Estudio dinámico comparativo de puentes de hormigón sometidos al paso de trenes de alta velocidad

Abstract

Toda estructura sometida a cargas variables y repetitivas en el tiempo debe ser diseñada y proyectada desde un punto de vista dinámico. Especialmente en los puentes de ferrocarril, los cuales, a medida que se ha ido aumentando las velocidades de proyecto de las nuevas líneas ferroviarias, se ha tenido que mejorar tanto los parámetros resistentes como los modelos de análisis de estados límite de servicio y estados límite último. Dentro de los estados límite de servicio uno de los aspectos fundamentales son las aceleraciones y los desplazamientos al paso de los vehículos ferroviarios de alta velocidad, para los cuales se han establecido normativas de ensayo y de diseño y son la base fundamental de este trabajo. Las afecciones dinámicas en un puente ferroviario sometido al paso de trenes de alta velocidad aumentan a medida que disminuye la longitud del vano. Es por ello por lo que, el presente trabajo de fin de grado se centra en realizar un estudio comparativo de puentes ferroviarios con diferentes tipos de secciones para luces pequeñas. Para ello se han seleccionado una sección tipo losa aligerada, una sección tipo losa maciza y una sección en cajón compuesta por dos vigas artesa unidas entre si por una losa superior. El objetivo fundamental es obtener el espesor mínimo necesario para que cada una de las secciones estudiadas en cada uno de los vanos establecidos. Se adoptará el valor de aceleración máxima vertical admitido por la normativa española de estructuras de ferrocarril IAPF en el centro del vano, como límite para decidir si el canto de una sección ensayada es admisible o no y se utilizarán una serie de trenes universales con un rango de velocidades de paso tambien establecidas por la misma normativa. Se realizarán ensayos para cada una de las tipologías en vanos de entre 10 y 20 metros. De los resultados obtenidos, se podrá conocer en detalle cómo es el comportamiento de cada una de las secciones óptimas, que efecto producen en ellas el paso de los trenes y como se relaciona todo ello con la variación de longitud del vano. Además de los ensayos según la normativa vigente, se realizará, para las secciones optimas, un análisis mas exhaustivo en cuanto a la velocidad de paso de los trenes, con el objetivo de ensayar la estructura para un abanico más amplio de velocidades.

Any structure subjected to variable and repetitive loads over time must be designed and projected from a dynamic point of view. Especially in railroad bridges, which, as the design speeds of new railway lines have increased, have had to improve both the resistance parameters and the models for the analysis of serviceability limit states and ultimate limit states. Within the service limit states, one of the fundamental aspects are the accelerations and displacements of high-speed rail vehicles, for which test and design standards have been established and are the fundamental basis of this work. The dynamic effects on a railway bridge subjected to the passage of high-speed trains increase as the span length decreases. For this reason, the present thesis focuses on a comparative study of railway bridges with different types of cross-sections for small spans. For this purpose, a lightened slab section, a solid slab section and a box section composed of two trough girders joined together by a top slab have been selected. The main objective is to obtain the minimum thickness necessary for each of the sections studied in each of the established spans. The maximum vertical acceleration value admitted by the Spanish regulation for railroad structures IAPF in the center of the span will be adopted as the limit to decide if the thickness of a tested section is admissible or not and a series of universal trains will be used with a range of passage speeds also established by the same regulation. Tests will be carried out for each of the typologies in spans between 10 and 20 meters. From the results obtained, it will be possible to know in detail how each of the optimal sections behaves, what effect the passage of trains has on them and how all this is related to the variation in span length. In addition to the tests according to the current regulations, a more exhaustive analysis will be carried out for the optimum sections in terms of the speed at which trains pass, with the aim of testing the structure for a wider range of speeds.