Estudio de vibraciones causadas por la circulación de trenes en los túneles de Metro de la línea 3 y propuesta de sistema de control de vibraciones

Abstract

El crecimiento constante de Santiago y el aumento demográfico conlleva a una necesidad constante de mejorar la calidad de vida de las personas. Con el fin de ayudar a la calidad de vida, se requiere constantemente mejoras en los sistemas de transporte que existen en Santiago. Como consecuencia de esto se han ampliado tanto el sistema de Metro como también las tecnologías existentes de los trenes, estaciones y líneas en general. Estos cambios han llevado a mejoras sustanciales del sistema, pero también han traído consigo problemas que antes no existían, como lo son las vibraciones provocadas por los nuevos trenes. Esto se debe a que los nuevos trenes, de conducción a distancia (sin conductor), poseen ruedas de acero en vez de ruedas neumáticas como los trenes antiguos, implicando cargas que antes no existían. Esto motiva a la realización de este estudio. El presente trabajo es una investigación en el que se analizan las vibraciones provocadas por el tránsito de trenes en los túneles de la Extensión de la línea 3 del Metro de Santiago. Esta se ubica en la comuna de Quilicura en el sector Norponiente de la cuidad capital de Chile. En particular el sector de estudio corresponde a la Avenida Matta, una de las calles principales de circulación de esta comuna y sus alrededores, la que es de carácter residencial y comercial. Se desea determinar si las vibraciones superficiales generadas por la carga impuesta traerán problemas en la ciudadanía y en especial si afectará en su calidad de vida. Para ello se lleva a cabo una recopilación de medidas de control de estas vibraciones y se determina aquellas que sean factibles de construir en las líneas de Metro. Paralelamente se estudia la forma de generar una carga representativa de un tren circulando en las vías, la cual fue obtenida mediante el uso del programa Matlab. Para efectos de la modelación se ha considerado que las cargas impuestas en las vías son solo de carácter vertical y se aplican en un tramo de túnel recto. Una vez obtenida la carga equivalente de un tren en el tiempo, se realiza un modelamiento del túnel en que transitarán los trenes. El modelamiento se lleva a cabo mediante la herramienta FLAC3D. La secuencia constructiva del túnel es simulada previamente al análisis dinámico siguiendo la metodología utilizada por Sofia Layera en su trabajo de título (Layera, 2018). Luego, se estudia un modelo simplificado de 1 metro de longitud para calibrar los parámetros dinámicos. Se hace un modelamiento con leyes constitutivas elastoplásticas Mohr Coulomb, la cual se comprueba que es una buena aproximación para el nivel de deformaciones obtenidas. En este trabajo preliminar se asume deformaciones planas del suelo ya que se modelan solo cargas verticales. Para conseguir simulaciones computacionales más realistas de las vibraciones obtenidas tanto en superficie como en elementos estructurales es necesario tener mediciones de las vibraciones en lugares determinados para poder calibrar de mejor manera los parámetros y modelos dinámicos y luego se puedan extender a distintos sectores de estudio. Cabe mencionar que este estudio es una aproximación teórica, ya que no se contaba con las mediciones reales de vibraciones y todas fueron simuladas siguiendo metodologías anteriormente estudiadas. Dentro de los resultados obtenidos en este trabajo se comprueba que un sistema del tipo Losa Flotante funciona bien como aislante de vibraciones, además de que los túneles con Contrabóveda presentan menos niveles de vibraciones que los del tipo Herradura.