EN 14067-5=2007+A1=2011 Ensayos aerodinámicos en túnel

norma españo a

UNE-EN 14067-5:2007+A1

Septiembre 2011 TÍTULO

Aplic ciones ferroviarias Aero inámica Parte 5: Requisitos y métodos de ensayo aerodinámicos dentro de tú eles

Railway pplications. Aerodynamics. Aerodynamics. Part 5: Requirements Requirements and test test procedure s for aerodynamics aerodynamics in tunnels. pplicatio pplications ferroviaires. Aérodynamique. Partie 5: Exigences et procédures d 'essai pour l'aérodynamique en tunnel.

CORRESPONDENCIA

Esta no ma es la versión oficial, en español, de la Norma Eu opea EN 14067-5:2006 +A1:2010.

OBSERVACIONES

Esta no ma anula y sustituye a la Norma UNE-EN 14067-5:20 7.

ANTECEDENTES

Esta norma ha sido elaborada por el comité técnico AE erroviarias cuya Secretaría desempeña CETREN.

Editada e impresa por AENOR Depósito legal: M 37876:2011

LAS OBSERVACIONES A ESTE DOCUMENTO HAN DE DIRIGIRSE A:

© AENOR 2011

Reproducción prohibida

/CTN 25 25 Aplicaciones

37 Páginas Génova, 6 28004 MADRID-Espa a

[email protected] www.aenor.es

Tel.: 902 102 201 Fax: 913 104 032

AENOR AUTORIZA EL USO DE ESTE DOCUMENTO A CETREN

Grupo 23

S


S


NORMA EUROPEA EUROPEAN STANDARD ORME EUROPÉENNE EUROPÄISCHE NORM

EN 14067-5:2006+A1 Noviembre 2010

ICS 45.060.01; 93.060

Sustituye a EN 14067-5:2006

Versión en español

Aplicaciones ferroviarias Aerodinámica Parte 5: Requisitos y métodos de ensayo aerodinámicos dentro de túneles Railway applications. Aerodynamics. Part 5: Requirements and test procedures for aerodynamics in tunnels.

Applications ferroviaires. Aérodynamique. Aérodynamique. Partie 5: Exigences et procédures d'essai pour l'aérodynamique en tunnel.

Bahnanwendungen. Aerodynamik. Aerodynamik. Teil 5: Anforderungen und Prüfverfahren für Aerodynamik im Tunnel.

Esta norma europea ha sido aprobada por CEN el 2006-06-30 e incluye la Modificación 1 aprobada por CEN el 2010-09-28. Los miembros de CEN están sometidos al Reglamento Interior de CEN/CENELEC que define las co ndiciones dentro de las cuales debe adoptarse, sin modificación, la norma europea como norma nacional. Las correspondientes listas actualizadas y las referencias bibliográficas relativas a estas normas nacionales pueden obtenerse en el Centro de Gestión de CEN, o a través de sus miembros. Esta norma europea existe en tres versiones oficiales (alemán, francés e inglés). Una versión en otra lengua realizada bajo la responsabilidad de un miembro de CEN en su idioma nacional, y notificada al Centro de Gestión, tiene el el mismo rango que aquéllas. Los miembros de CEN son los organismos nacionales de normalización de los países siguientes: Alemania, Austria, Bélgica, Bulgaria, Chipre, Croacia, Dinamarca, Eslovaquia, Eslovenia, España, Estonia, Finlandia, Francia, Grecia, Hungría, Irlanda, Islandia, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburgo, Malta, Noruega, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Rumanía, Suecia y Suiza.

CEN COMITÉ EUROPEO DE NORMALIZACIÓN European Committee for Standardization Comité Européen de Normalisation Europäisches Komitee für Normung CENTRO DE GESTIÓN: Avenue Marnix, 17-1000 Bruxelles © 2010

CEN. Derechos de reproducción reservados a los Miembros de CEN.


EN 14067-5:2006+A1:2010

-4-

ÍNDICE Página PRÓLOGO .............................................................................................................................................. 6 1

OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN .................................................................................. 7

2

NORMAS PARA CONSULTA ................................................................. .................................. 7

3

TÉRMINOS, DEFINICIONES, SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS ....................................... 7

4 4.1 4.2 4.3

METODOLOGÍAS PARA CUANTIFICAR LOS CAMBIOS DE PRESIÓN A FIN DE CUMPLIR CON LOS CRITERIOS MÉDICOS DE SALUD ................................ 7 Generalidades ........................................................ .................................................................... ... 7 Curva característica tren-túnel-presión ............................................................ ......................... 7 Cambios máximos de presión .................................................................... ................................ 11

5

CARGAS DE PRESIÓN EN EL CRUCE DE TRENES NO ESTANCOS ........................... 11

6 6.1 6.2 6.3

CARGAS DE PRESIÓN DE TRENES NO ESTANCOS EN TÚNELES ............................. 14 Generalidades ............................................................................................................................. 14 Caso de un solo tren ................................................................................................................... 15 Caso de dos trenes ...................................................................................................................... 17

ANEXO A (Informativo)

ECUACIONES PREDICTIVAS .......................................................... 22

ANEXO B (Informativo)

CRITERIOS DE CONFORT DE PRESIÓN ...................................... 30

ANEXO C (Informativo)

ONDA DE MICROPRESIÓN .............................................................. 31

ANEXO ZA (Informativo) {A1►} RELACIÓN ENTRE ESTA NORMA EUROPEA Y LOS REQUISITOS ESENCIALES DE LA DIRECTIVA DE LA UE 2008/57/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO DEL 17 DE JUNIO DE 2008 SOBRE LA INTEROPERABILIDAD DEL SISTEMA FERROVIARIO DENTRO DE LA COMUNIDAD (REFUNDIDA) { ◄A1} ................ 34 BIBLIOGRAFÍA..................................................... ........................................................ ...................... 37 Figura 1

Curva característica tren-túnel-presión en una posición fija en un túnel (detalle) ..... 8

Figura 2

Curva característica tren-túnel-presión en una posición exterior situada inmediatamente después de la cabeza del tren ............................................................. .. 9

Figura 3

Caída de presión externa producida por el paso de la cabeza al cruzarse con otro tren .................................................................................................................... 12

Figura 4

Evolución de la presión interna dentro de un vehículo no estanco producida por el paso de la cabeza al cruzarse con otro tren .................................... ................... 12

Figura 5

Diferencias de presión en un vehículo no estanco producidas por el paso de la cabeza al cruzarse con otro tren .................................................................... ............ 13

Figura 6

Fuerzas típicas máximas medidas en la puerta de un vagón de mercancías al cruzarse con otro tren ................................................................................................ 14


-5-

EN 14067-5:2006+A1:2010

Figura 7

Diferencia de presión en un tren perfectamente estanco en dos túneles sucesivos.... 15

Figura 8

Historial de presión externa a diferentes velocidades en dos túneles sucesivos......... 16

Figura 9

Influencia de la longitud del túnel sobre la máxima variación de presión externa ... 16

Figura 10

Influencia del tiempo relativo de entrada Δt 1,2 en los valores máximos absolutos de diferencias de presión para una situación particular ............................ 17

Figura 11

Ejemplo de situación para cruces de trenes durante 1,5 h de circulación programada en una línea de alta velocidad con 6 trenes en servicio circulando por 6 túneles que cubren el 10% de la longitud total de la línea ................................ 18

Figura 12

Efecto de la variación del cuadro horario en el número de cruces en túneles para un tren determinado .............................................................................................. 19

Figura 13

Trazo de presión calculada y cargas de presión resultantes para una presión superior a 500 Pa ............................................................................................................ 20

Figura 14

Cargas de presión para dos situaciones de frecuencia de cruce distintas .................. 21

Figura A.1 Cálculo de la curva característica tren-túnel-presión .................................................. 23 Figura A.2 Soluciones X fr de la ecuación (A.13) para diferentes valores de ζ = ζ h + ζ fr ............... 25 Figura A.3 Soluciones X t de la ecuación (A.18) para distintos valores de ζ 1 = ζ h + ζ fr + ζ t donde ζ E = 0,5 .................................................................................................................. 27 Figura A.4 Coeficiente de resistencia aerodinámica ..................................................................... .. 29 Figura C.1 Generación, propagación y radiación de la onda ......................................................... 31 Figura C.2 Incremento de la pendiente en túneles con vías de hormigón ..................................... 32 Figura C.3 Radiación de una onda de micropresión............................................................... ........ 33


EN 14067-5:2006+A1:2010

-6-

PRÓLOGO Esta Norma EN 14067-5:2006+A1:2010 ha sido elaborada por el Comité Técnico CEN/TC 256 Aplicaciones ferroviarias, cuya Secretaría desempeña DIN. Esta norma europea debe recibir el rango de norma nacional mediante la publicación de un texto idéntico a ella o mediante ratificación antes de finales de mayo de 2011, y todas las normas nacionales técnicamente divergentes deben anularse antes de finales de mayo de 2011. Se llama la atención sobre la posibilidad de que algunos de los elementos de este documento estén sujetos a derechos de patente. CEN y/o CENELEC no es(son) responsable(s) de la identificación de dichos derechos de patente. Esta norma incluye la Modificación 1 aprobada por CEN el 2010-09-28. Esta norma anula y sustituye a la Norma EN 14067-5:2006. El comienzo y el final del texto introducido o modificado se indican por los símbolos {A1 ►} {◄A1}. {A1►} Esta norma europea ha sido elaborada bajo un Mandato dirigido a CEN/CENELEC/ETSI por la Comisión Europea y por la Asociación Europea de Libre Comercio, y sirve de apoyo a los requisitos esenciales de las Directivas europeas 2008/57/CE. La relación con las Directivas UE 2008/57/CE se recoge en el anexo informativo ZA, que forma parte integrante de esta norma. { ◄A1} Esta norma europea forma parte de la serie Aplicaciones ferroviarias. Aerodinámica que está compuesta por las siguientes partes: −

Parte 1: Símbolos y unidades.

−

Parte 2: Aerodinámica al aire libre.

−

Parte 3: Aerodinámica dentro de túneles.

−

Parte 4: Requisitos y métodos de ensayo aerodinámicos al aire libre.

−

Parte 5: Requisitos y métodos de ensayo aerodinámicos dentro de túneles.

−

Parte 6: Efectos del viento transversal en operación ferroviaria.

De acuerdo con el Reglamento Interior de CEN/CENELEC, están obligados a adoptar esta norma europea los organismos de normalización de los siguientes países: Alemania, Austria, Bélgica, Bulgaria, Chipre, Croacia, Dinamarca, Eslovaquia, Eslovenia, España, Estonia, Finlandia, Francia, Grecia, Hungría, Irlanda, Islandia, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburgo, Malta, Noruega, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Rumanía, Suecia y Suiza.


-7-

EN 14067-5:2006+A1:2010

1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN Esta norma europea es de aplicación para las cargas aerodinámicas causadas por trenes que circulan por túneles.

2 NORMAS PARA CONSULTA Las normas que a continuación se indican son indispensables para la aplicación de esta norma. Para las referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para las referencias sin fecha se aplica la última edición de la norma (incluyendo cualquier modificación de ésta). EN 14067-1:2003 Aplicaciones ferroviarias. Aerodinámica. Parte 1: Símbolos y unidades.

3 TÉRMINOS, DEFINICIONES, SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS Para los fines de esta norma europea, se aplican los términos, definiciones, símbolos y abreviaturas dados en la Norma EN 14067-1:2003 junto con el siguiente. NOTA Las definiciones, símbolos y abreviaturas adicionales se explican en el texto.

3.1 túnel: Estructura cerrada que encierra la(s) vía(s) en una longitud de más de 20 m. 4 METODOLOGÍAS PARA CUANTIFICAR LOS CAMBIOS DE PRESIÓN A FIN DE CUMPLIR CON LOS CRITERIOS MÉDICOS DE SALUD 4.1 Generalidades Los cambios de presión relevantes provocados por trenes que atraviesan un túnel pueden medirse a escala real, con estimaciones a partir de fórmulas aproximadas (véase el anexo A) establecidas con métodos numéricos validados o mediciones realizadas durante los ensayos con modelos en movimiento. La determinación de las variaciones de presión para cumplir los límites médicos con seguridad puede efectuarse de la misma forma. Los datos obtenidos en ensayos a escala real pueden ser la base para la recepción y homologación de trenes y túneles. Toda combinación tren/túnel viene descrita por una curva característica tren-túnel-presión.

4.2 Curva característica tren-túnel-presión 4.2.1 Generalidades Cuando un tren entra en un túnel, la presión estática (representada en la figura 1) se desarrolla de la siguiente forma: −

la entrada de la cabeza del tren en el túnel produce una primera subida fuerte de presión ∆ p N;

−

los efectos del rozamiento causados por la entrada de la caja central del tren en el túnel provocan una segunda subida de presión ∆ pfr ;

−

la entrada de la cola del tren en el túnel da lugar a una caída de presión ∆ pT;

−

y por último, el paso de la cabeza del tren por la posición de medición en el túnel causa una fuerte caída de presión ∆ pHP.

Las mediciones reales de presión pueden diferir de la curva característica teórica de la figura 1 si, por ejemplo, la sección transversal del tren varía a lo largo del tren, en cuyo caso deben determinarse los valores ∆ p individuales.


EN 14067-5:2006+A1:2010

-8-

Todos los valores ∆ p tienen que considerars como valores absolutos.

Figura 1 – Curva característic tren-túnel-presión en una posición fija en un túnel (detalle) Los siguientes métodos son adecuados para caracterizar la calidad aerodinámica de un tren en un tú el. La curva característica tren-túnel-presión pue de deducirse a partir de cálculos o mediciones en una po ición fija en el túnel, es decir, de los cuatro cambios de presión ∆ p , ∆ pfr , ∆ pT y ∆ pHP en un punto determinado en el túnel (v ase 4.2.2).

4.2.2 Medición a escala real de pN, pfr, pT y pHP en una posición fija en el túnel El túnel debería tener una sección transversal constante, sin chimeneas de ventilación ni ondas de pre siones residuales. En condiciones idóneas, no debería producirse inguna corriente de aire inicial en el túnel. Sin embarg , si se da el caso, se debería comprobar su influencia en las medic iones. Las presiones se miden con transductores sit ados en el túnel. Antes de su utilización, los transductor s deberían calibrarse en el rango de presiones esperadas, por lo ge neral ± 4 kPa. El error de medición debería ser inferior al 1%. La velocidad del tren debe ser conocida co entrada en el túnel.

una precisión del 1% y debería permanecer constante en el 1% durante la

Los datos deberían analizarse con una frecuen cia de muestreo de al menos 5 vtr / L N Hz, con filtros antiso lape y una frecuencia de corte equivalente a la cuarta parte de la fr ecuencia de muestreo. Para obtener un patrón de curva completamen te desarrollado con valores precisos de ∆ p N, ∆ pfr , ∆ pT y ∆ asegurar las siguientes condiciones para la v elocidad vtr y longitud L N del tren: −

HP,

resulta necesario

la distancia x p entre la boca de entrada y la posición de medición es la siguiente:

x p =

cLtr c − vtr

+ ∆x1

(1)

donde la distancia adicional ∆ x1 garantiza u a buena separación temporal de las variaciones indivi uales de presión. En situación idónea, debería ser de unos 100 . Debería instalarse el sistema de medición en x p para evitar los efectos de amortiguación de ondas;


-9-

−

EN 14067-5:2006+A1:2010

la longitud mínima del túnel es la siguie te:

Ltu,mín. = xp +

Ltu,mín. =

x 

cLtr 2vtr

+ ∆ L1

c  1 +  + ∆ L1 2  vtr 

si ∆ pHP no es necesaria

(2)

si ∆ pHP es necesaria

(3)

donde la longitud adicional ∆ L1 garantiza u a buena separación temporal de las variaciones indivi uales de presión. En condiciones idóneas, debería ser de unos 15 m.

4.2.3 Mediciones a escala real de pN,o, pfr,o y pT,o en el exterior del tren Si no se pueden efectuar las mediciones en bicaciones fijas dentro de un túnel, puede obtenerse un valor aproximado de ∆ p N, ∆ ptr y ∆ pT mediante las mediciones de p N,o, ∆ pfr,o y ∆ pT,o en el exterior del tren. Si procede, pu ede deducirse ∆ pHP a partir de otras fórmulas predictivas o puede asumirse que su valor es igual a ∆ p N,o. El túnel debe tener una sección transversal onstante, sin chimeneas de ventilación ni ondas de pre siones residuales. En condiciones idóneas, no debería producirse ninguna corriente de aire inicial dentro del túnel. Sin embargo, si se da el caso, tendría que comprobarse su influencia en las mediciones. Las presiones se miden por medio de trans uctores situados en el exterior del tren. Antes de su u so, los transductores deberían calibrarse en el rango de presiones esperado, por lo general ± 4 kPa. El error de medició debería ser inferior al 1%. La velocidad del tren debe ser conocida co una precisión del 1% y debería permanecer constante en el 1% durante la entrada en el túnel. Los datos deberían analizarse con una frecuen cia de muestreo de al menos 5 vtr / L N Hz, con filtros antiso lape y una frecuencia de corte equivalente a la cuarta parte de la fr ecuencia de muestreo.

Figura 2 – Curva característica tren-túnel-presión en una posición exterior sit ada inmediatamente después de la cabeza del tren


EN 14067-5:2006+A1:2010

- 10 -

A fin de obtener el valor total del aumento de presión de rozamiento ∆ pfr , es necesario medir las presiones en el exterior del tren, justo por detrás de la cabeza, donde se obtiene la sección transversal completa. La longitud mínima del túnel Ltu,mín. es la siguiente: Ltu,mín.

=

Ltr c  c + vtr    + ∆L2 2 vtr  c − vtr 

(4)

donde la longitud adicional ∆ L2 garantiza una buena separación temporal de las variaciones individuales de presión. En condiciones idóneas, debería ser de unos 200 m. Puesto que la longitud del túnel reduce la amplitud de la primera reflexión de la onda de cabeza ∆ p N,o debido al rozamiento, la longitud del túnel no debería ser muy superior a Ltu,mín.

4.2.4 Fórmulas predictivas para

pN, pfr, pT y pHP

Se pueden realizar estimaciones de los valores de ∆ p N, ∆ pfr , ∆ pT y ∆ pHP por medio de las fórmulas dadas en los capítulos A.2 y A.3 del anexo A. En el caso de túneles con sección transversal variable, se debe considerar la sección transversal más pequeña.

4.2.5 Evaluación de

pN, pfr, pT y pHP por simulación numérica

Los cálculos pueden realizarse con métodos numéricos validados. La longitud del túnel y la posición de medición deben ser deducidas de las fórmulas (1), (2) y (3).

4.2.6 Medición a escala reducida de

pN, pfr, pT y pHP en una posición fija en el túnel

Deberían construirse modelos del tren de ensayo con la mayor precisión posible en la cabeza y la cola del tren. Asimismo, debería tener una buena representación de los bogies, de los espacios entre coches y de las características de la superficie exterior del tren (por ejemplo, rugosidad y forma). Los modelos de ensayo deben estar a escala igual o mayor a 1/25 con respecto del tren de ensayo a fin de garantizar la menor influencia posible de los efectos del número de Reynolds. Es primordial que se respete el número de Mach del tren a escala real. Con modelos a escala reducida del tren y del túnel, las ondas de presión reproducirán las que se generan a escala real, con la diferencia de que la base temporal disminuirá en el modelo reducido. Por ejemplo, en un ensayo a escala 1/25, todas las ondas de presión se producirán con una base temporal 25 veces más rápida que a escala real. En la mayoría de los casos, no es viable el uso de modelos para representar la longitud real del tren. Para el propósito deseado, el tren a escala reducida se compone como mínimo de un coche de cabeza y otro de cola, así como de dos coches centrales. La parte del rozamiento de la curva característica de presión para estos modelos de longitud reducida reproduce el aumento completo de presión, siempre y cuando la longitud a escala real se tome en consideración por extrapolación. El uso de modelos de tren más cortos dará lugar a valores más conservadores de ∆ pT y ∆ pHP. El modelo del túnel debe ser rígido y estar muy bien sellado en todo el banco de ensayos para garantizar que no se produce una disminución de la amplitud de la onda de presión. La longitud mínima del túnel y la posición de medición deben respetar las dimensiones dadas en el apartado 4.2.2, reproducidas en función de la escala del modelo. Las presiones se miden por medio de transductores situados en el túnel. Antes de su uso, los transductores deberían cali brarse en el rango de presiones esperado, por lo general ± 4 kPa. El error de medición debería ser inferior al 1%. La velocidad del tren debe ser conocida con una precisión del 1% y debería permanecer constante durante la entrada en el túnel dentro del 1%. Los datos deberían analizarse con una frecuencia de muestreo de al menos 5 vtr / L N,model Hz, con filtros antisolape y una frecuencia de corte equivalente a la cuarta parte de la frecuencia de muestreo.


- 11 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

4.3 Cambios máximos de presión El cambio máximo de presión (pico a pico) ∆ pmáx. en las condiciones más desfavorables (por ejemplo, longitud crítica del túnel, cruce o circulación en paralelo críticos, ubicación crítica) viene dado por las siguientes fórmulas. En una posición fija en un túnel para una situación con dos trenes:

∆

máx. = 2∆ pN + 2 ∆pfr + 2 ∆pT + 2∆pHP

(5)

∆

máx. = ∆ pN + ∆pfr + ∆pT + ∆pHP

(6)

(cruce o circulación en paralelo) En una posición fija en un túnel para una situación con un solo tren: Dentro de un tren en una situación de cruce de dos trenes:

∆ pmáx. =

Dentro de un tren en una situación con un solo tren:

∆

2∆pN + 2∆pfr + 2∆pT + ∆pHP + ∆ palt (7)

máx. = ∆ pN + ∆pfr + ∆pT + ∆palt

(8)

donde ∆

alt = g ρ 0 ∆h

(9)

es la variación natural de presión causada por la diferencia de altitud donde ρ0 = 1,225 kg/m

3

;

h es la diferencia entre las altitudes máximas y mínima en el túnel.

Δ

Las variaciones de presión máximas representan información útil para la comparación con los límites de presión fijados en las ETI y el nivel nacional y para realizar estimaciones de carga.

5 CARGAS DE PRESIÓN EN EL CRUCE DE TRENES NO ESTANCOS Cuando la cabeza de un tren cruza otro tren, se produce una caída de presión, que viaja con la velocidad relativa de los trenes (véase la figura 3). Se produce un aumento de presión cuando pasa la cola del tren. El gradiente de estos cambios de presión puede ser mucho más pronunciado que los gradientes de las ondas de presión inducidas por el tren. Debido a esta pendiente, estos cambios de presión pueden dar lugar a cargas en vehículos no estancos.


EN 14067-5:2006+A1:2010

- 12 -

Leyenda 1

Presión externa en la parte frontal

2

Presión externa en la parte central

3

Presión externa en la parte trasera

Figura 3 – Caída de presión exter na producida por el paso de la cabeza al cruzarse co n otro tren Cuando la cabeza del tren opuesto sobrepasa la cabeza del tren no estanco, la presión interna también empieza a disminuir. Como la información sobre la caída de presi n viaja con la velocidad del sonido dentro del vehículo, la presión interna es casi independiente de la ubicación dentro del ehículo (véase la figura 4).

Leyenda 1

Presión interna en la parte frontal

2

Presión interna en la parte central

3

Presión interna en la parte trasera

Figura 4 – Evoluci n de la presión interna dentro de un vehículo no estanco producida por el paso de la cabeza al cruzarse con otro tren


- 13 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

La figura 5 muestra las diferencias entre la pr sión interna y externa en puntos situados en las partes fr ntal, central y trasera de un vehículo no estanco durante el paso d la cabeza al cruzarse con otro tren. En la parte frontal, las caídas de presión inte rna y externa comienzan al mismo tiempo. Debido al ayor gradiente de la caída de presión externa, la diferencia de pr sión crea una carga del interior al exterior que puede s r importante cuando las puertas se abren hacia el exterior. En la parte central del vehículo no estanco, l a caída de la presión interna comienza antes que la caí a de presión externa que tiene un mayor gradiente. En primer lug ar, se produce una diferencia de presión que va del ext rior al interior y que cambia después de dirección. En la parte trasera del vehículo no estanco, l caída de presión interna comienza antes que la caída d e presión externa. La diferencia de presión resultante crea una car a del exterior al interior que puede ser importante en ve hículos cubiertos con lonas, como por ejemplo, cajas móviles.

Leyenda 1

Diferencia de presión en la parte frontal

2

Diferencia de presión en la parte central

3

Diferencia de presión en la parte trasera

Figura 5 – Dif rencias de presión en un vehículo no estanco producidas por el paso de la cabeza al cruzarse con otro tren El tiempo que la cabeza del vehículo contrar io tarda en pasar al vehículo se calcula según l a siguien te fórmula:

∆t =

Lveh vtr,1 + vtr,2

(10)

donde Lveh

es la longitud del vehículo.

En el caso de un vehículo en movimiento, el iempo que tarda la cabeza en pasar es más corto. Las fue rzas mecánicas resultantes pueden ser mayores debido a las aceler aciones laterales y a los efectos tridimensionales y de ine cia, como aparece en la figura 6.


EN 14067-5:2006+A1:2010

- 14 -

Leyenda

F máx. Δ pd,máx.

Fuerza máxima medida en la puerta Diferencia máxima entre la presión interna y l presión externa

NOTA Cada punto representa una velocidad distinta d el tren contrario vtr,2.

Figura 6 – Fuerzas típicas máximas medidas en la puerta de un vagó de mercancías al cruzarse con otro tren 6 CARGAS DE PRESIÓN DE TRENES NO ESTANCOS EN TÚNELES 6.1 Generalidades Las variaciones de presión producidas por la circulación en túneles deben tomarse en consideración en la construcción de trenes estancos. Deben evaluarse tanto el cas o del tren solo como la situación de cruce con otro tren. El tren tiene que ser capaz de resistir todas las cargas que se produ can durante su ciclo de vida. Las diferencias entre las presiones interna y e xterna dan lugar a cargas en las cajas, ventanas, suelos d los pasillos, puertas, etc. Según el grado de estanquidad del vehí ulo, las variaciones de presión fuera del tren causan v ariaciones de presión dentro del tren. Si el tren es perfectamente est anco (pi = 0), entonces la presión diferencial es igual a la presión externa. Si el tren no es nada estanco (pi = pe), entonces la p resión diferencial es igual a cero. Para trenes parcialment e estancos, la presión diferencial puede ser mayor que la presión ext erna (véase la figura 7). Este efecto debe tenerse en cuent a.


- 15 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

Leyenda 1

Circulación de un solo tren

2

Cruce crítico de dos trenes

pe

Presión externa

pi

Presión interna

pd

Diferencia de presión entre la presión interna y ext rna

Figura 7 – Diferencia de presi n en un tren perfectamente estanco en dos túneles s cesivos La información incluida en el capítulo 6 es na aproximación que puede utilizarse en el caso de car as de presión.

6.2 Caso de un solo tren 6.2.1 Generalidades La situación de funcionamiento habitual incl ye un solo tren, incluso cuando el túnel tiene dos vías. as cargas producidas por las variaciones de presión en este caso siempre suelen dar lugar al caso de diseño de resistencia a l a fatiga. La presión en el exterior de la superficie del ren depende de la velocidad del tren, de las secciones tr nsversales del tren y del túnel, de la posición a lo largo del tren, et c. Las mediciones y/o cálculos de las diferencias de pre ión para este caso de un solo tren deberían efectuarse para todas la situaciones que se puedan esperar durante la explotació . Deberían recogerse todos los valores signifi ativos de cargas de presión positivas y negativas, nece arios para el cálculo del esfuerzo. Deberían tomarse en consider ción diferentes velocidades de funcionamiento ya que el espectro de carga inducido por un solo tren puede variar como aparece reflejado en la figura 8. La máxima variación de presión externa ta bién depende de la longitud del túnel (véase la figura 9 ). La longitud crítica del túnel Ltu,crit que da lugar a la presión n egativa más importante en el caso de un solo tren es aproximadamente la siguiente:

Ltu,crit ≈

Ltr c 

c  1 +  4 vtr  vtr 


(11)

EN 14067-5:2006+A1:2010

- 16 -

Figura 8 – Historial de presi n externa a diferentes velocidades en dos túneles su esivos

Figura 9 – Influencia de la lon itud del túnel sobre la máxima variación de presión externa 6.2.2 Número de pasadas de un solo tren en el túnel El número total de pasadas de un tren durante su ciclo de vida puede obtenerse por aproximación con l a siguiente fórmula:

NS = ndpy × Ttr × nS donde T tr

es la vida útil del tren en años;

ndpy

es el número de días de servicio por ño;

nS

es el número de pasadas del tren en e túnel por día.


(12)

- 17 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

6.3 Caso de dos trenes 6.3.1 Generalidades El estudio de dos trenes abarca las siguiente situaciones: trenes que se cruzan, marchan uno detrás el otro o circulan en paralelo. La experiencia operativa actual mue stra que los casos de trenes sucesivos y en paralelo son enos frecuentes que los casos de trenes que se cruzan y además producen menores cargas de presión en los trenes. Por ello, estos dos casos quedan cubiertos por el caso del cruce de tren s. El número de cruces de trenes en túneles sue le ser inferior que el número de pasadas de trenes solos. En la mayoría de los casos, las amplitudes de presión son mayor es que las obtenidas en el caso de un solo tren. Las a plitudes de presión dependen en fuerte medida del tiempo relativ de entrada de los trenes en el túnel. La figura 10 muestr los máximos valores absolutos de diferencias de presión en funci n del momento relativo de entrada de dos trenes idénti cos que circulan a la misma velocidad. Cuando el tren contrario ab andona el túnel antes de que el segundo tren entre, tambi én puede favorecerse la creación de picos de presión más altos que n el caso de un solo tren.

Leyenda |p|

Valores absolutos de diferencia de presión

Δt 1,2

Tiempo relativo de entrada del tren 1 y del tren 2, en s

1

Tren contrario abandona el túnel antes de la entr da del tren 1 (cruce virtual)

2

Ambos trenes en el túnel

3

Tren contrario entra en el túnel después de la sal da del tren 1 (caso de un solo tren)

4

p – p0 < 0

5

p – p0 > 0

Figura 10 – Influenc a del tiempo relativo de entrada Δt 1,2 en los valores máximos absolutos de diferencias de presión para una situación particular En todos los túneles deberían realizarse simu laciones (o mediciones) numéricas con distintos tiempo s relativos de entrada Δt e y con el siguiente intervalo de tiempo:

L + Ltr L + Ltr ; n < 3 (en función de la amortiguación de la onda de presión − n tu < ∆t e < tu vtr

vtr

con franjas temporales adecuadas y suficien es para captar los picos:

Δt ≤ Ltu/(5c).


n el túnel)

(13)

EN 14067-5:2006+A1:2010

- 18 -

La longitud crítica del túnel Ltu,cri que da luga al máximo pico de presión negativa en el cruce de dos t enes puede obtenerse semi-empíricamente y es aproximadamente: Ltu,crit ≈

c  Ltr,1

 2  vtr,1

+

Ltr,2 



(14)

vtr,2 

Si la información operativa necesaria para el cálculo preciso no está disponible con los detalles sufici entes o si se requiere una aproximación, entonces la información ue falta puede reemplazarse por: −

la combinación de la velocidad y de la lo gitud del tren con la longitud y la sección transversal del túnel origen que dan la mayor amplitud de presión;

−

una posición en la parte de sección tran versal constante del tren, cercana a la cabeza del tren, a fin de obtener los mayores valores positivos;

−

una posición en la parte de sección transv rsal constante del tren, cercana a la cola del tren, a fin d valores negativos.

obtener los mayores

6.3.2 Número de situaciones de cruces d trenes Preferiblemente, el número de situaciones d e cruces de trenes en un túnel debería quedar determin do por el horario, la ubicación del túnel y su longitud. La figura 12 ilustra un ejemplo. Puesto que la frecuencia de los cruces depende en gran medida d e las variaciones del cuadro horario (véase la figura 11), debería eterminarse la frecuencia media.

Leyenda x

Ubicación, en km

t

Cuadro horario, en hh:mm

•

Cruce de dos trenes en túneles

Líneas horizontales

Posiciones en las bocas del túnel (entrada y salida) Inicio de circulación de los tre es a partir de uno de los extremos de la línea (superior o inferior)

Líneas oblicuas

Figura 11 – Ejemplo de sit ación para cruces de trenes durante 1,5 h de circul ción programada en una línea de alta velocidad con 6 trenes en servicio circulan o por 6 túneles que cubren el 10% de la longitud total de la línea


- 19 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

Leyenda

nc

Número de cruces diarios en el túnel

Δt

Variación del cuadro horario, en min

Figura 12 – Efecto de la variación del cuadro horario en el número de cruces en túneles para un tren determinado Si coinciden a la vez los momentos más des favorables del cuadro horario de los trenes y de la dist ibución del túnel, el resultado más desfavorable sería el siguiente :

 ntr    ntu 

N c = N S min 1;

(15)

donde ntr

número de trenes que se cruzan;

ntu

número de túneles con doble vía;

N S

número de recorridos en túneles de do le vía durante la vida útil del tren;

N c

número de cruces durante la vida útil d el tren.

Podría presuponerse que el número de situa iones de cruce es N S, si se carece de la información ope rativa adecuada.

6.3.3 Análisis de las cargas de presión Los trazos de presión medidos o calculados d eberían analizarse por medio de un método normalizado (por ejemplo, análisis del caudal de lluvia) con los detalles de las peraciones propuestas para vincular las presiones aerod námicas a las cargas estructurales de fatiga. Como alternativa la si uiente metodología puede aplicarse.


EN 14067-5:2006+A1:2010

- 20 -

Los valores obtenidos para las variaciones de presión se dividen en clases adecuadas entre los valores áximo y mínimo de presión. El número de cargas durante la vida útil para cada clase tiene que determinarse a partir de to dos los casos de tren solo y de cruce de dos trenes. Las cargas de p esión superiores a un nivel específico (por ejemplo, 500 a) se determinan con los trazos de presión externa, como se muestr en la figura 13. Se debería tomar en consideración la va iación de las posiciones a lo largo del tren. El número de cargas e n una clase multiplicado por el número de pasadas de tr n solo o cruces en el túnel elegido supone una contribución a las c argas acumuladas. El túnel elegido podría ser representat vo de túneles similares. Las variaciones de longitud de los túnel s pueden tenerse en cuenta ponderando las máximas pr siones absolutas con una función como la que aparece en la figura . Asimismo, las variaciones de configuración del tren (por ejemplo, conjuntos de trenes acoplados) deberían tomarse en consideración y ponderarse según su probab lidad de aparición. Para toda nueva configuración que afecte la longitud del conjunto del tren, se requiere un conjunto co pleto de trazos de presión. Pueden darse distintas combi aciones de cruces. Si se parte de los casos más desfavorables, se pu eden deducir otros casos utilizando un factor de escala p ra los picos de carga, según las amplitudes de onda de presión.

Leyenda

p

Presión, en Pa

t

Tiempo, en s

Figura 13 – Tr azo de presión calculada y cargas de presión resultan es para una presión superior a 500 Pa La figura 14 ilustra un ejemplo para la carg a de presión resultante en dos situaciones diferentes de frecuencia de cruce. Las presiones del tren único son dominantes en número de cargas.


- 21 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

Leyenda Δ p

Diferencia de presión, en Pa

Figura 14 – Cargas de pre ión para dos situaciones de frecuencia de cruce disti ntas


EN 14067-5:2006+A1:2010

- 22 -

ANEXO A (Informativo) ECUACIONES PREDICTIVAS

A.1 Generalidades Las siguientes ecuaciones predictivas permiten realizar una estimación de los diferentes cambios de presión de la curva característica tren-túnel-presión y de la resistencia aerodinámica.

A.2 Fórmulas de la SNCF1) A.2.1 Entrada de la cabeza del tren La amplitud del frente de la onda puede determinarse con la siguiente fór mula: 

1 + 2Y − 1   Y 

∆ p N = κ p0 Ma 1 −



(A.1)

donde 

Y = ζ n Ma 

1

 (1 − B )2 



− 1

(A.2)

(A.3)

 

y ς n

= 1+

ς h

1 − (1 − B )2

A.2.2 Entrada de la parte intermedia del tren La fórmula para la cuantificación de ∆ pfr , es: ∆ pfr = κ p0 MaX 4

  2 Ltr Cf,tu (1 − Ma ) X 4  − ∆pN 1 +  Dh,tu 

(A.4)

donde X1 =

  1  4 Ltr  1 1    Cf,tu   C B C 1 ζ − 1 − + − − ( f,tu ) n  (1 − B )2  Dh,tu  Ma  (1 − B )3 f,tr      

(A.5)

 1 4 Ltr 1 1  C f,tu  + −1− 2 Ma Dh,tu  Ma 1 B − ( )  

(A.6)

X 2

=

1) Gregoire et al., 1997.


- 23 -

X 3

2 Ma

+

4 Ltr Dh,tu

X 4 = 1 +

 1

C f,tu 

− X 2 +

 Ma

EN 14067-5:2006+A1:2010

−1 −

  (1 − B )  1

X 22 − X1 X 3 X 1

A.2.3 Entrada de la cola del tren Δ pT puede

ser aproximada como Δ pT = 0,8 p N.

A.3 Fórmulas de la Universidad Técnica de Viena2) (TU Wien) A.3.1 Generalidades

Figura A.1 – Cálculo de la curva característica tren-túnel-presión A.3.2 Símbolos Para los fines de este anexo, se aplican los si guientes símbolos: C f,tr

coeficiente de rozamiento del tren;

C f,tu

coeficiente de rozamiento del túnel;

C x,tu

coeficiente de resistencia del tren e el túnel;

Lt

longitud de la cola;

P etr

perímetro del tren;

P etu

perímetro del túnel;

2)

Sockel, 2003.


(A.7)

(A.8)

EN 14067-5:2006+A1:2010

- 24 -

p

presión después de la entrada de la cola del tren;

p

aumento de presión por los efectos del rozamiento;

p

aumento de presión causada por la entrada de la cabeza del tren;

p

caída de presión por el paso de la cabeza;

Δ 1 Δ fr Δ N Δ HP

X d

variable ficticia;

X h

variable ficticia;

X fr

variable ficticia;

X t

variable ficticia;

ζ E

coeficiente de pérdida para la boca del túnel;

ζ 1

coeficiente de pérdida para el tren;

ζ h

coeficiente de pérdida de la cabeza del tren en el túnel;

ζ h0

coeficiente de pérdida de la cabeza del tren al aire libre;

ζ h1

coeficiente para pérdidas adicionales de la cabeza del tren en el túnel;

ζ t

coeficiente de pérdida de la cola del tren en el túnel;

ζ t0

coeficiente de pérdida de la cola del tren al aire libre;

ζ t1

coeficiente para pérdidas adicionales de la cola del tren en el túnel.

A.3.3 Cálculo de Δ pN p puede calcularse resolviendo la siguiente ecuación no lineal para X h, que es el número de Mach del flujo por delante del tren: Δ N

2 2 κ ( Ma − X h ) (1 − X h )  1 + X h  ζ h κ ( Ma − X h ) (1 + X h ) 1 − − κ X h + =0 2 2  (1 − B )2  2 (1 − B )  

ζ h toma en consideración los efectos de

(A.9)

rozamiento y de separación en la cabeza del tren. ζh

= ζ h0 B + ζ h1 B

2

(A.10)

ζ h0 es el coeficiente de pérdida de la cabeza del tren al

aire libre. ζ h1 tiene en cuenta los efectos aerodinámicos en el túnel y puede considerarse cero para trenes de forma aerodinámica óptima. 2κ     κ − 1  κ −1  ∆ p N = − 1 p0  1 + 2 X h      


(A.11)

A.3.4 Cálculo de Δ pfr

ζ fr

=

   ( L tr Stu − S tr    1

2     X fr (1 + X fr ) − Ma ( B + X fr )  X fr (1 + X fr ) − Ma ( B + X fr )      − Ln − Lt ) Cf,tr Petr − Lt Cf,tu Petu 2 2  ( Ma − X fr ) (1 + X fr )  

(A.12)

ser calculado, resolviendo la siguiente ecuación (A.1 3) para X fr , donde el valor de ζ fr en esta ecuación debe sustituirse por la fór ula (A.12). Si en la fórmula (A.12) se sustituye X fr por X h para simplificar el procedi iento, entonces el valor resultante de Δ pfr será algo superior en porcentaje. Δ pfr puede

2

κ X fr +

κ ( a − X fr ) (1 +

fr )

2

 1 + X  (ζ + ζ ) κ ( Ma − X )2 (1 + X )2 h fr fr fr fr  1 − − 2  (1 − B )2  B − 2 1 ( )  

=

0

(A.13)

2κ    κ −1    κ − 1 X ∆ pfr = + − 1 1 fr     p0 − ∆pN 2     

(A.14) 2 5 -

E N 1 4 0 6 7 5 : 2 0 0 6 + A 1 : 2 0 1 0

Figura A.2 – Soluciones X f de la ecuación (A.13) para diferentes valores de ζ = ζ h + ζ fr


A.3.5 Cálculo de Δ pT

ζ fr

=

  ( L Stu − S tr  tr 

1

2   X t (1 + X t ) − Ma ( B + X t )   X t (1 + X t ) − Ma ( B + X t )   − Ln − Lt ) Cf,tr Pe tr − LtrC f,tu Pe tu  2 2 ( Ma − X t ) (1 + X t )   2 ( ( Ma − X t ) (1 + [ 2 − κ ] X t ) ] a = (ζ h + ζ fr + ζ t ) κ 2 2 (1 − B ) 2 − κ [ Ma − X t ] 1 − (κ − 1) X t 

{

}

(A.15)

(A.16)

E N 1 4 0 6 7 5 : 2 0 0 6 + A 1 : 2 0 1 0

donde ζ t toma en consideración los efectos de rozamiento en la cola del tren y los efectos de estela tras el paso del tren. ζt

= ζ t0 B + ζ t1B

2

(A.17)

ζ t0 es el coeficiente de pérdida de la cola del tren al aire libre. ζ t1 toma en consideración los efectos aerodinámicos en el túnel y puede tomarse como valor 0,6 para

trenes de forma aerodinámica óptima.

p puede calcularse, resolviendo la siguiente ecuación no lineal para X t, donde el valor de a en esta ecuación tiene que ser sustituido por la ecuación (A.16).

Δ 1

κ X t

−a

(1 + κ X t ) +

κ ( X t

− aMa

2 ) (1 + ζ E )

2 (1 − a )2

=

0

(A.18)

ζ E puede tomarse como 0,5.

∆

1

=

2κ     κ − 1  κ −1  1 X 1 + − t    p0 2     

El valor de Δ pT se obtiene a partir de la siguiente fórmula: Δ pT = Δ p N + Δ pfr – Δ p1.


(A.19)

2 6 -

A.3.5 Cálculo de Δ pT

ζ fr

=

  ( L Stu − S tr  tr 

1

2   X t (1 + X t ) − Ma ( B + X t )   X t (1 + X t ) − Ma ( B + X t )   − Ln − Lt ) Cf,tr Pe tr − LtrC f,tu Pe tu  2 2 ( Ma − X t ) (1 + X t )   2 ( ( Ma − X t ) (1 + [ 2 − κ ] X t ) ] a = (ζ h + ζ fr + ζ t ) κ 2 2 (1 − B ) 2 − κ [ Ma − X t ] 1 − (κ − 1) X t 

{

}

(A.15)

(A.16)

E N 1 4 0 6 7 5 : 2 0 0 6 + A 1 : 2 0 1 0

donde ζ t toma en consideración los efectos de rozamiento en la cola del tren y los efectos de estela tras el paso del tren. ζt

= ζ t0 B + ζ t1B

2

(A.17)

ζ t0 es el coeficiente de pérdida de la cola del tren al aire libre. ζ t1 toma en consideración los efectos aerodinámicos en el túnel y puede tomarse como valor 0,6 para

trenes de forma aerodinámica óptima.

p puede calcularse, resolviendo la siguiente ecuación no lineal para X t, donde el valor de a en esta ecuación tiene que ser sustituido por la ecuación (A.16).

Δ 1

κ X t

−a

(1 + κ X t ) +

κ ( X t

− aMa

2 ) (1 + ζ E )

2 (1 − a )2

=

0

(A.18)

ζ E puede tomarse como 0,5.

∆

2κ     κ − 1  κ −1  X t  − 1 p0 1 =  1 +  2     

(A.19)

El valor de Δ pT se obtiene a partir de la siguiente fórmula: Δ pT = Δ p N + Δ pfr – Δ p1.


- 27 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

2 6 -

- 27 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

Figura A.3 – Soluciones X t de la ecua ción (A.18) para distintos valores de ζ 1 = ζ h + ζ fr + ζ t donde ζ E = 0,5 A.3.6 Cálculo de la caída de presión por l paso de la cabeza del tren Δ pHP La diferencia de presión por el paso de la cab eza del tren Δ pHP puede calcularse con X t, el resultado de la ecuación (A.18) y las siguientes ecuaciones:

      2 2  κ + 1)( Ma − X t ) ( a X t )  1 ( 1    Y = 1+ − 1 1 +    2 2 2  1 + X t κ − 1   (1 − B )   2 1 + κ − 1 X  (1 − B )2    2  + 1 X   t t    2      

∆ pHP

2 2  κζ h ( Ma − X t ) (1 + X t )   p0 = κ ( Y − 1 + X t ) + 2   (1 − B )  

(A.20)

(A.21)

A.3.7 Cálculo del coeficiente de resistenc a C x,tu A.3.7.1 Método 1 Este método sólo debería aplicarse para B > 0,05.

q=

a − X t 1− a

El valor de a debe calcularse a partir de la fó rmula (A.16).


(A.22)

Ma − w =

X t (1 + X t ) − Ma ( B + X t ) 1 − B 1



Cx,tu

(A.23)



2 2  ( Ma − w ) ( Ma − w )  ( Ma − q ) ∆p1  κ  2  ∆ p1 q 2 Ma X BC Pe L 1 1 1 ζ = + + + − + − + ( ) ( )    E t  f,tu tu tr   p0   ( Ma − X t )  2 2S tr Ma 2 B  κ p0  





Fx

=

Cx,tu ρ S tr

vtr 2 2

(A.24)

(A.25) 2 8 -

Este valor representa la resistencia aerodinámica justo después de la entrada de la cola del tren en el túnel. La figura A.4 representa el coeficiente de resistencia aerodinámica C x,tu como una función del tiempo para las pasadas de un tren por un túnel corto ( Ltu = 1 900 m) y un túnel largo ( Ltu = 8 000 m), el resto de los parámetros permanecen idénticos. La cola del tren entra en el túnel al cabo de unos 8 s. Para el túnel corto, C x,tu es constante durante un periodo de tiempo muy corto (línea continua). Para el túnel largo, C x,tu es casi constante durante un periodo de tiempo largo. No obstante, en ambos casos los valores son iguales. El valor se calcula a partir de la ecuación (A.25).


- 29 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

Leyenda 1 2

E N 1 4 0 6 7 5 : 2 0 0 6 + A 1 : 2 0 1 0

3

Estimación según el método 2 Ltu = 1 900 m; B = 0,18; Ma = 0,2; S tu = 55,56 m2; Petu = 30,6 m; Ltr = 400 m; S tr = 10 m2; Petr = 11 m; ctu = 0,005; ctr = ,004 35; ξ k = 3,55 Ltu = 8 000 m; B = 0,18; Ma = 0,2; S tu = 55,56 m2; Petu = 30,6 m; Ltr = 400 m; S tr = 10 m2; Petr = 11 m; ctu = 0,005; ctr = ,004 35; ξ k = 3,55

t

Tiempo, en s

- 29 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

Leyenda 1

Estimación según el método 2

2 3

Ltu = 1 900 m; B = 0,18; Ma = 0,2; S tu = 55,56 m2; Petu = 30,6 m; Ltr = 400 m; S tr = 10 m2; Petr = 11 m; ctu = 0,005; ctr = ,004 35; ξ k = 3,55 Ltu = 8 000 m; B = 0,18; Ma = 0,2; S tu = 55,56 m2; Petu = 30,6 m; Ltr = 400 m; S tr = 10 m2; Petr = 11 m; ctu = 0,005; ctr = ,004 35; ξ k = 3,55

t

Tiempo, en s

Figura A.4 – Coeficiente de resistencia aerodinámica Si se conoce el coeficiente de resistencia aero dinámica C x para circulación al aire libre, el factor del tú nel viene dado por la siguiente fórmula: T f =

C x,tu

(A.26)

C x

A.3.7.2 Método 2 Para calcular el coeficiente de resistencia C x,tu para un tren acelerado hasta alcanzar una velocida constante en medio del túnel, se puede aplicar la hipótesis de un flujo incompresible sobre el tren y resol ver la siguiente ecuación para X d: 4 X d Ma

−

 2 C1B (1 − X d ) − C2 ( X d − B ) ( X d (1 − B ) 1

2

C1 = B (ζ 1 + ζ t1 ) + C x +

C 2 =

C x,tu =

−B)

2

  = 0

Cf,tr Petr ( Ltr − Ln − Lt ) B S tr (1 − B )

(A.28)

Cf,tu Petu Ltr

(A.29)

S tu (1 − B )

2  C1 (1 − X d ) − C 2 ( X d  2 (1 − B ) 

1

(A.27)

− B)

2



( Xd − B )  

El factor del túnel se calcula a partir de la ec uación (A.26).


(A.30)

EN 14067-5:2006+A1:2010

- 30 -

ANEXO B (Informativo) CRITERIOS DE CONFORT DE PRESIÓN

B.1 Generalidades El Instituto Europeo de Investigación Ferroviaria (ERRI) propone los siguientes criterios básicos de confort3). B.2 Trenes no estancos (generalmente, τdyn < 0,5 s)4) La presión ejercida sobre un viajero dentro del tren no debería superar un cambio de: −

4 500 Pa en un periodo de 4 s en el caso más desfavorable de paso de dos trenes en un túnel de doble vía en una situación crítica de cruce;

−

3 000 Pa en un periodo de 4 s en el caso de túnel de vía única.

El límite para un solo tren en una vía única en un túnel es inferior (es decir, más restrictivo) que en el caso de dos trenes en un túnel de doble vía, ya que se producirán las mismas presiones en el túnel siempre que el tren circule por ese mismo túnel a esa misma velocidad. Por lo tanto, y a efectos prácticos, los casos de presiones más desfavorables para ese tren pueden producirse en todo momento. En una situación de dos trenes y túnel de doble vía, la incidencia de las presiones críticas más desfavorables es menos frecuente porque se requiere la simultaneidad de dos condiciones: ambos trenes tienen que pasar por el túnel al mismo tiempo y cruzarse en una posición específica dentro del túnel. No obstante, puede aumentarse el límite establecido, ya que la probabilidad estadística de que ocurra este evento crítico es reducida. B.3 Trenes estancos (generalmente, τdyn > 0,5 s) La presión ejercida sobre un viajero dentro del tren no debería superar un cambio de: −

1 000 Pa en un periodo de 1 s;

−

1 600 Pa en un periodo de 4 s;

−

2 000 Pa en un periodo de 10 s.

Este criterio es de aplicación para el caso de un túnel de vía única y de dos trenes que circulen por un túnel de doble vía en situación crítica de cruce. A medida que aumenta la estanquidad, el cambio de presión en intervalos largos de tiempo repercute de forma más importante en el confort.

3) ERRI C 218, 1999. 4)

τdyn

es la constante temporal que caracteriza la estanquidad de presión de un vehículo ferroviario en movimiento. Para mayor información, véanse los << ERRI Conference Proceedings, 1999>>.


- 31 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

ANEXO C (Informativo) ONDA DE MICROPRESIÓN

C.1 Generalidades Cuando la cabeza de un tren entra en un túnel , se genera una onda de compresión que se propaga por l túnel a la velocidad del sonido. En la boca de salida, la mayor pa te de esta "onda de cabeza" se refleja como una onda de succión y se propaga en sentido contrario hacia la boca de entrada . Una pequeña proporción de la "onda de cabeza" sale d el túnel y se propaga hacia el exterior en forma de una onda de mic ropresión de tipo impulso (véase la figura C.1). La onda de micropresión puede crear un ruid retumbante y provocar vibraciones en ventanas, puerta , etc. Además, puede causar contaminación acústica a la salida del únel.

Leyenda 1

Boca de entrada del túnel

2

Boca de salida del túnel

Figura C.1 – G neración, propagación y radiación de la onda C.2 Generación de la onda El gradiente de presión en la boca de entrad puede ser: −

medido en ensayos a escala real;

−

calculado con herramientas numéricas d 3-D;

−

medido en ensayos dinámicos con model os a escala reducida; o

−

estimado de manera aproximada para cab zas aerodinámicas y bocas sencillas de túneles, sin salien es, ensanchamientos, etc., con las siguientes ecuaciones:

 ∂ p  ∆ p N   = ∆t  ∂t 1

∆t = C n

Ln vtr


(C.1)

(C.2)

EN 14067-5:2006+A1:2010

- 32 -

donde Δ p N

incremento de presión producido por la entrada de la cabeza del tren en el túnel;

Δt

intervalo de tiempo característico para el aumento de presión;

C n

depende de la forma específica de la c beza del tren y de la forma de la boca del túnel.

C.3 Propagación de la onda El incremento de la pendiente puede dar lug ar a gradientes mucho más importantes en la boca de s alida, en función del gradiente inicial de la onda de compresión y de la presencia de una vía moderna sin balasto (ví en placa), que sólo disipa débilmente la onda de propagación. n túneles en vías con balasto, el gradiente en la boca d salida es inferior al de la boca de entrada. El incremento de la pendiente puede ser: −

medido en ensayos a escala real;

−

calculado con herramientas numéricas;

−

estimado a partir de la figura C.2.

Leyenda (d p/dt )1

Gradiente de salida, en kPa/s

(d p/dt )2

Gradiente de entrada, en kPa/s

Figura C.2 – Incremento de la pendiente en túneles con vías de hormigón


- 33 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

C.4 Radiación de la onda El pulso de micropresión radiado puede ser: −

medido con ensayos a escala real;

−

calculado con herramientas numéricas;

−

medido en ensayos con modelos a escala reducida;

−

estimado de manera aproximada para bo as de salida de túneles sencillos como: ∆ p ( r, t ) =

2 Atu  ∂ p    Ω c0 r  ∂t 2

(C.3)

5)

donde Ω

ángulo sólido que representa la config ración alrededor de la boca de salida del túnel;

r

distancia entre el centro de la boca de salida del túnel (sobre el suelo) y el punto de interés (p nto de recepción).

Leyenda 1

Punto de recepción

Figura C.3 Radiación de una onda de micropresión Los valores típicos de

Ω se

sitúan en un ran o de 2 a 4.

Los límites para la aplicación de la ecuación anterior son los siguientes:

 ∂ p   t   ∂ 2

≤

∆ p2 c0

32 Atu

(C.4)

π y r >

2 Atu

π

donde Δ p2 es la amplitud de la onda de com resión inicial en el interior de la salida del túnel.

5)

Herb et al., 2003.


(C.5)

EN 14067-5:2006+A1:2010

- 34 -

ANEXO ZA (Informativo) {A1►} RELACIÓN ENTRE ESTA NORMA EUROPEA Y LOS REQUISITOS ESENCIALES DE LA DIRECTIVA DE LA UE 2008/57/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO DEL 17 DE JUNIO DE 2008 SOBRE LA INTEROPERABILIDAD DEL SISTEMA FERROVIARIO DENTRO DE LA COMUNIDAD (REFUNDIDA)

Esta norma europea ha sido elaborada bajo un Mandato dirigido a CEN/CENELEC/ETSI por la Comisión Europea y por la Asociación Europea de Libre Comercio, para proporcionar un medio de dar cumplimiento a los requisitos esenciales de la Directiva 2008/57/CE6). Una vez que esta norma se cite en el Diario Oficial de la Unión Europea bajo esta directiva, y se implemente como norma nacional en al menos un Estado Miembro, el cumplimiento de los capítulos de esta norma indicados en la tabla ZA.1 para material rodante de alta velocidad, la tabla ZA.2 para la infraestructura de alta velocidad, la tabla ZA.3 para material rodante para locomotoras y viajeros en ferrocarril convencional y la tabla ZA.4 para la infraestructura de ferrocarril convencional, dentro de los límites del campo de aplicación de esta norma, es un medio para dar presunción de conformidad con los requisitos esenciales específicos de esta directiva y los reglamentos de la AELC asociados.

Tabla ZA.1 Correspondencia entre esta norma europea, y la ETI AV MAT ROD publicada en el DOUE el 26 de marzo de 2008 y la Directiva 2008/57/CE Capítulo)/apartados de esta norma europea Capítulo 4 Metodologías para cuantificar los cambios de presión a fin de cumplir con los criterios médicos de salud

Capítulo/§/anexos de la ETI 4. Características del subsistema 4.2 Especificación funcional y técnica del subsistema 4.2.6 Condiciones ambientales §4.2.6.4 Variación máxima de la presión en túneles

Texto/artículos/§/ anexos correspondientes de la Directiva 2008/57/CE

Comentarios

Anexo III, Requisitos esenciales Para las definiciones de los parámetros, la ETI 1 Requisitos generales hace referencia a la EN Seguridad Apartado 1.1.1 1.5 Compatibilidad técnica 2 Requisitos específicos de cada subsistema 2.4 Material rodante 2.4.3 Compatibilidad técnica §3

6) La Directiva 2008/57/CE adoptada el 17 de junio de 2008 es una refundición de las anteriores Directivas 96/48/CE relativa a la interoperabilidad del sistema ferroviario transeuropeo de alta velocidad y 2001/16/CE relativa a la interoperabilidad del sistema ferroviario transeuropeo convencional, y de su revisión por la Directiva 2004/50/CE del Parlamento Europeo y del Consejo del 29 de abril de 2004, que modifica las Directivas 96/48/CE y 2001/16/CE.


- 35 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

Tabla ZA.2 Correspondencia entre esta norma europea, y la ETI AV INF, publicada en el DOUE el 19 de marzo de 2008, y la Directiva 2008/57/CE Capítulo)/apartados de esta norma europea Capítulo 4 Metodologías para cuantificar los cambios de presión a fin de cumplir con los criterios médicos de salud


Capítulo/§/anexos de la ETI 3 Requisitos esenciales

Comentarios

Anexo III, Requisitos esenciales

§3.3.3 Cumplir los requisitos esencia- 1 Requisitos generales les mediante las especificaciones del 1.1 Seguridad ámbito de la infraestructura. Salud Apartado 1.1.1 4. Caracterización del subsistema de infraestructura

1.5 Compatibilidad técnica

4.2 Especificaciones funcionales y técnicas del ámbito

2 Requisitos específicos de cada subsistema

§4.2.16 Variación máxima de la presión en túnel

2.1 Infraestructura

§4.7 Condiciones de salud y seguridad

2.1.1 Seguridad

6 Evaluación de la conformidad y/o de la idoneidad para el uso §6.2.6.5 Subsistema de infraestructura. Evaluación de la variación máxima de la presión en túneles

Tabla ZA.3 Correspondencia entre esta norma europea, y la ETI FC Material Rodante para Locomotoras y Viajeros (borrador final rev 4.0 del 24 de noviembre de 2009) y la Directiva 2008/57/CE Capítulo)/apartados de esta norma europea Capítulo 4 Metodologías para cuantificar los cambios de presión a fin de cumplir con los criterios médicos de salud

Capítulo/§/anexos de la ETI


Comentarios

4. Caracterización del subsistema Anexo III, Requisitos esenciales El apartado 4.2.6.2.4 continua siendo un 4.2 Especificaciones funcionales 1 Requisitos generales punto abierto de la ETI y técnicas del subsistema 1.1 Seguridad 4.2.6 Condiciones ambientales y Apartado 1.1.1 efectos aerodinámicos §4.2.6.2.4 Variación máxima de 1.5 Compatibilidad técnica la presión en túneles

2 Requisitos específicos de cada subsistema 2.4 Material rodante 2.4.3 Compatibilidad técnica §3


EN 14067-5:2006+A1:2010

- 36 -

Tabla ZA.4 – Correspondencia entre esta norma europea, y la ETI FC INF (borrador final rev 4.0 del 18 septiembre de 2009), y la Directiva 2008/57/CE Capítulo/apartados de esta norma europea Capítulo 4 Metodologías para cuantificar los cambios de presión a fin de cumplir con los criterios médicos de salud

Capítulo/§/anexos de la ETI


4 Descripción del subsistema infraestructura Anexo III, Requisitos esenciales 4.2 Especificaciones funcionales y técnicas del subsistema

1 Requisitos generales 1.1 Seguridad

4.2.11 Salud, seguridad y medioambiente

Apartado 1.1.1 §4.2.11.1 Variación máxima de la presión en 1.5 Compatibilidad técnica túneles 2 Requisitos específicos de cada subsistema §4.7 Condiciones de salud y seguridad 6 Evaluación de la conformidad de los componentes de interoperabilidad y verificación CE de los subsistemas

2.1 Infraestructura 2.1.1 Seguridad

§6.2.4.6 Subsistema de infraestructura. Procedimientos de evaluación particulares para el subsistema. Evaluación de la variación máxima de la presión en túneles ADVERTENCIA: Los productos incluidos en el campo de aplicación de esta norma pueden estar afectados por otros requisitos o directivas de la UE. { ◄A1}


- 37 -

EN 14067-5:2006+A1:2010

BIBLIOGRAFÍA

[1]

Gregoire R, Rety J-M, Masbernat F, Morinere V, Bellenoue M, Kageyama T: Experimental Study at Scale 1/70th and Numerical Simulations of the Generation of Pressure Waves and Micro-pressure Waves due to High-speed Train-tunnel Entry, in: ISAVVT 1997 Proceedings, Valley d’Aosta, 1997.

[2]

Sockel H: Formulae for the Calculation of Pressure Effects in Railway Tunnels, In: BHR Group, Proceedings of the 11th International Symposium on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, Luzern, Switzerland, Volume 2, page 581 ff, July 2003.

[3]

ERRI C 218 RP 1, Pressure variations in tunnels. Base-line Comfort Criteria. A "Base-line" pressure comfort criterion for unsealed and sealed train operation in tunnels, 1999-03.

[4]

ERRI Conference, Cost-Effectiveness of Pressure-Sealed Coaches, 12-13 October 1999, Proceedings.

[5]

Herb J, Deeg P, Tielkes T: Assessment of possible sonic boom effects in German high-speed railway tunnels – experimental and numerical data for the wave steepening process. In: BHR Group, Proceedings of the 11th International Symposium on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, Luzern, Switzerland, Volume 2, page 775-782, July 2003.

[6]

Ehrendorfer K., Reiterer M., Sockel H.: Numerical Investigation of the Micro Pressure Wave, in: TRANSAERO – A European Initiative on Transient Aerodynamics for Railway System Optimisation. Ed. B. Schulte-Werning, R. Gregoire, A. Malfatti and G. Matschke. Results of the Brite/Euram Project, Transient Aerodynamics for Railway System Optimisation“, Notes on Numerical Fluid Mechanics 79, Springer-Verlag Berlin, 2002.

[7]

Ozawa S, Maeda T, Matsumura T, Uchida K: Micro-pressure Wave Radiating from Exits of Shinkansen Tunnels, in: QR of RTRI, Vol. 34, N°2, May 1993.

[8]

EN 14067-3, Railway applications. Aerodynamics. Part 3: Aerodynamics in tunnels.


EN 14067-5=2007+A1=2011 Ensayos aerodinámicos en túnel

Recommend Documents