Recomendaciones para el proyecto de puentes de ferrocarril con aparatos de apoyo de núcleo de plomo (LRB) en zonas sísmicas

Abstract

Railway bridges located at seismic zones are particularly complex structures that present exceptional difficulties due to the existence of the track and the phenomena associated to it called track-bridge interaction. The design of these bridges is only possible by using isolation and dissipation techniques that have been developed in the last years.

It is possible to choose among several protection schemes depending on the seismic design strategy. However, despite advances in seismic engineering, it has not been yet possible to define a protection scheme that verifies optimally the structural requirements given by the norms, as well as the requests in terms of profitability and reliability of the service that the railway administration expects.

In the market, it can be found a device whose features are really attractive for railway bridges. We are talking about elastomeric bearings with a lead plug called LRB (“Lead Rubber Bearings”). These devices are known by having both capacities of isolation and dissipation, and they are usually used in buildings, in highway bridges and even in railway bridges with rail expansion devices (where there are no problems of track-bridge interaction). A priori, these devices seem to gather all the features of an ideal antiseismic device for railway bridges: stiffness in service, seismic protection, recentering, no need for maintenance and low cost. However, the truth is that their behavior against horizontal railway actions is unknown, their recentering capacity is also unknown and it is not either known if they are capable of respecting the track-bridge interaction requirements.

On the other hand, due to the lack of norms that treat together the track-bridge interaction and the seismic situation, it is not clear which verifications have to be performed during the bridge design.

Therefore, in this investigation it is analyzed if the LRB bearings are able to verify the track-bridge interaction requirements, if they provide the structure with adequate seismic protection and if they satisfy the requirements of the railway administrations related to the reliability of the service.

Los puentes de ferrocarril ubicados en zona sísmica son unas estructuras particularmente complejas que presentan una problemática especial debido a la existencia de la vía y al fenómeno asociado a ella que recibe el nombre de interacción vía-estructura. Su concepción sólo se puede realizar recurriendo a las técnicas de aislamiento sísmico y disipación energética que se han desarrollado en los últimos años. Existen varios esquemas de protección posibles en función de la estrategia de diseño sismorresistente. Sin embargo, a pesar de los avances en la ingeniería sísmica, a día de hoy no se ha logrado definir un esquema de protección que verifique de forma óptima los requisitos estructurales establecidos en las normas, así como las exigencias en términos de rentabilidad y fiabilidad del servicio que solicitan las administraciones ferroviarias. En el mercado se encuentran unos dispositivos que presentan unas características muy atractivas para los puentes de ferrocarril, se trata de unos aparatos de apoyo elastoméricos con un núcleo de plomo o LRB (¿Lead Rubber Bearings¿). Estos elementos se caracterizan por su doble capacidad de aislamiento y disipación, y se utilizan de forma habitual en edificación, en puentes de carretera e incluso en puentes de ferrocarril que presentan junta de vía (donde no existen problemas de interacción vía-estructura). A priori, parecen reunir todas las características de un dispositivo antisísmico ideal para puentes ferroviarios: rigidez en servicio, protección en sismo, recentrado, no necesidad de mantenimiento y coste bajo. No obstante, la realidad es que se desconoce su comportamiento frente a cargas horizontales de ferrocarril, su capacidad de recentrado y si son capaces de cumplir los requisitos de la interacción vía-estructura. Por otro lado, la falta de normativas y especificaciones que traten conjuntamente la interacción vía-estructura y el sismo deja ciertos interrogantes sin resolver acerca de las verificaciones que se deben llevar a cabo en el dimensionamiento del puente. Por ello, en este trabajo se analiza si los aparatos de apoyo LRB son capaces de verificar los requisitos de interacción vía-estructura, si proporcionan a la estructura la protección sísmica adecuada y si satisfacen las exigencias de las administraciones ferroviarias en relación a la fiabilidad del servicio.