B1.00129.55 (FFCC Ing. Fanutti)

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TRANSPORTE IV Apuntes de

FERROCARRILES Teoría y Práctica -

2012 -

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Ing. Luis Raúl FANUTTI -

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FERROCARRILES TRANSPORTE: Se define como transporte, todo lo relacionado con el traslado de personas, mercaderías o cosas de un sitio a otro.Los elementos que intervienen en el transporte pueden agruparse en la siguiente clasificación: -- El vehículo -- La infraestructura -- Las construcciones complementarias y auxiliares -- La logística y técnica operativa -- El análisis económico y estrategia regional El vehículo es el elemento, sitio o medio donde se ubican los pasajeros y las cargas a transportar, trasladándose conjuntamente.La infraestructura es el elemento, sobre o dentro del cual tiene lugar el desplazamiento del vehículo.Las construcciones auxiliares son las que complementan el servicio, permitiendo entre otros el ascenso y descenso de los pasajeros, la carga y descarga de las mercaderías o cosas, el mantenimiento y alistamiento de los vehículos, los talleres de reparación, las oficinas de trámites administrativos: venta de pasajes, despachos de las mercaderías, etc..La técnica operativa, es todo lo relacionado con la programación y diagramación de los vehículos en función de la demanda, de las características de los mismos y de la infraestructura. Optimizando su uso y empleo.El análisis económico, indudablemente trata lo relativo a la inversión necesaria (estructura y equipos), los gastos de explotación, la determinación del costo de la unidad de transporte y el flete a fijar.El transporte, en general puede ser realizado por los siguientes medios: por tierra, por agua y por aire.FERROCARRILES


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Por tierra: tiene lugar sobre su superficie, siguiendo trazados preestablecidos; desarrollándose en dos modos: ferrocarril y caminos. El ferrocarril da lugar al transporte ferroviario, utiliza la vía férrea (carriles de acero), sobre los cuales se desplazan vehículos especialmente adaptados (locomotoras, coches y vagones). El camino da lugar al transporte carretero, utilizando como vehículos los automotores (automóvil, camión y ómnibus).Por agua: utilizando los cursos de agua (ríos) y los mares; dando lugar al transporte fluvial y al transporte marítimo; utiliza como vehículo el barco en sus distintas variedades y tamaños.Por aire: utilizando vehículos que se sustentan en el aire desplazándose dentro de la atmósfera (aviones, helicópteros, etc.), siguiendo rutas preestablecidas, fijadas por Organismos competentes, nacionales e internacionales, constituyendo el transporte aéreo.Cabe mencionar también la existencia de lo que sería un cuarto medio de transporte, es el que tiene lugar dentro de cañerías o ductos; los cuales se encuentran ubicados sobre la superficie de la tierra o a cierta profundidad, pueden atravesar corrientes de agua y lagos, como así también colocarse sobre lechos marinos de poca profundidad. No emplean vehículos para efectuar el transporte, sino que los elementos se desplazan por su interior impulsados por una diferencia de presión; solamente se utilizan para el traslado de fluidos (líquidos y/o gaseosos), aunque pero en mucha menor escala (distancia), también pueden ser elementos sólidos como los granos.-

TRANSPORTE FERROVIARIO El transporte ferroviario utiliza como infraestructura la vía o línea ferroviaria, la que se encuentra coronada por dos perfiles de acero colocados en paralelo, sobre los cuales se apoyan las ruedas y se desplazan los vehículos que contienen las personas, mercaderías o cosas a trasladar.Hasta el advenimiento del ferrocarril, todo transporte terrestre era de tracción a sangre, el de pasajeros mediante diligencias y el de cargas mediante carretas.Por lo tanto el ferrocarril es el primer modo de transporte mecanizado, con un sustancial incremento de pasajeros, cargas y velocidad; dando origen a la revolución del transporte terrestre.-

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El ferrocarril tiene lugar como consecuencia de la construcción de la locomotora (vehículo con tracción mecánica propia), la cual a su vez surge a partir de la obtención de la máquina a vapor.Después del descubrimiento de que el vapor, producto de la ebullición del agua poseía ENERGIA, hecho observado por Dionisio Papin en 1675, a partir de ello, se inició la búsqueda de su posible aprovechamiento, concretándose la máquina de vapor por parte de Jacobo Watt en 1770, dando comienzo a la Revolución Industrial.En el siglo XVIII, los trabajadores de diversas zonas mineras de Europa descubrieron que las vagonetas cargadas se desplazaban con mas facilidad si las ruedas giraban guiadas por un carril metálico. Los dos principios mecánicos, guiado de ruedas y energía mecánica obtenida del vapor de agua, fueron combinados por primera vez el 24 de febrero de 1804 cuando Richard Trevithick logró adaptar la máquina de vapor para que traccionara, desde una locomotora circulando a una velocidad de 8 kph arrastrando vagones cargados con 10 ton de acero y 70 hombres.EL 25 de Septiembre de 1825 el inglés George Stephenson, construye una potente locomotora de vapor que fue capaz de arrastrar vagones, cargados de hierro y carbón, junto con otros ocupados por un importante número de viajeros, circulando a una velocidad de aproximadamente 20 kph., (Stockton - Darlington-).La primera línea comercial de ferrocarril del mundo se inaugura el 15 de Abril de 1830 en Inglaterra, uniendo las ciudades de Liverpool con Manchester. En dicha línea ferroviaria la locomotora utilizada para realizar el transporte era capaz de llegar a la velocidad de 30 kph.Se puede decir que a partir de 1830 comienza la era moderna del ferrocarril en el mundo, con la correspondiente incidencia en la economía de los países. El tráfico de viajeros se intensificó de manera sorprendente, y al mismo tiempo se incrementó con rapidez la velocidad del traslado.El modo ferroviario cuya primera experiencia como sistema coordinado de transporte multipropósito data del año 1825, con la puesta en servicio de la línea Stockton - Darlington, en el Norte de Inglaterra, tuvo durante el resto del siglo XIX (1800) y la primera mitad del siglo XX (1900), un papel protagónico en el transporte, tanto de cargas como de pasajeros. Sin embargo, como resultado del progresivo desarrollo de los transportes viales y aéreos, a partir años 1940, fue perdiendo la posición predominante dentro de la distribución modal.FERROCARRILES


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No obstante, durante el último cuarto del siglo XX se ha producido en el mundo, un significativo proceso de revalorización del ferrocarril dentro del concierto del transporte por tierra, como consecuencia de haberse identificado una serie de ventajas que lo caracterizan, a saber: • Uso racional de la energía, por su menor consumo energético por unidad de transporte.• Posibilidad del empleo de fuentes de energía alternativas o renovables, principalmente a través de la tracción eléctrica.• Uso racional del espacio, por su menor tasa de ocupación respecto de su capacidad de transporte.• Menor impacto ambiental, tanto respecto de las emisiones de gases, efluvios y material particulado, como en la emisión de sonidos.Estos factores, así como el desarrollo de nuevos elementos y criterios de evaluación de las externalidades emergentes del uso de cada modo, han determinado que en gran parte del Mundo se han implementado desde hace más de treinta años, agresivas políticas a favor de la reinserción del modo ferroviario a través de gigantescas inversiones en infraestructura y tecnología de material fijo y rodante, que han permitido revertir una tendencia que parecía a todas luces irreversible.-

PROYECTO DE UN TRAZADO FERROVIARIO Una vez realizado el estudio de factibilidad, y comprobada la necesidad o conveniencia de unir los sitios A y B mediante una línea férrea, el proyectista deberá proceder a confeccionar el proyecto del trazado de la misma.En primera instancia podría pensarse, que el trazado se define como la unión de los puntos extremos A y B mediante una línea recta.

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Este sería sin duda el trazado ideal, ya que su longitud coincide con la menor distancia entre A y B y al no haber ningún cambio de dirección, no hay necesidad de alineamientos curvos.Pero en la realidad este trazado tiene muy poca probabilidad de concreción. Ya que aunque se trate de una zona de llanuras, siempre existen obstáculos que lo impiden y sitios o puntos de paso obligados que lo condicionan.Los sitios o puntos de paso son: poblaciones, plantas de almacenaje de granos, instalaciones industriales, yacimientos mineros, etc. que se encuentran intermedios y dentro de la zona de influencia de la línea a construir.Los obstáculos pueden ser de dos tipos: naturales y debidos a obras anteriores ejecutadas por el hombre.Los obstáculos naturales comprenden los cursos de agua, lagos, lagunas, cañadas, bañados, montañas, sierras, ondulaciones, etc..Los debidos al hombre son: caminos, otras líneas ferroviarias, torres de alta tensión, embalses, canales, construcciones varias, etc..Estos obstáculos y puntos de paso, cambian el trazado constituido por un solo alineamiento recto, por otro que está constituido por una sucesión de alineamientos rectos de distintas direcciones, unidos entre sí por medio de alineamientos curvos (curvas).Por lo tanto se puede definir el trazado de una línea férrea, al igual que el trazado de un camino, como: una sucesión de alineamientos rectos, de distintas direcciones, unidos entre sí por medio de curvas, que partiendo de un sitio origen A conducen al sitio destino B.Todo trazado queda definido por sus proyecciones sobre dos planos: uno horizontal y otro vertical.-

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La proyección del trazado sobre el plano horizontal, recibe el nombre de TRAZA. En ella se observan las direcciones y longitud que posee cada alineamiento recto, los puntos en que empiezan y terminan cada recta y cada enlace curvo, la ubicación de los distintos sitios por lo que pasará el trazado y las adyacencias del mismo.La proyección del trazado sobre el plano vertical, recibe el nombre de PERFIL. El perfil es la línea que une las distintas alturas o cotas correspondientes al eje del trazado. Es una sucesión de líneas horizontales e inclinadas unidas por medio de curvas verticales.Los sectores en horizontal indican los tramos en los cuales el trazado tiene altura o cota constante, mientras que los inclinados corresponden a los tramos en desnivel (rampas y pendientes).La designación de rampas se aplica cuando el sentido de circulación en el tramo es en subida y la designación de pendientes, cuando el sentido de circulación en el tramo es en bajada.-

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Las rampas y las pendientes se expresan en los caminos en por ciento (%), mientras que en el trazado ferroviario en por mil (%o ) . Ello se debe a que los valores adoptados en el ferrocarril son en general considerablemente mas bajos.Las influencias de las rampas en los trazados, tanto ferroviarios como viales son negativas. Pero especialmente en el ferroviario sus efectos son considerablemente mas importantes, razón por la cual se trata de mantenerlos dentro de valores mínimos posibles.Veamos a continuación cual es el motivo por el cual las rampas son tan importantes en el proyecto de un trazado ferroviario: Todo vehículo para moverse o desplazarse, necesita la aplicación de una fuerza en el sentido del movimiento, la que recibe el nombre de fuerza tractiva.En un trazado horizontal y en línea recta, la fuerza de tracción es la necesaria para vencer las resistencias que se oponen al movimiento, siendo todas ellas originadas en rozamientos.Estos rozamientos tienen origen en los contactos entre las partes fijas y móviles de los vehículos (ejes, cojinetes, etc.), en la rodadura de las ruedas sobre la superficie de desplazamiento (rieles) y en el rozamiento con el aire.En el caso del transporte ferroviario, el movimiento de una carga en esta situación (línea recta y horizontal) a una velocidad de hasta 40 k.p.h., hace necesaria la aplicación de una fuerza tractiva de aproximadamente 3 Kg por cada tonelada de peso, mientras que para mover una tonelada en camión la fuerza necesaria es aproximadamente entre 25 y 30 Kg .-

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Esta diferencia se debe fundamentalmente a la incidencia del rozamiento por rodadura . La resistencia por rodadura entre una llanta de acero sobre una superficie también de acero, es muy inferior a la producida por una rueda neumática sobre un pavimento.-

ferrocarril

automotor

Aquí se pone de manifiesto la ventaja del transporte ferroviario respecto al automotor cuando se trata de trazados con rampas y pendientes suaves o pequeñas.Pero cuando el trazado se encuentra con rampas importantes. La fuerza tractiva necesaria para desplazar la misma carga varía considerablemente, afectando en modo particular al ferrocarril y modificando significativamente la relación entre ambos modos de transporte como veremos a continuación.-

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Ferrocarril

Automotor

Para P = 1 Ton

Rampa

Rz

Pt

F

Rz

Pt

0 %o

3

--

3

27

--

27

1 : 9

Rz en Kg

5 %o

3

5

8

27

5

32

1 :4

Pt en Kg

10 %o

3

10

13

27

10

37

1 : 2,8

F en Kg

15 %o

3

15

18

27

15

42

1 : 2,3

20 %o

3

20

23

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20

47

1 : 2

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F

F (Kg)

Relación


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Para velocidades de

40 kph la fuerza tractiva útil de una

locomotora media es de aproximadamente 13.230 Kg, y la de un camión de 1.350 Kg . Siendo el tonelaje posible de remolque el siguiente:

Rampa

Ferrocarril Toneladas Nº vagones

Camión Toneladas %

%

0 %o

4.410

63

100

50

100

5 %o

1.654

24

38

42

83

10 %o

1.018

15

23

36

73

15 %o

735

11

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32

65

20 %o

576

8

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56

Como puede observarse la ventaja del Ferrocarril respecto al Automotor en horizontal es de 9 a 1 , o sea que para el movimiento de una tonelada el camión necesita nueve veces mas energía que el ferrocarril; o también podría decirse que con la misma cantidad de energía, el tren puede remolcar nueve veces mas tonelaje de cargas que el camión.Pero frente a la existencia de una rampa esta ventaja disminuye rápidamente, como puede observarse en la tabla anterior: así en una rampa del 5 %o , la relación es de 4 a 1 .De acuerdo a su topografía, el terreno condiciona los valores de la rampa determinante (máxima) a adoptar por el proyectista, pues lógicamente toda construcción de vía debe encuadrarse en un costo razonable.Para velocidad de 40 kph

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FUERZA TRACTIVA P/1ton 50

Kg / ton

40 30

FERROCARRIL

20

AUTOMOTOR

10 0 0

5

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20

RAMPA %o

TONELADAS

TONELAJE REMOLCADO POR UNA LOC. 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

TONELAJE

0

5

10

15

20

RAMPAS %o

VAGONES CARGADOS REMOLCADOS POR UNA LOC. 70

VAGONES

60 50 40

VAGONES

30 20 10 0 0

5

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RAMPAS %o

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Así tenemos la siguiente clasificación según los valores de las rampas determinantes: Hasta el 5 %o

Ferrocarriles de llanura

Entre el

Ferroc. de terrenos ondulados

5 %o y el 10 %o

Entre el 10 %o y el 15 %o Ferroc. de terrenos accidentados Mas del 15 %o

Ferrocarriles de montaña

En general se trata de no superar el 25 %o . Cuando se hace necesario superar el 30 %o generalmente se recurre a la colocación de cremalleras.-

TRABAJO DEL PROYECTISTA Para que el o los proyectistas de un trazado ferroviario puedan realizar su tarea, necesitan contar con los siguientes elementos: Acopio de información: - Relevamiento de la topografía de la zona afectada - Relevamiento de tipos de suelos - Régimen pluvial e hidrológico - Obras en estudio y/o proyectos dentro de la zona de influencia Fijación de parámetros básicos: - Rampa determinante ( id ) - Trocha ( t ) - Radio de curva mínimo ( Rmín ) FERROCARRILES


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El relevamiento plani-altimétrico de la zona afectada puede provenir de un estudio anterior, o bien recurriéndose a las planchas confeccionadas por el Instituto Geográfico Militar (I.G.M.), a las cuales deberá agregársele todas las obras efectuadas por el hombre con posterioridad a su confección; relevamientos aerofotogramétricos. etc.Así también, es muy conveniente agregar un estudio de los suelos de la zona, precipitaciones y escurrimiento natural de las lluvias, deshielos, etc.La rampa determinante: se define, como el mayor valor de rampas y pendientes que el proyectista puede emplear en la confección del trazado. Su fijación se adopta en función de la topografía, ver la clasificación de tipos de ferrocarriles (llanura, ondulados, accidentados, montaña) y de un análisis económico (tema que se desarrollará mas adelante).Trocha: Se define con el nombre de trocha de una vía, a la distancia entre las caras internas de los hongos de los rieles, tomadas en sentido normal al eje de la vía.

La elección de la trocha para la construcción de una vía está condicionada a: Si la nueva línea está vinculada a otras existentes; se deberá adoptar la trocha de estas.Si es una línea independiente, podrá adoptarse la que resulte mas conveniente en función de las características topográficas del terreno; del tipo de tracción elegida y de la particularidad de la demanda.En general para los sistemas ferroviarios convencionales, es conveniente que estos tengan una trocha unificada. Aún para los casos de líneas independientes.En la Republica Argentina, uno de los problemas de integración ferroviaria lo constituye las diferentes trochas existentes. Así tenemos que el FERROCARRILES


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60 % del total de la red, fue implementada con una trocha de 1,676 metros (5’ 6”), denominada trocha ancha; el 8 % con trocha de 1,435 metros (4’ 8,5”) llamada trocha media; el 31 % con trocha de 1,000 metros designada como trocha angosta, y el restante 1 % corresponde a trochas de 0,750 metros o menores denominadas trocha económica.Esta situación, generada por las distintas empresas originarias de los ferrocarriles y el mismo Estado Nacional y Provinciales, que construyeron las distintas líneas férreas del país para satisfacer sus propias conveniencias y sin una planificación de carácter general, ha motivado uno de los grandes problemas para el redimensionamiento de la red ferroviaria nacional, en función de la eficiencia y aprovechamiento integral como sistema de transporte económico, ya que en varios casos se observa la superposición de líneas de distintas trochas que sirven las mismas zonas de influencias, como ser el corredor Buenos Aires – Rosario – Córdoba, entre el ex - Mitre de trocha ancha y el ex - Belgrano de trocha angosta.La trocha define el ancho del plano de formación, el gálibo y limita el radio de curva mínimo a utilizar.Al definir el ancho del plano de formación, están definidos los anchos de infraestructura y superestructura de la vía. El gálibo a su vez define la sección libre que deben tener las obras de arte y obras complementarias de modo que compatibilicen la sección mínima de estas (puentes, túneles, viaductos, etc.), con la máxima sección transversal del material rodante.En cuanto al radio de curva mínimo a emplear en el trazado de la vía, entre otros factores depende de la trocha adoptada; cuanto menor es la trocha, menor es el radio mínimo que se puede fijar. Esto es particularmente importante en los ferrocarriles de montaña, en los que los radios de curvas grandes son difíciles de implementar, y de costos de construcción de las obras de arte mayores son muy elevados, por lo que generalmente en estos casos se trata de emplear trochas pequeñas.Los ferrocarriles argentinos observan las siguientes trochas: Trocha ancha (1,676 m): Ex – Mitre (F.C. Central Argentino) Ex – San Martín (F.C. Bs.As. al Pacífico) Ex – Sarmiento (F.C. Oeste) Ex – Roca ( F.C. Sur) Trocha media ( 1,435 m): Ex – Urquiza (F.C. Mesopotámico) Trocha angosta ( 1,000 m): Ex – Belgrano (F.C. del Estado). FERROCARRILES


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Radio de curva mínimo: El valor del radio de curvatura mínimo es muy importante en todo trazado ferroviario. En los vehículos, al desplazarse en una trayectoria curva se induce una fuerza centrífuga que provoca efectos negativos (momento de vuelco, incomodidad del pasajero, desacomodamiento de la carga, excesivo desgaste del riel externo, etc.) El valor de la fuerza centrífuga es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad de circulación e inversamente proporcional al radio de la curva:

Por consiguiente el radio mínimo a adoptar debe garantizar: a) - Inscripción correcta del vehículo en la misma b) - Evitar las posibilidades de vuelco c) - Evitar incomodidades excesivas al pasajero a) El vehículo ferroviario – como se describe mas adelante – posee un sistema solidario de eje–ruedas y además, forman un marco rígido (bogies) que si bien permite transportar cargas elevadas, tiene dificultades en las curvas, pues debe inscribirse en forma forzada por fricción con peligro de descarrilamiento, lo que motiva la fijación de un radio mínimo que asegure que esto no se produzca. Este radio mínimo se emplea solamente donde los vehículos se desplazan a muy bajas velocidades – paso de hombre – en los que no existen posibilidades de vuelco ni incomodidad de los pasajeros (playas de maniobras, desvíos de carga, entradas a puertos, empresas, etc.).El Reglamento Constructivo de Ferrocarriles Argentinos fija como radios mínimos para inscribirse correctamente los siguientes: Trocha ancha: 220 a 250 metros Trocha media: 180 metros Trocha angosta: 120 a 150 metros b) Determinación del radio mínimo necesario para que el tren circulando a velocidad en la curva, se encuentre a cubierto de la posibilidad de un vuelco, producido por el momento desestabilizante originado en la fuerza centrífuga, el que a su vez puede ser potenciado por una eventual acción del viento.FERROCARRILES


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La fuerza centrífuga produce sobre el vehículo y la vía principalmente los siguientes efectos nocivos: - Peligro de vuelco de los vehículos. La fuerza centrífuga genera un momento de vuelco, que ocasionalmente puede verse incrementado por la acción lateral del viento, poniendo en riesgo la estabilidad del tren. Por ello debe asegurarse un momento estabilizante que supere como mínimo en un 50% el máximo momento de vuelco previsto.- Incomodidad a los pasajeros, cuya graduación de acuerdo a su intensidad fluctúa desde leves hasta insoportables. Así también afecta a las cargas en los vagones, las que de acuerdo a sus características pueden sufrir desarreglos y experimentar deterioros y roturas.- Presión y desgaste excesivo sobre el riel exterior. Debido a la fuerza centrífuga de carácter constante en la curva, la pestaña de la rueda exterior se halla constantemente en contacto con la cara interior del hongo del riel y por lo tanto sometiéndolo a un desgaste proporcional a su intensidad.-

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- Relacionado con el punto anterior, la fuerza centrífuga transmitida por la pestaña y afectada por el coeficiente de rozamiento, genera una resistencia adicional al movimiento que se suma a las resistencias por curvas descriptas oportunamente, y que afecta a la capacidad tractiva de la locomotora.-

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c) En cuanto a la determinación del R mínimo en función de la incomodidad aceptable por los pasajeros, se verá cuando se trate la implementación de peraltes en la curvas.-

EL PERALTE Cuando la masa de un tren pasa del alineamiento recto a circular en una curva, se induce en ella una fuerza centrífuga, que tiende a desplazarlo hacia fuera, teniendo entre otras consecuencias la concreción de un momento de vuelco, como así también una incomodidad a los pasajeros ya que esta fuerza se encuentra aplicada en el centro de gravedad de los vehículos.FERROCARRILES


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Para tratar de equilibrar esta fuerza se recurre a lo siguiente: a) elevar el riel exterior, b) deprimir el riel interior, c) elevar el riel exterior y en igual medida deprimir el riel interior. El procedimiento generalmente adoptado es el a) o sea elevar el riel exterior, llamándose a esta elevación PERALTE.por las razones expuestas, se impone la necesidad de la neutralización en lo posible de la fuerza centrífuga, cuando esta supere valores molestos.-

Determinación del peralte necesario. El mismo tiene como objetivo principal, el de disminuir y en lo posible eliminar los efectos negativos que produce la fuerza centrífuga en los pasajeros, y por extensión también en las cargas, y en la disminución de la fuerza horizontal aplicada al riel exterior.-

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Velocidad de cálculo del peralte (Vc): La velocidad utilizada en la determinación del peralte es la denominada velocidad de cálculo, dado que por la vía circulan trenes de distintas velocidades.Existen distintos criterios para la fijación de la velocidad de cálculo, siendo los más empleados los siguientes:

Insuficiencia de peralte ( Ip ): El peralte a construirse es el que surge de la fórmula:

donde Vc es un valor intermedio entre las velocidades máximas y mínimas. Por lo tanto cuando circulan trenes con velocidades superiores a Vc el peralte real no anulará totalmente a la Fc , quedando un remanente que FERROCARRILES


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producirá sus efectos nocivos; esta Fc remanente se traduce en una insuficiencia de peralte Ip .-

La insuficiencia de peralte tiene lugar en la circulación de trenes de elevada velocidad. Se verifica que los pasajeros pueden absorber una parte de la Fc. sin incomodidades importantes; esa parte de Fc. se traduce en un valor de aceleración centrífuga capaz de ser absorbida sin necesidad de peralte.El peralte equivalente a esta Fc. debe ser igual o menor a la insuficiencia de peralte observada, y se la denomina Ip máx (insuficiencia de peralte máxima que puede llegar a absorber el pasajero.-

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Exceso de peralte Ep Por idénticas razones que hace a la Ip, tienen lugar los excesos de peralte en la circulación de los trenes a velocidades menores que la Vc .Con igual razonamiento se llega a :

La aceleración absorbida admisible es igual a la de Ip, y por lo tanto los valores de Ep máx. son iguales a los obtenidos para las Ip máx.Ejercicio: Se debe unir dos alineamientos rectos mediante una curva, que se estima un radio conveniente de 500 metros. Calcular el peralte correspondiente para que admita circulación de trenes a. V máx. = 100 kph y V mín. = 40 kph . En un trazado de trocha ancha.

Verificaciones y cálculos: 1º) verificación al vuelco:

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2º) Cálculo del peralte:

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Curvas de enlace de transición: Son los tramos curvos que unen los alineamientos rectos con las curvas circulares de radio R (circular). En estos tramos tiene lugar el desarrollo del peralte, y es precisamente esta la razón de los mismos.Tienen por objeto suavizar el paso de una circulación recta a una curva circular de radio R , y fundamentalmente permite el desarrollo a lo largo de ella del peralte calculado.Estas curvas tienen como características, que en su unión con el alineamiento recto su radio es infinito, y gradualmente se reduce hasta el valor R en el punto de unión con la curva circular.Esta variación de radio, hace que el valor de la fuerza centrífuga aumente gradualmente, pero simultáneamente al ir desarrollándose el peralte es constantemente neutralizada.-

Existen diversas curvas que cumplen con esta condición: la parábola cúbica, la espiral logarítmica, la clotoide, la lemniscata, etc.-

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El cálculo diferencial de una expresión general del radio de curvatura de una línea plana es:

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Generalmente se emplea como gradiente del desarrollo del peralte, el correspondiente al 1 %o . Esto indica que por cada mm de peralte se necesita un desarrollo de transición de 1m ; lo que hace que por cada cm de peralte se necesitan 10 m de curva de transición. Ejemplo:

pr = 90 mm

o sea 9 cm

L = 90 metros

Replanteo de un enlace curvo Veamos ahora los datos necesarios a los efectos de poder realizar en el terreno el replanteo del alineamiento curvo del trazado. El enlace curvo de dos alineamientos rectos de distinta direcciones, se compone de una curva de radio circular y dos curvas de transición de longitud “L” (calculadas en función del valor del peralte a desarrollarse en las mismas y del gradiente de peralte adoptado).a – Enlace o curva circular

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b – Enlace o curva circular con transición

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Programa de tareas a seguir para concretar el proyecto Antes de empezar el trabajo en la oficina de proyectos, es necesario contar con la siguiente información: a) Un relevamiento planialtimétrico (topografía) de la zona afectada por la traza a proyectar. Acompañado de relevamientos fotogramétricos (satelitales o por aeroplanos).b) Encuadrar la zona dentro de la clasificación: llanura, ondulada, accidentada o de montaña.c) Características de la composición de los suelos de la zona (arenosos, arcillosos, toscosos, limosos, rocosos, etc).d) Estimación de las posibles necesidades de obras de arte (puentes, alcantarillas, viaductos, túneles, etc.). Apreciación de tamaños y características. e) Estudios hidrológicos, y de fundaciones para el proyecto de las obras de arte.f) Régimen pluvial, ciclos y volúmenes. Dirección de escurrimiento y posibilidades de alejamiento rápido de las aguas de la traza estimada.El trazado debe estar completamente definido y aprobado antes de iniciarse los trabajos para el estudio de las obras básicas.La determinación de la traza de la línea ferroviaria, es una operación muy importante en al proyecto ferroviario. El proyectista, para FERROCARRILES


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definir correctamente el trazado, debe considerar y evaluar la totalidad de las etapas que integran una obra ferroviaria: Proyecto, Construcción y Servicio. Para ello debe analizar exhaustivamente todas las variantes posibles, realizando diversos proyectos alternativos que permitan en definitiva adoptar el más conveniente.La traza se define en el campo, y las operaciones topográficas que se deben realizar para tal fin son muy variadas de acuerdo a las condiciones y al material cartográfico existente.En zonas donde la vegetación y la topografía del terreno permiten la definición de la poligonal del eje sin necesidad de realizar picadas, estas de ser necesarias, serán realizadas posteriormente a la aprobación de la traza.En otros casos es necesario realizar picadas preliminares para el estudio de las distintas variantes. Estas picadas son precarias y se realizan en el ancho mínimo que permita la realización de estas tareas.Si el estudio de campo para el proyecto de obras básicas se realiza de inmediato a la aprobación de la traza, la materialización del eje sobre el terreno puede realizarse mediante estacas provisorias. En este caso, la medición de los ángulos de la poligonal debe realizarse nuevamente y en forma definitiva una vez amojonado el eje.En las curvas que empalman los alineamientos rectos se detallan todos los datos que las definen, radio de la misma, ángulo al centro, tangente, longitud de las transiciones y desarrollo total.El trazado en zonas de montaña, es considerado como de alta dificultad, y la traza debe contemplar correctamente tanto los alineamientos rectos como las curvas. Debe contarse con un relevamiento aerofotogramétrico con reducción a escala adecuada; caso contrario el trabajo de campo se hace muy laborioso, ya que en repetidas ocasiones deben realizarse relevamientos topográficos para la confección de los planos con curvas de nivel que permitan definir correctamente la traza en estudio.Resumiendo, las tareas de campo necesarias a los efectos de realizar el proyecto definitivo de un trazado y sus obras básicas son las siguientes: Recopilación de antecedentes. Levantamientos de detalles FERROCARRILES


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Apertura de picadas Materialización del trazado Estaqueo del eje Colocación de puntos fijos Nivelación del eje y los puntos fijos Nivelación de cierre Nivelación de perfiles transversales Perfiles de desagües Determinación de aguas subterráneas La secuencia de las tareas puede tener un orden distinto, ya que la metodología de trabajo puede resultar variada dado que son muchas las variaciones que pueden presentarse en un estudio de campaña.-

1.- Recopilación de antecedentes: Previo a iniciar las tareas de campaña deben acopiarse todos los antecedentes de la región en estudio.Debe obtenerse toda documentación existente referentes a trabajos anteriores que puedan afectar o influenciar el proyecto en trámite.Así tenemos, la posible existencia de relevamientos aerofotogramétricos de la región, todo el material cartográfico, planos de detalles , etc.Las reparticiones que comúnmente realizan relevamientos zonales son las siguientes: Instituto Geográfico Militar Direcciones Provinciales de Geodesia y Catastro Gobiernos Provinciales Direcciones Provinciales de Hidráulica Municipalidades Servicio de Hidrografía Naval Instituto Nacional de Geología y Minería Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria Organismos especiales de obras hidráulicas FERROCARRILES


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Del Instituto Geográfico Militar (I.G.M.) pueden obtenerse cartas topográficas – comúnmente denominadas planchetas – a distintas escalas, y antecedentes de Puntos Trigonométricos y Puntos Fijos existentes en la región que pueden tomarse como referencia y control de los trabajos de campo.En el Servicio Meteorológico Nacional pueden obtenerse todos los datos referentes a las precipitaciones y temperaturas históricas de registro correspondientes a la zona en estudio.Los relevamientos geológicos pueden ser obtenidos en el Instituto Nacional de Geología y Minería .Debe recabarse además, información sobre existencia y/o posibles proyectos de riego, oleoductos, gasoductos, etc., que puedan afectar al sector en estudio.Todos estos datos deben ser tramitados con la mayor premura, dado que su obtención puede requerir mucho tiempo; y es necesario contar con ellos antes de iniciar los estudios de campaña para la concreción del proyecto.2- Levantamiento de detalles: Estos levantamientos son variables y responden a las necesidades de contar con un mayor conocimiento de datos para la definición del trazado.Esta información puede ser de carácter topográficos, geológicos, hidrológicos, etc.Los levantamientos topográficos pueden variar desde un levantamiento aerofotogramétrico (tarea imprescindible en regiones de montaña, hasta levantamientos altimétricos en zonas bajas con desagües deficientes.3- Aperturas de picadas: En zonas de montes naturales, la picada deberá tener un ancho que permitan las tareas de relevamientos y planteos de traza, en general mayor de dos metros.La picada puede realizarse mediante topadoras, debiendo a tal efecto preparar sobre el terreno una materialización precaria del eje por medio de jalones con bandera. Estos deben estar ubicados a distancias tales que sean FERROCARRILES


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siempre fácilmente visibles dos jalones delanteros consecutivos como mínimo. Se estima conveniente colocar jalones a distancias no mayores de 100 metros.En zonas de monte alto y lugares de difícil acceso, la picada puede realizarse mediante prácticos con elementos apropiados; hachas , sierras mecánicas, machetes, etc.En picadas realizadas en Parques Nacionales, deben adoptarse los recaudos necesarios para efectuar el menor talado posible, a efectos de preservar la flora existente; en particular en zonas de montaña donde las poligonales de los alineamientos rectos suelen estar muy alejadas del eje en tramos curvos.4- Materialización del trazado:

El trazado de una línea ferroviaria queda materializado en el terreno, mediante la ubicación de los vértices de la poligonal que define el eje, y la definición de los alineamientos rectos por medio de los denominados Puntos de Línea.Los vértices y los puntos de línea se materializan en el campo por medio de mojones fabricados normalmente con rieles usados o bien de hormigón. Los mismos son identificados mediante numeración.También pueden usarse mojones de madera dura aserrada, de una sección de 10 cm x 10 cm y 80 cm de longitud, con su correspondiente identificación.FERROCARRILES


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En lo posible los Vértices y Puntos de Línea deben ubicarse en zonas fácilmente identificables. Los puntos de Línea deben colocarse a una distancia tal que sean claramente visibles entre sí. Como norma general en zonas de llanura y onduladas se ubican cada 1000 metros como máximo. En topografías quebradas deben ubicarse puntos de Línea de manera tal que pueda visualizarse fácilmente el eje desde cualquier punto del mismo.Tanto los Vértices como los puntos de línea se identifican por un número correlativo para cada tipo de mojón.Los Vértices y los Puntos de Línea deben ser referidos a hitos existentes, fácilmente identificables cercanos a los mismos. El balizamiento de cada mojón debe ser referido a tres puntos testigos a fin de lograr un mayor control de los acotamientos y prever la posible remoción de alguno de ellos.5- Estaqueo del eje y relevamiento planialtimétrico: Se tratan de dos operaciones de campo que en general se realizan simultáneamente. La primera consiste en la medición y estaqueo del eje incluyendo el replanteo de las curvas horizontales. La medición del eje se realiza mediante distanciómetros ópticos y/o cintas metálicas, cada 100 metros en terrenos llanos y suavemente ondulados, y de 50 metros en topografías quebradas.-

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Sobre el eje se colocan estacas de madera que serán utilizadas como apoyo para el relevamiento altimétrico. Estas estacas se ubican a distancias de 100 metros en terrenos llanos, 50 metros en terrenos ondulados, 25 metros en terrenos de montaña y 10 metros en alta montaña. Así mismo en los tramos curvos se estaquean los puntos característicos de las curvas y todos los puntos intermedios necesarios para lograr equidistancias entre estacas.La parte superior de las estacas se pinta de color blanco a fin de que resulten fácilmente identificables una vez colocadas en el terreno.-

6- Colocación de Puntos Fijos: Previamente a la realización de los relevamientos altimétricos se colocan mojones para referencia de la nivelación, denominados Puntos Fijos. Esos se ubican en un costado del eje y dentro del límite de la zona de vía.Deben colocarse a una distancia que permitan con facilidad tomar referencia de cotas para todos los trabajos que se realicen durante la construcción de la línea ferroviaria, incluidos los posteriores de mantenimientos. En general en zonas de llanuras se ubican cada 500 metros y en zonas serranas cada 250 metros.- Además deben ubicarse Puntos Fijos cerca de las Obras de Arte Mayores. Deben estar lo mas protegidos posibles a los efectos de su permanencia en el tiempo.7- Nivelación de Ejes y Puntos Fijos: Una vez estaqueado el eje y colocados los puntos fijos se procede a su nivelación. Estas operaciones en general se llevan a cabo en forma simultánea.En la nivelación debe tratarse en lo posible que los puntos de paso trasero y delantero se hallen equidistante del aparato (Nivel). La nivelación debe ser referida a cotas del Instituto Geográfico Militar.El operador simultáneamente con la nivelación de las estacas, toma niveles del terreno natural a ambos lados del eje, a los efectos de dibujar los perfiles transversales.-

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La cantidad de puntos tomados a ambos lados del eje depende del tipo de terreno, pero en general se toman dos o tres de cada lado y a distancias del eje similares; por ejemplo a cinco, diez y quince metros respectivamente.En zonas de llanura y onduladas, la nivelación se efectúa mediante el nivel (nivelación geométrica). En montaña el trabajo se efectúa con teodolito (nivelación trigonométrica) taquimetría, con excepción de los Puntos Fijos, los que siempre deben ser nivelados con nivel.8- Nivelación de cierre: Una vez nivelado el eje y los Puntos Fijos, y antes de proceder al cálculo de todos los puntos acotados, debe verificarse el cierre de la nivelación, para lo cual la nivelación de los puntos de paso y fijos deben ser de ida y vuelta.9- Perfiles de desagüe: El levantamiento deberá realizarse en una longitud tal que permita el diseño de zanjas evacuadoras por lo menos con las pendientes mínimas.-

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NOCIONES GENERALES DEL MATERIAL RODANTE Se denomina Material Rodante Ferroviario, a la totalidad del parque de vehículos capaces de circular por la vía.Las distintas exigencias a las que deben responder, les confieren características particulares y apropiadas a su uso especifico. Una primera clasificación lo subdivide en: - Material rodante tractivo - Material rodante remolcado El material rodante tractivo, esta constituido por los vehículos sobre los cuales está montada la planta motriz, que suministra la Energía Mecánica que permite el desplazamiento sobre la vía.Los vehículos tractivos cuyo único fin es el remolque, reciben el nombre de locomotoras, mientras que aquellos que además de remolque, tienen espacio para el transporte de pasajeros se denominan coches motores.El material rodante remolcado esta constituido por todos aquellos vehículos que no poseen tracción propia, sino que deben ser remolcados por una locomotora, y su único fin es el de transportar pasajeros o cargas; se distinguen así los coches y los vagones.También existe un tercer tipo de vehículo remolcado denominado furgón, que son utilizados para el transporte de equipajes, encomiendas, correspondencia, etc. y que simultáneamente son ocupados por el guarda, que es el personal a cuyo cargo circula el tren.Tanto el material tractivo como el remolcado, han experimentado en el transcurso del tiempo, las modificaciones que el avance de la tecnología le ha permitido, pasando en lo que hace al material tractivo, de las primitivas locomotoras a vapor, a las modernas locomotoras Diesel y Eléctricas de elevado poder tractivo, velocidad y radio operativo.En lo referente al material remolcado, se ha pasado de los coches de madera y vagones de bajo porte montados sobre dos ejes, a los vehículos modernos que ofrecen gran confort y seguridad a los pasajeros y elevado porte a los vagones; montados en bogies, que incrementan notablemente su seguridad de transporte y permiten el desarrollo de elevadas velocidades.-

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La construcción metálica de los coches montados sobre bogies, permitió elevar a un máximo la seguridad y confort de los pasajeros, pero a costa de un aumento del peso muerto por plaza ofrecida, el que llega actualmente a los setecientos Kg. por asiento (aprox. 39 ton).En primer término la calefacción, luego el aire acondicionado y posteriormente la insonorización de los vehículos, son elementos indispensables en una Empresa Ferroviaria moderna.Con los vagones ha ocurrido exactamente igual; la competencia de la ruta y las mayores exigencias de los usuarios obligó a incrementar el “confort” de las cargas, objetivo que se logra con la construcción de vagones especiales para cada tipo de carga a transportar, en especial de aquellos que permiten un intercambio rápido de mercaderías con los otros medios de transporte, como son los contenedores. Caben destacar también los actuales vagones graneros ó graneleros, constituidos por tolvas cuya descarga completa (50 ton) requieren aproximadamente cinco minutos.Clasificación del material tractivo y remolcado: De vapor Locomotoras

De combustión interna

Diesel Eléctricas Diesel Hidráulicas

Eléctricas

Corriente Continua Corriente Alternada

De combustión interna

Diesel

Eléctricos

Corriente Continua Corriente Alternada

Material Tractivo

Coches Motores

Coches Uso pasajeros Material

Furgones

Remolcado

Vagones Uso cargas Furgones

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Componentes del material rodante ferroviario Esquemáticamente un vehículo ferroviario se compone de: un chasis o bastidor metálico que soporta una caja, tolva, tanque, etc.; el que a su vez transmite la carga a los bogies, y estos a su vez a través de un sistema de suspensión los transmiten a los ejes, ruedas, y por último, éstas a la vía.Cabe también mencionar el desarrollo aerodinámico implementado en las locomotoras y coches, y su perfecta continuidad, que forman los actuales T G V - Trenes de Alta Velocidad – que llegan a desarrollar hasta 350 kph en trenes de circulación comercial.-

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EJE ARMADO Cama de la rueda

Cuerpo

Unión rígida

Rueda

Cama del obturador

Muñón

Cojinete Aro de seguridad

El conjunto formado por el muñón, el cojinete y el carter, constituye lo que se denomina el sistema de rodamiento. En tanto que el conjunto de resortes de suspensión y las piezas destinadas a sus ligaduras entre la caja del eje y el bogie constituye el sistema de suspensión.-

Sistema de rodamiento La rueda de los vehículos ferroviarios, se encuentra montada sobre el eje en forma rígida, es decir no existe ninguna posibilidad de desplazamientos, este conjunto se denomina eje armado.El eje se compone de tres partes: el cuerpo o parte central, las camas para montar las ruedas y los extremos o muñones que reciben el peso de los vehículos.El cuerpo en general es de forma cilíndrica, aunque también puede ser bi-troncocónico.FERROCARRILES


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Las camas para montar los ruedas, son cilíndricas, y las ruedas van caladas a presión por medio de una prensa hidráulica.Las puntas o muñones también son cilíndricas. y sobre ellas descansa el peso del vehículo. Los ejes son de acero especial forjados.En las ruedas se distinguen dos partes: el cuerpo y la llanta. El cuerpo está formado por el cubo central y el aro exterior, unidos por medios de rayos (ruedas moldeadas) o bien una sola pieza (ruedas laminadas).El cuerpo va calado al eje por su cubo central, cuya superficie alesada tiene un diámetro ligeramente menor que el de la cama del eje, de modo tal que se logra un apretado enérgico que le da al conjunto gran solidez. La presión de montaje debe estar comprendida entre 110 y 120 toneladas.El cuerpo de las ruedas es de acero moldeado en el caso de las ruedas de rayos, y de acero laminado para ruedas llenas o de una sola pieza.La llanta es un anillo circular, de acero muy duro y altamente resistente al desgaste; su superficie exterior tiene un perfil diseñado para asegurar las mejores condiciones de rodamiento de las ruedas y de su perfecto guiado.-

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Hacia el lado interno de la vía presenta una saliente denominada pestaña, cuya función es impedir que el vehículo salga de la vía. Su parte activa, que en su contacto con el riel materializa el guiado, presenta una inclinación de 70 º respecto al eje de rotación de la rueda; tiene por objeto disminuir la resistencia al avance en las curvas y facilitar la desviación progresiva del bogie en los aparatos de cambio en el momento de entrar en contacto con las agujas de este. La cara externa de la pestaña tiene una inclinación de 1: 5 para facilitar la circulación en las zonas de contra-riel.-

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BOGIES

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La banda de rodamiento tiene una inclinación de 1:40 (conicidad), cuyo objeto en vía recta consiste en mantener el centro de gravedad del vehículo en correspondencia con el eje de la vía, y en las curvas mediante el desplazamiento del vehículo hacia el riel externo (motivado por la fuerza centrífuga), trata de compensar las diferencias de recorridos entre las ruedas interiores y exteriores ( el vehículo ferroviario no cuenta con dispositivo diferencial), disminuyendo así los desplazamientos relativos.Esta inclinación, si bien tiende a mantener el eje del vehículo sobre el eje de la vía, y evitar el contacto permanente (roce) con la pestaña, es causal del movimiento de lazo o serpenteo longitudinal que imprime al vehículo una trayectoria senoidal; de allí que se adoptan conicidades mínimas ( 1:40) compatibles con su finalidad, a efectos de alargar el ciclo.La colocación de la llanta, se efectúa calentándola hasta aproximadamente 400ºC, de modo que al enfriarse se ajuste por contracción al cuerpo de la rueda, manteniendo una solidaridad durante el movimiento.El material de las llantas, es acero al carbono de alta resistencia al desgaste – Tiene además, en el extremo opuesto a la pestaña, una saliente denominada talón, como así también, en el lado de la pestaña un rebaje donde se coloca un aro de seguridad; el talón tiene por finalidad absorber los choques laterales, y el aro de seguridad asegurar el no desprendimiento de la llanta en el caso de aflojarse.También existen ruedas monobloque, en las que la llanta y la rueda es un solo cuerpo. Si bien en estos casos no existe el peligro de aflojamiento y corrimiento de la llanta (situación que puede producirse en los frenados prolongados y/o violentos), una vez llegado al desgaste máximo, la rueda completa termina su vida útil, salvo que pueda procederse a un desbaste y acondicionamiento para la colocación de una llanta adecuada.El carter o también llamado caja del eje, de aceite o de grasa, es el órgano dentro del cual se encuentra el cojinete y se transmite la carga del bogie (estático) al eje (en rotación).Esta caja se compone de: el cuerpo, el cojinete, el órgano de engrase y los obturadores.-

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El cojinete es el elemento que está directamente en contacto con el eje; pueden ser de fricción o de rodamiento.Los de fricción son una pieza de bronce revestidos por una capa de metal blanco o antifricción. Su empleo se reduce actualmente a vehículos antiguos. Trabajan con rozamiento por deslizamiento, lo que reduce el valor tractivo efectivo del equipo motor. Como así también se desgastan con bastante rapidez lo que hace necesario su recambio frecuente.Los de rodamientos están constituidos por una o dos hileras de rodillos. Lo que hace que el rozamiento que tiene lugar sea de rodadura cuyo valor es significativamente menor, como así también su vida útil es muy superior. Los vehículos que se fabrican actualmente, están en su totalidad implementados con este tipo de cojinetes (rodamientos).-

Para evitar la entrada de cuerpos extraños en la caja, así como la pérdida de aceite lubricante durante la rotación del eje, la caja lleva un obturador que sella el espacio anular entre el eje y la abertura de la caja por la que pasa el eje.El cojinete de rodamiento es muy superior, tanto desde el punto de vista de la seguridad (riesgos de calentamiento), como del considerable menor rozamiento; pero su costo es bastante más elevado.Suspensión: El peso de los vehículos es transmitido a las cajas, por intermedio de los órganos de suspensión y amortiguamiento, denominado sistema de suspensión. Esta constituido por resortes que desempeñan un doble rol, en primer término repartir las cargas sobre los ejes, y por otro lado amortiguar los choques y trepidaciones que se producen durante el movimiento del tren. FERROCARRILES


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La suspensión está formada por una combinación de resortes helicoidales y de láminas. Los resortes helicoidales, absorben las trepidaciones, pero sus oscilaciones tienden a mantenerse durante un tiempo prolongado; aquí actúan los resortes de láminas que amortiguan estas oscilaciones.Bastidor o chasis del vehículo Es la estructura rectangular sobre la cual se apoya la caja o contenedor del vehículo ferroviario

El bastidor consta de dos vigas principales o largueros, que soportan viguetas transversales, estando el conjunto correctamente atirantado de modo de constituir un marco rígido e indeformable. Las viguetas extremas reciben el nombre de cabezales. Y en ellas van ubicados los órganos de acople de los vehículos y los paragolpes.Los largueros generalmente están construidos con dos perfiles “U” unidos por medio de pretinas soldadas, un perfil doble “T” o también suelen estar construidos con estructuras reticulares.-

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Bogies: El bastidor se apoya y transmite la carga a dos piezas denominadas bogies. A su vez el bogie se apoya sobre los ejes (dos en el caso de los coches y vagones y tres en las locomotoras). Los ejes sobre los cuales se apoya el bogie, mantienen una posición inalterable entre sí, es decir no pueden experimentar desplazamientos relativos, manteniéndose permanentemente paralelos; por este motivo el conjunto bogie y ejes, constituyen lo que se denomina base rígida. La distancia entre los ejes extremos es la longitud de la base rígida, de mucha importancia en lo que hace a la circulación en curva (inscripción en la misma; debe cambiar de dirección mediante una acción forzada de los rieles).Los bogies pueden ser fabricados de dos formas: armados e integrales. Los armados también denominados bogies diamante, están construidos por perfiles y planchuelas remachadas y/o soldadas; fueron utilizados intensamente, pero actualmente no se emplean en los vehículos nuevos, pues no permiten circular con la seguridad debida a altas velocidades. Los bogies integrales están constituidos por una sola pieza de acero moldeado, y permiten circular a altas velocidades con gran seguridad.Órganos de choque y de tracción: Son los elementos que permiten la unión o acople de los vehículos que forman el tren. Estos aparatos deben resistir los esfuerzos de tracción y de compresión que se trasmiten entre los vehículos del tren en movimiento, como así también los esfuerzos de choque que se producen sobre todo en las maniobras; encontramos así en cada cabezal: - Un órgano de tracción - Un órgano de choque El órgano de tracción, consiste en un vástago terminado en un gancho. El vástago de tracción, situado longitudinalmente sobre el eje del vehículo, esta ligado al chasis por intermedio de un resorte para la amortiguación de los esfuerzos que transmite.El tensor de acople está constituido por un tornillo a pasos contrarios, deslizándose sobre sus extremidades un gorrón roscado.FERROCARRILES


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El aparato de choque está constituido por dos paragolpes laterales. El paragolpes esta formado por un vástago, cuyo movimiento es guiado por un falso paragolpes de acero moldeado, el que a su vez va fijado al cabezal.-

Los efectos de choque y compresión son amortiguados por resortes de láminas. O bien por una hélice cónica, los que se encuentran alojados en el interior del falso paragolpes. Los platos son “bombees” para permitir el movimiento relativo entre los vehículos, sea en las curvas o bien en los desniveles de la vía. En los sistemas modernos se suele utilizar los acoples automáticos, entre los cuales se puede citar los de mandíbulas, empleados en nuestros ferrocarriles de trocha angosta Los vehículos equipados con este sistema no pueden ser acoplados a los anteriores.Se denomina acople automático a aquellos que no necesitan que sea un operador el que lo realice y son capaces de engancharse solos, cuando los vehículos se acercan (tocan).FERROCARRILES


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Algunos de estos acoples además de unir los vehículos , incluyen la unión del sistema de frenos, electricidad e incluso mando múltiple.-

Sistemas de frenos: El sistema de frenos utilizado por un tren debe reunir dos condiciones fundamentales: - Toda rotura que provoque el fraccionamiento del tren, debe accionar la aplicación de los frenos, es decir el frenado debe ser automático.- La acción del maquinista sobre el freno, ejercida en la locomotora, debe provocar la aplicación inmediata sobre todos los vehículos dotados de freno, que entren en la formación del tren es decir que el sistema debe ser continuo. En el caso de los vehículos de pasajeros (coches), la totalidad de los mismos incluyendo los furgones deben poseer frenos.En el caso de los vehículos de cargas (vagones), como así también con la mayoría del parque de coches de pasajeros, el frenado puede accionarse por medio de aire comprimido o bien por vacío. En el caso del sistema por vacío, la depresión máxima disponible, es menor a una atmósfera; en tanto que en el sistema de aire comprimido, la presión puede ser de tres o más atmósferas, de modo que para igual fuerza de frenado, el freno de aire comprimido requiere cilindros más pequeños. Existen también otros sistemas de frenado, de uso común en los trenes de alta velocidad y en las vías electrificadas: - Freno magnético sobre riel - Freno electrodinámico

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN O AL MOVIMIENTO Se denomina resistencia a la tracción o al movimiento, a la sumatoria de todas las fuerzas resistivas que deben vencerse, para mantener el FERROCARRILES


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desplazamiento de un vehículo o de un tren a determinada velocidad y en determinadas condiciones de vía.Por lo tanto, la resistencia a la tracción o al movimiento, depende de los vehículos, de la vía, y de la velocidad del movimiento.El conocimiento del valor de la resistencia a la tracción, en las condiciones reales de circulación, es de suma importancia en el estudio del transporte, por cuanto tiene fundamental incidencia en la definición del valor de la rampa determinante (parámetro básico para el proyecto de una línea ferroviaria), como así también en el aprovechamiento del poder tractivo de los equipos motrices.Conocer los distintos factores que integran la resistencia a la tracción, permite actuar sobre ellos a los fines de disminuir al máximo sus incidencias.El análisis de la resistencia a la tracción, nos permite agrupar los factores que intervienen, según la siguiente clasificación: 1- Resistencias al avance 2- Resistencias locales 3- Resistencias de inercia Resistencias al avance: Agrupa a la totalidad de los factores que se oponen al movimiento, en línea recta y en horizontal. Todos ellos están motivados en rozamientos, así tenemos: -

Rozamiento entre cojinetes y muñones Rozamiento por rodadura Rozamiento por conicidad de llanta Rozamiento por el aire Rozamiento por el viento Rozamiento en paragolpes, aparatos de enganche, junta de rieles

Como puede observarse, todos ellos son rozamientos que dependen del movimiento relativo entre los elementos constitutivos de los vehículos; de la interacción entre el vehículo y la vía; y de la introducción a velocidad del tren en la masa del aire.Resistencias locales: Son aquellas debidas al trazado de la vía y son función de su planialtimetría, así tenemos: FERROCARRILES


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- Resistencias por rampa - Resistencias por curva La resistencia por rampa es función de la altimetría de la vía, y la resistencia por curva lo es en función de su planimetría. La resistencia por rampa es independiente de coeficientes de rozamientos y de diseño de los vehículos, por lo tanto son valores de determinación exacta e influyen exactamente en la misma medida en los vehículos ferroviarios y en los automotores.Resistencias de inercia: En cuanto a estas resistencias, ellas son debidas como su nombre lo indica, a la inercia de los vehículos que se opone a la variación de la velocidad durante el desplazamiento.Cuando un vehículo aumenta su velocidad, requiere un aumento de energía cinética, y esta debe ser suministrada a partir de fuerza tractiva que suministra el equipo motriz.-

Análisis de las resistencias al avance --. Resistencias entre cojinetes y muñones: el análisis es similar ya se trate de cojinetes de fricción o de rodamientos. La diferencia se encuentra en los valores de los coeficientes de rozamiento que indudablemente son distintos.

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X1 es mucho menor que P por lo tanto N es aprox. = P Rz = μ · N

Rz = μ · P

Rz · r = Mº resistente

μ = coeficiente de rozamiento X1 · R = Mº motriz

Mº motriz = Mº resistente X1 · R = Rz · r

X1 · R = μ · P ·

X1 = μ · P · r / R para

P en (ton)

y X1 en (Kg)

X1 = 1000 . μ · P · r / R X1

= X1 / P resistencia específica en Kg / ton

X1

= 1000 · μ · r / R

X1 =

X1

· P

--. Rozamiento por rodadura (entre llanta y riel):

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--. Resistencia por conicidad de llanta:

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-- Resistencia del aire: Todo cuerpo que se desplaza dentro de un fluido, experimenta una resistencia opuesta (rozamiento) al movimiento, lo que hace que para mantenerlo deba aplicarse una fuerza tractiva igual y contraria. En nuestro caso, el tren es el cuerpo y el fluido el aire. La fórmula que nos permite determinar el valor de esta resistencia es la siguiente:

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-- Resistencia del viento: a).Viento de frente: Vale el mismo desarrollo que para la resistencia del aire; puede tratarse simultáneamente con ésta, tomando como velocidad de cálculo la suma de velocidad del tren mas velocidad del viento. Para viento de atrás no se tiene en cuenta pues disminuiría la resistencia pues la velocidad del viento debería tomarse negativa.-.

b).Viento lateral:

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Rozamientos en paragolpes, aparatos de enganche, junta de rieles, etc.: Este grupo de resistencias es individualmente de bastante menor importancia que las anteriores, y de muy difícil ponderación. Abarca las resistencias debidas a las fricciones entre los paragolpes, en los mecanismos de enganche, en la luz de las juntas (variable según la temperatura), a las pequeñas diferencias de diámetro entre las ruedas del mismo eje, a las irregularidades de la vía, etc.-

Resistencia total al avance La resistencia total al avance se obtiene como la sumatoria de todas las resistencias por rozamiento descriptas.

Se define como resistencia específica al avance, la relación entre la resistencia total al avance y el peso en toneladas del vehículo.

Como puede apreciarse, es muy complicado determinar teóricamente el valor de la resistencia al avance, fundamentalmente por la presencia de numerosos coeficientes de rozamientos, variables según las circunstancias, y por lo tanto de muy difícil determinación exacta.Debido a ello y a la presencia de factores menores pero de imposible ponderación individual exacta, se recurre al empleo de fórmulas FERROCARRILES


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prácticas, de carácter empírico, que son verificadas en función de determinaciones prácticas y experimentación.La determinación práctica consiste en medir mediante un mecanismo dinamométrico, la fuerza en Kg que se debe aplicar a distintas velocidades, en un tramo recto y horizontal, para cada tipo de vehículo; estos valores así obtenidos son exactos. Si luego dividimos los mismos por el peso total de vehículo expresado en ton, obtenemos la resistencia específica ( Kg/ton ), de cada tipo de vehículo. Las fórmulas empíricas tratan de reflejar estos valores obtenidos experimentalmente.Para la determinación experimental, se debe seleccionar un tramo de vía que cuya traza se encuentre en línea recta (sin curvas) y en horizontal (cota constante). Así también debe ser lo suficientemente extenso, pues el ensayo debe abarcar desde velocidades mínimas (10 kph) hasta velocidades elevadas (para nuestros ferrocarriles de hasta 120 kph).El mecanismo de determinación de la fuerza de tracción necesaria para vencer las resistencias al desplazamiento de los vehículos a distintas velocidades, normalmente tomadas de 10 en 10 kph, se encuentra montado en un vehículo denominado vagón dinamométrico. En el vagón dinamométrico los operadores deben leer para cada velocidad marcada en el velocímetro, la fuerza tractiva indicada en el dinamómetro. Así también mediante un mecanismo de tambor similar a los utilizados en los ensayos de materiales, se obtiene simultáneamente en un sistema de ejes cartesianos ortogonal una gráfica en escala (fuerzas en función de la velocidad). Luego se comparan los resultados obtenidos (lecturas y gráfico), y si ambos coinciden se da por efectuada correctamente la tarea.-

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Las fórmulas empíricas utilizadas son del siguiente tipo:

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Determinación de las resistencias específicas de los vehículos ferroviarios para distintas velocidades de desplazamiento: a--.Locomotora D.E. Datos: Pl = 107 ton

S = 10 m2

6 ejes

Fórmulas a aplicar:

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Resistencia especifica 10,00 9,00 8,00 7,00

Kg/ton

6,00 Davis

5,00

S.N.C.F.

4,00 3,00 2,00 1,00

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

0,00

Velocidad (kph)

b--. Coche de pasajeros: Formulas a aplicar:

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RESITENCIA ESPECIFICA 6,00

(Kg/ton)

5,00 4,00 Davis

3,00

Frank

2,00 1,00 0,00 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100 110 120

Velocidad (kph)

c--. Vagones de cargas Fórmulas a aplicar:

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RESISTENCIA ESPECIFICA 7 6

Kg/ton

5 Davis cargado

4

Davis vacío 3

Frank (ambos)

2 1 0 0

10

20

30

40

50

60

70

Velocidad (kph)

RESISTENCIAS LOCALES Reciben este nombre las resistencias al movimiento, debidas a la plani-altimetría de la vía: - debidas a las rampas - debidas a las curvas FERROCARRILES


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a) Resistencias debidas a las rampas 1000 m

F Pt

l

α

α

h

i

Pn P

α = pequeño

Pt = P . sen α = P . h / l

h / l = i / 1000

Pt = P . .i / Pt =

1000

P . i /

Pt = P . i

1000

Pt (ton)

P (ton)

Pt (Kg)

Pt / P = ri (kg / ton)

ri = i Ejemplo:

P (ton)

1000

la resistencia especifica por rampa es igual al valor de la rampa en por mil ( %o) i = 3 %o

ri = 3 Kg/ton

Resistencia total de los vehículos y de un tren desplazándose en un trazado en rampa: Rl = (rl + i ) Pl

resisten. a la tracción de una locomotora (Kg)

Rv = (rv + i ) Q

resisten. a la tracción de los vehíc remolc.

Q = n . Pv

n = cantidad de vehículos remolcados del tren

Rt = Rl + Rv Rt = ( rl + i ) Pl + ( rv + i ) Q

Rt = rl . Pl + rv . Q + i ( Pl + Q )

b) Resistencias debida a las curvas: FERROCARRILES


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La determinación de la resistencia debida a la curva, se obtiene mediante el análisis de los corrimientos longitudinales y radiales que tienen lugar durante la inscripción del vehículo.La locomotora no cuenta con volante, por lo que el tren cambia de dirección en las curvas forzado por la estructura de la vía (rieles). Los vehículos ferroviarios no tienen semiejes, y tampoco cuentan con mecanismos diferenciales, por lo que en las curvas no existen giros diferenciales entre las ruedas externas y las internas, que compensen las diferencias de recorrido de sus respectivas trayectorias.Esto trae como consecuencia, la producción de rozamientos que se oponen al desplazamiento del tren en las curvas, y por lo tanto se debe suministrar fuerza tractiva para compensar estas resistencias. Determinación analítica de las resistencias que se producen en el trayecto curvo: se hace notar que serán tanto mayores, cuanto menores sean los radios de las curvas.

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Fórmulas generales de resistencia a la tracción del tren

Para el proyectista de la línea ferroviaria, la rampa compensada no debe sobrepasar el valor de la rampa determinante.

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FUERZA

TRACTIVA

La fuerza de tracción para el remolque del tren, es suministrada por el equipo motriz que se encuentra instalado sobre la locomotora.Según el origen de la energía empleada, y los mecanismos utilizados para su transformación en fuerza tractiva, las locomotoras pueden clasificarse en: de Vapor D. Eléctricas Diesel Locomotoras

de Combustión Interna

D. Hidráulicas Turbina de gas

Corriente continua Eléctricas Corriente alternada FERROCARRILES


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La locomotora de vapor es la pionera; justamente la aparición de la máquina de vapor que dio origen a la Revolución Industrial, posibilitó también la Revolución del Transporte (pasando de tracción a sangre a tracción mecánica). Actualmente ya no se utilizan salvo casos excepcionales; brindaron un excelente servicio desde el origen del ferrocarril hasta no hace muchos años.Fue una locomotora muy confiable y de mantenimiento sencillo; admitió una amplia gama de combustibles ( carbón, leña, gas-oil, etc.) Consiste fundamentalmente en una caldera, del tipo ígneo tubular, en la cual, mediante el calor liberado por la combustión de un combustible (reacción exotérmica), se vaporiza agua. El vapor a su vez, acciona una máquina alternativa que transforma parte de su energía calórica, en energía mecánica (fuerza tractiva).Las locomotoras de combustión interna son aquellas que poseen motores en cuyo interior, se produce la combustión del combustible, transformando parte de la energía liberada en energía mecánica; así tenemos las locomotoras Diesel y las de Turbina de Gas. A su vez, como ambos tipos de motores pueden suministrar una elevada potencia, que debe transmitirse a seis ejes motrices, no resulta conveniente una transmisión mecánica como la empleada en los automotores, utilizando otra forma de transmisión; así tenemos las transmisiones eléctrica e hidráulica.La transmisión eléctrica, consiste en transformar la energía mecánica (entregada por el motor Diesel), en energía eléctrica mediante un generador de energía eléctrica, y luego ésta acciona motores eléctricos acoplados a los ejes motrices de la locomotora, convirtiendo la energía eléctrica en fuerza tractiva. La transmisión hidráulica tiene un proceso similar, pero mediante el empleo de convertidores hidráulicos. Así tenemos las locomotoras Diesel-eléctricas, Diesel-hidráulicas, Turbo-eléctricas y Turbo-hidráulicas.En nuestro país no poseemos locomotoras a turbinas; y en cuanto a las Diesel son todas de transmisión eléctrica.Descripción del esquema motriz de una locomotora y su comparación con un vehículo automotor: FERROCARRILES


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Características generales: Locom. (marca)

Peso Cant. Cant. (ton) ejes motrices

ALCO G. E. G. M.

107 104 107

6 6 6

6 6 6

Peso Potencia adherente (CV) 107 104 107

1.950 1.566 2.475

Análisis de los rendimientos: Rendimientos

ALCO

G. E.

G.M.

Generador principal Transmisión eléctrica Motores de tracción Mecanismos auxiliares

97 % 98 % 91 % 97 %

97 % 98 % 93 % 97 %

97 % 98 % 91 % 97 %

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Fuerza de tracción en la llanta (fuerza útil) Se denomina fuerza de tracción en la llanta, a la fuerza disponible por la locomotora, para su movimiento y para el remolque de los vehículos. Esta es la fuerza que se dispone para vencer y superar las resistencias al movimiento del tren. Por lo tanto de acuerdo a su valor, se podrá determinar la carga a remolcar y la velocidad del tren.-

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De no existir Fa , la rueda giraría sin avanzar. Si la Fa es igual o mayor que la Ftll , la rueda no puede girar sin avanzar, por lo que todo desplazamiento circular de sus puntos se complementa con un avance similar sobre el riel.Cuando la Ftll = 0 , también lo es la Fa . A cada incremento de la Ftll se produce un incremento igual y contrario de la Fa , es decir se comporta en forma similar a una reacción. Pero ello tiene un límite, a partir del cual Fa no puede acompañar mas el crecimiento de la Ftll , es decir mantiene un valor límite constante. Este valor límite de la Fa no es igual para cualquier velocidad, sino que depende de ella, siendo menor a medida que la velocidad se incrementa.El valor límite de Fa depende directamente de un coeficiente (φ ) denominado coeficiente de adherencia y de la fuerza perpendicular a la superficie de contacto entre la rueda y el riel; es decir del peso que transmite la rueda al riel. Dado que solamente las ruedas motrices de la locomotora transmiten fuerza tractiva, el peso que deberá considerarse es el que transmiten estas ruedas, el que se denomina peso adherente de la locomotora.-

.

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Fuerza de tracción útil en la llanta:

Por debajo de la Vc la Ftll se encuentra limitada por la Fa , es decir no podemos aplicar (utilizar) la potencia total de la máquina, pues tendrían lugar patinajes (resbalamientos).-

Calculo de la fuerza de tracción en la llanta de locomotoras D. E. ( G.M., ALCO y G.E. ) para velocidades comprendidas entre 0 y 120 kph, tomadas de 10 en 10 kph. Potencia útil 80 % N (G.M.) = 2.450 CV FERROCARRILES

N (ALCO) = 1.950 CV

N (G.E.) = 1.570 CV


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FUERZA DE TRACCION - GENERAL MOTORS ( G. M.) 60000 50000

Kg

40000 Fa (Kg)

30000

Ftll (Kg)

20000 10000 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 110 120

Velocidad (kph)

Relación entre las Rt , Ftll y Fa Rt resistencia a la tracción del tren Ftll fuerza de tracción en la llanta de la locomotora Fa fuerza adherente (llanta - riel) FERROCARRILES


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Estas son las cuatro posibilidades, de las cuales solamente la segunda es correcta.-

La determinación de la Vr (veloc. de régimen), tiene el inconveniente que, la resistencia del tren (Rt), está en función de las resistencias específicas, las que a su vez se obtienen mediante la aplicación de fórmulas empíricas complejas, en las que interviene la velocidad lineal y cuadrática, lo que imposibilita obtener un resultado, mediante la resolución matemática de la ecuación. ( Ftll = Rt ).Para la solución del problema existen dos procedimientos: uno gráfico y otro analítico, además del experimental.FERROCARRILES


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El procedimiento gráfico consiste en determinar ambos valores ( Ftll y Rt ) para veloc. tomadas de 10 en 10 kph y trazar las gráficas correspondientes. El punto de interceptación determinará el valor de la Vr .El procedimiento analítico es el de iteración; se fija un valor de velocidad estimativo, con el que se determinan rl y rv, y se calcula Rt , se igualan las funciones y se determina el valor de la Vr ; con este valor se determina nuevamente Rt y así sucesivamente.-

VELOC Kph 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Ftll Kg

53892 26946 17964 13473 10778 8982 7699 6737

rl rv Kg/ton Kg/ton 1,39 1,52 1,74 2,05 2,44 2,91 3,47 4,11 4,84

Vr (velocidad máxima) ( KPH )

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Valores de Rt para i = ........% 0% 1% 2% 3% 4%

1,53 4433 1,68 4867 1,86 5394 2,06 5987 2,29 6673 2,54 7423 2,82 8267 3,12 9176 3,50 10318 64

7340 7774 8301 8894 9580 10330 11174 12083 13225 52

10247 10681 11208 11801 12487 13237 14081 14990 16132 43

13154 13588 14115 14708 15394 16144 16988 17897 19039 37

16061 16495 17022 17615 18301 19051 19895 20804 21946 31

5% 18968 19402 19929 20522 21208 21958 22802 23711 24853 28


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RELACION ENTRE Ftll y Rt 60000

50000 Ftll 40000

0%

Kg

1% 30000

2% 3% 4%

20000

5% 10000 0 0

10

20

30

40

50

60

70

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Velocidad (kph)

Cálculo del tonelaje máximo capaz de remolcar una Locomotora en rampas variables comprendidas entre 0 y 5 %o , para velocidades entre 0 y 70 kph tomadas de 10 en 10:

Ej: Loc. D.E. de N = 2450 CV Ftll = Rt

Pl = 107 ton

η = 0,8

Ftll = (rl + i ) . Pl + (rv + i ) . Q Ftll − (rl + i ) . Pl Q = (rv + i )

Ftll

para

V menor que Vc

Para V mayor que Vc También

Fa = 1000 . φ . Pa Ftll = 270 . N . η / V

Ftll − rl . Pl − i’ . Pl Q = rv + i’

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Veloc. kph

Ftll Kg

rl rv Kg/ton Kg/ton

Valores de Q (ton) para i' = ....% 0% 1% 2% 3% 4%

5%

10

53892

1,52

1,68

31982

20008

14542

11412 9384 7963

20

26946

1,74

1,86

14387

9319

6877

5440 4493 3823

30

17964

2,05

2,06

8614

5764

4318

3443 2858 2438

40

13473

2,44

2,29

5769

3983

3030

2437 2032 1739

50

10778

2,91

2,54

4121

2927

2258

1831 1535 1317

60

8982

3,47

2,82

3053

2226

1742

1424 1200 1033

70

7699

4,11

3,12

2327

1736

1376

1134

959

828

80

6737

4,84

3,5

1777

1358

1092

907

772

669

VALORES DE Q (ton) 35000 30000

Toneladas

25000

0% 1% 2% 3% 4%

20000 15000

5%

10000 5000 0 10

20

30

40

50

60

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Velocidad (kph)

Ftg = Ftll − rl . Pl Fuerza de tracción en el enganche (fuerza disponible para el remolque de la carga Q) .-

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Q / Pv = n

Pv = peso bruto de un vagón n = cantidad de vagones remolcados

Qu = n . Cn

Qu = carga útil remolcada por el tren Cn = carga neta de un vagón.

Rampa máxima Es aquella que puede superar un tren determinado (se conoce la locomotora y el peso remolcado), a una velocidad constante, y de valor también determinado.Si además, en el sector de la línea férrea que comprende la rampa máxima, existiese alguna curva, se deberá descontar el valor equivalente de esta al valor obtenido.Ejemplo: determinar la rampa máxima correspondiente a un tren traccionado por una Loc. D.E. de Pl = 107 ton N=1950 CV y rendimiento del 80%, remolcando una carga total de Q = 1600 ton a una velocidad constante de 30 kph. En el tramo existen curvas de R = 700 m, siendo la línea de trocha ancha.Ftll = Rt Ftll = rl . Pl + rv . Q + i’ ( Pl + Q ) Ftll − rl . Pl − rv . Q i’ =

= 6,16 %o Pl + Q 500 . t

rc =

= 1,20 Kg / ton

1,20 %o

R i máx = i’ − rc

= 4,96 %o

a) en curvas i máx = 4,96 %o

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b) en recta

i máx = 6,16 %o


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Variación de la rampa máxima en función de la velocidad del tren: Ftll = rl . Pl + rv . Q + i máx ( Pl + Q ) 270 . N . η / V − rl . Pl − rv . Q i máx = Pl + Q Ejercicio: calcular el valor de las rampas máximas para velocidades comprendidas entre 20 y 60 kph tomadas de 10 en 10 para el siguiente tren tipo: Loc. D.E. N = 1950 CV Pl = 107 ton η = 80 % Material remolcado Q = 2400 ton (vagones cargados) La velocidad mínima de circulación no debe ser menor que la velocidad crítica de la locomotora, pues por debajo de esta velocidad, se produce el patinaje (a plena potencia), por falta de suficiente adherencia, impidiendo el avance normal del tren.Generalmente se adopta como Vmín. una velocidad ligeramente mayor que la Vc para tener un margen de protección.-

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RAMPA MAXIMA imáx %o 7 6

i máx

5 4 3

i máx %o

2 1 0 -1

0

20

30

40

50

60

Velocidad (kph)

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Rampa de Inercia: Se trata de una rampa cuyo valor, supera al valor de la rampa máxima correspondiente a la velocidad mínima de circulación (1,1 Vc). Esto por supuesto para un tren determinado.En esta situación , la rampa podrá ser superada por el tren, si mediante el aporte de parte de su energía cinética alcanza a cubrir la diferencia energética.Para un tren determinado: se conoce la locomotora y el tonelaje remolcado, circulando a una velocidad constante V , la rampa máxima por la cual puede hacerlo es:

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Demostración mediante el siguiente ejemplo: tenemos un tren determinado ( locomotora y tonelaje remolcado conocido), como así también la velocidad de circulación (la que desarrolla el tren en la entrada al sector de rampa elevada).V1 = Ve (velocidad de entrada a la rampa) velocidad máxima de circulación al ingresar en la rampa.V2 = Vs (velocidad de salida al concluir el sector en rampa, es la velocidad mínima admitida en circulación normal, sin resbalamientos)

Esto indica que, mediante el poder de tracción de la locomotora (energía máxima que puede suministrar), no puede el tren subir el tramo de rampa Iin, pues debería hacerlo a velocidades menores a la crítica, lo cual provocaría resbalamientos.-

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Mientras la locomotora pueda suministrar una fuerza tractiva (Ftll) equivalente a la resistencia al desplazamiento del tren (Rt), la circulación se mantiene en forma sostenida. Pero cuando la Rt supera el valor de la Ftll, cosa que ocurre en nuestro caso en la rampa iIn, nos encontramos con que el tren no puede avanzar. El déficit de fuerza tractiva es Δ Rt = RtIn – Rt . siendo Rt = Ftll para cada velocidad entre V1 y V2

El tren al llegar al extremo A , lo hace con una velocidad Ve, y por este motivo posee la siguiente cantidad de energía cinética:

Esta energía cinética, puede en parte ser aprovechada transformándose en energía mecánica y sumarse a la suministrada por la locomotora, a los efectos de alcanzar el monto de energía necesaria para superar el tramo en rampa iIn .La cantidad de energía cinética que puede utilizarse, es la correspondiente a la diferencia entre la que poseía el tren, en la entrada a la rampa (Ve) y la que conserva en la salida de la misma (Vs). Tener presente que ha medida que el tren cede energía cinética su velocidad disminuye, aceptándose una reducción hasta un valor igual a 1,1 Vc (velocidad crítica) Como en la rampa iIn la velocidad varía, (disminuye) entre V1 y V2, el valor de imáx también varía entre el correspondiente para V1 y el correspondiente para V2.-

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Por lo tanto adoptamos para simplificar como imáx, el correspondiente a la velocidad media Vm = ( V1 + V2) /2 pero esto no es totalmente exacto, pues la Ftll varía hiperbólicamente y a su vez las resistencias específicas al avance lo hacen parabólicamente; sería exacto si las variaciones fueran lineales. Pero el adoptar esta simplificación nos da como resultado, valores que se encuentran siempre dentro del lado de la seguridad, y nos acercamos al valor exacto si utilizamos intervalos pequeños como veremos mas adelante.-

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Si la longitud real del sector en rampa iIn es igual o menor que L, el tren podrá superarlo sin problemas.También podemos verificar según las siguientes fórmulas:

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Ejercitación: calcular la longitud de inercia por variación de velocidades de entrada y salida, en una rampa del 12 %o , para el siguiente tren: η = 80 % α l = 1,30 Loc. N = 1950 CV Pl = 107 ton α v = 1,05 Ve = 60 kph Remolque Q = 1600 ton 1 - Determinación de la Vs

2 – Determinación del imáx para la velocidad mín V2:

Por lo tanto i = 12 %o solamente podría ser superada como rampa de inercia. 3 – Determinación de la longitud de inercia 3 . 1 – Para Ve = 60 kph y Vs = 50 kph

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3 . 2 – Para Ve = 50 kph y Vs = 40 kph


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3 . 5 – Longitud total de inercia Ve = 60 kph

y Vs = 20 kph

Esto nos indica que si la longitud real del tramo con rampa del 12%o es igual o menor de 1.810 metros, el tren puede superarla como rampa de inercia, ingresando a una velocidad de 60 kph .LONGITUD DE INERCIA 600

Metros

500 400 Li

300 200 100 0 25

35

45

55

Velocidad media (kph)

Ejercicio: Analizar si el siguiente tren tipo de cargas, puede superar una rampa del 8 %o en una longitud de 3 Km. Datos: η = 80 % α l = 1,30 Loc. N = 2.450 CV Pl = 110 ton αv = 1,04 Vag. n = 40 Pv = 70 ton φo = 0,30 Velocidad de circulación 40 kph coef. Adherencia FERROCARRILES


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Análisis: 1 – Determinación de la velocidad. mínima permitida:

2 – Determinación de la rampa máxima a velocidad mínima:

3 – Determinación de la velocidad mínima de entrada requerida:

4 – También se podría haber calculado la longitud de inercia

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5 – Modificaciones a introducirse en la formación del tren Se calcula el valor de Q (tonelaje remolcado), para el cual la rampa del 8 %o corresponde a la rampa máxima (i máx) , circulando a la velocidad mínima (21 kph).-

En esta situación, si la rampa es encarada a la velocidad de 40 kph, irá disminuyendo hasta 21 kph, continuando a esta velocidad el resto del trayecto.Por lo tanto parte de ese tramo en rampa del 8 %o, será circulado como rampa de inercia y parte como rampa máxima.-

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Ejercicio: Calcular la cantidad de vagones que puede remolcar una locomotora D.E., circulando a una velocidad máxima de 40 kph en el siguiente trazado:

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Rampas de auxilio: Cuando la rampa es superior a la rampa máx. circulando a Vmín, y no se alcaza a superarla como rampa de inercia, deberá ser tratada como rampa de auxilio. En este caso la solución puede ser mediante el uso de Doble tracción ó Subdivisión de tren.- Doble tracción: se trata del empleo de una segunda locomotora, que en el sector en cuestión, es acoplada a la titular del tren colaborando en la tracción del mismo. Verificación de poder transponer el sector a la velocidad mínima de circulación y remolcando los 34 vagones con 2.380 ton.

De este resultado también se concluye que el tramo a doble tracción , puede ser circulado a velocidad superior a la mínima; veamos hasta que valor:

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Este resultado nos indica que el tren en cuestión pude circular con una velocidad sostenida de 40 kph durante todo el trazado, con excepción del tramo de 5 Km con rampas de 12 %o, en el cual debe hacerlo a doble tracción a una velocidad sostenida de 28 kph. Este tren remolca 34 vagones con una carga toral de 2.380 toneladas.Alternativa: Si no hay problemas de tiempos de recorrido, como así tampoco de rotación o giro de material rodante y personal afectado, una alternativa muy interesante sería reducir la velocidad en los tramos de rampa determinante ( id = 3 %o ) a 30 kph (valor muy razonable), se lograría un mejor aprovechamiento del poder tractivo (mayor tonelaje remolcado), lo que posiblemente reduciría la cantidad de trenes a circular.1 – Determinación de Q para V = 30 kph y id = 3 %o

2 - Indudablemente en el tramo de 5 Km. con rampas de 12%o se deberá recurrir al auxilio de otra locomotora (doble tracción).De acuerdo a lo calculado anteriormente coincide (casualmente) con que a doble tracción se puede remolcar en el tramo en cuestión a una velocidad de 20 kph, 48 vagones, velocidad mínima para evitar deslizamientos por insuficiencia de adherencia (llanta – riel).FERROCARRILES


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De no haber habido coincidencia; si la cantidad es superior, no hay ningún problema; de ser inferior el tren deberá ajustarse a esta en todo su trayecto.-

División del tren: Una alternativa a la DOBLE TRACCIÓN es la subdivisión del tren en dos partes, y recorrer el tramo de rampa 12 %o en dos oportunidades. De acuerdo a lo calculado anteriormente, una sola locomotora circulando a la velocidad mínima ( 20 kph) . Puede remolcar 25 vagones cargados, lo que nos indica que el tren de 48 vagones se divide en dos partes de 24 vagones cada una, de forma que no existe ninguna dificultad de operar en esta forma. El problema se presenta por la cantidad considerable de tiempo y de ocupación de la vía que estas maniobras requieren.- Por consiguiente cuando se presenta situaciones como la descripta, se debe hacer un buen análisis antes de tomar decisión en la operatoria.-

ELECCIÓN DE LA RAMPA DETERMINANTE La adopción del valor de la rampa determinante, como se ha dicho al definirse como un parámetro básico del trazado, y se ha observado en los desarrollos posteriores, es sumamente importante. De su valor depende el aprovechamiento de la capacidad energética del equipo motriz y por lo tanto el poder de remolque de la locomotora. En principio la topografía del terreno nos impone rangos dentro de los cuales se encontraría su valor: -

En terrenos llanos, hasta el 5 %o En terrenos ondulados, entre el 5 y el 10 %o En terrenos accidentados, entre el 10 y el 15 %o En terrenos de montaña, superior al 15 %o

Un procedimiento muy conveniente, es el que permite determinar el valor a adoptar, mediante un análisis económico comparativo de la explotación del trazado.Indudablemente cuanto menor sea el valor de la rampa determinante adoptada, mayor será el aprovechamiento del poder tractivo de la locomotora, para el remolque de las cargas, y por lo tanto, menor la FERROCARRILES


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cantidad de trenes a circular para un mismo volumen de carga total, lo cual impone un menor gasto total de transporte. Pero paralelamente una menor rampa determinante, exige un mayor movimiento de suelos y/o una mayor cantidad de obras de arte a efectos de salvar desniveles y obstáculos, lo cual impone un mayor costo de construcción.Por lo expuesto se concluye, que la elección puede surgir de un balance económico entre las diferencias de capital a invertir y los montos anuales de gastos de explotación. Si las economías anuales, obtenidas con un trazado de menor rampa determinante, compensa en pocos años la mayor inversión que impone su construcción, este será elegido; en caso contrario se deberá optar por una rampa determinante mayor.En este balance económico, tiene fundamental importancia el volumen total anual a transportar, pues las economías anuales que se logren con una rampa determinante menor son directamente proporcionales al mismo. Así un transporte relativamente pequeño en general no justifica una inversión mayor, salvo que se presuma un significativo aumento futuro; mientras que un elevado transporte tiene muchas posibilidades de justificar la elección de una rampa determinante pequeña.Existe una fórmula polinómica que nos permite determinar aproximadamente el costo del tren-Km., con la cual se puede calcular el monto total de gastos a efectos del transporte anual previsto.El costo del tren-Km. depende de la formación del tren, la que a su vez depende del valor de la rampa determinante, por lo que se concluye que el costo del tren-Km. es función de la rampa determinante. La fórmula polinómica utilizada es la siguiente: G = a + b . N + c . E + d . ( Pl + Q ) ( $ / tren-Km ) a, b, c, y d son coeficientes fijos, determinados en función de un exhaustivo análisis de los gastos anuales de explotación de la Línea ferroviaria, en los distintos rubros y prorrateados a los trenes kilómetros realizados. Indudablemente no son totalmente constantes, sino que se modifican en función de los cambios que registra el parque de vehículos empleados, tanto tractivos como remolcados.a.= gastos del personal de conducción (maquinistas) y del tren (guardas); gastos de alistamiento, mantenimiento, reparaciones y amortización de las locomotoras.FERROCARRILES


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b.= gastos de formación y maniobras del tren, cargas y descargas de los vagones, maniobras en playas, desvíos de cruce, desvíos de espera, amortización y mantenimiento de la vía, etc. c.= gastos de reparaciones y mantenimientos del parque de vagones en los depósitos y en los talleres, amortización del parque, etc. d.= gastos administrativos, gastos de combustibles y lubricantes, relación potencia y trabajo realizado por la locomotora.N = cantidad de vagones que forman el tren E = cantidad de ejes remolcados Q = tonelaje total remolcado por el tren ( carga mas tara). Pl = peso de la locomotora.Ejemplo: En el proyecto de un ramal ferroviario de 500 Km de longitud, en terreno de LLANURA, se trata de elegir entre adoptar una rampa determinante del 5 %o y una del 3%o.Del estudio de factibilidad se determinó un trafico probable de 4.000.000 de ton / año de carga útil.El parque rodante disponible está compuesto por: Locomotoras D.E. de N = 2.400 CV Pl = 107 ton η = 80 % Vagones de 4 ejes, de 20 ton de tara y 50 ton de carga útil. En los tramos de rampa determinante se circulará a la velocidad mínima Vmín = 1,2 Vc , adoptando un coef. de adherencia φo = 0,25 .

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Ing. Luis Raúl FANUTTI - 100

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c – Comparación:

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LONGITUD VIRTUAL Con la planimetría del terreno y fijado el valor de la rampa determinante y el radio de curva mínimo, el proyectista puede, según los casos dibujar mas de un trazado, por lo que deberá optar en definitiva por uno de ellos, debiendo hacerlo por el más conveniente.Un procedimiento utilizado a tal fin, es el de comparar la denominada longitud virtual de ambos trazados. La longitud virtual es el trazado ideal de una vía en recta y horizontal equivalente a la longitud real, estableciéndose varios criterios de equivalencia, a saber: - Igualdad en el trabajo mecánico. - Igualdad en los gastos de explotación. - Igualdad en los tiempos de recorrido. - Igualdad en los gastos de tracción (energía consumida). Veamos por ejemplo este último, que consiste en comparar el consumo energético en el transporte de cargas en cada uno de los posibles trazados, y elegir el de menor longitud virtual.Para la determinación de la longitud virtual, es necesario primero determinar la energía consumida en las rampas y en las curvas.a) TRABAJO EN LAS CURVAS Consideramos la circulación de un vehículo de carga unitaria es decir 1 ton

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b)

RAMPA NO NOCIVA

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c) RAMPA NOCIVA

d) LONGITUD VIRTUAL (fórmula general )

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d) LONGITUD VIRTUAL (fórmula simplificada)

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e) LONGITUD VIRTUAL PONDERADA

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Ejercicio: El proyectista de una línea férrea de trocha ancha que debe unir los extremos A y B , respetando una rampa determinante de 5%o. Ha dibujado FERROCARRILES


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dos posibles trazados. Se desea saber cual es el más conveniente de acuerdo al consumo energético.-

Tren tipo a circular: Loc. D.E. Pl = 107 ton N = 1.950 CV η = 0,80 Vagones: Tara = 15 ton Carga neta = 45 ton Velocidad de circulación 40 kph 1 -. El tonelaje remolcado será igual en ambos sentidos . Qi = Qv 2 - Ida cargado, regreso vacío.

Qi = 60 ton

Qv = 15 ton

3 - Ida vacío, regreso cargado.

Qi = 15 ton

Qv = 60 ton

Cálculos: Determinación de la carga a remolcar:

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Igual carga en ambos sentidos: más conveniente resulta el trazado Nº 1 Cargado en el viaje de ida y vacío en el regreso: resulta más conveniente el trazado Nº 2 Vacío en el viaje de ida y cargado en el regreso: resulta más conveniente el trazado Nº 1

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ESTRUCTURA DE LA VIA La estructura de la vía ferroviaria se compone de dos partes: infraestructura y superestructura, siendo su contacto el “plano de formación”.Infraestructura: forman parte de ella el caballete de suelos compactados, los desagües y las obras de arte: puentes y alcantarillas, como así también los túneles, cobertizos, muros de contención, viaductos, etc.La infraestructura ferroviaria, en general es similar a la correspondiente a las obras viales; por lo que lo estudiado en construcción de caminos vale para el ferrocarril (estudio y movimiento de suelos, cálculo, valor soporte, composición, compactación, drenajes, etc.). – Las condiciones que debe cumplir la infraestructura son: a - Capacidad resistente para absorber las cargas que le transmite la superestructura y el peso dinámico de los trenes.b - La superficie del plano de formación debe ser plana para el correcto apoyo de la superestructura.c - Debe facilitar un correcto drenaje de las aguas de lluvias.-

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Dimensiones: Trocha ancha

Trocha media

Trocha angosta

t

1,676 m

1,435 m

1,000 m

a

2,70 m

2,50 m

2,00 m

b

3,40 m

3,20 m

2,70 m

c

4,25 m

4,05 m

3,55 m

d

5,60 m

5,30 m

4,40 m

Trocha ancha

Trocha media

Trocha angosta

e

4,20 m

4,20 m

3,80 m

f

7,60 m

7,40 m

6,50 m

g

9,80 m

9,50 m

8,20 m

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SUPERESTRUCTURA Banquinas: ancho mínimo 2,00 m Zanjas o cunetas: profundidad mínima 25 cm ancho mínimo 30 cm Terraplén: altura mínima 40 cm Inclinación en terraplén para tierra 2 : 3 de taludes: para tosca 1 : 1 FERROCARRILES


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en desmonte para tierra suelta 2 : 3 para tierra dura 1 : 1 para tosca 3 : 2 para roca 4 : 1 en plano de formación 1 : 50 a 1 : 100 Este dimensionamiento se refiere a valores límites en general. Para los casos en que existan restricciones en la zona de vía, y no puedan respetarse los valores indicados, es necesario efectuar construcciones especiales, como ser muros de contención, etc. El computo de movimiento de tierra es idéntico al visto en caminos, (diagrama de Bruckner), como así también su tratamiento en lo que hace al suelo empleado y su correspondiente compactación.El ferrocarril trata en todo lo posible, que la vía se encuentre en terraplén, esto es a los fines de alejar el plano de formación lo más posible del contacto con las aguas de lluvias y su posterior humedad residual; con objeto de lograr protegerlo de los deterioros que el agua causa, por reducción del poder soporte del suelo compactado.En los sectores en terraplén, las aguas de lluvia se escurren rápidamente hacia las zanjas o cunetas alejándose de la zona de vía, por lo que el plano de formación se seca rápidamente como así también las capas de suelo compactado, conservando la infraestructura el poder soporte adecuado a las solicitaciones de la superestructura.Los desmontes corren el riesgo, si no cuentan con las obras de protección correctamente conservadas, especialmente en pasos a nivel, de transformarse durante las lluvias en canales de escurrimiento, lo que ocasiona serios inconvenientes a la vía, con el agregado de conservar una elevada humedad durante mucho tiempo, especialmente en temporada invernal.La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas de suelo son obligadas a estar mas en contacto las unas con las otras, mediante una reducción del índice de vacíos, empleando medios mecánicos, lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades mecánicas. La importancia de la compactación de suelos estriba en el aumento de la resistencia y disminución de la capacidad de deformación, que se FERROCARRILES


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obtiene al someter el suelo a técnicas convenientes, que aumentan el peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. Por lo general, las técnicas de compactación se aplican igual en terraplenes para caminos y ferrocarriles.Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; en los materiales como la arena, los métodos vibratorios son los más eficientes, en tanto que en suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso. En la práctica, estas características se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos y patas de cabra. Los fundamentos de la compactación reconoce que el agua juega un papel importante, especialmente en suelos finos. Es así como existe un contenido de humedad óptima para suelos finos, para el cual el proceso de compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen, es decir, un peso específico seco máximo. Para bajos contenidos de humedad, el agua está en forma capilar produciendo compresiones entre las partículas constituyentes del suelo, lo cual tiende a la formación de grumos difícilmente desintegrables que dificultan la compactación.

El aumento del contenido de humedad hace disminuir esta tensión capilar en el agua, haciendo que una misma energía de compactación produzca mejores resultados. Si el agua es tal que se tienen parte importante de los vacíos llenos de agua, esta dificulta el desplazamiento de las partículas de suelo produciendo una disminución en la eficiencia de la compactación. Por esta razón se habla de una humedad óptima para suelos finos, para el cual FERROCARRILES


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el proceso de compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen. La eficiencia de cualquier equipo de compactación depende de varios factores y para poder analizar la influencia particular de cada uno, se requiere disponer de procedimientos estandarizados que reproduzcan en laboratorio la compactación que se puede obtener in situ con el equipo disponible. De entre todos los factores que influyen en la compactación, podría decirse que dos son los más importantes: el contenido de agua del suelo, antes de iniciarse el proceso de compactación y la energía específica, empleada en dicho proceso. Por energía específica se entiende la energía de compactación suministrada al suelo por unidad de volumen. La secuencia práctica para definir las características del proceso que resultará en una compactación óptima, es la siguiente: cuando se va a realizar una obra en la que el suelo vaya a ser compactado, se obtienen muestras de suelo que se van a emplear, sometiéndolas en laboratorio a distintas condiciones de compactación hasta encontrar alguna que garantice un proyecto seguro y que a la vez pueda lograrse económicamente, con la maquinaria existente. En el terreno se reproducen las condiciones de laboratorio adoptadas para el proyecto y, finalmente una vez iniciada la construcción se verifica la compactación lograda en el terreno con muestras elegidas para comprobar si se están satisfaciendo los requerimientos del proyecto. En resumen, el propósito de un ensayo de compactación en laboratorio, es determinar la correcta cantidad de agua de amasado a usar cuando se compacte el suelo en terreno, y el grado de compacidad que puede esperarse al compactarse el suelo en este grado de humedad óptimo. Para cumplir este propósito, un ensayo de laboratorio debe considerar una compactación comparable a la obtenida por el método que se utilizará en terreno. Los beneficios de la compactación son: - a) Aumenta la capacidad para soportar cargas. - b) Impide el hundimiento del suelo. - c) Reduce la penetración del agua. - d) Reduce el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del suelo durante la estación seca. El tratamiento del suelo a compactar, la determinación del peso específico seco y su humedad óptima se establece por medio del ensayo Proctor.-

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118 ENSAYO PROCTOR

Actualmente existen varios métodos para reproducir, al menos teóricamente, en laboratorio las condiciones dadas de compactación en terreno. Históricamente, el primer método es el debido a Proctor y es conocido como prueba Proctor estándar; existiendo también una variación denominada prueba Proctor modificado, en el que se aplica mayor energía de compactación que el estándar, siendo este el que esta más de acuerdo con las solicitaciones que las modernas estructuras (obras de arte) imponen al suelo. El ensayo Proctor es un ensayo de compactación de suelo, que tiene como finalidad obtener la humedad óptima de compactación de un suelo, para una determinada energía de compactación. La humedad óptima de compactación es aquella humedad (en % de agua), para la cual la densidad del suelo seco es máxima; es decir que cantidad de agua que le tenemos que añadir a un suelo, para obtener la máxima compactación con una energía determinada. Para encontrar este parámetro, lo que hacemos es realizar 4 o más ensayos, con un mismo suelo (uno por saco de muestra preparada) pero con diferentes humedades, de forma tal que después de haber realizado las compactaciones, obtendremos 4 o más densidades de este suelo para las 4 o mas humedades diferentes, no obstante estas no son las humedades óptimas, pero si podemos usarlas para obtener la humedad óptima mediante interpolación. Es decir que situando los 4 o más valores obtenidos, en una gráfica, Densidad respecto al % de humedad obtendremos 4 o más puntos que nos permitirán trazar una curva, de manera que el punto más alto de la misma será el de mayor densidad y por tanto el de la humedad óptima.

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El control de la compactación se puede hacer mediante ensayos destructivos y no destructivos.Los destructivos consisten en la toma de la muestra con determinación en sitio del volumen extraído; y en laboratorio se determina la densidad de suelo seco y la humedad.-

Los ensayos no destructivos se realizan mediante un nucleodensímetro y el empleo de Isótropos radioactivos que nos permiten en FERROCARRILES


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situ la determinación de la densidad y la humedad sin pérdida de tiempo. Este es un método moderno y de empleo reciente,-

Cálculo del límite líquido, límite plástico y índice de plasticidad: Se entiende por límite líquido, la humedad que tiene un suelo amasado con agua y colocado en una cuchara de Casagrande, cuando el surco realizado con un acanalador que divide esta masa en dos mitades, se junta a lo largo de su fondo en una distancia de 13mm (1/2 ´´) después de haber dejado caer 25 veces la cuchara, desde una altura de 10mm con una cadencia de 2 golpes por segundo. Para realizar este ensayo, usamos muestra de tamaño inferior al tamiz 0.5 (básicamente arcillas) y la amasamos usando espátulas, después llenamos la cuchara y le hacemos un surco con el acanalador normalizado. Una vez hecho el surco, vamos contando los golpes que le damos a la cuchara mediante la manivela, y no paramos de dar golpes hasta que las dos mitades separadas por el surco se toquen, o que el número de golpes sea mayor de 40 (muestras casi secas). Este proceso lo repetiremos 3 veces, y en el primero deberemos obtener un valor de golpes cercano a 20, en el siguiente un valor cercano a 25, y en el último un valor alrededor de 30 golpes. Para cada cuchara llena tomaremos un poco de muestra, y la introduciremos en una cápsula para determinar su humedad. Después proyectamos en una gráfica el número de golpes respecto la humedad registrada cada vez, y obtendremos una recta en la cual interpolaremos los 25 golpes para conocer el límite líquido.-

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Para calcular el límite plástico usamos el resto de la masa que hemos utilizado para calcular el límite líquido, y con esta haremos unos cuantos fideos de barro sobre un cristal esmerilado, lo que lleva a secarlos a medida que los vamos amasando.Cuando vemos que el barro de los fideos se empieza a agrietar, querrá decir que el barro ya empieza a estar seco, aquí es donde procedemos a colocarlos dentro de una cápsula con el fin de determinar más tarde su humedad.Después de haber llenado las tres cápsulas de esta manera, y de haber calculado sus respectivas humedades, hacemos la media aritmética de los tres valores y obtendremos el límite de plasticidad.. El índice de plasticidad lo obtenemos haciendo la resta del límite líquido y del límite plástico.-

DRENAJE: Una de las condiciones básicas que debe cumplimentar un buen proyecto consiste en: la rápida evacuación de las aguas en la zona de vía. Los criterios y las soluciones empleadas son similares a las que se adoptan en los proyectos viales.En principio la evacuación de las aguas se realiza por medio de zanjas o cunetas laterales, cuyas secciones, pendientes y revestimientos, dependen de la topografía general, del tipo de suelos, desagües naturales, etc., como así también de obras de defensas de la infraestructura por la presencia de ríos, lagunas, bañados, etc.-

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En las Estaciones y Playas de maniobras, el desagüe se efectúa por medio de zanjas y/o drenes, longitudinales y transversales según las dimensiones de las mismas.-

OBRAS DE ARTE: Se designan con el nombre de obras de arte, a todas aquellas obras que son necesarias en la construcción de la vía, pero que no forman parte de los elementos básicos descriptos en la estructura de vía. Ejemplo: alcantarillas, puentes, viaductos, túneles, muros de contención, cobertizos, etc. La mayor parte de las obras de arte las constituyen las alcantarillas y los puentes; las primeras tienen como única finalidad la evacuación de las aguas y el cruce de la vía en cursos de agua de poco caudal; mientras que los puentes son empleados indistintamente en el cruce con cursos de agua de elevado caudal y en los cruces a distinto nivel con otras vías o caminos.Las alcantarillas se encuentran dentro de las denominadas obras de arte menores. Cuando son a cielo abierto están constituidas generalmente por una viga o tablero de acero u hormigón, apoyada sobre estribos de hormigón armado, y su fondo constituido por una platea del mismo material. En el caso de entubamientos, estos pueden ser de mampostería o tubos de hormigón, aceros, etc. –

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OBRAS DE ARTE MAYORES Las obras de arte mayores empleadas en la construcción de ferrocarriles son: Metálicos Puentes Hormigón armado De tablero inferior

generalmente sobre estribos

De tablero superior

y pilares de Hº Aº

Metálicos

De hormigón armado - elementos pretensados Viaductos Túneles Cobertizos

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PUENTES: Pueden ser de Tablero inferior o “Cerrados”, cuya sección mínima debe ser compatible con el gálibo correspondiente a la trocha, y también de Tablero superior, llamados también puentes “Abiertos”. Los puentes ferroviarios en nuestro país, son generalmente metálicos, reticulares y construidos por tramos que apoyan sobre pilares y estribos de Hº Aº y/o mampostería; pueden salvar luces importantes.-

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Las nuevas técnicas han impuesto el uso del hormigón pretensado por razones de costo, implementando los tramos del puente por medio de vigas pretensadas de grandes luces o elementos prefabricados de hormigón pretensado, como estructura resistente.-

VIADUCTOS: Generalmente utilizados en zonas urbanas, como así también muy empleados en ferrocarriles de montaña. Las estructuras de los viaductos pueden ser metálicos o de hormigón; antiguamente se construían también de mampostería formando bóvedas.-

TUNELES: Son muy empleados en los ferrocarriles de montaña. Los túneles construidos en sectores de roca estable y resistente, se los hace sin revestimiento; mientras que cuando no se dan estas condiciones deben ser revestidos. La estructura y característica del revestimiento es función del empuje lateral y vertical que ejerce el manto del terreno, como así también de la sección transversal.-

COBERTIZOS Son una especie de túneles artificiales utilizados en ferrocarriles de montaña, para proteger a los trenes de la acción de las nevadas, aludes y derrumbes, sirviendo además para preservar la vía en aquellos sectores donde hay posibilidades de deslizamientos en laderas.Los cobertizos de protección de nevadas, son construidos generalmente con estructuras metálicas o de madera y revestidos con chapas de hierro, mientras que los restantes son de hormigón armado.-

SUPERESTRUCTURA DE LA VIA FERREA Se denomina así al conjunto de elementos de la vía que se encuentran sobre el plano de formación, y que básicamente son: el balasto, los durmientes y los rieles.Si bien se ha ensayado colocar los rieles sobre vigas longitudinales continuas, nunca se llegó a un resultado definitivo al respecto; de modo que esta solución quedó reservada a puntos especiales de la vía; obras de arte, FERROCARRILES


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fosas de revisión, pasajes a nivel, aparatos de vía, etc. Se ha ensayado también la vía sobre platea de hormigón, sea sobre vigas longitudinales, sea sobre paños o losas, sin que se tengan resultados definitivos al respecto.En la vía clásica cada elemento juega su rol: ▬ Los rieles sirven de soporte y guía de las ruedas. ▬ Los durmientes sirven de apoyo a los rieles, mantienen la trocha y transmiten las cargas al balasto. ▬ El balasto sirve de apoyo a los durmientes y permite repartir los esfuerzos al caballete de suelos compactados, además de asegurar la rápida evacuación de las aguas de lluvia. La vía en su conjunto debe ser resistente y flexible para soportar los esfuerzos que la solicitan. Tenemos esfuerzos normales, como el peso de los vehículos en movimiento y las fuerzas centrífugas que tienen lugar en las curvas, como así también esfuerzos anormales que resultan de los siguientes fenómenos: 1). El juego entre las ruedas y el hongo del riel, necesario para evitar frotamientos exagerados y para permitir la inscripción en las curvas. 2). Las irregularidades propias de la vía (aumentadas cuando la conservación no es muy cuidadosa) consistentes en desniveles longitudinales y transversales, que provocan esfuerzos de impacto por los choques que experimentan los pesos no suspendidos. 3). Las oscilaciones o movimientos parásitos de los vehículos, que se traducen en movimientos lineales y de rotación alrededor de los ejes longitudinal, transversal y vertical.Estos movimientos dan origen a fuerzas de naturaleza periódica, que son transmitidas a las vías por intermedio de los resortes y las ruedas.Como puede apreciarse, hay una gran variabilidad en las condiciones de trabajo de la vía, y por lo tanto el análisis de las solicitaciones es muy complejo, por lo que el dimensionamiento de los elementos de la superestructura es realizado mediante fórmulas empíricas experimentales, aunque como condición general se puede indicar: ▬ que la vía debe ser sólida, robusta y resistente FERROCARRILES


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▬ debe ser elástica en su conjunto ▬ debe tener continuidad longitudinal y transversal Previo al análisis de las solicitaciones y cálculo de vías, se describen sus elementos constitutivos y sus características.-

RIELES: Es el elemento (perfil) de acero cuya función es soportar el peso de los vehículos y guiar sus ruedas. En su extremo superior (denominado hongo o cabeza), tiene una banda de rodamiento, sobre la cual se desplaza el tren.En un principio fueron simples barras de fundición, de pocos metros de longitud, reposando sobre dados de piedra.Posteriormente fueron reemplazados por barras de hierro de diversas secciones, entre ellas la “Te invertida”, siendo finalmente adoptado como único material el acero.El perfil fue modificándose y adaptándose a las condiciones de trabajo, hasta concluir en el denominado perfil “ VIGNOLE” .

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El perfil VIGNOLE consta de tres partes: la superior denominada “Hongo” ó cabeza, suministra la banda de apoyo y rodamiento sobre la cual se desplazan las ruedas de los vehículos. La inferior denominada "Patín” ó base, constituye el apoyo sobre los durmientes, ensanchándose para resistir adecuadamente el vuelco y aumentar la superficie de transmisión de la carga, para compatibilizarla con las resistencias admisibles de los durmientes; y finalmente el sector medio, denominado alma, une las dos anteriores.El perfil Vignole cumple los requisitos básicos exigidos para el transporte ferroviario, pues presenta una buena superficie de rodamiento con excelente resistencia, una buena base de apoyo, que además permite una adecuada y segura fijación; y una vinculación correcta entre ambos sectores. Además ofrece en su conjunto un muy aceptable módulo resistente; debe tenerse presente que el riel trabaja como una viga continua, apoyada en viguetas (los durmientes) y apoyos elásticos.-

El hongo o cabeza del riel constituye aproximadamente el 45 % de su sección total, debiendo presentar como condición indispensable una alta resistencia al desgaste. Además para mejorar esa condición y reducir las resistencias al avance, la superficie de rodamiento tiene una ligera curvatura, por lo que el contacto entre rueda y rieles se produce en una superficie reducida. Con el uso, el hongo se desgasta, llegando a un límite en el cual debe considerarse terminada la vida útil del riel, debiendo ser reemplazado; existen tres criterios para considerar el valor límite de desgaste: 1- Cuando la altura del hongo se ha reducido en 15 mm 2- Cuando la sección del hongo se ha reducido en un 25 % 3- Cuando la pérdida de peso del riel supera el 10 % El alma abarca aproximadamente el 20 % de la sección del perfil, su condición estructural es la de tener estabilidad al volcamiento por solicitaciones laterales que produce la circulación del material rodante. Para reducir la concentración de tensiones, las vinculaciones con el hongo y con el patín son curvas, como así también su espesor que se ensancha ligeramente hacia el patín.El patín constituye el 35 % de la sección, debe ser robusto y sólido ya que sobre él están aplicados los sistemas de fijación al durmiente.FERROCARRILES


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Cabe consignar que durante un período se dio en utilizar también un riel cuyo perfil era doble hongo (Stephenson), con la idea de ser dado vuelta (invertido), cuando el hongo en uso llegaba al límite de desgaste; pero ello en la práctica nunca se pudo hacer, pues una vez que el hongo en uso había llegado al límite de desgaste, el otro hongo (inferior) se encontraba corroído y en muchos casos machucado en correspondencia con los cojinetes de apoyo, de modo que no podía servir como banda de rodamiento.Los rieles son construidos en cuanto a sus longitudes de diversas medidas, pero la más común fue de 12,189 metros; actualmente los rieles utilizados en nuestro país, de fabricación local, tienen una longitud de 18 metros.-

En cuando en su sección transversal, si bien en su totalidad se adoptó el perfil Vignole, existen de distintas dimensiones, identificándose en función del peso del riel por unidad de longitud. Así tenemos una variedad importante, siendo los empleados en nuestros ferrocarriles los siguientes: - de 42,16 Kg/m ( 85 Libras / yarda) BSR - de 49,6 Kg/m ( 100 Libras / yarda) BSR - de 50,63 Kg/m U.36 ( de diseño francés SNCF) Este último de origen francés y con longitud de 18 metros, comenzó a ser fabricado en el país a partir del comienzo de la década del 70 y fue el empleado en las construcciones y renovaciones llevadas a cabo por ferrocarriles Argentinos a partir de esa fecha.Cabe consignar que recientemente en renovaciones y ampliaciones realizadas y programadas en el sistema metropolitano de Buenos Aires, se han empleado rieles importados del tipo denominado UIC 54, cuya característica es de 18 metros de largo y de 54,43 Kg/m calidad 9000A.FERROCARRILES


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El material empleado en su fabricación es un acero especial, que debe reunir condiciones adecuadas de tenacidad y resistencia, a los efectos de soportar correctamente las tensiones originadas por las cargas transmitidas por el material rodante y al desgaste por rodadura de los vehículos. Los rieles están sometidos a esfuerzos múltiples, y además deben ser resistentes a la oxidación ya que se encuentra permanentemente a la intemperie y sin aplicaciones antioxidantes. Esto hace que al acero se le agreguen componentes, que mejoren sus condiciones y pueda responder a todas estas exigencias.-

Los principales agregados son el manganeso, el silicio, el tungsteno, etc., en proporciones que varían según el proceso de fabricación; Siemens-Martin, Thomas, Bessemer, etc. Las especificaciones señalan para los rieles comunes las siguientes composición química: Carbono de 0,40 a 0,5 Silicio de 0,1 a 0,25 % Resistencias:

Manganeso de 0,8 a 1,2 % Fósforo y Azufre máximo 0.06 %

σrot mín. = 70 Kg/mm2 = 7.000 Kg/cm2

≈ 700 MPa

Adoptando coeficientes de seguridad C = 4 FERROCARRILES


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Nos da

σ adm = 17,5 Kg/mm2

= 1.750 Kg/cm2 ≈ 175 MPa

Para comparar y evaluar tipos de rieles, y características de diseño se consideran los siguientes coeficientes:

Los principales factores que influyen en el desgaste de los rieles son los siguientes: - Velocidad de circulación - Peso por eje de los vehículos - Intensidad de tráfico - Sinuosidad del trazado - Rampas - Frenados - Estado del material rodante De acuerdo a estudios realizados, se han extraído las siguientes cifras de toneladas brutas circuladas, para producir un desgaste de un milímetro de hongo de riel: Trazado

Rampa %o

Radios (m)

Millones de ton.

Montaña

15 a 25

200 a 500

1 a 2

Accidentado

10 a 15

500 a 800

2 a 4

Ondulado

5 a 10

800 a 1000

6 a 7

Llanura

0 a 5

más de 1000

10 a 20

También tienen mucha influencia el tipo de clima, los suelos en que esta asentada la vía y principalmente el tipo de conservación.-

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Los rieles de las curvas son los más solicitados, de forma tal que su duración se encuentra en alrededor del 25 % respecto de los rieles en recta.En Europa y en los EEUU se están empleando actualmente entre otros los siguientes rieles:

DURMIENTES Los durmientes o traviesas, son los elementos en los cuales se apoyan los rieles; su función estructural es la de viguetas que soportan la viga principal (riel) y transmiten las cargas a un apoyo continuo (balasto).FERROCARRILES


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Sus funciones son las siguientes: ▬ Recibir las cargas de los rieles y transmitirlas al balasto ▬ Mantener la trocha de la vía ▬ Dar a los rieles una inclinación conicidad de la llanta

(1:40) para acompañar la

Este triple rol, permite definir las cualidades que deben cumplir los durmientes: ▬ Dureza y resistencia a la rotura y al aplastamiento. ▬ Posibilidad de adoptar un sistema de anclado preciso del riel. sólido y fácilmente reparable. ▬ Resistencia al arranque de los anclajes. ▬ Resistencia a los agentes atmosféricos. ▬ Peso adecuado y bajo costo. Al actuar como zapatas de distribución de las cargas al balasto, debe poseer una superficie de asiento adecuada al poder resistente de éste, como así también de su propio aplastamiento al transmitir la carga.En lo que hace a su longitud, la misma se encuentra normalizada en función de la trocha y del material con que está construido. En los durmientes de madera (en nuestros ferrocarriles el quebracho) una longitud muy grande o muy pequeña, es contraproducente, pues puede producirse las siguientes deformaciones:

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Determinación analítica de la longitud de los durmientes a efectos de lograr una reacción uniforme del balasto, de forma tal que la elástica sea aproximadamente una línea recta, es la siguiente:

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Simultáneamente en Laboratorio, se han hecho los ensayos correspondientes a los mismos fines, la determinación de la longitud optima, obteniéndose valores experimentales. A ambas determinaciones (analítica y experimental), se suma la observación del comportamiento de los durmientes en las vías construidas y en explotación a lo largo del tiempo. Con estos valores y experiencias, se han establecido las longitudes reglamentarias estándar, correspondientes a cada trocha empleada.Según el material empleado los durmientes pueden ser de:

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▬ Madera ▬ Hormigón Armado tensado ▬ Mixtos ( extremos de Hº Aº unidos por perfiles de acero) ▬ Acero (actualmente no se emplean más) ▬ Fundición (actualmente no se emplean más)

DURMIENTES DE MADERA: Los ferrocarriles argentinos, se encuentran en un altísimo porcentaje, implementado con durmientes de madera; salvo pequeños tramos, en los que se encuentran aún durmientes de acero ( barrilones), y algunas vías de playas con durmientes de fundición ( copas o tortugas).Son en general más económicos, no son conductores eléctricos, amortiguan bien los impactos y los sonidos, y tienen un buen coeficiente de rozamiento. Además nuestro país cuenta con una madera excelente para estos fines: el quebracho.Es un prisma rectangular cuyas dimensiones reglamentarias son las siguientes: 24 cm de ancho, 12 cm de altura ( en aparatos de vía, alcantarillas y puentes de 15 cm) y longitud en función de la trocha: ▬ Para trocha ancha. 2,70 metros ▬ Para trocha media: 2,50 metros ▬ Para trocha angosta: 2,00 metros

La cara superior debe ser cortada a sierra, en tanto que las laterales y la inferior pueden ser talladas al hacha.En la elección de la madera, no solo entran razones técnicas (dureza, durabilidad, etc.), sino también deben considerarse las posibilidades locales y nacionales. Así es como, si bien no se discuten las propiedades FERROCARRILES


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excelentes del quebracho, se utiliza también el algarrobo, el eucaliptos, el roble, la acacia, el haya, etc.. En nuestro país se empleó y emplea exclusivamente el quebracho en sus dos variedades, el colorado y el blanco.El quebracho colorado se emplea sin ningún otro tratamiento que el secado, pues a su extraordinaria dureza agrega condiciones de muy larga vida (40 a 60 años), antes que los agentes externos (atmosféricos y bacteriológicos) lo afecten, terminando con su vida útil.El quebracho blanco, de dureza un poco menor, presenta el inconveniente común a las restantes maderas, la de ser afectadas por los agentes externos (atmosféricos y bacteriológicos), lo que da lugar a la necesidad de ser tratados con sustancias que impidan o amortigüen estos efectos nocivos.En general, es necesario tratar los durmientes de madera siguiendo el siguiente orden en las operaciones: -disecación – tallado – entallado y agujereado – impregnado (excepción quebracho colorado).La disecación tiene lugar, por lo general al aire libre, en pilas bien aireadas durante un tiempo de entre 4 y 12 meses, según el tipo de madera.-

Talla y agujereado: Sobre la cara superior se entalla el sector donde va apoyado el patín del riel con una inclinación de 1:40 , que es la que tendrá el eje del riel una vez colocado. Esta operación tiene lugar cuando se adopta un sistema de fijación directo, o sea utilizando clavos o tirafondos, con o sin clepes; no así cuando se emplean silletas o placas de asiento. El agujereado se practica simultáneamente al entallado.FERROCARRILES


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Impregnación: Con el fin de prolongar la vida útil de los durmientes, salvo en el caso del quebracho colorado, que por sus características es casi imputrescible, se le debe impregnar con una sustancia antiséptica que los preserve de la acción del tiempo y de los agentes bacteriológicos. Para ello los productos de impregnación deben cumplir una serie de condiciones: - facilidad de penetración uniforme en la masa de la madera - poder antiséptico máximo y permanente, pese a los continuos lavados por la acción de las lluvias - no afectar las condiciones mecánicas de la madera - no atacar las partes metálicas en contacto con el durmiente - no producir emanaciones tóxicas - conservar las propiedades dieléctricas de la madera Luego de numerosos ensayos con cloruro de zinc, bicloruro de mercurio, sulfato de hierro, fluoruro de sodio, etc., se optó finalmente por la creosota, que es un aceite de alquitrán de hulla, obtenido en los hornos de cokización de las siderurgias, la que demostró reunir todas las condiciones exigidas, y además ser relativamente económica.Existen básicamente dos métodos para impregnar: Procedimiento Bethell o célula llenada al vacío: La operación se realiza en autoclaves que pueden almacenar hasta 400 durmientes. Consiste en extraer la savia residual y gases que aun contiene la madera luego de su secado; lo que se logra mediante un ambiente de vacío consistente en una depresión de aproximadamente 65 cm de columna de Hg. Para luego introducir el antiséptico a una presión de hasta 3 Kg/cm2 (3 atm.), manteniéndose en esta condición durante 4 ó 5 horas.-

Procedimiento Ruping: Colocados los durmientes en el autoclave, se efectúa un aumento de presión cuyo valor y duración depende del tipo de madera; luego se introduce el antiséptico caliente con aumento de presión, de modo que penetre forzadamente en la madera. Esta situación se mantiene durante un tiempo de 2 horas, para luego descomprimir a presión normal. De esta forma por la acción FERROCARRILES


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del aire comprimido que ha quedado en la madera, parte del antiséptico es rechazado, pero la experiencia indica que lo que queda es suficiente. Se obtiene de esta manera una economía del orden del 40 % con respecto al procedimiento anterior.-

Durmientes de Hº Aº Fueron dos las razones que dieron origen al empleo de los durmientes de Hº Aº: uno el elevado costo que fueron adquiriendo los de maderas duras, fundamentalmente producidos por el decrecimiento de las reservas de este tipo de madera; y el otro motivo lo originó la adopción de los trenes de muy alta velocidad (T.G.V.), que necesitan superficies de rodamiento sin interrupciones (juntas de dilatación), que requieren rieles largos soldados (R.L.S.), los que debido a su imposibilidad de dilataciones y contracciones por efectos de variación de temperaturas, deben soportar importantes tensiones internas (axiales), de tracción y/o compresión, donde esta última tiende a posibilitar flexiones laterales (pandeo), con peligro de deformaciones de la vía, requiriendo a efectos de evitarlas una mejor fijación y anclaje, lo que se logra con durmientes de Hº Aº ya que su peso mas que duplica al de madera. También impulsó su uso la aplicación de la tecnología del pretensado, que mejora grandemente su comportamiento en las funciones que debe cumplir.En general se tienen dos tipos de durmientes de Hº Aº: los denominados mixtos o biblok , y los monolíticos o monoblock.Durmiente mixto Consiste en dos bloques de hormigón pretensado unidos por medio de uno o dos perfiles de vinculación. Los franceses idearon el sistema Vagneaus Sonneville, que se los identifica como durmientes “RS”.Son relativamente livianos y resisten bastante tiempo a condición de que no deban soportar un tráfico ni muy pesado no muy rápido.-

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Durmiente monobloque o monolítico: Tiene un aspecto bastante parecido al durmiente normal de madera: pueden ser de hormigón pre ó post tensando.Son bastante pesados, para trocha ancha alrededor de 220 Kg, contribuyen a conformar una vía sólida, en la cual incluso se puede disminuir el espesor de balasto. Con apoyo directo del riel, se comprobó que las vibraciones y los choques repetidos sobre todo en las juntas de dilatación, producen disgregaciones superficiales.Para evitar este inconveniente se introdujo la colocación de una placa de asiento o silleta de acero, anclada en el hormigón, e incluso para mejorar aún más la situación se interpone una placa elástica de pequeño espesor entre la silleta y la base del patín del riel; entre otros suele usarse el neopreno.El principal problema de los durmientes de hormigón armado, residió en el anclaje del riel. Muchas posibles soluciones fueron estudiadas, cada una de ellas presentaron sus inconvenientes, entre ellas podemos mencionar las siguientes: - Agujeros fileteados en el mismo hormigón - Vainas de acero incrustadas en el hormigón - Cuñas de madera incrustadas en el hormigón y mantenidas trabadas con la armadura.

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- Placas de asiento (silletas) empotradas en el durmiente. Siendo esta la única empleada actualmente, por ser la más eficiente, tanto en su función como en su duración.

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Este tema ha sido la causa principal que ha retrasado en parte su empleo, solucionado mediante la adopción de las placas de asiento (silletas).-

DURMIENTE DE HORMIGÓN PRETENSADO MONOBLOQUE Es el durmiente constituido por un elemento de hormigón sometido a tensiones previas de compresión. El esfuerzo de precompresión del durmiente se obtiene mediante alambres o barras de aceros traccionados con la carga correspondiente y que transmiten el esfuerzo ya sea por adherencia, anclaje o una combinación de ambos procedimientos. Cálculo del durmiente: Las cargas Q1 y Q2 y los momentos flectores de ensayo Mo, Mu y Ms , adoptándose para el cálculo el valor de resistencia de tracción admisible por flexión del hormigón 60 kg/cm2. La solicitación a la tracción de las armaduras deberá ser cumplida con una tolerancia de ± 5 % . La elaboración del hormigón se hará por medios mecánicos y dosificación en peso. FERROCARRILES


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La relación agua-cemento en peso deberá ser la mínima posible, nunca superior a 0,38. La cantidad de cemento en kilogramos por metro cúbico de hormigón no deberá ser inferior a 350 kilogramos por metro cúbico de hormigón colocado, vibrado o apisonado. Deberá cuidarse que tanto las armaduras principales como las secundarias estén limpias y libres de toda materia que pueda atacar el acero, hormigón o disminuir la adherencia entre ambos. Las armaduras principales deberán estar situadas en la posición proyectada con una tolerancia de 2 mm. No deberá haber barras o alambres deteriorados o deslizamientos en los anclajes que produzcan una pérdida de tensión, una vez realizada la pretensión de los mismos. Las armaduras secundarias deberán fijarse de modo tal que no puedan desplazarse durante la colocación y vibrado del hormigón. La precompresión del hormigón será efectuada cuando éste posea resistencia suficiente, de tal manera que no pueda producirse un deslizamiento del extremo de los alambres o barras, superior a 0,5 mm. La máxima precompresión en el hormigón, originada por la pretensión, será de 120 kg/cm2. La pretensión no deberá producir tensiones de tracción en el hormigón. Si por sistemas de pretensión, quedaran agujeros en las caras externas del durmiente, éstos se rellenarán con mortero de cemento, de resistencia mínima cilíndrica a los 28 días: 240 kg/cm2, asegurando con este cierre que no penetre la humedad. Si los aceros o dispositivos de anclaje emergieren en el extremo del durmiente, se adoptarán las precauciones necesarias para evitar oxidación o corrosión. La cara inferior del durmiente deberá ser rugosa y plana. Resistencia a la rotura por compresión del hormigón deberá ser igual o superior a 420 kg/cm2 , y la resistencia a la tracción por flexión no deberá ser inferior a 55 kg/cm2.

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Ensayo de flexión estática: la verificación de las cargas de fisuración: Se efectúa con las condiciones de aplicación de carga que indican las Figuras 1 y 2. En cada caso se incrementa el valor de la carga aplicada con velocidad no mayor de 1 ton/min hasta alcanzar la carga Q1 en el caso del ensayo con las condiciones que indica la Figura 1 y la carga Q2 para las condiciones que indica la Figura 2. Durante el ensayo se verifica la presencia de fisuras mediante la aplicación de una capa de cal . Las cargas actuarán por intermedio de placas de repartición de acero P1 y P2 . El punto de aplicación de las cargas debe coincidir con el eje longitudinal del riel. Se considera como fisura aquélla que tenga un ancho mínimo de 0,1 mm y longitud mínima de 15 mm.

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Todas las medidas están dadas en mm . Verificación del momento flector en el centro del durmiente (Mo) con disposición de la curva según la Figura 3a y el durmiente colocado en posición invertida. Verificación del momento flector en el centro del durmiente (Mu) con las condiciones de carga según la Figura 3b colocado el durmiente en su posición normal en la vía. Verificación del momento flector en la zona de apoyo del riel (Ms) con disposición de la carga según la Figura 4 colocado el durmiente en su posición normal. El ensayo consiste en la aplicación gradual de la carga con incremento uniforme de 1 ton/min hasta de fisuración. Dicho momento de fisuración corresponde a una resistencia a la tracción por flexión de 60 kg/cm2. A partir de este valor el incremento de la carga contínua hasta producirse la rotura verificándose el momento de rotura que corresponde para la carga en su valor máximo. FERROCARRILES


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ENSAYO DE CHOQUE: se realiza mediante la aplicación de dos impactos con una masa de 500 kg que cae libremente desde una altura de 75 cm y cuya zona de contacto tiene la forma de la pestaña de la rueda. El durmiente se dispone de acuerdo a la Figura 5, colocando en las dos caras de apoyo, placas de madera de álamo que se remueven luego de cada golpe. En las superficies de apoyo se interponen chapas de acero de 13 cm de ancho por 4 cm de espesor aproximadamente.

1° ensayo: Los apoyos se sitúan en coincidencia con los ejes de los rieles o sea a la distancia entre ejes de rieles indicada en la Tabla I. El lugar donde se aplican los impactos está ubicado a 20 cm del eje de un riel y hacia el centro del durmiente. 2° ensayo: Un apoyo se sitúa a 20 cm de un extremo del durmiente y el otro extremo a la distancia entre ejes de rieles indicada en la Tabla I. Los impactos deben aplicarse en el lugar correspondiente al apoyo que dista 20 cm del extremo. Debe evitarse que el durmiente se eleve con el golpe. Durmientes de acero El durmiente de acero o "barrilón” ha sido usado extensamente en el país. Tiene la ventaja de su uniformidad, lo que facilita mantener la trocha uniforme y exacta, y su forma resiste el empuje longitudinal del deslizamiento de los rieles, pues se sujeta firmemente en el balasto, apoyándose por las orejas en los extremos de los mismos.

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Se oxida, especialmente en zonas salitrosas, y el punto más débil es debajo del asiento del riel.Este durmiente ha dado buenos resultados en vías de balasto de tierra o conchillas, pues con estos materiales se puede apisonar bien, pero no así con balasto de piedra donde el apisonado es más difícil de ejecutar.Los rieles se sujetan al durmiente por medio de clepes y bulones especiales, siendo este un sistema de agarre muy eficiente cuando no hay mucho desgaste, pues al sujetar firme el riel y mantener bien la trocha, ayuda a impedir el movimiento longitudinal (corrida) y dar seguridad contra el volcamiento del riel. El riel descansa sobre el durmiente con su correcta inclinación pues el barrilón viene construido con la misma.La mayoría de los defectos de la vía armada con durmientes de acero son motivados por desgastes en los clepes o debajo del asiento del riel, causado por el aflojamiento de los bulones y/o esmerilado causado por la introducción de partículas entre el patín del riel y su asiento. Este desgaste se elimina cambiando los clepes por otros reformados para compensar dicho desgaste, o colocando un suplemento de madera debajo del asiento del riel, pues donde existe una pequeña flojedad y esta no sea eliminada, el movimiento relativo de los elementos causa un desgaste acelerado del material que no es posible subsanar con los métodos usuales.-

Durmientes de fundición Estos durmientes también llamados “copas”, “tortugas” o “sillas”, están formados por dos copas de fundición unidas por un perfil de hierro dulce. El riel se asegura a la copa, por medio de una mordaza del lado externo y por una cuña del lado interior. El inconveniente principal, reside en la dificultad de apisonar las copas, la facilidad con que se rompen y la poca FERROCARRILES


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superficie que ofrece para transmitir al balasto las cargas producidas por el tren.-

BALASTO Se denomina balasto a una capa de material de espesor reducido, generalmente de hasta 30 cm, colocada debajo de los durmientes a efectos de proporcionar un buen apoyo a la vía. Tiene la misión importante de transmitir las cargas al suelo compactado a través del plano de formación, oponiéndose al movimiento lateral y longitudinal de la vía y protegiendo a los durmientes de las alternativas de sequedad y humedad.Un buen balasto debe cumplir las siguientes funciones: - Distribuir sobre el plano de formación las cargas que transmite el material rodante, como así también el peso propio de los rieles y durmientes.- Absorber los esfuerzos transversales y longitudinales de los durmientes.- Absorber los impactos, los golpes de vía debidos a las juntas de dilatación, etc.- Facilitar el drenaje de las lluvias, evacuando rápidamente las aguas de la estructura de la vía.- Mantener limpia la vía.Para cumplir correctamente con estas funciones es necesario que reúna las siguientes condiciones: FERROCARRILES


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- Capacidad de carga con flexión elástica. - Resistencia a la disgregación, rotura y desgaste - Elevado rozamiento interior para absorber en buenas condiciones, los cambios de dirección de los esfuerzos en sentido transversal y longitudinal.- No alterarse a causa de los cambios atmosféricos.- Apisonarse fácilmente para sujetar los durmientes. Materiales empleados: piedra partida, ripio, conchilla, pedregullo y otros; incluso en los comienzos de la construcción ferroviaria se empleó bastante la tierra seleccionada.-

Balasto de piedra partida El balasto de piedra es el mejor y se emplea en vías de primera categoría. Requiere que el plano de formación se halle debidamente compactado a efectos de que resista la penetración de la piedra.-

El mejor balasto es el compuesto de piedra partida de granulometría entre 3 cm y 5 cm. El preferido es el granito, y debe encontrarse libre de arenas y tierras; pues el material fino, aparte de llenar los huecos reduciendo elasticidad, se asienta e impide el correcto escurrimiento del agua de lluvia.Según la altura del balasto respecto al riel, el balastado puede ser de “media tapada” o “tapada completa”.FERROCARRILES


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La vía con media tapada es más económica, pues insume menor cantidad de balasto por Km.; también permite una perfecta visualización de las fijaciones y de las eclisas (unión de rieles con juntas de dilatación), detectándose fácilmente las fallas y permitiendo cómodamente su reparación. La ventaja de las vías con tapada completa, son una reducción de las luces de las juntas de dilatación, debido a la menor variación de longitudes por menor variación de temperaturas, dado que los rieles no se hallan completamente expuestos al sol. Las luces excesivas en las juntas contribuyen al desgaste de la cabeza del riel como también al desgaste de las eclisas y bulones.Con luces mínimas, la rueda pasa de un riel al otro sin el fuerte martilleo que ocurre cuando debe salvar una apertura importante, y por consiguiente la junta con luces reducidas mantiene en mejores condiciones la vía, y el material rodante sufre menos. Otra ventaja de la vía tapada es la mayor resistencia a las torceduras por dilatación, menor corrida o deslizamiento longitudinal.Debe evitarse el crecimiento de pasto en el balasto de piedra, pues las raíces lo consolidan e impiden el drenaje y por ende favorecen la acumulación de tierra y contribuyen al desmejoramiento de la vía.Balasto de ripio: El ripio es un balasto para vías secundarias y zonas secas, pues como dicho material generalmente se obtiene de zonas salitrosas, puede dar lugar a la corrosión de los rieles, si se coloca en zonas húmedas.No deben hacerse grandes levantes con ripio por su tendencia a salir de debajo de los durmientes, siendo también conveniente usarlo tal como sale del yacimiento con las arenas y tierras, las cuales son necesarias para darle consistencia y evitar que las piedras redondas mayores se zafen con facilidad.Balasto de tierra: Una considerable parte de las líneas férreas argentinas están asentadas sobre balasto de tierra, pues se trata de un material que se obtiene con facilidad y a bajo costo. Por supuesto que en la época en que más se utilizó este material fue aquel en el que los vehículos ferroviarios eran de poca capacidad portante y por lo tanto, las cargas transmitida por cada rueda, considerablemente menores a las correspondientes a los vagones actuales.FERROCARRILES


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Con balasto de tierra negra se obtenía una vía de andar suave, pero con el inconveniente de no resistir el tráfico pesado, especialmente durante tiempos lluviosos, donde requiere un mantenimiento muy intensivo, máxime cuando el drenaje es deficiente.La tapada deberá ser bien apisonada al colocarla, perfilando correctamente la misma, en forma de facilitar el desagüe superficial. A este efecto fue norma abrir canales desde el centro de la vía hacia los costados. También debe evitarse mayor cantidad de tierra de la que realmente es necesaria en la tapada, para no dar lugar a su acumulación sobre el riel.El hongo o cabeza del riel debe mantenerse libre de la tapada, para evitar el levantamiento de tierra al paso de los trenes.-

CALCULO Y VERIFICACIONES DE LA VIA a) ACCIONES QUE ACTÚAN SOBRE LA VIA: Las solicitaciones a las que está sometida la estructura de la vía son de dos tipos: estáticas y dinámicas.Las acciones estáticas están dadas por las cargas que los vehículos transmiten al riel a través de las ruedas. La cantidad de cargas y sus separaciones dependen del tipo de vehículo (locomotora, vagón, coche), como así también de la formación del tren.Se considera que el peso de los vehículos se reparte uniformemente entre sus ejes y por lo tanto todas las ruedas del mismo transmiten la misma carga al riel; así tenemos que cada rueda de locomotora transmite 1/12 de su peso total, y cada rueda de los coches y vagones 1/8 de su peso.Las acciones dinámicas provienen del desplazamiento del tren, acción esta que provoca una variación constante y alternativa de los estados de tensión internos de la vía.El desplazamiento del tren, a su vez produce conjuntamente con las irregularidades de la vía, juntas de dilatación, conicidad de llanta, suspensión de los vehículos, etc. movimientos secundarios que también ejercen acciones sobre la vía, incrementando el efecto dinámico puro del desplazamiento.-

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También actúan sobre la vía una importante acción proveniente de las variaciones de temperatura, que producen dilataciones y contracciones del riel, las que de no neutralizarse correctamente pueden introducir en el mismo importantísimas tensiones internas de compresión y/o tracción, con serias posibilidades de producir desplazamientos laterales de la vía (pandeo) con consecuencias catastróficas.b) EVALUACIÓN DE ESFUERZOS Teóricamente, la vía debería soportar esfuerzos procedentes del peso de los vehículos y fuerzas centrífugas ejercidas por estos en las curvas. A la acción de estos esfuerzos se adicionan otros esfuerzos de carácter anormal que proceden de las características constructivas de la vía y de los vehículos que circulan sobre ella. Así tenemos los esfuerzos laterales producidos por un movimiento transversal debido a la diferencia entre el ancho normal de la vía (trocha de la vía) y el ancho que separa las superficies interiores de las pestañas de la rueda (trocha del vehículo); efectos de inercia que modifican las acciones normales del material sobre la vía debido a inevitables irregularidades en su planta y perfil; las fuerzas que transmiten los muelles (sistemas de suspensión) a las ruedas y estas a los rieles.En general los esfuerzos a los que estará sometida la vía son verticales y horizontales. Los primeros producidos por las cargas de los vehículos que circulan por la vía, los esfuerzos horizontales que pueden ser longitudinales, como los producidos por la temperatura, o transversales producidos por el movimiento de lazo o serpenteo de los vehículos en la vía, que provoca el choque de la pestaña de las ruedas del tren contra la cabeza del riel.- ESFUERZOS TRANSVERSALES: Los esfuerzos transversales sobre la vía se producen tanto en curva como en recta. En curva se origina en la fuerza centrífuga o en el peralte para todos aquellos casos en que la velocidad no sea exactamente aquella para la cual ha sido calculado el peralte; estos esfuerzos estarán dirigidos al exterior de la curva para velocidades excesivas, y hacia el interior si la velocidad es mas reducida que la teórica al peralte establecido. En recta los esfuerzos transversales son debidos al movimiento del lazo de los vehículos que son inevitables y se amplían automáticamente por los defectos de las locomotoras, del material móvil y de la propia vía.Estos esfuerzos, que se ejercen sobre la parte superior de los rieles, tienden a volcar estos y destruir su sujeción sobre los durmientes produciendo FERROCARRILES


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el arrancamiento de los tirafondos interiores; pueden tener también por efecto el ripado de la vía, es decir, su desplazamiento en el sentido transversal. Estos problemas se hacen más perjudiciales para la estabilidad de la vía y más desventajosos desde el punto de vista del coste de la conservación de la vía, ya que esta constituida esencialmente para resistir los esfuerzos verticales, lo que obligan a la vía a trabajar en un sentido en el cual se encuentra menos apta para resistir. A pesar de ello el análisis de la teoría del descarrilamiento y su seguridad, se considera suficiente, para la resistencia de la vía en sentido transversal.- ESFUERZOS LONGITUDINALES: Estos esfuerzos son inherentes tanto a las condiciones de establecimiento de la vía como al movimiento de los vehículos sobre la misma, todos estos esfuerzos serán transmitidos y soportados por el balasto y los durmientes.La libre dilatación de los rieles por efecto de la temperatura, elimina el más importante de los esfuerzos longitudinales producidos en el establecimiento de la vía. Si no existieran juntas de dilatación entre los extremos de dos rieles consecutivos – como ocurre con los rieles largos soldados – deberán adicionarse tensiones axiales (tracción o compresión), muy importantes que pueden llegar a producir el pandeo de la vía.Otras fuerzas longitudinales son: Los golpes de las ruedas sobre la cabeza del riel al paso de las juntas de unión.El rozamiento del deslizamiento de las ruedas producidas durante el frenado de los trenes, que da lugar también al corrimiento de los rieles, sobre todo en las pendientes y las inmediaciones de las estaciones.El rozamiento producido por el deslizamiento de las ruedas sobre el riel interior de las curvas, a causa del menor recorrido que efectúa la rueda interior.Los esfuerzos de tracción que a causa de la adherencia ejercen las ruedas motoras de las locomotoras, sobre todo en los arranques.La fuerza viva del movimiento giratorio de las ruedas no frenadas al frenarse los demás ejes.-

- ESFUERZOS VERTICALES: FERROCARRILES


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Los esfuerzos verticales se transmiten por las ruedas de los vehículos y resultan primordialmente de la carga estática de estos. Se debe considerar entonces, que los esfuerzos verticales pueden ser debidos a la vía como a los vehículos. Estas cargas verticales en movimiento pueden sufrir un incremento por las siguientes causas, atribuibles al vehículo en circulación como a la vía misma: Variación entre la repartición del peso entre los ejes debido, a desnivelaciones normales o accidentales de los rieles, y la defectuosa regulación de los muelles de suspensión de las locomotoras y vehículos. Los efectos de las oscilaciones de la masa suspendida sobre los resortes de suspensión. La acción de la componente vertical del esfuerzo oblicuo de las vías en las locomotoras dotadas de esta clase de transmisión. La desigual repartición en las curvas del peso de un eje entre ambas ruedas del mismo. Los defectos del material móvil, especialmente de las ruedas que si presentan plano de ovalación, producen un martilleo sobre los rieles. Los rieles en general resisten fácilmente a estos esfuerzos de flexión por las cargas verticales en el intervalo de dos durmientes consecutivos, pero su trabajo puede aumentar considerablemente por un durmiente suelto o mal bateado, llegando a duplicarse la luz del vano normal entre durmientes. Así la resistencia de los rieles depende no solo de su sección y calidad si no de las características y resistencia de los demás elementos que constituyen la vía. El balasto es el elemento más sensible de la vía a los esfuerzos verticales. Su debilidad puede acarrear consecuencias desastrosas para los demás elementos de la vía. La resistencia del balasto depende en general del grado de cohesión que bajo los durmientes se obtiene mediante el bateo. Si esta cohesión fuera deficiente provocaría una disminución de la resistencia del balasto produciendo el hundimiento de la vía en forma ondulatoria, originando fuerzas de abajo hacia arriba, provocando aflojamiento en los puntos de sujeción. Se debe tener en cuenta que, los esfuerzos verticales producidos por las cargas estáticas, son menores a los que realmente se producen debido al efecto dinámico de las cargas de los vehículos en movimiento. Por tal FERROCARRILES


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motivo, los esfuerzos o cargas a los que esta sometida la vía deben ser afectados mediante un coeficiente de mayoración ( coeficiente dinámico),-

Determinación de la incidencia de los efectos dinámicos: Resulta sumamente difícil una ponderación exacta del valor de la incidencia del factor dinámico en las solicitaciones de la vía, la que indudablemente será tanto mayor cuanto mayor sea la velocidad de circulación del tren.El análisis de los movimientos secundarios nos permite distinguir la presencia de seis de ellos, pero que indudablemente con distinto grado de participación siempre actúan conjuntamente:

En la dirección del eje x En la dirección del eje y En la dirección del eje z Alrededor del eje x Alrededor del eje y Alrededor del eje z

movimiento lineal (vaiven) movimiento lineal (choque lateral) movimiento lineal (trepidación) movimiento de rotación (rolido) movimiento de rotación (cabeceo) movimiento de rotación (lazo)

Cabe agregar que también existen otras acciones que actúan sobre la vía, como son el frenado, la aceleración, el patinaje, etc., que FERROCARRILES


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indudablemente de acuerdo a la energía con que se apliquen pueden agregar solicitaciones importantes.Así también en las curvas, la fuerza centrífuga no suficientemente neutralizada por el peralte, provoca rozamientos entre las pestañas de las ruedas y el riel, produciendo acciones extras.Diversos autores a través del tiempo, han encarado el análisis del efecto dinámico de la circulación de los trenes sobre la vía, llegando a la determinación de fórmulas empíricas que permiten la obtención de coeficientes dinámicos, que luego son utilizados en las fórmulas de cálculo estático mayorándolas.Entre ellas tenemos unas recientes empleadas por los ferrocarriles españoles (O.R.E.) que determinan el coeficiente dinámico según las siguientes consideraciones: 1. Efecto dinámico debido a la vía - defectos en el carril - estado de la nivelación - deficiencia de apoyo en los durmientes

‹ 140 kph a = 1,2 para V › 140 kph

donde a = 1,3 para V

V en (kph)

2. Efectos dinámicos debido al vehículo - características constructivas - velocidad de circulación - arranque y frenado - estado de conservación

‹ 140 kph b = 1,5 para V › 140 kph

donde b = 2 para V

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sumando efectos:

siendo: coeficiente dinámico Los ferrocarriles holandeses emplean la siguiente fórmula, que fue adoptada por los ferrocarriles argentinos:

Los ferrocarriles americanos no consideran el efecto dinámico para velocidades menores de 40 kph

Los incrementos de tensiones por el efecto dinámico (kv), comparando las fórmulas son: V (kph) 30 40 60 80 100 120 180

F.C. españoles 1,32 1,33 1,34 1,36 1,39 1,50 1,54

F.C. argentinos F.C. americanos 1,03 1,00 1,05 1,00 1,12 1,13 1,21 1,26 1,33 1,39 1,48 1,52 2,08 1.91

CONSIDERACIONES SOBRE EL COMPORTAMIENTO DE LA VIA Y METODOS DE CALCULO.Se considera a la vía como una estructura elástica, sometidas a cargas puntuales (a través de las ruedas), aplicadas en la cara superior del hongo del riel (banda de rodamiento), el que actúa estructuralmente como una viga continua apoyada en soportes elásticos que son los durmientes y el balasto, y este sobre el plano de formación (suelo compactado), todos ellos FERROCARRILES


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cedentes y flexibles; existiendo interacción entre las diferentes partes de la estructura elástica.Al aplicarse las cargas, se originan tensiones de flexión en el riel que es necesario conocer, como así también la forma que se efectúa la transmisión de estas al durmiente y su distribución sobre el balasto y finalmente su transmisión al plano de formación.Para el cálculo de la flexión se consideran las siguientes hipótesis de cálculo: - Viga continua con apoyos rígidos - Viga continua con apoyos elásticos mov.

1 - Viga contínua con apoyos rígidos

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Esta es una hipótesis que considera al riel como una viga continua, y los durmientes son apoyos rígidos, cualquiera sea el estado de cargas. Esta hipótesis se verifica en las vías sobre puentes metálicos sin colocación de balasto (la casi totalidad de nuestros ferrocarriles tienen puentes de este tipo).Esta hipótesis de cálculo se la conoce como teoría de Winkler.La sección más desfavorable es la correspondiente al centro del tramo, para la cual Winkler indica que:

0,188 es el coeficiente estático de Winkler kv = coeficiente dinámico de mayoración f (v) El método es válido en puentes, alcantarillas, pasos a nivel, plateas u otras situaciones en las que se asegure que el durmiente no experimente descensos.Dimensionamiento o verificación del riel:

2 - Viga contínua con apoyos elásticos Esta es la situación real en la vía con balasto; los apoyos elásticos incrementan el valor de Mff en el riel.Bajo esta hipótesis (apoyos elásticos) es comúnmente utilizado el método de Zimmermann, siendo la fórmula empleada la siguiente:

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Otros autores que han estudiado el tema y expuesto fórmulas son los siguientes: Muller – Breslau:

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Schwedler:

Engesser:

Dimensiones generales de los elementos de la superestructura: Los distintos componentes de la superestructura de la vía, se encuentran en general normalizados con dimensiones dentro de los siguientes rangos: Balasto: Su espesor debajo del durmiente varía entre las 10 y 30 cm; el valor menor se aplica en vías de playas y ramales de poco uso, mientras el segundo en vías principales y sectores de alta circulación.El valor del coeficiente de balasto, de mucha importancia en los cálculos y verificación del poder soporte del mismo, depende de la naturaleza de este y de su espesor, pudiéndose mencionar como valores indicativos los siguientes: Tipo de balasto Espesor Calificación C (Kg / cm3) Tierra y escoria Tierra y escoria Ripio y gravilla Piedra partida Piedra partida Piedra partida FERROCARRILES

10 cm 20 cm 30 cm

Regular Buena Buena M. Buena M. Buena M. Buena

1 2 6 12 16

C = ‹ C ‹ C ‹ C ‹ C ‹ C

1 ‹ ‹ ‹ ‹ ‹

2 4 8 14 18


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Durmientes: En general es costumbre expresar la cantidad de durmientes a colocar por cada kilómetro de vía, de la cual se deduce la separación entre los ejes de los mismos.Cabe destacar que en las vías con juntas de dilatación se colocan con menor separación los durmientes adyacentes a ellas; esto se hace a los efectos de reforzar estos puntos de la vía que resultan siempre ser los mas afectados por la circulación de los trenes y los movimientos de dilatación. El riel se encuentra anclado en su sector central acumulando su dilatación en los extremos.-

Las cantidades de durmientes por kilómetro actualmente empleados, varían entre los 1.300 y 1.800; esta última se emplea en alineamientos curvos y en vías de rieles largos soldados.-

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Rieles:

los tipos actualmente en uso en nuestro país son los

siguientes: De 85 Libras/yarda 42,16 Kg/m

Ix = 1.252 cm4 Wx = 200 cm3 S=53,1 cm2

De 100 Libras/yarda 49,6 Kg/m Ix = 2.000 cm4 U 36

50,63 Kg/m

Wx = 252 cm3 S= 62,5 cm2

Ix = 2.019 cm4 Wx = 248 cm3 S= 64,5 cm2

El U 36 es de fabricación nacional.Actualmente se ha importado una partida de rieles denominados UIC 54 de 54,43 Kg/m , Ix = 2.346 cm4 Wx = 279 cm3 S = 69,3 cm2, y 18 m de largo Otros rieles en uso en Europa son: UIC 60 de 60,34 Kg/m, Ix = 3.055 cm4 Wx = 334 cm3 S = 76,86 cm2 UIC 71 de 71,27 Kg/m, Ix = 4.125 cm4 Wx = 412 cm3 S = 90,79 cm2

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Unión de los rieles - Juntas Se designa con el nombre de Juntas, al sitio de unión entre dos rieles sucesivos.Los rieles sufren variación de longitud de acuerdo a la temperatura ambiente, debido al fenómeno denominado dilatación.Si estas variaciones de longitud se encuentran impedidas, dan origen a esfuerzos axiales internos de compresión y/o tracción, según se incremente o descienda la temperatura. En la primera situación, el esfuerzo de compresión tiende a producir debido a la esbeltez del riel, flexiones laterales o pandeo, que pueden provocar la ondulación de la vía, o la apertura de la trocha con las consiguientes consecuencias, el descarrilamiento del tren; en la segunda situación el esfuerzo de tracción puede provocar el corte de los elementos de unión (bulones).A los efectos de eliminar estas situaciones peligrosas, las uniones se realizan de modo tal que permitan absorber los alargamientos y los acortamientos de los rieles evitando de esta forma los mencionados esfuerzos.La separación entre los rieles sucesivos (juntas de dilatación), depende de la longitud de los rieles, del coeficiente de dilatación lineal del acero y de la variación de temperatura.Para su cálculo debe determinarse previamente cuales son las temperaturas máximas y mínimas que se registran anualmente en la zona de armado de la vía. Esto se obtiene mediante un registro histórico, con termómetros de indicación máxima y mínima, llevado durante un determinado número de años, de modo particular en los veranos y los inviernos.Determinadas las temperaturas máximas y mínimas, se determina la variación de longitud entre esas temperaturas límites, la que constituirá la separación máxima entre los extremos de los rieles en el momento de mínima temperatura; mientras que en los momentos de máxima temperatura los extremos de los rieles se encontrarán a tope.-

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Las temperaturas a considerar, son las que adquiere efectivamente el riel en su estado de trabajo, es decir a la intemperie. Esta se determina mediante un termómetro ubicado en un orificio interior del riel, para lo cual se usa un trozo testigo, denominado cupón.-

Ejemplo: en nuestra zona las temperaturas máximas y mínimas anual que experimenta el riel, son: + 55 ºC y - 5 ºC . Para un riel U36 de 18 m de largo, el alargamiento máximo (entre dichas temperaturas), es:

Cabe aclarar que este corrimiento (analítico), se produce solamente cuando el riel no tiene ningún impedimento que pueda obstaculizarlo, y desarrollado un 50 % en cada extremo. En la realidad si existe colocación de anclas de vía, ubicadas generalmente en el tercio medio del riel, pueden originar alguna oposición disminuyendo algo este valor.El armado de la vía se efectúa en cualquier día del año, por lo que la temperatura del riel tendrá un valor variable entre t mín ‹ t ‹ t máx , debiéndose ese día observar una separación entre rieles de: FERROCARRILES


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En el ejemplo, supongamos armado de vía con una temperatura de los rieles de 20 ºC

para lo cual se cuenta con plantillas separadoras, calibradas para cada temperatura, en nuestro ejemplo, en nuestra zona, la plantilla marcada con 20 ºC tiene un espesor de 7,37 mm.Esta separación entre los extremos de los rieles, provoca una interrupción en la banda de rodamiento del hongo, dando origen a pequeñas perturbaciones en la transmisión de las cargas, que tienden a producir con el transcurso del tiempo deterioros importantes en la vía; constituyen los puntos débiles de la vía y los que requieren la mayor parte del trabajo de mantenimiento.Aumentando la longitud de los rieles, se disminuye la cantidad de juntas por km de vía, pero como contrapartida las aberturas de las mismas serán mayores; por esta razón se trata de encontrar el equilibrio conveniente.La longitud de rieles utilizados mayoritariamente en nuestros ferrocarriles fue de 12,189 metros, pasando luego a 18 metros; también se suele utilizar rieles de 24,38 m y 36 m (obtenidos mediante la soldadura de dos rieles de 12,189 m y de dos de 18 m respectivamente).Los rieles se unen entre sí, mediante un par de piezas de acero denominadas ECLISAS, que se colocan una a cada lado de los rieles en el empalme, en forma simétrica sujetando los extremos de los mismos, tratando de formar una continuidad de la vía. Incluso en el aspecto relacionado con su resistencia mecánica, así el módulo resistente del par de eclisas debe ser equivalente al correspondiente del riel.Las eclisas se apoyan sobre la base del hongo y sobre el patín, en superficies inclinadas en relación 1 : 3 , no teniendo contacto con el alma del riel a fin de evitar efectos de rótula. Estas inclinaciones permiten que al producirse desgastes se puedan ajustar correctamente (efecto de cuña) durante las tareas de conservación.-

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Un buen mantenimiento requiere el desarme periódico de la junta, la limpieza y lubricación de las superficies de contacto y el ajuste correcto de los bulones mediante llaves dinamométricas.-

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Las eclisas deben impedir toda posibilidad de movimientos de rótula en la unión, asegurar la continuidad longitudinal y transversal, lo cual exige un correcto ajuste mediante la colocación de bulones, pero no deben ser obstáculo para la dilatación de los rieles, es por ello que se lubrican con aceite grafitado las superficies de contacto entre rieles y eclisas. Para que los bulones tampoco sean obstáculos, los agujeros de las eclisas deben ser ovalados, a efectos de permitir los desplazamientos de estos que acompañan los extremos de los rieles.-

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Ejemplo: rieles de 18 m, t máx = 55 ºC e = 12, 64 mm

t mín = --5 ºC

d = 19,05 mm (3 /4 ”)

d + e / 2 = 25,37 mm

( 1” )

Las eclisas pueden ser, de acero moldeado o de acero laminado; las de acero moldeado no tienen problemas para los agujeros ovalados, en cambio si se presentan dificultades en las de acero laminado, por lo que suele recurrirse a hacerles agujeros de mayor diámetro; en nuestro ejemplo, el diámetro del agujero debería ser de 25,4 mm ( 1” ); es decir para bulones de 3 /4 ” (19,05 mm) el diámetro en las eclisas debe ser de 1 ” (25,4 mm); por supuesto el diámetro de los agujeros en los rieles es siempre el del bulón, o sea 3 / 4 ” (19,05 mm).-

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Existen distintos tipos de eclisas con relación a su diseño y largos de las mismas; pueden ser de 4 ó 6 agujeros, las primeras son denominadas eclisas cortas, mientras que las segundas son las eclisas largas.En las líneas con circuito eléctrico de vía, es necesaria el aislamiento en los extremos del circuito, para lo cual se emplean juntas de dilatación aisladas eléctricamente. Para ello se colocan láminas de fibras especiales entre las eclisas y el riel, cilindros aislantes para el cuerpo de los bulones y discos aislantes para las tuercas y cabezas de bulones.Cuando se hace necesario unir rieles de distinto tipo, se emplean eclisas denominadas de combinación, o bien se intercalan rieles combinación.Las vibraciones pueden aflojar las tuercas, por cuyo motivo se agregan arandelas elásticas (grower), las cuales son muy eficientes en cuanto a impedir dicho aflojamiento.FERROCARRILES


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Ubicación de las juntas de dilatación: La junta puede coincidir con el durmiente, o estar en el centro del tramo entre durmientes. Larga fue la controversia, pues en la junta sobre durmiente, por efectos de las trepidaciones, este se aflojaba rápidamente en su asiento, y por el contrario cuando la junta se encuentra en el centro del tramo, se encuentra en voladizo y al pasaje del tren la flexión es muy importante, de modo que se adoptó una solución intermedia consistente en colocar la junta en el centro del tramo entre durmientes, pero los cuatro durmientes adyacentes con una separación menor, pero siempre permitiendo el paso de las herramientas de calzar el balasto.En Europa las juntas se disponen en escuadra normal en los alineamientos rectos, y alternadas en las curvas; en los Estados unidos la tendencia es disponer en todo el trazado las juntas en forma alternadas.En nuestro país se utiliza el sistema de juntas a escuadra en las rectas y alternadas en las curvas.Las juntas a escuadra favorecen el movimiento de galope, mientras que las alternadas lo hacen con el movimiento de lazo y el de rolido.-

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RIEL LARGO SOLDADO (R.L.S.) En vías de alta velocidad, la discontinuidad de la banda de rodamiento que provocan las juntas de dilatación, crean problemas importantes en la marcha del tren e incomodidades grandes a los pasajeros.Es por ello que se ha dado por eliminar las juntas de dilatación, uniendo los rieles por medio de soldadura al tope; esta puede ser eléctrica en talleres o bien aluminotérmica en el sitio definitivo, o una combinación de ambas.Indudablemente este sistema de unión mejora grandemente la circulación de los vehículos, mediante la eliminación de estos puntos conflictivos que son las juntas. El andar es suave con disminución de los movimientos secundarios, en modo especial la trepidación. Así también la vía se ve librada de los golpes de juntas y por lo tanto de esta causa de deterioro.SOLDADURA ALUMINOTERMICA - : Rieles soldados en la vía.-

Reacción en proceso, momentos antes de que el metal fundido fluya.-

Soldadura aluminotérmica terminada. FERROCARRILES


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La soldadura aluminotérmica es un procedimiento de soldadura utilizado en los rieles de vías ferreas. Se basa en el proceso, fuertemente exotérmico, de reducción del óxido de hierro por el aluminio, según la fórmula:

Esta soldadura se realiza mediante un molde refractario colocado en los extremos de los rieles a unir, dentro del cual se vierte el hierro fundido producto de la reacción, la cual se inicia con un fósforo.-

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El óxido de hierro y el aluminio, finamente molidos, provienen de la porción de soldadura, la cual se dispone dentro de un crisol situado encima de los rieles a soldar. Una vez alcanzada la temperatura adecuada, del orden de los 2000 ºC, se produce el destape del crisol mediante un fusible situado en la base, y el colado del metal fundido, que llena el molde.Una vez iniciada la reacción, el proceso es muy rápido y el material fundido fluye dentro del molde de manera estudiada, quedando el acero entre los extremos a soldar y vertiendo la escoria en una cubeta.Generalmente se procede calentamiento previo de los extremos a soldar y del molde donde se verterá el metal fundido, el que se realiza mediante un mechero y la mezcla de oxígeno y propano, o de oxígeno y gasolina.Luego del vertido, se espera un lapso de tiempo especificado por el fabricante de la porción de soldadura y se procede a romper el molde y cortar las rebabas, mediante trancha, para luego realizar el pulido de la superficie de rodadura del riel.Cuando se sitúan los moldes para la soldadura los huecos se rellenan con una pasta selladora, diseñada especialmente para soportar la temperatura, y así evitar fugas.Los elementos utilizados: material de aporte, forro de crisol, boquilla de destape automático con su correspondiente polvo obturador, bengala de encendido (cinta de Mg), moldes refractarios y pasta selladora.Una vez efectuada la soldadura, y habiendo transcurrido un lapso prudencial de consolidación de la misma, se deberá quitar el material sobrante del hongo del riel.Una vez eliminado el molde, se procede al desbaste de la soldadura cuando está todavía caliente, al rojo oscuro, utilizando preferiblemente una cortadora hidráulica con cuchillas de corte correspondientes al perfil del riel.La superficie de rodamiento y los costados del hongo del riel en la zona de la soldadura se esmerilarán hasta obtener superficies sin imperfecciones.-

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Los rieles, al ser impedidos sus movimientos de dilatación (alargamientos y acortamientos), experimentan tensiones internas axiales de tracción o compresión, según se baje o eleve su temperatura; esfuerzos estos que se suman a los de flexión debidos a la circulación de los trenes. Por lo expuesto se deduce que este tipo de vía trabaja a la flexo compresión y a la flexo tracción alternativamente de acuerdo a la temperatura del riel.La compresión tiende a su vez, debido a la esbeltez de los rieles, a producir efectos de flexión lateral o pandeo, tanto en los rieles como en la vía en su conjunto, por lo que la superestructura debe ser en estos casos reforzada adecuadamente, de modo de lograr un anclaje correcto del riel y los durmientes a efectos de evitar estas deformaciones.Así también, las tensiones internas normales de la circulación del tren, se ven incrementadas por las tensiones debidas a las variaciones de temperatura, lo cual debe ser verificado correctamente a efectos de no superar las tensiones máximas admisible del material.-

Vemos que la tensión de compresión o de tracción, es independiente de la longitud y sección del riel.-

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Cabe mencionar especialmente que la unión definitiva (soldadura) de estos rieles se lleva a cabo solamente en días y horas en los que la temperatura se encuentre aproximadamente en el medio entre los extremos ( máximos y mínimos posibles), de manera que los delta de temperatura se reducen a la mitad, ya sea para tracción, ya sea para compresión.Provisoriamente antes de la soldadura, la vía se arma con juntas de dilatación, en un todo de acuerdo a las correspondientes con juntas de dilatación definitivas.También se emplea el sistema de balasto con tapada completa, con lo que solamente el hongo del riel se encuentra expuesto a la intemperie; el balasto amortigua la temperatura del resto del riel y por lo tanto de su totalidad, lo que hace que los extremos de temperaturas disminuyan algo su valor absoluto.Así tenemos que para nuestra zona son validos los siguientes valores: t máx 45 ºC y t mín = - 5 ºC .Las tensiones máximas ascienden a los siguientes valores:

Por lo tanto la tensión total a que está sometido el riel es:

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Los rieles, al ser impedidos sus movimientos de dilatación (alargamientos y acortamientos), experimentan tensiones internas axiales de tracción o compresión, según se baje o eleve su temperatura; esfuerzos estos que se suman a los de flexión debidos a la circulación de los trenes. Por lo expuesto se deduce que este tipo de vía trabaja a la flexo compresión y a la flexo tracción alternativamente de acuerdo a la temperatura del riel.La compresión tiende a su vez, debido a la esbeltez de los rieles, a producir efectos de flexión lateral o pandeo, tanto en los rieles como en la vía en su conjunto, por lo que la superestructura debe ser en estos casos reforzada adecuadamente, de modo de lograr un anclaje correcto del riel y los durmientes a efectos de evitar estas deformaciones.Así también, las tensiones internas normales de la circulación del tren, se ven incrementadas por las tensiones debidas a las variaciones de temperatura, lo cual debe ser verificado correctamente a efectos de no superar las tensiones máximas admisible del material.-

Vemos que la tensión de compresión o de tracción, es independiente de la longitud y sección del riel.-

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Cabe mencionar especialmente que la unión definitiva (soldadura) de estos rieles se lleva a cabo solamente en días y horas en los que la temperatura se encuentre aproximadamente en el medio entre los extremos ( máximos y mínimos posibles), de manera que los delta de temperatura se reducen a la mitad, ya sea para tracción, ya sea para compresión.Provisoriamente antes de la soldadura, la vía se arma con juntas de dilatación, en un todo de acuerdo a las correspondientes con juntas de dilatación definitivas.También se emplea el sistema de balasto con tapada completa, con lo que solamente el hongo del riel se encuentra expuesto a la intemperie; el balasto amortigua la temperatura del resto del riel y por lo tanto de su totalidad, lo que hace que los extremos de temperaturas disminuyan algo su valor absoluto.Así tenemos que para nuestra zona son validos los siguientes valores: t máx 45 ºC y t mín = - 5 ºC .Las tensiones máximas ascienden a los siguientes valores:

Por lo tanto la tensión total a que está sometido el riel es:

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FIJACIÓN DEL RIEL AL DURMIENTE: Se designa con el nombre de fijación o clavadura, a los elementos empleados y técnica utilizada para sujetar los rieles a los durmientes.Existen cuatro formas de fijación: a) mediante clavos ( rígidos y elásticos) b) mediante tirafondos c) mediante clepes (rígidos y elásticos) d) mediante sillas de acero o silletas Las tres primeras son fijaciones directas comúnmente empleadas en durmientes de madera, en las cuales el contacto del riel con el durmiente es directo; mientras que la cuarta es una fijación indirecta, dado que se interpone entre ambos una placa de acero, y en el caso de durmientes de Hº Aº se suele sumar (intercalar) una segunda placa de material elástico, como el neopreno, a los fines de absorber trepidaciones, evitando que lleguen al durmiente y lo deteriore.-

Fijación directa con clavos rígidos: Mas conocido en el ámbito ferroviario como clavo gancho o escarpía, su objeto como el resto de las fijaciones, es sujetar los rieles sobre los durmientes en forma longitudinal formando un cuerpo solidario, FERROCARRILES


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impidiendo todos los movimientos transversales y verticales y el volcamiento de su arista exterior.-

El clavo gancho ofrece una buena resistencia contra la presión lateral de los rieles, por su mayor superficie de contacto (en comparación con los tirafondos), y por su menor desgaste (degolladura), ello debido a su mayor línea de contacto con el patín del riel, manteniendo así mejor la trocha.Indudablemente es la fijación más barata, fue extensamente usada en nuestros ferrocarriles; actualmente ha dejado de emplearse en las vías nuevas y en las renovaciones de vías. Téngase presente que en el transcurso del tiempo, los vehículos empleados han aumentado su porte incrementando la carga por eje, lo que afecta grandemente a este tipo de fijación, eliminando su utilización.El punto débil del clavo gancho es que, la adherencia al durmiente es por rozamiento, lo que hace que principalmente la trepidación lo afloje, agrandando la perforación en el durmiente y se produzca su desplazamiento hacia arriba. Cuando esto ocurre debe procederse a reclavarse, para lo cual se utiliza clavos de mayor dimensión.Así tenemos clavos de : 5/8 ”, 3/4 ” y 7/8 ” , el primero que se emplea es el de menor tamaño, siguiendo por el segundo y la última clavadura con el tercero. FERROCARRILES


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Fijación mediante tirafondos: Es el sistema de fijación directa mas utilizado actualmente en durmientes de madera, ha reemplazado totalmente en las renovaciones y en las vías nuevas al clavo gancho, no así al clavo elástico cuyo uso continúa en vigencia.-

El tirafondo resiste muy bien el aflojamiento, y por mantener bien apretado al patín del riel, disminuye el movimiento longitudinal (corrida). Dando también una mayor seguridad contra el volcamiento.El inconveniente que tiene el tirafondo, es que al estar mucho tiempo en la vía se oxida, y al tratar de sacarlo durante el mantenimiento de la vía, suele descabezarse, quedando el cuerpo en el agujero sin posibilidad de sacarse.Los tirafondos deben colocarse lo mas cerca posible del patín del riel, y nunca deben ser golpeados con el martillo; deben atornillarse FERROCARRILES


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completamente mediante el empleo de la tirafondeadora o la llave dinamométrica correspondiente.Para tirafondos, en general el diámetro de la mecha a usarse en el agujereado del durmiente, será igual al diámetro interior del tirafondo. Como en los clavos, tenemos tirafondos de: 5/8 ”, 3/4 ” y 7/8 ” , el primero que se emplea es el de menor tamaño, siguiendo por el segundo y la última clavadura con el tercero

Los tirafondos también son empleados con suma eficacia en los aparatos de cambios, donde es necesario afirmar con mucha seguridad las sillas de los durmientes y también las cajas de cambios (marmitas).-

Fijación directa con clavos elásticos: El uso de los clavos elásticos para sujetar los rieles constituyen una apreciable variación, y su desarrollo es relativamente moderno. Existen distintos tipos de clavos, pero el principio en que se basan es el mismo.Se fabrican en una sola pieza, con barras de acero al silicio manganeso.Estos clavos proporcionan la flexibilidad necesaria para absorber la trepidación del riel, y como ejercen una presión uniforme en todo momento sobre el patín del riel, flexionándose también en forma uniforme, lo que asegura que las fuerzas de desplazamiento sean soportadas por toda la fijación en forma también uniforme.-

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La presión constante ejercida por estos clavos, asegura que no se produzcan movimientos entre la base del riel y el durmiente, asegurándose así el mínimo desgaste de las partes componentes de la vía. Desde el momento que el movimiento vertical del riel es absorbido por la cabeza del clavo, no hay posibilidad de que el cuerpo se afloje, manteniéndose así una fijación correcta.Un problema se presenta si hay necesidad de extraerlos, por cuanto se adhieren tan fuertemente al durmiente, que no permiten su extracción, requiriéndose su descabezamiento, lo cual obliga a otra perforación del durmiente para la colocación de uno nuevo.-

Fijación directa mediante clepes elásticos: Tiene efectos parecidos al de la clavadura elástica, pero mucho más eficientes.El clepe elástico es una placa que se fija al durmiente mediante un tirafondo, apoyándose en un área importante del patín del riel y por lo tanto ajustándolo firmemente.FERROCARRILES


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Existen distintos tipos de clepes actualmente empleados; rectangulares, trapezoidales, etc. El costo de este tipo de fijación es indudablemente mayor que los anteriores, y su empleo se reduce a vías principales de alta densidad de tráfico, especialmente si se trata de rieles largos soldados.Se puede ampliar su eficacia, especialmente de tratarse de durmiente de Hº Aº, con la interposición de una placa acanalada de caucho entre la base de patín y el durmiente.

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Fijación directa mediante clepes rígidos : Tiene similitud con la anterior, pero se diferencia por cuento, en lugar de una placa elástica, se coloca una pieza rígida que calza perfectamente en el patín del riel, fijándose al durmiente mediante un tirafondo.De los sistemas de fijación directa, es el que mantiene más firmemente al patín del riel en el entalle del durmiente, y por lo tanto asegura mejor la trocha.-

Fijación indirecta: sillas de acero o silletas La silla de acero también llamada chapa o placa de asiento, sobre la cual descansa el riel, tiene la ventaja de ofrecer una mayor superficie de apoyo y repartir mejor el peso, y en consecuencia conserva mejor al durmiente.La silla se fija mediante tirafondos, y aunque posee cuatro agujeros, generalmente se emplean solamente dos, dejando los agujeros restantes para ser utilizados en caso de necesidad (por ejemplo, tirafondos rotos). El riel es sujetado a la silla mediante una mordaza de un lado y un clepe asegurado con un bulón o un tirafondo del otro lado.En las vías sometidas a intenso tráfico, en las juntas sobre los puentes y en las curvas cerradas, la silla es ideal pese al mayor costo, por ser la forma más eficiente de sujetar al riel.Donde el riel esta sentado sobre silletas, se cuidará que los tirafondos estén bien firmes en los durmientes y atornillados a fondo, estando prohibido apretar a martillo dichos tirafondos- Los clepes que sujetan al riel se mantendrán firmes, mediante bulones o tirafondos.FERROCARRILES


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Existen diversos tipos de silletas, en su empleo los durmientes no deben ser entallados, pues ellas tienen el plano de inclinación correspondiente.También se emplean silletas en los pasos a nivel, por cuanto de esta forma se logra en esos puntos de la vía una fijación reforzada, dado que los mismos cuentan con solicitaciones extras producidas por el paso de los vehículos automotores que cruzan los rieles transversalmente golpeándolos duramente.-

Su empleo es casi obligatorio en los durmientes de Hº Aº, en los que se interponen entre la silleta y el patín del riel una segunda placa flexible, de caucho o material similar, a efectos de eliminar o reducir al mínimo la transmisión al durmiente de la trepidación y vibraciones de los vehículos en movimiento.-

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Clavadura en las curvas En los alineamientos curvos, por estar sometidos a esfuerzos transversales extras, debidos a las fuerzas centrífugas no neutralizadas, la clavadura se refuerza colocando un tercer clavo o tirafondo en forma alternada en cada riel.-

DESLIZAMIENTO LONGITUDINAL DE LA VIA Y DE LOS RIELES – ANCLAJE El deslizamiento longitudinal o “corrida” de la vía, es un mal experimentado en mayor o menor escala en todas las líneas, siendo múltiples las causas concurrentes para tales efectos, dando lugar a un problema difícil de evitar.Este fenómeno se presenta, sobre todo en las vías de sentido único de circulación ( vías dobles), sus principales causas son: Los vehículos remolcados tienden a arrastrar consigo a los rieles en el sentido del movimiento, por rozamientos de la rueda con el riel. Las cargas verticales producen flexiones ondulatorias y una tendencia a estirar a los rieles delante de los vehículos. La compresión del patín delante de las ruedas FERROCARRILES


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tira del riel, y la rueda al pisar y avanzar, hace adelantar el riel al alargarse el patín por cesar la compresión. La acción de los frenos, los que al actuar tienen tendencia a hacer avanzar los rieles en el mismo sentido. Los impactos que recibe el extremo del riel abordado (receptor) por las ruedas en las juntas, y que empuja a aquel en el mismo sentido. Se suele atribuir a esta causa el principal motivo del deslizamiento. Los cambios de temperaturas contribuyen con las causas enumeradas a favorecer el corrimiento Hay una sola causa de corrimiento en sentido opuesto, y es el provocado por el esfuerzo tractivo de las ruedas motrices (locomotora), que tienden a rechazar a los rieles en el sentido contrario al movimiento.Hay otras causas que pueden intervenir en esta tema, como ser: peralte no balanceado con la velocidad desarrollada, apisonado de durmientes, peso del riel, clase de balasto, etc. Es de hacer notar, que el corrimiento en sentido contrario al de la marcha del tren, suele en general no manifestarse porque el peso de todos los ejes de los vagones se lo impide.En los corrimientos también influyen las rampas y las pendientes, y suele haber en general un corrimiento distinto en ambos rieles.Entre las causas que limitan las corridas, tenemos los puentes, los aparatos de cambios y los pasos a nivel, donde la masa compacta del pavimento impide el corrimiento.Se ha podido establecer, sin embargo, que el corrimiento se hace efectivo de una manera definitiva y adquiere proporciones máximas, cuando se dan determinadas condiciones, a saber: En vías dobles o cuádruples (sentido de circulación único); los rieles se corren en la dirección del tráfico. En vías sencillas se deslizan en general en la dirección del tráfico dominante. El fenómeno ocurre en mayores proporciones en vías débiles o mal conservadas, y al reforzar tales vías por medio de durmientes adicionales, clavadura o anclaje más eficaz, el corrimiento queda en parte anulado.-

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El corrimiento tiene también tendencia a seguir el sentido de las pendientes, especialmente cuando estas son pronunciadas Por lo tanto se ha llegado a la conclusión que el problema es atribuible: principalmente a tráfico pesado o mal proporcionado sobre vías débiles; al efecto de los frenados y aceleraciones de los trenes; a la expansión y contracción de los rieles motivadas por variaciones bruscas de temperatura, siendo esta causa más notable en vías destapadas; al movimiento ondulatorio introducido en el riel por la acción de las ruedas a medida que estas recorren y presionan la vía; y a las pendientes o rampas importantes.Los trastornos motivados por las corridas desiguales de los rieles, les pueden acarrear graves consecuencias a la marcha de los trenes, debido al estrechamiento de la trocha, inducida por el desplazamiento en falsa escuadra de los durmientes.Debe controlarse con la escuadra de vía cada junta, y las luces entre rieles serán ajustadas de acuerdo a la temperatura reinante. Los durmientes deben mantenerse escuadrados, y distribuirse correctamente con relación a la cantidad correspondiente a lo largo del riel.-

Cuando se deslizan los rieles, los espacios o luces en un extremo se cierran, mientras del otro lado se abren todo lo posible, y si esta situación no se normaliza a tiempo, puede causar serios trastornos, provocando levantamientos o torceduras de la vía (en verano) en la parte de la vía donde hay juntas cerradas, y por la rotura de los bulones (esfuerzo de corte) de las eclisas (en invierno), cosa que ocurre en las juntas excesivamente abiertas.Con el fin de contrarrestar la acción del corrimiento de los rieles, se recurre al empleo de diversos tipos de grapas o pinzas denominadas “anclas de vía”, que se colocan contra los durmientes, para que los rieles transmitan las fuerzas que reciben a causa de la “corrida” directamente a los durmientes.Existen varios tipos de “anclas”, por lo general son piezas que sujetan al patín del riel, presionando lo suficiente como para trasmitir las fuerzas que recibe, directamente al durmiente sin aflojarse.Los durmientes cuentan con la colaboración del balasto (en el cual están embutidos), para soportar estas fuerzas; pues de no ser así, debería desplazarse arrastrando al balasto.FERROCARRILES


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IMPLEMENTACION DEL RIEL LARGO SOLDADO (R.L.S.) Empleo, colocación, vigilancia, conservación y modificación de los R.L.S. que se encuentran constituyendo las vías principales: En los R.L.S., las variaciones de temperatura originan variaciones de longitud, las que siendo impedidas dan lugar a esfuerzos de compresión o de tracción en los rieles. En consecuencia la sujeción de los rieles sobre los durmientes y el anclaje de los durmientes en el balasto se deberá oponer a su libre desplazamiento. La resistencia resultante que se opone a los desplazamientos actúa en el sentido longitudinal, a razón de aproximadamente 1000 Kg por metro de vía estabilizada. Cuando el riel es suficientemente largo, se constata que a una determinada distancia de su extremo, la resistencia total es suficiente para impedir todo movimiento del riel bajo la acción de las variaciones de temperatura. Se llamará riel largo soldado (R.L.S.) a todo riel cuya longitud es tal que subsiste siempre una parte central fija que no sufre ninguna dilatación o contracción cualquiera sean las variaciones de temperatura. Es esta zona FERROCARRILES


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central de los R.L.S., la que queda prácticamente fija, en la que las tensiones de origen térmicas no alcanzan a producir ninguna variación de longitud del riel, cualquiera sea la variación de temperatura. Para que estas tensiones de compresión o de tracción queden dentro de límites admisibles es preciso fijar los R.L.S. a una temperatura conveniente y tomar precauciones especiales durante los trabajos de mantenimiento preventivo o de reparación, a los efectos de que estos límites sean siempre respetados. Los laterales de la zona central, y en una longitud variable que no sobrepasa prácticamente 50 m a partir de los extremos de los R.L.S., los movimientos longitudinales están parcialmente impedidos. Estas zonas se llaman "zonas de respiración". Por consiguiente se producen movimientos en los extremos de los R.L.S. A una temperatura dada, la posición del extremo del R.L.S. depende de los diferentes ciclos de temperatura seguidos desde su colocación, variando normalmente en el interior de un determinado entorno. Esta posición también es función de la estructura (principalmente del perfil del riel) y del grado de estabilización de la vía, pero es independiente de la longitud total del R.L.S. Para que estos movimientos no provoquen luces demasiado importantes, en los extremos libres se colocan aparatos especiales de dilatación (AD). Para que no se produzca un desplazamiento de los rieles sobre los durmientes y únicamente movimientos de los durmientes sobre el balasto en la zona de respiración, es necesario que las fijaciones aseguren un ajuste eficaz. En vía nueva, solamente son utilizadas fijaciones elásticas que aseguran un perfecto mantenimiento de la sujeción. Si el riel es asegurado mediante fijaciones rígidas, es necesario colocar anclas que se opongan a un eventual deslizamiento del riel sobre el durmiente.

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ESTABILIDAD DE LA VIA CON RIELES LARGOS SOLDADOS Estabilidad de la vía El anclaje de los durmientes en el balasto, tanto en el sentido longitudinal como también en el sentido transversal, es el elemento preponderante de la estabilidad de las vías con R.L.S.; por ello es indispensable tomar precauciones especiales en ocasión de la ejecución de todo trabajo que afecta la estabilidad de la vía (disminución de la compacidad del balasto y alteraciones de su perfil). El personal interviniente debe siempre tener presente: Que los perfiles de balasto normalizados deben conservarse. Que una vía recientemente colocada o modificada llega a su estabilidad definitiva de una manera progresiva. Que todo trabajo que necesita un levante o desplazamiento de una vía en servicio, aunque fuera de poca importancia, provoca una desconsolidación notable durante un plazo más o menos largo. Por eso tales operaciones, cuando las condiciones de temperatura definidas no se cumplen, están estrictamente prohibidas, si no se establece limitación de velocidad.Influencia de los defectos del riel Los rieles torcidos y las soldaduras que presentan un defecto fuera de tolerancia, pueden afectar notablemente la estabilidad de una vía armada con R.L.S..Está entonces prohibido incorporar en un R.L.S., un riel que presente un defecto de alineación o una soldadura fuera de tolerancia.Se deben tomar todas las precauciones necesarias para no deformar el riel durante su manipuleo y realizar las soldaduras en la vía con el mayor cuidado.Influencia de la estructura de la vía El tipo de riel (momento de inercia, peso por metro) y la naturaleza de los durmientes, como así también la calidad de la unión del riel a los durmientes, son parámetros que influyen en las condiciones de estabilidad de la vía.FERROCARRILES


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Influencia de la calidad de la nivelación y alineación Las irregularidades de la nivelación y de la alineación, la existencia de durmientes flojos ("bailarines"), disminuyen localmente la estabilidad de la vía. Particularidades del trazado o de la estructura La presencia de: curvas, aparatos de vía incorporados en los R.L.S., tableros dilatables de obras de artes metálicas o de hormigón que soportan la vía con o sin balasto, originan sobrecargas en las tensiones del riel, que modifican las condiciones de estabilidad de la vía. Como consecuencia de la complejidad de las operaciones de conservación, el personal afectado a las tareas de mantenimiento debe ser adecuadamente capacitado y atenerse a las instrucciones vigentes y precisas sobre el tema.Estabilización de la vía. Una vía recientemente colocada, modificada o en la que se efectuaron trabajos de importancia, dispone de una parte de su resistencia definitiva. La resistencia total o definitiva, se adquiere progresivamente bajo la acción que ejerce el tráfico circulado sobre la misma. Esta es definitivamente adquirida, luego del paso de un tonelaje aproximado a las 500.000 ton. (170 trenes con 40 vagones cargados) No obstante, luego del paso de 100.000 ton. (35 trenes), la estabilización alcanza al 90%. La estabilización puede conseguirse de forma más rápida artificialmente, sea con la ayuda de un equipo que ejerce simultáneamente sobre la vía un esfuerzo estático y un esfuerzo dinámico de frecuencia comprendida entre 20 y 50 Hz (estabilizador), sea mediante compactadoras de cajas y/o banquinas de balasto. La estabilización de la vía depende de 4 factores: - de la naturaleza de la operación que provocó una desconsolidación de la vía (por ejemplo: el levantamiento calibrado produce una desconsolidación mayor que el bateado). - de la estructura de la vía - del tonelaje soportado - del empleo o no de la estabilización artificial FERROCARRILES


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El aumento de resistencia de la vía, se desarrolla según una función logarítmica, o sea que crece muy rápidamente al comienzo y más lentamente a continuación. Se considera que la estabilización está prácticamente adquirida cuando queda satisfecha la doble condición de plazo y de tonelaje soportado. Liberación de los R.L.S. Homogeneización de tensiones La liberación de un R.L.S. es una operación que, permitiendo su libre dilatación, anula todas las tensiones susceptibles de existir, en el mismo momento de la operación. Se efectúa en los dos rieles simultáneamente (con excepción del caso particular de reemplazo parcial de una sola fila) y obligatoriamente cuando la vía se encuentra estabilizada; y aplicar una acción de vibración sobre éste de manera de reducir al mínimo los frotamientos. A continuación se ajustan las fijaciones, la temperatura a que fue realizada esta operación es la que se considera temperatura de referencia, para la cual el R.L.S. no presenta ningún esfuerzo interno en su parte central. El conocimiento de esta temperatura es indispensable para la determinación del entorno de temperatura entre las cuales son autorizadas las operaciones de conservación (puede ser necesario durante la vida de un R.L.S., proceder a una nueva liberación si se temiera que la temperatura de referencia hubiere experimentado una importante variación. Homogeneización local de tensiones Esta operación tiene por objeto uniformar las tensiones en una zona en la que las mismas han sido perturbadas, pero sin afectar su valor medio. La única zona donde se permite realizar esto es en la parte central del R.L.S., a no menos de 150 m de los extremos. Para esta tarea no se requiere el corte del R.L.S., pero si deben aflojarse las fijaciones sobre la longitud de riel a considerar, colocando o no el riel sobre rolos según sea la misma superior o inferior a 150 m, dar algunos golpes de maza (constituida por material que no dañe al riel) sobre los rieles, y luego ajustar las fijaciones a temperatura sensiblemente constante. La homogeneización de tensiones debe ser efectuada sobre una vía estabilizada

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Temperatura de los R.L.S. Las temperaturas indicadas son las medidas en el interior de un cupón de riel de igual perfil que el utilizado en la vía y expuesto en las mismas condiciones de soleamiento . Temperatura neutra (tn) en un punto de un R.L.S. Es la temperatura a la cual las tensiones térmicas son nulas en ese punto del R.L.S. Este concepto únicamente tiene significado en la zona central del R.L.S Temperatura de sujeción (ts) de un R.L.S. o de una parte de R.L.S. La temperatura de sujeción de un R.L.S., o de una parte del R.L.S. es la media aritmética ponderada de las temperaturas observadas durante el ajuste de las fijaciones y soldadura a lo largo de toda la longitud considerada. La ponderación se hará en función de longitud de riel liberado para cada temperatura medida. Estando la vía convenientemente balastada, su sujeción puede ser considerada como alcanzada después de haber ajustado las fijaciones a razón de un durmiente cada seis, con dos fijaciones ajustadas por cabeza (una de cada lado del riel), salvo en el caso de "calentamiento artificial", donde el número mínimo de fijaciones ajustadas depende de la diferencia que existe entre la temperatura medida en el cupón testigo y la temperatura de liberación Temperatura de liberación (tl) de un R.L.S. o de una parte del R.L.S. Es la temperatura de sujeción después de la liberación del R.L.S., o parte del R.L.S., efectuada sobre una vía estabilizada después de la última operación que haya afectado su estabilidad. Temperatura de referencia (tr) para una zona de vía Es la temperatura de liberación (o de sujeción si no ha habido liberación) de los dos rieles componentes de la vía. Si excepcionalmente los dos rieles no han sido liberados simultáneamente, o si la temperatura de sujeción o de liberación de una de las filas de rieles ha sido modificada como consecuencia del trabajo efectuado sobre el mismo, debe tomarse la menor de las temperaturas de liberación (o de sujeción) de cada una de las dos filas de rieles. FERROCARRILES


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Para los R.L.S. liberados en varios tramos, conviene precisar por sus puntos kilométricos, los límites de las zonas, en las cuales se aplican las diferentes temperaturas de referencia. La temperatura de referencia es aquella que sirve para determinar entre que valores límites de temperatura pueden ser efectuadas las operaciones de conservación en una zona de vía considerada, según las prescripciones enunciadas en los capítulos que siguen. Temperatura de regularización (tg) de los A.D. y de los dispositivos de dilatación (D.D.) Es la temperatura a la que se efectúa la regulación de la abertura de los A.D. o de las juntas de los D.D Perfiles de balasto. Los perfiles reforzados son previstos cuando los esfuerzos laterales ejercidos en la vía resultan muy importantes (curvas), o cuando la estructura de la vía es susceptible de desplazarse bajo la acción de las variaciones de temperatura (zonas de respiración, empalme de rieles de perfiles diferentes, proximidades de túneles, de obras de arte, de aparatos de vía incorporados). ZONAS Y REGLAS DE EMPLEO DE LOS R.L.S. La construcción de una vía con R.L.S. debe ser considerada, en principio, como la construcción normal de vía. Sin embargo, está sujeta a un determinado número de condiciones imperativas Los R.L.S. no deben ser colocados en una infraestructura inestable, en particular en zonas donde se produzcan hundimientos o de terraplenes recientemente construidos e insuficientemente compactados. En lo que hace a su superestructura, en las construcciones o las renovaciones, serán corrientemente empleados los siguientes perfiles de rieles nuevos: UIC 60, UIC 54, U36, 100 BSR, etc. Los R.L.S. son obtenidos por soldadura, en la vía, de barras de hasta 288 m obtenidas por soldadura eléctrica en talleres, de rieles de 18 o 36 m, o de longitudes varias. Está prohibido agujerear los R.L.S. con agujeros de diámetro superior a los 13 mm ( ½”) .-

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En las líneas en las que las velocidades permitidas o previstas son menores a 140 km/h, los R.L.S. pueden ser realizados soldando los rieles existentes en la vía sin corte de los extremos (despuntes), sea cual fuere el tipo de riel. Esta operación, puede admitirse siempre que los rieles estén en buenas condiciones.El examen por ultrasonido resulta necesario si se han registrado roturas por defectos de fatiga, o por causas desconocidas, o si controles anteriores han permitido encontrar algunos defectos. Los durmientes en construcción nueva o renovación, pueden ser de madera de escuadra 0,24 cm x 0,15 cm provistos de fijaciones elásticas. Los R.L.S. son colocados normalmente sobre placas acanaladas de goma y sujetados con la ayuda de fijaciones elásticas Los R.L.S. armados con fijaciones rígidas (caso particular de renovación de riel sobre durmientes no renovados). La incertidumbre relativa a su eficacia de ajuste, origina la necesidad de colocar anclas en las siguientes condiciones: 4 anclas por durmiente a razón de: un durmiente cada 2 en los 100 primeros metros del R.L.S un durmiente cada 3 en los 50 metros siguientes un durmiente cada 4 en la zona central En el caso en que el R.L.S. fuese colocado parte con fijaciones elásticas, y parte con fijaciones rígidas, es igualmente necesario colocar 4 anclas por durmiente, a razón de un durmiente cada 2, los últimos 50 metros de la parte armada con fijaciones rígidas que limita con la de los durmientes que poseen fijaciones elásticas. Las anclas son colocadas inmediatamente después de la liberación. Requisitos relacionados con la longitud : Longitud mínima:

La longitud mínima de los R.L.S. es de 300 m, medida a partir de los extremos de la barra (o de eje a eje de los A.D. si existen).FERROCARRILES


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Longitud máxima No hay limitación técnica en la longitud máxima de un R.L.S. Es de gran interés limitar el empleo de barras de longitudes normales y realizar R.L.S. de la mayor longitud posible para evitar al máximo el empleo de los A.D. y/o D.D., cuya conservación es delicada y costosa. La colocación de los R.L.S. es efectuada en trazado recto y en curva. El valor del radio mínimo autorizado depende: del tipo de riel, del tipo de durmiente, del balastado, de la cantidad de durmientes La distribución normal en construcción o renovación de vía es de 1.666 durmientes por kilómetro para una infraestructura de calidad corriente. Este número puede ser aumentado pero no debe sobrepasar 2.000 durmientes/km, si no se quiere molestar las operaciones de conservación, en particular la nivelación mediante bateadoras-niveladoras mecánicas pesadas. Empalmes de los extremos de los R.L.S. Los R.L.S. terminan con AD, los aparatos de dilatación deben ser colocados fuera de las curvas de radio < 400 m - En las curvas de transición (enlaces parabólicos, excepcionalmente se permitirá su colocación si la variación de peralte es ≤ 1 mm/m) Los dispositivos de dilatación a juntas múltiples (DD), su empleo queda limitado a las líneas en las que la velocidad límite es inferior a 140 km/h.Si dos R.L.S. no pueden ser unidos por soldadura (zona de plataformas inestables por ejemplo), hay que separarlos por lo menos por 5 rieles de 18 m (equivalente a 6 juntas).Las secciones eléctricas de los circuitos de vía son ejecutadas en pleno riel mediante la colocación de juntas aisladas coladas.

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Disposiciones particulares relativas a los P.a N. Cuando un P. a N. se encuentra ubicado en una zona de R.L.S., el extremo más cercano debe encontrase a una distancia de tres veces la longitud de la vía que abarca el P. a N. (3 veces el ancho de la calzada). Cuando un P. a N. se encuentra en una zona de rieles de longitud normal y en las proximidades de un extremo del R.L.S. terminado en AD o DD, debe quedar una distancia mínima de 18 m entre el AD o DD y el P. a N., la que se reserva para facilitar la conservación del P. a N. independientemente del AD Disposiciones particulares para el cruce de las Obras de Arte. En el cruce de una obra de arte, estando la vía fijada al tablero, y este último se dilata independientemente del riel, puede aparecer un aumento de tensiones en la vía, que impone condiciones suplementarias a la construcción del R.L.S. y en determinados casos la necesidad de colocar un AD. Aparatos de vía En determinadas condiciones los AV pueden ser incorporados mediante soldaduras, con junta aislada encolada o junta encolada en un R.L.S. Si las condiciones necesarias no son cumplidas, el R.L.S. debe ser interrumpido a uno y otro lado del AV o de un grupo de AV, sea por interposición de un AD separado del AV por una longitud de vía de 18 m, o por un DD.

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Determinación de la temperatura neutra: tmáx = 45ºC

tmín = - 5ºC

tn = 20ºC

Tensión máx de comp. o de tracción

σ = 614 Kg / cm2

= 61,4 Mpa

Para Riel U36 de sección = 64,5 cm2 Fuerza máx. de comp.. o de tracción F = σ . S = 39.603 Kg Longitud de las zonas de respiración: Considerando una resistencia de rozamiento de f = 1.000 Kg/m 39,60 m o sea aproximadamente 40 metros mínimos Con estos valores los corrimientos de estas zonas son máximos para dilatación + 6 mm para contracción de – 6mm FERROCARRILES


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Los AD ó DD deben permitir un desplazamiento total de 12 mm

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SUPERESTRUCTURA – COSTO DE CONSTRUCCIÓN La determinación del costo estimado de la superestructura de un km de vía es independiente del tipo de terreno – llanura, ondulado, accidentado o montaña.No ocurre lo mismo con el costo de la infraestructura, la cual es totalmente dependiente del tipo de terreno en el que tendrá lugar la implementación de la vía (volúmenes de movimientos de suelos y cantidad y tipo de Obras de Arte, etc.). Como así también dentro del mismo tipo de terrenos suelen existir variaciones importantes, lo que hace que el costo de la infraestructura es particular de cada obra.SUPERESTRUCTURA DE VIA SIMPLE O SENCILLA

a) Vía armada con juntas de dilatación Trocha ancha - Riel : U36 50,6 Kg/m Durmientes: madera 1600/Km Fijación: tirafondos - Anclas: 880/Km - Balasto: piedra partida 30 cm Computo : Rieles: 2.000 m x 50,6 Kg / m = 101.200 Kg = 101,2 ton Tirafondos: 1.600 x 4 = 6.400 Eclisas: 2.000 m : 18 m = 112 juegos Cada juego se compone de 2 eclisas y 6 bulones Piedra partida: Volumen = volumen caballete – volumen de durmientes

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Volumen = (3,50 + 4,40) /2 * 0,45 *1000 – 0,24 * 0,12 * 2,70 * 1600 Volumen de balasto por Km = 1.653 m3 Peso especifico 1,6 ton / m3

Q = 2.645 ton / km

Cambios (aparatos de vía); se estiman que se colocan a razón de 2 cada 16 Km de vía.- Por lo tanto por prorrateo corresponde 0,125 por cada Km .Presupuesto: Los valores unitarios en pesos ($) de los items están estimados a Abril 2010. Item

Unid.

Cant.

$ / unid.

Total

%

1 – Riel

ton

101,2

7.400

748.880

49.88

2 – Tirafondos

Nº

6.400

9

57.600

3,84

3 - Eclisas

juego

112

330

36.960

2,46

4 – Anclas

Nº

880

50

44.000

2,93

5 – Cambios

Nº

0,125

31.300

3.913

0,26

6 – Durmientes

Nº

1.600

150

240.000

15,98

7 – Balasto

ton

2.645

140

370.300

24,66

1.501.353

100 %

TOTAL MATERIALES 8 – Mano de obra FERROCARRILES

m

1.000

285

285.000 ------------


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SUB TOTAL GRAL: 9 - Imp., Adm., Int., Amort., Gcias.: 30 % TOTAL GENERAL

1.786.353 535.906 ------------2.322.259

Costo estimado de la superestructura: $ 2.304.449 por kilómetro de vía simple construída (u$s 595.451)

SOBREANCHO Se denomina así a la sobredimensión, que se le da a la trocha cuando la vía se encuentra en sectores en curva. Tiene por objeto facilitar la inscripción de la base rígida de los vehículos.Su valor es función del radio de la curva y de la máxima base rígida de los vehículos que han de circular en ella; además su valor no debe ser exagerado porque los vehículos de menor base rígida se colocarán en posición demasiado oblicua, provocando un mayor desgaste de los rieles, una mayor resistencia a la rodadura y un mayor juego de rotación en el eje vertical del vehículo.El juego entre pestaña y riel en recta varía entre 8 y 19 mm (en cada lado), o sea es función del estado (desgaste) de la rueda y del riel.-

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Para el cálculo del sobreancho, debemos analizar previamente el efecto rueda riel determinado por la distancia en el contacto pestaña-riel, punto A y punto B de contacto entre banda de rodamiento-hongo del riel.Este análisis nos permitirá determinar, analíticamente sobreancho necesario a implementar en el alineamiento curvo del trazado.-

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el


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1) Bogies de dos ejes (coches y vagones)

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2) Bogies de tres ejes (locomotoras)

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No obstante esta deducción, la fijación del sobreancho en los distintos reglamentos, está dada en función de fórmulas empíricas; entre otras tenemos:

Sobreanchos ( en mm): comparación de las distintas fórmulas, para los siguientes datos: h = 3,5 cm r = 0,80 m L = 4,20 m FERROCARRILES


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R (m) Fórmula R. Inglés R. Francés R. Alemán F. A. ---------------------------------------------------------------------------100 27 42 27 15 40 150

18

26

24

10

23

200

14

18

21

10

15

250

11

14

18

5

10

300

9

12

16

5

7

400

7

8

12

0

3

CURVAS -- RADIO MINIMO DE INSCRIPCIÓN Es el menor radio en el cual pueden inscribirse los vehículos en playas de maniobras o desvíos, con velocidad de “paso de hombre”.Los radios mínimos a observar para la circulación normal de los vehículos son mayores, dependiendo de la velocidad de circulación, de la importancia de la vía y del tipo de tráfico.-

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Ejemplo: Vagón tolva granero – trocha ancha - longitud del vagón entre extremos de paragolpes = 15 metros – distancia entre ejes de paragolpes = 2,34 metros – carrera máxima del paragolpe = 9 cm; carrera aconsejable = 6 cm.-

Se emplean solamente en playas y sitios en los que el tren se desplaza a paso de hombre, y razones de espacio impiden radio mayores.Para velocidades mayores, el radio mínimo se determina en la forma ya vista anteriormente.-

RECTIFICACIÓN DEL TRAZADO DE LAS CURVAS METODO DE LAS FLECHAS El método de rectificación de las curvas por corrección de las flechas, permite verificar y rectificar el trazado de la vía en curvas, partiendo de los valores de las flechas medidas en el centro de una cuerda de longitud FERROCARRILES


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constante. Se aplica en general en los programas de conservación y mantenimiento de las vías, y en particular en las vías en curso de renovación.Al finalizar la construcción de una vía nueva, se aplica a los fines de colocar los mojones testigos definitivos.Este método de rectificación de curvas, debe ser preferido a los que requieren el empleo de los aparatos topográficos, dado que su aplicación es más sencilla, más fácil y rápida, y a la vez muy preciso.La rectificación de una curva requiere: - Operaciones de mediciones en la vía. - Cálculos en gabinete.

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Estas fórmulas corresponden al sector de CURVA CIRCULAR En los sectores de enlace de curvas de transición, corresponden las siguientes flechas:

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Se observa que la flecha en un punto cualquiera de la parábola cúbica, es proporcional a la absisa “x” de ese punto.“ f’ ” varía linealmente, pues f / L es constante entre 0 y f .En una curva circular perfectamente trazada, y unida a alineamientos rectos mediante curvas de transición (enlace parabólico) también perfectamente trazados, el diagrama de las flechas se presentará de la siguiente forma:

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La pendiente del diagrama de flechas, proporcional a la curvatura del enlace de transición, debe ser en todo punto inferior a un límite máximo.-

Entre dos estacas espaciadas de una distancia e , la variación de flecha está expresada por:

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Cuando la curva ha sido rectificada, es interesante indicar frente a cada estaca, el peralte a aplicar.-

Planilla de campaña para la medición de flechas Línea de ................ a ....................... Rectificación del Km ..................... al Km................... Curva Nº ......................... derecha o Izquierda Distancia entre estacas. 10 metros.-

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MECANISMOS AUXILIARES DE LA VIA Son los mecanismos que formando parte de la vía, hacen posible su utilización adecuada como medio de transporte, y a la vez suministran seguridad a la circulación de los trenes. Ellos son: cambios, cruzamientos, señales, trampas, detectores, selectores, etc.En los caminos, el ancho de calzada siempre admite como mínimo dos carriles de circulación, lo que permite que pueda ser circulado simultáneamente en los dos sentidos por los vehículos automotores; ello no siempre sucede con las líneas ferroviarias, sino que por el contrario, son mayoría las constituidas por una sola vía (vía simple o sencilla), la que es utilizada alternativamente para circular en ambas direcciones, lo cual supone la necesidad de una adecuada programación a los fines de optimizar su utilización.Además se debe tener presente que los vehículos ferroviarios, no tienen como los automotores, la posibilidad de apartarse de su carril de circulación y sobrepasar en cualquier sitio a los que circulan mas lentamente.Tampoco tienen la posibilidad frente a una eventualidad de salir a una banquina, como lo hace el automotor.El vehículo ferroviario tiene imposibilidad absoluta de salir de su vía durante el trayecto, siendo ello posible solamente en las estaciones o en los llamados desvíos de cruce.La construcción de una línea férrea en vía doble o sea de dos vías (una para cada sentido de dirección), solo es factible cuando la densidad de trenes a circular sobrepasa determinada cantidad y por lo tanto se justifica el mayor costo que impone su construcción, como así también el consiguiente incremento de los gastos de conservación.En el costo de construcción de una vía doble con respecto a una vía sencilla, no se incrementan los correspondientes al estudio de factibilidad, proyecto y trazado, pero no ocurre lo mismo con la construcción de la infraestructura y la superestructura, las que prácticamente duplican sus costos. En lo referente a los gastos de mantenimiento, también se incrementan en estas proporciones, por lo que puede decirse que el costo de una vía doble estimativamente supone un 90 % mas que el correspondiente a una vía sencilla.-

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Circulación en vía doble El movimiento operativo en una línea de vía doble presenta las siguientes características: Las vías se distinguen con las denominaciones de ascendentes y descendentes, correspondiendo a la primera la dirección de circulación que teniendo origen en la Capital Federal se dirige al interior del país, y es ubicada a la izquierda; la segunda corresponde al sentido de circulación inverso, y es la ubicada a la derecha.El vehículo ferroviario en su desplazamiento sobre los rieles, tiene dificultades de detención (frenado), necesitando un recorrido importante para lograrlo. Ej.: circulando a 100 kph, en trenes remolcados por locomotoras Diesel, se necesitan unos 400 metros, y en caso de rieles sucios, mojados, etc., un recorrido mayor; ni que hablar si fallan los frenos.Por este motivo es necesaria que haya una adecuada separación entre los trenes en circulación; debe sumarse también el hecho de que no siempre el trazado es recto, sino que tiene curvas – a veces de radios pequeños y mucho ángulo – y obstáculos laterales que impiden una buena visibilidad. Además se circula también de noche, con niebla, lluvias, etc., todos estos factores contribuyen a dificultar una visión adecuada y con suficiente antelación frente a problemas que pueda tener el tren que circula adelante, o si sencillamente se ha detenido.Desde el inicio del ferrocarril se observó este problema, por lo cual se adoptaron normas de circulación que establecían separaciones entre trenes sucesivos; estas normas fueron de dos tipos: de tiempo y de distancia.La separación por tiempo prácticamente ha sido abandonada, y solo se recurre a ella en determinadas circunstancias, y consiste en permitir la salida de un tren posterior con igual sentido, después de transcurrido un determinado tiempo, se emplea en sectores de vía recta, de buena visibilidad, de día, en tiempo bueno, siendo el tren de atrás de menor velocidad, y el conductor con instrucciones precisas de observar perfectamente la marcha del tren adelante.La separación por distancia es la usada normalmente y la que ofrece seguridad total si se cumple con la reglamentación.-

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Ing. L.R.FANUTTI

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Consiste en dividir la línea en sectores o secciones, cuyas longitudes dependen de varios factores; importancia de la línea, tipo de terreno (llano, montañoso, etc.), velocidad de circulación, cantidad diaria de trenes, etc.En los puntos límites de sectores, se construyen desvíos o vías auxiliares en las que se puede estacionar el tren, permitiendo ser sobrepasado por otro de mayor velocidad o importancia.Estos desvíos por razones operativas se transforman generalmente en Estaciones. En la sección solo puede encontrarse circulando un tren; un segundo tren solo tendrá permiso de circular cuando el primero ha salido de la sección y entrado en la siguiente o parado en la estación.-

Circulación en vía sencilla Las consideraciones vertidas para la circulación en vía doble, valen en su totalidad para la vía sencilla con el agregado de que en ésta, deben circular en ambas direcciones por el mismo carril.En esta situación, es imposible que puedan encontrarse en la misma sección dos trenes con sentidos contrarios; por lo tanto deberán programarse los cruces en las estaciones o en los desvíos de cruce.-

La circulación de los trenes debe ser programada, a los fines de optimizar la utilización de la vía y acortar los tiempos totales de transporte. Para ello se recurre al uso de un sistema de coordenadas cartesianas ortogonales, donde en el eje de las abscisas se marca el tiempo ( 24 horas), y en el eje de las ordenadas, en escala de distancias las sucesivas estaciones y desvíos de cruce que existan en el ramal o en la línea.FERROCARRILES

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Veamos un diagrama de circulación de trenes en una línea de vía sencilla, es decir en la cual circularán trenes de sentidos contrarios. Las fórmulas que se aplican son simplemente: Distancia = Veloc. por tiempo (D=V.T) Tiempo = Distancia sobre velocidad (T = D/V) Velocidad = Distancia sobre tiempo ( V = D / T )

Capacidad de la vía: Es la cantidad máxima de trenes que pueden circular en una línea o ramal ferroviario durante 24 hs.-

Vía sencilla o simple:

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Vía doble: La misma fórmula, pero multiplicada por dos ( 2 ) .-

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Idem programación en sentido contrario

Idem en sentido contrario

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CAMBIO DE VIAS Y CRUZAMIENTOS En las operaciones inherentes a la explotación de un ferrocarril, ejercen un papel importante los cambios de vía. Son dispositivos que permiten el pasaje de un tren de una vía a otra vía. Por su importancia en la explotación ferroviaria deben ser objeto de especial atención por parte del personal que atiende la construcción, reparación, conservación y atención de los mismos.-

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Los cambios, en su mayoría son sencillos, o sea desviaciones simples, pero con el fin de ahorrar espacios, en las vías de playas especialmente, han sido diseñados cambios compuestos denominados slip, los que a su vez pueden ser sencillos (con dos juegos de cambios) o dobles (con cuatro juegos de cambios).Los cambios son puntos débiles en la estructura de la vía ferroviaria, y gran parte de los accidentes se producen sobre los mismos; es por ello que son constantemente motivo de estudios y experimentación. Las agujas largas curvadas, cruzadas móviles para evitar el salto del rodado al atravesar la luz en la garganta de las mismas, tienen no solo la finalidad de hacer más cómodo y suave el rodar, sino la seguridad y economía, pues tanto el material de vía como el tren rodante sufren menos y el peligro de accidentes disminuye.-

Partes componentes de un cambio El cambio propiamente dicho se compone de: ----------FERROCARRILES

Riel contra-aguja o riel stock (derecho e izquierdo) Riel aguja (derecha e izquierda) Barras de trocha Barras de tiro (accionamiento del cambio) Piezas o tacos de separación (distancia) Durmientes especiales (distintos largos) Placas de asiento Accesorios varios (bulones, silletas, tirafondos, etc.) El cruzamiento, cruzada o crucero Contra-rieles Ing. L.R.FANUTTI

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El cruzamiento es una pieza fundamental en el cambio, generalmente de acero fundido en un solo bloque, es el que da el ángulo de cruce (tg. 1:6 , 1:8 , 1:10 y 1:12).-

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Ejemplo: Un cambio común en trocha ancha es de tg 1:8 , largo de agujas 4,572 m , h1 = 0,991 m , h2 = 2,805 m , Radio riel intercalario curvo = 200 m , tiene las siguientes dimensiones: Largo total

L = 29,103 m

A = 12,838 m

B = 16,265 m

En el cruzamiento existe el punto matemático o teórico, y el punto real. El primero es la intersección de las líneas formada por el lado “trocha” o interior del hongo de los rieles, y es el que da él calculo, presentaría como un filo de cuchillo; debido a esto se da a la punta del corazón unos 10 mm de espesor, redondeándola para evitar los cantos vivos.Según varíe el ángulo adoptado para la curva de la desviación, variará el ángulo formado por el cruce, y también la distancia entre la aguja y el corazón del cruzamiento.Cuanto más cerrado sea el ángulo del cruzamiento, más suave será la desviación, pero a la vez más costosa la construcción, ya que ha medida que se va reduciendo el ángulo, aumenta la distancia entre las agujas y el cruzamiento, y se requieren mas rieles, durmientes especiales y todos los demás accesorios.-

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Cruces de vías En los cruces de dos vías, se utilizan generalmente elementos monoblok de acero fundido, denominados “cruzamientos fijos”, los que se empalman a ambas vías por medio de eclisas .-

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DESVIACIÓN SIMPLE DERECHA

Tg

1:8

TROCHA ANCHA

Sector 1

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Relación entre la vía y las señales: Detección: al tratar la relación de la vía con las señales, se ve la necesidad de que ambos elementos deben estar relacionados en forma tal de establecer un control recíproco entre los cambios y las señales correspondientes.A tal fin se ha establecido la detección, que consiste en un dispositivo que asegura que el cambio este dispuesto para la dirección requerida y también que ambas agujas se encuentren en la posición correcta, sin peligro para el pasaje del tren, antes de permitir que pueda ser bajada la señal correspondiente.Los detectores en el sistema mecánico están formados, por un juego de planchuelas de acero dispuestas en sentido transversal, que se desplazan deslizándose por un armazón de hierro que le sirve de guía; una de ellas se conecta a las agujas del cambio y la otra a las señales, tal como se indica en el dibujo:

Al estar estas planchuelas provistas de cortes, solo coinciden en ciertas posiciones. Esta posición de coincidencia determina que al estar el cambio en la posición correcta, permite el accionamiento de la señal.El accionamiento de este dispositivo puede ser manual mediante palancas, o bien por un mecanismo electrónico accionado a botonera que envía la orden correspondiente.-

En los siguientes croquis se indican ejemplos de utilización de los detectores:

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Lo correcto es que la vía segunda también tenga su señal de entrada, que en el caso de playas corresponde también a las otras vías (tercera, cuarta, etc.).En este caso los esquemas son los siguientes:

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LEVANTE CALIBRADO Una vez finalizado el armado de la vía, se procede al ajuste final mediante las siguientes operaciones:

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TEORIA DEL MOVIMIENTO - ADHERENCIA Los elementos más influyentes en la adherencia a tener en cuenta son: •

Coeficiente de adherencia: Es la relación entre el esfuerzo máximo que puede ser aplicado a la llanta sin patinaje y el peso P que transmite la rueda:

El coeficiente de adherencia se halla con la siguiente fórmula:

V = velocidad del tren en kph. •

Peso adherente (P): Es el peso que apoya la rueda sobre el riel. Cuanto mayor sea este peso mayor será la adherencia.

•

Patinaje: Cuando la Ftll supera el valor de la Fa.

Antes de explicar los factores influyentes hay que tener en cuenta las siguientes consideraciones: 1) El coeficiente de adherencia es máximo en el arranque, de esta manera se utiliza al máximo el esfuerzo que nos dé la locomotora. 2) La adherencia durante el viaje depende del tipo de tren del que se trate (de pasajeros o cargas). 3) Límite que impone la adherencia sobre el esfuerzo motor y las potencias aplicables a un eje: FERROCARRILES

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P = peso adherente. = coeficiente de adherencia en reposo. Nu = potencia máxima, en caballos de vapor, que se puede aplicar. V = velocidad del tren en kph. Factores que influyen en la adherencia: 1) El estado de la vía, con la nivelación y las curvas que pudiera contener. 2) El estado de la superficie de contacto rueda-carril. La adherencia se mejora de dos maneras: 1- Con arena. 2- Por limpieza del carril, con detergentes químicos u otros métodos más sofisticados. AERODINÁMICA La búsqueda de formas de los vehículos que lleven a reducir la resistencia que presenta el aire al avance comenzó ya cuando las velocidades de circulación empezaron a sobrepasar los 100 kph .Cuando se llegó a sobrepasar la velocidad de 200 kph se empezó a tener en cuenta otros fenómenos, tales como las presiones y esfuerzos que actúan sobre los vehículos, viajeros y entorno. Aspectos a tener en cuenta al estudiar el tema aerodinámico: La energía de tracción consumida en vencer la resistencia que opone el aire. Un buen diseño aerodinámico influye en el menor consumo de energía. La tendencia a emplear materiales cada vez más livianos en la construcción de los vehículos implica el tener muy en cuenta la influencia de esto en la seguridad y estabilidad del tren. Los sistemas de refrigeración y ventilación para los equipos de tracción y frenado. El efecto de fuertes vientos exige la consideración del diseño aerodinámico en ciertos equipos, tales como la catenaria. FERROCARRILES

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Las formas que han ido tomando las locomotoras con el paso del tiempo son debidas a la alta presión a la que se ve sometida al tener que vencer la resistencia que presenta el aire. Esta presión es mucho menor en la parte trasera del tren. Cuando se hace un estudio aerodinámico en ferrocarriles, en lugar de diseñar la locomotora y los vagones por separado se conciben los trenes al principio como entidades completas, y así es como se puede observar que todos los vehículos del tren en la actualidad tienen unos faldones en la parte inferior que controlan la corriente de aire por debajo del coche, para luego estudiar por separado la locomotora y los coches; a estos últimos se les equipa con unos muelles de goma y otros de aire en la carrocería para mantenerlos a una altura constante en virtud de la variación de la presión del aire a medida que la carga de pasajeros aumenta o disminuye. Actualmente, y más aún con las líneas de alta velocidad, se tiene muy en cuenta el fenómeno que se produce cuando un tren penetra en un túnel: pues surgen ondas de presión que realizan un viaje de ida y vuelta a lo largo del túnel. Estas ondas pueden causar dolor en los tímpanos de los viajeros o incluso hacer estallar el vidrio. Mediante simulaciones informáticas de este fenómeno se ha llegado a la conclusión de que se puede minimizar la intensidad de estas ondas si se modifica la forma de los trenes, por ejemplo alargando su frente, de ahí que las locomotoras de los trenes más modernos tengan estos aspectos tan espectaculares en cuanto a la forma. FRENADO DE LOS TRENES Para la explicación del frenado de los ferrocarriles es importante conocer una serie de definiciones y conceptos que se incluyen en la teoría del frenado y las distancias de parada: 1) Teoría del frenado: El concepto del frenado clásico (por zapatas) se basa en conseguir un trabajo resistente adicional (por rozamiento de las zapatas) con la periferia de las llantas que finalmente se disipa térmicamente. La idea básica se ve mejor con la siguiente figura:

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siendo: Q = esfuerzo ejercido por las dos zapatas sobre una rueda en rotación. P = peso ejercido por la rueda sobre el carril. = coeficiente de rozamiento entre la zapata y la rueda. ϕ = coeficiente de adherencia entre la rueda y el carril. f = coeficiente de rozamiento al deslizamiento entre la rueda y el riel. Ftll = esfuerzo de tracción sobre la rueda. T = reacción tangencial del carril sobre la rueda.

La inecuación fundamental es la siguiente: Q . f debe ser menor o igual que P . ϕ con: Q·

= esfuerzo retardador del frenado.

Una vez que comienza el deslizamiento, si se mantiene el esfuerzo ejercido por las zapatas sobre la rueda, se produce el bloqueo de la rueda; pero si Q ·

> P · ϕ hay deslizamiento.

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Para que no haya desgaste en las llantas ni en el carril, ni deterioro de las zapatas la solución es aplicar en todo momento un Q menor o igual que P · ϕ / fz .

Conceptos útiles para la comprensión del frenado de los trenes: 1- Peso freno ficticio instantáneo P1:

1.1 – El peso freno en el caso de un tren de cargas, se calcula con la siguiente formula:

γ = coeficiente que varía entre 0.8 y 1.1 FERROCARRILES

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1.2- En el caso de un tren de pasajeros el peso freno depende de la distancia de frenado desde el momento en que se aplican los frenos, haciendo uso de unas tablas según el tipo de tren en el que se esté. 2- Coeficiente de frenado instantáneo λ :

en general, se define el coeficiente de frenado de un tren como la relación:

Σp = suma de los pesos freno de todos los vehículos del convoy

(incluido el de la locomotora). Σtren = peso total del tren.

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RED FERROVIARIA EN EL AREA URBANA DE ROSARIO

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B1.00129.55 (FFCC Ing. Fanutti)

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