Análisis estadístico de las vibraciones producidas por el paso de trenes en diferentes líneas ferroviarias

i Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Grado Grado en Ingeniería Civil Análisis estadístico de las vibraciones producidas por el paso de trenes en diferentes líneas ferroviarias Autor: Manuel Jesús Cartes Cumbreras Tutor: Pedro Galvín Barrera Dep. de Mecánica de medios continuos y teoría de estructuras Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 ii iii Proyecto Fin de Grado Ingeniería Civil Análisis estadístico de las vibraciones producidas por el paso de trenes en diferentes líneas ferroviarias Autor: Manu el Jesús Cartes Cumbreras Tutor: Pedro Galvín Barrera Profesor titular Dep. de Mecánica de medios continuos y teoría de estructuras Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 iv v Proyecto Fin de Grado: Análisis estadístico de las vibraciones producidas por el paso de trenes en diferentes líneas ferroviarias Autor: Manuel Jesús Cartes Cumbreras Tutor: Pedro Galvín Barrera El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2019 vi El Secretario del Tribunal vii A mi familia viii ix Agradecimientos Después de estos intensos años de estudio en la escuela no me queda más remedio que dar las gracias a todos los que habéis contribuido en mayor o menor medida a hacer esto posible. A mis padres y hermanos dar las gracias a mi familia por todo el apoyo que me han brindado durante estos años de grado y por enseñarme que nunca hay que dar nada por perdido. A todos mis compañeros, algunos de los cuales dejaron de ser compañeros para ser amigos hace mucho tiempo. A Rafa, Manolo, Álvaro, Sergio y David. Por supuesto a mi tutor, Pedro Galvín, por su infinita paciencia y por encontrar siempre un momento para mí. Por último, a todos mis profesores, que han hecho en mayor o en menor medida que me guste lo que estudio. Por hacer sencillo lo complicado. Manuel Jesús Cartes Cumbreras Sevilla, 2019 xvi Tabla 2-27 Características geométricas y másicas del tgv duplex 31 Tabla 2-28 Velocidad de paso de los trenes durante los ensayos en reugny 32 Tabla 2-29 Perfil del terreno del ensayo en saint-épain 33 Tabla 2-30 Características geométricas y másicas del tren de mercancías en su primer paso 33 Tabla 2-31 Características geométricas y másicas del tren de mercancías en su segundo paso 33 Tabla 2-32 Características geométricas y másicas del ter tipo agc 34 Tabla 2-33 Velocidad de paso de los trenes durante los ensayos en saint-épain 34 Tabla 2-34 Perfil del terreno del ensayo de la zona 1 36 Tabla 2-35 Perfil del terreno del ensayo de la zona 2 36 Tabla 2-36 Perfil del terreno del ensayo de la zona 6 36 Tabla 2-37 Distancias de los acelerómetros en los ensayos realizados en zamora 37 Tabla 2-38 Velocidad de paso de los trenes durante los ensayos en la zona 1 (zamora) 37 Tabla 2-39 Velocidad de paso de los trenes durante los ensayos en la zona 2(zamora) 38 Tabla 2-40 Velocidad de paso de los trenes durante los ensayos en la zona 6 (zamora) 38 Tabla 3-1 Valores límite del índice law según el r.d. 1367/2007 42 Tabla 3-2 Cálculo del índice k en función de la frecuencia de la banda de tercio de octava 44 Tabla 3-3 Valores límite del índice k según el anexo a de la norma iso 2631-2 45 Tabla 4-1 Perfil del terreno del ensayo de bruselas 46 Tabla 4-2 Coeficientes cs medios de cada ensayo 47 Tabla 4-3 Coeficientes de correlación, media, varianza, desviación típica y porcentaje dentro del intervalo de confianza de los distintos indicadores de vibración frente a la distancia 52 Tabla 4-4 Coeficientes de correlación, media, varianza, desviación típica y porcentaje dentro del intervalo de confianza de los distintos indicadores de vibración frente a la velocidad de paso 56 Tabla 4-5 Coeficientes de correlación, media, varianza, desviación típica y porcentaje dentro del intervalo de confianza de los distintos indicadores de vibración frente al coeficiente cs 61 Tabla 4-6 Medias y varianzas de los índices law de cada tipo de tren 63 Tabla 4-7 Media, varianza y coeficiente de correlación de los índices de law del ensayo de arroyo de las piedras 64 xvii Tabla 4-8 Media, varianza y coeficiente de correlación los índices de law del ensayo de bruselas 67 Tabla 4-9 Media, varianza y coeficiente de correlación de las aceleraciones producidas por el paso de trenes en córdoba 70 Tabla 4-10 Media, varianza y coeficiente de correlación de las aceleraciones producidas por el paso de trenes en reugny 71 Tabla 4-11 Media, varianza, desviación típica y coeficiente de correlación del índice law para una distancia de 15M 76 Tabla 4-12 Media, varianza y coeficiente de correlación del índice law para una velocidad de 50KM/h 80 Tabla 4-13 Media, varianza y coeficiente de correlación del índice law para una velocidad de 100KM/h 80 Tabla 4-14 Media, varianza y coeficiente de correlación del índice law para una velocidad de 250KM/h 80 Tabla 5-1 Porcentaje de puntos (%) dentro del intervalo de confianza a la hora de representar aceleración máxima, índice law e índice k frente a la distancia, la velocidad de paso y el cs medio del suelo 81 Tabla 5-2 Coeficiente de desviación de aceleración máxima, índice law e índice respecto a la distancia, la velocidad de paso y el cs medio del suelo 82 Tabla 5-3 Coeficiente de variación de aceleración máxima, índice law e índice respecto a la distancia, la velocidad de paso y el cs medio del suelo 82 xviii Índice de Figuras Figura 2-1 Planta de la vía París-Bruselas 4 Figura 2-2 Vía del Thalys HST entre Bruselas y París. 5 Figura 2-3 Comparación entre la curva experimental (discontinua) y la curva teórica (continua) 5 Figura 2-4 Acelerómetro situado en carril y traviesa (izquierda) y acelerómetro situado sobre estaca de aluminio (derecha) 6 Figura 2-5 Localización de los puntos de medida 7 Figura 2-6 Tren Thalys HST en circulación 7 Figura 2-7 Configuración del tren S100 7 Figura 2-8 Representación del viaducto sobre el Arroyo de las Piedras 8 Figura 2-9 AVE S103 en circulación 9 Figura 2-10 Esquema de la vía de la línea de alta velocidad Córdoba-Málaga 11 Figura 2-11 Comparación entre la curva experimental y la curva teórica obtenidas a partir del ensayo SASW 11 Figura 2-12 . Atenuación de la amplitud de vibración en el terreno 12 Figura 2-13 Acelerómetro adherido a carril y traviesas (izquierda) y acelerómetro sísmico (derecha) 13 Figura 2-14 Localización de los puntos de medida en el ensayo de Córdoba 13 Figura 2-15 Configuración del tren AVE-Talgo 14 Figura 2-16 Locomotora 252 15 Figura 2-17 Vía de la línea de alta velocidad entre Córdoba y Málaga 16 Figura 2-18 Localización de los puntos de medida de la primera configuración (Écija) 16 Figura 2-19 Acelerómetros adheridos a carril y traviesas (izquierda) y acelerómetro sísmico (derecha) 17 Figura 2-20 Locomotora Serie 58 17 Figura 2-21 Localización de los ensayos realizados en el subtramo 4 18 Figura 2-22 Localización de los ensayos realizados en el subtramo 6 19 Figura 2-23 Localización de los ensayos realizados en el subtramo 7 19 Figura 2-24 Equipo utilizado para producir las cargas impulsivas para la caracterización del terreno 20 Figura 2-25 Tren AVE S730 en circulación 21 xix Figura 2-26 Localización de los ensayos en la zona 10ª 23 Figura 2-27 Localización de los ensayos en la zona 10B 23 Figura 2-28 . Localización de los ensayos en la zona 10C 23 Figura 2-29 Localización de los ensayos en la zona 11ª 24 Figura 2-30 Localización de los ensayos en la zona 11B 24 Figura 2-31 Localización de los ensayos en la zona 11C 24 Figura 2-32 Línea atlántica LGV, donde se realizaron los ensayos 30 Figura 2-33 TGV Duplex (TGVD) 31 Figura 2-34 Localización de los ensayos en Saint-Épain 32 Figura 2-35 Localización de los ensayos en la zona 1 (Zamora) 34 Figura 2-36 Localización de los ensayos en la zona 2 (Zamora) 35 Figura 2-37 Localización de los ensayos en la zona 6 (Zamora) 35 Figura 2-38 Estaca anclada en el suelo con acelerómetros dispuestos para medir las direcciones longitudinal, transversal y vertical 36 Figura 2-39 S594 en circulación 37 Figura 3-1 Aceleraciones en el dominio del tiempo producidas por el S103 a una distancia de 5 m en Arroyo de las Piedras 40 Figura 3-2 Aceleraciones en el dominio de la frecuencia producidas por el S103 a una distancia de 5 m en Arroyo de las Piedras 41 Figura 3-3 Índice Law calculado a partir de las vibraciones producidas por el S103 a una distancia de 5 m en Arroyo de las Piedras 43 Figura 3-4 Bandas de tercio de octava de las vibraciones producidas por el S103 a una distancia de 5 m en Arroyo de las Piedras 44 Figura 4-1 Aceleración máxima frente a la distancia del acelerómetro 49 Figura 4-2 Índice Law frente a la distancia del acelerómetro 50 Figura 4-3 Índice K frente a la distancia del acelerómetro 51 Figura 4-4 Aceleración máxima frente a velocidad de paso del tren 53 Figura 4-5 Índice Law frente a velocidad de paso del tren 54 Figura 4-6 Índice K frente a velocidad de paso del tren 55 Figura 4-7 Aceleración máxima frente al coeficiente cs del suelo 58 Figura 4-8 Índice Law frente al coeficiente cs del suelo 59 Figura 4-9 Índice K frente al coeficiente cs del suelo 60 Figura 4-10 Índice Law frente al tipo de tren (en azul la media) 62 xx Figura 4-11 índice law frente a la distancia al acelerómetro en el ensayo en arroyo de las piedras 65 Figura 4-12 Índice de Law frente a la distancia al acelerómetro y velocidad de paso en el ensayo de Bruselas 68 Figura 4-13 Índice de Law frente a la distancia al acelerómetro y velocidad de paso en el ensayo de Córdoba 72 Figura 4-14 Índice Law frente a la distancia al acelerómetro y velocidad de paso en el ensayo de Reugny 73 Figura 4-15 Índice Law frente al coeficiente cs del terreno y velocidad de paso, para una distancia de 15m 75 Figura 4-16 Índice Law frente al coeficiente cs del terreno y la distancia del acelerómetro, para una velocidad de 50km/h 77 Figura 4-17 Índice Law frente al coeficiente cs del terreno y la distancia del acelerómetro, para una velocidad de 100km/h 78 Figura 4-18 Aceleración máxima frente al coeficiente cs del terreno y la distancia del acelerómetro, para una velocidad de 250km/h 79 1 1 INTRODUCCIÓN En estos últimos años se está produciendo un gran desarrollo de las infraestructuras ferroviarias en el estado español, cosa que se traduce en un incremento tanto del número de vías ferroviarias como de la frecuencia del paso de trenes por las ya existentes. Este hecho, que supone un desarrollo de la sociedad del bienestar, tiene como contrapartida el problema de la contaminación ambiental en forma de ruido y vibraciones. Las vibraciones provocadas por el paso de los trenes son importantes porque pueden provocar desperfectos en edificios adyacentes al trazado de la vía. Estos defectos pueden ser causados tanto por la vibración inducida como por las vibraciones transmitidas directamente a las estructuras. Un claro ejemplo de esto es el caso es el caso de la estación de Getafe centro, en Madrid, en la cual se tuvieron que tomar medidas para acabar con las vibraciones en las viviendas cercanas (medidas que alcanzaban el coste de tres millones de euros). En este caso, los vecinos, no conformes con las obras, pidieron la reducción de la velocidad de paso del tren de 50 km/h a 80km/h, pero, ¿sería efectivo el reducir la velocidad del tren?, o ¿puede que al reducir la velocidad aumente el nivel de las vibraciones? Por otro lado, a la hora de estudiar las vibraciones producidas por el paso de un tren existen distintos índices de vibración que se pueden utilizar. Por un lado está el Índice Law, que es el usado por la Ley de ruido, Real Decreto 1367/2007, y por otro lado se encuentra el Índice K, de la ISO 2631-2(edición de 1989). El objetivo de este trabajo es establecer una relación entre distintas variables y el nivel de vibraciones producido por el paso de un tren. Para llevar a cabo el estudio se han tomado resultados de distintos ensayos, en los que se midieron las aceleraciones producidas por el paso de un tren. Al tener una gran cantidad de mediciones tan diferentes (trenes con distinta velocidad, suelo con distinta velocidad de propagación de ondas, distintas distancias de la vía, etc.), podemos establecer relaciones con distintas variables. Las variables que se van a estudiar son la distancia de la vía, la velocidad de paso del tren, la velocidad de propagación de ondas del suelo y el tipo de tren. Todos estos parámetros de cada ensayo se presentan en el capítulo 2. Todos estos datos de los ensayos han tenido que ser ordenados en función de las distintas variables para poder luego establecer conclusiones. En el capítulo 3 se expone el desarrollo seguido en el tratamiento de los datos. Después de ordenar todos los resultados de los ensayos en función de las variables que se van a estudiar, se ha procedido al tratamiento de los datos, para establecer los indicadores del nivel de vibración que se van a usar. Los elegidos han sido la aceleración máxima, el Índice Law y el Índice K. En el capítulo 4 se han representados estos indicadores del nivel de vibración en función de las distintas variables, para poder establecer conclusiones que permitan ver cómo varían las vibraciones en función de las variables estudiadas. Por último, en el capítulo 5 se exponen las conclusiones que se han podido obtener del estudio. 2 MOTIVACIÓN DEL ESTUDIO Y OBJETIVOS Debido a la importancia del transporte ferrovial, ya sea de pasajeros o de mercancías, en la actualidad, es de gran interés la problemática de las vibraciones producidas por el paso de trenes. El objetivo de este estudio es conocer la influencia de distintas variables en las vibraciones, para, por ejemplo, conocer a que distancia de una determinada vía de tren se podría construir, dependiendo de las velocidades de paso por esa vía, el tipo de suelo y otras variables. Por otro lado, en este estudio se van a comparar diferentes índices de nivel de vibración y se va a poder sacar conclusiones para saber que índice es el indicado en cada comparación. Para todo esto es necesario conocer los índices indicadores de nivel de vibración para luego poder establecer relaciones entre los distintos parámetros que pueden influir en el nivel de las vibraciones. 3 2 RESULTADOS EXPERIMENTALES 2.1 Introducción Para llevar a cabo este estudio estadístico de las vibraciones producidas por el paso de trenes se han tomado los datos de una serie de ensayos que fueron realizados entre 1997 y 2016 para la elaboración de distintos estudios, como se podrá observar en la exposición de cada ensayo en este mismo capítulo. Estos ensayos fueron realizados en distintos emplazamientos de dentro y fuera de España, siendo realizados en:  Bruselas (Bélgica). Ensayos realizados para la elaboración de “Free field vibration measuremnts during the passage of a Thalys high speed train” de Geert Degrande.  Arroyo de las Piedras (provincia de Málaga). Ensayos realizados para la elaboración de “Predicción, medida experimental y evaluación de las vibraciones producidas por el tráfico ferroviario” de Antonio Romero Ordóñez.  Córdoba. Ensayos realizados para la elaboración de “Análisis numérico y experimental de las vibraciones ocasionadas por el paso de trenes de alta velocidad en el suelo y en estructuras cercanas a la vía³” de Pedro Galvín Barrera.  Écija (provincia de Sevilla). En sayos realizados para la elaboración de “Vibraciones ocasionadas en el suelo por el paso de una locomotora”, de P. Galvín y J. Domínguez.  Orense. Ensayos realizados para un estudio vibratorio de carácter experimental realizado en el ámbito del proyecto de construcción de la Línea de Alta Velocidad Madrid – Galicia, tramo Pedralba de la Pradería – Ourense (Fase I – Pedralba de la Pradería – Taboadela), realizados por Pedro Galvín Barrera, Antonio Romero Ordóñez, María Dolores Martínez Rodrigo, Francisco Javier Cruz Muñoz y Lucía Mateo Sánchez.  Palencia. Ensayos realizados para un estudio vibratorio de carácter experimental realizado en el ámbito del proyecto de construcción de la Línea de Alta – Velocidad Madrid –Asturias, en concreto para el tramo Palencia – León, realizados por Pedro Galvín Barrera, Antonio Romero Ordóñez, Carmen Pérez Alors, María Dolores Martínez Rodrigo y Damián Losa Baur.  Reugny (Francia). Ensayos realizados para la elaboración de “Prediction of railway induced vibrations at a site in Reugny (France)” de Geert Lombaert, Pedro Galvín y Geert Degrande.  Saint-Épain (Francia). Ensayos realizados para la elaboración de “Prediction of railway induced vibrations at a site in Saint-Épain (France)” de Geert Lombaert, Pedro Galvín y Geert Degrande.  Zamora. Ensayos realizados para un estudio vibratorio de carácter experimental realizado en el ámbito del proyecto de construcción de la Línea de Alta Velocidad Madrid – Galicia, Tramo Zamora – Pedralba de la Praderia, realizados por Pedro Galvín Barrera, Antonio Romero Ordóñez, María Dolores Martínez Rodrigo y Francisco Javier Cruz Muñoz. En esta sección se procede a presentar los ensayos de los que se extrajeron los datos que se van a utilizar para el análisis. 4 2.2 Bruselas En diciembre de 1997 tuvieron lugar los ensayos en la línea de alta velocidad Bruselas-París para el Thalys HST mientras se desplazaba a una velocidad comprendida entre 160 y 330 km/h. Los ensayos fueron realizados a 55 km de la ciudad de Bruselas para la elaboración de “Free field vibration measuremnts during the passage of a Thalys high speed train” de Geert Degrande. Los ensayos fueron realizados por L. Schillemans de Technum n.v., con la asistencia de K. Peeraer, P.Godart, W. Bontiinck y por W.Dewulf. El objetivo de este estudio era ilustrar el fenómeno producido por el paso de un tren de alta velocidad y las vibraciones producidas en el suelo y en la vía, además de recoger datos para validar numéricamente modelos de predicción numéricos de vibraciones producidas por un tren. Figura 2-1 Planta de la vía París-Bruselas 2.2.1 La vía La vía del HST entre Bruselas y París se trata de una vía de balasto clásica. Los carriles son de la tipología UIC-60, con 60kg/m de masa por unidad de longitud y con un momento de inercia de 0.3038e-4m4 fijadas con clip Pandroll E2039.El sistema de fijación está formado por traviesas monobloque de hormigón pretensado de longitud 2.5 m, 0.285 de ancho, altura 0.205 y de 300kg de masa. Consta también de una placa de asiento de 0.01 m de espesor. 5 Figura 2-2 Vía del Thalys HST entre Bruselas y París. Degrande, G. 2002. “Free field vibration measuremnts during the passage of a Thalys high speed train” 2.2.2 El suelo Las propiedades dinámicas del suelo fueron determinadas a partir de ensayos de análisis espectral de ondas superficiales (SASW) que se realizaron en ocho puntos situados entre 2m y 48m. Se generó una excitación transitoria al dejar caer una masa de 110 kg desde una altura de 0.9 m sobre una base de acero cuadrada de 0.7x0.7m con una masa de 600 kg. Posteriormente, a partir de la respuesta medida, se realizó el análisis de las ondas de superficie originadas por la excitación y, mediante un proceso de inversión, se minimizó la diferencia entre la curva de dispersión experimental y la teórica (figura 2.3). Figura 2-3 Comparación entre la curva experimental (discontinua) y la curva teórica (continua). Degrande, G. 2002. “Free field vibration measuremnts during the passage of a Thalys high speed train” Para caracterizar el terreno también es necesaria una estimación del coeficiente de amortiguamiento interno. Según el ensayo SASW el suelo no era homogéneo, por lo que se esperaba un coeficiente de amortiguamiento que variara con la profundidad. Sin embargo, para reducir la complejidad del problema, se ha usado la fórmula de Barkan para un suelo homogéneo. Esta expresión relaciona la amplitud de vibración de un punto de un semiespacio homogéneo a una distancia r de la fuente con la de otro punto usado como referencia y situado a una distancia r0. 𝑢𝜂(𝑟)=𝑢𝜂(𝑟0)(𝑟 𝑟0)−𝑛exp(−2𝜋𝜉 𝜆𝑅(𝑟−𝑟0)) (2-1) donde n representa el amortiguamiento por radiación en el suelo y donde 𝜆𝑅 representa la longitud de onda de Rayleigh del terreno. 12 Esta expresión relaciona la amplitud de vibración de un punto de un semiespacio homogéneo a una distancia r de la fuente con la de otro punto usado como referencia y situado a una distancia r0. 𝑢𝜂(𝑟)=𝑢𝜂(𝑟0)(𝑟 𝑟0)−𝑛exp(−2𝜋𝜉 𝜆𝑅(𝑟−𝑟0)) (2-2) donde n representa el amortiguamiento por radiación en el suelo y donde 𝜆𝑅 representa la longitud de onda de Rayleigh del terreno. Se han ajustado las amplitudes de vibración medidas durante el ensayo SASW en los ocho puntos de la superficie del terreno utilizando la ecuación anterior, de manera que se ha obtenido el coeficiente de amortiguamiento del suelo para un semiespacio homogéneo con un comportamiento similar al del terreno en el cual se registraron las vibraciones inducidas por el tráfico ferroviario. El ajuste de la curva proporciona el coeficiente de amortiguamiento interno del suelo. Figura 2-12 . Atenuación de la amplitud de vibración en el terreno. Galvín, P. 2007, “Análisis numérico y experimental de las vibraciones ocasionadas por el paso de trenes de alta velocidad en el suelo y en estructuras cercanas a la vía³” Con todos estos ensayos y análisis se ha caracterizado el terreno de la siguiente forma: Tabla 2-6 Perfil del terreno del ensayo de Córdoba Estrato Espesor [m] Cs [m/s] Cp[m/s] Coeficiente de amortiguamiento 1 1.2 150 280.6 0.02 2 2.5 408.4 280.6 0.02 3 inf 635 280.6 0.02 2.4.3 Medidas in situ Las vibraciones producidas por los trenes se registraron con un sistema PULSE de 12 canales. Los datos se muestrearon a 1024 Hz y se usó un filtro antialiasing a 512 Hz. Las aceleraciones se midieron usando acelerómetros de tipo sísmico Endevco 86 de sensibilidad 1000mV/s2 montados sobre cubos de acero que se encontraban anhelados al suelo mediante estacas de latón de 30 cm. Las aceleraciones en carril, traviesa y estructura se midieron con acelerómetros Endevco 4381 de sensibilidad 10pC/m/s2. 13 Figura 2-13 Acelerómetro adherido a carril y traviesas (izquierda) y acelerómetro sísmico (derecha). Galvín, P. 2007, “Análisis numérico y experimental de las vibraciones ocasionadas por el paso de trenes de alta velocidad en el suelo y en estructuras cercanas a la vía³” Tres de los acelerómetros fueron situados en el carril, las traviesas y la estructura y los otros nueve se situaron a 3m, 8.6m, 11.8m, 14.8m, 18.1m, 21.8m, 25m, 28.4m y 32.3m. Figura 2-14 Localización de los puntos de medida en el ensayo de Córdoba. Galvín, P. 2007, “Análisis numérico y experimental de las vibraciones ocasionadas por el paso de trenes de alta velocidad en el suelo y en estructuras cercanas a la vía³” 2.4.4 Trenes Las aceleraciones han sido medidas al paso de tres trenes distintos: el AVE-Alstom (S100), el AVE-Talgo y la Locomotora 252. Las vibraciones fueron medidas para distintas velocidades de estos trenes, como se puede observar en la siguiente tabla: 14 Tabla 2-7 Velocidades de paso de la Locomotora 252 (L252), el S100 y el AVE Talgo (TALG) en los ensayos de Córdoba Tren Velocidad de paso [km/h] L252 160 L252 160 L252 160 S100 250 S100 250 S100 300 TALG 200 TALG 200 TALG 200 TALG 200 TALG 200 TALG 200 TALG 200 TALG 200 TALG 200 TALG 200 El AVE-Alstom presenta las mismas características que el Thalys de Bruselas, ya que los dos son el modelo S100. El Talgo está formado por dos ramas, una con 9 vagones y otra de 11 vagones, remolcados por una locomotora 252. Las locomotoras 252 se apoyan en dos bogies (cada uno con dos ejes), soportando cada eje una masa igual a Mt=22500kg. Por otro lado, los vagones de los trenes Talgo comparten todos sus bogies (cada uno con un solo eje). La longitud total de los vagones es Lt=13.14m, y la masa soportada por eje y por vagón es igual a Mt=11700kg. Figura 2-15 Configuración del tren AVE-Talgo. Galvín, P. 2007, “Análisis numérico y experimental de las vibraciones ocasionadas por el paso de trenes de alta velocidad en el suelo y en estructuras cercanas a la vía³” 15 Por otro lado, la locomotora 252 tiene las características descritas en el apartado anterior: dos bogies (cada uno con dos ejes), soportando cada eje una masa igual a Mt=22500kg La disposición de ejes es Bo'Bo' Figura 2-16 Locomotora 252 2.5 Écija El 14 de febrero de 2006 tuvieron lugar los ensayos cerca de Los Algarbes (cerca de la localidad sevillana de Écija), 35 km de Córdoba, entre los puntos kilométricos 210+100 y 210+500 de la vía de alta velocidad Córdoba-Málaga. Los ensayos fueron realizados para la elaboración de “Vibraciones ocasionadas en el suelo por paso de locomotora” de P. Galvín y J. Domínguez, estudio que tenía como objetivo validar un modelo analítico para predecir las vibraciones debidas al paso de trenes de alta velocidad, basado en el método de los elementos de contorno. Los ensayos se realizaron con una Locomotora Serie 58. 2.5.1 La vía Se trata de una vía de balasto con carriles UIC -60, con 60kg/m de masa por unidad de longitud y con un momento de inercia de 0.3038e-4m4.El sistema de fijación está formado por traviesas prefabricadas de hormigón pretensado de longitud 2.5 m, ancho de 0.285m, altura 0.205 y de 300 Kg de masa. 16 Figura 2-17 Vía de la línea de alta velocidad entre Córdoba y Málaga. Galvín, P., Domínguez, J.,2006, “Vibraciones ocasionadas en el suelo por paso de locomotora” 2.5.2 Medidas in situ Las vibraciones producidas por los trenes se registraron con un sistema PULSE de 12 canales. Los datos se muestrearon a 1024 Hz. Se usaron dos configuraciones distintas. En la primera configuración las aceleraciones se midieron usando acelerómetros de tipo sísmico Endevco modelo 4370 y modelo 4381 junto con acondicionadores Endevco tipo 2647 para medir aceleraciones en el carril y en las traviesas. Tres de los acelerómetros fueron situados en el carril, las traviesas y la estructura y los otros nueve se situaron a 2m, 3.3m, 3.9m, 4.8m, 7.8m, 9.6m, 11.5m, 13.9m y 15.9m. Figura 2-18 Localización de los puntos de medida de la primera configuración (Écija). Galvín, P., Domínguez, J.,2006, “Vibraciones ocasionadas en el suelo por paso de locomotora” 17 Por otro lado, se usó otra configuración en la que, además de aceleraciones verticales, se midieron aceleraciones longitudinales y transversales. Se mantuvieron los acelerómetros localizados en el carril y en las traviesas, y se midieron las aceleraciones en las tres direcciones en puntos situados a 4m y 8.2m del centro de la vía, y sólo las verticales en puntos situados a 2.7m, 10.3m y 14.6m del centro de la vía. Figura 2-19 Acelerómetros adheridos a carril y traviesas (izquierda) y acelerómetro sísmico (derecha). Galvín, P., Domínguez, J.,2006, “Vibraciones ocasionadas en el suelo por paso de locomotora” 2.5.3 Trenes Las aceleraciones han sido medidas al paso la Locomotora Serie 58. Figura 2-20 Locomotora Serie 58. Galvín, P., Domínguez, J.,2006, Galvín, P., Domínguez, J.,2006, “Vibraciones ocasionadas en el suelo por paso de locomotora” La locomotora serie 58 pesa 130 t y tiene una longitud total de 19.3, siendo soportada esta por dos bogies y seis ejes. La distancia entre ejes que comparte bogie es de 2.1m, y la distancia entre bogies es 10.7m Las vibraciones fueron medidas para distintas velocidades de la locomotora Serie 58, se puede observar en la siguiente tabla: 18 Tabla 2-8 Velocidades de paso de la Locomotora Serie 58 (LS58) Tren Velocidad de paso [km/h] LS58 20 LS58 40 LS58 60 LS58 60 LS58 60 LS58 80 LS58 80 LS58 20 LS58 40 LS58 60 LS58 60 LS58 60 2.6 Orense Los días comprendidos entre el 18 y el 22 julio de 2016 tuvieron lugar los ensayos en la línea de alta velocidad Madrid-Galicia, en el tramo Pedralba de la Pradería-Orense. Se realizaron en tres zonas llamadas subtramo 4 (situado en la localidad de Portocamba), subtramo 6 (situado en la localidad de Miaman) y subtramo 7 (situado entre las localidades de Ponte de Abaixo y Pumares). Figura 2-21 Localización de los ensayos realizados en el subtramo 4. “Estudio vibratorio. Línea de alta velocidad Madrid-Galicia”. 19 Figura 2-22 Localización de los ensayos realizados en el subtramo 6. “Estudio vibratorio. Línea de alta velocidad Madrid-Galicia” Figura 2-23 Localización de los ensayos realizados en el subtramo 7. “Estudio vibratorio. Línea de alta velocidad Madrid-Galicia” Los ensayos fueron realizados para un estudio vibratorio de carácter experimental realizado en el ámbito del proyecto de construcción de la Línea de Alta Velocidad Madrid – Galicia, tramo Pedralba de la Pradería – Ourense (Fase I – Pedralba de la Pradería – Taboadela), realizados por Pedro Galvín Barrera, Antonio Romero Ordóñez, María Dolores Martínez Rodrigo, Francisco Javier Cruz Muñoz y Lucía Mateo Sánchez. Los ensayos se realizaron al paso de distintos S730 y de un tren de mercancías. 2.6.1 El suelo Las propiedades dinámicas del suelo fueron determinadas a partir de ensayos de análisis espectral de ondas superficiales (SASW) y del método sísmico de refracción. Para ambos se ha utilizó la respuesta vertical del suelo ocasionada por una serie de cargas impulsivas. 20 Los ensayos de caracterización dinámica del suelo se realizaron en el subtramo 4 y en el subtramo 7. En el subtramo 4 los ensayos se realizaron en el P.K. 310+300, a las afueras de la localidad de Portocamba. En este caso, el acelerómetro más cercano a la cimentación se encontraba a 2m y el más alejado a 72 m. Entre ellos se colocaron 34 acelerómetros situados cada 2m. Figura 2-24 Equipo utilizado para producir las cargas impulsivas para la caracterización del terreno. “Estudio vibratorio. Línea de alta velocidad Madrid-Galicia” Gracias a los acelerómetros situados cerca del impacto se pudo obtener la respuesta en el dominio de la frecuencia y del tiempo. Después, a partir del proceso de minimización se obtuvieron la velocidad de propagación de las ondas P y las ondas S y el coeficiente de amortiguamiento del terreno: Tabla 2-9 Perfil del terreno del ensayo del subtramo 4 (Orense) Estrato Espesor [m] Cs [m/s] Cp[m/s] Coeficiente de amortiguamiento 1 1.7 122.3 689.8 0.2 2 1.7 215.1 1598.1 0.2 3 6.3 405.5 3588.1 0.2 4 inf 390.2 4627.5 0.2 En el subtramo 7 los ensayos se realizaron en el P.K. 600+220, entre las localidades de Pumares y Ponte Ambia. En este caso los ensayos se realizaron de la misma forma que en los ensayos del subtramo 4. Los resultados de este ensayo fueron los siguientes: Tabla 2-10 Perfil del terreno del ensayo del subtramo 7 (Orense) Estrato Espesor [m] Cs [m/s] Cp[m/s] Coeficiente de amortiguamiento 1 1.5 217 828 0.1 2 2.5 406 1364 0.1 3 inf 1137 4040 0.06 21 2.6.2 Medidas in situ Las vibraciones producidas por los trenes se registraron con acelerómetros triaxiales Kinemetrics modelo Etna de 9 canales. Los datos se muestrearon a 250 Hz. Las medidas se realizaron en tres direcciones. Los acelerómetros fueron situados a distintas distancias en cada subtramo:  Subtramo 4. Se situaron acelerómetros a 70, 77 y 81m.  Subtramo 6. Se situó un acelerómetro a 69 m.  Subtramo 7. Se situaron acelerómetros a 45,55 y 65m 2.6.3 Trenes Las aceleraciones han sido medidas al paso de distintos trenes AVE S730 y un tren de mercancías. El AVE S730 es un tren de altas prestaciones de ancho variable que está diseñado para realizar servicios tanto por líneas de alta velocidad como por líneas convencionales, e incluso por líneas no electrificadas. Cada tren consiste en una composición de la Serie 103 de Renfe a la que se le cambian los dos remolques extremos por sendos furgones generadores diésel entre las cabezas tractoras y los coches de viajeros. Estos furgones generan la electricidad necesaria para mover los motores eléctricos del tren y para mantener los servicios a bordo. Figura 2-25 Tren AVE S730 en circulación La composición del AVE S730 es: M+F+9R+F+M. Por otro lado, la disposición de los ejes es Bo'Bo'+2'1'1'1'1'1'1'1'1'1'2'+Bo'Bo' Las vibraciones fueron medidas para distintas velocidades de paso del tren, como se puede observar en las siguientes tablas: 28 Tabla 2-22 Velocidades de paso en el subtramo 10C Tren Velocidad de paso [km/h] S130 30 MERC 62 TALG 11 REGI 107 TALG 110 MEDI 107 S130 41 S130 24 MEDI 128 MEDI 110 Tabla 2-23 Velocidades de paso en el subtramo 11A Tren Velocidad de paso [km/h] S130 28 S130 92 S130 125 MEDI 120 S130 49 S130 96 MERC 17 REGI 61 REGI 116 TALG 90 MERC 18 MEDI 56 S130 59 Tabla 2-24 Velocidades de paso en el subtramo 11B Tren Velocidad de paso [km/h] MEDI 35 S130 70 REGI 68 S130 44 MEDI 52 MEDI 96 S130 92 REGI 78 29 Tabla 2-25 Velocidades de paso en el subtramo 11C Tren Velocidad de paso [km/h] MEDI 0 REGI 0 REGI 0 REGI 0 REGI 0 MEDI 0 MEDI 0 REGI 0 MEDI 0 REGI 0 S130 0 S130 0 MEDI 0 S130 0 REGI 0 REGI 0 S130 0 S130 0 MEDI 0 REGI 0 S130 0 S130 0 TALG 0 TALG 0 REGI 0 REGI 0 TALG 0 TALG 0 TALG 0 TALG 0 TALG 0 TALG 0 TALG 0 REGI 0 REGI 0 TALG 0 TALG 0 TALG 0 TALG 0 TALG 0 REGI 0 REGI 0 MEDI 0 S130 0 TALG 0 TALG 0 TALG 0 TALG 0 30 2.8 Reugny En el análisis también van a ser utilizados los datos obtenidos cerca de Reugny (Francia) entre los PK 202.860 y 203.000 en la línea LGV atlántica. Los ensayos fueron realizados para la elaboración de “Prediction of railway induced vibrations at a site in Reugny (France)” de Geert Lombaert, Pedro Galvín y Geert Degrande. Los ensayos se realizaron con tres trenes distintos: el TGVA (S100), el TGVA doble y el TGVD. Figura 2-32 Línea atlántica LGV, donde se realizaron los ensayos. Lombaert,G., Galvín, P., Degrande, G., 2009 ,“Prediction of railway induced vibrations at a site in Reugny (France)” 2.8.1 La vía La vía en Reugny es una vía de balasto clásica. Los carriles son de la tipología UIC-60, soportados por traviesas VAXU41 (traviesa bibloque de hormigón) que tienen una longitud total de 2.41m y miden 0.84mx0.29mx0.22m y una masa total de 250kg. 2.8.2 El suelo . Las propiedades dinámicas del suelo fueron determinadas a partir de ensayos de análisis espectral de ondas superficiales (SASW). Los resultados obtenidos fueron los siguientes: Tabla 2-26 Perfil del terreno del ensayo en Reugny Estrato Espesor [m] Cs [m/s] Cp[m/s] Coeficiente de amortiguamiento 1 2 211 451 0.05 2 inf 403 634 0.06 31 2.8.3 Medidas in situ Los acelerómetros se situaron a 2m, 12m, 32m, 56m y 72m. 2.8.4 Trenes Las aceleraciones han sido medidas al paso de tres trenes el TGV Atlantique (S100), el TGV doble (TGVS) y el TGV Duplex (TGVD). Figura 2-33 TGV Duplex (TGVD) El TGV tiene las mismas características del S100, cuyas características ya han sido descritas anteriormente. Por otro lado el TGV Duplex (TGVD) fue construido para aumentar la capacidad de los TGV sin aumentar la longitud del tren ni el número de trenes. Cada remolque tiene dos pisos, con un único acceso a través de las puertas de la parte baja que se aprovechan de la baja altura de los andenes franceses. Estas composiciones miden 200.19 m de longitud y tienen un ancho de 2,9 m. Su masa es de 424 tm, están compuestas por dos cabezas motrices y ocho remolques de pasajeros. Pueden alcanzar una velocidad máxima de 320 km/h La composición es M+8R+M y sigue la siguiente configuración: Tabla 2-27 Características geométricas y másicas del TGV Duplex Tipo vagón #Vagones #Ejes Lt[m] Lb[m] Mc[kg] Locomotora 2 4 22.15 14.00 54240 Vagones vecinos a la locomotora 2 3 21.84 18.70 26000 Vagones centrales 6 2 18.7 18.7 26000 Siendo Lt la longitud del vagón, Lb la distancia entre bogies y Mc la masa del vagón. Se presentan ahora las velocidades de paso de estos trenes: 32 Tabla 2-28 Velocidad de paso de los trenes durante los ensayos en Reugny Tren Velocidad de paso [km/h] S100 255 TGVS 256 TGVD 238 2.9 Saint-Épain En el análisis también van a ser utilizados los datos obtenidos cerca de Saint-Épain (Francia) en la línea LC 570000 Paris-Burdeos entre los PK261.440-PK262.065. Figura 2-34 Localización de los ensayos en Saint-Épain. Lombaert,G. Galvín, P., Degrande, G., 2009 ,“Prediction of railway induced vibrations at a site in Saint-Épain (France)” Los ensayos se realizaron con cuatro trenes distintos: el TGVA (S100), el TGVA doble, un tren de mercancías y el TER tipo AGC. Los ensayos fueron realizados para la elaboración de “Prediction of railway induced vibrations at a site in Saint-Épain (France)” de Geert Lombaert, Pedro Galvín y Geert Degrande. 2.9.1 La vía La vía en Reugny es una vía de balasto clásica. Los carriles son de la tipología UIC-60, soportados por traviesas VAXU41 (traviesa bibloque de hormigón) que tienen una longitud total de 2.41m y miden 0.84mx0.29mx0.22m y una masa total de 250kg. 2.9.2 El suelo . Las propiedades dinámicas del suelo fueron determinadas a partir de ensayos de análisis espectral de ondas superficiales (SASW). Los resultados obtenidos fueron los siguientes: 33 Tabla 2-29 Perfil del terreno del ensayo en Saint-Épain Estrato Espesor [m] Cs [m/s] Cp[m/s] Coeficiente de amortiguamiento 1 2.5 281 269 0.05 2 inf 493 580 0.05 . 2.9.3 Medidas in situ Los acelerómetros se situaron a 2m, 12m, 32m, 56m y 72m 2.9.4 Trenes Las aceleraciones han sido medidas al paso de cuatro trenes distintos: TGV Atlantique (S100), el TGVA doble (TGVS), el tren de mercancías (MERC) y el TER tipo AGC (TERA). Se efectuaron dos medidas del tren de mercancías y en cada una de ellas tenía una configuración distinta. El primero de ellos tenía dos locomotoras BB22200, 6 vagones Rilmms-R00 (tipo 1) y 20 vagones Sgss-S06 (tipo 2) y las siguientes características: Tabla 2-30 Características geométricas y másicas del tren de mercancías en su primer paso Tipo vagón #Vagones #Ejes Lt[m] Lb[m] Mc[kg] Locomotora 2 4 17.48 9.694 90000 Vagones tipo 1 6 4 14.04 9 20800 Vagones tipo 2 20 4 20.64 18.6 22000 Siendo Lt la longitud del vagón, Lb la distancia entre bogies y Mc la masa del vagón. El segundo tren de mercancías tenía una locomotora BB22200, 22 vagones Hoper (tipo 3) y 4 vagones High-sided (tipo 4) y las siguientes características: Tabla 2-31 Características geométricas y másicas del tren de mercancías en su segundo paso Tipo vagón #Vagones #Ejes Lt[m] Lb[m] Mc[kg] Locomotora 1 4 17.48 9.694 90000 Vagones tipo 3 22 4 14.85 9.82 21600/59000 Vagones tipo 4 4 4 14.04 8.5 28000/52000 Siendo Lt la longitud del vagón, Lb la distancia entre bogies y Mc la masa del vagón. El TER tipo AGC tenía dos locomotoras y diez vagones de pasajeros. Los dos vagones de pasajeros adyacentes a las locomotoras comparten un bogie con el vagón vecino, mientras que los otros vagones comparten los dos bogie. Este tren presenta las siguientes características: 34 Tabla 2-32 Características geométricas y másicas del TER tipo AGC Tipo vagón #Vagones #Ejes Lt[m] Lb[m] Mc[kg] Locomotora 2 4 22.15 55790 55790 Vagones junto a locomotoras 2 3 21.84 24000 24000 Vagones centrales 8 2 18.7 24000 24000 Siendo Lt la longitud del vagón, Lb la distancia entre bogies y Mc la masa del vagón. Se presentan ahora las velocidades de paso de estos trenes: Tabla 2-33 Velocidad de paso de los trenes durante los ensayos en Saint-Épain Tren Velocidad de paso [km/h] MERC 40 MERC 100 TERA 100 TGVM 200 TGVS 200 2.10 Zamora Los días comprendidos entre el 1 y el 3 de mayo y los días comprendidos entre el 12 de junio y el 15 de junio de 2014 tuvieron lugar los ensayos en la línea de alta velocidad Madrid-Galicia, en el tramo Zamora- Pedralba de la Pradería. Se realizaron en tres zonas llamadas zona1 (situado en la localidad de Zamora), zona2 (situado en la localidad de Zamora también) y zona6 (situado en Puebla de Sanabria). Los ensayos fueron realizados para un estudio vibratorio de carácter experimental realizado en el ámbito del proyecto de construcción de la Línea de Alta Velocidad Madrid – Galicia, Tramo Zamora – Pedralba de la Praderia, realizados por Pedro Galvín Barrera, Antonio Romero Ordóñez, María Dolores Martínez Rodrigo y Francisco Javier Cruz Muñoz. Figura 2-35 Localización de los ensayos en la zona 1 (Zamora). “Estudio vibratorio. Línea de alta velocidad Madrid-Galicia” 35 Figura 2-36 Localización de los ensayos en la zona 2 (Zamora). “Estudio vibratorio. Línea de alta velocidad Madrid-Galicia” Figura 2-37 Localización de los ensayos en la zona 6 (Zamora). “Estudio vibratorio. Línea de alta velocidad Madrid-Galicia” Los ensayos se realizaron al paso de distintos S730, un tren de S594 y un Thalys. 2.10.1 El suelo Las propiedades dinámicas del suelo fueron determinadas a partir de ensayos de análisis espectral de ondas superficiales (SASW) y del método sísmico de refracción. Para ambos se ha utilizó la respuesta vertical del suelo ocasionada por una serie de cargas impulsivas. Los ensayos de caracterización dinámica del suelo se realizaron en todas las zonas. Gracias a los acelerómetros situados cerca del impacto se pudo obtener la respuesta en el dominio de la frecuencia y del tiempo. Después, a partir del proceso de minimización se obtuvieron la velocidad de propagación de las ondas P y las ondas S y el coeficiente de amortiguamiento del terreno: 36 Tabla 2-34 Perfil del terreno del ensayo de la zona 1 Estrato Espesor [m] Cs [m/s] Cp[m/s] Coeficiente de amortiguamiento 1 4 190 540 0.09 2 inf 300 800 0.09 Tabla 2-35 Perfil del terreno del ensayo de la zona 2 Estrato Espesor [m] Cs [m/s] Cp[m/s] Coeficiente de amortiguamiento 1 3 204 660 0.42 2 inf 500 900 0.28 Tabla 2-36 Perfil del terreno del ensayo de la zona 6 Estrato Espesor [m] Cs [m/s] Cp[m/s] Coeficiente de amortiguamiento 1 1.7 168 305 0.12 2 inf 433 1500 0.05 2.10.2 Medidas in situ La respuesta de la superficie del suelo se registró en las direcciones longitudinal, transversal y vertical usando acelerómetros modelo Endevco 86 y acelerómetros modelo PCB 393B31 dispuestos en 5 puntos del suelo mediante estacas de sección cruciforme. Los datos se muestrearon a 4096 Hz. Figura 2-38 Estaca anclada en el suelo con acelerómetros dispuestos para medir las direcciones longitudinal, transversal y vertical. “Estudio vibratorio. Línea de alta velocidad Madrid-Galicia” Las distancias a las que se dispusieron los acelerómetros son: 37 Tabla 2-37 Distancias de los acelerómetros en los ensayos realizados en Zamora Zona Distancias de los acelerómetros [m] 1 13, 25,55 2 0,20,22,40,50 6 10,20,30,40,50,70 2.10.3 Trenes Las aceleraciones han sido medidas al paso de distintos trenes AVE S730, un tren de S594 y un Thalys (S100). Las características del AVE S730 y del S100 ya han sido presentadas, por lo que se va a proceder a caracterizar el S594. La Serie 594 de Renfe o TRD (Tren Regional Diésel) es una serie de trenes diésel especialmente diseñados para ofrecer un servicio de regionales denominado TRD. Tiene una longitud total de 47.348m, una anchura de 2,937m y una altura de 3.888m. El peso total es de 97 t. Tiene una composición M+M Figura 2-39 S594 en circulación Se presentan ahora las velocidades de paso de estos trenes para cada una de las zonas: Tabla 2-38 Velocidad de paso de los trenes durante los ensayos en la zona 1 (Zamora) Tren Velocidad de paso [km/h] S730 28 S730 48 S594 35 S730 31 S730 33 44 Figura 3-4 Bandas de tercio de octava de las vibraciones producidas por el S103 a una distancia de 5 m en Arroyo de las Piedras A partir de los tercios de octava se calculan distintos Índice K de la siguiente forma: Tabla 3-2 Cálculo del Índice K en función de la frecuencia de la banda de tercio de octava 𝐾𝑖=𝑎𝑖/0.0035 1≤f≤2 Hz Índice K 𝐾𝑖=𝑎𝑖/[0.0035+0.000257(𝑓−2)] 2≤f≤8 Hz 𝐾𝑖=𝑎𝑖/(0.00063𝑓) 8≤f≤80 Hz De todos los valores obtenidos (uno por cada tercio de octava), el Índice K que se ha tomado es el máximo de todos. En el caso que se ha tomado como ejemplo, el valor del Índice K (el máximo) que se ha usado para el estudio es de 0.811 dB. Uno de los problemas que se puede presentar al usar el índice K es que, al tomar el valor máximo, el índice K de una vibración en el que se alcanza un valor máximo para varias frecuencias es igual al de una vibración en el que se alcanza ese mismo valor máximo para una sola frecuencia. 45 Por último, el Anexo A de la norma ISO 2631-2(edición de 1989), establece los límites en la tabla 2 los límites del Índice K dependiendo de la zona estudiada: Tabla 3-3 Valores límite del Índice K según el Anexo A de la norma ISO 2631-2 Uso del edificio Periodo Valores límite del índice K Sanitario, hospitales, quirófanos y áreas críticas Día/Noche 1 Residencial, viviendas Día 2 Noche 1,4 Oficinas Día/Noche 4 Comercial y almacenes Día/Noche 8 46 4 RESULTADOS OBTENIDOS 4.1 Introducción En este capítulo se van a presentar las gráficas comparativas de las vibraciones producidas por el paso de un tren con respecto a cuatro variables distintas: la distancia a la que estaba situada el acelerómetro, la velocidad de paso del tren, la velocidad de propagación las ondas de S (coeficiente Cs) y el tipo de tren. Antes de comenzar caben destacar tres aspectos. A la hora de representar las vibraciones en función de la distancia a la que se situaba el acelerómetro, sólo se han tenido en cuenta los acelerómetros situados en el suelo, ya que es en lo que se basa el estudio, y se han descartado los resultados obtenidos de acelerómetros situados en traviesas, vía, etc. Por otro lado, en la comparativa de las vibraciones con respecto al coeficiente cs, se ha identificado el suelo mediante el coeficiente cs medio de los 30 primeros metros de profundidad del suelo. El cálculo del coeficiente cs medio se ha realizado de manera similar al de un centro de masas. Para calcular el coeficiente cs medio se ha tomado el coeficiente cs de cada estrato junto con su espesor y se han multiplicado, después se han sumado todos los resultados y se ha dividido de 30. Hay que tener en cuenta que, al sólo tener en cuenta los 30 primeros metros de profundidad, el espesor del último estrato se considera hasta los 30 m de profundidad y no infinito. Se va a realizar el cálculo del coeficiente cs de Bruselas para ejemplificar el cálculo de todos los demás. En la tabla 4-1 se muestran las características del terreno del ensayo de Bruselas. Tabla 4-1 Perfil del terreno del ensayo de Bruselas Estrato Espesor [m] Cs [m/s] Coeficiente de amortiguamiento 1 1.4 80 0.03 2 1.9 133 0.03 3 Inf 226 0.03 El cálculo que se debe realizar para obtener el coeficiente cs medio del ensayo de Bruselas sería: 𝑐𝑠𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =1.4∙80+1.9∙133+(30−1.4−1.9)∙226 30 El resultado obtenido es 213.29 m/s. 47 En la siguiente tabla se presentan los coeficientes cs medios de cada ensayo. Tabla 4-2 Coeficientes cs medios de cada ensayo Ubicación Zona Cs medio [m/s] Bruselas Bruselas 213.29 Arroyo de las Piedras Arroyo de las Piedras - Córdoba Córdoba 596,7 Écija Écija - Palencia 10A 525,53 10B 448,3 10C 413,33 11A 487,96 11B 575,67 11C - Reugny Reugny 390,2 Saint-Épain Saint-Épain 475,33 Zamora 1 285,3 2 470,4 6 417,9 Orense 4 368,3 6 - 7 1030,1 Como se puede observar, de algunos ensayos no se conocen los datos del terreno. En cada caso se han calculado la media, la desviación típica, la varianza y el coeficiente de correlación. A la hora de elaborar las gráficas se han representado las aceleraciones o los índices junto con la media y el intervalo de confianza, delimitado por dos líneas, una por encima de la media y otra por debajo de la media. El intervalo de confianza que se ha establecido ha sido el siguiente: (𝑥−2∙𝜎,𝑥+2∙𝜎) (4-1) Siendo 𝑥 la media y siendo 𝜎 la desviación típica. La media se ha calculado con el comando de Matlab “mean”, la varianza con el comando “var” y la desviación típica con el comando “std”. El coeficiente de correlación es una medida de relación lineal entre dos variables aleatorias cuantitativas. Indica la proporcionalidad entre dos variables estadísticas. Se ha calculado con la orden de Matlab “corrcoef”. Por último, cabe destacar de que se han realizado gráficas comparativas de las vibraciones con respecto a una variable y luego se han realizado gráficas comparativas de dos variables a la vez. 48 4.2 Distancia del acelerómetro La primera de las variables que se va a estudiar es la distancia de vía a la que se ha medido la vibración. Se ha representado la nube de puntos correspondiente a los resultados del ensayo y se ha aplicado una recta de regresión a esta nube de puntos. Los resultados obtenidos en función de los tres indicadores de vibración son los siguientes: 49 Figura 4-1 Aceleración máxima frente a la distancia del acelerómetro 50 Figura 4-2 Índice Law frente a la distancia del acelerómetro 51 Figura 4-3 Índice K frente a la distancia del acelerómetro 52 En las tres gráficas se puede observar cómo, al aumentar la distancia a la que se han medido las aceleraciones producidas por el paso del tren, disminuyen dichas vibraciones, ya sean las propias aceleraciones o los índices calculados a partir de estas. El resultado obtenido era el esperado a priori, ya que la vibración se va a ir atenuando conforme nos alejamos del foco, debido a la disipación de energía del suelo y otros elementos que se puedan encontrar entre el foco (en el caso que abarca este estudio la vía) y el acelerómetro. Este resultado coincide con los resultados obtenidos en uno de los artículos de referencia de este proyecto, “Large scale international testing of railway ground vibrations across Europe”, en el que se estudió la vibración producida por el paso de trenes en función de la distancia, y el resultado es similar Se ha calculado la media, la varianza y el coeficiente de correlación de los tres pares de datos anteriores (distancia junto con aceleración máxima, Índice Law e Índice K). Tabla 4-3 Coeficientes de correlación, media, varianza, desviación típica y porcentaje dentro del intervalo de confianza de los distintos indicadores de vibración frente a la distancia Indicador de vibración Aceleración máxima [m/s2] Índice Law [dB] Índice K Media 0,0463 53,9640 0,1760 Varianza 0,0039 376,5032 0,1615 Desviación típica 0,0039 19,4037 0,4018 Porcentaje en el i. de confianza 96,2252 96,3873 95,5499 Coeficiente de correlación -0,4498 -0,3492 -0,2661 Se puede observar como todos los coeficientes de correlación de este caso son negativos, ya que conforme aumenta una de las variables (la distancia), disminuye la otra variable (la vibración). También decir que, el valor de correlación es bastante alto, sobre todo en el caso de la aceleración máxima, por lo que se puede decir que estos parámetros están muy ligados. 4.3 Velocidad de paso del tren La siguiente variable que se va a estudiar es la velocidad de paso del tren que produce la vibración. Se ha representado la nube de puntos correspondiente a los resultados del ensayo y se ha aplicado una recta de regresión a esta nube de puntos. Los resultados obtenidos en función de los tres indicadores de vibración son los siguientes: 53 Figura 4-4 Aceleración máxima frente a velocidad de paso del tren 60 Figura 4-9 Índice K frente al coeficiente cs del suelo 61 En las tres gráficas se puede observar cómo, la velocidad de propagación de ondas S no tiene una relación directa con las vibraciones que se producen (en el caso del Índice Law la recta de regresión es prácticamente paralela al eje). Como se ha puntualizado antes, el coeficiente cs va a tener influencia conjunta con la velocidad, por lo que estudiarla por separado no aporta mucha información. Se ha calculado la media, la varianza y el coeficiente de variación: Tabla 4-5 Coeficientes de correlación, media, varianza, desviación típica y porcentaje dentro del intervalo de confianza de los distintos indicadores de vibración frente al coeficiente cs Indicador de vibración Aceleración máxima [m/s2] Índice Law [dB] Índice K Media 0,0496 57,0664 0,1908 Varianza 0,0042 258,1317 0,1752 Desviación típica 0,0648 16,0665 0,4186 Porcentaje en el i, de confianza 92,8063 96,3082 92,5743 Coeficiente de correlación -0,0444 -0,0073 0,0245 Se puede observar cómo la influencia del coeficiente cs, a priori, es mínimo, ya que los valores del coeficiente de correlación son muy pequeños y hasta el signo es distinto entre los distintos indicadores. Se tendrá que estudiar si la influencia es mínima de por sí, si es importante pero menos que otros factores (como la velocidad y la distancia) o si influye en otros parámetros y no directamente en las vibraciones. Por último, destacar que los valores de media y varianza en este caso son distintos a los de la comparativa con velocidad y distancia, ya que, como se ha explicado antes, en este caso existen menos datos en la nube de puntos, debido a que no en todos los ensayos se midieron las características del suelo. 4.5 Tipo de tren La última variable que se va estudiar por separado es el tipo de tren. Se ha decidido observarlo sólo respecto al Índice Law, ya que, como se podrá observar, esta variable tiene muy poca influencia sobre las vibraciones dado que la varianza de los resultados para un mismo tren es muy grande. Se ha representado la nube de puntos correspondiente a los resultados del ensayo y la media de cada tren. Los resultados obtenidos al comparar el tipo de tren respecto al Índice Law son los siguientes: 62 Figura 4-10 Índice Law frente al tipo de tren (en azul la media) 63 Antes de realizar una reflexión, se considera conveniente calcular la media y la varianza de los datos obtenidos de cada tren. Tabla 4-6 Medias y varianzas de los índices Law de cada tipo de tren Tipo de tren Media [dB] Varianza [(dB)2] S100 71,03 412,55 S103 49,16 537,91 L252 77,03 781,75 Talgo 58,37 863,18 S730 49,46 860,28 Mercancias 54,53 734,35 MD 46,58 526,85 Regional 40,26 531,65 S130 44,26 96,84 TGV Doble 64,63 342,91 TGV Duplex 64,12 175,77 TER AGC 59,61 153,85 S594 75,63 145,32 LS58 95,36 834,06 Para empezar, al ver la gráfica, se puede observar cómo existen varios tipos de trenes (como el Talgo o el S730) en los que hay varios grupos de resultados con Índices Law bastante diferentes, lo que se puede considerar que es consecuencia de que o bien se tratan de resultados de distintos ensayos en los que las distancias o velocidades eran muy distintas entre ellos, o bien corresponden a un mismo ensayo pero las distancias o velocidades eran muy diferentes en ese ensayo (situación que a priori no existe en el estudio). Estos resultados son los que tienen grandes varianzas, como se contempla en la Tabla 4-2. Por otro lado, se pueden observar tipos de trenes que se encuentran en un solo ensayo, como el TER AGC, y siguen teniendo una varianza considerable. Por último, cabe destacar que, salvo algunas excepciones, en muchos de los ensayos suele aparecer siempre el mismo tipo de tren, y, viendo las varianzas tan altas que se alcanzan, se puede concluir que el tipo de tren tiene una influencia muy pequeña, en comparación con las otras variables, en el nivel de vibración producido. Se podría concluir diciendo que, si se quisiera estudiar la influencia del tipo de tren con exactitud, se tendría que realizar un ensayo con los distintos tipos de tren medidos a una misma distancia, en un mismo lugar y todos pasando a una misma velocidad. 4.6 Velocidad de paso del tren y distancia del acelerómetro Las primeras dos variables que se van a estudiar a la vez son la velocidad de paso del tren y la distancia del acelerómetro. Para estudiar estas dos variables a la vez, se ha realizado dejando fija otra variable, como es el coeficiente cs del suelo. Se han tomado cinco casos distintos, todos con el mismo cs, y se ha estudiado cómo varían las vibraciones en función de, por un lado la distancia al acelerómetro y por otro lado la velocidad de paso del tren. Para este caso se ha elegido como indicador del nivel de vibración el Índice Law. 64 El primero de los casos elegidos es el de Arroyo de las Piedras, en el que se le midieron las vibraciones a tres trenes que tenían la misma velocidad. En este caso sólo se puede estudiar la variación respecto a la distancia, pero parece de interés este caso. Tabla 4-7 Media, varianza y coeficiente de correlación de los Índices de Law del ensayo de Arroyo de las Piedras D[m]/v[km/h] 252 252 252 1 7,20E+01 70,2835178 71,91477284 3 73,6374855 67,27966681 71,55806433 5 74,1074131 64,49036452 71,91418482 8 71,8662547 61,33674692 69,38733688 10 69,4618321 59,91104608 66,16888271 15 24,7016891 14,01830108 21,54503615 25 19,7528511 10,74852095 18,23906604 35 14,9265517 6,876247738 13,87385907 Media 52,5614586 44,36805149 50,57515036 Varianza 745,000329 798,2854042 740,4905815 Desviación típica 27,2946942 28,25394493 27,21195659 Porcentaje en el i. de confianza 100 100 100 Coef. Correlación -0,9060352 -0,909595339 -0,904126131 65 Figura 4-11 Índice Law frente a la distancia al acelerómetro en el ensayo en Arroyo de las Piedras 66 Si se observa la tabla4-6 se puede observar cómo para empezar, siendo un ensayo en el que el cs no varía, midiendo las vibraciones producidas por tres trenes con la misma velocidad y siendo el mismo tipo de tren, se obtienen aceleraciones distintas (muy similares pero no iguales). Esto significa que, aun teniendo las mismas características, las mediciones no son exactas, ya sea por el ruido de fondo, por error del instrumento… También se puede observar que, el coeficiente de correlación entre la distancia del acelerómetro y la aceleración máxima es muy cercano a -1(correlación negativa perfecta), lo que quiere decir que existe una relación inversa de proporción constante entre ambas variables. El segundo de los casos que se va a estudiar es el de Bruselas, en el cual si existen distintas velocidades de paso y distintas distancias a las que se mide. 67 Tabla 4-8 Media, varianza y coeficiente de correlación los Índices de Law del ensayo de Bruselas V[km/h]/d[m] 6 8 12 16 24 32 40 56 72 Media Varianza Desviación típica Porcentaje en i. de confianza Coef. correlación 223 76,3523 75,3590 72,8470 66,1756 69,5035 69,1434 58,6024 57,0836 57,7729 66,9822 57,1325 7,5586 100 -0,9011 256 84,5385 78,3558 76,1948 69,8994 70,5844 68,3744 61,1966 58,2178 56,6100 69,3302 89,2664 9,4481 100 -0,9337 265 76,5379 77,5438 71,5753 66,7631 68,7888 68,4791 59,7322 56,4476 57,1621 67,0033 61,1849 7,8221 100 -0,9168 271 86,0685 78,8587 74,8263 70,3552 71,9682 70,5371 65,5557 61,5453 59,1993 70,9905 70,4143 8,3913 100 -0,9128 272 77,1022 76,1689 73,4085 69,7089 70,8354 69,1451 61,5132 58,2851 57,7305 68,2108 54,0783 7,3538 100 -0,9559 289 86,6542 79,4391 75,1076 72,1694 71,3611 69,9009 62,0525 59,0601 59,6151 70,5956 85,8265 9,2643 100 -0,9089 300 86,8606 81,3229 75,7066 70,3718 71,0282 71,2120 64,9891 61,3043 59,0302 71,3140 81,6550 9,0363 100 -0,9084 302 87,7621 80,4950 76,2018 72,1786 73,0204 70,7250 66,6966 62,0796 59,0675 72,0252 79,3431 8,9075 100 -0,9270 314 77,0240 74,5295 70,4920 65,6626 67,6059 67,8418 61,0213 56,7817 57,2216 66,4645 50,6783 7,1189 100 -0,9170 Media 82,1000 78,0081 74,0400 69,2539 70,5218 69,4843 62,3733 58,9783 58,1566 Varianza 26,4844 5,3477 4,2922 6,0897 2,7426 1,3722 7,6139 4,6879 1,1739 Desviación típica 5,1463 2,3125 2,0718 2,4677 1,6561 1,1714 2,7593 2,1652 1,0835 Porcentaje en i. de confianza 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Coef. Correlación 0,3873 0,3338 0,0456 0,3170 0,1096 0,2453 0,5838 0,3878 0,3588 68 Figura 4-12 Índice de Law frente a la distancia al acelerómetro y velocidad de paso en el ensayo de Bruselas 69 Lo primero que se puede observar de la tabla 4-7 es que la media de las vibraciones conforme aumenta la distancia va disminuyendo, mientras que con la velocidad va aumentando en general, aunque en el caso de la distancia se puede observar mejor. En cuanto al coeficiente de correlación se puede observar que, al dejar cs fijo, los coeficientes de correlación son bastante buenos, aunque mucho más en el caso de la distancia. De aquí se pueden sacar dos conclusiones: el coeficiente cs influye bastante, ya que al dejarlo fijo aumenta el coeficiente de correlación respecto a la distancia y la velocidad de paso muchísimo; y que la distancia es el factor que más afecta, ya que la correlación que existe entre la distancia y la aceleración es mayor en general que la que existe entre la velocidad del tren y la aceleración. Se van a presentar ahora los otros dos casos en los que se ha estudiado la velocidad y la distancia a la vez, para sustentar las conclusiones que se han sacado de los otros dos casos que se acaban de estudiar. Estos tres casos son el de Córdoba y el de Reugny. Se van a presentar primero las dos tablas en las que se ha calculado la media, la varianza y el coeficiente de correlación y después las dos gráficas donde se representan distancias, velocidades y aceleraciones. 76 Se ha calculado también la media, la varianza y el coeficiente de correlación respecto al suelo y al coeficiente cs del terreno. Tabla 4-11 Media, varianza, desviación típica y coeficiente de correlación del Índice Law para una distancia de 15m Media Varianza Desviación típica Coef. Correlación cs Coef correlación velocidad Porcentaje en el i. de confianza 51,29 141,79 11,9077 -0.4085 0.7821 100 Lo primero que se puede observar que, al ser el coeficiente de correlación del Índice de Law y la velocidad de paso positivo, es que, como ya se ha explicado antes, la vibración aumenta proporcionalmente a la velocidad de paso. Por otro lado, se puede observar como la vibración disminuye al aumentar el coeficiente cs , hecho que no se podía observar sin la distancia fija. En el apartado 4.4 se llegaba a la conclusión de que el coeficiente cs del suelo no tenía una incidencia directa en el nivel de vibración medido en los ensayos. Donde sí se puede observar la influencia del coeficiente cs es cuando dejamos fija la distancia (factor que más influye en la vibración). En el apartado 4.3 se mencionaba la Tesis doctoral de Pedro Galvín Barrera, “Análisis numérico y experimental de las vibraciones ocasionadas por el paso de trenes de alta velocidad en el suelo y en estructuras cercanas a la vía”, en la cual se explica cómo las vibraciones aumentan al acercarse la velocidad de paso a la velocidad crítica del tren (la cual se encuentra entre la velocidad de propagación de las ondas de Rayleigh y la velocidad de propagación de las ondas S en el suelo). El problema que se presenta en el estudio es que sólo existe un caso de velocidad de paso en el que es superior a la velocidad de propagación de ondas S, que es en el caso de Bruselas cuyo suelo tiene un coeficiente medio de velocidad de propagación de ondas cs=213.29m/s. En el resto de casos la velocidad del tren es mucho menor que la velocidad de propagación de ondas S. Por lo que, en el presente estudio sólo se puede concluir que, al aumentar la velocidad aumentan las vibraciones medidas, ya que en la mayoría de los casos la velocidad de propagación de las ondas es mucho mayor, por lo que conforme aumenta la velocidad de paso del tren, el valor se va acercando al de propagación de onda. 4.8 Distancia del acelerómetro y velocidad de propagación de las ondas S del suelo Las últimas dos variables que se van a estudiar a la vez son la distancia del acelerómetro y velocidad de propagación de ondas S del suelo. Se han representado estas dos variables en función el Índice de Law, que es el indicador que se ha elegido para este caso. Estas dos variables se han estudiado dejando como valor fijo la velocidad de paso del tren para tres casos: v=50km/h, v=100km/h y v=250km/h. Se han elegido estos valores de velocidad porque son las velocidades para las que los grupos de datos eran mayores. Para cada caso se han tomado valores de velocidad 10km/h por encima y 10 km/h por debajo para aumentar el número de casos. Las gráficas obtenidas son las siguientes: 77 Figura 4-16 Índice Law frente al coeficiente cs del terreno y la distancia del acelerómetro, para una velocidad de 50km/h 78 Figura 4-17 Índice Law frente al coeficiente cs del terreno y la distancia del acelerómetro, para una velocidad de 100km/h 79 Figura 4-18 Aceleración máxima frente al coeficiente cs del terreno y la distancia del acelerómetro, para una velocidad de 250km/h 80 Se han calculado también la media, la varianza y el coeficiente de correlación de las vibraciones. Tabla 4-12 Media, varianza y coeficiente de correlación del Índice Law para una velocidad de 50km/h Media Varianza Desviación típica Porcentaje en el i. de confianza Coef. Correlación cs Coef. Correlación distancia 51,05 115,32 10.74 94,18 0,0545 -0,2762 Tabla 4-13 Media, varianza y coeficiente de correlación del Índice Law para una velocidad de 100km/h Media Varianza Desviación típica Porcentaje en el i. de confianza Coef. Correlación cs Coef. Correlación distancia 53,09 92,27 9,61 95,60 0,1613 -0,1269 Tabla 4-14 Media, varianza y coeficiente de correlación del Índice Law para una velocidad de 250km/h Media Varianza Desviación típica Porcentaje en el i. de confianza Coef. Correlación cs Coef. Correlación distancia 73,71 138,81 11,78 100,00 0,5277 -0,9074 Lo primero que se puede observar es que, ocurre lo contrario a lo explicado en el apartado anterior, las vibraciones aumentan al aumentar el coeficiente cs del suelo. Esto ocurre debido a que, al estar ligado el coeficiente cs con la velocidad, si dejamos la velocidad fija, la influencia del coeficiente cs carece de sentido. Además, si se observa el caso de velocidad de 50km/h se puede ver como el coeficiente de correlación es muy pequeño, mucho más pequeño que cuando se dejaba la distancia cómo factor fijo. Esto es una prueba más de cómo la distancia es el valor que más influye en la vibración. En cuanto al coeficiente de correlación entre la distancia y las vibraciones, se puede seguir observando lo mismo que a lo largo que todo el trabajo, aunque algo más bajo que en otros casos. 81 5 CONCLUSIONES Y DESARROLLOS FUTUROS A lo largo de las últimas dos décadas ha surgido un importante interés por conocer y atenuar las vibraciones producidas por el paso de trenes. Este interés se ha plasmado en distintos trabajos en los que se ha basado este estudio (como bien se ha podido observar en el Capítulo 2). Estos trabajos se basaban en conocer cómo y en qué medida afectaban distintos factores a las vibraciones producidas. Hay factores que a priori se podía conocer cómo afectaban, pero no cuanto ni cómo interactuaban con los otros factores. Después de todo el análisis realizado, se pueden realizar las siguientes reflexiones. La distancia es la variable que, a priori, tiene más peso en cuanto al nivel de vibración se refiere, ya que en todas las gráficas se ha mostrado cómo siempre todos los niveles máximos de vibración se daban para puntos no muy alejados de la vía. El coeficiente de correlación ha tenido siempre un valor muy alto en todos los casos estudiados. La velocidad y el coeficiente de propagación de ondas están relacionados, pero, al no tener para un mismo suelo (mismo cs) velocidades que estén por encima y por debajo de cs, no se puede apreciar su influencia. Sin embargo, como se ha presentado antes, al ser las velocidades en la mayoría de los casos, menores que cs, al ir aumentado la velocidad (al ir acercándose a cs) aumenta el nivel de vibración. Sería de interés también estudiar el caso en el que la velocidad aumenta alejándose de cs y ver cómo varía. El coeficiente cs es un factor que, como se ha dicho, afecta a la velocidad, pero como se ha podido observar en la comparación con la distancia, al aumentar la velocidad de propagación de ondas S, disminuye el nivel de las vibraciones, debido a que en principio tendría una velocidad crítica mayor, haciendo que las velocidades estén más alejadas de la velocidad crítica y haciendo que disminuyan las vibraciones. El tipo de tren es una variable que influye poco, y para estudiarlo habría que tener un ensayo más concreto. Este trabajo se puede utilizar también para comparar los distintos índices que se usan para medir las vibraciones: En cuanto al número de datos que se encuentran dentro del intervalo de confianza (tabla 5-1) se puede observar como todos tienen un valor bastante alto, por lo que este dato no es relevante a la hora de comparar índices: Tabla 5-1 Porcentaje de puntos (%) dentro del intervalo de confianza a la hora de representar Aceleración máxima, Índice Law e Índice K frente a la distancia, la velocidad de paso y el cs medio del suelo Aceleración máxima Índice Law Índice Distancia 96,2252 96,3873 95,5499 Velocidad 95,5854 98,1214 96,3764 Cs medio 92,8063 96,3082 92,5743 82 Por otro lado, en el caso del coeficiente de desviación se obtiene la siguiente tabla (5-2): Tabla 5-2 Coeficiente de desviación de Aceleración máxima, Índice Law e Índice respecto a la distancia, la velocidad de paso y el cs medio del suelo Aceleración máxima Índice Law Índice K Distancia -0,4498 -0,3492 -0,2661 Velocidad 0,2517 0,6226 0,425 Cs medio -0,0444 -0,0073 0,0245 De esta tabla se pueden sacar distintas conclusiones:  Para representar la variación respecto la distancia el mejor indicador es la aceleración, aunque los otros dos indicadores son también bastante representativos.  Para representar la variación respecto a la velocidad, el índice Law es el mejor indicador.  El cs medio no tiene una influencia a priori clara, por lo que se puede sacar ninguna conclusión en este caso. Por último, a la hora de comparar los distintos índices, se ha calculado la dispersión relativa o coeficiente de variación, para observar que coeficiente es el que ofrece menos dispersión de los resultados. Se ha calculado como la desviación estándar entre la media aritmética, obteniéndose los siguientes resultados: Tabla 5-3 Coeficiente de variación de Aceleración máxima, Índice Law e Índice respecto a la distancia, la velocidad de paso y el cs medio del suelo Aceleración máxima Índice Law Índice K Coeficiente de variación (%) 8,423326134 35,95674894 228,2954545 Se puede observar en la tabla 5-2 como el índice que ofrece menos variación es la aceleración máxima. En definitiva, el índice que se debería elegir para representar la cómo varían las vibraciones respecto a algún parámetro, depende del parámetro que se vaya a elegir, aunque todos ofrecen unos buenos resultados. Como última reflexión, decir que, al ser los ensayos de los que se ha partido muy distintos (velocidades muy distintas, distancias distintas…) no se puede observar con claridad la influencia de las variables en el nivel de vibración. Si se compara con un caso ideal, en el que se tuviera ensayos en distintos lugares con los mismos trenes a las mismas velocidades y abarcando estas un rango más o menos mayor y medidas las aceleraciones a la misma distancia, se podría obtener una idea más clara de la influencia de cada parámetro. De todas formas, con los datos de partida de los que se disponía, y al ser un estudio estadístico, se puede observar la influencia de los parámetros en una medida bastante aceptable. Lo último a destacar es que, como desarrollo posterior a este trabajo, se podría realizar otro de la misma forma, pero aumentando el número de datos, para poder estudiar mejor la influencia del coeficiente cs del suelo y del tipo de tren, que son los datos de los que menos conclusiones se ha podido sacar, ya que la variabilidad de estos en los ensayos utilizados es muy poca. 83 84 ANEXOS 1. Código de MATLAB %Tratamiento de datos %Manuel Jesús Cartes Cumbreras close all clear clc addpath ./toolbox estructuras=['bruselas';... 'cordarro';... 'cordcord';... 'cordeci1';... 'pale10aa';... 'pale10bb';... 'pale10cc';... 'pale11aa';... 'pale11bb';... 'pale11cc';... 'reugnyfr';... 'saintepa';... 'zamozo11';... 'zamozo21';... 'zamozo61';... 'orens4_1';... 'orens6_1';... 'orens7_1';]; procetime=1; procefreq=1; proceterc=1; procelaw=1; nestr = size(estructuras,1); titles=char('time',... 'freq',... 'terc',... 'law'); for iestr=1:nestr load(estructuras(iestr,:)); datafolder=eval(strcat(estructuras(iestr,:),'.dirdata')); datafile=strcat(datafolder,'data'); load(datafile); ntrain=size(data,1); ndista=size(data,2); ndire=size(data,3); nt=size(data,4); distance=eval(strcat(estructuras(iestr,:),'.distance')); v=eval(strcat(estructuras(iestr,:),'.speed')); 85 nametrain=eval(strcat(estructuras(iestr,:),'.train')); cs=eval(strcat(estructuras(iestr,:),'.soil.cs')); cp=eval(strcat(estructuras(iestr,:),'.soil.cp')); h=eval(strcat(estructuras(iestr,:),'.soil.h')); dam=eval(strcat(estructuras(iestr,:),'.soil.dam')); unit=eval(strcat(estructuras(iestr,:),'.unit')); fs=eval(strcat(estructuras(iestr,:),'.fs')); time=1/fs:1/fs:1/fs*nt; %Dominio del tiempo %Pinta las figuras y las guarda si procetime==1 if procetime for itrain=1:ntrain for idista=1:ndista for idir=1:ndire idata = squeeze(data(itrain,idista,idir,:)); if max(abs(idata))>0 figure plot(time,squeeze(data(itrain,idista,idir,:)),... 'Color',[0.0 0.0 0.0],'LineWidth',1,'LineStyle','-') [a,b]=max(abs(squeeze(data(itrain,idista,idir,:)))); xlabel('Time [s]') if unit=='acel' ylabel('Acceleration [m/s^2]') else if unit=='velo' ylabel('Velocity [m/s]') end end if (a>0) ylim([-a*1.2 a*1.2]) xlim([(b/fs-5) (b/fs+5)]) end legend(strcat(nametrain(itrain,:),' Dist '... ,int2str(distance(idista)),' Dir ',int2str(idir))) title(strcat(estructuras(iestr,:))) print('-djpeg',strcat(estructuras(iestr,:),... '_',nametrain(itrain,:),'_',int2str(itrain),'_Dist_',... num2str(round(distance(idista))),'_Dir_',int2str(idir)... ,' ',titles(1,:))) end end end end end %Dominio de la frecuencia %Pinta las figuras y las guarda si procefreq==1 DATAF=zeros(ntrain,ndista,ndire,nt); %Filtrado %Response below 125Hz