Garcia Pineiro et al 2025a - Revision history

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=1. INTRODUCCCION=

==1.1. Marco de desarrollo y motivación ==

En los últimos años, conforme a los retos planteados por la Comisión Europea para el desarrollo del ferrocarril como eje fundamental transporte europeo, se están desarrollando nuevos diseños de componentes estructurales más ligeros capaces de compensar el incremento de masa que conlleva la incorporación de nuevas tecnologías y, además, afrontar los nuevos retos medioambientales: reducción de emisiones, reducción de consumos de energía, optimización del coste de ciclo de vida, circularidad del uso de materiales, etc.

En este marco, el aligeramiento de peso en los componentes principales del material rodante, tradicionalmente fabricados en metal y de gran tonelaje, juega un papel crucial, ya que, al conseguir reducciones significativas de peso se consiguen subsidiariamente distintas ventajas: s''e reduce el consumo energético''; se'' aumenta de capacidad y/o mejora la experiencia del pasajero; se reducen peajes de acceso a infraestructura'' o(<span id='cite-_Ref195022594'></span>[[#_Ref195022594|[1]]], <span id='cite-_Ref195022596'></span>[[#_Ref195022596|[2]]] y <span id='cite-_Ref195022599'></span>[[#_Ref195022599|[3]]]), etc.

En este contexto los fabricantes de material rodante están llevando a cabo un esfuerzo para introducir materiales de altas prestaciones, como el material compuesto reforzado con fibra de carbono (CFRP) en sus diseños de componentes de alta responsabilidad que permitan el aligeramiento de las mismas manteniendo las garantías de resistencia y seguridad requeridas para el transporte de viajeros. Entre ellos, Talgo en los últimos años ha presentado, dentro de la iniciativa europea Shift2Rail (actualmente Europe’s Rail), novedosos desarrollos en CFRP tanto para el componente principal del elemento de rodadura (''Bastidor de Rodal ligero, ''<span id='cite-_Ref194913038'></span>[[#_Ref194913038|Figura 1]]'' ''izqda.), como para la estructura principal del coche (''Caja Ligera, ''<span id='cite-_Ref194913038'></span>[[#_Ref194913038|Figura 1]]'' ''dcha.), y otros componentes críticos del funcionamiento propio de la tecnología del tren Talgo como barras de guiado y barras portapesos.

{|
|-
| [[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-image1.png|228px]]
| [[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-image2.png|center|336px]]
|}

<div id="_Ref194913038" class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<span style="text-align: center; font-size: 75%;">''Figura 1. Diseños Talgo de Alta responsabilidad realizados en CFRP: <br/> Izqda.) Bastidor de Rodal Ligero Talgo; dcha.) Caja Ligera''</span></div>

Si bien el material compuesto ya se introducía en los componentes no estructurales de los trenes convencionales, tradicionalmente se limita a componentes de baja responsabilidad, bajos requerimientos mecánicos y fácilmente reemplazables (carenas, tapas, etc.) y en los que el material compuesto o reforzado con fibra de vidrio (GFRP) juega un papel predominante. Solo recientemente, con la premisa de conseguir reducciones de peso Talgo ha empezado a introducir estos elementos en CFRP, en trenes convencionales (tren AVRIL serie 106 de Renfe, <span id='cite-_Ref194913495'></span>[[#_Ref194913495|Figura 2]]).

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
. [[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-image3-c.jpeg|342px]] </div>

<div id="_Ref194913495" class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<span style="text-align: center; font-size: 75%;">''Figura 2. Tren convencional Talgo AVRIL con componente (morro) en CFRP: ''</span></div>

Actualmente el uso del material compuesto en componentes de responsabilidad en trenes serie se encuentra sometido a limitaciones derivadas, principalmente, del marco normativo. Éste no contempla la fabricación de este tipo de componentes en materiales distintos a los convencionales acero y aluminio. Entre otros no tiene en cuenta características y especificidades propias de otros tipos de material como el material compuesto, así como posibles riesgos asociados a su comportamiento frente ante fenómenos particulares de la operación a alta velocidad ferroviaria, como es el impacto de piedras de balasto.

La cuestión normativa se encuentra en proceso de resolución por parte del ente regulador europeo CEN, trabajando en el desarrollo de estándares de validación de componentes en nuevos materiales (CEN/TC 256/SC 2/WG 54 para nuevos materiales, prEN 18128). Por otro lado, la cuestión de sensibilidad del componente a los impactos de las piedras de balasto en componentes de material compuesto ha de ser resuelto tanto desde el ámbito normativo, estableciendo requerimientos adecuados, como en el ámbito tecnológico describiendo las características del daño y proponiendo soluciones de diseño seguras y criterios de aceptación y/o rechazo de materiales una vez se ha producido el daño. De tal forma, además, que sean fácilmente implementables en los procesos habituales de operación y mantenimiento de los trenes en servicio.

En el presente artículo se analiza la incidencia de fenómeno del impacto de balasto en el Bastidor de Rodal ligero desarrollado por TALGO, y para la arquitectura de material empleada (apilado monolítico de CFRP). En el mismo se describen lo aspectos característicos del mismo, y se proponen métodos de evaluación, así como criterios cuantificables y fácilmente evaluables en campo que permitan la inspección y evaluación del daño producido y la consecuente aceptación, reparación o rechazo del componente dañado.

==1.2. El fenómeno del impacto de Balasto en Alta velocidad ==

Cuando un tren circula por una vía con balasto, al paso de éste, se producen vibraciones que provocan que las piedras que se encuentran en el lecho de balasto vibren y se movilicen. Al mismo tiempo la corriente aerodinámica que se produce en la parte baja del tren derivada de la propia circulación del tren induce fuerzas aerodinámicas de levantamiento y arrastre de las mismas. Como consecuencia las piedras de menos tamaño pueden llegar a introducirse en el flujo aerodinámico y ser arrastradas por el mismo, produciéndose el fenómeno del vuelo de balasto.

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">

[[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-picture-Grupo 20.svg|center|600px]]
</div>

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<span style="text-align: center; font-size: 75%;">''Figura 3. Impacto de Balasto en trenes Alta Velocidad ''</span></div>

Este fenómeno está condicionado tanto por las características aerodinámicas específicas del tren, como las condiciones de mantenimiento de la infraestructura. Es prácticamente inexistente para operaciones a velocidades inferiores a 200 km/h, y se hace más severo a medida que se incrementa la velocidad, por lo que el riesgo a impacto de piedras de balasto se considera únicamente para operaciones a Alta Velocidad

Cuando estas piedras ya se encuentran “volando”, las partes bajas del tren (carenas inferiores, elementos de la rodadura, etc.) expuestas al flujo aerodinámico pueden impactar con las mismas, saliendo las mismas “aleatoriamente” despedidas e incluso disgregándose por efecto del impacto. Estos impactos se producirán a la velocidad relativa entre el tren y la piedra inmersa en el flujo aerodinámico. El fenómeno se pone en marcha cuando empieza a pasar los primeros ejes del tren y se acaba manifestando en mayor medida en los componentes al final de composición.

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">

{|
|-
| [[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-picture- 1.svg|center|131px]]
| [[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-image8.png|center|348px]]
|}
</div>

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Figura 3. Impacto de Blasto en Rodal Ligero. Esquema Fenomenológico: </span></div>

Desde el punto de vista de la mecánica se trataría de un impacto balístico a baja velocidad, de un proyectil de masa la de la piedra, <math display="inline">{m}_{h}</math>, velocidad relativa entre piedra y tren, <math display="inline">v</math>, (a efectos prácticos se puede asumir directamente la del tren) y un determinado ángulo de incidencia, <math display="inline">\alpha</math> . El daño o defectos inducido por el impacto producido va a depender, además de la energía que lleva el proyectil, de múltiples factores:

:* Derivados de la naturaleza del componente:

::* Rigidez estructural (Propiedades de material, geometría y condiciones de contorno)

::* Resistencia mecánica

::* Tenacidad de fractura

::* Modos de disipación de energía

::* Riesgo de exposición

:* Derivado de la naturaleza del balasto:

::* Masa de la piedra

::* Forma (generalmente aleatoria con presencia de aristas vivas)

::* Rigidez

::* Resistencia mecánica

::* Tenacidad de fractura

::* Modos de disipación de energía

De los análisis realizados también se observa que dependiendo de la naturaleza del impacto (balístico, torre de caída, caída libre) para una misma energía, se obtienen daños de distinta magnitud.

Como consecuencia aparecen en el proceso mecanismos de disipación de energía que hacen que el daño producido en el material se deberá a un impacto de un nivel de energía aparente, <math display="inline">{E}_{imp}^{aprt}</math>, inferior, al debido a la propia energía cinética, <math display="inline">{E}_{imp}</math>, debida a la velocidad relativa entre tren y proyectil de balasto.

Todo ello hace que el estudio sistemático del daño producido en los impactos a nivel experimental sea prácticamente inviable en condiciones realistas. Para su estudio sistemático se ha de proceder mediante análisis basados en ensayo de laboratorio (como el ensayo en torre de caída), en condiciones controladas de geometría, condiciones contorno, arquitectura de material, forma y característica del impactador.

=2. Desarrollo =

El propósito del estudio es la caracterización del daño producido en los apilados que configuran el Bastidor Ligero de Talgo fabricado en material compuesto reforzado con fibra de carbono (CFRP), en las áreas de éste expuestas a impactos de balasto.

La fabricación del bastidor ligero ha sido mediante preimpregnados mixtos (tejido twill-TW, biaxial-BX, y unidireccional-UD) de resina epoxi reforzada con fibra de carbono. Se utilizaron los preimpregnados comerciales de DeltaPreg (<span id='cite-_Ref194993125'></span>[[#_Ref194993125|''Tabla 1'']]):

{| style="width: 100%;border-collapse: collapse;"
|-
| style="border: 1pt solid black;text-align: center;vertical-align: top;"|'''Tipo Preimpregnado'''
| style="border: 1pt solid black;text-align: center;vertical-align: top;"|'''Símbolo'''
| style="border: 1pt solid black;text-align: center;vertical-align: top;"|'''Referencia Comercial'''
|-
| style="border: 1pt solid black;text-align: center;vertical-align: top;"|Tejido “Twill”
| style="border: 1pt solid black;text-align: center;vertical-align: top;"|TW
| style="border: 1pt solid black;vertical-align: top;"|GG630T(T700)-FR161-4
|-
| style="border: 1pt solid black;text-align: center;vertical-align: top;"|Biaxial
| style="border: 1pt solid black;text-align: center;vertical-align: top;"|BX
| style="border: 1pt solid black;vertical-align: top;"|GG400X(T700-12K-50C)-FR161-42
|-
| style="border: 1pt solid black;text-align: center;vertical-align: top;"|Unidireccional
| style="border: 1pt solid black;text-align: center;vertical-align: top;"|UD
| style="border: 1pt solid black;vertical-align: top;"|T700(24K-60E)-400-FR161-38
|}

<div id="_Ref194993125" class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Tabla 1. Preimpregnados Comerciales</span></div>

Este material cumple con los requerimientos de fuego y humos relativos al estándar ferroviarios EN-45545-2 para el conjunto de requisitos R7 y nivel de Riesgo HL2 <span id='cite-_Ref195023164'></span>[[#_Ref195023164|[4]]].

Se evaluaron dos apilados distintos “frame_t8” de 8 mm, y “frame_t12” de 12 mm con las siguientes secuencias de apilado.

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
[[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-image9.png|432px]] </div>

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Tabla 2. Secuencia de apilados de los laminados en estudio</span></div>

==2.1. Caracterización del daño==

El estudio se basará en la evaluación de parámetros característico del daño inducido, mediante ensayo de torre de caída (ASTM D7136 <span id='cite-_Ref195023208'></span>[[#_Ref195023208|[8]]]), con impactador adaptado a geometría cónica, sobre probetas de 100 x 150 mm, y ensayo compresión después de impacto CAI (ASTM D7137 <span id='cite-_Ref195023215'></span>[[#_Ref195023215|[9]]]). Los ensayos se realizaron con la colaboración de laboratorio especializado en las instalaciones de IMDEA Materiales en Getafe.

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
[[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-image10.png|516px]] </div>

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<span style="text-align: center; font-size: 75%;">''Figura 5. Ensayo en torre de caída y compresión después de impacto (CAI)''</span></div>

El dimensionado del daño inducido se realiza mediante los siguientes parámetros:

:* '''Área de daño equivalente'''<big>''' '''</big> <math display="inline">{\mathit{\boldsymbol{A}}}_{\mathit{\boldsymbol{d,eqv}}}</math>''', y/o diámetro de daño ''' <math display="inline">{\mathit{\boldsymbol{\varnothing }}}_{\mathit{\boldsymbol{d,eqv}}}</math>. El daño, en material compuesto, normalmente se extiende a áreas más grandes que las puramente visibles en la superficie del material, por lo que será necesario determinar su tamaño y forma mediante métodos de inspección NDT tipo Ultrasonidos, obteniendo una imagen del área internamente dañada, y sobre la cual se realizan las evaluaciones del área dañada.

{| class="formulaSCP" style="width: 100%;border-collapse: collapse;width: 100%;text-align: center;"
|-
|
{| style="border: 1pt solid black;text-align: center;margin:auto;width: 100%;"
|-
| <math>{\mathit{\boldsymbol{A}}}_{\mathit{\boldsymbol{d}}\boldsymbol{,}\mathit{\boldsymbol{eqv}}}=</math><math>\frac{\left( {\mathit{\boldsymbol{D}}}_{\mathit{\boldsymbol{legth}}}\boldsymbol{+}{\mathit{\boldsymbol{D}}}_{\mathit{\boldsymbol{with}}}\right) \boldsymbol{\cdot }\left( {\mathit{\boldsymbol{D}}}_{\boldsymbol{+}\boldsymbol{45}}\boldsymbol{+}{\mathit{\boldsymbol{D}}}_{\boldsymbol{-}\boldsymbol{45}}\right) }{\boldsymbol{4}}\boldsymbol{\cdot }\mathit{\boldsymbol{sin}}\left( \boldsymbol{45}\boldsymbol{\mbox{°}}\right)</math>
|}
| style="border: 1pt solid black;text-align: right;width: 5px;text-align: right;white-space: nowrap;"|(1)
|-
|
{| style="border: 1pt solid black;text-align: center;margin:auto;width: 100%;"
|-
| <math>{\mathit{\boldsymbol{\varnothing }}}_{\mathit{\boldsymbol{d}}\boldsymbol{,}\mathit{\boldsymbol{eqv}}}=</math><math>\sqrt{\frac{\mathit{\boldsymbol{4}}\mathit{\boldsymbol{\cdot }}{\mathit{\boldsymbol{A}}}_{\mathit{\boldsymbol{d}}\boldsymbol{,}\mathit{\boldsymbol{eqv}}}}{\boldsymbol{\pi }}}</math>
|}
| style="border: 1pt solid black;text-align: right;width: 5px;text-align: right;white-space: nowrap;"|(2)
|}

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
[[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-image11.png|216px]] </div>

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<span style="text-align: center; font-size: 75%;">''Figura 6. Determinación del área y diámetro equivalente''</span></div>

:* '''Profundidad del daño visible, ''' <math display="inline">{\mathit{\boldsymbol{\delta }}}_{\mathit{\boldsymbol{i}}\boldsymbol{,}\mathit{\boldsymbol{max}}}</math>'''. '''Mediante medida directa con un comparador

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
''' [[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-image12.png|162px]] '''</div>

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<span style="text-align: center; font-size: 75%;">''Figura 7. Determinación de la profundidad de la indentación''</span></div>

:* '''Resistencia residual local normalizada, ''' <math display="inline">{\left| \mathit{\boldsymbol{\sigma }}\right| }_{\mathit{\boldsymbol{res,norm}}}=</math><math>\frac{{\sigma }_{ult}^{CAI}}{{\sigma }_{ult}^{intacto}}</math>, Como la relación entra la resistencia residual después de impacto, <math display="inline">{\sigma }_{ult}^{CAI}</math>, y la resistencia a compresión del apilado intacto. La resistencia residual después de impacto se obtiene directamente del ensayo CAI, o es estimada analíticamente en el caso que sea superior al rango de trabajo del utillaje del ensayo, mediante la expresión (3) obtenida a partir una simplificación del modelo presentado por Soutis y otros en 1991 <span id='cite-_Ref195023765'></span>[[#_Ref195023765|[7]]], para laminados cargados a compresión con agujero.

{| class="formulaSCP" style="width: 86%;border-collapse: collapse;width: 100%;text-align: center;"
|-
|
{| style="border-top: 1pt solid black;border-left: 1pt solid black;border-bottom: 1pt solid black;text-align: center;margin:auto;width: 100%;"
|-
| <math>{\sigma }_{ult}^{CAI}=\alpha {E}_{1}\left[ 1-\, \frac{2}{\pi }{sin}^{-1}\left( \sqrt{\frac{{A}_{d,eqv}}{\pi {w}^{2}}}\right) \right]</math>
|}
| style="border-top: 1pt solid black;border-bottom: 1pt solid black;border-right: 1pt solid black;text-align: right;width: 5px;text-align: right;white-space: nowrap;"|(3)
|}

<span style="text-align: center; font-size: 75%;">donde: </span>

<math display="inline">{\sigma }_{ult}^{CAI}</math><span style="text-align: center; font-size: 75%;"> = resistencia residual a compresión [MPa]</span>

E<sub>1</sub> = es el módulo de Young [MPa]

α = constante de ajuste = 0.053 (para los laminados en estudio)

<math display="inline">{A}_{d,eqv}</math><span style="text-align: center; font-size: 75%;"> = área interna dañada [mm<sup>2</sup>]</span>

w = semiancho de la probeta perpendicular a la dirección de carga = 50 mm

==2.2. Resultados experimentales==

Para los laminados en estudio, se realizó una campaña de ensayos en distintas probetas para impactos en torre de caída de energías comprendidas entre 12 y 90 J, determinando los parámetros comentados en el apartado anterior.

Del análisis de los datos obtenidos se pudo observar que:

:1) Es posible relacionar la profundidad del daño visible, <math display="inline">{\delta }_{i,max}</math>, con el nivel de energía aparente del impacto <math display="inline">{E}_{imp}^{aprt}</math>.

:2) Es posible relacionar la profundidad del daño visible, <math display="inline">{\delta }_{i,max}</math>, con el área interna dañada <math display="inline">{\mathit{\boldsymbol{A}}}_{\mathit{\boldsymbol{d}}\boldsymbol{,}\mathit{\boldsymbol{eqv}}}</math>.

:3) Es posible relacionar el área interna dañada, <math display="inline">{\mathit{\boldsymbol{A}}}_{\mathit{\boldsymbol{d}}\boldsymbol{,}\mathit{\boldsymbol{eqv}}}</math>, con la resistencia residual normalizada <math display="inline">{\left| \sigma \right| }_{res,norm}</math>,

:4) Y consecuentemente, relacionar la profundidad de la indentación, <math display="inline">{\delta }_{i,max}</math>, con la resistencia residual normalizada <math display="inline">{\left| \sigma \right| }_{res,norm}</math>

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
[[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-image13.png|504px]] </div>

<div id="_Ref195003227" class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<span style="text-align: center; font-size: 75%;">''Figura 8. a) Izqda., “curvas de daño” y b) dcha. "curvas de diseño”''</span></div>

La consecuencia es que, a partir de una inspección no destructiva, relativamente sencilla, en campo, como es la medida de la profundidad de la indentación ( <math display="inline">{\delta }_{i,max}</math>), es posible estimar el tamaño de la zona interna dañada ( <math display="inline">{\mathit{\boldsymbol{A}}}_{\mathit{\boldsymbol{d}}\boldsymbol{,}\mathit{\boldsymbol{eqv}}}</math>) mediante las denominadas “curvas de daño” (<span id='cite-_Ref195003227'></span>[[#_Ref195003227|Figura 8]].a). Y análogamente estimar la posible caída de resistencia local ( <math display="inline">{\left| \sigma \right| }_{res,norm}</math>) producida por ese impacto, mediante las denominadas “curvas de diseño” (<span id='cite-_Ref195003227'></span>[[#_Ref195003227|Figura 8]].a). Todo ello en base a una “caracterización” previa de las citadas curvas en laboratorio del apilado especifico.

==2.3. Establecimiento de Criterios aceptación para el Rodal ligero==

En base a todo lo anterior, es posible establecer unas pautas que sean de aplicación directa al proyecto del Bastidor del Rodal Ligero y nos permiten establecer criterios de actuación en el material con riesgo de sufrir impactos (principalmente de balasto).

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
[[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-image14.png|342px]] </div>

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<span style="text-align: center; font-size: 75%;">''Figura 9. Zonificación del Rodal ligero según riesgo de Impacto ''</span></div>

Para ello se establecen '''criterios de actuación''', dependiendo del nivel de energía requerido como resistencia al impacto en la zona de consideración, y de su apilado especifico. Para cada uno de esos casos se definen distintos modos de actuación en función de la profundidad de la indentación observada.

Bajo estos criterios de actuación se describen parámetros adicionales que contribuirán a la toma de decisión, como son:

:* '''Chequeo''', define parámetros en función de los análisis de resistencia del componente. En este caso se establece una verificación en función del factor de seguridad (FS), que se relaciona directamente con el obtenido para <math display="inline">{\left| \sigma \right| }_{res,norm}</math>.

:* '''Acción''', donde se definen actuaciones para tener en cuenta en fase diseño para mitigar si es necesario la aparición del daño estimado, contempla cuatro escenarios: Imprescindible protección, requiere protección, protección temporal, y no proteger.

:* '''Área interna dañada''', da una estimación del tamaño del área dañada si se produce un impacto de esa profundidad de indentación.

:* '''Disposición''', es la decisión que se adoptará en una zona que se ha detectado el daño, se contemplan tres escenarios: Inutilizar (o rechazo), Reparación (aceptación con condiciones), o Reparación con valoración espera a parada programa (aceptación)

Todo ello se recoge en una tabla de decisión como la contemplada en la <span id='cite-_Ref195010957'></span>[[#_Ref195010957|''Figura 10'']], que recoge la casuística que pueda aparecer en el componente.

<div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
[[Image:Draft_Garcia Pineiro_142735945-image15.png|384px]] </div>

<div id="_Ref195010957" class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">
<span style="text-align: center; font-size: 75%;">Figura 10. Tabla de actuación aceptación/rechazo que han sufrido un impacto</span></div>

=3. CONCLUSIONES =

El estudio aborda la problemática del posible daño que se puede inducir por el impacto de piedras debidas al fenómeno del levantamiento de balasto en componentes de responsabilidad ferroviaria fabricados con material compuesto reforzado, en particular, con la fibra de carbono.

Del estudio en laboratorio mediante probetas de apilados es posible caracterizar la magnitud del posible daño, no solo en función de las energías de impacto, sino también a partir de la profundidad de la indentación superficial visible. Permitiendo a partir de ese valor estimar el tamaño de la zona interna dañada como la resistencia residual local en la zona dañada. Lo que permite, tanto tomar acciones mitigadoras tanto en la fase de diseño, como la toma de decisión durante las operaciones de mantenimiento cuando el impacto se ha producido, en base a medida no destructiva “relativamente” sencilla y un trabajo previo de caracterización en laboratorio.

Y finalmente se ha expuesto un ejemplo de aplicación sobre la base del Bastidor de Rodal ligero de TALGO realizado en preimpregnados CFRP, en el que se describen unas pautas de actuación para áreas con distinto riesgo de impacto, y laminados.

=4. REFERENCIAS=

<span id='_Ref195022594'></span>[[#cite-_Ref195022594|[1]]] Comisión Europea (2021). Año Europeo del Ferrocarril. [https://europa.eu/year-of-rail/why-rail_en https://europa.eu/year-of-rail/why-rail_en]

<span id='_Ref195022596'></span>[[#cite-_Ref195022596|[2]]] UIC-IRRB (2015). A global vision for railway development. [https://uic.org/IMG/pdf/global_vision_for_railway_development.pdf https://uic.org/IMG/pdf/global_vision_for_railway_development.pdf]

<span id='_Ref195022599'></span>[[#cite-_Ref195022599|[3]]] UNIFE. UNIFE Position Paper on Digitalisation of Railways. [https://www.unife.org/wp-content/uploads/2021/03/UNIFE-POSITION-PAPER-ON-DIGITALISATION-OF-RAILWAYS.pdf%20 https://www.unife.org/wp-content/uploads/2021/03/UNIFE-POSITION-PAPER-ON-DIGITALISATION-OF-RAILWAYS.pdf]

<span id='_Ref195023164'></span>[[#cite-_Ref195023164|[4]]] UNE-EN 45545-2:2013+A1:2016 Aplicaciones ferroviarias. Protección contra el fuego de vehículos ferroviarios. Parte 2: Requisitos para el comportamiento frente al fuego de los materiales y componentes.

[5] IMDEA Report D2. “Damage evaluation produced by the impact of ballast in composite materials D2”. Feb 2021

[6] Talgo Documento ES-2481-000. “Estudio de Evaluación del Daño Producido por Impacto de Balasto en Laminados CFRP”. May. 2021

<span id='_Ref195023765'></span>[[#cite-_Ref195023765|[7]]] Soutis, C., Fleck, N.A., Smith, P.A., 1991. Failure Prediction Technique for Compression Loaded Carbon Fibre-Epoxy Laminate with Open Holes. Journal of Composite Materials 25, 1476–1498

<span id='_Ref195023208'></span>[[#cite-_Ref195023208|[8]]] ASTM D7136 – Standard Test Method for Measuring the Damage Resistance of a Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composite to a Drop-Weight Impact Event.

<span id='_Ref195023215'></span>[[#cite-_Ref195023215|[9]]] ASTM D7137 – Standard Test Method for Compressive Residual Strength Properties of Damaged Polymer Matrix Composite Plates.

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-<span style="text-align: center; font-size: 75%;">donde: </span>
+<span style="text-align: center; font-size: 100%;">donde: </span>
-<math display="inline">{\sigma }_{ult}^{CAI}</math><span style="text-align: center; font-size: 75%;"> = resistencia residual a compresión [MPa]</span>
+* <math display="inline">{\sigma }_{ult}^{CAI}</math><span style="text-align: center; font-size: 100%;"> = resistencia residual a compresión [MPa]</span>
-E<sub>1</sub> = es el módulo de Young [MPa]
+* E<sub>1</sub> = es el módulo de Young [MPa]
-α = constante de ajuste = 0.053 (para los laminados en estudio)
+* α = constante de ajuste = 0.053 (para los laminados en estudio)
-<math display="inline">{A}_{d,eqv}</math><span style="text-align: center; font-size: 75%;"> = área interna dañada [mm<sup>2</sup>]</span>
+* <math display="inline">{A}_{d,eqv}</math><span style="text-align: center; font-size: 100%;"> = área interna dañada [mm<sup>2</sup>]</span>
-w = semiancho de la probeta perpendicular a la dirección de carga = 50 mm
+* w = semiancho de la probeta perpendicular a la dirección de carga = 50 mm
 ==2.2. Resultados experimentales==

@@ Line 211: / Line 211: @@
 :3) Es posible relacionar el área interna dañada, <math display="inline">{\mathit{\boldsymbol{A}}}_{\mathit{\boldsymbol{d}}\boldsymbol{,}\mathit{\boldsymbol{eqv}}}</math>, con la resistencia residual normalizada <math display="inline">{\left| \sigma \right| }_{res,norm}</math>,
-:4) Y consecuentemente, relacionar la profundidad de la indentación, <math display="inline">{\delta }_{i,max}</math>, con la resistencia residual normalizada <math display="inline">{\left| \sigma \right| }_{res,norm}</math>
+:4) Y consecuentemente, relacionar la profundidad de la indentación, <math display="inline">{\delta }_{i,max}</math>,
 <div class="center" style="width: auto; margin-left: auto; margin-right: auto;">

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 :* Derivados de la naturaleza del componente:
+:** Rigidez estructural (Propiedades de material, geometría y condiciones de contorno)
-::* Rigidez estructural (Propiedades de material, geometría y condiciones de contorno)
+:** Resistencia mecánica
+:** Tenacidad de fractura
-::* Resistencia mecánica
+:** Modos de disipación de energía
+:** Riesgo de exposición
-::* Tenacidad de fractura
-−
-::* Modos de disipación de energía
-−
-::* Riesgo de exposición
 :* Derivado de la naturaleza del balasto:
+:** Masa de la piedra
-::* Masa de la piedra
+:** Forma (generalmente aleatoria con presencia de aristas vivas)
+:** Rigidez
-::* Forma (generalmente aleatoria con presencia de aristas vivas)
+:** Resistencia mecánica
+:** Tenacidad de fractura
-::* Rigidez
+:** Modos de disipación de energía
-−
-::* Resistencia mecánica
-−
-::* Tenacidad de fractura
-−
-::* Modos de disipación de energía
 De los análisis realizados también se observa que dependiendo de la naturaleza del impacto (balístico, torre de caída, caída libre) para una misma energía, se obtienen daños de distinta magnitud.
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 Bajo estos criterios de actuación se describen parámetros adicionales que contribuirán a la toma de decisión, como son:
-:* '''Chequeo''', define parámetros en función de los análisis de resistencia del componente. En este caso se establece una verificación en función del factor de seguridad (FS), que se relaciona directamente con el obtenido para <math display="inline">{\left| \sigma \right| }_{res,norm}</math>.
+:* '''Chequeo''', define parámetros en función de los análisis de resistencia del componente. En este caso se establece una verificación en función del factor de seguridad (FS), que se relaciona directamente con el obtenido para <math display="inline">{\left| \sigma \right| }_{res,norm}</math>
 :* '''Acción''', donde se definen actuaciones para tener en cuenta en fase diseño para mitigar si es necesario la aparición del daño estimado, contempla cuatro escenarios: Imprescindible protección, requiere protección, protección temporal, y no proteger.