3.1
Operaciones ferroviarias Subtemas
3.1.1 Instalaciones fijas
Ing. Alipio Palma HernándezMóvil: 9934379572Correo: dplavin@centla.tecnm.mx
Instalaciones ferroviarias básicas de las vías
Todos los proyectos ferroviarios, necesitan de distintos materiales y equipos con los cuales funcionaran de la mejor manera. Es importante el uso adecuado de las instalaciones y equipos ferroviarios, para mantener y conservar las vías férreas, prolongando su vida útil. Para la construcción de una vía férrea es importante considerar como básico las siguientes instalaciones, materiales y equipos. En los diferentes sistemas constructivos de las vías de tren sus componentes pueden variar de acuerdo al tipo de ferrocarril, sus elementos pueden cambiar de nombre o de forma, sin embargo la funcionalidad es la misma para todas. 1.- Riel 2.- Brida o Eclisa 3.- Durmientes o traviesas 4.- Balasto o balastro 5.- Sujeción o Fijaciones
Instalaciones fijas de un sistema ferroviario
Sujeción o Fijaciones
Durmientes o traviesas
Riel
Balasto o balastro
Brida o Eclisa
Placa de asiento
Tirafondos
Riel
El carril es el elemento resistente que recibe directamente las cargas de las ruedas. Ejercen dos funciones diferentes y fundamentales: la sustentación de las cargas y la conducción o guiado de las ruedas. Los carriles deben presentar una resistencia mecánica elevada, y una capacidad elevada de absorción de energía (alta tensión de rotura y alta tenacidad). La forma del carril ha evolucionado en los últimos tiempos hasta llegar al momento actual con la forma del carril UIC que esta instalado en la mayoría de las vías europeas. La sección del carril debe de poseer la rigidez y resistencia a flexión suficiente para soportar las cargas verticales y laterales que actúan sobre la vía y garantizar una suficiente precisión en la inclinación de montaje de los carriles (1/20 en la mayoría de las administraciones y 1/40 en Alemania y en la vía de alta velocidad francesa). En la actualidad, los carriles se fabrican en longitudes fijas y se sueldan entre si, evitando así las discontinuidades que resultan tan molestas y que da lugar a impactos cuando se pasa por ellas. La principal reserva que existía en la utilizaci6n de carril continuo soldado era el efecto de las variaciones de temperatura sobre el y en especial la posibilidad de pandeo que podría producirse por la compresi6n asociada al incremento de temperatura en días calurosos. Las misiones principales del carril son soportar las solicitaciones (longitudinales, verticales y transversales) y transmitirlas a los otros elementos que componen la estructura de la vía al mismo tiempo que guían el material rodante y actúan como conductor eléctrico, en los caminos de señalización y retomo. Aunque a lo largo de la historia del ferrocarril se han utilizado diferentes diseños de carril, en la actualidad solo se utilizan dos tipos y uno de ellos solamente en aplicaciones muy especificas. Los diferentes tipos de carriles existentes se reconocen por su distinto peso por metro lineal, que se encuentra estandarizado en algunos valores de referencia: 45 kg/ml, 49 kg/ml, 54 kg/ml y 60 kg/ml La experiencia práctica existente en la actualidad permite afirmar, con carácter indicativo, que: El carril de 45 o 49 kg/ml se utiliza en líneas secundarias y en vías de estaciones. El carril de 54 kg/ml se emplea en las líneas de las redes por donde se circula a velocidades de hasta 140/160 km/h. El carril de 60 Kg/ml es el habitual para velocidades superiores a 160 km/h, incluyendo las líneas de alta velocidad.
Riel
Descripción: Carril 45E3 (RN45) fabricado según la norma europea EN 13674-1, utilizado en aplicaciones ferroviarias. Se trata de un carril de sección tipo T (flat botom rails) con una masa de 44,79 kg por metro.
https://rails.arcelormittal.com/tipos-rieles/carril-de-transporte/norma-europea/carril-rn45-45e3
Riel
Descripción: Carril 49E1 (S49) fabricado según la norma europea EN 13674-1, utilizado ampliamente para la construcción de vía ferroviaria. Se trata de un carril de sección tipo T (flat botom rails) con una masa de 49,39 kg por metro.
https://rails.arcelormittal.com/tipos-rieles/carril-de-transporte/norma-europea/carril-s49-49e1
Riel
Descripción: Carril 54E2 (UIC 54E) fabricado según la norma europea EN 13674-1, utilizado ampliamente para la construcción de vía ferroviaria. Se trata de un carril de sección tipo T (flat botom rails) con una masa de 53,82 kg por metro.
https://rails.arcelormittal.com/tipos-rieles/carril-de-transporte/norma-europea/carril-54e2
Riel
Descripción: Carril 60E1 (UIC60) fabricado según la norma europea EN 13674-1, utilizado ampliamente para la construcción de vía ferroviaria. Se trata de un carril de sección tipo T (flat botom rails) con una masa de 60,21 kg por metro.
https://rails.arcelormittal.com/tipos-rieles/carril-de-transporte/norma-europea/carril-uic60-60e1
Riel
En un carril se diferencian tres secciones: cabeza, patín y el alma, las dimensiones de un carril se sitúan en el intervalo de los 7 cm de la cabeza, los 15 cm de la base (o patín) y los 17 cm de su altura.
Cabeza Las condiciones que se van a citar están encaminadas a conseguir la robustez adecuada para resistir y transmitir adecuadamente las cargas transmitidas por la rueda por ello debe tener un tamaño suficiente y una forma que permita un buen contacto con la llanta Alma Las dimensiones del alma vienen fijadas en función de las misiones que se le asignan:
- Transmitir tensiones al patín.
- Dar inercia vertical.
- Permitir el embridado.
- Espesor suficiente para que no se doble lateralmente y para contrarrestar la corrosión
Patín Debe de reunir las condiciones de ancho suficiente para reparto adecuado de cargas y para evitar el vuelco y dar inercia al emparrillado.
Brida o Eclisa
Los carriles tienen limitada su longitud, las barras no pueden ser infinitamente largas porque ocasionarían problemas de fabricación (en el proceso de laminación), problemas de transporte y excesiva dilatación térmica. Estos deben unirse una vez están colocados en su posición definitiva, bien por soldadura, en tal caso hablamos de vía sin juntas o Barra Larga Soldada (B.L.S) o bien por elementos de unión, en este caso estamos ante una vía con juntas uniéndolas con bridas (eclisa). La unión de dos carriles entre sí se denomina junta, cuando esta unión se realiza mediante unas piezas metálicas llamadas bridas o eclisas decimos que estamos ante una vía con juntas, pues existe un hueco, que queda entre dos carriles consecutivos, que se denomina cala.
Vista de junta con brida
La función fundamental de las juntas es facilitar la dilación del carril por efecto de las variaciones de temperatura del medio. Estas variaciones de temperatura, las características del material (su coeficiente de Dilatación), así como la longitud máxima admisible de la cala predeterminan la longitud de los carriles. Dicha longitud se limita también por las exigencias de laminación, en general estamos frente a valores que oscilan entre 12, 18, 24 y 36 m. Pero además de facilitar la dilación del carril, las juntas deben garantizar que:
- los carriles se comporten como una viga continua, que trabajen solidariamente.
- se mantenga lo máximo posible la resistencia a la deformación.
Brida o Eclisa
CONDICIONES DE TRABAJO Las juntas son puntos débiles de la vía, ya que en esta zona de discontinuidad se produce una variación brusca del momento de inercia
Descenso del momento de inercia del carril (IC) y de la brida (IB)
Cuando la llanta del material móvil se sitúa sobre la junta, el extremo del carril tiende a doblarse (como muestra la figura siguiente), este comportamiento tiene las siguientes consecuencias: El carril flecta y se deforma, pudiendo llegar las deformaciones a ser permanentes.
- El balasto se aplasta.
- La rodadura es incómoda.
- Amplifica el corrimiento de carriles.
- Aumenta la resistencia a tracción de los trenes.
TIPOLOGÍA DE JUNTAS Existen varias clasificaciones de juntas según la forma en la que están apoyadas, según su disposición o según sus características más o menos especiales. Según su apoyo se distinguen:
- Apoyadas: son aquellas que la junta se encuentra directamente sobre la traviesa.
- Semi-suspendidas: son aquellas juntas en las que la longitud de la brida alcanza las traviesas. Se pretende aumentar la resistencia de las juntas suspendidas.
- Suspendidas: son aquellas en las que la brida no está sobre las traviesas, son las más elásticas.
Brida o Eclisa
CONDICIONES DE TRABAJO Las juntas son puntos débiles de la vía, ya que en esta zona de discontinuidad se produce una variación brusca del momento de inercia
Descenso del momento de inercia del carril (IC) y de la brida (IB)
Cuando la llanta del material móvil se sitúa sobre la junta, el extremo del carril tiende a doblarse (como muestra la figura siguiente), este comportamiento tiene las siguientes consecuencias: El carril flecta y se deforma, pudiendo llegar las deformaciones a ser permanentes.
- El balasto se aplasta.
- La rodadura es incómoda.
- Amplifica el corrimiento de carriles.
- Aumenta la resistencia a tracción de los trenes.
TIPOLOGÍA DE JUNTAS Existen varias clasificaciones de juntas según la forma en la que están apoyadas, según su disposición o según sus características más o menos especiales. Según su apoyo se distinguen:
- Apoyadas: son aquellas que la junta se encuentra directamente sobre la traviesa.
- Semi-suspendidas: son aquellas juntas en las que la longitud de la brida alcanza las traviesas. Se pretende aumentar la resistencia de las juntas suspendidas.
- Suspendidas: son aquellas en las que la brida no está sobre las traviesas, son las más elásticas.
Brida o Eclisa
Tipos de juntas según su apoyo
SEGÚN SU DISPOSICIÓN Las juntas también se clasifican según su situación en los dos hilos de la vía (en planta) de las vías se pueden disponer enfrentadas que son las llamadas juntas a escuadra o alternas que son las juntas al tresbolillo. En la disposición a escuadra, la junta se realiza en ambos hilos en un mismo plano perpendicular al eje de la vía. En la disposición alternada, las juntas de ambos hilos se realizan en diferentes planos quedando a una distancia variable (como mínimo 6 metros), evitando de este modo, que los ejes de los vehículos incidan simultáneamente sobre ambas juntas. (Esta disposición es la más usada en España). PARTES DE LAS JUNTAS Se distinguen tres partes: las bridas, los tornillos y las conexiones. Las bridas son las piezas que materializan la unión entre los carriles, en cambio, los tornillos fijan y hacen solidarias las bridas a los carriles. BRIDAS La función de las bridas es unir los extremos de dos carriles consecutivos, de forma que sus ejes longitudinales coincidan y quede inmovilizada su posición tanto en el plano longitudinal como en el vertical. CARACTERÍSTICAS GENERALES Su forma y dimensiones varían en función del carril al que vayan unidas (recordemos que existen carriles de 45, 54 y 60 kg/m). Las distintas administraciones ferroviarias proporcionan las dimensiones de las bridas y sus tornillos. Como se ha mencionado antes, la función fundamental de las juntas es facilitar la dilación del carril, esto se consigue dejando una holgura entre los taladros de las bridas y los de los carriles, esta se llama juego. El máximo juego permitido suele variar entre 13 y 25 mm.
Brida o Eclisa
TORNILLOS Las bridas se colocan por parejas en cada una de las caras del alma delos extremos del carril que han de unir. El apretado de brida y carril se realiza mediante tornillos y complementos de formas diversas. El sistema de apretado debe ser simple y de fácil manejo, siempre teniendo en cuenta que se requiere una unión sólida y enérgica. Se debe, no obstante, adoptar una solución que sea fuerte y que, a la vez, permita el deslizamiento de tornillos (recordemos que existe juego). Los tipos de tornillos varía de acuerdo con las bridas que se unen, dependen de las dimensiones y también de la forma de sus cabezas: rectangular, en “pico de pato” o cuadradas. Dicha forma evita que los tornillos puedan aflojarse y permite un mejor apretado. La elasticidad de apretado la proporcionan dispositivos como las placas Reiss, los frenos Montupet o las arandelas Grover.
Arandelas Grover
Brida o Eclisa
CONEXIONES Las conexiones tienen como misión asegurar la continuidad de las corrientes de señalización. Están formadas por cables (generalmente de cobre) soldados al carril.
Conexión que garantiza la continuidad del circuito eléctrico
PROBLEMÁTICA DE LA VÍA CON JUNTAS Las juntas han sido uno de los puntos débiles de la vía, tanto para el material móvil como para la superestructura, además influyen en la comodidad del viajero. Algunos de los problemas más importantes de la vía, que se derivan de la presencia de juntas son:
- Fuertes acciones dinámicas que producen, por la discontinuidad de la inercia vertical, golpes, deformaciones y roturas en los extremos del carril.
- Concentración de tensiones en las juntas, lo que implica frecuentes roturas de bridas y carriles.
- Aumento de los gastos de conservación de la vía, ya que, además de los aspectos citados, existen muchos más factores que indicen en la conservación.
- Aumento de la resistencia a la rodadura.
- Pérdida de confort por rodadura incómoda y por los ruidos que se escuchan dentro y fuera del tren.
Pese a que se ha trabajado para eliminar todos los inconvenientes que presentan las juntas (aumento de la inercia vertical, juntas especiales, aproximación de las traviesas, endurecimiento de los extremos de los carriles, etc.) no ha sido posible encontrar un sistema que los resuelva, a no ser que las juntas desaparezcan. Esto es lo que trata de conseguir la soldadura de los carriles.
Brida o Eclisa
VÍA SIN JUNTAS La vía sin juntas o vía soldada comenzó a utilizarse en 1917 para desvíos. La soldadura utilizada era la oxiacetilénica, más tarde, en 1930, en algunas vías de tranvías se comenzó a poner en práctica ya que se pensaba que con el carril empotrado no habría problemas de dilatación acusada. Cinco año más tarde, en 1935 se emplearon carriles soldados de 200 m en túneles y puentes. Finalmente, en 1936 el A.R.E.A. publica las primeras normas y recomendaciones para el carril continuo soldado. Actualmente existe una aceptación total y el empleo de la vía soldada es el más extendido. VENTAJAS E INCONVENIENTES Las principales ventajas detectadas en el empleo del carril continuo soldado o vía sin juntas son:
- Necesidad de un menor número de traviesas
- Ahorro de bridas y tornillos
- Necesidad de menos conexiones eléctricas ya que la soldadura mejora de la conductividad
- Alarga la vida útil del carril en un 30%
- Requiere un 30% menos en gastos conservación
Sin embargo, existen algunos inconvenientes como: las condiciones específicas que requiere la soldadura y la estricta observación que se debe realizar durante la conservación. DEFINICIÓN Se dice que en un tramo de vía hay Carril Continuo Soldado (C.C.S) o Barra Larga Soldada (B.L.S), en definitiva, vía sin juntas cuando:
- La vía tiene los carriles unidos por soldadura.
- Existe un tramo central inmóvil ante variaciones de temperatura.
Durmientes o Traviesas
Es el elemento transversal de la vía, situado entre el carril y el balastro, que forma con el carril el emparrillado de la vía. Sirve de soporte a los carriles, mantienen el ancho de la vía y su nivelación y mantiene la inclinación de 1/20 en los carriles. Tiene como misión además resistir los esfuerzos en las tres direcciones creados por el tren y recibidos por el carril, y transmitirlos al balastro. Debe aislar además eléctricamente un carril de otro. DEFINICIÓN Las traviesas son elementos transversales al eje de la vía, sobre los que se colocan los carriles y que constituyen a través de la sujeción el nexo de unión entre el carril y el balasto, formando el llamado emparrillado de vía. CLASIFICACIÓN Los diferentes tipo de traviesas existentes se pueden clasificar en función del material empleado en su fabricación o en su función de la forma, aunque ésta última suele venir derivada de la primera. Las traviesas en función del material serán de madera, acero, hormigón armado, hormigón pretensado o de materiales sintéticos.
Durmientes sintéticos
Durmientes de Hormigón
Durmientes de madera
https://www.enelsubte.com/noticias/piden-no-utilizar-mas-durmientes-de-quebracho-para-renovaciones-de-via/
http://www.viazero.mx/detalle-producto.php?id=7
Durmientes de acero
Durmientes o Traviesas
Existen unas formas típicas de durmientes: Monobloque y Bibloque (diferentes tipos y modelos)
Durmientes de acero
Durmientes o Traviesas
LAS FUNCIONES PRINCIPALES DE LAS TRAVIESAS SON:
- Transmitir y repartir adecuadamente la carga del carril al balasto ya que, por ejemplo, un falso apoyo de 3 mm duplica momentos estáticos en el carril
- Arriostrar los carriles, manteniendo las cotas de la vía ( ancho de vía, inclinación, ... )
- Mantener la estabilidad longitudinal, lateral y vertical de la vía
estabilidad vertical: longitud y anchura estabilidad lateral: anchura, altura y peso estabilidad longitudinal: las tres dimensiones, y el peso
- Aislar eléctricamente los carriles ( serialización y corrientes de retomo)
- Amortiguar las acciones dinámicas )
La Vía en placa
Surge corno una solución a los problemas en vías comerciales al aumentar la velocidad de circulación de los trenes, buscando un sistema elástico, amortiguador, robusto, de mínima conservación y de poca sonoridad. Como ventajas principales que presenta la vía en placa, se pueden citar:
- Soporta mayores cargas por eje
- Reduce los asientos localizados
- Presenta un menor ancho de explanaci6n (sin banqueta)
- Proporciona una rodadura muy uniforme
- Requiere menores costes de mantenimiento
- Disminuye la presi6n ejercida sobre la plataforma
- Reduce la altura del galibo en los túneles
- Permite mayores luces en los puentes, pesa menos
- No sufre daños importantes en los descarrilamientos
Como principales inconvenientes cabe citar que requiere costes mas altos de construcción, es mas ruidosa y presenta dificultades de mantenimiento y reparación. Los diferentes elementos constructivos de la vía en placa con sus características fundamentales de detallan a continuaci6n:
- El carril: soporta unas mejores condiciones de trabajo que implican una sección necesaria inferior; 54 kg/m para 200 Km/h y 22 ton/eje
- Sujeción elástica: las usuales con modificaciones
- Traviesa (si existen). Hormigonadas o con elemento elástico intercalado entre ellas. Dos son las posibles variantes de incorporación de la traviesa a la placa: la primera consiste en hormigonar la placa una vez colocadas las traviesas, de tal forma que estas queden embebidas en aquella al producirse el fraguado del hormigón, constituyendo un conjunto solidario y monolítico. Otra posibilidad consiste en interponer algún elemento de relación, de naturaleza elástica, entre la placa principal, en general hormigonada in situ, y las traviesas que soportan los carriles.
- Elastómero: Indispensable, absorbe cargas por pequeñas deformaciones (suple balastro). Van dispuestas:
Debajo de! patín de! carril: Tipo placa de asiento: 15x25 cm, espesor 15-19 mm Tipo banda: 15x200 cm, espesor 10 mm Entre placa principal y elemento prefabricado (si existe)
- Placa principal: Elemento que soporta los carriles, sustituye al balastro y las traviesas y esta compuesto de hormigón hidráulico o bituminoso
(resistencia > 350 kg/cm)
- Placa base. Suelo estabilizado con betún, cemento, cal u hormigón pobre. Se sitúa sabre la plataforma para mejorar el reparto de cargas sobre el terreno, disminuir los efectos del agua, etc., dando uniformidad a la sustentación de la placa principal. Espesor mínima 10 cm y recomendado 15 cm.
- Plataforma. Es fundamental en el comportamiento de la vía en placa, por lo que debe de cumplir las siguientes cometidos:
Drenar agua bajo la placa Presentar una buena capacidad portante, si no es suficiente hay que mejorarla con sub-base de zahorras granulares, macadam, suelo cemento, Actuar de capa calorífica si hay riesgo de heladas (hormig6n poroso o productos sintéticos).
La Vía en placa
Ejemplos:
Vía con elementos prefabricados longitudinales
Vía de balastros con traviesa a tope
Vía sobre losas
Vía mixta con elementos transversales
Vía mixta con bloques aislados
Vía con elementos prefabricados transversales
Balastro o balasto
La capa de material granular que se coloca bajo las traviesas desempeña un importante papel en el comportamiento de una vía frente a las acciones tanto verticales como transversales ejercidas por el material ferroviario, así como frente a las acciones climáticas. En el ámbito de los esfuerzos verticales, el balasto debe cumplir tres funciones principales:
- Contribuir a proporcionar elasticidad y amortiguamiento a la vía, para reducir la magnitud de las solicitaciones dinámicas ejercidas por los vehículos.
- Disminuir el nivel de presiones que llegue a la superficie de la plataforma, para evitar que supere su capacidad resistente.
- Soportar la abrasión que las partículas pueden tener como consecuencia de su contacto con infraestructuras rígidas, tal como sucede en las vías que discurren sobre puentes de hormigón.
Funciones Ese balasto recibe a las traviesas, tanto para servir de apoyo como para arroparlas, envolviéndolas en cinco de sus seis caras. En la siguiente ilustración se puede observar una fase de montaje de la vía donde se ha situado el emparrillado sobre un lecho de balasto. A continuación se debe seguir colocando balasto sobre la vía para que las traviesas queden “empotradas” en él. Esto es así porque el balasto, además del reparto de cargas bajo traviesa, realiza otras funciones que se pueden resumir en:
- Transmitir y repartir las cargas que se producen bajo la traviesa para que cuando lleguen a la plataforma no superen las tensiones admisibles.
- Proporcionar empotramiento a las traviesas. El balasto arropa a las traviesas rodeando todas sus caras excepto la superior, de tal forma que se coacciona el movimiento longitudinal que puede producir las variaciones de temperatura, las aceleraciones, el arranque y el frenado, y el movimiento transversal que produce el efecto lazo y las fuerzas centrífugas no compensadas.
- Proporcionar elasticidad y amortiguamiento. Con el lecho de balasto se hace más cómoda la rodadura y se aminora el efecto de impacto al absorberse parte de los efectos dinámicos de los vehículos.
- Afinar la rasante de la vía. El orden de la precisión de acabado de la plataforma donde se va a asentar la vía viene medido en centímetros mientras que la precisión final de la posición del carril se aprecia en milímetros. Esta precisión se consigue actuando con maquinaria específica sobre el balasto.
- Peralte de vía. La plataforma ferroviaria no debe estar peraltada, para evitar deslizamiento del balasto y emparrillado sobre la misma. Sobre la plataforma se debe disponer una adecuada banqueta de balasto, que es la que se encarga de materializar el peralte de la vía.
- Si la plataforma dispone de una adecuada inclinación respecto a la horizontal, se facilita la evacuación del agua que se filtra a través del balasto con lo que se facilita el drenaje rápido, evitando la putrefacción de las maderas y la oxidación de metales.
- Una adecuada granulometría del balasto facilita la evaporación del agua de la plataforma.
- Con el paso de las cargas la geometría de la vía se deteriora. Actuando sobre el balasto con maquinaria especializada se puede recuperar la capacidad geométrica al rectificar los defectos de alineación y nivelación.
- Se impide el crecimiento de plantas y arbustos.
- Se reduce la susceptibilidad de las capas inferiores ante las heladas.
- Amortiguar el ruido transmitido a través del aire.
Todas estas funciones las puede realizar el balasto dependiendo de la combinación de las propiedades físicas de las partículas y del estado como conjunto, es decir, de lo que se conoce como banqueta, con su lecho, balasto inferior, balasto superior y hombreras.
Balastro o balasto
Dimensiones de las piedras Respecto a las dimensiones de las piedras para balasto cabe decir que ha habido una larga evolución. En algún momento de la historia del ferrocarril se ha llegado a colocar piedras hasta de 150 mm de arista, pero hoy en día no hay duda de que la dimensión máxima debe ser de 7,5 cm y la mínima alrededor de 2 cm. En la mayoría de las administraciones ferroviarias el balasto está comprendido entre 20 y 50 mm y para otras entre 30 y 60 mm En España, la norma indica que el balasto debe estar compuesto en su mayor parte por elementos de piedra partida cuyos tamaños estarán comprendidos entre los tamices 31,5 y 50 milímetros. Respecto a los tamaños indicados hay que precisar que no es conveniente aceptar fracciones menores porque, aunque se aumentaría la homogeneidad del asiento y transmisión de cargas de la traviesa, se colmatarían los huecos y el balasto se impermeabilizaría. Como consecuencia, la fracción mínima se limita por:
- Evitar la pérdida de la función drenante.
- Evitar la pérdida de la función evaporante.
- Evitar el efecto “pumping”, esto es, la surgencia típica de las plataformas arcillosas que, en el caso del balasto, lo lubrica, haciéndole perder la capacidad de rozamiento entre partículas y con respecto a la traviesa.
Por otra parte también se limita la fracción máxima por:
- Mala colocación del balasto de mayor tamaño. Hace falta compactar con medios más potentes y los gastos de conservación aumentan.
- Dificultad para dar una nivelación aproximada en milímetros.
De todos modos, si resulta necesario adoptar una decisión en cuanto a los tamaños, conviene admitir mejor la fracción alta que la baja porque en el primer caso siempre tendremos un balasto sano, pues la fracción fina tiene más superficie de desgaste y está más sometida a la abrasión. En la tabla siguiente se recoge la resistencia transversal de una vía para dos tipos de traviesa en función de distintos tamaños y forma de la piedra. Entre paréntesis se han tomado los valores relativos en relación con el balasto de 20 x 60, se puede ver que es mayor la resistencia transversal con árido machacado y que también ésta es mayor cuanto mayor es el tamaño de la piedra.
Relación entre la resistencia transversal de las traviesas y el tamaño de balastro
Balastro o balasto
Sección de banqueta de la vía
El sub-balastro Es la capa de áridos colocada entre el balasto y la plataforma que, con una granulometría bien graduada y un porcentaje de fines bajo, tiene por objeto: • Proteger la plataforma contra la erosión, bien por acción del balasto o por la acción del agua • Proteger la plataforma de las heladas • Repartir las cargas trasmitidas sobre la plataforma Su espesor depende del tipo de suelo, de las características geológicas y climáticas del lugar. Los geotextiles Dispuestos inmediatamente por encima de la plataforma, cumplen la misión de anticontaminante y de drenaje de la superestructura junto a la mejora de la resistencia mecánica. Evita la subida de finos de la plataforma a la sub-base, mientras consigue el drenaje del 80% de las aguas cenitales. Propiedades y ensayos de los áridos de las capas de asiento Los materiales del balastro y de la sub-base deben cumplir características muy concretas.
Espesor mínima de! balastro bajo el carril en función del trafico
Sujeción o fijaciones
DEFINICIÓN Y FUNCIONES DE LA SUJECIÓN Se llaman sujeciones a los elementos que fijan el carril y que aseguran que éste quede unido de forma estable a la traviesa, es gracias a este elemento que se hace posible la continuidad estructural de vía. FUNCIONES Podemos decir que la misión principal de la sujeción es mantener la integridad física del emparrillado frente a las cargas a las que se ve sometido. Sabemos que, en recta, los trenes transmiten al carril no sólo esfuerzos verticales sino también esfuerzos horizontales que se originan en el movimiento de lazo. Además en curva, existen esfuerzos consecuencia de la aceleración. Por ello, ante estos esfuerzos deben oponerse las fijaciones manteniendo los carriles y las traviesas en su posición y garantizando la transmisión de estos esfuerzos a la plataforma. Además de esta función principal, las funciones de las sujeciones se pueden clasificar en dos tipos: funciones eléctricas y mecánicas. De las funciones eléctricas se destaca la necesidad de aportar capacidad de aislamiento eléctrico. Desde el punto de vista mecánico, la función principal es mantener la estabilidad del emparrillado de la vía en tres direcciones: transversal, longitudinal y vertical.
- En la dirección transversal, las sujeciones deben diseñarse para evitar vuelco de carril y mantener ancho de vía.
- En la dirección horizontal o longitudinal, las sujeciones deben impedir el desplazamiento carril-traviesa y traviesa-balasto.
- En la dirección vertical se debe garantizar la unión de la traviesa con el carril y dar elasticidad al emparrillado.
3. ELEMENTOS DEL SISTEMA DE FIJACIÓN Los principales elementos del sistema de fijación carril-traviesa son: la placa de asiento y la propia sujeción. No obstante existen, según los tipos de fijación, más elementos como son: elementos de anclaje a la traviesa, de anclaje de la placa, de anclaje a la placa, de anclaje del carril u otros elementos elásticos(aislantes y de guía).
Elementos del sistema de fijación
Sujeción o fijaciones
SUJECIONES EN DURMIENTES DE MADERA Desde los orígenes del ferrocarril se empleó la madera como elemento soporte del carril. Las propiedades físicas y mecánicas de la misma, y la abundancia de recursos naturales en esta materia prima en la mayoría de los países hizo aconsejable su empleo. Cuando más tarde se llegó a un mejor conocimiento de los esfuerzos y condiciones de trabajo a que se ve sometida la estructura de la vía, quedó confirmada la elección de la madera como apoyo del carril. En paralelo, se desarrollaron dos tipos de sujeciones que adquirieron relevante notoriedad: las escarpias y los tirafondos. Las primeras, son más utilizadas en Estados Unidos, y las segundas, generalizadas en Europa. Bajo la acción del tiempo y de los esfuerzos de fatiga, las traviesas de madera perdían sus propiedades y el agrietamiento de las mismas provocaba el aflojamiento de las mencionadas sujeciones (Fig. 2.13), dejando de cumplir su función de fijar y mantener la posición del carril. Como durante muchos años (hasta la década de los años 60 del siglo XX) no se generalizó el uso del carril continuo soldado, en las zonas de las juntas que enlazaban dos carriles consecutivos se solían colocar dos traviesas de madera (Fig. 2.14) para reducir el mayor asiento vertical de la vía que de forma natural se produciría en este punto débil. Aun cuando con las traviesas de madera se utilizaron ya en su día sujeciones elásticas que eliminaban los problemas de aflojado indicados para las sujeciones rígidas (escarpias y tirafondos), tal como sucedió con la célebre sujeción (K) empleada ampliamente en Alemania, la introducción de las traviesas de hormigón generalizó el uso de sujeciones elásticas. La aparición del hormigón y las posibilidades que ofrecía este material para la fabricación de traviesas determinaron un importante aumento del interés por este tipo de traviesas, especialmente en Inglaterra, Francia, Italia y Alemania. Las investigaciones realizadas tanto en laboratorio como en vía pusieron de relieve que las traviesas de hormigón podrían: tener una elevada duración en servicio, del orden de dos a tres veces la de las traviesas de madera; mantener a lo largo de toda su vida una práctica constancia de sus condiciones físicas y proporcionar una mayor resistencia lateral a la vía frente a esfuerzos transversales.
SUJECIÓN POR TIRAFONDOS
SUJECIONES POR ESCARPIAS
Sujeción o fijaciones
La traviesa de madera se ha utilizado por ser un material apto para cumplir las funciones que se exigen a las traviesas. Las principales ventajas de las traviesas de madera y que han motivado su extensa utilización son sus buenas características mecánicas ante todo tipo de esfuerzos (flexibilidad, resistencia a flexión, tenacidad, ... ), aislamiento eléctrico, posibilidad de, cajeado y de clavado de las sujeciones, resistencia al deslizamiento sobre el balasto. Deterioro y conservación Causas que originan el deterioro de las traviesas son: • Mecánicas. Si el carril se apoya directamente sobre la traviesa la superficie de apoyo se ve sometida a presiones del orden de 90 kg/cm² Además, en curvas se ve sometido a esfuerzos asimétricos, muy elevados sobre la arista de vuelco. En estos casos, el patín del carril sometido a esfuerzos horizontales actúa contra las paredes de la entalladura, ensanchándola y haciendo que los tirafondos actúen ovalando los agujeros. Además, si no hay placa de asiento se produce desgaste por abrasión del cajeado debido las pequeñas deformaciones del carril. Las soluciones para reparar la traviesa cuando se producen estos fenómenos consisten en reapretar los tirafondos y reentallar si se han producido rebabas en el cajeado. Para evitar que vuelvan a producirse se emplean placas de asiento, masillas, refuerzos metálicos helicoidales o casquillos de anclaje sintéticos • Formación de grietas por estructura anis6tropa de la madera y por equilibrio higrosc6pico con el medio ambiente • Ataques biológicos (hongos ). Este se ve favorecido por la presencia de grietas en la madera • Ataques químicos. Especialmente en el cajeado debido a la disgregaci6n por acción del acero. A pesar de los diferentes problemas aqui citados las traviesas de madera, con un proceso de irnpregnaci6n y tratamiento adecuados, tienen una vida media estimada de 20 aiios. .
Dispositivo de colocación de traviesas de madera en zona de vía con juntas
Placa de asiento y escarpias de la línea
Infraestructura ferroviaria, piezas de la colección del Museo (museodelferrocarril.org) https://www.tmb.cat/documents/20182/793010/Temari+1+TOLA/33c056c8-9011-46b5-8c65-7f7137f0fe6a
Sujeción o fijaciones
Por razones relacionadas con la estabilidad lateral de los vehículos durante su circulación por la vía, los carriles no ocupan una posición horizontal, sino que se encuentran inclinados hacia el centro de la vía figura 1. en un ángulo de valor normal 1/20, que en algunos países como Alemania se reduce a 1/40. Como se observa en la figura 2, el carril no se coloca directamente sobre la superficie de la traviesa de madera, para evitar su rápido deterioro por la acción del acero del carril. Entre ambos elementos, carril y traviesa, se interpone una placa rígida denominada de asiento, que incrementa el área de apoyo a través del cual el patín del carril transmite los esfuerzos a la traviesa. Por lo tanto, la inclinación del carril puede lograrse cajeando las traviesas de madera y utilizando placas de asiento planas (Figura 3a), o bien utilizando placas de asiento con la inclinación deseada (Figura 3b).
Fig. 1.- Detalle del contacto rueda-carril
Tipología de placas de asiento rígidas
Fig. 2.- Detalle del sistema carril-traviesa-sujeción
Sujeción o fijaciones
PLACA DE ASIENTO La placa de asiento es un elemento auxiliar que se coloca debajo del carril. Sus principales funciones son:
- Reducir la tensión transmitida al carril.
- Proporcionar elasticidad.
- Ser el elemento de relación carril-traviesa, en sujeciones indirectas.
- Proporcionar la inclinación y el sobreancho necesarios.
- Evitar desplazamientos longitudinales.
Existen en el mercado dos tipos de materiales con los que se pueden construir placas de asiento: el metal y las gomas o cauchos. Las placas de asiento metálicas no proporcionan una elasticidad elevada pero son muy útiles para proporcionar el sobreancho necesario que permite al carril apoyarse sobre una superficie mayor. Las placas de asiento de goma o caucho pueden tener funciones distintas según el tipo de traviesa en el que se apoye. Sobre las traviesas de hormigón, sirven para compensar su rigidez y aumentar la elasticidad, así se consigue una capa elástica que asegura una interacción de la vía con el material rodante con un menor número de impactos. Sobre las traviesas de madera, ayudan a disminuir el desgaste mecánico que sufren, las protege de la humedad alargando su vida útil. Además de las placas de asiento existen otros materiales empleados en las vías como son los antideslizantes y las anclas de traviesa. LOS ANTIDESLIZANTES Se ha comprobado que los esfuerzos dinámicos a los que se ven sometidos los carriles producen un movimiento de éstos en las juntas, además este movimiento se ve incrementado por la reacción longitudinal que ejerce el roce de la pestaña de los trenes. Para limitar la flexión de los carriles que se produce, se emplean dispositivos antideslizantes. A lo largo de la historia la forma de los antideslizantes ha ido evolucionando hasta alcanzar la mejor disposición. Consiste en un dispositivo en forma de U que calza el patín, tal y como muestra la figura siguiente. En la actualidad no se emplean en la mayoría de los casos.
Antideslizante
Sujeción o fijaciones
ANTIDESLIZANTES O ANCLAS DE TRAVIESA Se emplean para incrementar la resistencia lateral de la vía en aquellas zonas donde exista riesgo de que se produzca el ripado, estas zonas pueden ser desvíos o curvas de pequeño radio.
Clasificación de las sujeciones
Antideslizante de traviesa
Sujeción o fijaciones
SEGÚN LA DISPOSICIÓN DE ELEMENTOS BÁSICOS Según la disposición de elementos básicos las sujeciones se clasifican en: directas, indirectas o mixtas. Las sujeciones directas son aquellas en las que el patín del carril es el elemento que conecta con la sujeción. Es éste el que recibe los esfuerzos. Las sujeciones indirectas son aquellas que fijan el carril y la traviesa por medio de una placa de asiento metálica anclada a la traviesa. La placa de asiento dota de un ancho extra al carril. Las sujeciones mixtas son una combinación de las dos anteriores. Se caracterizan por la existencia simultánea de sujeciones directas e indirectas.
Sujeción directa
Sujeción indirecta
Sujeción mixta
Sujeción o fijaciones
SEGÚN SU NATURALEZA Según su naturaleza, las sujeciones pueden ser rígidas o elásticas. TIPOS DE SUJECIONES RÍGIDAS Las sujeciones rígidas son elementos que se calvan o atornillan a la traviesa por un extremo y por el otro se sujetan al patín del carril. Destacan las escarpias, los tirafondos o los cojinetes. ESCARPIAS Las escarpias son las sujeciones más antiguas, su uso se extendió en países como América, Canadá, Rusia o India. Las escarpias son unas barras de acero con forma puntiaguda en un extremo y con una cabeza ancha en el otro. Son elemento que se clavan en las traviesas de forma sencilla puesto que se ponen a base de golpes con un martillo. La cabeza se apoya en el carril y lo mantiene fijado a la traviesa. La fuerza que se requiere para su arranque es elevada, pero con el paso del tiempo, la fuerza que ejercen las cargas y el efecto onda al que se ve sometido el carril, ocasionan el desapretado de la escarpia. Su principal ventaja es una alta resistencia lateral debido al rozamiento del acero con la traviesa. Su principal inconveniente es que la cabeza de la escarpia no se sujeta de forma perfecta al patín produciéndose choques entre el carril y la traviesa. Para limitar el movimiento en carriles continuos soldados se necesita colocar un antideslizante.
Escarpia
Sujeción o fijaciones
TIRAFONDOS Los tirafondos, o también llamados bulón tirafondo, son tornillos de acero galvanizado que se atornillan en las traviesas. Este tipo de sujeciones necesita una gran fuerza de arranque, tanto que puede llegar a arrastrar a la traviesa. Es adecuada en sujeciones directas y su conservación es bastante regular, por eso es muy utilizada en Europa. Igual que en el caso anterior, necesita antideslizante en barra larga soldada.
Tirafondos convencionales (izquierda) y tirafondos con sistema VSR (derecha)
COJINETES Los cojinetes son piezas metálicas en forma de U invertida y que están atravesados por tirafondos. Son adecuados en sujeciones indirectas (a través de placa de asiento). Este tipo de sujeciones necesita una gran fuerza de arranque, tanto que puede llegar a arrastrar a la traviesa. Su conservación es bastante regular, por eso es muy utilizada en Europa, sobre todo en puentes. Igual que en el caso anterior, necesita antideslizante en barra larga soldada.
Cojinete
Sujeción o fijaciones
TIPOS DE SUJECIONES ELÁSTICAS Las sujeciones elásticas son aquellas que fijan el carril a la traviesa por medio de un elemento que se deforma con las acciones que transmite el carril y recupera su forma primitiva cuando cesan dichas acciones. Es un tipo de sujeción más reciente que las rígidas, existen numerosos tipos: clavos elásticos, láminas o grapas, Clip u otras sujeciones más nuevas. CLAVOS ELÁSTICOS Los clavos elásticos tienen la ventaja de las escarpias (alta resistencia lateral debido al rozamiento del acero con la traviesa) y un comportamiento elástico que absorbe las vibraciones. En el mercado hay varios tipos de modelos, como por ejemplo los llamados: DÖRKEN, TIPO A, TIPO J – FLEX, TIPO T – FLEX, etc.
Sujeción elástica, sistema DSF 18
Sujeción o fijaciones
Los elementos que constituyen una sujeción en general son los elementos de anclaje a la traviesa, la placa de asiento, los elementos de anclaje de la placa, los de anclaje a la placa, los de anclaje del carril y los elásticos, aislantes y de guía del carril, que pueden aparecer en su totalidad o parcialmente en función del tipo de sujeción. Según la dispo-sición y existencia de los elementos básicos se pueden clasificar las sujeciones en directas (carril directamente unido a traviesa), indirecta (carril unido a la placa y la placa a la traviesa) y mixta (variaciones de la anterior). Según la naturaleza de los elementos pueden ser rígidas, elásticas o doblemente elásticas, donde la fijación del carril a la placa y la placa a la traviesa es en ambos casos elástica. Según el tipo de fijación se pueden clasificar en: 1) Sujeciones rígidas clásicas 2) Clavos elásticos 3) Sujeciones elásticas de lámina o grapa 4) Sujeciones elásticas de clip 5) Sujeciones de apoyo, con el carril flotante Hoy día en los ferrocarriles metropolitanos modernos, debido al uso extendido de la vía en placa con barra larga soldada, las sujeciones rígidas clásicas y los clavos elásticos no se utilizan, y para la reducción de ruidos y vibraciones las sujeciones utilizadas son exclusivamente las elásticas, y la mayoría de clip.
Sujeciones elásticas de lámina o grapa, más utilizadas son la RN
Sujeciones elásticas directa: P2 de lámina o grapa (izquierda), NABLA para trenes de Alta Velocidad (derecha)
Sujeción o fijaciones
La fijación tipo RN era la más usada con las traviesas de hormigón del mismo nombre. Sus elementos principales eran cinco: bulón con tuerca, placa elástica, grapa, casquillo y sector de caucho, tal y como muestra la figura siguiente.
Componentes principales de la sujeción RN
No obstante tenía dos inconvenientes fundamentales: presentaba problemas de aislamiento eléctrico de los carriles y no era capaz de mantener invariable el ancho de la vía. Además, con la mejora de las características técnicas de los trenes, aumentó el tráfico y la velocidad así como el volumen de las cargas transportadas, esto trajo consigo problemas de montaje y conservación y un mal comportamiento de estas sujeciones a la fatiga. A principio de los años 90 comenzó a ser sustituida por otras sujeciones como la P-2 de RENFE. La sujeción P-2 es una variante de la RN, diseñada para resolver los problemas que presentaba esta sujeción (aislamiento eléctrico y ancho de vía) aunque solventa bien el primero ya que incorpora una pieza aislante, no alcanza a resolver el segundo totalmente, por eso se considera a extinguir.
Componentes de la grapa P-2
Sujeción o fijaciones
Más tarde nace la sujeción J-2 que es una variante de la RN que tiene en cuenta las modificaciones introducidas en la sujeción P-2, posibilitando una significativa mejora de éstas, lo que implica un aumento de su vida útil. Resuelve los problemas relativos a aislamiento eléctrico y supera el comportamiento de ésta última ante solicitaciones de fatiga debidas a la acción conjunta de la fuerza de apriete y de las cargas sobre la vía, garantizando así la invariabilidad del ancho siempre que la traviesa se encuentre en condiciones adecuadas y con la riostra en perfecto estado. En paralelo al diseño de las traviesas P-2 y J-2 de RENFE, países como Francia diseñaron las llamadas sujeciones Nabla que también fueron adoptadas en España. La sujeción Nabla resuelve los defectos relativos al aislamiento eléctrico de los carriles y a la inalterabilidad del ancho de vía que presentaban las anteriores. La adopción de la sujeción Nabla permite fabricar las traviesas con mayor sencillez dejando embebidas en su masa de hormigón las vainas de los tirafondos que permiten alojar el tornillo de anclaje de la sujeción. CLIP Las sujeciones tipo clip están constituidas por un elemento de anclaje a la traviesa en el que se inserta un clip elástico (barra de acero de sección circular con una forma redondeada) que oprime el patín del carril contra ella. Entre el clip y el patín se puede colocar una pieza aislante para evitar la existencia de circuitos eléctricos no deseados. La principal ventaja de esta sujeción consiste en la sencillez de su montaje y desmontaje. Existen numerosos modelos de enganches clip como son los modelos de las marcas Vosloh o Pandrol: SKL 12, SKL 14, SKL 15, SISTEMA 336, sistema Pandrol FAST CLIP, etc.
Sistema Pandrol FAST CLIP
Sujeción o fijaciones
La función primordial de este elemento de la estructura de la vía es reducir la presión específica transmitida por el carril a la traviesa de madera, protegiendo a ésta de las acciones que el carril ejerce sobre ellas; en el caso de las traviesas de hormigón, debe proporcionar al conjunto de la vía una mayor elasticidad vertical con placas de neopreno, para reducir los efectos dinámicos de los vehículos sobre la vía, especialmente a alta velocidad.
Detalle de la placa de asiento elástica (Placa de neopreno) https://www.productosdehule.mx/sector-ferroviario/
Sujeción Vossloh clips SKL-12
Sujeción Vossloh clip SKL-1
En ambos casos el apriete del carril se debe al trabajo a flexión o a torsión del clip. La diferencia entre ambos tipos de fijación es que en las Pandrol no es preciso apretar ningún tirafondo ni tuerca, mientras que en las Vossloh la tensión adecuada del clip se consigue por medio del apriete. Sin embargo, en caso de ser necesario un reajuste de la tensión, ello es muy sencillo con la Vossloh, y prácticamente imposible con la Pandrol.
Infraestructura ferroviaria, piezas de la colección del Museo (museodelferrocarril.org) https://www.tmb.cat/documents/20182/793010/Temari+1+TOLA/33c056c8-9011-46b5-8c65-7f7137f0fe6a https://es.wikipedia.org/wiki/Traviesa#/media/Archivo:V%C3%ADa_sobre_durmientes_de_madera_02.JPG https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_sujeci%C3%B3n_del_carril http://www.agicorieles.com/resumen-de-materiales-de-ferrocarril-durmiente.html file:///C:/Users/ITSCe/Desktop/Material%20Bibliogr%C3%A1fico/Capitulos%20de%20ferroviarias/diagn%C3%B3stico-an%C3%A1lisis-costos-red-ferroviaria.pdf https://icpa.org.ar/wp-content/uploads/2019/04/2013-N06-Marzo-Art08-Durmientes_de_hormigon.pdf https://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/13022/mod_resource/content/1/B1Tema33TraviesasFFCC.pdf https://www.informacion.es/opinion/2023/01/22/cruce-trenes-81595650.html https://victoryepes.blogs.upv.es/files/2016/08/GT-IECA-V%C3%ADa-en-placa.pdf https://victoryepes.blogs.upv.es/2016/08/11/la-viabilidad-de-la-via-en-placa-en-lineas-de-alta-velocidad/ https://www.obrasurbanas.es/sistemas-fijacion-placa-vibraciones/ https://www.tecnicaindustrial.es/diseno-de-un-portico-nivelador-para-colocacio/ https://fcmaf.es/Reportajes/Viaenplaca/viaenplaca.htm
3.1.1 Instalaciones fijas
EAD Recursos
Created on April 3, 2024
Start designing with a free template
Discover more than 1500 professional designs like these:
View
Word Search: Corporate Culture
View
Corporate Escape Room: Operation Christmas
View
Happy Holidays Mobile Card
View
Christmas Magic: Discover Your Character!
View
Christmas Spirit Test
View
Branching Scenario: Save Christmas
View
Correct Concepts
Explore all templates
Transcript
3.1
Operaciones ferroviarias Subtemas
3.1.1 Instalaciones fijas
Ing. Alipio Palma HernándezMóvil: 9934379572Correo: dplavin@centla.tecnm.mx
Instalaciones ferroviarias básicas de las vías
Todos los proyectos ferroviarios, necesitan de distintos materiales y equipos con los cuales funcionaran de la mejor manera. Es importante el uso adecuado de las instalaciones y equipos ferroviarios, para mantener y conservar las vías férreas, prolongando su vida útil. Para la construcción de una vía férrea es importante considerar como básico las siguientes instalaciones, materiales y equipos. En los diferentes sistemas constructivos de las vías de tren sus componentes pueden variar de acuerdo al tipo de ferrocarril, sus elementos pueden cambiar de nombre o de forma, sin embargo la funcionalidad es la misma para todas. 1.- Riel 2.- Brida o Eclisa 3.- Durmientes o traviesas 4.- Balasto o balastro 5.- Sujeción o Fijaciones
Instalaciones fijas de un sistema ferroviario
Sujeción o Fijaciones
Durmientes o traviesas
Riel
Balasto o balastro
Brida o Eclisa
Placa de asiento
Tirafondos
Riel
El carril es el elemento resistente que recibe directamente las cargas de las ruedas. Ejercen dos funciones diferentes y fundamentales: la sustentación de las cargas y la conducción o guiado de las ruedas. Los carriles deben presentar una resistencia mecánica elevada, y una capacidad elevada de absorción de energía (alta tensión de rotura y alta tenacidad). La forma del carril ha evolucionado en los últimos tiempos hasta llegar al momento actual con la forma del carril UIC que esta instalado en la mayoría de las vías europeas. La sección del carril debe de poseer la rigidez y resistencia a flexión suficiente para soportar las cargas verticales y laterales que actúan sobre la vía y garantizar una suficiente precisión en la inclinación de montaje de los carriles (1/20 en la mayoría de las administraciones y 1/40 en Alemania y en la vía de alta velocidad francesa). En la actualidad, los carriles se fabrican en longitudes fijas y se sueldan entre si, evitando así las discontinuidades que resultan tan molestas y que da lugar a impactos cuando se pasa por ellas. La principal reserva que existía en la utilizaci6n de carril continuo soldado era el efecto de las variaciones de temperatura sobre el y en especial la posibilidad de pandeo que podría producirse por la compresi6n asociada al incremento de temperatura en días calurosos. Las misiones principales del carril son soportar las solicitaciones (longitudinales, verticales y transversales) y transmitirlas a los otros elementos que componen la estructura de la vía al mismo tiempo que guían el material rodante y actúan como conductor eléctrico, en los caminos de señalización y retomo. Aunque a lo largo de la historia del ferrocarril se han utilizado diferentes diseños de carril, en la actualidad solo se utilizan dos tipos y uno de ellos solamente en aplicaciones muy especificas. Los diferentes tipos de carriles existentes se reconocen por su distinto peso por metro lineal, que se encuentra estandarizado en algunos valores de referencia: 45 kg/ml, 49 kg/ml, 54 kg/ml y 60 kg/ml La experiencia práctica existente en la actualidad permite afirmar, con carácter indicativo, que: El carril de 45 o 49 kg/ml se utiliza en líneas secundarias y en vías de estaciones. El carril de 54 kg/ml se emplea en las líneas de las redes por donde se circula a velocidades de hasta 140/160 km/h. El carril de 60 Kg/ml es el habitual para velocidades superiores a 160 km/h, incluyendo las líneas de alta velocidad.
Riel
Descripción: Carril 45E3 (RN45) fabricado según la norma europea EN 13674-1, utilizado en aplicaciones ferroviarias. Se trata de un carril de sección tipo T (flat botom rails) con una masa de 44,79 kg por metro.
https://rails.arcelormittal.com/tipos-rieles/carril-de-transporte/norma-europea/carril-rn45-45e3
Riel
Descripción: Carril 49E1 (S49) fabricado según la norma europea EN 13674-1, utilizado ampliamente para la construcción de vía ferroviaria. Se trata de un carril de sección tipo T (flat botom rails) con una masa de 49,39 kg por metro.
https://rails.arcelormittal.com/tipos-rieles/carril-de-transporte/norma-europea/carril-s49-49e1
Riel
Descripción: Carril 54E2 (UIC 54E) fabricado según la norma europea EN 13674-1, utilizado ampliamente para la construcción de vía ferroviaria. Se trata de un carril de sección tipo T (flat botom rails) con una masa de 53,82 kg por metro.
https://rails.arcelormittal.com/tipos-rieles/carril-de-transporte/norma-europea/carril-54e2
Riel
Descripción: Carril 60E1 (UIC60) fabricado según la norma europea EN 13674-1, utilizado ampliamente para la construcción de vía ferroviaria. Se trata de un carril de sección tipo T (flat botom rails) con una masa de 60,21 kg por metro.
https://rails.arcelormittal.com/tipos-rieles/carril-de-transporte/norma-europea/carril-uic60-60e1
Riel
En un carril se diferencian tres secciones: cabeza, patín y el alma, las dimensiones de un carril se sitúan en el intervalo de los 7 cm de la cabeza, los 15 cm de la base (o patín) y los 17 cm de su altura.
Cabeza Las condiciones que se van a citar están encaminadas a conseguir la robustez adecuada para resistir y transmitir adecuadamente las cargas transmitidas por la rueda por ello debe tener un tamaño suficiente y una forma que permita un buen contacto con la llanta Alma Las dimensiones del alma vienen fijadas en función de las misiones que se le asignan:
- Transmitir tensiones al patín.
- Dar inercia vertical.
- Permitir el embridado.
- Espesor suficiente para que no se doble lateralmente y para contrarrestar la corrosión
Patín Debe de reunir las condiciones de ancho suficiente para reparto adecuado de cargas y para evitar el vuelco y dar inercia al emparrillado.Brida o Eclisa
Los carriles tienen limitada su longitud, las barras no pueden ser infinitamente largas porque ocasionarían problemas de fabricación (en el proceso de laminación), problemas de transporte y excesiva dilatación térmica. Estos deben unirse una vez están colocados en su posición definitiva, bien por soldadura, en tal caso hablamos de vía sin juntas o Barra Larga Soldada (B.L.S) o bien por elementos de unión, en este caso estamos ante una vía con juntas uniéndolas con bridas (eclisa). La unión de dos carriles entre sí se denomina junta, cuando esta unión se realiza mediante unas piezas metálicas llamadas bridas o eclisas decimos que estamos ante una vía con juntas, pues existe un hueco, que queda entre dos carriles consecutivos, que se denomina cala.
Vista de junta con brida
La función fundamental de las juntas es facilitar la dilación del carril por efecto de las variaciones de temperatura del medio. Estas variaciones de temperatura, las características del material (su coeficiente de Dilatación), así como la longitud máxima admisible de la cala predeterminan la longitud de los carriles. Dicha longitud se limita también por las exigencias de laminación, en general estamos frente a valores que oscilan entre 12, 18, 24 y 36 m. Pero además de facilitar la dilación del carril, las juntas deben garantizar que:
Brida o Eclisa
CONDICIONES DE TRABAJO Las juntas son puntos débiles de la vía, ya que en esta zona de discontinuidad se produce una variación brusca del momento de inercia
Descenso del momento de inercia del carril (IC) y de la brida (IB)
Cuando la llanta del material móvil se sitúa sobre la junta, el extremo del carril tiende a doblarse (como muestra la figura siguiente), este comportamiento tiene las siguientes consecuencias: El carril flecta y se deforma, pudiendo llegar las deformaciones a ser permanentes.
- El balasto se aplasta.
- La rodadura es incómoda.
- Amplifica el corrimiento de carriles.
- Aumenta la resistencia a tracción de los trenes.
TIPOLOGÍA DE JUNTAS Existen varias clasificaciones de juntas según la forma en la que están apoyadas, según su disposición o según sus características más o menos especiales. Según su apoyo se distinguen:Brida o Eclisa
CONDICIONES DE TRABAJO Las juntas son puntos débiles de la vía, ya que en esta zona de discontinuidad se produce una variación brusca del momento de inercia
Descenso del momento de inercia del carril (IC) y de la brida (IB)
Cuando la llanta del material móvil se sitúa sobre la junta, el extremo del carril tiende a doblarse (como muestra la figura siguiente), este comportamiento tiene las siguientes consecuencias: El carril flecta y se deforma, pudiendo llegar las deformaciones a ser permanentes.
- El balasto se aplasta.
- La rodadura es incómoda.
- Amplifica el corrimiento de carriles.
- Aumenta la resistencia a tracción de los trenes.
TIPOLOGÍA DE JUNTAS Existen varias clasificaciones de juntas según la forma en la que están apoyadas, según su disposición o según sus características más o menos especiales. Según su apoyo se distinguen:Brida o Eclisa
Tipos de juntas según su apoyo
SEGÚN SU DISPOSICIÓN Las juntas también se clasifican según su situación en los dos hilos de la vía (en planta) de las vías se pueden disponer enfrentadas que son las llamadas juntas a escuadra o alternas que son las juntas al tresbolillo. En la disposición a escuadra, la junta se realiza en ambos hilos en un mismo plano perpendicular al eje de la vía. En la disposición alternada, las juntas de ambos hilos se realizan en diferentes planos quedando a una distancia variable (como mínimo 6 metros), evitando de este modo, que los ejes de los vehículos incidan simultáneamente sobre ambas juntas. (Esta disposición es la más usada en España). PARTES DE LAS JUNTAS Se distinguen tres partes: las bridas, los tornillos y las conexiones. Las bridas son las piezas que materializan la unión entre los carriles, en cambio, los tornillos fijan y hacen solidarias las bridas a los carriles. BRIDAS La función de las bridas es unir los extremos de dos carriles consecutivos, de forma que sus ejes longitudinales coincidan y quede inmovilizada su posición tanto en el plano longitudinal como en el vertical. CARACTERÍSTICAS GENERALES Su forma y dimensiones varían en función del carril al que vayan unidas (recordemos que existen carriles de 45, 54 y 60 kg/m). Las distintas administraciones ferroviarias proporcionan las dimensiones de las bridas y sus tornillos. Como se ha mencionado antes, la función fundamental de las juntas es facilitar la dilación del carril, esto se consigue dejando una holgura entre los taladros de las bridas y los de los carriles, esta se llama juego. El máximo juego permitido suele variar entre 13 y 25 mm.
Brida o Eclisa
TORNILLOS Las bridas se colocan por parejas en cada una de las caras del alma delos extremos del carril que han de unir. El apretado de brida y carril se realiza mediante tornillos y complementos de formas diversas. El sistema de apretado debe ser simple y de fácil manejo, siempre teniendo en cuenta que se requiere una unión sólida y enérgica. Se debe, no obstante, adoptar una solución que sea fuerte y que, a la vez, permita el deslizamiento de tornillos (recordemos que existe juego). Los tipos de tornillos varía de acuerdo con las bridas que se unen, dependen de las dimensiones y también de la forma de sus cabezas: rectangular, en “pico de pato” o cuadradas. Dicha forma evita que los tornillos puedan aflojarse y permite un mejor apretado. La elasticidad de apretado la proporcionan dispositivos como las placas Reiss, los frenos Montupet o las arandelas Grover.
Arandelas Grover
Brida o Eclisa
CONEXIONES Las conexiones tienen como misión asegurar la continuidad de las corrientes de señalización. Están formadas por cables (generalmente de cobre) soldados al carril.
Conexión que garantiza la continuidad del circuito eléctrico
PROBLEMÁTICA DE LA VÍA CON JUNTAS Las juntas han sido uno de los puntos débiles de la vía, tanto para el material móvil como para la superestructura, además influyen en la comodidad del viajero. Algunos de los problemas más importantes de la vía, que se derivan de la presencia de juntas son:
- Fuertes acciones dinámicas que producen, por la discontinuidad de la inercia vertical, golpes, deformaciones y roturas en los extremos del carril.
- Concentración de tensiones en las juntas, lo que implica frecuentes roturas de bridas y carriles.
- Aumento de los gastos de conservación de la vía, ya que, además de los aspectos citados, existen muchos más factores que indicen en la conservación.
- Aumento de la resistencia a la rodadura.
- Pérdida de confort por rodadura incómoda y por los ruidos que se escuchan dentro y fuera del tren.
Pese a que se ha trabajado para eliminar todos los inconvenientes que presentan las juntas (aumento de la inercia vertical, juntas especiales, aproximación de las traviesas, endurecimiento de los extremos de los carriles, etc.) no ha sido posible encontrar un sistema que los resuelva, a no ser que las juntas desaparezcan. Esto es lo que trata de conseguir la soldadura de los carriles.Brida o Eclisa
VÍA SIN JUNTAS La vía sin juntas o vía soldada comenzó a utilizarse en 1917 para desvíos. La soldadura utilizada era la oxiacetilénica, más tarde, en 1930, en algunas vías de tranvías se comenzó a poner en práctica ya que se pensaba que con el carril empotrado no habría problemas de dilatación acusada. Cinco año más tarde, en 1935 se emplearon carriles soldados de 200 m en túneles y puentes. Finalmente, en 1936 el A.R.E.A. publica las primeras normas y recomendaciones para el carril continuo soldado. Actualmente existe una aceptación total y el empleo de la vía soldada es el más extendido. VENTAJAS E INCONVENIENTES Las principales ventajas detectadas en el empleo del carril continuo soldado o vía sin juntas son:
- Necesidad de un menor número de traviesas
- Ahorro de bridas y tornillos
- Necesidad de menos conexiones eléctricas ya que la soldadura mejora de la conductividad
- Alarga la vida útil del carril en un 30%
- Requiere un 30% menos en gastos conservación
Sin embargo, existen algunos inconvenientes como: las condiciones específicas que requiere la soldadura y la estricta observación que se debe realizar durante la conservación. DEFINICIÓN Se dice que en un tramo de vía hay Carril Continuo Soldado (C.C.S) o Barra Larga Soldada (B.L.S), en definitiva, vía sin juntas cuando:Durmientes o Traviesas
Es el elemento transversal de la vía, situado entre el carril y el balastro, que forma con el carril el emparrillado de la vía. Sirve de soporte a los carriles, mantienen el ancho de la vía y su nivelación y mantiene la inclinación de 1/20 en los carriles. Tiene como misión además resistir los esfuerzos en las tres direcciones creados por el tren y recibidos por el carril, y transmitirlos al balastro. Debe aislar además eléctricamente un carril de otro. DEFINICIÓN Las traviesas son elementos transversales al eje de la vía, sobre los que se colocan los carriles y que constituyen a través de la sujeción el nexo de unión entre el carril y el balasto, formando el llamado emparrillado de vía. CLASIFICACIÓN Los diferentes tipo de traviesas existentes se pueden clasificar en función del material empleado en su fabricación o en su función de la forma, aunque ésta última suele venir derivada de la primera. Las traviesas en función del material serán de madera, acero, hormigón armado, hormigón pretensado o de materiales sintéticos.
Durmientes sintéticos
Durmientes de Hormigón
Durmientes de madera
https://www.enelsubte.com/noticias/piden-no-utilizar-mas-durmientes-de-quebracho-para-renovaciones-de-via/
http://www.viazero.mx/detalle-producto.php?id=7
Durmientes de acero
Durmientes o Traviesas
Existen unas formas típicas de durmientes: Monobloque y Bibloque (diferentes tipos y modelos)
Durmientes de acero
Durmientes o Traviesas
LAS FUNCIONES PRINCIPALES DE LAS TRAVIESAS SON:
- Transmitir y repartir adecuadamente la carga del carril al balasto ya que, por ejemplo, un falso apoyo de 3 mm duplica momentos estáticos en el carril
- Arriostrar los carriles, manteniendo las cotas de la vía ( ancho de vía, inclinación, ... )
- Mantener la estabilidad longitudinal, lateral y vertical de la vía
estabilidad vertical: longitud y anchura estabilidad lateral: anchura, altura y peso estabilidad longitudinal: las tres dimensiones, y el pesoLa Vía en placa
Surge corno una solución a los problemas en vías comerciales al aumentar la velocidad de circulación de los trenes, buscando un sistema elástico, amortiguador, robusto, de mínima conservación y de poca sonoridad. Como ventajas principales que presenta la vía en placa, se pueden citar:
- Soporta mayores cargas por eje
- Reduce los asientos localizados
- Presenta un menor ancho de explanaci6n (sin banqueta)
- Proporciona una rodadura muy uniforme
- Requiere menores costes de mantenimiento
- Disminuye la presi6n ejercida sobre la plataforma
- Reduce la altura del galibo en los túneles
- Permite mayores luces en los puentes, pesa menos
- No sufre daños importantes en los descarrilamientos
Como principales inconvenientes cabe citar que requiere costes mas altos de construcción, es mas ruidosa y presenta dificultades de mantenimiento y reparación. Los diferentes elementos constructivos de la vía en placa con sus características fundamentales de detallan a continuaci6n:- El carril: soporta unas mejores condiciones de trabajo que implican una sección necesaria inferior; 54 kg/m para 200 Km/h y 22 ton/eje
- Sujeción elástica: las usuales con modificaciones
- Traviesa (si existen). Hormigonadas o con elemento elástico intercalado entre ellas. Dos son las posibles variantes de incorporación de la traviesa a la placa: la primera consiste en hormigonar la placa una vez colocadas las traviesas, de tal forma que estas queden embebidas en aquella al producirse el fraguado del hormigón, constituyendo un conjunto solidario y monolítico. Otra posibilidad consiste en interponer algún elemento de relación, de naturaleza elástica, entre la placa principal, en general hormigonada in situ, y las traviesas que soportan los carriles.
- Elastómero: Indispensable, absorbe cargas por pequeñas deformaciones (suple balastro). Van dispuestas:
Debajo de! patín de! carril: Tipo placa de asiento: 15x25 cm, espesor 15-19 mm Tipo banda: 15x200 cm, espesor 10 mm Entre placa principal y elemento prefabricado (si existe)- Placa principal: Elemento que soporta los carriles, sustituye al balastro y las traviesas y esta compuesto de hormigón hidráulico o bituminoso
(resistencia > 350 kg/cm)- Placa base. Suelo estabilizado con betún, cemento, cal u hormigón pobre. Se sitúa sabre la plataforma para mejorar el reparto de cargas sobre el terreno, disminuir los efectos del agua, etc., dando uniformidad a la sustentación de la placa principal. Espesor mínima 10 cm y recomendado 15 cm.
- Plataforma. Es fundamental en el comportamiento de la vía en placa, por lo que debe de cumplir las siguientes cometidos:
Drenar agua bajo la placa Presentar una buena capacidad portante, si no es suficiente hay que mejorarla con sub-base de zahorras granulares, macadam, suelo cemento, Actuar de capa calorífica si hay riesgo de heladas (hormig6n poroso o productos sintéticos).La Vía en placa
Ejemplos:
Vía con elementos prefabricados longitudinales
Vía de balastros con traviesa a tope
Vía sobre losas
Vía mixta con elementos transversales
Vía mixta con bloques aislados
Vía con elementos prefabricados transversales
Balastro o balasto
La capa de material granular que se coloca bajo las traviesas desempeña un importante papel en el comportamiento de una vía frente a las acciones tanto verticales como transversales ejercidas por el material ferroviario, así como frente a las acciones climáticas. En el ámbito de los esfuerzos verticales, el balasto debe cumplir tres funciones principales:
- Contribuir a proporcionar elasticidad y amortiguamiento a la vía, para reducir la magnitud de las solicitaciones dinámicas ejercidas por los vehículos.
- Disminuir el nivel de presiones que llegue a la superficie de la plataforma, para evitar que supere su capacidad resistente.
- Soportar la abrasión que las partículas pueden tener como consecuencia de su contacto con infraestructuras rígidas, tal como sucede en las vías que discurren sobre puentes de hormigón.
Funciones Ese balasto recibe a las traviesas, tanto para servir de apoyo como para arroparlas, envolviéndolas en cinco de sus seis caras. En la siguiente ilustración se puede observar una fase de montaje de la vía donde se ha situado el emparrillado sobre un lecho de balasto. A continuación se debe seguir colocando balasto sobre la vía para que las traviesas queden “empotradas” en él. Esto es así porque el balasto, además del reparto de cargas bajo traviesa, realiza otras funciones que se pueden resumir en:- Transmitir y repartir las cargas que se producen bajo la traviesa para que cuando lleguen a la plataforma no superen las tensiones admisibles.
- Proporcionar empotramiento a las traviesas. El balasto arropa a las traviesas rodeando todas sus caras excepto la superior, de tal forma que se coacciona el movimiento longitudinal que puede producir las variaciones de temperatura, las aceleraciones, el arranque y el frenado, y el movimiento transversal que produce el efecto lazo y las fuerzas centrífugas no compensadas.
- Proporcionar elasticidad y amortiguamiento. Con el lecho de balasto se hace más cómoda la rodadura y se aminora el efecto de impacto al absorberse parte de los efectos dinámicos de los vehículos.
- Afinar la rasante de la vía. El orden de la precisión de acabado de la plataforma donde se va a asentar la vía viene medido en centímetros mientras que la precisión final de la posición del carril se aprecia en milímetros. Esta precisión se consigue actuando con maquinaria específica sobre el balasto.
- Peralte de vía. La plataforma ferroviaria no debe estar peraltada, para evitar deslizamiento del balasto y emparrillado sobre la misma. Sobre la plataforma se debe disponer una adecuada banqueta de balasto, que es la que se encarga de materializar el peralte de la vía.
- Si la plataforma dispone de una adecuada inclinación respecto a la horizontal, se facilita la evacuación del agua que se filtra a través del balasto con lo que se facilita el drenaje rápido, evitando la putrefacción de las maderas y la oxidación de metales.
- Una adecuada granulometría del balasto facilita la evaporación del agua de la plataforma.
- Con el paso de las cargas la geometría de la vía se deteriora. Actuando sobre el balasto con maquinaria especializada se puede recuperar la capacidad geométrica al rectificar los defectos de alineación y nivelación.
- Se impide el crecimiento de plantas y arbustos.
- Se reduce la susceptibilidad de las capas inferiores ante las heladas.
- Amortiguar el ruido transmitido a través del aire.
Todas estas funciones las puede realizar el balasto dependiendo de la combinación de las propiedades físicas de las partículas y del estado como conjunto, es decir, de lo que se conoce como banqueta, con su lecho, balasto inferior, balasto superior y hombreras.Balastro o balasto
Dimensiones de las piedras Respecto a las dimensiones de las piedras para balasto cabe decir que ha habido una larga evolución. En algún momento de la historia del ferrocarril se ha llegado a colocar piedras hasta de 150 mm de arista, pero hoy en día no hay duda de que la dimensión máxima debe ser de 7,5 cm y la mínima alrededor de 2 cm. En la mayoría de las administraciones ferroviarias el balasto está comprendido entre 20 y 50 mm y para otras entre 30 y 60 mm En España, la norma indica que el balasto debe estar compuesto en su mayor parte por elementos de piedra partida cuyos tamaños estarán comprendidos entre los tamices 31,5 y 50 milímetros. Respecto a los tamaños indicados hay que precisar que no es conveniente aceptar fracciones menores porque, aunque se aumentaría la homogeneidad del asiento y transmisión de cargas de la traviesa, se colmatarían los huecos y el balasto se impermeabilizaría. Como consecuencia, la fracción mínima se limita por:
- Evitar la pérdida de la función drenante.
- Evitar la pérdida de la función evaporante.
- Evitar el efecto “pumping”, esto es, la surgencia típica de las plataformas arcillosas que, en el caso del balasto, lo lubrica, haciéndole perder la capacidad de rozamiento entre partículas y con respecto a la traviesa.
Por otra parte también se limita la fracción máxima por:- Mala colocación del balasto de mayor tamaño. Hace falta compactar con medios más potentes y los gastos de conservación aumentan.
- Dificultad para dar una nivelación aproximada en milímetros.
De todos modos, si resulta necesario adoptar una decisión en cuanto a los tamaños, conviene admitir mejor la fracción alta que la baja porque en el primer caso siempre tendremos un balasto sano, pues la fracción fina tiene más superficie de desgaste y está más sometida a la abrasión. En la tabla siguiente se recoge la resistencia transversal de una vía para dos tipos de traviesa en función de distintos tamaños y forma de la piedra. Entre paréntesis se han tomado los valores relativos en relación con el balasto de 20 x 60, se puede ver que es mayor la resistencia transversal con árido machacado y que también ésta es mayor cuanto mayor es el tamaño de la piedra.Relación entre la resistencia transversal de las traviesas y el tamaño de balastro
Balastro o balasto
Sección de banqueta de la vía
El sub-balastro Es la capa de áridos colocada entre el balasto y la plataforma que, con una granulometría bien graduada y un porcentaje de fines bajo, tiene por objeto: • Proteger la plataforma contra la erosión, bien por acción del balasto o por la acción del agua • Proteger la plataforma de las heladas • Repartir las cargas trasmitidas sobre la plataforma Su espesor depende del tipo de suelo, de las características geológicas y climáticas del lugar. Los geotextiles Dispuestos inmediatamente por encima de la plataforma, cumplen la misión de anticontaminante y de drenaje de la superestructura junto a la mejora de la resistencia mecánica. Evita la subida de finos de la plataforma a la sub-base, mientras consigue el drenaje del 80% de las aguas cenitales. Propiedades y ensayos de los áridos de las capas de asiento Los materiales del balastro y de la sub-base deben cumplir características muy concretas.
Espesor mínima de! balastro bajo el carril en función del trafico
Sujeción o fijaciones
DEFINICIÓN Y FUNCIONES DE LA SUJECIÓN Se llaman sujeciones a los elementos que fijan el carril y que aseguran que éste quede unido de forma estable a la traviesa, es gracias a este elemento que se hace posible la continuidad estructural de vía. FUNCIONES Podemos decir que la misión principal de la sujeción es mantener la integridad física del emparrillado frente a las cargas a las que se ve sometido. Sabemos que, en recta, los trenes transmiten al carril no sólo esfuerzos verticales sino también esfuerzos horizontales que se originan en el movimiento de lazo. Además en curva, existen esfuerzos consecuencia de la aceleración. Por ello, ante estos esfuerzos deben oponerse las fijaciones manteniendo los carriles y las traviesas en su posición y garantizando la transmisión de estos esfuerzos a la plataforma. Además de esta función principal, las funciones de las sujeciones se pueden clasificar en dos tipos: funciones eléctricas y mecánicas. De las funciones eléctricas se destaca la necesidad de aportar capacidad de aislamiento eléctrico. Desde el punto de vista mecánico, la función principal es mantener la estabilidad del emparrillado de la vía en tres direcciones: transversal, longitudinal y vertical.
- En la dirección transversal, las sujeciones deben diseñarse para evitar vuelco de carril y mantener ancho de vía.
- En la dirección horizontal o longitudinal, las sujeciones deben impedir el desplazamiento carril-traviesa y traviesa-balasto.
- En la dirección vertical se debe garantizar la unión de la traviesa con el carril y dar elasticidad al emparrillado.
3. ELEMENTOS DEL SISTEMA DE FIJACIÓN Los principales elementos del sistema de fijación carril-traviesa son: la placa de asiento y la propia sujeción. No obstante existen, según los tipos de fijación, más elementos como son: elementos de anclaje a la traviesa, de anclaje de la placa, de anclaje a la placa, de anclaje del carril u otros elementos elásticos(aislantes y de guía).Elementos del sistema de fijación
Sujeción o fijaciones
SUJECIONES EN DURMIENTES DE MADERA Desde los orígenes del ferrocarril se empleó la madera como elemento soporte del carril. Las propiedades físicas y mecánicas de la misma, y la abundancia de recursos naturales en esta materia prima en la mayoría de los países hizo aconsejable su empleo. Cuando más tarde se llegó a un mejor conocimiento de los esfuerzos y condiciones de trabajo a que se ve sometida la estructura de la vía, quedó confirmada la elección de la madera como apoyo del carril. En paralelo, se desarrollaron dos tipos de sujeciones que adquirieron relevante notoriedad: las escarpias y los tirafondos. Las primeras, son más utilizadas en Estados Unidos, y las segundas, generalizadas en Europa. Bajo la acción del tiempo y de los esfuerzos de fatiga, las traviesas de madera perdían sus propiedades y el agrietamiento de las mismas provocaba el aflojamiento de las mencionadas sujeciones (Fig. 2.13), dejando de cumplir su función de fijar y mantener la posición del carril. Como durante muchos años (hasta la década de los años 60 del siglo XX) no se generalizó el uso del carril continuo soldado, en las zonas de las juntas que enlazaban dos carriles consecutivos se solían colocar dos traviesas de madera (Fig. 2.14) para reducir el mayor asiento vertical de la vía que de forma natural se produciría en este punto débil. Aun cuando con las traviesas de madera se utilizaron ya en su día sujeciones elásticas que eliminaban los problemas de aflojado indicados para las sujeciones rígidas (escarpias y tirafondos), tal como sucedió con la célebre sujeción (K) empleada ampliamente en Alemania, la introducción de las traviesas de hormigón generalizó el uso de sujeciones elásticas. La aparición del hormigón y las posibilidades que ofrecía este material para la fabricación de traviesas determinaron un importante aumento del interés por este tipo de traviesas, especialmente en Inglaterra, Francia, Italia y Alemania. Las investigaciones realizadas tanto en laboratorio como en vía pusieron de relieve que las traviesas de hormigón podrían: tener una elevada duración en servicio, del orden de dos a tres veces la de las traviesas de madera; mantener a lo largo de toda su vida una práctica constancia de sus condiciones físicas y proporcionar una mayor resistencia lateral a la vía frente a esfuerzos transversales.
SUJECIÓN POR TIRAFONDOS
SUJECIONES POR ESCARPIAS
Sujeción o fijaciones
La traviesa de madera se ha utilizado por ser un material apto para cumplir las funciones que se exigen a las traviesas. Las principales ventajas de las traviesas de madera y que han motivado su extensa utilización son sus buenas características mecánicas ante todo tipo de esfuerzos (flexibilidad, resistencia a flexión, tenacidad, ... ), aislamiento eléctrico, posibilidad de, cajeado y de clavado de las sujeciones, resistencia al deslizamiento sobre el balasto. Deterioro y conservación Causas que originan el deterioro de las traviesas son: • Mecánicas. Si el carril se apoya directamente sobre la traviesa la superficie de apoyo se ve sometida a presiones del orden de 90 kg/cm² Además, en curvas se ve sometido a esfuerzos asimétricos, muy elevados sobre la arista de vuelco. En estos casos, el patín del carril sometido a esfuerzos horizontales actúa contra las paredes de la entalladura, ensanchándola y haciendo que los tirafondos actúen ovalando los agujeros. Además, si no hay placa de asiento se produce desgaste por abrasión del cajeado debido las pequeñas deformaciones del carril. Las soluciones para reparar la traviesa cuando se producen estos fenómenos consisten en reapretar los tirafondos y reentallar si se han producido rebabas en el cajeado. Para evitar que vuelvan a producirse se emplean placas de asiento, masillas, refuerzos metálicos helicoidales o casquillos de anclaje sintéticos • Formación de grietas por estructura anis6tropa de la madera y por equilibrio higrosc6pico con el medio ambiente • Ataques biológicos (hongos ). Este se ve favorecido por la presencia de grietas en la madera • Ataques químicos. Especialmente en el cajeado debido a la disgregaci6n por acción del acero. A pesar de los diferentes problemas aqui citados las traviesas de madera, con un proceso de irnpregnaci6n y tratamiento adecuados, tienen una vida media estimada de 20 aiios. .
Dispositivo de colocación de traviesas de madera en zona de vía con juntas
Placa de asiento y escarpias de la línea
Infraestructura ferroviaria, piezas de la colección del Museo (museodelferrocarril.org) https://www.tmb.cat/documents/20182/793010/Temari+1+TOLA/33c056c8-9011-46b5-8c65-7f7137f0fe6a
Sujeción o fijaciones
Por razones relacionadas con la estabilidad lateral de los vehículos durante su circulación por la vía, los carriles no ocupan una posición horizontal, sino que se encuentran inclinados hacia el centro de la vía figura 1. en un ángulo de valor normal 1/20, que en algunos países como Alemania se reduce a 1/40. Como se observa en la figura 2, el carril no se coloca directamente sobre la superficie de la traviesa de madera, para evitar su rápido deterioro por la acción del acero del carril. Entre ambos elementos, carril y traviesa, se interpone una placa rígida denominada de asiento, que incrementa el área de apoyo a través del cual el patín del carril transmite los esfuerzos a la traviesa. Por lo tanto, la inclinación del carril puede lograrse cajeando las traviesas de madera y utilizando placas de asiento planas (Figura 3a), o bien utilizando placas de asiento con la inclinación deseada (Figura 3b).
Fig. 1.- Detalle del contacto rueda-carril
Tipología de placas de asiento rígidas
Fig. 2.- Detalle del sistema carril-traviesa-sujeción
Sujeción o fijaciones
PLACA DE ASIENTO La placa de asiento es un elemento auxiliar que se coloca debajo del carril. Sus principales funciones son:
- Reducir la tensión transmitida al carril.
- Proporcionar elasticidad.
- Ser el elemento de relación carril-traviesa, en sujeciones indirectas.
- Proporcionar la inclinación y el sobreancho necesarios.
- Evitar desplazamientos longitudinales.
Existen en el mercado dos tipos de materiales con los que se pueden construir placas de asiento: el metal y las gomas o cauchos. Las placas de asiento metálicas no proporcionan una elasticidad elevada pero son muy útiles para proporcionar el sobreancho necesario que permite al carril apoyarse sobre una superficie mayor. Las placas de asiento de goma o caucho pueden tener funciones distintas según el tipo de traviesa en el que se apoye. Sobre las traviesas de hormigón, sirven para compensar su rigidez y aumentar la elasticidad, así se consigue una capa elástica que asegura una interacción de la vía con el material rodante con un menor número de impactos. Sobre las traviesas de madera, ayudan a disminuir el desgaste mecánico que sufren, las protege de la humedad alargando su vida útil. Además de las placas de asiento existen otros materiales empleados en las vías como son los antideslizantes y las anclas de traviesa. LOS ANTIDESLIZANTES Se ha comprobado que los esfuerzos dinámicos a los que se ven sometidos los carriles producen un movimiento de éstos en las juntas, además este movimiento se ve incrementado por la reacción longitudinal que ejerce el roce de la pestaña de los trenes. Para limitar la flexión de los carriles que se produce, se emplean dispositivos antideslizantes. A lo largo de la historia la forma de los antideslizantes ha ido evolucionando hasta alcanzar la mejor disposición. Consiste en un dispositivo en forma de U que calza el patín, tal y como muestra la figura siguiente. En la actualidad no se emplean en la mayoría de los casos.Antideslizante
Sujeción o fijaciones
ANTIDESLIZANTES O ANCLAS DE TRAVIESA Se emplean para incrementar la resistencia lateral de la vía en aquellas zonas donde exista riesgo de que se produzca el ripado, estas zonas pueden ser desvíos o curvas de pequeño radio.
Clasificación de las sujeciones
Antideslizante de traviesa
Sujeción o fijaciones
SEGÚN LA DISPOSICIÓN DE ELEMENTOS BÁSICOS Según la disposición de elementos básicos las sujeciones se clasifican en: directas, indirectas o mixtas. Las sujeciones directas son aquellas en las que el patín del carril es el elemento que conecta con la sujeción. Es éste el que recibe los esfuerzos. Las sujeciones indirectas son aquellas que fijan el carril y la traviesa por medio de una placa de asiento metálica anclada a la traviesa. La placa de asiento dota de un ancho extra al carril. Las sujeciones mixtas son una combinación de las dos anteriores. Se caracterizan por la existencia simultánea de sujeciones directas e indirectas.
Sujeción directa
Sujeción indirecta
Sujeción mixta
Sujeción o fijaciones
SEGÚN SU NATURALEZA Según su naturaleza, las sujeciones pueden ser rígidas o elásticas. TIPOS DE SUJECIONES RÍGIDAS Las sujeciones rígidas son elementos que se calvan o atornillan a la traviesa por un extremo y por el otro se sujetan al patín del carril. Destacan las escarpias, los tirafondos o los cojinetes. ESCARPIAS Las escarpias son las sujeciones más antiguas, su uso se extendió en países como América, Canadá, Rusia o India. Las escarpias son unas barras de acero con forma puntiaguda en un extremo y con una cabeza ancha en el otro. Son elemento que se clavan en las traviesas de forma sencilla puesto que se ponen a base de golpes con un martillo. La cabeza se apoya en el carril y lo mantiene fijado a la traviesa. La fuerza que se requiere para su arranque es elevada, pero con el paso del tiempo, la fuerza que ejercen las cargas y el efecto onda al que se ve sometido el carril, ocasionan el desapretado de la escarpia. Su principal ventaja es una alta resistencia lateral debido al rozamiento del acero con la traviesa. Su principal inconveniente es que la cabeza de la escarpia no se sujeta de forma perfecta al patín produciéndose choques entre el carril y la traviesa. Para limitar el movimiento en carriles continuos soldados se necesita colocar un antideslizante.
Escarpia
Sujeción o fijaciones
TIRAFONDOS Los tirafondos, o también llamados bulón tirafondo, son tornillos de acero galvanizado que se atornillan en las traviesas. Este tipo de sujeciones necesita una gran fuerza de arranque, tanto que puede llegar a arrastrar a la traviesa. Es adecuada en sujeciones directas y su conservación es bastante regular, por eso es muy utilizada en Europa. Igual que en el caso anterior, necesita antideslizante en barra larga soldada.
Tirafondos convencionales (izquierda) y tirafondos con sistema VSR (derecha)
COJINETES Los cojinetes son piezas metálicas en forma de U invertida y que están atravesados por tirafondos. Son adecuados en sujeciones indirectas (a través de placa de asiento). Este tipo de sujeciones necesita una gran fuerza de arranque, tanto que puede llegar a arrastrar a la traviesa. Su conservación es bastante regular, por eso es muy utilizada en Europa, sobre todo en puentes. Igual que en el caso anterior, necesita antideslizante en barra larga soldada.
Cojinete
Sujeción o fijaciones
TIPOS DE SUJECIONES ELÁSTICAS Las sujeciones elásticas son aquellas que fijan el carril a la traviesa por medio de un elemento que se deforma con las acciones que transmite el carril y recupera su forma primitiva cuando cesan dichas acciones. Es un tipo de sujeción más reciente que las rígidas, existen numerosos tipos: clavos elásticos, láminas o grapas, Clip u otras sujeciones más nuevas. CLAVOS ELÁSTICOS Los clavos elásticos tienen la ventaja de las escarpias (alta resistencia lateral debido al rozamiento del acero con la traviesa) y un comportamiento elástico que absorbe las vibraciones. En el mercado hay varios tipos de modelos, como por ejemplo los llamados: DÖRKEN, TIPO A, TIPO J – FLEX, TIPO T – FLEX, etc.
Sujeción elástica, sistema DSF 18
Sujeción o fijaciones
Los elementos que constituyen una sujeción en general son los elementos de anclaje a la traviesa, la placa de asiento, los elementos de anclaje de la placa, los de anclaje a la placa, los de anclaje del carril y los elásticos, aislantes y de guía del carril, que pueden aparecer en su totalidad o parcialmente en función del tipo de sujeción. Según la dispo-sición y existencia de los elementos básicos se pueden clasificar las sujeciones en directas (carril directamente unido a traviesa), indirecta (carril unido a la placa y la placa a la traviesa) y mixta (variaciones de la anterior). Según la naturaleza de los elementos pueden ser rígidas, elásticas o doblemente elásticas, donde la fijación del carril a la placa y la placa a la traviesa es en ambos casos elástica. Según el tipo de fijación se pueden clasificar en: 1) Sujeciones rígidas clásicas 2) Clavos elásticos 3) Sujeciones elásticas de lámina o grapa 4) Sujeciones elásticas de clip 5) Sujeciones de apoyo, con el carril flotante Hoy día en los ferrocarriles metropolitanos modernos, debido al uso extendido de la vía en placa con barra larga soldada, las sujeciones rígidas clásicas y los clavos elásticos no se utilizan, y para la reducción de ruidos y vibraciones las sujeciones utilizadas son exclusivamente las elásticas, y la mayoría de clip.
Sujeciones elásticas de lámina o grapa, más utilizadas son la RN
Sujeciones elásticas directa: P2 de lámina o grapa (izquierda), NABLA para trenes de Alta Velocidad (derecha)
Sujeción o fijaciones
La fijación tipo RN era la más usada con las traviesas de hormigón del mismo nombre. Sus elementos principales eran cinco: bulón con tuerca, placa elástica, grapa, casquillo y sector de caucho, tal y como muestra la figura siguiente.
Componentes principales de la sujeción RN
No obstante tenía dos inconvenientes fundamentales: presentaba problemas de aislamiento eléctrico de los carriles y no era capaz de mantener invariable el ancho de la vía. Además, con la mejora de las características técnicas de los trenes, aumentó el tráfico y la velocidad así como el volumen de las cargas transportadas, esto trajo consigo problemas de montaje y conservación y un mal comportamiento de estas sujeciones a la fatiga. A principio de los años 90 comenzó a ser sustituida por otras sujeciones como la P-2 de RENFE. La sujeción P-2 es una variante de la RN, diseñada para resolver los problemas que presentaba esta sujeción (aislamiento eléctrico y ancho de vía) aunque solventa bien el primero ya que incorpora una pieza aislante, no alcanza a resolver el segundo totalmente, por eso se considera a extinguir.
Componentes de la grapa P-2
Sujeción o fijaciones
Más tarde nace la sujeción J-2 que es una variante de la RN que tiene en cuenta las modificaciones introducidas en la sujeción P-2, posibilitando una significativa mejora de éstas, lo que implica un aumento de su vida útil. Resuelve los problemas relativos a aislamiento eléctrico y supera el comportamiento de ésta última ante solicitaciones de fatiga debidas a la acción conjunta de la fuerza de apriete y de las cargas sobre la vía, garantizando así la invariabilidad del ancho siempre que la traviesa se encuentre en condiciones adecuadas y con la riostra en perfecto estado. En paralelo al diseño de las traviesas P-2 y J-2 de RENFE, países como Francia diseñaron las llamadas sujeciones Nabla que también fueron adoptadas en España. La sujeción Nabla resuelve los defectos relativos al aislamiento eléctrico de los carriles y a la inalterabilidad del ancho de vía que presentaban las anteriores. La adopción de la sujeción Nabla permite fabricar las traviesas con mayor sencillez dejando embebidas en su masa de hormigón las vainas de los tirafondos que permiten alojar el tornillo de anclaje de la sujeción. CLIP Las sujeciones tipo clip están constituidas por un elemento de anclaje a la traviesa en el que se inserta un clip elástico (barra de acero de sección circular con una forma redondeada) que oprime el patín del carril contra ella. Entre el clip y el patín se puede colocar una pieza aislante para evitar la existencia de circuitos eléctricos no deseados. La principal ventaja de esta sujeción consiste en la sencillez de su montaje y desmontaje. Existen numerosos modelos de enganches clip como son los modelos de las marcas Vosloh o Pandrol: SKL 12, SKL 14, SKL 15, SISTEMA 336, sistema Pandrol FAST CLIP, etc.
Sistema Pandrol FAST CLIP
Sujeción o fijaciones
La función primordial de este elemento de la estructura de la vía es reducir la presión específica transmitida por el carril a la traviesa de madera, protegiendo a ésta de las acciones que el carril ejerce sobre ellas; en el caso de las traviesas de hormigón, debe proporcionar al conjunto de la vía una mayor elasticidad vertical con placas de neopreno, para reducir los efectos dinámicos de los vehículos sobre la vía, especialmente a alta velocidad.
Detalle de la placa de asiento elástica (Placa de neopreno) https://www.productosdehule.mx/sector-ferroviario/
Sujeción Vossloh clips SKL-12
Sujeción Vossloh clip SKL-1
En ambos casos el apriete del carril se debe al trabajo a flexión o a torsión del clip. La diferencia entre ambos tipos de fijación es que en las Pandrol no es preciso apretar ningún tirafondo ni tuerca, mientras que en las Vossloh la tensión adecuada del clip se consigue por medio del apriete. Sin embargo, en caso de ser necesario un reajuste de la tensión, ello es muy sencillo con la Vossloh, y prácticamente imposible con la Pandrol.
Infraestructura ferroviaria, piezas de la colección del Museo (museodelferrocarril.org) https://www.tmb.cat/documents/20182/793010/Temari+1+TOLA/33c056c8-9011-46b5-8c65-7f7137f0fe6a https://es.wikipedia.org/wiki/Traviesa#/media/Archivo:V%C3%ADa_sobre_durmientes_de_madera_02.JPG https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_sujeci%C3%B3n_del_carril http://www.agicorieles.com/resumen-de-materiales-de-ferrocarril-durmiente.html file:///C:/Users/ITSCe/Desktop/Material%20Bibliogr%C3%A1fico/Capitulos%20de%20ferroviarias/diagn%C3%B3stico-an%C3%A1lisis-costos-red-ferroviaria.pdf https://icpa.org.ar/wp-content/uploads/2019/04/2013-N06-Marzo-Art08-Durmientes_de_hormigon.pdf https://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/13022/mod_resource/content/1/B1Tema33TraviesasFFCC.pdf https://www.informacion.es/opinion/2023/01/22/cruce-trenes-81595650.html https://victoryepes.blogs.upv.es/files/2016/08/GT-IECA-V%C3%ADa-en-placa.pdf https://victoryepes.blogs.upv.es/2016/08/11/la-viabilidad-de-la-via-en-placa-en-lineas-de-alta-velocidad/ https://www.obrasurbanas.es/sistemas-fijacion-placa-vibraciones/ https://www.tecnicaindustrial.es/diseno-de-un-portico-nivelador-para-colocacio/ https://fcmaf.es/Reportajes/Viaenplaca/viaenplaca.htm