Estudio dinámico de puentes de ferrocarril sometidos a nuevos modelos de carga en el marco europeo

Más allá de la alta velocidad, y debido en parte a su éxito, en los últimos años han aparecido trenes de pasajeros capaces de circular a velocidades más elevadas y ser más eficientes (como, por ejemplo, los de tipo automotor). Además, algunos de los antiguos modelos recogidos en las normativas parecen no cubrir determinados casos, lo que ha llevado a la reciente modificación de éstas. A todo esto se le añade la necesidad de crear una normativa común europea que establezca las bases para lograr la interoperabilidad. Con este proyecto se pretende estudiar los efectos dinámicos en puentes de estas nuevas tipologías de trenes, haciendo especial hincapié en los trenes automotores. El trabajo se centra principalmente en puentes isostáticos de luces cortas, por ser éstos especialmente sensibles a este tipo de acciones. El parámetro crítico, en estos casos, son las aceleraciones en centro de vano. Se realizara el cálculo dinámico por diferentes métodos: elementos finitos, análisis modal, así como programas de integración numérica en Matlab de los modos de vibración, analizando y comparando la efectividad de estos. Las diferencias entre la consideración o no de la distribución de las cargas transmitidas al tablero de la estructura de la vía a serán discutidas en el proyecto, así como la interacción dinámica entre estructura y vehículo. Finalmente se aplicarán los conocimientos obtenidos a varios casos reales de puentes incluidos en la red ferroviaria española, como por ejemplo, el viaducto de alta velocidad del Jalón. Los resultados de estos estudios tienen una repercusión en diversas normativas europeas actualmente en revisión y en las cuales está involucrado el Grupo de Mecánica Computacional: EN15528 European Committee for Standarization (2008), EN1991-2 European Committee for Standarization (2003) y las Especificaciones Técnicas de Interoperabilidad Ferroviaria (TSI).

Nuevas Investigaciones en la Dinámica de puentes de ferrocarril de alta velocidad

1. Moticacion Nuevos puentes 2. Efectos Dinámicos (¿Puentes Seguros?) 3. Requisitos de Servicio (¿Traco Seguro?) 4. Modelos y Normas (¿Cómo saberlo?) Modelos de Cálculo Normas Técnicas 5. Observaciones finales

Criterios para la optimización del predimensionamiento de puentes de sección cajón

El presente trabajo de investigación pretende desarrollar prácticas de dimensionamiento, órdenes de magnitud y criterios de diseño que permitan al proyectista predimensionar secciones transversales de puentes de sección cajón de hormigón pretensado de carretera que sean técnicamente viables al igual que económicamente óptimas. En la elaboración del trabajo se consideraron tres grupos de normativas de aplicación de cargas y diseño estructural de puentes de hormigón pretensado al igual que dos grupos de precios referenciales aplicables en un país desarrollado y en país en vías de desarrollo. Inicialmente se desarrollan las principales características y propiedades de los puentes pretensados de sección cajón, al igual que se exponen varias recomendaciones clásicas de predimensionamiento recabadas de la bibliografía especializada. Posteriormente, se desarrollan las ecuaciones y expresiones que condicionan las principales solicitaciones sobre la estructura al igual que su capacidad resistente frente a las mismas, siguiendo las especificaciones establecidas en las diferentes normativas. Seguidamente, con las mencionadas expresiones se ejecuta un análisis paramétrico para cuantificar la influencia que las diferentes dimensiones transversales de un puente de sección cajón tienen en el comportamiento estructural y en el costo del puente. Finalmente, se presentan los resultados producidos por el análisis paramétrico para derivar conclusiones y recomendaciones finales. Como futura línea de investigación se incluye un anejo que describe novedosas técnicas informáticas de optimización.

Juntas en puentes de hormigón prefabricado

En el presente estudio se pretende abordar la situación de estudio en la que actualmente se encuentra el tratamiento entre dos hormigones. El estudio será enfocado desde un punto de vista general, aunque la aplicación que se explica es principalmente para piezas prefabricadas, en la actual normativa se trata como una junta entre hormigones cualesquiera. La diferencia radica en los valores que podrían tomar ciertos parámetros que entran en la evaluación de la resistencia de dicha junta. El estado actual de estudio se encuentra con bastante documentación sobre cómo resiste la junta, sobre todo en relación a la adhesión primaria entre hormigones y a la acción de llaves de cortante o llaves de hormigón. Hay una considerable cantidad de trabajos que han estudiado este comportamiento del hormigón cuando no se trata un elemento monolítico. Entre estos estudios destacamos el acometido por E. González Valle, que ha servido como una valiosa fuente de información para el trabajo aquí presentado. Gran parte del desarrollo del presente trabajo se ha orientado a la discusión de la influencia de la armadura pasante en la junta. Ha habido estudios también, aunque menos numerosos y profundos que los que podemos encontrar sobre mecanismos de adhesión y llaves de cortante, sobre la influencia de la armadura. No obstante no hemos encontrado nada que explique la influencia del cambio de ángulo de la armadura pasante respecto al plano de junta. Este parámetro es, a nuestro entender, una variable que puede influir de forma crítica en situaciones de rotura de la junta.

Aplicabilidad de las diversas estrategias de análisis sísmico en puentes atirantados en rango elástico

En este trabajo se proponen estrategias de análisis y de modelado optimizadas para abordar el estudio sísmico de puentes atirantados que mantienen sus materiales en rango elástico, ofreciendo al diseñador un rango de errores esperables en cada caso en función del tipo de torre de atirantamiento, luz principal y terreno de cimentación, entre otras características. Para ello, se ha realizado un estudio comparativo de diferentes procedimientos de cálculo dinámico aplicados al análisis sísmico elástico de un gran número de puentes atirantados, y se han relacionado las desviaciones observadas con las simplificaciones introducidas en el planteamiento matemático de los mismos. Entre los métodos considerados se encuentra el cálculo modal espectral, el análisis modal dinámico y la integración directa del sistema acoplado de la dinámica. Además, el efecto del impacto del tablero contra las torres en dirección transversal ha sido analizado por medio de elementos de contacto. Se ha concluido que el cálculo modal espectral ofrece resultados que están del lado de la inseguridad, alrededor de de un 20%, respecto del cálculo modal dinámico de referencia, el cual es el más preciso

Incidencia de la doble acción mixta en la respuesta estructural de puentes mixtos

Las estructuras mixtas tienen como filosofía una disposición óptima de los materiales que las forman tanto por su resistencia, aspecto constructivo, funcional y formal. Habitualmente estos materiales serán acero y hormigón que trabajan de forma solidaria gracias a la conexión dispuesta en la interfaz entre materiales y que transmite el flujo rasante entre ambos permitiendo así que la sección trabaje de un modo solidario. Tanto el hormigón como el acero, pueden formar parte de las secciones mixtas de diferentes maneras. En el caso del acero, se tratará primordialmente de acero estructural en la zona inferior de la sección, pero también se encontrará embebido en el hormigón en forma de armadura pasiva, o en forma de armaduras activas, aunque en el siguiente trabajo nos centraremos más en los casos en que la losa se refuerce mediante armadura pasiva. Además, estudiaremos casos en los que las distintas chapas que forman la sección metálica, puedan tener diferentes resistencias, tratándose entonces de secciones metálicas híbridas. Por otra parte, el hormigón no sólo estará presente en las secciones como hormigón vertido “in situ” sino que también existirán casos a los que llegaremos más adelante en el que se usen losas de hormigón prefabricado, que incluso puedan trabajar de encofrado perdido del hormigón “in situ” pasando a formar, los dos tipos, parte de la losa de hormigón bien superior o inferior según la tipología de puente empleado. La acción mixta, será estudiada en este trabajo en su aplicación en puentes y viaductos, pero también tiene una profunda aplicación en el ámbito de la edificación en base a sus peculiaridades, mínimos pesos a bajo coste, apropiada rigidez, monolitismo y arriostramiento sin fragilidad, grandes posibilidades de empleo de la prefabricación, rapidez de ejecución, mínimos cantos con bajo coste, etc. También se puede usar en una actividad creciente y cada vez de mayor importancia, como es el refuerzo de antiguas estructuras metálicas o de hormigón, al transformarlas en mixtas, aumentando así su capacidad portante. La construcción mixta ofrece las máximas posibilidades de empleo racional de los materiales básicos de la construcción moderna, a saber el hormigón y el acero, así como la creación de formas, procesos, etc., en un campo en el que a pesar de todos los logros alcanzados sigue en evolución y alcanza nuevos límites cada día.

Efectos dinámicos en puentes de ferrocarril

El comportamiento dinámico de los puentes constituye uno de los problemas clásicos de la Ingeniería Civil. Efectivamente, su origen se puede situar en el conocido accidente de Broughton en 1831, cuando un puente de hierro cedió al paso de una formación militar. Desde entonces, han sido innumerables los trabajos a que el tema dió lugar, conducentes en su mayoría a la definición de un coeficiente de mayoración sobre las cargas estáticas. Uno de los organismos más activos en este terreno ha sido la U.I.C.(Union Internationale des Chemins de Fer), a través de la comisión O.R.E. (Office de Recherches et d'Essais). Ya en la actualidad este organismo ha lanzado la Question D-160 referente al estudio de la flecha máxima admisible en relación a la comodidad del pasajero. En una primera etapa se trataba de la obtención de un programa de ordenador que contemplase el problema en su conjunto, lo cual permitiría posteriormente la realización de estudios paramétricos y consecuentemente la eventual mejora de criterios de diseño. Se invitó pues a una serie de centros de Investigación Europeos, entre los cuales se encontraba el equipo de la cátedra de Estructuras de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales. Este artículo pretende dar una visión general del programa realizado, así como de algunos de los resultados obtenidos al pasar uno de los casos de prueba solicitados por la ORE, el puente de Platting, en la República Federal de Alemania.

Rigidez dinámica de estribos y puentes

Los datos obtenidos de puentes instrumentados en zonas sísmicas, demuestran la importancia que tienen los estribos en la respuesta dinámica de la estructura. Si bien existen modelos que permiten estudiar la incidencia de las cimentaciones de las pilas, no existe ningún modelo analítico un numérico que permita acotar la incidencia d e los estribos. En este trabajo se presentan modelos de Elementos de Contorno en el dominio de la frecuencia, tanto en dos como en tres dimensiones, así como el cálculo de las rigideces dinámicas delos estribos, en forma adimensional, para las tipologías más habituales. Finalmente, en un modelo analítico sencillo de un tablero de puente en el que se incorporan los efectos de interacción inercial en la cimentación de pilas y estribos, se analizan las variables de la respuesta dinámica modificada.

Algunas consideraciones sobre los efectos dinámicos en los puentes de ferrocarril

Se presentan consideraciones elementales sobre el coeficiente de impacto y se indican los resultados de las medidas ORE-UIC, a los que, en general, no se ha prestado la atención que merecen. Para facilitar su uso se presenta un diagrama de alineación doble, que se compara con la fórmula de la instrucción vigente.

El coeficiente de impacto en puentes de ferrocarril

El estudio teórico-práctico del coeficiente de impacto ha permitido obtener una fórmula de gran generalidad - en cuanto a material y tipos estructurales - para puentes de ferrocarril. Se presenta dicha fórmula en forma de gráfico de alineación doble, y se indican procedimientos para determinar las frecuencias propias en los casos más corrientes.

Cálculo sísmico de puentes. Estudio comparativo

Se presenta un estudio comparativo del cálculo sísmico de cinco puentes diferentes, utilizando diversos procedimientos. El objetivo es establecer la validez de los métodos sencillos, habitualmente utilizados, en función del tipo estructural del puente. El desarrollo se centra en el estudio de la importancia de las cargas dinámicas producidas en un puente situado en una zona sísmica intermedia, respecto a las cargas elásticas exigidas por las Norma de Cálculo de Puentes de Carreteras, haciendo especial mención de las diferencias que aparecen cuando la estructura está realizada en hormigón pretensado.

Una fórmula práctica para el coeficiente de impacto en puentes de ferrocarril

El artículo presenta un resumen de la situación actual en cuanto a la determinación de coeficientes de impacto en puentes. Los numerosos ensayos realizados en el seno de la Unión Internacional de Ferrocarriles por medio de su oficina de investigación (O.R.E.)han permitido relacionar los estudios teóricos con los resultados experimentales y establecer para el impacto una fórmula universal que no depende del material ni tipo estructural, y sí solamente de las características dinámicas del puente.

Un programa de ordenador para el cálculo de las características dinámicas en puentes de doble vía

En la actual norma ministerial para la determinación de las acciones en puentes de ferrocarril se presta una gran importancia a la fijación de las características dinámicas de la estructura, a partir de las cuales se determina el coeficiente de impacto. Entre los casos peor estudiados se encuentra el de los puentes de vía doble, para los que se recomiennda una frecuencia de cálculo igual a la de un puente de la misma luz y vía simple. En el artículo se pretende analizar esta norma mediante el estudio de las frecuencias de vibración del sistema.

Métodos simplificados para cálculo de la respuesta sísmica, no lineal, de puentes

Tradicionalmente, el cálculo dinámico no-lineal de estructuras ha sido una tarea ardua para el ingeniero ya que comporta cierta especialización en el ingeniero habituado al cálculo estático. El necesario conocimiento de técnicas de modelado en dinámica, de tiempos de integración, etc., y la dificultad de reconocer la influencia en el comportamiento de ciertas modificaciones de diseño, hace útil la existencia de un método más simplificado y transparente que permita análisis lineal, imprescindible por ejemplo en procesos de reacondicionamiento sísmico. En este artículo se presenta un método simplificado para analizar dinámicamente puentes a través de acelerogramas y cuyas principales ventajas son su sencillez, rápidez y bajo coste, permitiendo recoger el comportamiento dinámico y determinar el grado de plastificación, esfuerzos y desplazamientos con suficiente aproximación en puentes de altas complejidades.

Interacción vehículo-estructura en puentes de ferrocarril

En este artículo se propone un modelo detallado para el análisis del problema clásico de dinámica de puentes de ferrocarril. En realidad, es un problema que ha vuelto a la luz en las últimas décadas debido a los nuevos requerimientos en comodidad y velocidad que exigen resultados más precisos. Dicho modelo incluye subsistemas de masas para los vehículos e interpolación mediante funciones de aproximación para la vía, las vigas y los pilares del puente, considerando comportamiento no lineal en algunos de los elementos y acoplamiento total del sistema. Aparte de la mencionada sofisticación, la principal contribución del modelo son las funciones de aproximación especiales que se proponen para la vía, para reducir el número de grados de libertad y permitir la deformada complicada de este elemento sometido a cargas concentradas móviles. Esto se logra gracias al uso de funciones de aproximación viajeras que acompañan a las ruedas del tren a una velocidad de paso que se supone constante.