Mejora de la respuesta dinámica transversal de un viaducto alto frente a la acción del tren y del viento

Resumen

El paso del tren de alta velocidad y la acción del viento lateral turbulento esperado sobre el tren y un viaducto alto, eleva el riesgo de vuelco del tren y además, excita varios modos de vibración laterales del puente poniendo en peligro la seguridad del tráfico. Como se recoge en trabajos anteriores, el empleo de pantallas contra el viento consigue prácticamente eliminar el riesgo de vuelco de los vehículos del convoy. Sin embargo, con el uso de estas pantallas, la respuesta dinámica del puente aumenta al tener la estructura una mayor superficie expuesta. En este trabajo se estudia mediante simulaciones numéricas la mejora del comportamiento dinámico del tren y del puente alto con pantallas cuando están sometidos al viento turbulento de diseño empleando amortiguadores de masa sintonizados situados en la cabeza de cada pila del viaducto. El modelo empleado para este estudio es un modelo de interacción vehículo-puente-viento desarrollado para este y otros estudios anteriores. Este modelo considera el comportamiento en tres dimensiones del tren (sistema de sólidos-rígidos, con 23 grados de libertad por vehículo), el contacto rueda-carril de forma simplificada pero incluyendo el perfil completo de estos dos elementos (incluso la pestaña de la rueda) y las irregularidades de la vía. Este modelo es capaz de reproducir de forma adecuada los movimientos laterales relativos de los ejes del tren respecto a la vía. El puente se modela como un sistema dinámico de elementos finitos. Este modelo se ha implementado en un código que se verificó satisfactoriamente mediante la comparación de resultados con casos resueltos numéricamente con otros modelos parciales más simples y disponibles en la literatura científica. Se han utilizado las características mecánicas del tren articulado tipo AVE–Alston (o Thalys) de 10 vehículos para este estudio. Como ejemplo de viaducto de pilas altas con pantallas de viento se ha adoptado el viaducto de Eixo. Este viaducto, situado en la línea de alta velocidad Orense-Santiago (Galicia), tiene pilas de 80 m. de altura, una longitud de 1224 m. y una frecuencia de oscilación (lateral) de 0.23 Hz. Los resultados muestran el grado de mejora en la respuesta del puente que consiguen los amortiguadores de masa sintonizados colocados en las pilas del viaducto. De esta forma la respuesta del puente se aleja de los estados límites de servicio mejorando la seguridad del tráfico.