VIBRACIONES EN LAS VIAS DEL FERROCARRIL

VIBRACIONES EN LAS VIAS DEL FERROCARRIL

El paso de trenes de alta velocidad genera un gran nivel de tensiones en la estructura ferroviaria debido al aumento de las cargas que se producen por el carácter dinámico de los esfuerzos. Este aumento puede tener múltiples focos de origen pero solo se produce debido a la acción de la carga móvil desplazándose por la vía.

La vía como elemento de soporte del ferrocarril cumple con la función del guiado Vertical y longitudinal del vehículo ferroviario, y de esta forma, las relaciones creadas entre el elemento móvil y la estructura, son las generadoras de los esfuerzos aplicados tanto a la vía como en el vehículo.

En el caso de la vía con balasto, el material granular (las partículas de balasto) amortigua las vibraciones, soporta los esfuerzos y redistribuye las presiones sobre el suelo, y asegura el drenaje y la rápida evacuación de las aguas superficiales. En la figura

1.1 se puede ver una sección típica de una vía con balasto.

 Figura 1.1. Sección típica de una vía con balasto.

Tomado de www.ferrofe.com.ar.

Efectos dinámicos

La velocidad de circulación de los trenes, y más si es en alta velocidad, genera sobre la vía unas solicitaciones verticales superiores a las cargas estáticas habituales. Estas solicitaciones mayores provienen del paso de una carga por un punto a una cierta velocidad, pero también se ven aumentadas por las condiciones y características de la vía, los vehículos y su equipamiento. De esta forma estos esfuerzos dinámicos se pueden ver muy ampliados, y análogamente la deformaciones que generan, llegando a rangos de ser hasta tres veces superiores que la produciría una carga de igual magnitud en reposo. La Figura 3.1 nos muestra estas diferencias entre el estado dinámico y el estático en una vía de ferrocarril, comparando las cargas por eje (en reposo) y la carga registrada en la vía mediante sensores de tensión. El gráfico de la izquierda nos muestra las medidas registradas en una vía de pruebas en Colorado, mientras que en el de la derecha están registrados en la vía principal de conexión entre Nueva York y Washington. Podemos ver en ambos casos como a partir de pesos por eje alrededor de 200 kN las cargas dinámicas se hacen cada vez mayores, incrementándose respecto a las estáticas.

Figura 3.1. Cargas estáticas y dinámicas para la línea de Colorado (a) y Nueva York (b)

Tomado de Lim (2004).

La interacción dinámica entre vehículo y carril (en esfuerzos verticales) puede representarse de forma razonable mediante multitud de modelos. La figura 3.2 da un ejemplo claro de un modelo discreto de suspensión del vehículo por muelles y amortiguadores, una viga soportada por otro sistema de mulles y amortiguadores que representa el sistema placa de asiento/traviesa/balasto, y finalmente el sistema de contacto hertziano para describir el contacto entre rueda y carril.

Figura 3.3. Valor óptimo de la rigidez vertical de una vía.Tomado de López Pita (2006).

TEXTO Autor: Alexandre Vidal Muro