Estudio numérico de vibraciones provocadas por el tráfico ferroviario en túneles en el dominio del tiempo: análisis geotécnico, validación experimental y propuesta de soluciones

Abstract

[Resumen] Esta tesis doctoral desarrolla un modelo numérico tridimensional y bidimensional para el estudio de vibraciones provocadas por el paso ferroviario en túneles con sistemas de vía en placa mediante modelos de elementos finitos formulados en el dominio del tiempo, donde se propone una metodología simplificada tanto para modelos 3D como 2D. Se ha realizado un análisis teórico donde se estudian los principales aspectos geotécnicos que son importantes a la hora de modelizar numéricamente problemas de vibraciones ferroviarias en túneles, tales como: el modelo constitutivo de comportamiento del suelo, el módulo de elasticidad del suelo, el amortiguamiento del terreno, la influencia de la posición del nivel freático y la influencia del coeficiente de empuje al reposo. El modelo desarrollado ha sido validado experimentalmente mediante un vasto número de medidas reales tanto en el interior del túnel como en las edificaciones afectadas, que muestra una aceptable precisión cuando se introduce la carga real que transmite cada rueda, pero mostrando diferencias considerables cuando sólo es aplicada la carga cuasiestática. Para finalizar y con el modelo numérico validado experimentalmente se han estudiado diferentes medidas encaminadas a la reducción de vibraciones, aplicadas tanto en el terreno como en la propia vía, analizando su aplicación e idoneidad.

[Resumo] Nesta tese desenvólvese un modelo numérico tridimensional e bidimensional para o estudo das vibracións causadas polo paso ferroviario en túneles con sistemas de vía en placa empregando modelos de elementos finitos formulados no dominio do tempo, onde se propón unha metodoloxía simplificada tanto para modelos 3D como 2D. Realizouse unha análise teórica onde se estudaron os principais aspectos xeotécnicos que son importantes cando son modelados numericamente problemas de vibracións ferroviarias en túneles, como: modelo constitutivo do comportamento do solo, módulo de elasticidade do solo, amortecemento do solo, influencia da posición da capa freática e influencia do coeficiente de presión do solo en repouso. O modelo desenvolvido validouse de xeito experimental por un gran número de medicións reais, tanto no interior do túnel como en edificacions afectadas, mostrando unha precisión aceptable cando se introduce a carga real transmitida por cada roda, pero que mostra diferenzas significativas cando só é aplicada a carga quasi-estática. Por último, e co modelo validado experimentalmente estudiaronse distintas medidas para reducir as vibracións, aplicadas tanto no solo como na propia vía, analizando a súa aplicación e adecuación.

[Abstract] In this doctoral thesis a three-dimensional and two-dimensional numerical model for induced vibrations from railway tunnels is developed for slab track systems using finite element models formulated in the time domain, which is proposed as one simplified methodology 3D and 2D models. A theoretical analysis have been performed, where the most important geotechnical aspects have been studied when numerical models are used to study railway vibration problems in tunnels, such as soil constitutive model, elastic modulus of soil, soil damping, influence of water table and influence of the coefficient of earth pressure at rest. The developed model has been validated experimentally for a several number of real measurements both inside the tunnel and in the buildings affected, showing an acceptable accuracy when the real wheel load transmitted is applied, but showing significant differences when only quasi-static load is considerated. Finally and with the model experimentally validated, different measures for reducing vibration have been studied, applied both in the ground and in the railway track, analyzing their application and suitability.