Análisis numérico y experimental de las vibraciones ocasionadas por el paso de trenes de alta velocidad en el suelo y en estructuras cercanas a la vía

Abstract

En la presente tesis se presenta un modelo numérico para la predicción de las vibraciones inducidas en el suelo y en estructuras cercanas a la vía por el paso de trenes de alta velocidad. Los problemas de interacción dinámica vehículo-vía y vía-suelo-estructura han sido desacoplados. Primero, se ha resuelto la ecuación de movimiento que permite obtener la carga transmitida por el tren al suelo a t ravés de las traviesas. Después se ha introducido dicha fuerza en el terreno, y se ha estudiado la propagación de las ondas en el suelo mediante la formulación del método de los elementos de contorno, y el comportamiento dinámico de las superestructuras usando el método de los elementos finitos. Todo esto se ha integrado en un único modelo que representa rigurosamente la interacción dinámica suelo-estructura. A diferencia de la mayor parte de los modelos propuestos en la literatura para caracterizar las vibraciones ocasionadas por el tráfico ferroviario, formulados en el dominio de la frecuencia y número de onda y, por lo tanto, basados en la idea de que la geometría del suelo, la vía, y las estructuras cercanas se mantiene homogénea en la dirección longitudinal de la vía, la metodología tridimensional desarrollada en esta tesis permite obtener la solución a problemas que incluyen inclusiones en el terreno, obras de drenaje, pasos inferiores o túneles. Además, el modelo propuesto permite la discretización real del problema, por lo que la geometría de la vía, los efectos del balasto y otros efectos locales pueden ser tenidos en cuenta de un modo preciso. El modelo desarrollado se ha validado experimentalmente comparando los niveles de vibración obtenidos numéricamente en traviesas, en distintos puntos del suelo y en las estructuras soporte de la catenaria, con los registrados durante los ensayos de homologación del primer tramo de la línea de alta velocidad Córdoba-Málaga, y con otros resultados experimentales existentes en la literatura. Los resultados de esta validación han mostrado que el modelo numérico describe correctamente el fenómeno físico estudiado, y que produce resultados con un nivel de exactitud aceptable.