Los investigadores del grupo Estudio, Ingeniería y Experimentación de Estructuras de la Escuela de Ingenieros de la Universidad de Sevilla han creado un modelo numérico tridimensional, hasta ahora inexistente, para predecir mediante un software las vibraciones que producen los trenes de Alta Velocidad (AVE) tanto en el suelo como en las estructuras de los alrededores de la vía.
El auge de las líneas de AVE es un hecho en Europa y, sobre todo, en España donde “ya hay 2.500 kilómetros de líneas AVE, y en 2020 nos convertiremos en el primer país del mundo, por encima de Japón, en líneas de alta velocidad con 10.000 kilómetros”, explica Pedro Galvín, responsable del proyecto junto a José Domínguez Abascal.
Esta nueva realidad ha suscitado nuevas necesidades. “Con las líneas de alta velocidad aparecen problemas que no aparecían con los trenes convencionales. El nivel de las vibraciones inducidas puede ser mayor. Y aunque esto no quiere decir que cuanto mayor es la velocidad del tren, mayor el nivel de vibración, si que se puede alcanzar la velocidad crítica en la que se produce el máximo de nivel de vibraciones. Esta velocidad crítica depende fundamentalmente del tipo de terreno por donde se mueve el tren. Esto se puede explicar recurriendo a la analogía del suelo con el agua. Cuando sobre el mar se mueve un bote a remos, vemos que su avance provoca olas, que se propagan hasta la orilla con determinada velocidad. Este bote a remos puede verse como un tren circulando a velocidad convencional, y las olas son las vibraciones que produce. Si nos fijamos en una lancha a motor, vemos que la altura de las olas que provoca en su avance es mucho mayor. Esta lancha a motor sería como un tren de alta velocidad, y en el caso del suelo sucede lo mismo, pero esas ‘olas’ son más difíciles de ver”, aclara Galvín.
“Estas vibraciones pueden ocasionar daños -en las estructuras y edificios cercanos a la vía-, afectar a centros de trabajo, como los laboratorios, que pueden notarlo en sus equipos de precisión, y producir cambios en la vida de los habitantes cercanos a la vía-como alteraciones de sueño-”. Por eso, los responsables de la infraestructura ferroviaria tienen que hacer análisis vibratorios previos a la construcción.
Ésta es la razón por la que el grupo de Estructuras Hispalense se puso manos a la obra para crear un modelo expreso que sirviera para hacer predicciones de vibraciones previamente a la construcción, con más precisión que los existentes. “La novedad que aporta nuestro modelo frente a otros ya existentes son las tres dimensiones. Se trata de un modelo tridimensional. El resto de países (Gran Bretaña, Alemania, Francia y Bélgica) usan modelos bidimensionales”, asegura Pedro Galvín. “Con nuestro modelo podemos representar todas las características del suelo, el efecto de las traviesas y todo tipo de discontinuidades existentes a lo largo de la vía. Es un modelo más afinado y completo porque se pueden introducir más parámetros”.
En los modelos bidimensionales, en la dirección de la vía, por ejemplo, “no se tienen en cuenta las variaciones del territorio. La geometría y propiedades de la vía y sus alrededores en este tipo de modelos es la misma a lo largo de toda la traza”.
Además de elementos finitos (que se usan para modelizar el tren, el carril, las traviesas, el balasto, la placa, las estructuras) que utilizan los modelos numéricos ya existentes, este grupo de investigación introduce los llamados “elementos de contorno, que nos permiten representar el suelo modelando la superficie del mismo. Esta metodología resuelve el problema de la modelización del suelo a lo largo del trayecto”.
Después de crear el modelo, han comprobado su eficacia en líneas de tren ya existentes como en el trazado de la línea AVE Málaga-Córdoba, y en algunas líneas francesas y belgas.
“Utilizando este método de análisis numérico antes de construir una línea AVE podemos detectar posibles problemas y proponer mejoras en la construcción de la línea para mitigar las vibraciones, como el uso de mantas elastoméricas bajo las vías. Además, este modelo no es exclusivo de las vías AVE. También puede utilizarse en la construcción del metro o para trenes convencionales”.
De hecho, además de trabajar con ADIF (Administrador de Estructuras Ferroviarias), el Ministerio de Fomento y con el CEDEX, también colaboran con la empresa Acciona en el trazado del Metro de Granada.
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