ES2656766B1 - Barrera artificial para obra lineal - Google Patents
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Abstract
La barrera (1) artificial para obra lineal objeto de la invención comprende una cimentación (2), una sección vertical (3) y una coronación (4). La cimentación (2) de la barrera (1) objeto de la invención se emplea para proporcionar estabilidad a la citada barrera (1) cuando se produce su instalación al lado de la obra lineal; la sección vertical (3) es la parte de la barrera (1) que retiene la arena cuando se desplaza por reptación y es un paramento vertical; y la coronación (4) comprende un perfil aerodinámico (6) simétrico con una geometría basada en una geometría de un perfil aerodinámico de un ala de un avión (7) que modifica la cantidad de movimiento de la corriente de aire que incide sobre la barrera y hace que la arena en suspensión, cuando cae, no caiga sobre la obra lineal, sino fuera de la misma.
Description
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DESCRIPCION
Barrera artificial para obra lineal.
Objeto de la invencion
La presente invencion se refiere a una barrera artificial para una obra lineal, que principalmente se ha desarrollado para evitar la interferencia que tienen entre si una obra lineal y la arena de por ejemplo un desierto que sufre desplazamientos, que de otro modo acabarian sepultando la obra lineal afectando al normal funcionamiento de la misma.
Problema tecnico a resolver y antecedentes de la invencion
De todos es conocido que en las grandes superficies de arena como son los desiertos y las playas, la arena se desplaza grandes distancias y en su desplazamiento va cubriendo todo lo que encuentra a su paso.
Existen dos modos de transporte de arena que son independientes y pueden sumar, o no, sus efectos, un primer modo de transporte que es la reptacion de la arena y un segundo modo de transporte que es el arrastre en suspension de la arena.
La reptacion de la arena consiste en el movimiento de las particulas dando una serie de saltos y rodando a su vez. En este proceso un grano que avanza saltando y rodando, puede a su vez golpear a otros granos impulsando a estos a su vez al mismo proceso. Ademas, tambien puede golpear a otros elementos mas pesados que por su peso no son capaces de saltar, pero que favorecidos por el choque de otras particulas mas pequenas que avanzan en la direccion de la corriente, chocan contra ellos y favorecen su movilizacion hacia delante mediante arrastre siguiendo la corriente.
Para que se produzca este primer modo de transporte de arena, la fuerza ejercida por la friccion del viento contra la particula de arena ha de ser suficiente. Asi pues, las variables mas importantes para el desarrollo de este modo de desplazamiento son el peso de las particulas y la velocidad de friccion. Existe un umbral mmimo por debajo del cual, y en funcion entre otros de los parametros anteriores, las particulas no llegan siquiera a movilizarse. La velocidad del viento desarrolla una curva de forma aproximadamente parabolica desde el suelo con la altura.
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El sistema de avance de las dunas en el desierto se produce debido a la reptacion de la arena, de la siguiente manera:
- las partlculas van avanzando reptando hacia la cara aguas arriba de la duna acumulandose en su movimiento,
- en el momento en el que se sobrepasa el angulo de friccion natural de la arena (“$”) en la cara aguas abajo, se produce un “derrumbe” de esta y se provoca el avance de la duna por derrumbes sucesivos de arena.
El segundo modo de transporte de la arena es el arrastre en suspension de esta. Tan solo representa aproximadamente el 5% del transporte de arena. Se produce cuando la velocidad del viento sobrepasa cierto umbral y las corrientes de aire son capaces de soportar el peso de las partlculas de arena y mantener dichas partlculas en suspension.
Tambien es conocido que una obra lineal es un obstaculo para cualquier elemento que lo desee atravesar, ya que los trazados de las obras lineales cortan cauces y pasos de animales que es necesario mantener para conservar la configuration original de dichos cauces y no interferir con los animales. Para ello se realizan pasos transversales para agua, cruces para otras instalaciones o infraestructuras e incluso pasos especiales para fauna.
Sin embargo, no es tan habitual la construccion de una obra lineal en un ambiente tan agresivo como es el ambiente que se produce cuando existe transporte de arena, por ejemplo en un desierto. Ademas si una obra lineal tiene un uso intensivo, la arena que se va depositando sobre la obra lineal es movida por los vehlculos que circulan por la citada obra lineal, pero puede acumularse sobre la via en una franja horaria en la que no circulen vehlculos ocasionando un punto problematico para la circulation de los vehlculos.
Por tanto, a la hora de mantener una obra lineal en un ambiente donde se produce transporte de arena, que afecta a la obra lineal, se hace necesario desarrollar algun tipo de dispositivo/elemento que consiga evitar que la arena llegue a la obra lineal o, en su defecto, que las afecciones a la misma por parte de la arena sean lo menor posibles.
Respecto los documentos conocidos en el estado de la tecnica, el solicitante conoce el documento ES 2 341 211 B1 que divulga una barrera protectora de las ventiscas, para instalar cerca de rutas de comunicacion con el objeto de evitar la acumulacion de la nieve o arena en la via, la barrera se constituye por la union de varias pantallas formadas por un conjunto de lamas que se colocaran en sentido horizontal, superpuestas entre si a
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distancias regulares, vinculadas con postes verticales mediante el anclaje de sus extremos a unas placas rectangulares que se introducen en el poste vertical por un anillo que presenta la placa.
Ademas el solicitante conoce el documento CN 105 200 930 A que divulga una barrera de protection acustica con una forma superior curva que cuenta con una estructura inferior de fijacion de la estructura superior de forma curva, que cuenta con un elemento de absorcion de ruido en su interior.
El solicitante tambien conoce el documento CN 204 401 486 U divulga un dispositivo para evitar la arena que arrastra el viento, concretamente una barrera formada por modulos situados en paralelo, que se entierran parcialmente en la arena, cada modulo cuenta con una columna para sujecion de los modulos, un deflector y una chapa.
El solicitante tambien conoce el documento CN 201 176 568 U que divulga una barrera para proteger una via ferroviaria que comprende un poste fijado a 2 metros de la via con una pantalla metalica en el extremo superior del poste, estando dicha pantalla metalica formada por una chapa superior y una chapa inferior que forman entre ellas 135 grados. La barrera divulgada por CN 201 176 568 U establece unas dimensiones de la barrera en relation a la altura del tren.
Description de la invention
La invencion que se describe divulga una barrera artificial para obra lineal que comprende una section vertical y una coronation, donde la section vertical es un paramento vertical que une la coronacion con el suelo, y la coronacion comprende un perfil aerodinamico con una geometrla basada en la de un perfil aerodinamico de un ala de un avion.
El perfil aerodinamico de la coronacion comprende un borde de ataque en cada extremo del mencionado perfil aerodinamico.
En la realization preferente de la invencion el perfil aerodinamico de la coronacion es simetrico respecto una seccion central, de modo que tiene un comportamiento apropiado para la incidencia del viento en dos direcciones opuestas.
El perfil aerodinamico de la coronacion de la barrera objeto de la invencion se define mediante los parametros:
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- Z es la llnea media del perfil,
- T es el espesor,
- Zsup es la cota superior, y
- Zinf es la cota inferior.
Los parametros anteriores que definen la geometrla del perfil aerodinamico de la coronacion de la barrera objeto de la invencion son funcion de la distancia al borde de ataque hasta la seccion media. Concretamente los parametros empleados en el perfil aerodinamico de la coronacion se han obtenido mediante las ecuaciones siguientes:
siendo:
- x: distancia desde un borde de ataque del perfil aerodinamico hasta la seccion media,
- c: cuerda del perfil aerodinamico del ala de un avion,
- a: primer parametro adimensional, relacionado con la curvatura de la llnea media,
- b: segundo parametro adimensional, relacionado con la pendiente de la llnea media en el borde de ataque, y
- t: tercer parametro adimensional, relacionado con su espesor relativo
En la definicion del perfil aerodinamico de la barrera artificial para obra lineal se emplean los siguientes valores de los parametros:
- c = 1,3 metros,
- 0,2 < a < 0,6;
- 0,7 < b < 1,3
- 0,12 < t < 0,24
En una realization de la barrera artificial para obra lineal objeto de la invencion la barrera comprende una cimentacion para incrementar la estabilidad de la barrera.
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En una realization de la barrera artificial para obra lineal objeto de la invention la section vertical y la coronation son piezas independientes.
Description de las figuras
Para completar la description y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invention, se acompana a esta memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un conjunto de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 es una vista seccionada del perfil aerodinamico de la coronation de la barrera para obra lineal objeto de la invention.
La figura 2 es una vista en perspectiva de la barrera para obra lineal objeto de la invention.
La figura 3 muestra una vista en section del perfil aerodinamico del ala de un avion a partir del cual se obtiene el perfil aerodinamico de la coronation de la barrera objeto de la invencion.
La figura 4 muestra una section de una obra lineal con barreras como las de la invention a los dos lados de la obra lineal.
La figura 5 muestra una vista esquematica de la afeccion al viento por parte de la barrera objeto de la invention.
Realization preferente de la invention
Las distintas referencias que se encuentran reflejadas en las figuras corresponden a los siguientes elementos:
1. - barrera;
2. - cimentacion;
3. - seccion vertical;
4. - coronacion;
5. - seccion media;
6. - perfil aerodinamico de la coronation;
7. - perfil aerodinamico de un ala de un avion;
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8.- borde de ataque;
T.- espesor;
Z.- lmea media;
c.- cuerda del perfil aerodinamico de un ala de un avion; Zsup.- cota superior del perfil;
Zinf.- cota inferior del perfil.
Por razones de claridad, a ambos bordes del perfil aerodinamico han sido nombrados como "bordes de ataque”. No obstante, cualquier experto medio en la materia sabe que el borde de ataque es aquel por donde incide el viento y "borde de salida” por donde el viento abandona el perfil aerodinamico, dependiendo de la direction del viento.
Como ya se ha indicado, y tal y como puede apreciarse en las figuras el objeto de la invention es una barrera (1) artificial para una obra lineal que, por su configuration geometrica, reduce la afeccion de la arena sobre la obra lineal, tanto por el desplazamiento por reptacion de la arena como por el desplazamiento en suspension.
La barrera (1) artificial, en la realization preferente de la invencion, comprende una cimentacion (2), una section vertical (3) y una coronation (4). La cimentacion (2) de la barrera (1) objeto de la invencion se emplea para proporcionar estabilidad a la citada barrera (1) cuando se produce su instalacion al lado de la obra lineal; la seccion vertical (3) es la parte de la barrera (1) que retiene la arena cuando se desplaza por reptacion y es un paramento vertical; y la coronacion (4) es un elemento aerodinamico con un perfil tal que modifica la velocidad del aire cuando incide sobre la citada coronacion (4) y hace que la arena en suspension, cuando cae, no caiga sobre la obra lineal, sino fuera de la misma (ver figura 5 donde se ve el perfil del aire incidiendo sobre la barrera (1)).
La cimentacion (2) de la barrera (1), en la realizacion preferente de la invencion, es una zapata que sobresale por ambos lados de la seccion vertical (3), sin embargo, puede sobresalir solo por un lado, o tener una cimentacion distinta a la zapata, ya que el objetivo de la cimentacion es simplemente proporcionar un apoyo a la barrera (1) que le proporcione estabilidad en su funcionamiento, ya que la barrera (1) objeto de la invencion esta disenada para situarse en zonas donde el aire incide con fuerza, y la cimentacion tiene que evitar que la barrera (1) se vuelque. Incluso, en un caso extremo, la barrera (1) objeto de la invencion
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puede prescindir de la cimentacion (2) y disponerse directamente sobre el suelo, en este caso es necesario disponer un sistema de sujecion de la seccion vertical (3) para evitar que la barrera (1) vuelque.
La coronacion (4) de la barrera (1) objeto de la invention, comprende una geometrla basada en un perfil aerodinamico (6) similar al empleado en las alas de los aviones. El perfil aerodinamico (6) de la coronacion (4) se obtiene a partir de un perfil aerodinamico de un ala que se ha modificado para que tenga un comportamiento apropiado para la incidencia del viento en dos direcciones opuestas, ya que el perfil aerodinamico de un ala de un avion no lo necesita porque solo debe aprovechar la incidencia del viento en una direction.
En la realization preferente de la invencion, la coronacion (4) de la barrera (1) objeto de la invencion es un perfil simetrico respecto la seccion media (5) que tiene un borde de ataque (8) a cada lado de la seccion media (5) de forma simetrica, y tiene unas dimensiones de longitud 1 metro y espesor maximo (Tmax) de 0,18 metros.
La geometrla del perfil aerodinamico (6) de la coronacion (4) queda definida con los siguientes elementos:
- llnea media (Z),
- espesor (T),
- cota superior (Zsup),
- cota inferior (Zinf).
Los parametros anteriores que definen la geometrla del perfil aerodinamico de la coronacion de la barrera objeto de la invencion son funcion de la distancia al borde de ataque.
En el perfil aerodinamico (6) de la coronacion (4), la llnea media (Z) se obtiene mediante la ecuacion:
Igualmente en el perfil aerodinamico (6) de la coronacion (4), el espesor (T) se obtiene mediante la ecuacion:
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TOO
c
X /Xs2
0,13*-- 0,35 *(- + 0,28*
c xc'
La cota superior (Zsup) del perfil aerodinamico (6) empleado en la coronacion (4) esta dada por la ecuacion:
La cota inferior (Zinf) del perfil aerodinamico (6) empleado en la coronacion (4) esta dada por la ecuacion:
En las ecuaciones anteriores:
- x es la distancia desde el borde de ataque (8) de la coronacion hasta la seccion media (5),
- c es la cuerda del perfil aerodinamico del ala de un avion (7) del que se parte para definir el perfil aerodinamico (6) de la coronacion (4),
- a es un primer parametro adimensional, relacionado con la curvatura de la llnea media (Z),
- b es un segundo parametro adimensional, relacionado con la pendiente de la llnea media (Z) en el borde de ataque (8) , y
- t es un tercer parametro adimensional, que es la relacion entre el espesor maximo (Tmax) y la cuerda (c) del perfil.
La cuerda "c” de un perfil aerodinamico de un ala de un avion (7) es la llnea recta imaginaria que une el borde de salida con el centro de la curvatura del borde de ataque (8) en el perfil aerodinamico del ala de un avion (7) (ver figura 3). En el caso del perfil aerodinamico (6) de la coronacion (4) de la barrera objeto de la invention, el valor de la cuerda "c” es el valor de la cuerda del perfil aerodinamico de un ala de un avion (7) del que se parte para obtener el perfil aerodinamico (6) de la coronacion (4) de la barrera objeto de la invencion. Por tanto el valor de la cuerda "c” empleado en las formulas de arriba es de 1,3 metros.
Aunque el valor de la cuerda "c” empleado en las formulas es de 1,3 metros el valor de la longitud total del perfil aerodinamico (6) de la coronacion (4) es de 1 metro, esto se debe a que mediante simulaciones numericas de la dinamica de fluidos realizadas con un programa
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de ordenador se ha determinado que el perfil aerodinamico (6) es efectivo con la longitud de 1 metro y la construction del citado perfil aerodinamico (6) es mas sencilla y de menor coste respecto un perfil de mayor longitud.
El primer parametro adimensional "a” esta relacionado con la curvatura de la llnea media, esto es a mayor valor del primer parametro adimensional "a” el perfil tendrla mayor curvatura.
El segundo parametro "b” esta relacionado con la pendiente de la llnea media en el borde de ataque (8), esto es a mayor valor del segundo parametro "b” el perfil tendrla mayor pendiente en los extremos.
Tanto el valor del primer parametro "a” como el valor del segundo parametro "b” que se emplean en el perfil aerodinamico (6) de la coronation (4) provienen de simulaciones numericas de la dinamica de fluidos realizadas con un programa de ordenador.
En la realization preferente del perfil aerodinamico (6) de la coronacion (4) de la barrera objeto de la invention, los valores de los parametros adimensionales empleados son:
- a = 0,4;
- b = 1;
- t = 0,18.
Con estos valores de los parametros se logra optimizar la modification de la cantidad de movimiento de la corriente de aire incidente sobre la barrera (1), de forma que el salto de la arena en suspension es tal que incrementa la probabilidad de que no se deposite arena sobre la obra lineal que se esta tratando de proteger.
En un perfil aerodinamico (6) dicha modificacion de la cantidad de movimiento de la corriente que incide sobre la barrera (1) se consigue aprovechando las diferencias de presiones existentes entre el intrados (donde se encuentra un punto de remanso en una position cercana al borde de ataque (8)) y el extrados, de forma que la corriente incidente rebordee el borde de ataque (8) y abandone el perfil aerodinamico (6) con la direction y magnitud adecuadas de la cantidad de movimiento.
La invencion no debe verse limitada a las formas de realizacion descritas en este documento. Expertos en la materia pueden desarrollar otras realizaciones a la vista de la
description aqul realizada. En consecuentia, el alcance de la invention se define por las siguientes reivindicaciones.
Claims (4)
- 51015202530REIVINDICACIONES1. - Barrera (1) artificial para obra lineal, que comprende una seccion vertical (3) y una coronacion (4), caracterizada por que- la seccion vertical (3) es un paramento vertical que une la coronacion (4) con el suelo,- la coronacion (4) comprende un perfil aerodinamico (6) con una geometrla basada en una geometrla de un perfil aerodinamico de un ala de un avion (7),donde el perfil aerodinamico (6) comprende un borde de ataque (8) en cada extremo.
- 2. - Barrera (1) artificial para obra lineal, que comprende una seccion vertical (3) y una coronacion (4), segun la reivindicacion 1 caracterizada por que el perfil aerodinamico (6) es simetrico respecto una seccion central (5)
- 3. - Barrera (1) artificial para obra lineal segun las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el perfil aerodinamico (6) se define mediante los parametros:- Z es la llnea media del perfil aerodinamico (6),- T es el espesor del perfil aerodinamico (6),- Zsup es la cota superior del perfil aerodinamico (6), y- Zinf es la cota inferior del perfil aerodinamico (6);dichos parametros se han obtenido mediante las ecuaciones siguientes:
imagen1 tW= 5t*0,3 --l:i - ' Lit--;': I I : 1 - i : i ;imagen2 imagen3 siendo:- x: distancia desde un borde de ataque (8) del perfil aerodinamico (6) hasta la seccion media (5),- c: cuerda del perfil aerodinamico del ala de un avion (7),- a: primer parametro adimensional, relacionado con la curvatura de la llnea media,- b: segundo parametro adimensional, relacionado con la pendiente de la llnea media en el borde de ataque (8) , y- t: tercer parametro adimensional.5 4.- Barrera (1) artificial para obra lineal segun la reivindicacion 3, caracterizada por que enla definicion del perfil aerodinamico (6) se emplean los siguientes valores:- c = 1,3 metros,- 0,2 < a < 0,6;- 0,7 < b < 1,3;10 - 0,12 < t < 0,24. - 5.- Barrera (1) artificial para obra lineal segun las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende una cimentacion (2).15 6.- Barrera (1) artificial para obra lineal segun las reivindicaciones anteriores, caracterizadapor que la seccion vertical (3) y la coronacion (4) son piezas independientes.
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