden ser modelados como estructuras elásticas, interaccionan el uno con el otro a través de las fuerzas de contacto, que tiene una marcada naturaleza no lineal por el rozamiento entre rueda y carril, y por la geometría de los perfiles de estos dos elementos en contacto. En esta tesis, se desarrolla la formulación completa de un modelo no lineal de interacción tren-vía-puente-viento que reproduce adecuadamente las fuerzas laterales de contacto rueda-carril, fuerzas que van a tener una gran influencia en los índices de seguridad del tráfico. Este modelo se ha validado a partir de casos resueltos en la literatura científica, y de medidas experimentales tomadas en eventos dinámicos ocurridos en los viaductos de Arroyo de Valle y Arroyo de las Piedras. Puentes altos que han estado monitorizados en servicio durante dos años. En los estudios realizados en este trabajo, se cuantifican, empleando el modelo construido, los niveles de seguridad del tráfico y de confort de los pasajeros de trenes ligeros de alta velocidad, como el tren articulado AVE S-100, que viajan sobre viaductos altos sometidos, o no, a fuertes vientos laterales racheados. Finalmente, se ha obtenido el grado de mejora de la seguridad del tráfico y del confort de los viajeros, cuando se emplean pantallas anti-viento en el tablero y amortiguadores de masa sintonizados en la cabeza de las pilas de un viaducto alto. Resultando, el uso simultaneo de estos dos dispositivos (pantallas y amortiguadores de masa), en puentes altos de líneas de alta velocidad, una opción a considerar en la construcción de estas estructuras para elevar significativamente el nivel de servicio de las mismas. It is known that dimensions of railway bridges have been changing due to the strict high-speed lines layout parameters. Moreover, the growing concern of society to take care of and protect the environment, reflected in the corresponding regulations, has created new environment requirements for the design of these infrastructures. Particularly, the mentioned regulations do not allow designers to move far from terrain to build these railway lines. Due to all these reasons, longer and higher railway bridges are being designed and built around the world. In Spain, several high pier railway viaducts have been built for high speed lines. Barbantiño Viaduct and Eixo Viaduct, belonging to the Madrid-Galicia high speed line, are examples of this kind of structures. These high viaducts have great lateral flexibility and a low fundamental vibration frequency of down to 0.2 Hz. The dynamic response of high speed railway bridges may increase because of the approximation between the natural viaduct frequencies and the excitation ones due to the train travel and the wind action. Therefore, this bridge response could not satisfy the serviceability limits states, for traffic safety and for passenger comfort, considered by the design standards of high speed bridges. It is difficult to find papers in the scientific literature about the lateral response of high-speed trains travel over long viaducts with high piers. Several reasons could explain this issue. On one hand, the construction of this kind of viaduct is relatively recent and it is associated to the development of the high speed railway. On the other hand, in order to study the dynamic lateral interaction between the train and the high bridge, it is necessary to build new numerical and complex models. The interaction between the bridge-track subsystem and the vehicle subsystem travelling over the bridge is a coupling, nonlinear and time dependent problem. Both subsystems, train and bridge, which can be modelled as elastic structures, interact each other through the contact forces. These forces have a strong nonlinear nature due to the friction and the geometry of rail and wheel profiles. In this thesis, the full formulation of a train-track-bridge-wind nonlinear interaction model is developed. This model can reproduce properly the lateral contact wheel-rail forces, which have a great influence on traffic safety indices. The validation of the model built has been reached through interaction solved cases found in the scientific literature and experimental measures taken in dynamic events which happened at Arroyo de las Piedras and Arroyo del Valle Viaducts. These high bridges have been controlled during two years of service by means of structural health monitoring. In the studies carried out for this thesis, the levels of traffic safety and passenger comfort are quantified using the interaction model built, in the cases of high speed and light trains, as AVE S-100, travelling over high pier bridges and with or without lateral turbulent winds acting. Finally, the improvement rate of the traffic safety and passenger comfort has been obtained, when wind barriers are used at the bridge deck and tuned mass dampers are installed at the pier heads of a high viaduct. The installation of both devices, wind barriers and tuned mass damper, at the same time, turned out to be a good option to be considered in the design of high pier railway viaducts, to improve significantly the serviceability level of this kind of structures.

Juan Navarro Baldeweg : el dibujo de la mano como herramienta en el proceso creativo

Esta investigación es una incursión en el tránsito de Juan Navarro desde sus “habitaciones y horizontes”, las manifestaciones espontáneas de la mano y el proyectar, a la obra que nos devuelve a la experiencia física y corporal del mundo. Juan Navarro debe a sus manos gran parte de sus inquietudes y capacidades. Sus manos están presentes en su obra como materia –piezas de manos-, como herramienta -el dibujo por la mano- y como desencadenante en los procesos creativos de su obra de arquitectura. Las distintas obras remiten a una preocupación común: la de visualizar el espacio a través de un imaginario personal. Sin embargo, el proceso creativo en cada disciplina se desarrolla teniendo en cuenta la especificidad del medio y la experiencia que provoca en el espectador. La obra, como concreción del proceso creativo, se explica por las continuidades y discontinuidades entre las herramientas, mecanismos y estrategias utilizadas en los distintos medios. La tesis se estructura en dos partes, en la primera se estudia cómo se producen los procesos creativos, sus mecanismos en los distintos medios plásticos y el dibujo como herramienta transversal. Se identifican los conceptos y temas que dan lugar a la obra profundizando en el papel de la mano como presencia orgánica, biológica y responsable de una forma de representación personal. La segunda parte se articula en dos capítulos que, a través del dibujo, muestran la arquitectura como modelo e identifican los mecanismos utilizados en su forma de proyectar y su relación con la obra en distintos proyectos. El texto se estructura como una secuencia de ideas articuladas alrededor de un universo gráfico que nos conduce por múltiples itinerarios desde los que atisbar los procesos creativos de Juan Navarro. Estos caminos son hilos con los que se teje una visión personal de la relación entre las herramientas y mecanismos utilizados por Juan Navarro y su obra. La manera cómo se produce el proceso creativo, los mecanismos y las herramientas que los ponen en marcha constituyen una forma de abordar la obra, que hasta la fecha, se ha tratado aisladamente sin una intención de construir un cuerpo estructurado de conocimiento. En la arquitectura Juan Navarro existe un vacío de conocimiento teórico y gráfico sobre el propio proceso y su forma de proyectar. Se ha persistido en la explicación de la obra, sus referencias, temas abordados, relaciones y trasvases sin ahondar en la especificidad del medio. Estos vacíos establecen la necesidad y justificación de esta tesis doctoral. La investigación comienza descifrando una obra que desde sus inicios trabaja con la dualidad de lo gestual y lo conceptual. Plantea una forma de ordenación del mundo, de la sensación sometida a la medida en la que finalmente la obra se recibe como signo que desencadena sentimientos y te devuelve al mundo. Propone la recuperación de los sentidos a través de una arquitectura como vivencia no reductible al espacio geométrico. Identifica los mecanismos y herramientas que se establecen en este proceso y termina concluyendo que el dibujo es la herramienta doblemente transversal porque atiende de forma desigual a las distintas disciplinas y a los dos extremos en que se presenta la actividad creatividad en el trabajo de Juan Navarro. Estos extremos se corresponden con un conocimiento corporal inconsciente y un trabajo constante guiado por la motivación, la predeterminación y la conceptualización. El dibujo por la mano es el espacio de encuentro entre lo que representa la mano y la posibilidad de expresión proyectual codificada. Se produce en un territorio que se extiende desde lo analógico subyacente –que se nutre de imágenes complejas- y el dominio simbólico construido. Abstract. This research is a foray into Juan Navarro’s transition from his "Rooms and Horizons", -spontaneous demonstrations of the hand-, to the project, -the work that brings us back to experiencing the physical world-. Juan Navarro owes his hands much of his capacities and inquisitiveness. His hands are present in his work as the subject –“Hand Pieces”-, as a tool -through hand-drawing - and as a trigger in the creative processes of his work of architecture. The various works refer to a common theme: the viewing space through a personal imagery. However, the creative process in each discipline develops taking into account the specificity of the medium and the experience that arouses in the observer. The work, as completion of the creative process, is explained by the continuities and discontinuities between the tools, mechanisms and strategies used in the different media. The thesis is structured in two parts, the first studies how the creative processes are iniciated, their mechanisms in the different plastic art media, as well as drawing as a transversal tool. In this section the investigation identifies the concepts and themes that give rise to the art work, exploring the role of the hand as the organic, biological presence responsible for a way of personal representation. The second part is divided into two chapters, which, via the drawing, show the architecture as a model and identify the mechanisms used in the his way of projecting form of the project and its the relationship of hand-drawing to with his work ilustrated with different projects. The text is structured as a sequence of ideas, articulated around a graphic universe that leads us by multiple paths, letting us glimpse into the creative processes of Juan Navarro. These paths are threads that weave a personal vision of the relationship between the tools and mechanisms used by Juan Navarro in his work. The way the creative process takes place, the mechanisms and tools that set it in action, constitutes a way of dealing with the work, that, hithergo, has been treated in isolation without an intention to build a structured body of knowledge. In Navarro Baldeweg’s architecture there is a vacuum of theoretical and graphic knowledge of the process itself and his way of projecting. So far, emphasis has been placed mainly on his work’s explanation, its references, the subjects covered, connections and transfers, without delving into the specificity of each medium. These academic gaps justify the need for this doctoral thesis. The investigation begins deciphering a work that, since its very beginning, deals with the duality of the gesture and the concept. It poses a way of managing the world and the sensations which are submitted until it finally detects the work as a sign that triggers feelings and returns the observer to the real world. It proposes the recovery of the senses through an architecture that is sensed as an experience and not merely reduced to geometric space. It identifies the mechanisms and tools that are set out in this process and concludes that drawing is a core tool working in two directions, because it caters unevenly to the various disciplines and to both ends of the creative activity presented in the work of Juan Navarro. These ends correspond with an unconscious physical knowledge and a continuous work guided by motivation, predetermination and conceptualization. Hand-drawing is the meeting space between what the hand represents, and the possibility of an encoded, projectual expression. Thus, hand-drawing takes place in a territory that covers the underlying analogue - which feeds on complex images - to the symbolic built domain.