Efectos perjudiciales del viento lateral en la circulación de trenes de alta velocidad, propuesta y análisis de diferentes medidas de mitigación.

Abstract

RESUMEN

Este proyecto propone el estudio de la influencia del viento lateral sobre los trenes de alta velocidad, y mediante el análisis con dinámica de fluidos computacional poder ofrecer soluciones para mitigar estos efectos.

Con el aumento de la velocidad de circulación en los ferrocarriles y su aligeramiento en cuanto a peso por eje, es cada vez más importante el efecto de las cargas aerodinámicas producidas por los vientos laterales fuertes sobre los trenes. Estos vientos causan inestabilidades en el equilibrio lateral del vehículo que pueden perturbar el normal funcionamiento del tren, causar daños en las instalaciones o incluso accidentes por vuelco o descarrilamiento.

El objetivo de este proyecto es el de aportar, estudiar y evaluar soluciones que mitiguen los efectos de las cargas aerodinámicas producidas por el viento lateral, tales como barreras para-viento de diferentes morfologías. El estudio se centra en las condiciones geográficas y operativas de la L.A.V Madrid- Barcelona, seleccionándose las zonas más afectadas por los efectos del viento lateral y considerando en el estudio los dos trenes de alta velocidad que dan servicio en la línea, así como las infraestructura, tanto de terraplén como de viaducto.

Se han medido mediante análisis bidimensionales y aproximaciones estáticas, diferentes diseños de barreras para-viento, evaluando sus resultados numéricamente. Para ello se ha empleado un programa comercial de dinámica de fluidos computacional (CFD Computers Fluid Dynamics) que ha permitido un profundo análisis de las cargas aerodinámicas.

Las diferentes morfologías de barreras ensayadas, con múltiples alturas y soluciones aerodinámicas han permitido comparar distintas soluciones, y adaptar su forma a aquellas condiciones específicas que necesitan más protección, con lo que se han conseguido diseños de barreras óptimas, que consigue minimizar los esfuerzos aerodinámicos sobre la superficie del tren para cada una de las situaciones estudiadas. También se ha realizado una estimación de la viabilidad de las propuestas en base a las Especificaciones Técnicas de Interoperabilidad.

ABSTRACT

The present project, suggest the study of the influence of strong cross winds on high-speed trains, and how to draw conclusions to mitigate these effects by means of analysis with computer fluid dynamics.
Due to the high speed increase in the railway traffic and the lightening of the axis weight, the effect of the aerodynamic loads produced on the trains by strong cross winds are becoming more important. These winds have a negative effect on the stability of trains travelling at high-speed. They can disturb the normal operation, cause damages in the infrastructures or even serious accidents like derailment or overturning.
The objective of this project is to provide, to study and to evaluate solutions and countermeasures, such as wind breaking structures with different morphologies, that mitigate the effects of the aerodynamic loads produced by the cross wind. The study is focused on the geographical and operative conditions of the high-speed line Madrid – Barcelona. The most affected zones by the cross wind effects have been selected and the two high-speed trains that operate in this line have been considered in the study. Both types of infrastructures on which the train runs have also been taken into account: bridges and ground tracks.
With two-dimensional analysis and static models, the aerodynamic forces acting on these two vehicles, and the improvements achieved in preventing the harmful cross wind effects by means of wind fence have been measured. A commercial CFD software (Computer Fluid Dynamics) has been used for this purpose and deep analysis of the aerodynamic loads have been carried out.
Different wind fence shapes have been studied, with several heights, bending angles on the top. This made possible to compare multiple solutions, and to adapt the form of the new devices to the specific situations in which more protection is required. The result was an almost ideal wind fence. These ideal fences minimize the aerodynamic loads on the train’s surface. The results obtained have been compared with the experimental information of the Technical Specification for Interoperability.