REVA 2.1. DEFINICIÓN DE LOS CASOS DE...

REDUCCIÓN DE LAS VARIACIONES DE RIGIDEZ VERTICAL DE LA VÍA: ESTABLECIMIENTO DE CRITERIOS DE DISEÑO, RECEPCIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

TRANSyT / FCH. REVA. DEFINICIÓN DE LOS CASOS DE ESTUDIO. JULIO 2007 1

REDUCCIÓN DE LAS VARIACIONES DE RIGIDEZ VERTICAL DE LA VÍA:

ESTABLECIMIENTO DE CRITERIOS DE DISEÑO, RECEPCIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

Nº de Referencia: PT-2006-046-17IAPM P1 (TRANSyT-UPM / FCH) ACTIVIDAD 2. ANÁLISIS DE LOS EFECTOS EN EL DETERIORO DE LA VÍA DE LAS VARIACIONES DE RIGIDEZ VERTICAL TAREA 2.1. IDENTIFICACIÓN DE LOS CASOS PRÁCTICOS DE VARIACIONES DE RIGIDEZ VERTICAL A MODELIZAR TEÓRICAMENTE

DEFINICIÓN DE LOS CASOS DE ESTUDIO JULIO 2007, VERSIÓN A.



1. ANTECEDENTES En el presente documento se establecen los casos de estudio donde se produce variaciones de rigidez global del carril. El estudio se realiza teniendo en cuenta la tipología habitual en el caso de las LAV españolas y los casos más representativos. La clasificación de los casos de estudio se realiza:

- por familias de casos; - por geometría de los casos; - por características geomecánicas de los materiales; - por características de la elasticidad de la fijación; - por características del material móvil.

2. CLASIFICACIÓN TEÓRICA DE LOS CASOS DE ESTUDIOS

2.1. FAMILIAS DE CASOS Se diferenciarán dos grandes familias:

- estribos de viaductos o de marcos sin recubrimiento: en estos puntos es necesario la construcción de cuñas de transición, por lo que se establecerán familias de cuñas de transición;

- obras de fábrica o elementos embebidos en el terraplén: se establecerán familias de

cuñas de transición y se analizará además la variante de ausencia de cuña de transición.

2.2. PARAMETRIZACIÓN GEOMÉTRICA DE LOS CASOS DE ESTUDIO

2.2.1. Estribos de puentes o marcos

La altura de estribo tiene poca o nula influencia a partir alturas muy reducidas de estribo (4 m). Se considerará el resto de los parámetros que definen la geometría de la cuña.

2.2.2. obras embebidas en el terraplén sin cuña Se considerará:

- las dimensiones de la obra; - la geometría de la obra; - el recubrimiento; - la geometría de la cuña.



2.3. PARAMETRIZACIÓN GEOMECÁNICA DE LOS CASOS DE ESTUDIO

2.3.1. Estribos de puentes o marcos Se considerará el módulo de:

- el material de terraplén; - los materiales de la cuña.

2.3.2. obras embebidas en el terraplén: Se considerará el módulo de:

- el material de terraplén; - el material de apoyo de la obra; - los materiales de la cuña.

2.4. ELASTICIDAD DE LA SUJECIÓN Se considerarán dos valores de la elasticidad de la sujeción (placa de asiento o railpad) para evaluar la influencia de este parámetro en el fenómeno.

2.5. MATERIAL RODANTE Se considerará:

- el tipo de material rodante (carga por eje, parámetros de suspensión, distribución de masas en suspendidas, semi-suspendidas y suspendidas);

- las velocidades de circulación.



3. DEFINICIÓN DE LOS CASOS DE ESTUDIOS

3.1. CURVAS TEÓRICAS DE VARIACIÓN DE RIGIDEZ Como paso previo al estudio de casos reales de variación de rigidez, y como primera fase del estudio de optimación de curvas de transición, se analizarán una serie de curvas teóricas de transición de rigidez (recta, convexa, cóncava y de doble curvatura) que permitirán evaluar los la influencia en la excitación dinámica de los vehículos.

3.2. TIPOLOGÍAS DE LOS CASOS DE ESTUDIO La clasificación establecida de los parámetros que definen el problema en el caso de las variaciones de rigidez en puntos singulares puede conducir a un número de casos inmanejable. Es por esta razón que se persigue, en la definición concreta de los casos que se hace a continuación, acotar el número de casos de estudio. Para ello es necesario tomar una serie de tipologías de “referencia”, en particular en referencia a las cuñas de transición y de los materiales utilizados, sobre las que se pueda hacer variar un número limitado de parámetros.

3.2.1. TIPOLOGÍAS DE CUÑAS DE TRANSICIÓN Se han analizado 32 casos de cuñas de transición, recogidos de bibliografía y de diversas especificaciones técnicas. Las figuras o esquemas que definen estas cuñas se han incluido en anexo gráfico a este documento. En las figuras 1 y 2 siguientes se reflejan los parámetros geométricos y materiales que permiten definir cada tipología. En las tablas 1 y 2 que se incluyen a continuación se reflejan los valores de estos parámetros y las características de los materiales.



FIGURA 1 PARÁMETROS GEOMÉTRICOS Y MATERIALES DE CUÑA DE ESTRIBO

FIGURA 2 PARÁMETROS GEOMÉTRICOS Y MATERIALES DE CUÑA DE OBRA EMBEBIDA



TABLA 1. CUÑAS EN ESTRIBOS. RESUMEN DE PARÁMETROS GEOMÉTRICOS Y MATERIALES

Nº ORD. FUENTE OBS.

TIPO d1 d2 p1 p2 Lt et M 1 M2

A/V (m) (m) 1V:xH 1V:xH (m) (m)

1 UIC 719 1994, SNCF A 1 5 1 2 SE SB+CF d2 > H GRAVA CEMENTO GRAVA

2 SETRA, 1984 A 1 8 1 2 20 0,8 d2 > H GRAVA CEMENTO GRAVA3 SETRA, 1984 V 1 4 1 2 20 0,8 M1 flotante con e1 >3m GRAVA CEMENTO GRAVA4 JADOUL, SNCF, 1979 V 1 1 1 2 sobre M2

y > 10 mSB Lt > 10 m

Para terraplén con más del 10% de finos

GRAVA CEMENTO GRAVAS

5 JADOUL, SNCF, 1979 V 1 1 1 2 sobre M2 y > 10 m

SB Lt > 10 mPara terraplén con menos del 10% de finos

GRAVA CEMENTO MAT DEL TERRAPLEN

6 GIF: 1998 A 3 24 2 2 MAT TRATADO CON CEMENTO

MAT. GRANULAR

7 GIF: 1998 V 3 5 2 2 MAT TRATADO CON CEMENTO

MAT. GRANULAR

8 PROINTEC, 1996 V 3 3 1 2 3 CF GRAVA TRATADA MAT. GRANULAR

9 RENFE 1989 V 3 5 2 2 aprox 20 SB+CF MAT GRANULAR TRATADO

TIPO QS3

10 GIF: 2006 A 3 20 1 1,5 MAT TRATADO CON CEMENTO

MAT. GRANULAR

11 GIF: 2006 V 3 5 1 2 MAT TRATADO CON CEMENTO

MAT. GRANULAR

12 SNCF, 1991, TGV NORD A 1 8 1 2 20 0,8 GRAVA CEMENTO GRAVA13 SNCF, 1991, TGV NORD V 1 4 1 2 sobre M2

y > 20 m0,8 GRAVA CEMENTO GRAVA

14 SNCF, 1998, TGV EST A 1 5 1 1,5 10 SB+CF GRAVA CEMENTO GRAVA

15 UIC 719, 2007, DB A 1,5 20 1 2 10 0,5 GRAVA CEMENTO GRAVA

TIPO DE MATERIAL

MATERIALES

PARÁMETROS GEOMETRICOS

REFERENCIA GEOMETRÍA



TABLA 2. CUÑAS EN OBRAS EMBEBIDAS. RESUMEN DE PARÁMETROS GEOMÉTRICOS Y MATERIALES.

Nº ORD. FUENTE OBS.

TIPO TIPO d1 d2 p1 p2 h1 Lt et M 1 M2

A/V r (m) (m) 1V:xH 1V:xH (m) (m) (m)

1 JADOUL, SNCF, 1979 V r < 1 m 1 1 1 2 -0,8 sobre M2 SB PARA TERRAPLENES CON MÁS DEL 10% DE FINOS

GRAVA CEMENTO

GRAVA

2 JADOUL, SNCF, 1979 V r < 1 m 1 1 1 2 -0,8 sobre M2 SB PARA TERRAPLENES CON MENOS DEL10% DE FINOS

GRAVA CEMENTO

MAT DEL TERRAPLEN

3 JADOUL, SNCF, 1979 V r > 1 m 1 - 1 - 0,8 GRAVA MAT DEL TERRAPLEN

4 GIF: 1998 A hr > 2 a 3 - 2 - 0 QS3 -5 GIF: 1998 A 2 a > hr

> a3 20 2 2 0 MAT GRANULAR QS3

6 GIF: 1998 A a > hr > 1,5 m

3 20 2 2 0 MAT TRATADO QS3

7 GIF: 1998 A 1,5 m > hr

3 20 2 2 hasta apoyo de SB

MAT TRATADO QS3

8 GIF: 2006 A hr > 2 m 3 - 1,5 - 0,8 MAT GRANULAR -9 GIF: 2006 A 2 m > hr

> 0,5 m20 - 1,5 - hasta

apoyo de CF

MAT GRANULAR -

10 GIF: 2006 A 0,5 m > hr

3 20 1 1,5 hasta apoyo de CF

La condición h1 hasta apoyo de CF es errónea

MAT TRATADO CON CEMENTO

MAT GRANULAR

11 SNCF, 1991, TGV NORD

A r < 1 m 1 8 1 2 -0,5 20 SB+CF GRAVA TRATADA

GRAVA

12 SNCF, 1991, TGV NORD

A r > 1 m 1 - 1 - 0,8 GRAVA -

13 SNCF, 1998, TGV EST A r < 0,30 m

1 5 1 1,5 - 10 SB+CF GRAVA TRATADA

GRAVA

14 SNCF, 1998, TGV EST A 0,30 m < r < 0,70

m

1 5 1 1,5 - 10 SB+CF GRAVA TRATADA

GRAVA

15 SNCF, 1998, TGV EST A 0,70 m < r < 1,20

m

2 - 1,5 - hasta apoyo de SB

GRAVA

16 SNCF, 1998, TGV EST A 1,20 m < r < 2,00

m

2 - 1,5 - hasta apoyo de CF

GRAVA

17 SNCF, 1998, TGV EST A 2,00 m < r

2 - 1,5 - 0,8 GRAVA

hr: r menos el espesor de SB

REFERENCIA GEOMETRÍA MATERIALES

PARÁMETROS GEOMETRICOS TIPO DE MATERIAL



a) Consideraciones sobre la geometría de las cuñas

Los casos analizados permiten diferenciar tipologías de “cuñas en A” (por ejecución en el orden “estructura-cuña-terraplén”) y “cuñas en V” (ejecución en orden “estructura/terraplén-cuña”). Como demuestran cálculos preliminares, no existen diferencias sustanciales en variación de rigidez entre las cuñas en “A” y en “V”, por lo que se consideran como tipología de referencia las cuñas en “A” de ADIF y, en los casos de estudio sólo se analizarán este tipo de cuñas. Para el resto de los parámetros (d1, d2, p1 y p2) se aprecia cierta dispersión.

b) Materiales En las cuñas analizadas se aprecia que los materiales que deben considerarse son, por un lado, el material de terraplén de aproximación (T), y dos materiales de cuña:

- un material M1 (en extradós de estribo o de la obra), en general “tratado” con cemento; - un material M2, en general un material granular de alta calidad..

En el caso de las cuñas de la SNCF y de la DB, se aprecia la presencia de una capa de material tratado bajo balasto más allá del ámbito de material M1. En el caso de obras embebidas en terraplén, se tiene que considerar además las características del material de apoyo de la obra.

c) casos de referencia De estos ejemplos de cuñas de transición, se toman como tipología de referencia las cuñas “A” de ADIF según especificaciones de 2006.

3.3. PARAMETRIZACIÓN GEOMÉTRICA DE LOS CASOS DE ESTUDIO

3.3.1. Cuñas

3.2.1. Cuñas en el caso de estribos de puentes Como demuestran cálculos preliminares, la altura de estribo a partir de una altura de aproximadamente 4 m no influye en la variación de rigidez. Se adoptará pues una única altura “representativa” de 5 m para los casos de estudio de cuñas de estribo. Para el resto de los parámetros geométricos se propone estudiar los casos que se derivan de hacer variar los parámetros geométricos de la tipología de referencia (ADIF 2006), según se muestra en la tabla 3. Como variantes (sin análisis paramétrico) se analizarán el caso de la cuña de referencia de ADIF con capa de forma y subbalasto tratados con cemento, y las tipologías propuestas por RFF (SNCF) y la DB.



3.3.2. Obras embebidas en el terraplén Estudios anteriores y cálculos preliminares muestran que a partir de un recubrimiento de 2 a 3 m, no existe influencia apreciable en la variación de la rigidez. En este caso, las dimensiones de la obra, la geometría de la obra, el recubrimiento y la geometría de la cuña deben tenerse en cuenta en el estudio de casos. Para la cuña, su configuración depende en general del recubrimiento de la obra, pero se adoptarán como tipologías de referencia las cuñas propuestas por ADIF. Con objeto de estudiar los casos de obras transversales de tamaños reducido o construidas en terraplenes ejecutados o en líneas en servicio, se analizará el caso de ausencia de cuña de transición. También se estudia como variante, el caso de capa de forma y subbalasto tratados. Así pues se propone estudiar los casos según se muestra en la tabla 4, donde se hace variar los principales parámetros geométricos a partir de las tipologías propuestas por ADIF.

3.4. PARAMETRIZACIÓN GEOMECÁNICA DE LOS CASOS DE ESTUDIO

En el caso de los estribos de puentes o marcos, es necesario considerar el tipo de material y el módulo de:

- el material de terraplén (T) - de los materiales de la cuña (M1 y M2)

En el caso de las obras embebidas es además necesario considerar el tipo y módulo del material de apoyo de la obra (B) Se han tomado valores de referencia de módulos de los materiales T, M1 y M2, y, sobre estos valores, se han considerado posibles variaciones. Para el valor de B, se tomará un módulo correspondiente a un suelo medio y un valor de suelo muy rígido. Así pues se propone estudiar los casos de materiales y de módulo según queda reflejado en las tablas 3 y 4.

3.5. VARIACIÓN DE LA RIGIDEZ DE LA SUJECIÓN Se adoptará un valor de rigidez de sujeción de referencia de 90 kN/mm. Para los casos de referencia de cuñas de estribos (ADIF) se variará esta rigidez a valores menores del orden de 50 kN/mm.



3.6. MATERIAL RODANTE Para el material rodante, se analizará el caso de tren de alta velocidad a 300 km/h. Como variante para los casos de referencia (ADIF) se analizará el caso de un mercancías a 120 km/h.

3.7. CÓMPUTO DE CASOS DE ESTUDIO. Según las tablas 3 y 4, el número de casos de estudio resulta ser:

- cuñas de estribos: 131 casos por variaciones de geometría y de materiales, a los que habrá que añadir dos casos por variación de la sujeción y de tipo de tren

- cuñas de obras embebidas: 278 casos por variaciones de geometría y de materiales, a los

que habrá que añadir tres casos por variación de tipo de tren. Se estima pues que el número de casos de estudio asciende a alrededor de 414.



TABLA 3. CASOS DE ESTUDIO DE CUÑAS EN ESTRIBOS

TIPO H d1 d2 p1 p2 Lt et M 1 E1 M2 E2 T E

A/V (m) (m) (m) 1V:xH 1V:xH (m) (m) MPa MPa MPa

GIF: 2006 A var. 3 20 1 1,5 NO NO MT 300 MG 80 T 45

CASOS PARAMETRIZADOS COMBINADOSA 5 3 20 1 1,5 NO NO MT 300 MG 80 T 35

1 10 2 2 5000 120 80

1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 2128 CASOS

CASOS PARAMETRIZADOS NO COMBINADOS

GIF CON SB+CF TRATADOS A 5 3 20 1 1,5 10 SB+CF MT 300 MG 80 T 35TGV EST A 5 1 5 1 1,5 10 SB+CF MT 300 MG 80 T 35DB A 5 1,5 20 1 2 10 0,5 MT 300 MG 80 T 35

3 CASOS

TOTAL 131 CASOS

TIPO DE MATERIAL

MATERIALES

PARÁMETROS GEOMETRICOS

GEOMETRÍA



TABLA 4. CASOS DE ESTUDIO DE OBRAS EMBEBIDAS Nota: los valores entre paréntesis corresponden a casos no combinados

TIPO CUÑA TIPO a Lo/d r d1 d2 p1 p2 h1 Lt et M 1 E1 M2 E2 T Et B Eb

A/V SI/NO r forma (m) (m) (m) (m) (m) 1V:xH 1V:xH (m) (m) (m) MPa MPa MPa

GIF: 2006A SI 0,5 m > hr RECT var. var. var. 3 20 1 1,5 hasta ap.CF NO NO MT 300 MG 80 T 45 B 45A SI 2 m > hr > 0,5 m RECT var. var. var. 20 - 1,5 - hasta ap.CF NO NO MG 80 T 45 B 45A SI hr > 2 m RECT var. var. var. 3 - 1,5 - 0,8 NO NO MG 80 T 45 B 45

PEQUEÑAS

MUY SOMERAS32 CASOS PARAMETRIZADOS COMBINADOS7 CASOS PARAMETRIZADOS NO COMBINADOS

A SI 0,5 m > hr RECT 0,5 1 0 3 20 1 1,5 hasta ap. B NO NO MT 300 MG 80 T 45 B 45(NO) (BOV) (1) (2) 0,3 1 5 (hasta ap. SB) (10) 0,9 (5000) 4500

1,5

SOMERAS32 CASOS PARAMETRIZADOS COMBINADOS7 CASOS PARAMETRIZADOS NO COMBINADOS

A SI 0,5 m > hr RECT 0,5 1 0,5 3 20 1 1,5 hasta ap. SB NO NO MT 300 MG 80 T 45 B 45(NO) (BOV) (1) (2) 0,8 1 5 (10) (5000) (120) 4500

1,5

SEMIPROFUNDAS32 CASOS PARAMETRIZADOS COMBINADOS7 CASOS PARAMETRIZADOS NO COMBINADOS

A SI 2 m > hr > 0,5 m RECT 0,5 1 1 3 20 1 1,5 hasta ap. CF NO NO MG 80 MG 80 T 45 B 45(NO) (BOV) (1) (2) 2 1 5 (10) (MT) (300) (120) 4500

1,5

PROFUNDAS16 CASOS PARAMETRIZADOS COMBINADOS6 CASOS PARAMETRIZADOS NO COMBINADOS

A SI 2 m < hr RECT 0,5 1 2 3 1,5 0,8 NO NO MG 80 T 45 B 45(NO) (BOV) (1) (2) 2,5 1 (10) (120) 4500

1,5

GRANDES

MUY SOMERAS32 CASOS PARAMETRIZADOS COMBINADOS7 CASOS PARAMETRIZADOS NO COMBINADOS

A SI 0,5 m > hr RECT 2 1 0 3 20 1 1,5 hasta ap. B NO NO MT 300 MG 80 T 45 B 45(NO) (BOV) (2,5) (2) 0,3 1 5 (hasta ap. SB) (10) (5000) 4500

5

SOMERAS32 CASOS PARAMETRIZADOS COMBINADOS7 CASOS PARAMETRIZADOS NO COMBINADOS

A SI 0,5 m > hr RECT 2 1 0,5 3 20 1 1,5 hasta ap. SB NO NO MT 300 MG 80 T 45 B 45(NO) (BOV) (2,5) (2) 0,8 1 5 (10) (5000) (120) 4500

5

SEMIPROFUNDAS32 CASOS PARAMETRIZADOS COMBINADOS7 CASOS PARAMETRIZADOS NO COMBINADOS

A SI 2 m > hr > 0,5 m RECT 2 1 1 3 20 1 1,5 hasta ap. CF NO NO MG 80 MG 80 T 45 B 45(NO) (BOV) (2,5) (2) 2 5 (10) (MT) (300) (120) 4500

5

PROFUNDAS16 CASOS PARAMETRIZADOS COMBINADOS6 CASOS PARAMETRIZADOS NO COMBINADOS

A SI 2 m < hr RECT 2 1 2 3 1,5 0,8 NO NO MG 80 T 45 B 45(NO) (BOV) (2,5) (2) 2,5 1 (10) (120) 4500

5

TOTAL 278 CASOS

GEOMETRÍA MATERIALES

PARÁMETROS GEOMETRICOS TIPO DE MATERIAL



ANEXO GRÁFICO TIPOLOGÍAS DE CUÑAS DE TRANSICIÓN

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