Estudio y Análisis de distintas Tipologías de Vía en Placa desde el punto de vista Vibratorio Mario Ferreiro Casal Jefe de Departamento de Tecnología de Vía DIRECCIÓN DE VÍA Y EXPLOTACIÓN 1
5 y 6 de Octubre de 2010
ÍNDICE 1. PRESENTACIÓN DEL PROYECTO 2. ANÁLISIS Á NORMATIVA 3. INVENTARIO 4. PARÁMETROS DE MODELIZACIÓN 5. ESTUDIO VIBRATORIO GENERACIÓN Ó TRANSMISIÓN RECEPCIÓN
6. RESULTADOS 2
7. CONCLUSIONES
•
MODELO DE ELEMENTOS FINITOS (FEM)
•
MEDIDAS EXPERIMENTALES
•
NIVELES VIBRATORIOS
1. Presentación del Proyecto
OBJETIVO: Determinar el sistema de vía en placa más adecuado a implementar en el Túnel de Alta Velocidad
FENÓMENOS VIBRATORIOS A ESTUDIAR: GENERACIÓN (ESTUDIO DE SISTEMAS DE VÍA) TRANSMISIÓN Ó A TRAVES DEL TERRENO
3
ACOPLAMIENTO Y RESPUESTA DE LAS EDIFICACIONES
1. Presentación del Proyecto FASE 1: ANÁLISIS DE LAS NORMAS DE CONFORT Y SEGURIDAD ANÁLISIS DE LAS EDIFICACIONES PRESENTES EN EL TRAZADO PARÁMETROS DE MODELIZACIÓN CARACTERIZACIÓN EXPERIMENTAL DEL TERRENO Y EDIFICIOS TÍPICOS MODELIZACIÓN PARÁMETROS DE MODELIZACIÓN CONDICIONANTES DE TRAZADO DATOS EXPERIMENTALES MODELIZACIÓN TEÓRICA
ANÁLISIS DE RESULTADOS FASE 2 (2010): VALIDACIÓN DEL MODELO
4
ENSAYOS EXPERIMENTALES
ANÁLISIS Y ACTUALIZACIÓN Á Ó DEL INFORME
2. Análisis Normativa RESOLUCIÓN de la Secretaría General para la Prevención de la Contaminación y el Cambio Climático, Climático por la que se formula declaración de impacto ambiental del proyecto Línea de Alta Velocidad objeto de estudio. Normativa local. Normativa autonómica. Normativa europea. Medidas para la coordinación de la Ley 16/2002 de protección contra la contaminación acústica con las previsiones del Real Decreto 1367/2007 por el que se desarrolla la Ley 37/2003 del ruido
5
REAL DECRETO 1367/2007, de 19 de octubre, por el que se desarrolla la Ley 37/2003, de 17 de noviembre, del Ruido, en lo referente a zonificación acústica objetivos de calidad y emisiones acústicas acústica,
2. Análisis Normativa CRITERIOS DE ESTUDIO: Índice Í di Law Uso del edificio
Índice de vibración Law
Vivienda o uso residencial
75
Hospitalario
72
Educativo o cultural
72
Factor K z 100
10
Uso
Día 7-23h
Noche 23-7h
Residencial
2
1,4
Oficinas
4
4
Comercial
8
8
Sanitario
1
1
Acceleración (m/s²)
k=2 k=4 k = 1.4 1
k=8 k=1 UNE 22.381-93
0.1
Sn 640 312a max Sn 640 312a min DIN 4150 - zeil 1 DIN 4150 - zeil 2
0.01
DIN 4150 - zeil 3
Frecuencia (Hz)
100
10
1
0.001
6
7
3. Inventario: Edificaciones presentes en el trazado
3. Inventario: Edificaciones presentes en el trazado
8
ZONAS CLASIFICADAS IN SITU POR USO Y DISTANCIA A LA TRAZA
4. Parámetros de Modelización
PARÁMETROS ESTUDIADOS
RHEDA 2000 CON y SIN MANTA (REFERENCIA) Sección Tipo
EDILON CON y SIN MANTA (REFERENCIA)
Módulos de elasticidad Coeficiente de Poissón
DFF-D SISTEMA HILTI + MANTA
Densidad de los materiales Coef. de amortiguamiento Distancia entre traviesas
BLOQUES LVT HA LOSA FLOTANTE (Apoyos discretos)
Longitud Anchura
9
Altura
4. Parámetros de Modelización
10
SISTEMAS DE VÍA ESTUDIADOS:
Rheda 2000 CON y SIN MANTA
Sist. monolítico con traviesa embebida
Edilon CON y SIN MANTA
Sist. de carril embebido
4. Parámetros de Modelización
1
SISTEMAS DE VÍA ESTUDIADOS: DFF-D SIN MANTA
Sist monolítico con anclaje directo Sist.
HILTI CON MANTA
Sist. monolítico con anclaje directo
4. Parámetros de Modelización
12
SISTEMAS DE VÍA ESTUDIADOS: LVT HA
Sistema de bloques
LOSA FLOTANTE
Sistema de bloques con losa flotante
5. Metodología del Estudio Vibratorio Generación
Vibraciones en el hastial del emisor
Modelo FEM
↓
T Transmisión i ió
Vib i Vibraciones suelo l ↓ Vibraciones cimentación
Caracterización experimental
↓
Recepción
Vibraciones en suelo y paredes de viviendas ↓ Percepción de vibraciones
Nivel de vibraciones
Recepción
Transmisión
13
Generación
5. Metodología del Estudio Vibratorio GENERACIÓN: RHEDA 2000 CON y SIN MANTA (REFERENCIA) EDILON CON y SIN MANTA (REFERENCIA) DFF-D SISTEMA HILTI + MANTA BLOQUES LVT LOSA FLOTANTE
VIA I: Vmax 143,9 km/h
14
VIA II: Vmax 127,8 km/h
5. Metodología del Estudio Vibratorio GENERACIÓN: LOCOMOTORA SIEMENS 252
15
SIEMENS S103
Parámetros
Siemens S103
Siemens 252
Carga máx, de eje
170 kN
225 kN
Longitud de tren
200 m
20,38 m
Masa no suspendida
992,4 kg
1700 kg
Distancia entre ruedas del mismo ‘bogie’
2,5 m
3,0 m
Distancia entre ruedas de diferentes ‘bogies’
17,375 m
10,5 m
Velocidad máxima
350 km/h
220 km/h
Diámetro de rueda
0,92 m
0,92 m
VI: 120,0 km/h V II: 144,0 km/h
5. Metodología del Estudio Vibratorio GENERACIÓN:
SIEMENS S103
120.00
110.00
Velocidad VdB (ref 1e-9 m/s)
100.00
90.00
80.00
70 00 70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00 4
5
6
8
10
13
16
20
25
32
40
50
63
80
100
16
Frecuencia (Hz) Sección Rheda 2000
Sección Rheda 2000 - FST
Sección Carril embebido - FST
Sección Carril embebido
Sección Railtech Floating Slab
Sección DFF-D
Sección CDM - Hilti - FST
Sección LVT
125
160
5. Metodología del Estudio Vibratorio GENERACIÓN:
LOCOMOTORA SIEMENS 252
120.00
110.00
Velocidad VdB (ref 1e-9 m/s)
100.00
90.00
80.00
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00 4
5
6
8
10
13
16
20
25
32
40
50
63
80
100
125
17
Frecuencia (Hz) Sección Rheda 2000
Sección Rheda 2000 - FST
Sección Carril embebido - FST
Sección Carril embebido
Sección Railtech Floating Slab
Sección DFF-D
Sección CDM - Hilti - FST
Sección LVT
160
5. Metodología del Estudio Vibratorio TRANSMISIÓN: Pesa
18
Transductor de fuerza
Acelerómetros
5. Metodología del Estudio Vibratorio TRANSMISIÓN: MEDICIONES EXPERIMENTALES 0
Velocidad (Vd dB ref 1e-9m/s)
-10
-20
-30 30
-40
VALORES NEGATIVOS = ATENUACIÓN DE VIBRACIONES
-50
Frecuencia (Hz)
19
4 metros
8 metros
12 metros
18 metros
24 metros
30 metros
160
125
100
80
63
50
40
31.5
25
20
16
12.5
10
8
6.3
5
4
-60
5. Metodología del Estudio Vibratorio TRANSMISIÓN: ESTIMACIÓN MEDIANTE AJUSTE 0 -1
Velocidad (VdB B ref 1e-9m/s)
-2 -3 -4 -5 5 -6 -7 -8
VALORES NEGATIVOS = ATENUACIÓN DE VIBRACIONES
-9
Frecuencia (Hz) 4 metros
20
8 metros
12 metros
18 metros
24 metros
30 metros
160
125
100
80
63
50
40
31.5
25
20
16
12.5
10
8
6.3
5
4
-10
5. Metodología del Estudio Vibratorio TRANSMISIÓN: ONDAS VOLUMÉTRICAS: SE PROPAGAN POR EL INTERIOR DEL TERRENO Y SE DIVIDEN EN DOS TIPOS: ¾ ONDAS P: ONDAS DE PRESIÓN ¾ ONDAS S: ONDAS CORTANTES
21
ONDAS SUPERFICIALES: APARECEN EN LA FRONTERA DE UN SEMI-ESPACIO Y SON CONSECUENCIA DE LA REFLEXIÓN Ó DE LAS ONDAS VOLUMÉTRICAS É EN EL LÍMITE Í DEL SEMI-ESPACIO, LAS MÁS Á REVELANTES POR LA ENERGÍA QUE TRANSPORTAN SON LAS RAYLEIGH
5. Metodología del Estudio Vibratorio TRANSMISIÓN: SEMI-ESPACIO HOMOGÉNEO
2ª FASE: OBJETIVO: VALIDAR-CALIBRAR EL MODELO DE TRANSMISIÓN MEDIANTE LA GENERACIÓN DE IMPULSOS EN EL INTERIOR DEL TÚNEL Acelerómetros
5 METROS SOBRE LECHO DE ROCA
Pesa
2
5 METROS SOBRE SEMI-ESPACIO RÍGIDO
5. Metodología del Estudio Vibratorio RECEPCIÓN: FENÓMENOS ACOPLAMIENTO AMPLIFICACIÓN
23
AMPLIFICACIÓN
ACOPLAMIENTO
5. Metodología del Estudio Vibratorio RECEPCIÓN:
ACOPLAMIENTO + AMPLIFICACIÓN
10.00
Velocidad (dB rref 1e-9 m/s)
5.00
0.00
-5.00
-10.00
-15.00
VALORES NEGATIVOS = ATENUACIÓN Ó DE VIBRACIONES -20.00 4
5
6.3
8
10
12.5
16
20
25
31.5
40
50
63
Frecuencia [Hz] Edificios típicos
24
Edificios altos
Sagrada Familia
80
100
125
6. Resultados LAS LOCALIZACIONES SE HAN ESCOGIDO PARA ENFOCAR EL ESTUDIO EN: ¾ EDIFICIOS SINGULARES ¾ TRAZADO GENERAL: EDIFICACIONES - PROFUNDIDAD SE HAN REALIZADO 544 CÁLCULOS PARA UN TOTAL DE 34 LOCALIZACIONES
p
/
110
100
k=8
GENERACIÓN + TRANSMISIÓN + RECEPCIÓN
90
80
k=2
70
k=1.4
Aceleración
RM MS
[dB
1E-6
]
k=4
60
50
40
Ficha
024 1/8
Subtramo
Sants - La Sagrera
PK Margen Distancia [m] Tipo de edificio
2+840 Izquierda 30 m Large building - 6+ floors
Tipo de tren Velocidad [km/h] Tipo de via Profundidad de tunel
Siemens 252 120 km/h Rheda 2000 26 m
klim [-]
1,4
Valores limites 30
Law,lim [dB1e-6m/s²]
20
10
4
5
6.3
8
10
12.5
16
20
25
31.5
40
50
Frecuencias centrales [Hz]
25
75
Indicadores del nivel de vibracion 71,21 Law,max [dB1e-6m/s²]
63
80
100
125
160
200
Valores maximos del indicador K 1,02 Kmax [-] Frecuencia [Hz] 40,0
6. Resultados LOS NIVELES DE VIBRACIÓN GENERADOS POR LA LOCOMOTORA 252 > SIEMENS S103, DEBIDO A: UNA MAYOR CARGA AXIAL EN LOS VEHÍCULOS DE TRACCIÓN ORIGINA MAYOR IMPACTO DE LA RUEDA SOBRE EL CARRIL LOS VALORES MÁXIMOS DE VIBRACIÓN GENERADOS POR LA LOCOMOTORA 252 SE DAN EN UNA BANDA DE FRECUENCIA MENOR QUE LOS GENERADOS POR EL TREN SIEMENS S103 Siemens 252
120.00
120.00
100.00
100.00 Velocidad [VdB ref 1e e-9 m/s]
Velocidad [VdB ref 1e-9 m/s]
Siemens S103
80.00
60.00
40.00
20.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
0.00
4
5
6
8
10
13
16
20
25
32
40
50
63
80
100
125
160
4
5
6
8
10
Frecuencia [Hz]
26
Rheda 2000 Railtech Floating Slab
Rheda 2000 - FST DFF-D
Carril embedido - FST CDM-Hilti - FST
13
16
20
25
32
40
50
63
80
100
125
Frecuencia [Hz]
Carril embedido LVT
Rheda 2000 Railtech Floating Slab
Rheda 2000 - FST DFF-D
Carril embedido - FST CDM-Hilti - FST
Carril embedido LVT
160
6. Resultados
Siemens S103 Sistema de vía
Índice K
Law
Siemens 252 Law
Índice K
Rheda
69,49
0,83 50,0 Hz
68,17
0,71 40,0 Hz
Rheda - FST
58,97
0,16 63,0 Hz
58,68
0,18 25,0 Hz
Carril embebido - FST
48,84
0,05 16,0 Hz
49,79
0,06 16,0 Hz
0,37 50,0 Hz
62,29
0,32 40,0 Hz
0,14 25,0 Hz
58,21
0,16 20,0 Hz
Carril embebido Railtech Floating Slab
72
63,06 56,61
1,4
DFF-D
66,82
0,50 50,0 Hz
64,96
0,47 31,5 Hz
CDM-Hilti - FST
50,46
0,06 31,5 Hz
52,60
0,08 25,0 Hz
LVT
60 23 60,23
0 28 25,0 0,28 25 0 Hz
62 47 62,47
0 37 20,0 0,37 20 0 Hz
27
¾ NO EXISTIRÁN PROBLEMAS VIBRATORIOS PARA NINGUNO DE LOS SISTEMAS DE VÍA ESTUDIADOS
6. Resultados 100
k=8 k=1 DIN 4150 - zeil 1
k=4 UNE 22.381-93 DIN 4150 - zeil 2
k=2 Sn 640 312a max DIN 4150 - zeil 3
k = 1.4 Sn 640 312a min
Acceleración n (m/s²)
10
1
0.1
0.01
0.001 1
Frecuencia (Hz)
10
100
28
¾ EL TRÁFICO FERROVIARIO NO PRODUCIRÁ PROBLEMAS DE ESTABILIDAD YA QUE LOS LIMITES DE CONFORT SON MÁS RESTRICTIVOS QUE LOS DE ESTABILIDAD
6. Resultados
TREN S 103
Edilon FST < CDM_Hilti_FST Edilon_FST CDM Hilti FST < Railtech FS ~ Rheda 2000_FTS 2000 FTS < LVT_HA LVT HA < Edilon < DFF DFF-D D < Rheda 2000
Mayor nivel de vibraciones generado
Edilon_FST < CDM_Hilti_FST < Edilon ~ Railtech FS ~ Rheda 2000_FTS < DFF-D ~ LVT_HA ~ Rheda 2000
Mayor nivel de vibraciones generado
Edilon_FST < CDM_Hilti_FST < Railtech FS ~ Edilon < Rheda 2000_FTS < DFF-D ~ LVT_HA ~ Rheda 2000
29
Mayor nivel de vibraciones generado
6. Resultados
LOCOMOTORA 252
Edilon_FST < CDM_Hilti_FST < Railtech FS ~ Rheda 2000_FTS < LVT_HA < Edilon < DFF-D < Rheda 2000
Mayor nivel de vibraciones generado
Edilon_FST < CDM_Hilti_FST < LVT_HA ~ Railtech FS < Rheda 2000_FTS ~ Edilon < Rheda 2000 < DFF-D
Mayor nivel de vibraciones generado
Edilon_FST < CDM_Hilti_FST < LVT_HA ~ Railtech FS < Rheda 2000_FTS ~ Edilon < Rheda 2000 < DFF-D
30
Mayor nivel de vibraciones generado
7. Conclusiones MEDIANTE EL ANÁLISIS DE LA NORMATIVA APLICABLE SE HAN DETERMINADO LOS LÍMITES ADMISIB ES ADMISIBLES: Índice K Uso del edificio
Índice de vibración Law
Uso
Día 7-23h
Noche 23-7h
Vivienda o uso residencial
75
Residencial
2
1,4
Hospitalario
72
Oficinas
4
4
Educativo o cultural
72
Comercial
8
8
Sanitario
1
1
SE HAN DOCUMENTADO EN UN INVENTARIO LAS EDIFICACIONES MÁS SENSIBLES EN EL TRAMO AFECTADO IDENTIFICANDO UN Nº DE ZONAS
31
SE RECOPILARON LAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS Y MECÁNICAS DE LOS SISTEMAS DE VÍA ESTUDIADOS ¾ RHEDA 2000 CON Y SIN MANTA
¾ LOSA FLOTANTE PREFABRICADA RAILTECH
¾ EDILON CON Y SIN MANTA
¾ DFF-D
¾ BLOQUES LVT-HA TRIBETON
¾ CDM-HILTI-FST
7. Conclusiones LA CAMPAÑA DE MEDICIONES EXPERIMENTALES HA PERMITIDO CARACTERIZAR: ¾ LA PROPAGACIÓN Ó DE LA VIBRACIÓN Ó EN EL SUELO, SE VALIDARAN LOS RESULTADOS EN UNA 2ª FASE ¾ EL ACOPLAMIENTO SUELO – ESTRUCTURA EN LAS EDIFICACIONES ¾ LA AMPLIFICACIÓN ESTRUCTURAL DE LOS EDIFICIOS
SE HAN CREADO 8 MODELOS DE LEMENTOS FINITOS (FEM) PARA LOS 6 SISTEMAS DE VÍA PARA CADA MODELO SE HA EVALUADO LA SITUACIÓN FUTURA EN 34 LOCALIZACIONES REALIZÁNDOSE UN TOTAL DE 544 CÁLCULOS. O EXISTIRÁ S NINGÚN GÚ PROBLEMA O DE VIBRACIÓN C Ó EN LA S SAGRADA G FAMILIA AL PASO SO DE U UN NO TREN POR EL TÚNEL MODELIZADO PARA NINGUNO DE LOS SISTEMAS DE VÍA ESTUDIADOS. EL TRÁFICO FERROVIARIO NO PRODUCIRÁ PROBLEMAS DE ESTABILIDAD YA QUE LOS LIMITES DE CONFORT SON MÁS RESTRICTIVOS QUE LOS DE ESTABILIDAD
32
LOS SISTEMAS ESTUDIADOS NO EXCEDERÁN LOS LÍMITES DE CONFORT
7. Conclusiones
MAYOR NIVEL VIBRATORIO
RHEDA 2000 DFF-D EDILON RHEDA 2000 FST RAILTECH FST LVT - HA CDM HILTI FST 3
EDILON FST
Cierre
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