Análisis dinaḿico de puentes mixtos bipoutre con doble acción mixta para el ferrocarril de alta velocidad. Estudio de un caso y conclusiones para el diseño

Abstract

En la ingeniería de puentes de ferrocarril de alta velocidad, la tipología estructural de puentes mixtos de sección tipo cajón supone una elección idónea en el caso de luces medias o altas y se recomienda su utilización frente a las soluciones bijácenas cuando pueden propiciarse problemas torsionales, como es el caso de utilizar doble vía para el paso del ferrocarril. Si se plantea un objetivo estético de esbeltez de la estructura, puede agravarse el problema torsional dando lugar a la excitación de estos modos, que acoplados con los de flexión, pueden propiciar efectos resonantes. Con el objetivo de aprovechar las ventajas de las secciones bijácenas combinadas con el mejor comportamiento torsional de la sección tipo cajón aparece la técnica española de la doble acción mixta aunque la ejecución de puentes bajo esta tipología es muy reducida a nivel nacional, siendo la primera construcción española el Viaducto de las Piedras, cuyo tráfico se abrió a finales de 2007. La finalidad de este proyecto es la validación de una estructura tipo capaz de inhibir los modos torsionales y para ello, se ha realizado un caso práctico basado en un puente mixto bipoutre utilizando doble acción mixta para el cierre de la sección, huyendo de las típicas soluciones en “cajón estricto”, debido a las reconocidas ventajas de esta técnica. Se ha planteado una metodología con la que llevar a cabo un análisis dinámico completo a través de modos bidimensionales y tridimensionales, debido a que el número de publicaciones respecto a la respuesta dinámica en este tipo de estructuras es también muy limitado. Sobre la estructura propuesta, se han realizado diversos experimentos con el fin de disponer de un rango de posibilidades de actuación con las que pueda contar el ingeniero que se enfrente al diseño de esta tipología. Se han propuesto alternativas dirigidas principalmente a la forma de cierre del “cajón” para ver de qué forma la estructura se vuelve susceptible a los modos torsionales y si se puede prescindir o no de diferentes mecanismos de cierre, significando un importante ahorro económico. Por otro lado, se ha realizado un análisis de sensibilidad de la respuesta dinámica frente a la tasa de amortiguamiento, ya que el amortiguamiento impuesto por la IAPF actual así como las exigencias dinámicas para esta tipología, suelen dar lugar al sobredimensionamiento de este tipo de estructuras. Por otra parte, se ha analizado hasta qué punto la fisuración del hormigón (por efectos torsionales) puede influir en los resultados dinámicos y la influencia del tipo de modelo de cargas móviles utilizado sobre los resultados obtenidos.

La solución al problema teórico de paso de cargas móviles ha sido generalmente desarrollada mediante métodos de integración incremental en el dominio del tiempo, conocidos como métodos paso a paso. No obstante, el método de cálculo semianalítico, que ha sido reconocido por la comunidad científica como la solución definitiva al problema de paso de cargas móviles, presenta notables mejoras en términos de precisión y tiempo de cálculo y es por ello, por lo que se ha optado por su uso en todos los cálculos dinámicos de este proyecto, tras verificar sus ventajas frente a los métodos tradicionales a través de sendos test comparativos.

The aim of this project is the analysis of the main factors involving the dinamic behavior of composite bridges for high-speed train lines. The number of papers published on this aspect is reduced. On the contrary, the interest on composite bridges for highways and railwaiys lines is growing up nowadays. The inherent advantages of composite bridge construction have been used to develop bridges for high-speed trains in France, Spain and other European countries. The main limit state for design such bridges is the limiting acceleration (3.5 m/s2 for ballasted lines). In this project the sensitivity of the resulting acceleration respecto to the main relevant parameters (damping, double composite configurations, etc) are discussed. Practical conclusions are obtained in order to define practical guidelines in design.