1.
BALASTO Y SUB BALASTO
Ilustración 1. Detalle del balasto y sub balasto. Tomado de: (Rodrigo F. Lagos Cereceda a, 2014)
1.1. BALASTO
1.1.1. Definición la grava o piedra machacada que, formando una capa, se extiende “Se denomina balasto a la grava sobre la explanada de una vía ferroviaria para asentar sobre ella y sujetar las traviesas que soportan los rieles o carriles” (construmatica, s.f.) “El basalto Puede ser de roca ígnea triturada o escoria de fundición. La roca puede ser basalto,
granito, andesita o riolita. La granulometría deberá ser de acuerdo a lo especificado por Ferromex/Ferrosur ” (Ferromex)
Tabla 1. granulometría del basalto según la especificación de Ferromex/Ferrosur. Tomado de: (Ferromex)
Además, ferromex nos ofrece una tabla con la cual se pueden identificar materiales que pueden ser usados como basalto
Tabla 2. Tabla de materiales que se pueden utilizar como basalto según lo estipula Ferromex/Ferrosur. Tomado de: (Ferromex)
Además de Ferromex/Ferrosur el manual de calidad para materiales en la sección estructural de vías férreas del Instituto Mexicano del Transporte también nos da unos gráficos para saber los valores propuestos para materiales de balasto Tabla 3. del
MANUAL DE CALIDAD PARA MATERIALES EN LA SECCIÓN ESTRUCTURAL DE VÍAS FÉRREAS. Tomado de: (García, 1991)
A continuación, se presentan los anexos de la tabla número 5 del manual de calidad para materiales en la sección estructural de vías férreas del Instituto Mexicano del Transporte
Ilustración 2. Granulometría para el balasto. T omado de: (García, 1991)
Ilustración 3. Curvas granulométricas. Tomado de: (García, 1991)
1.1.2.
Funciones
“Servir de apoyo y capacidad portante de la estructura de la vía, ante las cargas y esfuerzos
producidos por el paso de los equipos rodantes sobre la vía férrea.
Posibilitar el drenaje facilitando la evacuación de las aguas de lluvia Darle estabilidad a la vía férrea en cuanto a su alineación y nivelación
Mantener el espaciamiento normado entre los durmientes Amortiguar los esfuerzos que ejercen los trenes sobre la vía Repartir uniformemente los esfuerzos sobre la plataforma Evitar el desplazamiento de la vía, estabilizándola en dirección vertical, longitudinal y transversal Resistir el desgaste de la vía férrea y sus elementos, así como la degradación causada por las cargas Recuperar la geometría de la vía mediante la alineación y nivelación” (Riel, 2011)
1.1.3. Origen y naturaleza “El balasto debe proceder de rocas trituradas con propiedades geométricas adecuadas, por
medios mecánicos y con equipos que permitan obtener un producto con un alto índice de cubicidad.” (Riel, 2011) “La roca triturada procederá de la extracción, trituración y cribado de bancos sanos (sin meteorizar) de canteras de roca dura y que puedan cumplir con las especificaciones exigidas por el usuario final del producto” (Riel, 2011) “Se prohíben los suministros de balasto procedente de la mezcla de rocas de diferente naturaleza geológica” (Riel, 2011) “La naturaleza geológica de la roca originaria triturada para la producción de basalto deberá ser
preferiblemente silícea, de origen ígneo o metamórfico, siempre que pueda cumplir a cabalidad, con lo parámetros exigidos por el usuario final.” (Riel, 2011) 1.1.4. Se prohíben:
“los suministros de balasto procedente de la mezcla de rocas de diferente naturaleza geológica.” (Riel, 2011)
“la utilización de basalto de naturaleza caliza o dolomítica y el procedente de cantos rodados.” (Riel, 2011)
“La utilización de la roca calcárea, tanto por su inferior calidad y vida útil, como al obtener una calidad uniforme del basalto que facilite las operaciones de bateo y de triturado. ”
(Riel, 2011)
“ Además, el balasto no podrá contener fragmentos de: madera, materia orgánica, metales, plásticos, rocas alterables, ni de materiales tixotrópicos, expansivos, solubles, putrescibles, combustibles ni polucionantes (desechos industriales)” (Fomento, 2006)
1.1.5. Características y especificaciones
“Debe estar totalmente libre de polvo: El límite de polvo en el balasto (<0.063mm)
permitido es del medio (0.5%) Elementos aciculares y lajosos en el balasto: menor de (3%)
Dureza: la dureza del balasto se puede determinar por ensayos al choque o al desgaste Homogeneidad del balasto: El balasto debe provenir de un solo tipo de roca, es decir no se aceptan balastos que tengan mezcla de diferentes tipos de rocas con diferentes propiedades Granulometría: La granulometría deberá estar entre la banda o uso granulométrico requerido dependiendo del tipo de balasto Para trenes de carga (Máximo 90 Km/h) debe estar entre 2 ½” y ¾” o Para trenes con velocidades entre 80 y 250 Km/h entre 3” y 1” con máximo 5% o mayor de 2 ½“ y 5 % menor de ¾”.” (Riel, 2011)
1.1.6. Ensayos
“Determinación de la curva granulométrica
Limpieza del producto
Espesor mínimo de elementos granulares
Porcentaje máximo de partículas blandas y quebradizas
Elementos aciculares y lajas
Porcentaje de polvo en el balasto
Ensayo de desgaste de los ángeles
Ensayo de Micro-deval, cuando se tenga duda de que el balasto no tiene la resistencia a la abrasión adecuada
Por otra parte, cuando el producto está siendo extraído de la cantera, se deben realizar los ensayos de: Peso específico o Porcentaje máximo de absorción de agua o Resistencia mínima a la compresión.” (Riel, 2011) o
1.2. SUB BALASTO
1.2.1. Definición
“El subbalasto es un árido que forma parte de la estructura total de asiento de las líneas férreas
y su especial relevancia en las vías de alta velocidad es debida a su capacidad para absorber las tensiones procedentes del balasto y diferirlas de forma homogénea a la plataforma de apoyo.” (interempresas, 2012)
El manual de calidad para materiales en la sección estructural de vías férreas del Instituto Mexicano del Transporte nos da unos gráficos para saber los valores propuestos para materiales de sub balasto
Tabla 4. Valores propuestos de sub balasto. Tomado de: (García, 1991)
Ilustración 4. Curvas granulométricas de sub balasto. Tomado de: (García, 1991)
1.2.2. Funciones
“Impermeabilizar la corona de la infraestructura soporte de las vías férreas
Protege la plataforma o terraplén contra la erosión y la helada Mejora la distribución de cargas sobre la plataforma o terraplén Evita la contaminación de balasto sobre el terraplén Evacuar las aguas pluviales Evitar la contaminación del balasto por los suelos de la plataforma.” (Subbalasto, s.f.)
1.2.3. Origen y naturaleza El
“
subbalasto deberá proceder de:
Extracción en cantera, desmontes o préstamos de materiales rocosos, seguida de machaqueo, cribado y clasificación. Reutilización de materiales de naturaleza rocosa procedentes de obras civiles. ” (SUBBALASTO, 2016)
Se
comprobará, según Norma UNE-EN 933-5:1999, que el 100% de las partículas retenidas por el tamiz 4 son de las denominadas «trituradas».” (SUBBALASTO, 2016) “
El subbalasto no podrá contener fragmentos de: madera, materia orgánica, metales, plásticos, rocas alterables, ni de materiales tixotrópicos, expansivos, solubles, putrescibles, combustibles ni polucionantes (desechos industriales).” (SUBBALASTO, 2016) “
El
contenido de materia orgánica, según Norma UNE 103-204:1993, deberá ser inferior al 0,2% en peso, de la fracción que pasa por el tamiz 2. Además, se realizará un análisis visual de lo retenido en este tamiz, para detectar posibles fragmentos de materia orgánica.” (SUBBALASTO, 2016) “
El contenido en sulfatos, según Norma UNE 103-201:1996, deberá ser inferior al
“
0,2%
en peso, de la fracción que pasa por el tamiz 2.” (SUBBALASTO, 2016)
1.2.4. Características y especificaciones
“El sub-balasto debe tener unas propiedades mecánicas suficientes para transmitir
esfuerzos, sin ocasionar deterioro físico debido a las presiones producidas por el paso de los trenes durante la vida útil de la vía férrea sobre el terraplén ” (Riel, 2011)
“El sub-balasto, no debe contener más de la humedad necesaria para obtener la densidad 100%, según el ensayo AASHTO 180” (Riel, 2011)
“El sub balasto debe tener características similares a los usados en la construcción de
la sub base de las autopistas tales como: Grazón natural: El grazón natural podrá ser obtenido de la exploración de o préstamos de ríos o minas, estando construido por mezcla de grava, arena y material llenante y proceder de roca dura y resistente, no deben tener arcilla en terrones y estar libre de material orgánico. Piedra triturada o Grava natural o producto de trituración” (Riel, 2011) o
1.2.5. Ensayos:
“ Análisis granulométrico.
Equivalente de arena. Ensayo de desgaste de Los Ángeles. Ensayo Micro-Deval Húmedo. Ensayo de permeabilidad, en su caso. Contenido de materia orgánica. Contenido de sulfatos. Determinación del porcentaje de partículas trituradas”. (SUBBALASTO, 2016)
Tabla 5. Características y especificaciones. Tomado de: (Riel, 2011)
6. DURMIENTES DE CONCRETO
6.1. Definición
“Durmiente o traviesa: Su finalidad es proveer al riel de un adecuado apoyo. Los durmientes se
encuentran separados entre sí una distancia que varía entre 55 a 60 cm según la vía y pueden estar compuestos de los siguientes materiales:” (argentino, 2014)
Madera Hormigón pretensado Metálico
“Los durmientes también se clasifican por su geometría, dentro de ellos se encuentran:
Semi-durmientes: Son bloques sueltos que se colocan bajo los rieles Durmientes bibloque: dos bloques de concreto unidos por una riostra de acero Durmientes de dos rotulas: compuestos por tres bloques entre los que se colocan las rótulas y unidos entre sí por una armadura tensada Monobloque: durmiente donde su sección no varía en tamaño ni material.” (Ing. Sergio Galante)
Ilustración 5. Tipos de traviesas. Tomado de: (Ing. Sergio Galante)
“Durmientes bibloque: Consiste en dos bloques rígidos de concreto, uno bajo cada riel y una
pieza flexible conectándolos. Estos durmientes se caracterizan por la sencillez de su forma, facilidad de fabricación, excelente resistencia lateral, una de las desventajas que presentan es que necesitan una alta cantidad de acero, además el acero presenta corrosión y riesgos de rotura o deformación excesiva de la riostra por la reducida superficie de apoyo sobre el balasto. ” (Ing. Sergio Galante)
Ilustración 6. Durmientes monobloque. Tomado de: (Ing. Sergio Galante)
“Durmientes de monobloque pre-esforzados: Son elementos rígidos de una sola pieza, que
deben soportar los momentos flectores que se generan en todas las secciones del mismo; Actualmente son los más difundidos y la forma más conveniente es la de sección trapezoidal, aumentando hacia los extremos.” (Ing. Sergio Galante)
Ilustración 7. Durmientes preesforzados. Tomado de: (Ing. Sergio Galante)
“Para consideraciones de diseño se supone una distribución uniforme de presiones bajo el
durmiente, que nunca debe ser superior a 4.5 Kg/Cm 2 frecuentemente se considera que la presión se concentra bajo los extremos del durmiente. ” (Ing. Sergio Galante) “El diseño de un durmiente tiene como objetivo evitar la aparición de fisuras bajo condiciones
normales de carga sean éstas producidas por fatiga del concreto, falla por adherencia del refuerzo o por fatiga de los elementos de acero tensionados, solicitaciones que son función de:
Carga estática máxima por eje Impacto debido a condiciones de rodamiento Máxima velocidad del tren Radio máximo de la vía férrea Longitud del durmiente Condiciones de apoyo del durmiente sobre el balasto Rigidez relativa del riel, durmiente y balasto Propiedades elásticas del sistema de conexión del riel y balasto Espaciamiento de los durmientes Espaciamiento del eje de carga” (Ing. Sergio Galante)
“Para el diseño se considera un factor de seguridad definido como la capacidad de momento
de la durmiente dividida por el máximo momento actuante, evaluado en el asiento del riel, el valor admitido para el factor de seguridad junto con las resistencias admisibles de los materiales permite un diseño preliminar del durmiente, considerando pérdidas en la fuerza de pretensionamiento del 20%. Además de las exigencias mecánicas el durmiente debe estar aislado eléctricamente de los rieles mediante las placas de apoyo que son de plástico o corcho, la impedancia del durmiente debe ser mínimo de 20000 Ω cuando se aplica una corri ente alterna de 10v y 60hz al conjunto de fijaciones del riel. ” (Ing. Sergio Galante)
6.2. Control de calidad
“Una de las normativas más completa del control de calidad de durmientes de concreto es la de
AREA (American Railnay Engineering Association), donde las pruebas se dividen en 4 clases.
Ensayos de carácter geométrico dimensionales: En los cuales se evalúan la longitud, ancho y altura del durmiente; torsión, inclinación, ancho y largo del asiento de riel; tolerancias para la colocación del refuerzo; ancho de vía: acabado superficial y extensiones de las varillas de pre-esfuerzo. Ensayos estructurales: los más generalizados consisten en evaluar la capacidad a flexión negativa y positiva mediante la aplicación de carga estática puntual en el asiento del riel o en el centro del durmiente, en muchas normativas se exige la aplicación de cargas verticales dinámicas sobre el asiento de riel y en algunos casos al impacto. Eléctricos: El durmiente debe mostrar una independencia mínima de 20000ohmnios ante una corriente alterna de 10v y 60 hz aplicada a través de los rieles durante 15 minutos para ser aceptado como elemento de la vía férrea. Ensayos en vía: consisten en el montaje sobre la línea general de tramos de vía con durmientes en estudio, por los que circule un tráfico intenso.” (Ing. Sergio Galante)