Método para el diagnóstico del nivel de transmisión de vibraciones desde una superficie de tránsito de vehículos ferroviarios y banco de ensayo para su implementación.

El método está basado en la toma de unas mediciones de intensidad de vibración en una zona inmediata a la prevista para el paso de vehículos ferroviarios y en un punto distante, a evaluar, susceptible de ser afectado por la vibración, tomando en este último unas mediciones durante el paso de los vehículos y en ausencia de su tránsito para obtener por comparación de las intensidades de vibración mediciones la función de transferencia de vibración desde la zona de paso de trenes al citado punto distante. El método comprende generar con un banco de ensayo en la zona prevista para el paso de los vehículos ferroviarios unas vibraciones aleatorias con un contenido frecuencial análogo al derivado de las vibraciones producidas por la circulación de un vehículo ferroviario y con una magnitud de dichas vibraciones controlado para asegurar que las vibraciones generadas puedan ser detectadas en el citado punto distante.

Método para el diagnóstico del nivel de transmisión de vibraciones desde una superficie de tránsito de vehículos ferroviarios y banco de ensayo para su implementación.

Campo de la invención

La presente Invención concierne a un método para el diagnóstico del nivel de transmisión de vibraciones a través del terreno desde una superficie de tránsito de vehículos ferroviarios a una zona distante, en general una zona habitada o con instalaciones a proteger, susceptible de ser afectada por tales vibraciones sin necesidad de un tránsito real de vehículos ferroviarios.

La presente invención también concierne a un banco de ensayo para generar vibraciones análogas a las producidas por el paso de trenes y transmitirlas a tal superficie de tránsito de modo que las vibraciones pueden ser medidas en la zona distante en ausencia de un tránsito real de vehículos ferroviarios.

El banco de ensayo puede ser transportado y adaptado a distintos emplazamientos y regulado para simular vibraciones producidas por diferentes tipos de trenes o vehículos ferroviarios, lo que permite predecir el nivel de vibración ocasionado por el paso de los vehículos ferroviarios antes de que se produzca una circulación real de los mismos e incluso antes de que las vías u otras superestructuras estén instaladas, evitando así los ensayos con vehículos o prototipos reales.

El método basado en el uso de tal banco de ensayo permite así caracterizar el terreno en relación con el nivel de transmisión de vibraciones generadas por el paso de trenes desde tales superficies de tránsito a zonas próximas, proporcionando un diagnóstico particularmente útil para decidir el tipo de vía más adecuado a instalar en dicha superficie de tránsito con el fin de garantizar una atenuación de las vibraciones en las zonas próximas a proteger, en particular para cumplir las normativas nacionales e internacionales relacionadas con el impacto ambiental, la contaminación acústica generada por las vibraciones transmitidas, etc.

La invención encuentra una aplicación en general en plataformas, túneles y puentes de vías férreas próximas a zonas habitadas (edificios de viviendas) o instalaciones a proteger, y más en particular en túneles de ferrocarril suburbano.

Antecedentes de la invención

El estudio de las vibraciones provocadas por el paso de un tren suburbano (metro) u otros tipos de trenes es muy importante dado que tales vibraciones pueden provocar molestias a los habitantes de zonas próximas, tanto por la percepción directa de las vibraciones como por el ruido que las mismas inducen por resonancias en cristales, paneles, falsos techos, etc., pudiendo generar en los casos más extremos desperfectos en los edificios y estructuras próximos a la vía ferroviaria debidos tanto a las vibraciones transmitidas directamente como a las vibraciones incluidas.

El análisis de las vibraciones es complejo y requiere tener en cuenta distintos parámetros, tales como el tipo de fuente que ocasiona la vibración y las condiciones del terreno que define el camino de propagación. En el caso de un ferrocarril suburbano o de otro tipo, la fuente que genera la vibración se puede considerar una fuente multipuntual, donde cada uno de los bogíes actúa como una fuente en movimiento, incrementando ello la complejidad del análisis. Además se ha de tener en consideración la variabilidad de las características geológicas del terreno así como la influencia de la frecuencia de la vibración en el proceso de atenuación durante la propagación de la vibración en el terreno.

En la actualidad, el estudio de la propagación de vibraciones generadas, por ejemplo, por un ferrocarril suburbano se realiza cuando tanto la infraestructura (túnel y la plataforma) está construida como la superestructura (vías, catenaria o carriles de suministro de corriente y otros equipos), está instalada y permite el tránsito de vehículos ferroviarios. Se suelen realizar dos series de mediciones, una primera serie se realiza durante el paso de un tren suburbano y la otra serie se realiza en ausencia de circulación de trenes, para poder distinguir las vibraciones ocasionadas por la circulación de vehículos ferroviarios de las vibraciones derivadas de otras causas, como por ejemplo las actividades industriales locales o el tránsito de vehículos por las calles. Como es conocido, los vehículos que circulan por las calles con ruedas neumáticas no generan apenas vibraciones, salvo en los casos en que existan juntas o escalones en la calle, aunque incluso en este último caso el problema principal es el ruido.

Por los documentos BE1014836, EP688902 y WO 02/02383, se conocen diversas alternativas para el problema citado, si bien siempre están basados en unidades embarcadas en un vehículo ferroviaria, aunque sea muy simple, lo que hace necesario que la superestructura esté instalada, por lo que dichas propuestas son completamente distintas de la que es objeto de esta invención.

Así, a diferencia del banco de ensayo descrito en la BE1014836, una de las principales ventajas del banco de ensayo propuesto es que permite hacer el análisis y las medidas de las vibraciones sin necesidad de que ningún vehículo ferroviario esté circulando, por lo que la preparación de la superficie o terreno a diagnosticar es mínima. Esto por un lado supone una reducción del tiempo necesario para tomar las mediciones, y por otro permite hacer el estudio de vibraciones antes de que la línea ferroviaria se ponga en funcionamiento, permitiendo incluso realizar las mediciones (en el punto de instalación y en la zona distante a evaluar) sin necesidad de haber realizado la instalación previa de la vía en la superficie (por ejemplo dentro de un túnel). Por lo tanto el método y el banco de ensayo de la presente invención tienen un elevado potencial de aplicación durante la fase de construcción de nuevas líneas ferroviarias, tanto de ferrocarril suburbano como de superficie.

Breve exposición de la invención

La invención aporta un método para caracterización de superficies en relación con el nivel de vibraciones transmitido por el paso de trenes, en donde se utiliza un banco de ensayo, transportable, que simula el comportamiento de un vehículo ferroviario.

El método para el diagnóstico del nivel de transmisión de vibraciones de la presente invención utiliza, según una técnica conocida, la toma de unas mediciones de intensidad de vibración en una zona inmediata a la prevista para el paso de vehículos ferroviarios y en un punto distante, a evaluar (en general una zona habitada, edificio, o instalación), susceptible de ser afectado por la vibración, tomándose en este último punto unas primeras mediciones durante el paso de los vehículos ferroviarios y unas segundas en ausencia de su tránsito para obtener ulteriormente, por comparación de las intensidades de vibración de dichas primeras y segundas medidas la función de transferencia de vibración desde la zona de paso de vehículos ferroviarios al citado punto distante.

El método de la presente invención comprende generar mediante un banco de ensayo transportable unas vibraciones aleatorias en una zona de la superficie prevista para el paso de los vehículos ferroviarios, teniendo dichas vibraciones un contenido frecuencial análogo al derivado de las vibraciones producidas por la circulación de un vehículo ferroviario real (en general comprendidas entre 10 y 200 Hz y preferentemente entre 10 y 80 Hz) y una magnitud controlada para garantizar que las vibraciones generadas puedan ser detectadas en el citado punto distante por unos instrumentos de medida en sí conocidos. La intensidad de las frecuencias generadas se encuentra en general comprendida entre 0,09 y 0,20 mm/s.

De acuerdo con la invención, la generación de vibraciones en el citado banco de ensayo será producida por rodadura.

Como es bien sabido, la generación de vibraciones por causa del contacto rueda-carril proviene de las fluctuaciones de la fuerza de contacto provocadas por las irregularidades de perfil tanto de la rueda como del carril. Los parámetros que afectan a la magnitud de esta fluctuación son la carga por eje y en menor magnitud la velocidad del tren. Pero principalmente el estado de las ruedas. La existencia de zonas planas en el perfil de las ruedas ocasionadas por frenadas bruscas y desgastes irregulares generan fuertes fluctuaciones de fuerza que provocan vibraciones.

La presente invención también aporta un banco de ensayo transportable, que se instala en la superficie del terreno...

1. Método para el diagnóstico del nivel de transmisión de vibraciones desde una superficie de tránsito de vehículos ferroviarios, basado en la toma de unas mediciones de intensidad de vibración en una zona inmediata a la prevista para el paso de vehículos ferroviarios y en un punto distante, a evaluar, susceptible de ser afectado por la vibración, tomando en este último unas mediciones durante el paso de los vehículos y en ausencia de su tránsito para obtener por comparación de las intensidades de vibración mediciones la función de transferencia de vibración desde la zona de paso de trenes al citado punto distante, caracterizado porque comprende generar unas vibraciones aleatorias, con un contenido frecuencial análogo al derivado de las vibraciones producidas por la circulación de un vehículo ferroviario y con una magnitud de dichas vibraciones controlado para asegurar que las vibraciones generadas puedan ser detectadas en el citado punto distante, utilizando para ello un banco de ensayo, transportable, que se instala fijado al piso o superficie del terreno en una zona de interés para circulación de vehículos ferroviarios, siendo generadas dichas vibraciones, y controlada su magnitud por variación de la velocidad de giro y la carga de al menos un elemento rodante soportado sobre unos rodillos de giro libre en dicho banco de ensayo.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha vibración se genera por rodadura de al menos una rueda (5) con un perfil de rodadura con una serie de irregularidades conocidas o predefinidas, haciendo girar dicha rueda (5) con apoyo de su perfil de rodadura en un par de rodillos (3) de giro libre y ejes paralelos, accionada por un electromotor (14) a velocidades, aceleraciones y desaceleraciones controladas, para control de la magnitud de la vibración.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho piso es un piso de un túnel ferroviario.

4. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho piso es un piso de una vía férrea en cuya vecindad existen edificaciones o instalaciones diversas a controlar.

5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la gama de frecuencias de las vibraciones aleatorias generadas está comprendida entre 10 y 200 Hz.

6. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha gama de frecuencias de las vibraciones está comprendida entre 10 y 80 Hz.

7. Banco de ensayo para generación controlada de vibraciones, que comprende:

una bancada transportable (1, 2) configurada para una firme vinculación a una superficie de tránsito de vehículos ferroviarios mediante elementos de fijación amovibles;

al menos una rueda (5) asociada a un eje (4) soportado en dicha bancada transportable (1, 2);

al menos un par de rodillos de giro libre (3) distanciados soportados en la bancada transportable (1, 2) y sobre los cuales se apoya la citada rueda (5);

unos medios elásticos comprimibles dispuestos entre dicho eje (4) y la bancada transportable (1, 2) para empujar las rueda (5) contra los rodillos (3); y

unos medios de accionamiento (12, 13, 14) para accionar en giro el citado eje (4) a velocidades, aceleraciones y desaceleraciones controladas.

8. Banco de ensayo, según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha rueda (5) y/o al menos uno de dichos rodillos (3) tiene unas irregularidades conocidas o predeterminadas en su superficie de roda- dura.

9. Banco de ensayo, según la reivindicación 7 ó 8, caracterizado porque incluye unos medios de regulación para regular el grado de deformación de dichos medios elásticos comprimibles y con ello variar la presión ejercida por la rueda (5) contra los rodillos (3).

10. Banco de ensayo, según la reivindicación 9, caracterizado porque la bancada transportable (1, 2) comprende un bastidor inferior (1) previsto para ser fijado al suelo y que soporta los rodillos (3), y un bastidor superior (2) conectado a dicho bastidor inferior (1) y que soporta el eje (4), la ruada (5), los medios elásticos comprimibles, y dichos medios de accionamiento, estando dichos medios regulables configurados para variar una distancia de separación entre el bastidor superior (2) y el bastidor inferior (1) y con ello el grado de deformación de los medios elásticos comprimibles.

11. Banco de ensayo, según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha bancada transportable (1, 2) soporta en dos zonas extremas opuestas un par de dichas ruedas (5) unidas a dicho eje (4), el cual tiene fijada una rueda dentada (12) engranada con un piñón (13) accionado por un electromotor (14) sustentado por unos soportes intermedios de la citada bancada (1, 2), estando cada rueda (5) soportada sobre un correspondiente par de dichos rodillos (2).

12. Banco de ensayo según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha bancada transportable (1, 2) soporta dos de dichos ejes (4) paralelos, cada uno asociado a dos de dichas ruedas (5) en sus extremos, descansando cada rueda (5) en un correspondiente par de dichos rodillos (3), los cuales está instalados en unas zonas extremas opuestas de la bancada.

13. Banco de ensayo según la reivindicación 7, caracterizado porque la citada rueda (15), que es al menos una, es una rueda de ferrocarril, y los citados rodillos (2) donde apoya son rodillos metálicos.

14. Banco de ensayo según la reivindicación 11, caracterizado porque dicho electromotor (14) es un motor trifásico.

15. Banco de ensayo según la reivindicación 12, caracterizado porque el eje (4) tiene unos extremos soportados en unos soportes flotantes (16) dispuestos por debajo de unos respectivos travesaños (2a) del bastidor superior (2), y dichos medios elásticos comprimibles están incorporados en unos dispositivos de suspensión (8) dispuestos entre dichos travesaños (2a) del bastidor superior (2) y dichos soportes flotantes (16).