UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULT ACULTAD DE INGENIER INGENIERÍA ÍA CIVIL CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE VIALIDAD Y GEOMÁTICA
Docente : Asignatura : Sección :
Erich Villavicencio Ing. de Transporte TV 661 - G
Tema Aula
: :
N
2
J2 - 232
1.1 CAMINO DE RODADURA
Para conseguir la rodadura y guiado de los vehículos, con seguridad y confort, es necesario realizar un conjunto que soporte, con pequeñas deformaciones elásticas, los esfuerzos producidos por el paso de los trenes. El camino de rodadura ferroviaria, distingue: Infraestructura y Superestructura. Infraestructura: Es el conjunto de obras necesarias para construir la explanación o plataforma y su geometría, sobre la que se asentará la vía, como terraplenes, trincheras, puentes, túneles, etc.
Fuente: RENFE 2013
1.1 CAMINO DE RODADURA
Para conseguir la rodadura y guiado de los vehículos, con seguridad y confort, es necesario realizar un conjunto que soporte, con pequeñas deformaciones elásticas, los esfuerzos producidos por el paso de los trenes. El camino de rodadura ferroviaria, distingue: Infraestructura y Superestructura. Infraestructura: Es el conjunto de obras necesarias para construir la explanación o plataforma y su geometría, sobre la que se asentará la vía, como terraplenes, trincheras, puentes, túneles, etc.
Fuente: RENFE 2013
1.1 CAMINO DE RODADURA
Fuente: Juán A. Villaronte - 2012
Superestructura: La superestructura está formada por todos los elementos y materiales que se colocan sobre la plataforma para establecer el camino ferroviario.
Además de la vía propiamente dicha: carriles durmientes, balasto y elementos de sujeción, también forman parte de la infraestructura, la electrificación, señalización, comunicaciones, equipos especiales de vía etc.
2.1 BALASTO
Es la capa granular granular situado bajo el durmiente, durmiente, cumple un rol rol importante frente a la acciones verticales y horizontales ejercida al paso del material ferroviario, así como frente a las acciones climáticas; es empleado para: Cantera de balasto
Recibir y distribuir sobre la plataforma, las cargas estáticas y dinámicas provenientes de la vía y de los vehículos ferroviarios. Restringir el movimiento lateral, longitudinal y vertical de la vía con el objeto de mantenerla en su correcto alineamiento y nivelación longitudinal y transversal. Permitir la filtración de las aguas de lluvia.
Fuente: Imágenes Propias – 2011 Referencia: Proyecto Rehabilitación Ferrocarril Hcyo-Hvca.
2.1 BALASTO
El balasto debe ser obtenido por trituración mecánica del material extraído de las rocas.
Granulometría Proyecto: Metro de Lima Tramo II Gradación 3 de AREMA (EE.UU)
Fuente: OSITRAN – 2011
2.1 BALASTO (Continuación)
Posee la ventaja de estar formado por partículas independientes, que le permiten moverse y proporcionar las características elásticas que la vía requiere. Montaje de vía, sobre la Radicando allí también su principal desventaja, que le permite deformarse a lo largo del tiempo bajo el paso del material ferroviario, obligando a mantenimientos costosos de la geometría de la vía.
Primera capa de balasto
Tendido de balasto
Fuente: Manuel Melis - F. González, 2008
Fuente: Imágenes Propias – 2011 Referencia: Patio Villa El Salvador
2.1 BALASTO (Continuación)
La piedra no puede prevenir de canto rodado (menor de 0.05% de piedra redonda). El balasto será lavado antes de cargarlo a los camiones utilizando equipos de lavado de áridos. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS
Fuente: CTE 2013 – Línea 1 Metro Lima
Referencia: Norma AREMA Manual for Railway Engineering Part 2 Ballast, Section 2.4 Property Requeriments, Tablas 1.2.1 y 1.2.2
2.2 CARRIL (RIEL)
Constituye el elemento fundamental y característico del camino de rodadura. El carril consta de 3 partes: Cabeza, alma y patín . a.
Fo rm a (Perfil)
Los primitivos carriles fueron dotados de un reborde lateral, que luego fue sustituido por la pestaña de las ruedas, carriles simétricos o de 2 cabezas … En 1836 aparece el perfil de patín plano, denominado VIGNOLE. (Típico en Ferrocarriles Metropolitanos). Carril Brunel
Carril Phoenix
Carril Vignole (Patín plano) Cabeza
Alma
Patín
7 7 9 1 , s o r e v i l O o d n a n r e F : e t n e u F
2.2 CARRIL (Continuación) b. Peso
Los diferentes carriles existentes se reconocen por su distinto peso por metro lineal, los cuales se encuentran estandarizados, tales como:
Carril S49 Carril S54 Carril UIC60 Carril 115RE
Fuente: Andrés López Pita, 2006
: 49 Kg/ml : 54 Kg/ml : 60 Kg/ml : 115Lb/yd ( 57 kg/ml) L1 Metro Lima ~
2.2 CARRIL (Continuación) CARACTERÍSTICAS DE PERFILES DE CARRILES ACTUALES
Fuente: José M. García Díaz de Villegas, 2010
2.2 CARRIL (Continuación) c. Long itud
Tradicionalmente estuvo limitada por la necesidad de dejar una junta de dilatación para efectos de la Temperatura, limitándonos a carriles de L=12m. Actualmente ello se ha superado con la utilización del Carril Contínuo soldado (CCS). Una aplicación de ello es que en Rusia se sueldan longitudes de hasta 800m. PROPIEDADES FÍSICAS - MECÁNICAS
MARCADO DEL RIEL Según Norma AREMA Vol.1 Cap. 4 Sección 2.1.6. Los rieles deben tener las siguientes identificaciones en alto relieve: Fuente: CTE, 2013
2.2 CARRIL (Continuación) SECCIÓN DEL RIEL 115RE Y SUS CARÁCTERÍSTICAS
METRO DE LIMA L1 Tramo II Perfil Vignole, Riel 115 RE (57 kg/m) Parámetro de diseño: Peso 17Tn/eje y factor de carga dinámico 1.8 Peso por rueda (Q) Q = ½ x 1.8 x 17,000 kg x 9.81 m/s2 Q = 150.1 kN Referencia: Normativa AREMA «Manual for Railway Engineering» Volumen I, Capítulo 4, Sección 2.
2.3 DURMIENTE
Denominado también Traviesas, situados en dirección transversal al eje de la vía, entre el carril y el balasto, formando con aquellos el emparrillado de vía. Los durmientes pueden ser elaborados de madera, acero (metálicos), concreto armado, concreto pretensado. Tipos:
a. Semitraviesas, no tiene ninguna unión transversal entre ellos. b. Durmientes de 2 rótulas, compuesto por 3 bloques relacionados entre sí por una armadura tensada. Fuente: Manuel Melis – Francisco González, 2008
2.3 DURMIENTE (Continuación)
c. Durmientes de acero (Metálicos) Son construidos principalmente con lámina de acero de grano fino, compacto y homogéneo. Su laminado en perfil tiene forma de “U” invertida con poca altura para facilitar su calzado y nivelación. Longitud : 2.4 - 2.7 m. Peso : 50 - 75 kg.
Económicamente son más costosos, pero su ventaja se encuentra en su larga duración (60 años)
Fuente: ANTT Brasil - 2013
2.3 DURMIENTE (Continuación)
d. Durmientes Bibloques, unidos entre sí por una riostra metálica de acero.
Fuente: Andrés López Pita, 2006
e. Durmientes Monoblock, formado por una única pieza.
Fuente: Andrés López Pita, 2006
2.3 DURMIENTE (Continuación) Durmientes Polivalentes: su funcionalidad permite, manteniendo el eje de vía, un cambio de ancho de vía Ibérico (1668 mm) – Internacional (1435mm), pesa entre 295-315 kg y tiene una longitud 2,6 m. Tecnología de durmientes: Aerotraviesas ADIF España: Superar la problemática del vuelo del balasto.
Fuente: ADIF, 2013
Fuente: Apuntes Máster Ferroviario 2011-20 12
VIDEO 1 Fuente: ADIF 2014
2.3 DURMIENTE (Continuación)
f)
Durmientes de Madera. Éstos poseen una elevada resistencia al deslizamiento, fácil manejo por su peso reducido (80 Kg) y posibilidad de reutilización. Tramo I de la Línea 1 del Metro de Lima Durmientes de Madera en zona de Cambiavías Fuente: Imágenes propias , 2011
g) Durmientes
de
Plástico.
Elaborado en base a: Fibras de vidrio reforzado o Fibra de polímetro reforzado, con polietileno de alta densidad (HDPE)
Fuente: ANTT Brasil - 2013
2.3 DURMIENTE (Continuación) Densidad de Durmientes (DD) Representa la cantidad de durmientes que se tiene en 1 Km. Se determina así: DD = 1000 / e(m) Siendo: «e» : distancia entre los ejes de los durmientes.
Metro de Lima L1 Tramo I - II Espaciamiento entre Durmientes: 0.65 m. Densidad de Durmientes: 1539 und/km Fuente: Imágenes Propias – 2013 Referencia: Estación La Cultura L1 Metro Lima
2.3 DURMIENTE (Continuación) CASO METRO DE LIMA: DURMIENTE MONOBLOCK PARÁMETROS BÁSICOS PARA EL DISEÑO DE DURMIENTE CONDICIONES DE TRÁFICO
Carga por eje máximo Coeficiente de Impacto
* Locomotora de Servicio: 17 Ton/eje * Tren de Pasajeros: 11.6 Ton/eje 200% (Según AREMA Vol. 1, Cap. 30, Parte 4)
CONDICIONES DE SUPERESTRUCTURA
Ancho de vía (Trocha) Standard (1435 mm) Tipo de Riel 115RE Inclinación de riel 1:20 Distanciamiento entre durmiente 650 mm Fijación Clips Tipo E, Almohadillas y Aisladores Presión Máxima de Balasto Menor a 0.6MPa Velocidad de Proyecto 80 km/h
2.3 DURMIENTE (Continuación)
Fuente: Héctor Gallegos.
2.4 PEQUEÑO MATERIAL DE VÍA
A. Sujeciones También denominados Fijaciones o uniones, es el elemento que sujetando el carril al durmiente, o al bloque de la vía en placa, permite la continuidad estructural de la vía. Así tenemos: i) Sujeciones Rígidas Realizado a través de elementos rígidos, estos se introducen clavados o atornillados al durmiente de madera. Tenemos: Escarpias, Tirafondos. 1 1 0 2 , a i p o r p n e g a m I : e t n e u F
Escarpia
Fuente: Manuel Losada, 1995
Tirafondo Fuente: J. Manuel G. Díaz de Villegas, 2010
2.4 PEQUEÑO MATERIAL DE VÍA (Continuación)
A. Sujeciones ii) Sujeciones Elásticas La fijación del carril al durmiente se consigue por medio de un elemento que se deforma con las acciones que le transmite el carril y recupera su forma primitiva cuando cesan dichas acciones. Tenemos: Sujeciones elásticas de clip y de grapa 1 1 L 1 a 0 m 2 i , a L i e p d o r o p t r n e e M g a : a m i I : c e n e t n r e e f u e F R
Sujeción elástica de Clip Tipo Pandrol
Fuente: Manuel Melis, Francisco G. 2008
Sujeción elástica de Clip Tipo DE (Deenik - Eisses, Holanda) Fuente: Fernando Oliveros, 1977
2.4 PEQUEÑO MATERIAL DE VÍA (Continuación)
A. Sujeciones
Sujeción elástica de Grapa Tipo Nabla
Sujeción elástica de Clip Tipo Vossloh
Fuente: Andrés López Pita, 2006
Fuente: Andrés López Pita, 2006
2.4 PEQUEÑO MATERIAL DE VÍA (Continuación)
B. Placa de Asiento Relacionados con los elementos de sujeción, se colocan sobre la durmiente, pueden ser metálicas y elásticas. 1 1 0 2 , s a i p o r p s e n e g á m I : e t n e u F
Placa de asiento en zona de cambiavías
C. Aisladores Se colocan entre la riel y el clip Pandrol, brinda aislamiento eléctrico al riel.
Almohadilla Pandrol
Aisladores Pandrol Fuente: Imagen propia, 2011
3.1 GENERALIDADES
Son elementos indispensables en la explotación comercial de las líneas del ferrocarril, ya que dichos dispositivos permiten asegurar la continuidad de la vía en conexiones de diversas trayectorias. 3.2 TIPOS
A. Desvíos Aparato de vía que permite la separación de una vía férrea en dos o más, siendo el más sencillo el desvío simple o de dos vías. Un desvío queda delimitado por seis juntas. Componentes de un desvío Fuente: Andrés López Pita, 2006
3.2 TIPOS (Continuación)
A. Desvíos Esquema general de un cruzamiento
En el cruzamiento se produce el cruce de las trayectorias de las ruedas. Un cruzamiento se compone fundamentalmente por el corazón, patas de liebre y contracarril (guardariel). En el corazón, allí diferenciamos: la punta del corazón y el talón de cruzamiento Esquema general de un desvío
6 0 0 2 , a t i P z e p ó L s é r d n A : e t n e u F
I o m a r T 1 L a m i L o r t e M . f e R . 1 1 0 2 , a i p o r p n e g a m I : e t n e u F
3.2 TIPOS (Continuación)
A. Desvíos Parámetros de Desvíos ferroviarios – RENFE (España)
Parámetros de Desvíos ferroviarios de Alta Velocidad - España
Fuente: Andrés López Pita, 2006
3.2 TIPOS (Continuación)
A. Desvíos Cambio del desvío, Estación de Adamuz de la Línea de Alta Velocidad Madrid - Sevilla
Fuente: Justo Arenillas Melendo
Cruzamiento del desvío, Estación de Adamuz de la Línea de Alta Velocidad Madrid - Sevilla Fuente: Justo Arenillas Melendo
3.2 TIPOS (Continuación)
B. Escapes (2 desvíos contínuos) Aparato de vía que permite el cruce de 2 vías, cuyos ejes son secantes. Se encuentra formado por dos desvíos, es denominado también: cambiavías,
Escapes sucesivos (Ingreso – Salida) 0 . 1 G 0 l 2 , e s u a n g a e l l M i . J V : e e d t n z e a u í F D
Escape doble simétrico
3.2 TIPOS (Continuación)
B. ESCAPES (CAMBIAVIAS)
Fuente: Consorcio Tren Eléctrico
3.2 TIPOS (Continuación)
B. ESCAPES (CAMBIAVIAS)
Fuente: Consorcio Tren Eléctrico
3.2 TIPOS (Continuación)
B. ESCAPES (CAMBIAVIAS)
Fuente: Consorcio Tren Eléctrico
3.2 TIPOS (Continuación)
C. Travesías Aparato de vía que permite el cruce de 2 vías, cuyos ejes son secantes. Travesía Sencilla y oblícua
Complejo de vía en Mezidon (Francia)
Travesía sencilla y curva
Travesía Oblícua y de unión doble
Fuente: J. Manuel G. Díaz de Villegas, 2010
Fuente: Andrés López Pita, 2006
3.2 TIPOS (Continuación)
D. Haz de vías Permiten el paso de una vía a otras paralelas que se ramifican a partir de ellas, pueden ser rectas y curvos, paralelos y centrales.
2 1 0 2 1 1 0 2 o i r a i v o r r e F r e t s á M s e t n u p A : e t n e u F
Haz de Vías, Patio de Maniobras, Francia
3.2 TIPOS (Continuación)
E. Tornamesa (Puente giratorio) Permite orientar el material en la dirección deseada, ocupan poco espacio, y sólo pueden cambiar un vehículo a la vez. Fuente: Apuntes Máster Ferroviario, 2011-2012
F. Toperas (Parachoques) Dispositivos fijos colocados en vías terminales, pueden ser de 2 tipos: rígidas y deformables. Parachoque de disipación y Absorción de energía (fricción) Fuente: Consorcio Tren Eléctrico, 2013
3.2 TIPOS (Continuación)
VÍA PRINCIPAL
4
G. Triángulos de vía Permite el giro de 180 de un tren entero, ocupa un mayor espacio que la tornamesa.
1
°
2
3
Fuente: José M. G. Díaz de Villegas, 2010
Representación de los distintos aparatos de vía Fuente: Andrés López Pita, 2006
4.1 DESVÍO RENFE – España ha venido empleando desvíos con tangentes 0,075; 0,09; 0,11 y 0,13. ¿A qué ángulos de cruzamiento corresponde? SOLUCIÓN: El Ángulo de cruzamiento del desvío de tangente 0,075 será: Procediendo de la misma manera, obtendríamos la siguiente tabla:
4.2 DURMIENTE El desarrollo del Proyecto del Ferrocarril Norandino: Cajamarca – Bayóvar, contempla para los tramos en la zona andina el empleo de durmientes de madera (12’’x12’’x10’), cuyo espaciamiento libre entre ellos es de 0.40m. Calcule la densidad de durmientes de madera.
SOLUCIÓN: Tenemos:
12’’
~
0.305m
e = 6’’ + 0.40m + 6’’ = 0.705m
e 12
’’
DD (und/km) = 1000 / 0.705 DD = 1418 und / km
0.40m
4.3 CARRIL En el desarrollo de la Vía Principal y Patio de Maniobras, del Proyecto Tramo II – L1 de nuestro Metro de Lima, se están empleando rieles 115AREMA de 24m de longitud. Según ello, calcular el peso de cada riel.
SOLUCIÓN:
Rieles 115 AREMA : 115 lb/yd
< >
56.95 kg/m
Cada metro de riel 115 AREMA pesa 56.95 kg. Para una longitud de cada riel 24m?
Peso total del Riel: 56.95 (kg/m) x 24 (m) = 1366.8 kg W 115RE = 1.37 Ton
4.4 CÁLCULO PRELIMINAR DE UN DESVÍO Consideraciones: 1. La vía directa es recta. 2. La vía desviada tiene curvatura constante. 3. La curva circular es tangente a la vía directa. 4. Cruzamiento Curvo. Siendo: “a” es el ancho de vía, “R” el radio de la curva desviada, “L” la longitud del cambio y “α” el ángulo del cruzamiento. Tenemos así:
a2 <<< R ---> a2 despreciable
Además:
4.4 CÁLCULO PRELIMINAR DE UN DESVÍO (Continuación) La Ficha UIC 703-R recomienda emplear los siguientes valores para la aceleración centrífuga sin compensar (a sc) en el plano de la vía para vías tipo I (Vmáx entre 80-120 km/h) y tipo II (Vmáx entre 120-200 km/h):
Normal : Máxima : Excepcional :
0,40 m/s2 0,53 m/s2 0,80 m/s2 para Tipo I 0,67 m/s2 para Tipo II
Tomando el valor de 0,53 m/s2, la velocidad máxima de circulación (v) sobre un desvío tomado por vía desviada corresponde:
Nota: v : m/s V : km/h
4.4 CÁLCULO PRELIMINAR DE UN DESVÍO (Continuación) Considerando un ancho de vía ibérico (1668 mm), y resolviendo las expresiones desarrolladas anteriormente, obtenemos el siguiente cuadro: TANGENTE DEL DESVÍO
RADIO (m)
L (m)
V (km/h)
7.5
0.13
200
26
36
2
9
0.11
277
30
43
3
11
0.09
413
37
52
4
13
0.075
595
45
63
ID
n
1
« A mayor N
de Desvío (n) --> mayor longitud de desvío »