Interacción vía-estructura en puentes de ferrocarril de alta velocidad

Abstract

El presente estudio versa sobre el problema de interacción vía-estructura en puentes ferroviarios, que puede entenderse como las consecuencias del comportamiento de la vía en el puente, y viceversa, y que se debe a la interconexión entre ambos. El auge de la alta velocidad obliga a que el control de la seguridad y confort del pasajero sean más exhaustivos, de manera que se sustituye el tradicional carril con juntas por la barra larga soldada, siendo ésta última de empleo casi exclusivo en este tipo de línea ferroviaria. La barra larga soldada se ve sometida a una serie de cargas axiales importantes como consecuencia de las fuerzas de arranque y frenado, y de la diferencia de temperatura que existe entre el carril y el terreno. No obstante, cuando el carril se coloca sobre un puente, el problema longitudinal de deformación se complica. La interacción entre vía y tablero se refleja en esfuerzos en los carriles y en el tablero y sus apoyos, al igual que en desplazamientos tanto de la vía como del tablero. Si la interacción está controlada, el puente cumple su función; servir de apoyo a la vía sin que ésta sufra defectos o irregularidades. Los defectos en la vía pueden ser de dos tipos: rotura de los carriles, o ruptura del enlace entre vía y estructura de tal manera que la estabilidad de la vía no esté garantizada. El fenómeno de interacción (control de tensiones y desplazamientos) va a depender, a su vez, de la situación de las juntas de dilatación en la propia vía. Por ello, se ha realizado una revisión bibliográfica que pretende sentar las bases del estudio de la interacción vía-estructura, compilando información que sea aplicable de carácter general a todo tipo de vía. Posteriormente, desde un punto de vista profesional como usuario de códigos estructurales, se han comparado varias normativas, pretendiendo ver cómo de dispar es el tratamiento que éstas hacen en el análisis del fenómeno y se tratan de establecer causas que expliquen dichas diferencias. Después se ha realizado el análisis del fenómeno de interacción en un puente real con el objetivo práctico de estudiar la aplicabilidad de los códigos estructurales a casos reales. El análisis se ha realizado mediante un modelo de elementos finitos en Sofistik y se ha modelizado de acuerdo a dos normativas diferentes, los Eurocódigos por un lado y la normativa californiana por el otro. Como elemento novedoso al estudio de interacción vía-estructura se ha contemplado un análisis dinámico debido a diversos sismos de diseño, de acuerdo a las especificaciones de la normativa californiana. Por último, tras el desarrollo del presente Trabajo Final de Máster se establecen una serie de futuras líneas de investigación que se derivan tanto del análisis teórico como del análisis práctico.

This study deals with the problem of rail-structure interaction in railway bridges, which can be understood as the consequences of the behaviour of the track on the bridge, and vice versa, and appears due to the interconnection between the two. The high-speed boom forces the passenger's safety and comfort control to be more thorough, so that the traditional track with joints was substituted by the continuous welded rail, the latter being used almost exclusively in this typology of railway The long welded bar is subjected to a series of important axial loads as a result of the acceleration and braking forces, and the temperature difference between the rail and the ground. However, when the rail is placed on a bridge, the problem of longitudinal deformation becomes more complex. The interaction between the track and the deck is showed in efforts on the rails and on the deck and its supports, as well as in movements of both the track and the deck. If the interaction is controlled, the bridge fulfils its function; serving as a support for the track without the appearance of defects or irregularities. Defects in the track can be of two types: rail breakage, or breakage of the link between the track and structure in such a way that the stability of the track is not guaranteed. The phenomenon of interaction (control of tensions and displacements) will depend, in turn, on the situation of the expansion joints in the track. Therefore, a literature review has been carried out that aims to lay the fundamentals of the study of the rail-structure interaction, compiling information that is generally applicable to all types of tracks. Subsequently, from a professional point of view as a user of standards, several of these have been compared, pretending to see how disparate is the treatment they make in the analysis of the phenomenon and try to establish causes that explain these differences. Afterwards, the analysis of the interaction phenomenon in a real bridge has been carried out with the practical objective of studying the applicability of structural standards to real cases. The analysis was performed using a finite element model in Sofistik and was modelled according to two different standards, the Eurocodes on the one hand and the Californian standards on the other. As a fresh element to the study of interaction via structure, a dynamic analysis has been contemplated caused by various design earthquakes, according to the specifications of the California standards. Finally, after the development of this Master's Degree Dissertation, a series of future lines of research are established and these derive from both theoretical and practical analysis.