ELEMENTOS DE INGENIERÍA FERROVIARIA
Calculo de la Vía Para el cálculo de la vía se considera principalmente: Cálculo del Riel Cálculo del durmiente Cálculo del balasto Una vía ferroviaria se encuentra sometida a dos tipos de esfuerzos. Esfuerzos verticales: Producidos por el peso propio del vehículo que circula en la vía Esfuerzos horizontales: producidos por el rodamiento, temperaturas, y movimientos propiamente dicho del vehículo que circula en la vía. Entre los movimientos que se observan en los trenes tenemos: Balanceo Trepidación Rebote Galope Serpenteo Vaivén Los cuales deben ser considerados para el diseño de la vía y la envolvente máxima para el material rodante. Funciones del Riel Resistir directamente las tensiones que recibe del material rodante y transmitirla a su vez al resto de componentes que conforman la superestructura de la vía. Sirven como guía de las ruedas en su movimiento. Conduce electricidad para la señalización y tracción de las líneas electrificadas. Cálculos del Riel Uno de los factores más importantes para el caculo de los rieles es el peso de los vehículos, ya que es el punto de contacto entre la rueda y el riel según la cantidad de ejes. En todos los vehículos el peso bruto se reparte en todos los ejes de manera uniforme y se expresa como un peso máximo por eje, que debe ser soportada por el riel. El riel es sustituido mas por desgate o fatiga que por problemas de orden estructural. Para iniciar el cálculo del riel se debe considerar los siguientes pasos como se afirmo en la guía de la parte i: considerar que el riel se comporta como una viga
continua apoyada sobre los durmientes. Considerar su comportamiento dinámico y su capacidad se basa en la velocidad, la distancia entre los durmientes y el peso bruto del eje. Se elige un perfil una vez calculado el peso. Se calculan los esfuerzos a los que estará sometido y se procederá al chequeo respectivo con los esfuerzos permisibles por norma.
Para entrar ya directamente en el cálculo del riel se considera los siguientes elementos para su diseño y posterior verificación como lo son: cargas en proyección horizontal generadas por el peso propio del tren; en el caso de existir algún peralte, llamase para facilitar el termino caso de “viga inclinada” en acero estructural, su comportamiento se considera un caso de flexión biaxial por lo que obliga a la descomposición de la carga vertical lo que viene a reafirmar el punto anterior. el ancho tributario entre rieles según sea el tipo de vía a calcular, en cuanto a las características del tren. Asumir algún tipo de los perfiles que se pueden apreciar en la lámina siguiente, para considerar tanto su peso como sus características; establecer o conocer la pendiente o peralte de la vía y la longitud del perfil. Hay que recordar que se calcula como una viga continua para poder determinar los momentos necesarios para poder a ciencia cierta saber que perfil utilizar. Calcular el esfuerzo máximo capaz de soportar el perfil. si ya habíamos preestablecido alguno se procede a realizar el chequeo respectivo. Tipos de Rieles
Ejemplo de cálculo Suponer rieles para una vialidad con el 4% de pendiente, la longitud del riel será de 6,00 mts (para el caso del ejercicio no implica que sea así en el campo), la separación entre ejes será de 1,41. Chequear el perfil sugerido (vignole). Suponga
un peso del “caucho” o “rueda” del tren de 37 kg/ml. Solución: Calcular las cargas en proyección horizontal: procedemos a realizar la sumatoria de cargas: .37 kg/ml de la rueda + 23 kg/ml “asumido del riel” nos arroja un valor de 60 kg/ml que vamos a descomponer tanto en un eje x-x como en uno y-y. q y = 60kg/ml* cos α y q x = 60 kg/ml* sen α donde “ α ” es el ángulo de inclinación dado que se determina calculando el arctang (0,04) = 2,29°. Calcular los momentos: como se dijo que se calculaba como una “viga continua” y no estamos discriminando la cantidad de durmientes vamos a suponer que la longitud es de 6,00 mts y procedemos a calcular los momentos generados en ambos sentidos: . m x = q y *l 2 /8 y m y = q x *l 2 /8 es decir nos queda que q x = 2,40 kg/ml y q y = 59,95 kg/ml lo que arroja como resultado que m x =59,95*(6) 2 /8= 269,78 kg-m y m y = 2,40*36/8 = 10,80 kg-m Calcular los módulos de sección: como ya disponemos de esos datos en las características propias del perfil solo procedemos a calcular el esfuerzo máximo permisible: f max = m x /s x + m y /s y debe ser menor al esfuerzo permisible por norma que en el caso de acero estructural se considera 0,66f y .(el participante deberá disponer de la norma correspondiente a su país). si el esfuerzo actuante es mayor a permisible habrá que realizar otra iteración con otro perfil y/o colocar algún elemento que permita reducir los momentos. Funciones del Durmiente Son las bases de los rieles y fijan su posición en cuanto progresiva, cota, separación e inclinación. Recibe las cargas verticales y horizontales transmitidas por los rieles para repartirlas en el balasto. Mantiene el aislamiento eléctrico entre los rieles.
Cálculo del Durmiente Para el cálculo del durmiente este se debe verificar por los esfuerzos a compresión y los esfuerzos a flexión como sigue: Esfuerzos a compresión C= P/ (f x b) Donde P es la carga por el eje del vehículo más pesado, f es el ancho
del patín en CMS y b es la base del durmiente también en CMS. Esfuerzos a flexión F= M/W Donde M es el momento generado por las dimensiones del durmiente y la carga, es decir M = (PxbxL2)/2 W es el modulo de sección que no es m W = b x h2/6. Función del Balasto El balasto lo podemos dividir en sub-balasto y balasto en sí, donde el primero se encuentra situado por debajo del segundo y sobre la plataforma de la vía y cuyas funciones son: Evitar los daños que genera la erosión. Drenar las aguas de lluvias. Mejorar el reparto de las cargas. El sub-balasto mantiene el balasto fuera del alcance de componentes. Cálculo del Balasto Existen diferentes formas de chequear y estimar el espesor del balasto en una vía. Generalmente se toma el criterio de la hipótesis de CLARKE el cual está basado en el siguiente esquema:
B = P/(2hxb)xL Donde P es la carga por jeje del vehículo más pesado, L es la longitud del durmiente en CMS y b es la base (Ancho) del durmiente también en CMS y se chequea el esfuerzo con el máximo permisible.
