Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva,

que comprende, al menos, una pluralidad de amortiguadores (5), apoyados en las vigas auxiliares (6) y anclados a las mismas; y donde las vigas auxiliares (6) se encuentran ancladas al paramento interior (3b) del alzado del estribo (3), y empotradas en el mismo.

Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva.

Objeto de la invención

La presente invención describe un sistema de reacondicionamiento de puentes, particularmente de puentes de ferrocarril, mediante elementos de disipación pasiva con el objeto de reducir las vibraciones verticales inadmisibles, aumentando su amortiguamiento global, gracias a los disipadores fluido-viscosos (FVD) y disipadores visco-elásticos (VED).

Antecedentes de la invención

El comportamiento dinámico de puentes sometidos al paso de vehículos ferroviarios es un tema de creciente interés debido a la construcción de nuevas líneas de Alta Velocidad y a la posibilidad de un aumento en la velocidad de explotación de las líneas férreas existentes. Este tipo de trenes puede inducir fenómenos de resonancia en las estructuras de paso, especialmente en aquellas cuyos elementos resistentes principales son vigas simplemente apoyadas. El fenómeno resonante se produce cuando el tiempo de paso entre grupos de cargas consecutivos sobre una misma sección del puente es un múltiplo de alguno de sus períodos naturales. A medida que la velocidad de circulación se acerca a la de resonancia se produce un aumento de la amplificación dinámica de la respuesta que puede resultar en aceleraciones verticales inadmisibles. Éstas pueden empeorar el confort del viajero, desconsolidar la capa de balasto y, por consiguiente, aumentar las operaciones y el coste de mantenimiento e incluso incrementar el riesgo de descarrilamiento, tal y como han descrito miembros del Comité D-214 del European Rail Research Institute, como son L. Frýba (L. Frýba, Dynamic behaviour of bridges due to high-speed trains. Departamento de Engenharia Civil da FEUP, Workshop Bridges for High-Speed Railways, Porto, 2004, pp. 137-158) y F. Mancel (F. Mancel, Cedypia: Analytical software for calculating dynamic effects on railway bridges. Fourth European Conference on Structural Dynamics Eurodyn `99, Prague, 1999, pp. 675-680).

El reacondicionamlento de puentes o vigas sometidos a cargas móviles mediante elementos de disipación pasiva, ha sido tratado por varios autores. Kwon et al. (H. C. Kwon, M. C. Kim and I. W. Lee, "Vibration control of bridges under moving loads", Computers & Structures Vol. 66, pp. 473-480, 1998) investigan la posibilidad de instalar amortiguadores de masa sintonizada (TMD) en la sección central de vanos de 30-40 metros de longitud en puentes continuos. Según estos autores, el desplazamiento vertical llega a reducirse en un 21% pero las aceleraciones apenas se ven modificadas, achacándolo a que el tiempo de paso de las composiciones no es suficiente para alcanzar el régimen de vibración requerido en el TMD. Wang et al. (J. F. Wang, C. C. Lin and B. L. Chen, "Vibration suppression for high-speed railway bridges using tuned mass dampers", International Journal of Solid and Structures Vol. 40, pp. 465-491, 2003) a su vez estudian el reacondicionamiento con TMD de puentes con luces comprendidas entre 30 y 40 metros de la red de Alta Velocidad de Taiwán, sometidos a la circulación del I.C.E., el T.G.V. y el S.K.S. Concluyen que el sistema es eficaz sólo cuando las composiciones viajan a velocidades de resonancia, y analizan también los problemas de desintonización del amortiguador y la influencia de la variabilidad de las frecuencias del sistema al tener en cuenta la interacción vehículo estructura. Yau y Yang (J. D. Yau and Y. B. Yang, "Vibration reduction for cablestayed bridges travelled by high-speed trains", Finite Elements in Analysis and Design Vol. 40, pp. 341-359, 2004) proponen la instalación de un sistema formado por varios TMD estando cada uno de ellos sintonizado a una frecuencia. Finalmente, Das y Dey (A. K. Das and S. S. Dey, "Effects of tuned mass dampers on random response of bridges", Computers & Structures Vol. 43, pp. 745-750, 1992) estudian los efectos de instalar TMD en puentes sometidos a una excitación de tipo aleatorio.

Por otra parte, Minsili et al. (L. S. Minsili, T. Zhong, H. Xia and D. E. Manguelle, Design and vibration control by friction dampers in truss bridges, Botswana National Construction Industry Council, 2nd international conference on construction in developing countries: Challenges facing the construction industry in developing countries, Bostwana, 2002) proponen la aplicación de Conexiones de Fricción en puentes metálicos para reducir las vibraciones debidas a cargas móviles y sísmicas. Señalan que esta alternativa da lugar a una reducción importante de los desplazamientos estructurales, pero que las aceleraciones verticales experimentadas por la estructura reacondicionada pueden ser incluso superiores debido a la naturaleza de las fuerzas adicionales introducidas.

Algunos autores proponen también el empleo de materiales viscoelásticos (VE). Choo et al. (J. F. Choo, H. M. Koh, S. C. Kang and B. S. Kim, Vibration control of long-span high-speed railway bridges under periodic moving loading using viscoelastic damper, International association for bridge and structural engineering, Structures for high-speed railway transportation, 2003) llevan a cabo un programa experimental de ensayos en el que tratan de reducir la respuesta dinámica de una viga simplemente apoyada aprovechando la energía disipada por un material acrílico sometido a deformaciones tangenciales conectado a ésta.

Además, varios autores han contribuido desde el punto de vista puramente teórico al estudio del tipo de sistemas que esta patente propone. Oliveto et al. (G. Oliveto, A. Santini and E. Tripodi, "Complex modal analysis of a flexural vibrating beam with viscous end conditions", Journal of Sound and Vibration, Vol. 200, pp. 327-345, 1997) y Greco y Santini (A. Greco and A. Santini, "Dynamic response of a flexural non-classically damped continuous beam under moving loadings", Computers & Structures, Vol. 80, pp. 1945-1953, 2002) resuelven el problema dinámico de una viga continua con dos amortiguadores rotacionales viscosos puros situados en ambos extremos, estando el sistema sometido a una única carga móvil puntual y empleando una extensión del método de superposición complejo. Oniszczuk (Z. Oniszczuk, "Free transverse vibrations of elastically connected simply supported double-beam complex system", Journal of Sound and Vibration, Vol. 232(2), pp. 387-403, 2000) presentó la solución de la vibración libre de un sistema de viga doble de tipo general (dos vigas en paralelo conectadas mediante una capa de material viscoelástico). Vu et al. (H. V. Vu, A. M. Ordóñez, B. H. Karnopp, "Vibration of a double beam system", Journal of Sound and Vibration, Vol. 229(4), pp. 807-822, 2000) obtuvieron la solución para un sistema de viga doble formado por dos vigas idénticas y sometidas a la acción de una carga arbitraria. Oniszczuk (Z. Oniszczuk, "Forced transverse vibrations of an elastically connected complex simply supported double-beam system", Journal of Sound and Vibration, Vol. 264, pp. 273-286, 2003) resolvió el mismo problema que Vu et al. pero para vigas de tipo cualquiera y, finalmente, Abu-Hilal (M. Abu-Hilal, "Dynamic response of a double Euler-Bernoulli beam due to a moving constant load", Journal of Sound and Vibration, Vol. 297, pp. 477-491, 2006) resolvió el movimiento de un sistema similar al considerado por Vu et al. ante el paso de una carga móvil.

En lo referente a las vigas auxiliares, existen trabajos anteriores donde se han analizado sistemas con vigas formadas por cajones metálicos biapoyados. Dichos cajones metálicos presentan dos inconvenientes; por un lado la corrosión, agravada por su ubicación bajo el tablero del puente, cercana muchas veces a ambientes muy húmedos (puentes sobre cauces, etc); por otro lado la frecuencia de la viga biapoyada, que no es muy elevada debido a sus condiciones de contorno y a que gran parte de la masa de la viga se \hbox{encuentra formando parte de las dos almas que componen el cajón.}

Descripción de la invención

Para paliar los problemas arriba mencionados, se presenta el sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, objeto de la presente invención. Dicho sistema consiste en un acoplamiento del dispositivo de amortiguamiento con la superestructura del puente que permite aumentar el amortiguamiento de los tableros de puentes ferroviarios. Este sistema, además, comprende elementos de disipación pasiva, del tipo fluido-viscoso o visco-elástico, enlazados a vigas auxiliares...

1. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, caracterizado porque comprende, al menos:

una pluralidad de amortiguadores (5), apoyados en las vigas auxiliares (6) y anclados a las mismas; y donde las vigas auxiliares (6) se encuentran ancladas al paramento interior (3b) del alzado del estribo (3), y empotradas en el mismo.

2. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según reivindicación 1, caracterizado porque los amortiguadores (5) se anclan, en su parte superior, a la cara inferior de la losa (1b) del tablero (1).

3. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según reivindicación cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las vigas auxiliares (6) comprenden una zona aligerada (6b); y donde los extremos de dicha viga auxiliar (6) son macizos (6d).

4. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según reivindicación 3, caracterizado porque los extremos macizos (6d) de la viga auxiliar (6) se encuentran abrazados por un cajón macho (15) a modo de collarín.

5. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado porque los amortiguadores (5) se conectan con el ala inferior (7b) de la viga auxiliar (6) en su zona aligerada (6b).

6. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la viga auxiliar (6) se empotra en un cajón hembra (10) anclado al paramento interior (3b) del alzado del estribo (3).

7. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según reivindicación 6, caracterizado porque el cajón hembra (10) comprende, al menos:

una chapa inferior (12a), dos chapas laterales (12b) y una chapa superior (12c), unidas entre sí; y enlazadas con una chapa frontal (11), que va anclada al paramento interior (3b) del alzado del estribo (3); y donde además comprende una pluralidad de chapas rigidizadoras (13), dispuestas en la parte superior y en la parte inferior del cajón hembra (10), uniéndose dichas chapas rigidizadoras (13) a la chapa superior (12c), a la chapa inferior (12a) y a la chapa frontal (11).

8. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado porque los amortiguadores (5) apoyan directamente sobre el ala superior (7a) de la viga auxiliar (6), en su zona aligerada (6b).

9. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según reivindicación 8, caracterizado porque el amortiguador (5) dispone en su parte inferior de un orificio pasante, atravesado por un bulón (8c); dicho bulón (8c) atraviesa al mismo tiempo dos orificios pasantes practicados en dos chapas verticales (9c) que forman una orejeta; donde dichas chapas verticales (9c) se unen a una primera placa horizontal (9d), que va anclada por su cara inferior al ala superior (7a) de la viga auxiliar en su sección aligerada (6b) mediante elementos de sujeción (8d) que atraviesan completamente el ala superior (7a) de la zona aligerada (6b) de la viga auxiliar, fijados en su extremo inferior a una placa metálica horizontal (9e).

10. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según reivindicación 3, caracterizado porque los amortiguadores (5) apoyan por ambos lados de la viga auxiliar (6), a través de una pluralidad de cartelas (17), y donde dicho apoyo se realiza en la zona aligerada (6b).

11. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según reivindicación anterior, caracterizado porque cada amortiguador (5) dispone en su parte inferior de un orificio pasante, atravesado por un bulón (8e); dicho bulón (8e) atraviesa al mismo tiempo dos orificios pasantes practicados en las cartelas (17); cada una de las cartelas (17) se une a un angular metálico (9f) que va anclado al alma (7c) de la viga auxiliar en su zona aligerada (6b). La unión de la cartela (17) y el angular metálico (9f) se materializa mediante tornillos (8f); la unión del angular metálico (9f) y el alma (7c) de la viga auxiliar se materializa mediante elementos de sujeción (8g).

12. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según reivindicaciones 4 u 8, caracterizado porque el amortiguador (5) dispone en su parte inferior de un orificio pasante, atravesado por un bulón (8c); dicho bulón (8c) atraviesa al mismo tiempo dos orificios pasantes practicados en dos chapas verticales (9c) que forman una orejeta; donde dichas chapas verticales (9c) se unen a una primera placa (9e), que va anclada por su cara inferior al ala inferior (7b) de la viga auxiliar en su sección aligerada (6b) mediante elementos de sujeción (8d); estos elementos de sujeción (8d) atraviesan completamente el ala inferior (7b) de la sección aligerada (6b) de la viga auxiliar; la sujeción superior se realiza en la cara superior de un pequeño macizado de hormigón (20) interior al cajón, a través de unas segundas placas (9d).

13. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según reivindicación 8, caracterizado porque el amortiguador (5) dispone en su parte superior de un orificio pasante, atravesado por un bulón (8b); dicho bulón (8b) atraviesa al mismo tiempo dos orificios pasantes practicados en dos chapas metálicas verticales (9b), formando una orejeta; dichas chapas verticales (9b) se unen, preferentemente soldadas, a una placa metálica horizontal (9a), que va anclada por su cara inferior a la losa de hormigón in situ (1b) del tablero, mediante elementos de sujeción (8a).

14. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los amortiguadores (5) comprenden disipadores fluido-viscosos FVD.

15. Sistema de reacondicionamiento de puentes mediante elementos de disipación pasiva, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los amortiguadores (5) comprenden disipadores visco-elásticos VED.