Nuevos desarrollos para la predicción de grietas en carriles ferroviarios por fatiga de contacto por rodadura

Resumen

La aparición de grietas en carriles ferroviarios debidas a la fatiga por contacto de rodadura es un problema habitual. Accidentes como el ocurrido en Hatfield en 2001 impulsaron la investigación de este fenómeno, que requerirá de mayor atención según las previsiones del auge del ferrocarril. El futuro incremento del tren como sistema de transporte de pasajeros y mercancías permitirá mejorar la sostenibilidad medioambiental y la intermodalidad. Por ello, es necesario disponer de información sobre la aparición de futuras grietas en carriles para mejorar su mantenimiento. De esta forma, será posible evitar la interrupción del servicio, garantizar la seguridad de la infraestructura y reducir el coste asociado al ciclo de vida. Este tipo de grietas están ligadas a la combinación de dos mecanismos de degradación diferentes. Por un lado, el inicio de pequeñas grietas que comienzan a propagar hasta alcanzar un tamaño crítico pudiendo resultar en la rotura del carril, suponiendo un riesgo alto de cara a garantizar la seguridad de circulación. Por otro lado, en contraposición a la propagación de grieta, se debe tener en cuenta el desgaste producido en la superficie de rodadura del carril. La eliminación de material en la zona opuesta al frente de grieta supone una reducción en la longitud de grieta. La interacción entre vehículo y vía es la principal responsable de la aparición de estos fenómenos y por ello una correcta caracterización es esencial para poder estimar la existencia de futuras grietas. Además, se debe considerar la variabilidad de escenarios que pueden darse en una línea, atendiendo a las tipologías de vehículos que circulan en ella y la complejidad de la red. En esta tesis, se han realizado nuevos desarrollos para predecir grietas en carriles ferroviarios por fatiga de contacto por rodadura. Primero, se ha profundizado en la caracterización del desgaste de carril por medio de ensayos en laboratorio. En segundo lugar, se han introducido mejoras en las condiciones de contorno utilizadas para analizar la propagación de grieta en modelos de elementos finitos. En tercer lugar, se ha elaborado una metodología que permite combinar simulaciones multicuerpo con modelos existentes de iniciación y propagación de grieta. Finalmente, se propone un procedimiento para predecir la aparición y evolución de grietas en escenarios reales.