Lectura Tesis Doctoral Joaquín Irazábal sobre simulación dinámica de balasto

Lectura Tesis Doctoral Joaquín Irazábal sobre simulación dinámica de balasto

El próximo 6 de octubre CIMNE presentará la Tesis Doctoral de Joaquín Irazábal sobre la simulación dinámica de balasto.

Numerical analysis of railway ballast behaviour using the Discrete Element Method.

Autor: IRAZÁBAL GONZÁLEZ, JOAQUÍN

Director de tesis: OÑATE IBAÑEZ DE NAVARRA, EUGENIO

Resumen de tesis: El desarrollo de las líneas de alta velocidad ha aumentado significativamente durante los últimos veinticinco años, dando lugar a cargas más exigentes sobre las infraestructuras ferroviarias. La mayor parte de estas infraestructuras se construyeron con balasto, que es una capa de material granular colocada bajo las traviesas cuyas funciones principales son: resistir las cargas verticales y horizontales repartiéndolas sobre la plataforma y soportar las acciones climáticas. 

Además, se encontró que el Método de Elementos Discretos es muy eficaz para el cálculo de problemas de ingeniería que implican materiales granulares. Por estas razones se decidió que el objetivo principal de la tesis fuera el desarrollo de una herramienta de modelación numérica basada en el Método de Elementos Discretos que permita a los usuarios comprender mejor el comportamiento mecánico del balasto ferroviario. La primera tarea fue la revisión de las especificaciones que el balasto debe cumplir. A continuación, se analizaron las características del código de Elementos Discretos disponible, denominado "DEMPack". Después de esas revisiones, se encontró que el código necesitaba alguna mejora para poder reproducir correcta y eficientemente el comportamiento del balasto ferroviario. Las principales deficiencias identificadas en el código numérico estaban relacionadas con el contacto entre partículas y contornos planos y con la representación geométrica de un material tan irregular como es el balasto. Los contactos entre contornos rígidos y elementos discretos se tratan usando una nueva metodología llamada el "Double Hierarchy method". Este nuevo algoritmo se basa en la caracterización de contactos entre elementos rígidos (discretizados de forma similar a los elementos finitos) y elementos discretos esféricos. 

La descripción detallada del procedimiento se presenta a lo largo de la tesis. Además, también se muestra la validación del método y sus limitaciones. La representación de partículas irregulares utilizando el Método de Elementos Discretos se puede abordar desde diferentes enfoques geométricos. En este trabajo, se realizó una revisión de estos enfoques. 

Finalmente, se escogieron los métodos más adecuados: esferas con resistencia a la rodadura y clusters de esferas. La principal ventaja del uso de las esferas es su bajo coste computacional, mientras que los clusters de esferas destacan por su versatilidad geométrica. Se han desarrollado algunas mejoras para describir el movimiento de cada uno de los tipos de partículas, concretamente, la imposición de la resistencia a la rodadura y la integración de la rotación de clusters de esferas. En el curso de este trabajo también se analizó la forma de llenar volúmenes con partículas (esferas o clusters). El objetivo es controlar adecuadamente la granulometría inicial y la compacidad de la muestra. 

Después de comprobar el comportamiento del código numérico con tests simplificados, se emularon numéricamente algunos ensayos de laboratorio con balasto ferroviario. El objetivo era calibrar las propiedades del balasto y validar el código para representar con exactitud su comportamiento. Una vez calibradas las propiedades del material, se reprodujeron numéricamente algunos ejemplos de un tren pasando sobre una vía con balasto. Estos cálculos permiten demostrar las posibilidades de la herramienta numérica implementada.

 

https://doctorat.upc.edu/es/tesis/listados-de-tesis/tesis-autorizadas-para-lectura

 

 

No te lo pierdas:

6 de Octubre, a las 12:00 horas, 

Lugar: Sala de Seminarios OC Zienkiewicz de CIMNE en Barcelona

 

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