miércoles, 13 de octubre de 2010
3º TRABAJO: TREN DE ROMA
Tren de roma
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20050712092529 metro roma
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Mapa del metro de roma
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Tren de roma
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TREN DE ROMA
El Metro de Roma (en italiano: Metropolitana di Roma) operado por ATAC se compone de dos líneas de metro propiamente dicho (A y B) de una longitud total de 38 km, además de otras dos líneas suburbanas y de una línea de metro ligero.
Historia
El primer metro de Roma fue proyectado e iniciado en los años 1930 durante el gobierno fascista, con el objetivo de ofrecer una conexión rápida de la estación de Termini, situada en el centro de la ciudad, con el nuevo distrito denominado E42, donde debía haberse celebrado la Exposición Universal de 1942. Sin embargo este acontecimiento no tuvo lugar finalmente debido a la entrada de Italia en la II guerra mundial en 1940. En el momento de la interrupción de los trabajos ya se habían realizado algunos túneles (en el tramo de Termini a Piramide) que se utilizaron como refugio antiaéreo.
Las tareas de construcción se reanudaron en 1948, a la vez que el avance de los trabajos en la zona donde iba a celebrarse la exposición, que cambió parcialmente su fisonomía, finalidad (convirtiéndose en un barrio administrativo) y nombre (EUR). La línea se inauguró el 10 de febrero de 1955.
Durante mucho tiempo se trató de construir en Roma una red metropolitana según los modelos de Londres y París, pero debido a numerosos motivos (burocracia, discusiones sobre trazados, continuas revisiones de planes reguladores...) su desarrollo se retardó notablemente.
Fue en 1959 cuando se aprobó la construcción de una segunda línea de metro, desde la zona de Osteria del Curato (más conocida como Anagnina) para acabar en el barrio de Prati, cruzando el centro de Roma y teniendo correspondencia con la línea preexistente en la Estación de Termini.
Los trabajos se iniciaron en 1964 en la zona de la Tuscolana, y se complicaron por una serie de retardos e imprevistos, debidos principalmente a una escasa organización. Inicialmente se había previsto una técnica de excavación a cielo abierto, lo que provocó grandes problemas de tráfico en la zona del sudeste de Roma. Las tareas se interrumpieron y se reanudaron 5 años más tarde mediante el uso de una tuneladora. Este método, aunque resolvió parcialmente el problema de tráfico, provocó numerosos daños en edificios debido a las fuertes vibraciones ocasionadas durante la excavación.
Los descubrimientos arqueológicos fueron muy frecuentes durante los trabajos, particularmente en la zona de la Plaza de la República, por lo que se hizo necesario proyectar un desvío.
Federico Fellini, en su película Roma, dio un testimonio memorable del trabajo de la tuneladora y de los "incidentes arqueológicos".
La línea entró en servicio en 1980, de Anagnina a Ottaviano y tomó el nombre de "Línea A", mientras que la línea Termini-Laurentina se denominó "Línea B".
A comienzo de los años 1990 entró en servicio la prolongación de la línea B, de Termini a Rebibbia. Simultáneamente, el tramo preexistente de la línea se modernizó radicalmente. Se desdobló la vía desde la estación "Eur Fermi" a la de Laurentina y se inauguró la nueva estación de "Marconi" (cambiándose consecuentemente el nombre de la parada "Eur Marconi" por "Eur Palasport"). Entre 1999 y 2000 entró en servicio una prolongación de la línea A de Ottaviano a Battistini.
Líneas urbanas
Línea A
La línea A, inaugurada en febrero de 1980 por el alcalde del momento Luigi Petroselli, cruza la ciudad oblicuamente de noroeste a sudeste. Cuenta, en 2007, con 27 estaciones y sus cabeceras son Battistini (en Boccea) y Anagnina (en Osteria del Curato). Se representa en color naranja.
Sus estaciones son: Battistini, Cornelia, Baldo degli Ubaldi, Valle Aurelia, Cipro-Musei Vaticani, Ottaviano-San Pietro, Lepanto, Flaminio-Piazza del Popolo, Spagna, Barberini - Fontana di Trevi, República-Teatro dell’Opera, Termini, Vittorio Emanuele, Manzoni, San Giovanni, Re di Roma, Ponte Lungo, Furio Camillo, Colli Albani-Parco Appia Antica, Arco di Travertino, Porta Furba-Quadraro, Numidio Quadrato, Lucio Sestio, Giulio Agricola, Subaugusta, Cinecittà y Anagnina.
Línea B
La línea B cruza la ciudad de noreste a sur, contando como cabeceras con las estaciones de Rebibbia (cerca del recinto penitenciario de mismo nombre) y Laurentina (situada al este del distrito de EUR).
Cuenta con un total de 22 estaciones. Se representa en color azul. Sus estaciones son: Rebibbia, Ponte Mammolo, Santa Maria del Soccorso, Pietralata, Monti Tiburtini, Quintiliani, Tiburtina, Bologna, Policlinico, Castro Pretorio, Termini, Cavour, Colosseo, Circo Massimo, Piramide, Garbatella, Basilica San Paolo, Marconi, EUR Magliana, EUR Palasport, EUR Fermi y Laurentina.
Estación de Garbatella de la línea B de Metro de Roma
Líneas suburbanas operadas por ATAC S.p.A.
Rutas:
Roma-Viterbo
Desde piazzale Flaminio (correspondencia con línea A), atravesando la piazza del Popolo, la línea Roma nord lleva, con una frecuencia de entre 10 y 15 minutos, hasta Montebello con una total de 14 estaciones.
Esta línea emplea la infraestructura ferroviara de la línea regional Roma-Civita Castellana-Viterbo Dentro del trazado urbano las estaciones son Flaminio, Euclide, Acqua Acetosa, Campi Sportivi, Tor di Quinto, Due Ponti, Grottarossa, Saxa Rubra, Centro RAI, Labaro, La Celsa, Prima Porta, La Giustiniana-Villa di Livia y Montebello.
Estación de Acqua Acetosa
Roma-Pantano
Al lado de la estación de Termini se encuentra la pequeña estación cabecera de la línea "Laziali-Pantano" (conocida también como "Roma-Pantano"), una línea de metro ligero que sigue el trazado de la via Casilina hasta el final del municipio de Roma.
Este trazado es lo que se conserva del ferrocarril Roma Fiuggi Alatri Frosinone.El tramo Torre Angela - Pantano entrará a formar parte de la nueva línea C, cuyo transcurso se prolongará hasta Piazzale Clodio pasando por las estaciones de San Giovanni, Colosseo, Corso Vittorio Emanuele II, Via della Conciliazione y Piazza del Risorgimento (dentro del distrito Prati).
Cabecera de la línea Roma-Pantano en la Estación de Roma Terminiestación de Termini
Roma-Lido
La línea de Lido va desde la estación de Roma Porta San Paolo hasta el límite sur del distrito costero de Ostia Lido, siempre dentro de municipio de Roma.
La primera parte del trazado es común al de la línea B, aunque cuenta con vías independientes. Transcurre por las localidades de Vitinia, Acilia, Casal Bernocchi, Centro Giano y Ostia Antica. Su cabecera se encuentra en la estación Cristoforo Colombo, situada junto al final de la Via Cristoforo Colombo, que da acceso de Roma a Ostia.
Ferrocarril Roma-Lido: Estación de Roma
Otros servicios - las líneas metropolitanas de FR
Además de las líneas urbanas y suburbanas anteriormente mencionadas, también se pueden emplear para transporte urbano los trenes de FS (Ferrovie dello Stato), gracias a una integración tarifaria muy eficaz y al establecimiento, dentro de algunos tramos, de un servicio regular de alta frecuencia en lo que se denominan "líneas FR".
Como consecuencia del potenciamiento, por parte de RFI, del denominado "Nodo de Roma", se realizarán nuevas estaciones FR y se desdoblarán las vías en algunos tramos ya existentes.
Vista general del mapa de Roma las líneas metropolitanas de FR en 2010.
FR1
La línea parte de Orte y finaliza en el aeropuerto de Fiumicino, Leonardo da Vinci; las estaciones que delimitan el tramo urbano son las de Settebagni (en dirección Orte) y Ponte Galeria (dirección Fiumicino). Las paradas de la línea son Orte, Gallese, Civita Castellana, Collevecchio, Stimigliano, Gavignano Sabino, Poggio Mirteto, Fara in Sabina, Pianabella di Montelibretti, Monterotondo, Settebagni, Fidene, Nuovo Salario, Nomentana, Tiburtina, Tuscolana, Roma Ostiense, Trastevere, Villa Bonelli, Magliana, Muratella, Ponte Galeria, Nuova fiera di Roma, Parco Leonardo, y Fiumicino Aeroporto.
FR2
La línea parte de la estación Tiburtina en dirección a Guidonia Montecelio; las paradas urbanas son Prenestina, Serenissima, Togliatti, Tor Sapienza, La Rustica-Centro, La Rustica UIR, Salone, Ponte di Nona y Lunghezza, que finaliza el tramo urbano.La línea continúa con Bagni di Tivoli, Guidonia Montecelio, Marcellina-Palombara hasta Tívoli. El trazado se dedica en exclusiva al este servicio, gracias a la cuadruplicación de vía debido a la construcción de la línea de alta velocidad entre Roma y Nápoles.
FR3
La línea parte de la estación Ostiense para llegar hasta Viterbo; la estación que limita el tramo urbano es la de Cesano. Dentro del tramo urbano las estaciones son Roma Ostiense, Quattro Venti, Roma Trastevere, Roma San Pietro, Valle Aurelia, Proba Petronia-Appiano, Balduina, Gemelli, Monte Mario, San Filippo Neri, Ottavia, Ipogeo degli Ottavi, La Giustiniana, La Storta, Olgiata y Cesano. Tras Cesano, las estaciones son Anguillara, Vigna di Valle, Bracciano, Manziana-Canale Monterano, Oriolo Romano, Capranica-Sutri, Vetralla, Tre Croci, Viterbo Porta Romana y Viterbo Porta Fiorentina.
FR4
La línea parte de Termini en dirección a Ciampino; desde aquí los trenes prosiguen en servicio regional hacia Frascati, Albano Laziale y Velletri. Un cuarto destino, en dirección a Frosinone-Cassino, se denomina actualmente FR6. La estación que delimita el tramo urbano es Capannelle.
FR5
La línea parte de la estación de Termini en dirección a Cerveteri-Ladispoli, finalizando al llegar a Civitavecchia; la estación que delimita el tramo urbano es la de Aurelia. Con el cierre del cinturón norte de Roma, los trenes iniciarán el recorrido hacia el norte mediante el nuevo trazado, y está previsto el traslado definitivo de la línea de la estación de Termini a la de Tiburtina. En el tramo extraurbano las estaciones son: Maccarese Fregene, Torre in Pietra-Palidoro, Cerveteri-Ladispoli, Santa Severa, Santa Marinella y Civitavecchia.
FR6
La línea parte de Terminal, sigue el recorrido de la FR4 hasta la altura de Ciampino desde donde se encamina hacia Frosinone e Cassino.
FR7
La línea parte de Terminal en dirección a Latina. El primer tramo, hasta Campoleone es común con línea FR8. Tras Campoleone las paradas son Cisterna di Latina y Latina.
FR8
La línea se bifurca de la FR7 a la algura de Campoleone, para dirigirse hacia Nettuno. Las paradas comunes dentro del área urbana son Termini y Torricola. Fuera de esta área, son Pomezia - Santa Palomba y Campoleone. Tras Campoleone, las paradas son Aprilia, Campo di Carne, Padiglione, Lido di Lavinio, Villa Claudia, Marechiaro, Anzio Colonia, Anzio y Nettuno.
Museo Ferroviario
El Museo ferroviaro Met.Ro. Roma Porta San Paolo es un museo de Roma dedicado a los transportes ferroviarios de Roma y su entorno. Se encuentra en la estación de Porta San Paolo de la línea de ferrocarril Roma - Lido.
Futuro
Línea B1
En 2005 se iniciaron las excavaciones de la línea B1, que será una bifurcación de la línea B. La mitad de los trenes procedentes de Laurentina que lleguen a la estación de Bologna, continuarán desde aquí por la línea B1 hasta Piazzale Jonio, mientras que el resto de trens continuarán por el antiguo trazado, que finaliza en Rebibbia. Después de Bologna, las paradas previstas son: Annibaliano, Gondar, Conca d'Oro y Jonio.
Vista general del mapa de Roma de metro y ferrocarril en 2015.
Línea C
En agosto de 2006 se abrieron algunas excavaciones para realizar los sondeos arqueológicos previos a la construcción de la línea. En abril de 2007 se inició la construcción del tramo Prenestino-Labicano. El final de la línea se situará en Pantano, dentro del municipio de Monte Compatri, actual final de "ferrovie Laziali" y Grottarossa, cerca de la vía Cassia. Inicialmente se había previsto como final de línea la parada Clodio-Mazzini, en el distrito de Della Vittoria, pero en marzo de 2007 se anunció la prolongación de la línea a lo largo de la via Cassia con otras 9 estaciones.
Está previsto que el primer tramo San Giovanni - Alessandrino entre en servicio en marzo de 2011. El proyecto de la línea contiene 30 estaciones de las cuales las de San Giovanni y Ottaviano tendrán correspondencia con la línea A, mientras que la correspondencia con la línea B se efectuará en la estación de Colosseo. Los trenes utilizará el sistema automático sin conductor de AnsaldoBeda. En la estación de Pigneto se podrá realizar correspondencia con la línea de cercanías FR1, que conecta el aeropuerto Leonardo da Vinci con Fara Sabina. Para ello se construirá en este lugar una nueva estación de ferrocarril.
Línea D
Actualmente en proyecto, una cuarta línea conectará piazzale Agricoltura (distrito EUR) con la via Ugo Ojetti, dentro del distrito nororiental.
Descripción
Tipo de tren Constituido por dos unidades de tracción, a su vez formadas por dos coches motores intermedios y un coche remolque con cabina. Estructura auto portante de aluminio construida a base de perfiles extruidos.
Acabado interior Revestimientos interiores laterales y techos de poliéster reforzado con fibra de vidrio, trampillas laterales de aluminio. Asientos pasajeros en SMC.
La línea B cruza la ciudad de noreste a sur, contando como cabeceras con las estaciones de Rebibbia (cerca del recinto penitenciario de mismo nombre) y Laurentina (situada al este del distrito de EUR).
Cuenta con un total de 22 estaciones. Se representa en color azul. Sus estaciones son: Rebibbia, Ponte Mammolo, Santa Maria del Soccorso, Pietralata, Monti Tiburtini, Quintiliani, Tiburtina, Bologna, Policlinico, Castro Pretorio, Termini, Cavour, Colosseo, Circo Massimo, Piramide, Garbatella, Basilica San Paolo, Marconi, EUR Magliana, EUR Palasport, EUR Fermi y Laurentina.
Estación de Garbatella de la línea B de Metro de Roma
Líneas suburbanas operadas por ATAC S.p.A.
Rutas:
Roma-Viterbo
Desde piazzale Flaminio (correspondencia con línea A), atravesando la piazza del Popolo, la línea Roma nord lleva, con una frecuencia de entre 10 y 15 minutos, hasta Montebello con una total de 14 estaciones.
Esta línea emplea la infraestructura ferroviara de la línea regional Roma-Civita Castellana-Viterbo Dentro del trazado urbano las estaciones son Flaminio, Euclide, Acqua Acetosa, Campi Sportivi, Tor di Quinto, Due Ponti, Grottarossa, Saxa Rubra, Centro RAI, Labaro, La Celsa, Prima Porta, La Giustiniana-Villa di Livia y Montebello.
Estación de Acqua Acetosa
Roma-Pantano
Al lado de la estación de Termini se encuentra la pequeña estación cabecera de la línea "Laziali-Pantano" (conocida también como "Roma-Pantano"), una línea de metro ligero que sigue el trazado de la via Casilina hasta el final del municipio de Roma.
Este trazado es lo que se conserva del ferrocarril Roma Fiuggi Alatri Frosinone.El tramo Torre Angela - Pantano entrará a formar parte de la nueva línea C, cuyo transcurso se prolongará hasta Piazzale Clodio pasando por las estaciones de San Giovanni, Colosseo, Corso Vittorio Emanuele II, Via della Conciliazione y Piazza del Risorgimento (dentro del distrito Prati).
Cabecera de la línea Roma-Pantano en la Estación de Roma Terminiestación de Termini
Roma-Lido
La línea de Lido va desde la estación de Roma Porta San Paolo hasta el límite sur del distrito costero de Ostia Lido, siempre dentro de municipio de Roma.
La primera parte del trazado es común al de la línea B, aunque cuenta con vías independientes. Transcurre por las localidades de Vitinia, Acilia, Casal Bernocchi, Centro Giano y Ostia Antica. Su cabecera se encuentra en la estación Cristoforo Colombo, situada junto al final de la Via Cristoforo Colombo, que da acceso de Roma a Ostia.
Ferrocarril Roma-Lido: Estación de Roma
Otros servicios - las líneas metropolitanas de FR
Además de las líneas urbanas y suburbanas anteriormente mencionadas, también se pueden emplear para transporte urbano los trenes de FS (Ferrovie dello Stato), gracias a una integración tarifaria muy eficaz y al establecimiento, dentro de algunos tramos, de un servicio regular de alta frecuencia en lo que se denominan "líneas FR".
Como consecuencia del potenciamiento, por parte de RFI, del denominado "Nodo de Roma", se realizarán nuevas estaciones FR y se desdoblarán las vías en algunos tramos ya existentes.
Vista general del mapa de Roma las líneas metropolitanas de FR en 2010.
FR1
La línea parte de Orte y finaliza en el aeropuerto de Fiumicino, Leonardo da Vinci; las estaciones que delimitan el tramo urbano son las de Settebagni (en dirección Orte) y Ponte Galeria (dirección Fiumicino). Las paradas de la línea son Orte, Gallese, Civita Castellana, Collevecchio, Stimigliano, Gavignano Sabino, Poggio Mirteto, Fara in Sabina, Pianabella di Montelibretti, Monterotondo, Settebagni, Fidene, Nuovo Salario, Nomentana, Tiburtina, Tuscolana, Roma Ostiense, Trastevere, Villa Bonelli, Magliana, Muratella, Ponte Galeria, Nuova fiera di Roma, Parco Leonardo, y Fiumicino Aeroporto.
FR2
La línea parte de la estación Tiburtina en dirección a Guidonia Montecelio; las paradas urbanas son Prenestina, Serenissima, Togliatti, Tor Sapienza, La Rustica-Centro, La Rustica UIR, Salone, Ponte di Nona y Lunghezza, que finaliza el tramo urbano.La línea continúa con Bagni di Tivoli, Guidonia Montecelio, Marcellina-Palombara hasta Tívoli. El trazado se dedica en exclusiva al este servicio, gracias a la cuadruplicación de vía debido a la construcción de la línea de alta velocidad entre Roma y Nápoles.
FR3
La línea parte de la estación Ostiense para llegar hasta Viterbo; la estación que limita el tramo urbano es la de Cesano. Dentro del tramo urbano las estaciones son Roma Ostiense, Quattro Venti, Roma Trastevere, Roma San Pietro, Valle Aurelia, Proba Petronia-Appiano, Balduina, Gemelli, Monte Mario, San Filippo Neri, Ottavia, Ipogeo degli Ottavi, La Giustiniana, La Storta, Olgiata y Cesano. Tras Cesano, las estaciones son Anguillara, Vigna di Valle, Bracciano, Manziana-Canale Monterano, Oriolo Romano, Capranica-Sutri, Vetralla, Tre Croci, Viterbo Porta Romana y Viterbo Porta Fiorentina.
FR4
La línea parte de Termini en dirección a Ciampino; desde aquí los trenes prosiguen en servicio regional hacia Frascati, Albano Laziale y Velletri. Un cuarto destino, en dirección a Frosinone-Cassino, se denomina actualmente FR6. La estación que delimita el tramo urbano es Capannelle.
FR5
La línea parte de la estación de Termini en dirección a Cerveteri-Ladispoli, finalizando al llegar a Civitavecchia; la estación que delimita el tramo urbano es la de Aurelia. Con el cierre del cinturón norte de Roma, los trenes iniciarán el recorrido hacia el norte mediante el nuevo trazado, y está previsto el traslado definitivo de la línea de la estación de Termini a la de Tiburtina. En el tramo extraurbano las estaciones son: Maccarese Fregene, Torre in Pietra-Palidoro, Cerveteri-Ladispoli, Santa Severa, Santa Marinella y Civitavecchia.
FR6
La línea parte de Terminal, sigue el recorrido de la FR4 hasta la altura de Ciampino desde donde se encamina hacia Frosinone e Cassino.
FR7
La línea parte de Terminal en dirección a Latina. El primer tramo, hasta Campoleone es común con línea FR8. Tras Campoleone las paradas son Cisterna di Latina y Latina.
FR8
La línea se bifurca de la FR7 a la algura de Campoleone, para dirigirse hacia Nettuno. Las paradas comunes dentro del área urbana son Termini y Torricola. Fuera de esta área, son Pomezia - Santa Palomba y Campoleone. Tras Campoleone, las paradas son Aprilia, Campo di Carne, Padiglione, Lido di Lavinio, Villa Claudia, Marechiaro, Anzio Colonia, Anzio y Nettuno.
Museo Ferroviario
El Museo ferroviaro Met.Ro. Roma Porta San Paolo es un museo de Roma dedicado a los transportes ferroviarios de Roma y su entorno. Se encuentra en la estación de Porta San Paolo de la línea de ferrocarril Roma - Lido.
Futuro
Línea B1
En 2005 se iniciaron las excavaciones de la línea B1, que será una bifurcación de la línea B. La mitad de los trenes procedentes de Laurentina que lleguen a la estación de Bologna, continuarán desde aquí por la línea B1 hasta Piazzale Jonio, mientras que el resto de trens continuarán por el antiguo trazado, que finaliza en Rebibbia. Después de Bologna, las paradas previstas son: Annibaliano, Gondar, Conca d'Oro y Jonio.
Vista general del mapa de Roma de metro y ferrocarril en 2015.
Línea C
En agosto de 2006 se abrieron algunas excavaciones para realizar los sondeos arqueológicos previos a la construcción de la línea. En abril de 2007 se inició la construcción del tramo Prenestino-Labicano. El final de la línea se situará en Pantano, dentro del municipio de Monte Compatri, actual final de "ferrovie Laziali" y Grottarossa, cerca de la vía Cassia. Inicialmente se había previsto como final de línea la parada Clodio-Mazzini, en el distrito de Della Vittoria, pero en marzo de 2007 se anunció la prolongación de la línea a lo largo de la via Cassia con otras 9 estaciones.
Está previsto que el primer tramo San Giovanni - Alessandrino entre en servicio en marzo de 2011. El proyecto de la línea contiene 30 estaciones de las cuales las de San Giovanni y Ottaviano tendrán correspondencia con la línea A, mientras que la correspondencia con la línea B se efectuará en la estación de Colosseo. Los trenes utilizará el sistema automático sin conductor de AnsaldoBeda. En la estación de Pigneto se podrá realizar correspondencia con la línea de cercanías FR1, que conecta el aeropuerto Leonardo da Vinci con Fara Sabina. Para ello se construirá en este lugar una nueva estación de ferrocarril.
Línea D
Actualmente en proyecto, una cuarta línea conectará piazzale Agricoltura (distrito EUR) con la via Ugo Ojetti, dentro del distrito nororiental.
Descripción
Tipo de tren Constituido por dos unidades de tracción, a su vez formadas por dos coches motores intermedios y un coche remolque con cabina. Estructura auto portante de aluminio construida a base de perfiles extruidos.
Acabado interior Revestimientos interiores laterales y techos de poliéster reforzado con fibra de vidrio, trampillas laterales de aluminio. Asientos pasajeros en SMC.
2º TRABAJO: PLAN DE TESIS
PLAN DE TESIS
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Resumen
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Tesis
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Impacto de vibraciones soluciones
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EVALUACIÓN DE LAS VIBRACIONES DEL SUELO CAUSADAS POR
TRENES SUBTERRÁNEOS USANDO ELEMENTOS FINITOS
RESUMEN: En esta tesis se presenta un análisis numérico de las vibraciones inducidas por la propagación de ondas originadas por el paso de trenes a través de túneles subterráneos. La metodología desarrollada es útil para realizar el análisis de vibraciones requerido por agencias reguladoras cuando los resultados de investigaciones preliminares indican que se van a exceder los umbrales seguros de vibración. Se estudiaron los niveles de vibraciones en los túneles del proyecto del Tren Urbano, que se está construyendo en San Juan, Puerto Rico. Se estudiaron secciones típicas de cada una de las tres clases de túneles que se usaron en el proyecto. El método de elementos finitos se utilizó para discretizar la geometría de los modelos y para calcular los desplazamientos, las velocidades y los esfuerzos inducidos por la propagación de ondas. El programa de elementos finitos ALGOR se utilizó para modelar el suelo, los diversos túneles y las estructuras en la superficie. Los resultados de la simulación numérica se compararon con mediciones en el campo efectuadas antes del inicio del proyecto Tren Urbano por la compañía consultora Harris Miller Miller & Hanson, Inc. Se encontró que los resultados de ambos procedimientos comparan favorablemente.
INTRODUCCIÓN
Es razonable afirmar que, en general los trenes, tanto los que operan a nivel de la superficie como los subterráneos, son uno de los medios de transportación masiva más ambientalmente seguros, ya que sus niveles de contaminación y el espacio que requieren son bien reducidos comparados con carreteras de capacidad similar. No obstante, un posible problema de este medio de transportación en zonas urbanas son las vibraciones que generan y los ruidos emitidos. Las vibraciones son causadas por las fuerzas dinámicas en la zona de contacto entre las ruedas y los rieles, por irregularidades en las superficies o simplemente por la variación del punto de aplicación.
Estas fuerzas dan origen a ondas que se transmiten desde el punto de aplicación hacia la superficie libre, ya sea siguiendo un camino directo o luego de múltiples reflexiones y refracciones (Figura 1). El problema del ruido generado por el tránsito de trenes es ciertamente también muy importante pero no es el objeto de estudio de este trabajo.
Comúnmente, en la etapa de diseño el estudio de las vibraciones se lleva a cabo mediante ensayos de campo en la zona del trazado del tren. En los sistemas ya construidos se pueden efectuar mediciones más precisas del nivel de vibraciones. Una alternativa a este método es un análisis numérico del problema y éste es el tema de este trabajo. Entre las técnicas numéricas que se pueden aplicar para el análisis, el método de elementos finitos es probablemente el más versátil y conocido, por lo cual se lo escogió como la herramienta para la simulación. No obstante, el método tiene limitaciones, principalmente debido a las simplificaciones que hay que hacer para poder estudiar un problema tri-dimensional complicado con un modelo razonable en dos dimensiones. Éstas se discuten en más detalle en la sección de Conclusiones.
Al momento de efectuar este estudio existían varios programas de elementos finitos disponibles en el Departamento de Ingeniería Civil de UPR-M. Algunos de ellos como, QUAD4-M o SASSI, están especialmente diseñados para analizar dinámicamente depósitos de suelo. No obstante, se deseaba usar un programa en donde se pudiese modelar con facilidad no sólo el suelo sino también los túneles y las estructuras en la superficie. Por lo tanto, se decidió usar el programa comercial ALGOR. Este programa tiene la ventaja de que su uso es relativamente sencillo debido a la interfaz gráfica para la entrada de datos y generación de la malla, como también al procesador gráfico de los resultados.
El estudio que aquí se presenta está aplicado a los túneles del proyecto Tren Urbano en el área metropolitana de San Juan, Puerto Rico, aunque la metodología puede usarse en cualquier proyecto similar.
El problema del ruido y las vibraciones generados por el tránsito de trenes es un tema que ha sido muy estudiado por ingenieros e investigadores. Debido a que el público general es cada vez más consciente y exigente en lo que a problemas ambientales se refiere, es razonable que en el futuro los sistemas de transporte público terrestre estarán sometidos a un escrutinio aún más riguroso de los potenciales problemas de ruidos y vibraciones.
La mayoría de los estudios sobre el tema son de la autoría de investigadores de Europa del Norte y Central, probablemente porque estos países dependen más de estos sistemas de transporte. La gran mayoría de los trabajos existentes sobre el tema están dedicados al problema de la contaminación acústica o ruido. Muchos de los restantes tratan el tema de las vibraciones inducidas por trenes que transitan a nivel del terreno o elevados (por ejemplo, Kuppelweiser y Ziegler, 1996; Madshus et al, 1996). El único artículo que trata un tema similar al aquí reportado
es el de Unterberger y colegas (1997) en una revista comercial de la ingeniería de túneles. Aún en este caso, los autores estaban interesados solamente en la respuesta del túnel mismo. En otro artículo relevante, Ungar y Bender (1975) estudiaron los diversos parámetros que influyen en la transmisión de ruidos y vibraciones y presentaron un método para estudiar el nivel de ruido en las paredes, techos y pisos de edificios en función de los niveles de vibración. Otro método basado en una formulación analítica simple y en ensayos de laboratorio complementados con mediciones in situ para predecir los niveles de ruido y vibraciones en edificios debido a líneas de trenes
subterráneos fue propuesto por Melke (1988). Un método similar, aunque más enfocado al problema de ruidos, fue propuesto por Kurzweil (1979). Todos estos son métodos semi-empíricos cuyo principal objetivo es no sólo predecir los niveles de vibración sino además establecer los niveles aceptables para la población.
EL PROYECTO TREN URBANO
El proyecto conocido como Tren Urbano se comenzó a construir en julio de 1996 en el área metropolitana de San Juan, la capital de Puerto Rico. El Tren Urbano es la obra de infraestructura de mayor envergadura y complejidad emprendida actualmente en Puerto Rico. Al presente tiene una longitud de 17.2 km (10.5 millas) donde 40% del sistema se encuentra a nivel del terreno, 52% en tramos elevados y 8% en túneles subterráneos. Dichos túneles atraviesan el sector conocido como Río Piedras, una zona altamente congestionada y con
numerosos edificios históricos. El sistema pasará allí de elevado a subterráneo requiriendo la construcción de 1.8 km de túneles.
Debido a las condiciones de suelo y otras características del proyecto, los diseñadores decidieron usar tres tipos de túneles. Éstos se identifican por sus siglas o nombres en inglés, como NATM (por New Austrian Tunneling Method), Stack Drift y EPBM (por Earth Pressure Balance Machine). Una descripción detallada de estos túneles se presenta en la referencia 8 (Montalvo, 2001).
Una vez en operación, se espera que el sistema opere 20 horas diarias, con trenes corriendo cada cuatro minutos en las horas pico. La flota consistirá de pares de unidades acopladas hasta formar un tren de seis vagones en las horas de mayor uso.
VIBRACIONES INDUCIDAS POR SISTEMAS DE TRANSPORTE
Cuando se estudia el efecto de las vibraciones inducidas en la superficie libre o en edificios por el movimiento de transportes terrestres o por actividades de construcción, se suele usar la velocidad de las partículas de suelo como cantidad de comparación. Esto se debe a que a través del tiempo, el estudio de estos efectos se ha desarrollado a partir del establecimiento de correlaciones empíricas entre el daño observado y la velocidad pico de las partículas del suelo. Además, otra razón para el uso de velocidades es que el efecto de las vibraciones en los
seres humanos, en lo que a percepción se refiere , se puede relacionar más directamente con estas cantidades.
En general, en esta disciplina el nivel de vibraciones se suele especificar o medir en términos de la velocidad expresada en decibeles o VdB. Si v es la amplitud de la velocidad en unidades de longitud/tiempo, y vref es la amplitud de una velocidad de referencia en las mismas unidades, la velocidad en decibeles Lv se define como:
La agencia del gobierno que regula los sistemas de transportación públicos en los Estados Unidos, la Administración Federal de Tránsito (o FTA por las siglas en inglés de Federal Transit Administration) usa como velocidad de referencia vref = 1 micro pulgada/segundo. Esta organización también especifica los criterios para ruido y vibraciones que deben satisfacer los sistemas de transportación públicos. Para el caso en estudio, éstos se resumen en la Tabla 1.
La FTA propone usar un diagrama de flujo (no incluido aquí por razones de espacio) para identificar si se requiere o no un análisis de vibraciones para un determinado proyecto. Para vehículos que tienen ruedas de acero y que transitan sobre rieles de acero, dicho análisis es un requisito si hay áreas “sensitivas” dentro de las zonas de impacto del proyecto. Este es el caso del proyecto Tren Urbano en la zona de Río Piedras y fue lo que motivó el presente estudio.
DEFINICIÓN DE LA EXCITACIÓN
Para definir las cargas dinámicas a ser aplicadas a los modelos de elementos finitos se usó la información provista por la compañía Siemens Transportation Systems de Sacramento, California, quienes son los proveedores de los vagones. Las características del tren relevantes para el estudio son:
· Número máximo de pasajeros por vehículo: 240
· Largo de los vagones: 23 m (˜ 75 pies)
· Peso de cada vagón: 378 kN (˜ 85 kip)
· Velocidad máxima de diseño: 66 km/h (˜ 41 millas/h)
Las fuerzas aplicadas en los puntos donde los rieles cruzan el plano de análisis son debido al peso del tren y de los pasajeros. Aunque estas son fuerzas estáticas, debido a que el punto de aplicación se mueve se convierten en fuerzas dinámicas. Para definir la variación en el tiempo de las fuerzas a ser aplicadas al modelo se usó el siguiente razonamiento. Supongamos que en un punto fijo sobre las vías se coloca una celda de carga imaginaria. Cuando el tren se aproxima el sensor comenzará a medir una fuerza P(t) cuya magnitud irá aumentando con el tiempo, hasta
que alcanza un valor máximo cuando una rueda está sobre el punto de medición. A partir de este instante, la intensidad de la fuerza medida comienza a disminuir hasta que la próxima rueda se acerca, y el proceso se repite.
Como no se dispone de datos sobre la variación exacta de la fuerza, se decidió asumir una variación sinusoidal.
Como se sabe, este tipo de fuerza es la que tiene el potencial de producir la respuesta de mayor magnitud en un sistema dinámico.
Siguiendo el razonamiento anterior, la fuerza que actúa sobre los rieles según el modelo tiene la siguiente variación:
donde P0 es la amplitud de la fuerza y ? es la frecuencia circular equivalente de la carga.La Figura 2 muestra un esquema de un segmento del tren con las fuerzas aplicadas a los rieles y la distancia entre éstas. Es necesario destacar que en la realidad en los extremos de los vagones hay cuatro fuerzas que se transmiten a los rieles en correspondencia con cada boggie. La resultante de estas cuatro fuerzas, sumada a la que proviene del vagón contiguo es igual al peso del vagón más el de los pasajeros y es la que se muestra en la figura.
Figura 2: Grupo de dos vagones con las fuerzas aplicadas a los rieles.
MODELOS NUMÉRICOS Y RESULTADOS
Se analizaron tres modelos de elementos finitos que incluyen los túneles con el depósito de suelo que los rodea. Éstos corresponden a los tres tipos de túneles mencionados en la sección 2 (NATM, Stack-Drift y EPBM). Para modelar los túneles y el depósito de suelo se consideró que éstos se pueden representar mediante un estado de deformaciones planas, lo que equivale a suponer que los mismos se extienden sin límites en la dirección normal al plano de análisis. En el caso del túnel “Stack-Drift” también se incluyó en el modelo los edificios en la superficie usando elementos de esfuerzos (tensiones) planas. En todos los casos se usó un amortiguamiento modal de 5% para todos los modos. El programa ALGOR no permite asignar razones de amortiguamiento diferentes para los elementos finitos asociados a los distintos tipos de suelo. De todos modos, no se disponía de información sobre el amortiguamiento de ninguno de los suelos en la zona.
En todos los análisis se asumió que el suelo y los túneles se comportan en forma lineal. Ésta es una suposición muy razonable para el tipo de problema bajo estudio, dado que las cargas no son lo suficientemente altas como para producir grandes deformaciones en el suelo y en las estructuras.
Antes de comenzar la serie de análisis, se efectuaron pruebas para determinar el tamaño adecuado de la malla de elementos finitos. Dado que el programa ALGOR, en su versión actual, no posee bordes especiales para simular medios semi-infinitos o infinitos, se aplicaron las condiciones de borde ficticias lo suficientemente alejadas de la zona de interés (los túneles y el área en la superficie por encima de ellos). Para determinar la geometría correcta de la malla, se incrementaron sus dimensiones hasta que los resultados no variaron de manera apreciable.
Las propiedades de los suelos requeridas para el análisis dinámico: módulo de elasticidad, densidad, razón de Poisson, y profundidad, se tomaron de los estudios geotécnicos disponibles. Todos los túneles están dentro del tipo de suelo que se conoce como la formación de Hato Rey, la que para los efectos del diseño de los túneles y los de este trabajo se dividió en tres capas, identificadas 1, 2, y 3 comenzando desde la superficie:
· Capa 1: Arcilla superior, caracterizada por arcillas rígidas limosas.
· Capa 2: Zona media estratificada, formada por capas alternadas de arenas limpias, arenas limosas, arenas arcillosas y arcilla.
· Capa 3: Arena inferior, constituida mayormente por arcillas con algún contenido de arenas arcillosas.
Los primeros túneles analizados fueron los del tipo NATM que se encuentran a la llegada de la Estación de Río Piedras. Éstos son, en realidad, un grupo de cuatro túneles debido a que se han construido dos túneles extras para una futura ampliación del proyecto hacia el municipio de Carolina. La Figura 3 muestra una vista en planta de los túneles NATM llegando y saliendo de la estación de Río Piedras.
Los resultados del análisis, en términos de desplazamientos, asumiendo que dos trenes transitan por los túneles superiores en direcciones contrarias se presentan en forma gráfica en la Figura 4. El máximo desplazamiento en la superficie, que ocurre en el punto medio de los dos túneles superiores, fue de 4.14 mm. La máxima velocidad en la superficie fue de 72.4 VdB, la cual excede levemente el valor máximo de 72 VdB recomendado por la Administración Federal de Tránsito (ver Tabla 1).
El siguiente caso analizado es el de la estación de Río Piedras, la que se construyó usando un túnel tipo “Stack-Drift”. Ésta área es particularmente importante porque en la superficie hay varias construcciones de valor histórico. En este caso se decidió incorporar al modelo del suelo y túnel, dos edificios en la superficie. Las dimensiones de estos edificios no corresponden a los reales en la zona, dado que no se disponía de información detallada sobre los mismos. La Figura 5 muestra el modelo de elementos finitos usado para este caso. Las respuestas de interés son los desplazamientos y velocidades en el túnel, en la superficie libre y en los edificios. Los valores picos del desplazamiento y velocidad en la plataforma de la estación fueron 2.7 mm y 68.5 VdB,
respectivamente. En la superficie libre se halló que el máximo desplazamiento y velocidad eran, respectivamente, 3.2 mm y 70.1 VdB. En el interior de los edificios en la superficie el máximo desplazamiento encontrado fue 2.9mm y la velocidad fue 69.1 VdB. Todos los valores de la velocidad están por debajo de los límites impuestos por la FTA, aunque en el caso de la superficie libre el valor predicho está muy cerca. También se calcularon los máximos esfuerzos (o tensiones) en los edificios sobre el terreno y en la estructura del túnel, incluyendo la plataforma. Con esto se quería establecer si los esfuerzos eran lo suficientemente grandes como para producir grietas en estas estructuras. Se encontró que los esfuerzos son muy bajos como para producir algún tipo de daño.
El tercer caso analizado corresponde al de los túneles EPBM localizados en el tramo que llega a la estación de la Universidad de Puerto Rico. La Figura 6 muestra el patrón de desplazamientos para el caso más crítico, el que ocurre cuando se colocan fuerzas armónicas en los dos túneles representando el paso de trenes circulando en sentidos opuestos. El máximo desplazamiento vertical superficial fue igual a 4.1 mm. La respues ta máxima en la superficie en términos de velocidades fue de 72.2 VdB. Al igual que en el primer caso tratado, este valor excede levemente los límites impuestos por la agencia reguladora FTA.
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