2.1 Elementos de vías

Módulo 2 Infraestructura del Sistema Ferroviario

2.1 Elementos de vías

Sección estructural de la vía férrea

La sección estructural de la vía férrea soporta todos los esfuerzos producidos por el transito del material rodante. Las funciones principales de la estructura son:

• Servir de apoyo
• Soportar esfuerzos estáticos y dinámicos del material rodante
• Evitar las deformaciones
• Drenar

Para determinar la sección estructural adecuada en una vía férrea es necesario conocer la calidad del suelo y su capacidad de carga, así como las características del tránsito y la velocidad a la que va a transitar. Las funciones de la sección estructural son repartir las cargas desde los durmientes hacia las capas inferiores, amortiguar en parte las vibraciones originadas en el contacto riel-rueda y contribuir a la estabilidad longitudinal y transversal de la vía. El buen comportamiento de la vía en cuanto a rigidez, estabilidad y drenaje depende en gran medida de la naturaleza y espesor de las capas de la sección estructural.

TERRENO NATURAL

El terreno natural juega un papel importante en el comportamiento general, por lo que se considera parte de la sección estructural de apoyo de la vía.

TERRAPLEN

Como toda vía terrestres el cuerpo de terraplén tiene la función de alcanzar el nivel de la subrasante, con un porcentaje deseable de compactación de 95% de su peso volumétrico seco máximo

SUBRASANTE

La subrasante brindara un soporte uniforme y una distribución de las cargas de la superestructura su resistencia dictará la profundidad combinada de los materiales de balasto y sub-balasto. Deberá de cumplir requisitos de calidad de:

• Granulometría de tamaño máximo
• Porcentaje de finos máximo
• Limite líquido máximo
• Índice plástico máximo
• Compactación mínima
• Valor relativo de soporte mínimo
• Peso volumétrico seco máximo

SUB-BALASTO

Es la capa de material pétreo colocada entre el balasto y la subrasante, con una granulometría bien graduada y un porcentaje bajo de finos, su objetivo es: • Proteger la capa subrasante contra la erosión, • Proteger a la subrasante de las heladas • Trasmitir las cargas a las capas inferiores

BALASTO

Entre el conjunto de riel-durmiente se interpone una sección de balasto, material granular grueso. Es un pétreo formado roca triturada y cribada, normalmente grava limpia de granulometría entre 25 y 60 mm. Sus características son: • soportar y distribuir las cargas que transmiten los durmientes • impedir el movimiento lateral y longitudinal • permitir el drenaje • impedir que crezca la vegetación • facilitar el mantenimiento El materia pétreos que se utilizan para balasto son:

• granito triturado
• basalto
• rocas ígneas
• escoria
• etc

Para obtener las características deseadas, los balastos deben tener aristas vivas, con el fin de mejorar el contacto interno, deben tener forma poliédrica, con una determinada resistencia a la compresión y al desgaste, limpio de finos, deben ser rocas homogéneas, no deben de ser pétreos susceptibles a la oxidación o ataque químico por agua, carbonatación o sulfatos.

De acuerdo a la calidad de los materiales pétreos para balasto puede ser: 1. Rocas ígneas

• Plutónicas: granito
• Volcanicas: basalto y olifitas
• Filonianas: porfidos

2. Calizas

DURMIENTE

Son elementos que se sitúan en dirección transversal al eje de la vía, embebidas en el balasto, para permitir la fijación de los rieles. Al inicio del ferrocarril el material utilizado para la fabricación fue exclusivamente de madera. Con el encarecimiento de esta fue necesaria la búsqueda de materiales alternativos, apareciendo, a finales del siglo XIX, los durmientes metálicos con forma hueca abiertas por la parte inferior que se encajan sobre el balasto. Al mismo tiempo surgen los primeros durmientes de concreto, aunque al principio estos no tenían las propiedades adecuadas ni una duración óptima. A mediados del siglo pasado aparecen los diseños de durmientes de concreto monoblock, pretensado y postensada, cuyas características superan a los anteriormente fabricados, por lo que su uso está generalizado en la actualidad.

Los durmientes tienen una importancia en el costo de la vía por lo que se tienen que considerar diferentes factores: • Costo del durmiente y sus elementos de unión y aislamiento • Vida útil • Costos de mantenimiento Las funciones primordiales de los durmientes son:

• Transmitir y repartir adecuadamente la carga de los rieles al balasto
• Sujetar los rieles, manteniendo las cotas de la vía
• Mantener la estabilidad longitudinal, lateral y vertical de la vía
• Aislar eléctricamente
• Amortiguar las acciones dinámicas

Los durmientes pueden ser de clasificados de acuerdo al material empleado:

• Madera
• Acero
• Concreto armado
• Concreto pretensado
• Materiales sintéticos

RIEL

El riel es el elemento resistente que recibe directamente las cargas de las ruedas del material rodante. Ejercen dos funciones diferentes y fundamentales: la transmisión de las cargas y la conducción o guiado de las ruedas. Los rieles deben presentar una resistencia mecánica alta, y una capacidad alta de absorción de energía (alta tensión de rotura y alta tenacidad). La forma del riel ha evolucionado en los últimos tiempos hasta llegar al momento actual con la forma del riel UIC que está instalado en la mayoria de las vías europeas. La sección del riel 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 rieles. En la actualidad, los rieles se fabrican en longitudes fijas y se soldán entre sí, evitando así las discontinuidades que resultan tan molestas y que da lugar a impactos cuando se pasa por ellas Las funciones principales del riel son soportar las solicitaciones longitudinales, verticales y transversales, para transmitirlas a los demás elementos que componen la estructura de la vía al mismo tiempo que guían el material rodante.

ELEMENTOS DE FIJACIÓN

Los elementos de fijación unen el riel al durmiente asegurando una posición estable. Las diferentes funciones de las sujeciones, son de dos tipos:

1. Mecánicas:
2. Mantener el ancho del carril
3. Evitar el vuelco del riel
4. Mantener el ajuste vertical sin pérdida del contacto
5. Impedir el desplazamiento longitudinal del riel
6. Conseguir elasticidad adecuada en el apoyo riel-durmiente
7. Eléctricas :
8. Aislamiento eléctrico

Clasificación de los elementos de sujeción de acuerdo a su función y la forma de anclaje al durmiente:

• Sujeciones directas, en las que el elemento de anclaje al durmiente proporciona el esfuerzo de ajuste
• Sujeción indirecta, es en la que el carril se apoya en una placa de asiento metálica en la que esta fijo el elemento que proporciona el esfuerzo de ajuste, distinto del de anclaje de la placa al durmiente
• Sujeción mixta, en las que existe una placa de asiento rígida interpuesta entre el riel y el durmiente, pero el elemento de anclaje de la placa de apoyo es el mismo que proporciona el ajuste

SECCIONES DE UNA VÍA FÉRREA