Ferrocarriles

2012/13 Ferrocarriles

Javier Martínez Sánchez David Alcaraz García Juan Bautista Morales Due José Rubén Rocamora Marco María Rosa Mena Requena Víctor Pardo Hernández Antonio Juan López Espinazo

Universidad Politécnica de Cartagena 2012/13

Ferrocarriles Índice

Bloque 1. La Sección Transversal Ferroviaria

Tema Tema 1. Introd ucci ón

1. 2. 3. 4.

1

Componentes del Ferrocarril Breve Historia del Ferrocarril Breve Historia del Ferrocarril en España Red Ferroviaria Española

Tema 2. El Material Móvil Móvi l

1. 2. 3. 4. 5.

5

Introducción Partes de un Vehículo Ferroviario Coches Vagones Locomotoras y Automotores

5 5 7 8 10

Tema 3. La Vía Ferrov iari a

1. 2. 3. 4.

1 2 3 4

11

Características Características de la Vía Tipos de Vía Parámetros Geométricos Interrelación Vía – Material 4.1. Ancho de la Vía 4.2. Juego de vía 4.3. Sobreancho en Curvas 4.4. Forma de las Llantas 4.5. Movimiento de Lazo 4.6. Deslizamiento en Curvas 4.7. Gálibos 4.8. Entrevías

11 12 12 13 13 17 18 19 19 20 20 23

Tema 3.1. 3.1. El Carril

25

1. Funciones 2. Tipos de Carril 2.1. Forma y Peso 2.2. Longitud 3. Fabricación del Carril 4. Desgastes 4.1. Desgaste Normal u Ordinario 4.2. Desgaste Ondulatorio 5. Defectos y Roturas

25 26 26 29 29 31 31 31 32

I

Ferrocarriles Índice Tema 3.2. 3.2. La Contin Cont inui uidad dad de la Vía

33

1. La Vía Con Juntas 1.1. Introducción 1.2. Funciones 1.3. Partes 1.4. Posición 1.5. Tipos 1.6. Problemas Problema s y uso 2. La Vía Sin Juntas: Barra Larga Soldada (BLS) 2.1. Introducción 2.2. Planteamiento técnico 2.3. Tipos de soldadura 2.4. Características de la vía para admitir barra larga soldada

Tema 3.3. La Travi esa

1. 2. 3. 4.

33 33 34 34 34 35 36 36 36 37 40 41

43

Introducción Traviesas de madera Traviesas metálicas Traviesas de hormigón 1.1. Bibloque 1.2. Monobloque

43 43 45 46 46 49

Tema 3.4. 3.4. Las Sujeciones Sujeci ones

51

1. 2. 3. 4.

Funciones Elementos Disposición y naturaleza de los elementos de anclaje Tipos de sujeciones 4.1. Para traviesas de madera 4.2. Para traviesas de hormigón 4.3. Otros casos 5. Antideslizantes Antideslizantes

Tema 3.5. 3.5. Capas de Asi ento

51 52 52 53 53 54 56 56

57

1. Introducción 2. La plataforma 2.1. Plataforma de nueva construcción 3. La banqueta 4. El balasto 4.1. Características del balasto 4.2. Valoración de las características del balasto 5. El subbalasto

II

57 58 59 61 62 62 63 64

Ferrocarriles Índice Tema 3.6. La Vía en Placa

65

1. 2. 3. 4.

Antecedentes Necesidad Elementos y Características Tipos 4.1. Carril Embebido 4.2. Apoyo Directo del Carril 4.3. Apoyo Indirecto del Carril 4.4. Bloques Recubiertos de Elastómero 4.5. Sistema Monolítico con Traviesas 4.6. Traviesas Recubiertas de Elastómero 4.7. Traviesas Apoyadas Sobre Losas 4.8. Losa Flotante con Traviesas 4.9. Losa Apoyada con Mortero no Elástico 4.10. Losa Flotante sin Traviesas 5. Ventajas e Inconvenientes 6. ¿Vía Con o Sin Balasto en Adif?

Tema 4. Los Aparatos de Vía

81

1. 2. 3. 4.

Definición El cambio El cruzamiento Tipos de desvío 4.1. Según su Forma en Planta 4.2. Según el Número de Ramificaciones 4.3. Tipos de Desvío RENFE 4.4. Desvíos a Utilizar en Proyecto. Encaje en el Trazado 5. Tipos de travesías 5.1. Travesía Sencilla 5.2. Travesía de Unión 6. Otros tipos de aparatos de vía 6.1. Escapes 6.2. Bretelles 6.3. Diagonales 6.4. Triángulos de Vía 6.5. Salto de Carnero 6.6. Placas o Puentes Giratorios

Tema 5 Interacc ión Rueda-Carri l

1. 2. 3. 4. 5. 6.

65 65 67 68 69 69 70 71 72 72 73 75 75 76 77 78

81 82 83 85 85 86 86 87 88 88 88 90 90 90 90 91 91 92

93

Introducción Resistencia a la tracción Potencia de la locomotora o bogíes motores La Adherencia Curvas del movimiento del tren Frenado

III

93 94 96 97 97 98


Bloque 2. Geometría de la vía

Tema 6. Trazado

98

1. Trazado en planta 1.1. Curvas circulares 1.2. Curvas de transición 1.3. Rectas 2. Trazado en alzado 2.1. Rampas y pendientes 2.2. Acuerdos verticales

98 98 105 106 106 106 107

Bloque 3. Compo rtamiento Mecánic o de la Vía Tema 7. Introd ucci ón al Comport amiento Mecánico de la Vía

1. Objetivos y dificultades 2. Metodología 3. Parámetros elásticos de la vía

109 111 113

Tema 8. Compor tamiento Verti cal

1. 2. 3. 4. 5.

115

Características de las cargas Evaluación de las cargas Determinación de esfuerzos Dimensionamiento Conclusiones

115 115 120 124 127

Tema 9. Compor tamiento Transversal

1. 2. 3. 4.

129

Introducción Evaluación de los esfuerzos transversales Cuantificación de la resistencia lateral Conclusiones

Tema 10. Comport amiento Longi tud inal

1. 2. 3. 4.

109

129 129 136 139

141

Introducción Planteamiento técnico Tipos de soldadura Conclusiones

141 141 144 145

IV


Bloque 4. Calidad y Mantenimiento Tema 11. Maqui naria de Vía

147

1. Introducción 2. Maquinaria ligera 3. Maquinaria pesada

147 147 149

Tema 12. Calidad y Mantenim iento de la Vía sob re Balast o

1. 2. 3. 4. 5.

Introducción Tipos de metodologías de mantenimiento Necesidad del mantenimiento Calidad del estado de la vía Gestión y planificación del mantenimiento según estado

Tema 13. Montaje y Renovación de la Vía

1. Montaje de Vía sobre Balasto 2. Renovación de Vía

153

153 155 158 159 161

171

171 179

Tema 14. Montaje Vía en Placa

181

1. Montaje vía en placa 2. Montaje del carril embebido 3. Montaje de vía en placa con traviesas embebidas

181 181 182

Bloque 5. Instalaciones Tema 15. Electr ificación

185

1. Introducción 2. Conducción de corriente 3. Subestaciones

185 186 191

Tema 16. Señalizació n

1. 2. 3. 4.

193

Introducción Señalización convencional Sistemas de control de trenes Conclusiones

193 203 206 211 V

Ferrocarriles Índice Tema 17. Explotación

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

215

Introducción Grafiado de trenes El corredor La línea ferroviaria La estación Sistemas de control y gestión Incidencias

215 216 217 218 222 226 227

VI

Ferrocarriles Tema 1: Introducción

Bloque 1. La Sección Transversal Ferroviaria Tema 1. Introducción 1. 2. 3. 4.

Componentes del Ferrocarril Breve Historia del Ferrocarril Breve Historia del Ferrocarril en España Red Ferroviaria Española

1. Componentes Del Ferrocarril a) La infraestructura: •

•

•

Obras de Tierra o Desmontes o Terraplenes Obras de fábrica o Túneles o Viaductos La explanación: Zona del terreno natural o preparado, destinada a contener la totalidad de sus instalaciones (vías, tendidos eléctricos, edificios, etc.)

1

Ferrocarriles Tema 1: Introducción b) La superestructura: • • • • •

Carril Traviesas Sujeciones Balasto Subbalasto

c) El Material Móvil: Material motor o Locomotoras o Automotores • Remolcado o Coches o Vagones •

d) La electrificación

e) El sistema de control de tráfico y señalización

2. Breve Historia del Ferrocarril • • • •

Romanos (s. VII a.C.): Carriles de piedra (Diolkos) Siglo XVII: Raíles de madera en UK (Wagonways) Siglo XVIII: Raíles de hierro en UK Siglo XIX 1804 – Locomotora Trevithick en UK o 1829 – Stephenson: “La Rocket” o o 1830 – Primera línea de larga distancia Manchester – Liverpool

A partir de ese momento el éxito del ferrocarril da lugar a su expansión por todo el planeta.

2

Ferrocarriles Tema 1: Introducción

3. Breve Historia del Ferrocarril en España •

• • •

• •

•

•

•

•

1837 – Primer ferrocarril español, construido en Cuba. 28 km que unen La Habana con Bejucal 1848 – Primer Ferrocarril en la península: Barcelona – Mataró 1851 – Madrid – Aranjuez 1856 – Creación de compañías ferroviarias, a destacar: o M.Z.A. (Madrid – Zaragoza – Alicante) o Compañía de los Caminos de Hierro del Norte Finales del siglo XIX: Expansión de la red Ferroviaria Primera mitad del siglo XX o Avances técnicos (sistemas de bloqueo, doble vía, y primer ferrocarril eléctrico en 1926) o “Problema ferroviario”  Instalaciones y material móvil obsoletos, lo que conlleva costes de explotación elevados  Tarifas altas o Renfe (1941): Creada por la inoperancia de las empresas ferroviarias privadas, se encarga de:  Recuperación de la red  Nuevo material móvil  Unificación de señalización y reglamentos de circulación Años 50 Mejoras tecnológicas: trenes Talgo, BLS, electrificaciones… o Se ve perjudicado por el auge del transporte por carretera o Años 60 – 70 Plan decenal de modernización o Renovación de vías, material móvil, mejoras de seguridad y o comunicaciones o Velocidad comercial: 140 km/h Fin de la tracción a vapor (1975) o Se implanta el sistema ASFA o o Primer Contrato Programa entre el Estado y RENFE (1979) Años 80 o Plan de Transporte Ferroviario (PTF – 1987) o Auge tráfico de trenes de cercanías Años 90 o Transporte viajeros: Alta Velocidad (AVE) Transporte de mercancías: Intermodalidad o Especialización y gestión comercial de RENFE: Unidades de o Negocio y GIF (Gestor de Infraestructuras Ferroviarias)

3

Ferrocarriles Tema 1: Introducción •

Últimos años: 2005: Liberalización del sector ferroviario o  Renfe Operadora  Adif o 2012: RD – Ley 22/2012  Reestructuración de la entidad pública Renfe Operadora (Viajeros, Mercanciás y Logística, Fabricación y Mantenimiento, Gestión de Activos – Material ferroviario)  Supresión de FEVE  Inicio de la liberación de los servicios: 31 de julio de 2013  Traspaso de activos (tramos AV) a Adif

4. Red Ferroviaria Española

4

Ferrocarriles Tema 2: El Material Móvil

Tema 2. El Material Móvil 1. 2. 3. 4. 5.

Introducción Partes de un Vehículo Ferroviario Coches Vagones Locomotoras y Automotores

1. Introducción El material móvil se divide en: Material motor o Locomotoras o Automotores • Remolcado Coches: Para pasajeros o o Vagones: Para mercancías •

2. Partes de un Vehículo Ferroviario El vehículo ferroviario consta de: •

• •

La caja. Donde van los viajeros o la mercancía. Sus caras exteriores se

denominan: o Techo: Cara superior o Laterales: Caras laterales o Testeros: Caras frontal y trasera. Van reforzados para evitar el telescopaje (cuando un vagón se empotra en otro durante la frenada) El bastidor . Una placa sólida sobre la que apoya la caja. Los Bogies. Carros giratorios (alrededor del pivote) que permiten adaptarse mejor a las curvas y proporcionan suavidad. Suele haber dos por vagón, y en ellos van los ejes (generalmente dos ejes por bogie). La distancia entre los ejes de un bogie se llama “empate de bogies”.

5

Ferrocarriles Tema 2: El Material Móvil •

Los ejes. Van solidarios a las ruedas, giran a la vez. En sus extremos (manguetas) hay cajas de grasa, y es ahí donde se aplican las cargas.

Las características principales del vehículo ferroviario son que las ruedas tienen pestañas interiores para la fijación al carril, y llantas troncocónicas. También que al aplicarse las cargas sobre la parte del eje exterior a las ruedas, se aumenta la anchura de la caja de los vehículos (las ruedas van debajo de las cajas, no a los lados) y la estabilidad lateral. El peso no suspendido es el del eje y las ruedas. Todo el resto del peso se considera suspendido.

6


3. Los Coches Características: Suspensión:

La suspensión primaria se encuentra entre la caja de grasa y el bogie, y la secundaria entre el bogie y el bastidor. Su función es suavizar las aceleraciones transversales, que se ven ampliadas por el contacto entre las ruedas y los carriles (contacto acero – acero), muy rígido. Aislamiento Acústico:

La caja se recubre de fibra de vidrio para aislar acústicamente el interior de los ruidos de fuera. Climatización:

Los coches deben ir climatizados, buscando la temperatura óptima para el bienestar de todos los viajeros. Iluminación:

Los coches van iluminados, de día y de noche, por si algún viajero quiere leer. Comodidad del Viajero: • • •

•

Plazas de pie: Cercanías, metros, tranvías. Plazas sentadas: Alta velocidad, largo recorrido, regionales. Disposición de los asientos: o Sentido de la marcha o contrario o 3, 4 o 5 asientos transversales por fila o Asientos transversales o longitudinales Servicios complementarios o Aseos o Televisión o Teléfono o Enchufes o Internet Máquinas de bebidas… o

Coches Especiales • • • •

Coches salón Coches cama Coches cafetería y restaurante Coches guardería

7

Ferrocarriles Tema 2: El Material Móvil Sistemas de Viajeros: • • •

Trenes de alta velocidad: Aerodinámicos, elevado confort (300 km/h) Trenes de largo recorrido y regionales: Confort (250 km/h) Trenes de Cercanías: Capacidad, plazas sentadas/de pie, aceleración,

puertas • •

Tranvías: Elevada aceleración/frenado, piso bajo Metros: Alta Capacidad, elevado número de puertas (1500 viajeros/hora

por sentido) • •

•

•

•

Metros Ligeros: Aceleración, estética, integración urbana Trenes de Cremallera: Tercer riel dentado que facilita la subida de

grandes pendientes (mayores del 7%) Funiculares: Salvan grandes pendientes en recorridos cortos, eventualmente escalonados Monorraíles: Operan con un solo riel. El vehículo puede ir suspendido o apoyado sobre él Sistemas hectométricos (people movers): Automáticos, sin conductor

4. Los Vagones Características: • • • •

• •

Reducido coste energético y ambiental Miden hasta 700m en Europa y hasta 550 en España Libera capacidad de la red viaria Tendencia actual: Trenes cada vez más largos o  Mayor capacidad de carga  Menor coste unitario (se intenta competir con la carretera)  Apartaderos de igual longitud que el tren o Trenes puros Mejora del procedimiento carga / descarga / transbordo Actividades logísticas (intermodalidad)

La intermodalidad es la facilidad o dificultad de conexión a la hora de cambiar de medio de transporte. Por otra parte, la interoperabilidad se refiere a la facilidad o dificultad de conexión dentro del mismo medio de transporte (por ejemplo, el diferente ancho de vía en España y Europa).

8


Evolución de los Vagones: •

• •

• •

Capacidad de Transporte. Ahora se llegan hasta las 25 – 30 t/eje, mientras que en carretera lo máximo es 10t, o 18 en ejes con cuatro ruedas. Sustitución de estructuras remachadas por soldadas Disminución del peso. Esto se ha conseguido por la mejora de los aceros empleados Tipo estándar de vagones. Para mejorar la interoperabilidad. Aumento progresivo de la velocidad. Desde los 50 – 60 km/h iniciales hasta los 140 km/h actuales

Tipos de Vagones: • •

•

Cerrados (J) Bordes (X): Sin techo o Bajos: 0,30 – 0,50 m o Medios 1 – 1,40 m o Máximos o altos 1,50 – 2 m Plataformas (M): Solo el bastidor, sin paredes ni techo

Vagones Especiales: Cubiertos o Frigoríficos Paredes deslizantes: Facilitan la descarga o o Jaulas o Cisternas • Bordes Tolvas abiertas: Para graneles o o Toldos: Presentan problemas de estanqueidad, no se utilizan o Basculantes: Tampoco se utilizan mucho • Plataformas o Grandes cargas: Tienen 3 ejes normalmente o Rebajados: Para cargas más altas o Góndola: Para mercancías especiales o Desmontables: Para usos muy especiales hasta 200t y 16 ejes o Automóviles: Para transportar vehículos o Contenedores: Para trasladar contenedores. Pueden ser simples o dobles. •

9


5. Locomotoras y Automotores Las locomotoras son las encargadas de remolcar los vagones y/o coches. Pueden ser diesel o eléctricas, siendo estás últimas las más utilizadas en la actualidad. También hay locomotoras para maniobras especiales y para el mantenimiento de la vía. Los automotores son trenes autopropulsados de una sola unidad. Al igual que las locomotoras, los automotores pueden ser diesel o eléctricos.

10

Ferrocarriles Tema 3: La Vía Ferroviaria

Tema 3. La Vía Ferroviaria 1. 2. 3. 4.

Características de la Vía Tipos de Vía Parámetros Geométricos Interrelación Vía – Material

1. Características de la Vía La principal característica de la vía ferroviaria es el contacto acero – acero en la rodadura, que le da una serie de ventajas e inconvenientes. Ventajas: • • •

Débil resistencia al avance Elevada capacidad portante: 20 – 22,5 t/eje Desgaste muy débil, lo que reduce los gastos de mantenimiento

Inconvenientes • • •

Débil adherencia: Limitación de pendientes de traza Contacto rígido Elevado valor de la relación tara/carga

La vía ferroviaria debe ser flexible para compensar la rigidez del contacto y poder llevar pesos elevados sin que se produzcan deformaciones permanentes en ella. Además, tiene que tener continuidad geométrica en planta y alzado, puesto que el tren no puede abandonar la vía en ningún momento. También debe ser lo suficientemente robusta para soportar el gran peso del tren en movimiento. Por último, las vías tienen que realizarse con una cierta inclinación lateral del carril (en torno a 1:20) para mejorar el contacto y la estabilidad, y para reducir el desgaste.

11


2. Tipos de Vía Diferenciamos dos tipos de vía. La vía en balasto, colocada sobre un terraplén de balasto, y la vía en placa, situada sobre una placa continúa de hormigón. En España se apuesta por la vía en balasto, más barata y de fiabilidad probada, mientras que en el resto de Europa se defiende la vía en placa, más resistente y segura, pero también más cara. Vía en Balasto

Vía en Placa

3. Parámetros Geométricos Ancho de vía:

Se define como la distancia entre caras activas (internas) de los carriles, medida a 14 mm de la zona de rodadura.

En España se usa sobre todo el ancho RENFE, de 1668 mm, mientras que lo más habitual en el resto de Europa es el ancho UIC, de 1435 mm. También tenemos vía estrecha (FEVE) de 1000 mm de ancho, pero este tipo de vía está en desuso en la actualidad.

12


Alabeo:

Es el parámetro que representa la distancia existente entre un punto de la vía y el plano formado por otros tres puntos.

Alineación:

Parámetro que, para cada hilo del carril, representa la distancia en planta respecto de la alineación teórica.

Nivelación Longitudinal:

Parámetro que define las variaciones de cota de la superficie de rodadura de cada hilo del carril, respecto un plano de comparación.

Nivelación Transversal:

Parámetro que establece la diferencia de cota existente entre las superficies de rodadura de los hilos de carril en una sección normal al eje de la vía.

4. Interrelación Vía – Material 4.1. Ancho d e la Vía

Como se ha dicho antes, se trata de la distancia entre caras internas de los carriles medida a 14 mm de la zona de rodadura, y es superior en España frente al resto de Europa.

13


Ventajas de la vía estrecha: • • • • •

Posibilidad de realizar curvas de menor radio Menor anchura de la plataforma Ahorro en capas de asiento y traviesas Ahorro en túneles, puentes y obras de fábrica Mayor economía en material móvil por su gálibo

Desventajas de la vía estrecha: • •

•

Menor capacidad de tráfico Menor estabilidad estabilidad de los vehículos, lo que se traduce traduce en una velocidad velocidad menor Dificultad de conexión con la red ferroviaria predominante del país país

Se han propuesto varias soluciones al problema de distintos anchos de vía a lo largo de la historia. La primera, en los años 50, consistía en el transbordo de viajeros y mercancías y posteriormente se desarrollaron vías de dos anchos. Pero el primer sistema como tal para adaptarse a los distintos anchos de vía fue el del material remolcado con ejes o bogíes intercambiables desarrollado en los años 60 - 70.

14

Ferrocarriles Tema 3: La Vía Ferroviaria Al llegar a una zona con ancho de vía diferente, se separaba la caja de los bogíes, estos se cambiaban por otros del nuevo ancho de vía, y se colocaba la caja sobre éstos. Se tardaba en torno a 5 minutos por vagón. El siguiente sistema, y el más usado en la actualidad es el de trenes con ejes de rodadura desplazable (RD). Con este sistema se tardan unos 3 – 4 segs por eje, y se puede realizar a una velocidad de 10 – 15 km/h.

Hay dos tipos de sistemas RD:

El sistema Talgo:

El proceso de cambio se realiza en cinco fases al pasar cada eje por una instalación especial montada entre las vías de distinto ancho: 1. Los patines de que está dotado el marco del bogie entran en contacto con unas guías de la instalación de cambio y deslizan sobre ellas. Las ruedas quedan liberadas de su carga. 2. Los pies de los cerrojos que bloquean lateralmente los conjuntos de ruedas se introducen en unas guías con perfil en T de la instalación de cambio y descienden, a medida que el tren avanza, obligados por el original perfil longitudinal de estas guías. Los conjuntos de ruedas quedan desenclavados y libres de moverse lateralmente. 3. Los conjuntos de ruedas se desplazan transversalmente hasta su nueva posición obligados por unas guías en forma de cajón. 4. Los cerrojos vuelven a ascender y los conjuntos de ruedas quedan enclavados en su nueva posición. 5. Las ruedas vuelven a entrar en contacto con la nueva vía y comienzan a rodar tomando la carga del tren.

15

Ferrocarriles Tema 3: La Vía Ferroviaria El sistema BRAVA:

Desarrollado por la CAF, su nombre completo es Bogie de Rodadura de Ancho Variable Autopropulsado. Es un sistema similar al anterior, pero en este caso las ruedas son desplazadas por gatos hidráulicos.

Actualmente adif está trabajando en intercambiadores duales, que pueden hacer los cambios Talgo y CAF en la misma plataforma. Pueden ser en paralelo, o con una vía en vertical mientras funciona la otra, movidas por gatos hidráulicos. Cambiadores de ancho de vía:

16

Ferrocarriles Tema 3: La Vía Ferroviaria Otra posible solución al problema de los distintos anchos de vía es la traviesa polivalente, que consiste en una traviesa sobre la que se puedan desplazar los carriles para cambiar de un ancho a otro.

Por último, en algunos tramos se han colocado vías de tres carriles, de modo que se usa un par u otro de ellos según el ancho del carril. Este método está aún estudiándose, por lo que hay pocos tramos que lo usen, y tiene varios inconvenientes, como su alto precio, el desgaste irregular de los carriles y el complicado mantenimiento que conlleva.

4.2. 4.2. Juego de Vía (j) (j)

Se define el juego de vía como la diferencia entre el ancho de vía y la distancia entre las caras interiores de las pestañas, medida a 10 mm por debajo del plano de rodadura. Es necesario para disminuir el ruido (reduciendo el rozamiento carrilpestaña) para reducir el riesgo de descarrilamiento y para mejorar la inscripción en curvas. En el ancho de vía europeo el ancho de vía es de 9 mm, mientras que para el ancho español j = 12 mm.

17

Ferrocarriles Tema 3: La Vía Ferroviaria 4.3. Sobreancho en Curvas

En las curvas, la inscripción se ve dificultada debido a la rigidez del bastidor, y a que las ruedas están caladas al cuerpo del eje. Esto hace necesario crear un ancho suplementario. En una curva, el radio interior Ri es menor que el exterior, Re, mientras que las velocidades angulares son las mismas (wi = wd). Por tanto tenemos:

          

           

=

=

=

·

=

=

=

·

·

·

>1

Se han desarrollado una serie de fórmulas empíricas para calcular el sobre ancho, entre las que destacan:

Como vemos en el siguiente cuadro, el sobreancho solo se utiliza para radios de curva pequeños, y en general los sobre anchos son muy inferiores al ancho total, por lo que solo son apreciables para radios realmente pequeños.

18

Ferrocarriles Tema 3: La Vía Ferroviaria 4.4. Formas de las Llantas

Como se aprecia en la figura, el recorrido de cada una de las ruedas es diferente en las curvas.

Recorrido de la rueda interior: Recorrido de la rueda exterior:

 ∝  −  ∝   =

(

)

=

( + )

Esto conlleva un deslizamiento de la rueda sobre el carril, con el consiguiente desgaste en ambos. Para compensarlo, se usan llantas troncocónicas, que evitan la tendencia al descarrilamiento, facilitan la inscripción en las curvas y completan el guiado de los ejes en la alineación recta.

4.5. Movimiento de Lazo

Se trata de un movimiento sinusoidal, consistente en un movimiento lateral más un giro respecto al eje vertical, y cuya longitud de onda es la siguiente: Eje:

    =2

·

Bogie:

      =2

( 2+ 2) ·

Siendo S el empate del bogie. Para el ancho de vía RENFE, e = 0.875 m, r = 0.5 m, y γ = 0.05, por lo que nos queda que λ = 18.5 m.

19

Ferrocarriles Tema 3: La Vía Ferroviaria Aún no se conocen bien los motivos de este movimiento, aunque se achaca a la forma troncocónica de las llantas, y es muy difícil de detectar.

4.6. Deslizamiento en Curvas

No hay deslizamiento en curvas cuyo radio es suficientemente grande, tal que el eje se desplaza de manera perfecta hacia el carril exterior, haciendo que el radio de rodadura de la llanta exterior aumente y el de la interior disminuya (no necesitamos sobreancho en curvas).

Esta condición se cumple para radios que cumplen la siguiente expresión:

 ≥   ·

0

·

Siendo: • • • •

 

: Radio de la curva que sin sobreancho permite la rodadura perfecta : Semiancho de la vía (0,859 m) 0 : Radio de la rueda (0,5 m) : Desplazamiento transversal de la rueda, como máximo j/2 (0,009/2)

Para el ancho Renfe, el menor R es de 1931 m, mientras que para vía estrecha se reduce a solo 500 m.

4.7. Gálibos

Se define gálibo como la sección transversal de referencia que permite determinar el contorno máximo del material móvil y la posición relativa de las obras de fábrica e instalaciones anexas (andenes, aparatos de vía, puentes, túneles, señales, etc.

20

Ferrocarriles Tema 3: La Vía Ferroviaria Se distingue entre gálibo de obra, que es el máximo construido, y gálibo de material móvil, que es el máximo que puede tener el material móvil para no dañar la estructura ni las instalaciones anexas. •

Gálibo de túnel para vía doble:

•

Gálibo de túnel para vía recta:

21

Ferrocarriles Tema 3: La Vía Ferroviaria •

Gálibo internacional de material móvil

•

Gálibo RENFE de material móvil

22

Ferrocarriles Tema 3: La Vía Ferroviaria •

Gálibo unificado de material móvil

4.8. Entrevías

Se definen como la distancia medida entre los ejes de dos vías adyacentes pertenecientes a una línea dotada de doble vía o vía múltiple.

23

Ferrocarriles Tema 3: La Vía Ferroviaria En la siguiente tabla se dan las medidas de entrevía en función de la velocidad máxima:

24

Ferrocarriles Tema 3.1: El Carril

Tema 3.1. El Carril 1. Funciones 2. Tipos de Carril 2.1. Forma y Peso 2.2. Longitud 3. Fabricación del Carril 4. Desgastes 5. Defectos y Roturas

1. Funciones A continuación se describen algunas de las funciones más importantes del carril: 1. Guiar el material móvil 2. Resistir los esfuerzos provenientes del material móvil y transmitirlos a las traviesas a. Esfuerzos verticales • Cargas estáticas (debidas al propio peso del material móvil) • Cargas cuasi – estáticas (debidas a las fuerzas centrífugas no compensadas) • Cargas dinámicas (debidas al movimiento del tren) b. Esfuerzos transversales • Movimiento de lazo • Fuerza centrífuga no compensada (en curvas) c. Esfuerzos longitudinales • Variaciones de temperatura (y la consecuente dilatación o contracción) • Esfuerzos de tracción y frenado de los vehículos 3. Conducir corrientes eléctricas a. Retorno a centrales eléctricas b. Señalización (de distinta frecuencia para diferenciarla de la anterior)

25


2. Tipos de Carril 2.1. Forma y Peso

Según su forma podemos clasificar los carriles en carriles de sección variable y carriles de sección constante. De sección variable:

El llamado carril con vientre de vez. Se hacía una sección superior en los tramos no apoyados, para compensar las cargas. Acabaron por desaparecer debidos a sus altos costes de fabricación y conservación.

De sección constante: •

Carril de doble cabeza (bull – head)

En un principio se hicieron simétricos, con la intención de darles la vuelta una vez se desgastaran, y así poder usarlos dos veces, pero con el tiempo acabaron haciéndose disimétricos. Están en desuso. •

Carril Brunel

Mucho más bajo y ancho que el bull – head. Se usa sobre todo en puertos (para grúas trasteiner) porque son capaces de soportar grandes esfuerzos. Se colocan sin inclinación, totalmente verticales. •

Carril de garganta o Phoenix

Tiene la ventaja de que se puede incrustar en el terreno y permitir el paso de vehículos rodados por encima, por lo que se suele usar en ciudades, o en puertos para que pasen los camiones.

26

Ferrocarriles Tema 3.1: El Carril •

Carril Vignole

Es el más utilizado para trenes. Antiguamente se fabricaban de hierro, pero debido a sus grandes deformaciones empezaron a usarse de acero. El patín se apoya directamente en las traviesas.

Según su peso, podemos diferenciar tres tipos de carril Vignole, RN-46, UIC-54 y UIC-60.

El más usado en España es el UIC-54, y el UIC-60 se emplea para alta velocidad o tramos con trenes de mercancías de gran peso, ya que se conserva mejor. El número índica la densidad longitudinal del carril (kg/m), y se usa uno u otro carril en función de las toneladas brutas remolcadas por día que se prevé que van a circular sobre él: hasta 14.000 TBR/día, RN-46, entre 14.000 y 30.000 TBR/día el UIC-54, y para tramos con más de 30.000 TBR/día, el UIC-60. Estos carriles tienen una garantía de 5 años, y una vida útil entre 20 y 30 años. Los carriles se cambian cuando se observa un descenso del 20% del peso original.

27


Existe una fórmula, propuesta por Shajunianz en 1971 para calcular el peso óptimo del carril, aunque no se usa mucho. La fórmula es la siguiente:

    =

· 1+

1 2

  2

· (1 + 0,012 · )3 ·

2 3

Siendo: • • • • •

P = Peso en kg/m T = millones de toneladas brutas/año q = carga del eje más pesado, en Tn V = velocidad máxima a = 1,20 para vagones y 1,30 para locomotoras

A continuación se expone un mapa de España con los tipos de carriles utilizados. En verde los UIC-60, en azul los UIC-54, en rosa los RN-46 y en negro un carril más ligero, de 42,5 kg/m.

28

Ferrocarriles Tema 3.1: El Carril 2.2. Longitud

La longitud del carril viene condicionada por los procesos de laminación y por los efectos térmicos de dilatación y contracción. La barra elemental normalmente mide 18 m, y los cupones de carril (o trozos de carril) pueden ser de cualquier longitud hasta esos 18 m. Cuando un carril se deteriora y es reciclado por adif, la barra regenerada resultante suele medir en torno a 36 m. En taller se pueden hacer barras de hasta 288 m mediante soldaduras de arco eléctrico, que son transportadas por ferrocarril, sin problemas en las curvas, gracias a su flexibilidad.

3. Fabricación del Carril Los primeros carriles se construyeron en madera. Posteriormente se pasó al carril de hierro, y por último al de acero, que es el que actualmente se utiliza, en fases de perlita y sorbita (con manganeso y azufre). Se usa este tipo de acero debido a su resistencia a la abrasión, su ausencia de fragilidad y su facilidad para soldarse, todo ello unido a que tiene un coste aceptable. Según su dureza, los carriles se clasifican en: • • •

Carril normal. Carga de rotura = 700 MPa. Carril duro. Carga de rotura = 900 MPa. Es el más utilizado en España. Carril extraduro. Carga de rotura = 1100 MPa. Se utiliza para tramos de Alta Velocidad.

29

Ferrocarriles Tema 3.1: El Carril El carril se fabrica a partir de un perfil laminado en caliente de tipo simétrico, en dos fases. La primera fase es la obtención de la colada (producto largo de sección cuadrada) y laminado en caliente (1200 – 900ºC) del carril. La segunda fase es el enfriamiento lento y el acabado, consistente en el cote y marcado (bautizo) del carril. Por seguridad, si hay un fallo en un carril, se retiran todos los de su colada.

En la planta de fabricación se realizan una serie de ensayos con el objetivo de verificar la calidad del carril. Estos ensayos son: •

•

•

Mecánicos. Tracción, choque, resistencia y dureza. Químicos. Para comprobar la calidad de la mezcla. Ultrasónicos. Para localizar defectos interiores difíciles de detectar por otros medios.

30


4. Desgastes 4.1. Desgaste Normal u Ordinario •

•

•

Desgaste Vertical. Por corrosión debida a agentes atmosféricos y abrasión de las ruedas, sobre todo durante la fase de frenado. Desgaste Lateral. Debido al roce pestaña – carril. Se mide a partir de los 10 mm. Se da sobre todo en curvas, y en las rectas debido al movimiento de lazo. Deformación Plástica. Debido al peso excesivo, y/o a un clima excesivamente cálido, a veces aparecen rebabas en los carriles. No suelen medir más de 30 mm.

4.2. Desgaste Ondulatorio

Se da con el paso de los años. Es muy difícil de ver, y consiste en la aparición de defectos superficiales, sin razón conocida. Se distinguen dos tipos:

•

Desgaste de onda corta

Se ve a simple vista y es el responsable del chirrido conocido como “grito del carril”. Tiene una λ = 60 mm y A = 0,4 mm.

•

Desgaste de onda larga

No se puede ver a simple vista y no se conoce bien su origen, aunque se sospecha que es debido a cargas elevadas. λ = 500 – 2000 mm y A = 5 mm. Se corrigen mediante amolado.

31


5. Defectos y Roturas Los defectos de un carril pueden deberse a la fabricación o al tráfico. Los defectos debidos a la fabricación se detectan mediante auscultación, que se realiza diariamente en circuitos de alta velocidad, y de forma mensual en el resto de trenes. Los más usuales son: 1. El rechupe. Debido a que no se han cuidado los elementos de la colada. Se da normalmente en el alma. 2. La segregación, central o inversa. Se trata de grietas longitudinales en la cabeza, y está relacionada con impurezas de fósforo y azufre. 3. Inclusiones, sólidas o gaseosas. Provocadas normalmente por escorias u óxidos de manganeso, dan lugar a grietas en la cabeza 4. Mancha oval plateada, o mancha gris. Se produce si el enfriamiento del carril ha sido demasiado rápido, y es un defecto peligroso y difícil de detectar. 5. Shelling, o defectos de laminación. Provoca que se descascarille el carril, e incluso que se rompa. 1

2

3

4

5

Los defectos debidos al tráfico son los siguientes: 1. Rotura de los extremos alrededor de los agujeros de las bridas 2. Autotemple superficial, o piel de serpiente. Se da en estaciones y es debido al aumento de temperatura debido a aceleraciones y frenadas. 3. Aplastamiento. Laminación en frío por el tráfico 4. Exfoliación. Se debe a la mala calidad del acero, que reacciona con la atmósfera. 5. Rotura de las soldaduras.

32

Ferrocarriles Tema 3.2: La Continuidad de la Vía

Tema 3.2. La Continuidad de la Vía 1. La Vía Con Juntas 1.1. Introducción 1.2. Funciones 1.3. Partes 1.4. Posición 1.5. Tipos 1.6. Problemas y uso 2. La Vía Sin Juntas: Barra Larga Soldada (BLS) 2.1. Introducción 2.2. Planteamiento técnico 2.3. Tipos de soldadura 2.4. Características de la vía para admitir barra larga soldada

1. La Vía Con Juntas 1.1. Introducción

Vamos a empezar estableciendo unas pocas definiciones previas: • • •

Junta: Unión de dos carriles entre sí Brida: Pieza metálica que une los carriles entre sí Cala: Pequeña separación que queda entre dos carriles consecutivos, para evitar deformaciones debidas a la dilatación.

33

Ferrocarriles Tema 3.2: La Continuidad de la Vía 1.2. Funciones

Las funciones más importantes de las juntas son las siguientes: 1. Solidarizar los carriles 2. Igualar la resistencia a la deformación, de forma que la deformación sea solidaria y uniforme a lo largo del carril 3. Impedir movimientos relativos, tanto laterales como verticales 4. Permitir por el contrario los movimientos longitudinales, es decir, facilitar la dilatación del carril.

1.3. Partes

Las juntas se componen de bridas, tornillos aislados eléctricamente, y conexiones de junta, cuya función es pasar la corriente eléctrica de un lado del carril al otro.

1.4. Posición

Según su posición relativa en cada carril, las juntas pueden estar: Pareadas. Ocasionan menos ruido pero a veces dan problemas en curvas.

•

Alternadas. Son las más utilizadas, aunque son más ruidosas proporcionan mayor estabilidad, ya que los puntos frágiles no están alineados.

•

34

Ferrocarriles Tema 3.2: La Continuidad de la Vía 1.5. Tipos de juntas

Según estén apoyadas en el terreno, las juntas pueden ser: Apoyada simple. La junta apoyada sobre una traviesa. Fueron las primeras en utilizarse, pero dan el llamado “baile de las traviesas”. Además, provocan el deterioro acelerado de juntas y balasto, por lo que ya no se usa. • Apoyada doble. La junta se apoya sobre dos traviesas. Disposición más usada que la anterior, aunque dificulta el bateo del balasto, lo que supone un problema. Las dos traviesas se unen mediante un pasador longitudinal. • Suspendida en el aire. Las traviesas se colocan a los lados de la junta, dejándola sin apoyo directo. También se usa en la actualidad, pero tiene un problema: al no estar apoyada se produce una flexión en la junta, que puede aflojar los tornillos. • Semisuspendida. Los extremos de la junta apoyan sobre dos traviesas. Con esta disposición se intentan minimizar los problemas de flexión y deformación que presentan las juntas suspendidas. •

Un tipo especial de junta es la junta aislante. Esta tiene una serie de elementos extras, como forros aislantes entre las bridas y el carril, sección transversal del carril de material aislante (se coloca entre los dos carriles consecutivos) y cilindros aislantes que se colocan alrededor de los bulones. Estas juntas a su vez pueden ser de madera baquelizada o encoladas, con un paquete aislante de resinas epoxi, que son las más usadas actualmente.

35

Ferrocarriles Tema 3.2: La Continuidad de la Vía 1.6. Probl emas y uso

Los problemas de la vía con juntas se deben sobre todo a las fuertes acciones dinámicas, que provocan deformaciones y frecuente rotura de las bridas, lo que aumenta los gastos de conservación y la resistencia a la rodadura, con la consecuente pérdida de confort. Se usan en líneas antiguas y con débil tráfico.

2. La Vía Sin Juntas. Barra Larga Soldada (BLS) 2.1. Definición y característic as

Vía cuyas barras, elementales o de taller, han sido soldadas para formar barras largas soldadas (BLS) de la mayor longitud posible, y que, teniendo los extremos unidos a aparatos de dilatación, no debe experimentar ningún movimiento en la parte central del carril provocado por los cambios de temperatura ambiente, cuando está debidamente montada.

Ventajas: • • • • • •

Disminuye el mantenimiento Aumenta la seguridad Aumenta el confort Permite mayores cargas y mayor velocidad de circulación Disminuye la resistencia a la rodadura ahorro energético Continuidad del circuito eléctrico de tracción

Inconvenientes: • •

Exige unas condiciones específicas de establecimiento Exige una estricta vigilancia de las condiciones de conservación

Uso: • •

Líneas modernas (alta velocidad) Tráfico intenso

36

Ferrocarriles Tema 3.2: La Continuidad de la Vía Condicionantes: Laminación • Transporte • Dilatación térmica •

Causas por las que la BLS no ha surgido hasta épocas recientes: 1. Dificultad técnica de la soldadura in situ. 2. Uniones carril-traviesa. Indispensable que sean permanentes de forma que los movimientos solo se produzcan entre traviesa y balasto. 3. Pandeo debido a los esfuerzos térmicos que tienen lugar en la vía. 2.2.

Planteamiento técnico

Debido a los cambios de temperatura el carril se desplaza, y si no es así, provoca tensiones. 2.2.1. Dilatación libre

∆ ∆  − ℃− =

Donde

= 10

5

1

2.2.2. Dilatación restringida

  ∙  ∆  ∆ ∆  ∙ − ⁄ =

Donde

= 2.1 10

6

=

=

=

2

Aplicando la ley de Hooke podemos calcular el esfuerzo axil que sufre el carril con este planteamiento.

   ∆  ≠     ∙  =

Donde

=2 =2

=

=

ó

37

=

( )


La Resistencia específica de la vía, r, depende de: • • •

El tipo de carril (peso de la vía) Las traviesas (forma y material por su empotramiento en el balasto) La angulosidad del balasto (factor de calidad)

Ejemplos: Traviesa de madera + carril ligero r ≈ 500 kg/m Traviesa de hormigón bibloque r ≈ 750 kg/m Traviesa de hormigón monobloque + carril pesado r ≈ 900 - 1000 kg/m

La resistencia de la vía en un punto L será:

   ∙ í

=



Debido al equilibrio de fuerzas podemos definir el parámetro Longitud de respiración ( ) como:

   →  ∆ →  ∆  í

=

=

=

2.2.3. Desplazamientos El desplazamiento en cualquier punto x de la

 ∆  =

38

2

2



viene dado por:

Ferrocarriles Tema 3.2: La Continuidad de la Vía 2.2.4. Aparatos de dilatación Tienen como función el absorber los alargamientos de la BLS y pueden ser de dos tipos:

• •

Dos piezas Tres piezas

2.2.5. Liberación de tensiones La liberación de tensiones consiste en dar al carril la longitud que teóricamente le correspondería a la temperatura de neutralización. Siendo ésta:

   ℃ =

+ 2

+5

El objetivo es controlar las tensiones máximas •

Métodos o

Método de calentamiento del carril

Permite la libre dilatación del carril, esperando el calentamiento hasta la temperatura de neutralización. Ventajas:    

Sencillez No se necesitan aparatos especiales Se puede emplear en curvas de radio reducido Temperatura de liberación más homogénea

Inconvenientes:  

Duración del proceso Temperatura creciente

39

Ferrocarriles Tema 3.2: La Continuidad de la Vía o

Método de tracción del carril

Se tracciona el carril hasta obtener un comportamiento tensional similar al que tendría si se sujeta a una temperatura dentro del intervalo de temperaturas de liberación. Ventajas:  

Se puede realizar aunque la temperatura solar no alcance los valores de neutralización Inversión en maquinaria especial no muy elevada

Inconvenientes: 

•

Ejecución

1) 2) 3) 4) 5) 6) 2.3.

Dificultades de ejecución en curvas de radio reducido

Temperatura < TN Cortar el carril y aflojar sujeciones Levantar del carril y colocar los rodillos Golpear el carril con un mazo (liberar tensiones) Aplicar el método (por calor o por deformación) Soldar el carril

Tipos de soldaduras

2.3.1. Soldadura eléctrica • • • • • • •

No hay aportación externa de material Control automatizado 6 soldaduras/h (buen rendimiento) Se pierde 4 cm de carril por soldadura Maquinaria específica para realizarla en la propia obra Alto costo Se suele hacer en taller Fases:

1) 2) 3) 4) 5)

Acercar los carriles Alinear y nivelar Corriente (35.000 A, 5 V) Contacto y recalque Desbarbado basto y fino (cortafríos y esmerilado)

40

Ferrocarriles Tema 3.2: La Continuidad de la Vía 2.3.2. Soldadura aluminotérmica Fácil de ejecutar (In situ) • Barato • Aporte de material • Proceso manual • Tensiones internas • 2-3 soldaduras/h (peor rendimiento) •

Fases:

1) 2) 3) 4) 5)

Alinear los carriles y colocar el molde Precalentar los extremos de los carriles Rellenar el crisol Iniciar la reacción Destapar la parte inferior del crisol para eliminar el acero decantado y el material sobrante (10 segundos después de acabada la reacción) 6) Enfriar la soldadura durante tres minutos 7) Quitar moldes y desbarbar 8) Esmerilar: esmeriladora de motor 2.4.

Características de la vía para admiti r BLS

1. La longitud soldada debe ser la mayor posible (mejora las características) 2. La vía debe ser lo más pesada posible (carriles pesados y traviesas de hormigón) 3. La vía debe estar muy bien nivelada y alineada 4. No debe haber curvas de radio inferior a 450 m (mín. recomendable 800 m) 5. Importancia del perfil del balasto: anguloso y de buena calidad 6. Las sujeciones siempre deben apretar el carril, alta resistencia a torsión (sujeciones elásticas)

41


42

Ferrocarriles Tema 3.3: La Traviesa

Tema 3.3. La Traviesa 1. 2. 3. 4.

Introducción Traviesas de madera Traviesas metálicas Traviesas de hormigón 1.1 Bibloque 1.2 Monobloque

1. Introducción Las funciones de las traviesas son: • • • •

Soporte de los carriles (ancho de vía e asegura la inclinación del carril) Reparto de cargas Mantener la estabilidad de la vía Mantener el aislamiento eléctrico entre los hilos

2. Traviesas de madera Dichas traviesas funcionan de forma óptima disponiéndolas cada 60cm aproximadamente, lo que permite el bateo y evita la flexión. Sus características físicas son:

  ∙ ∙ ⁄

Densidad: 750~800 / 3 • Pesan alrededor de 80 • Resistencia al arranque: 40.000 • Módulo de elasticidad (E): 7 105 ~8 105 •

43

2

Ferrocarriles Tema 3.3: La Traviesa Además existen distintos tipos de sección

Para la fabricación de las traviesas se han de seguir los siguientes pasos: 1. 2. 3. 4.

Tala, descortezado y labrado Secado y zunchado (colocar cintas de metal que abracen las traviesas) Cajeado y taladros Impregnación con creosotado (aceite derivado del petróleo). Protección frente a insectos, evita que crezca la vegetación y forma una película que evita la absorción de agua. Se realiza de dos formas: •

•

Bethell: impregna paredes y rellena huecos (Se hace el vacío a la traviesa) Rüping: impregna paredes (Se comprime el aire de la traviesa)

Ventajas

Flexibilidad: rodadura suave, reducción de cargas que se transmiten a la plataforma, permite cajeado en distintas posiciones. • Resistencia al deslizamiento • Peso reducido: fácil manipulación y transporte • Reutilizable • Aislamiento eléctrico eficaz •

44

Ferrocarriles Tema 3.3: La Traviesa Inconvenientes • • • •

•

Elevado precio y escasez de madera de calidad Envejecimiento, vida útil corta 20-25 años Debilitación de las sujeciones Poco peso (no garantiza estabilidad de la vía con circulaciones a grandes velocidades) Deterioro frente a la climatología, el fuego, los insectos y la vegetación

Usos • • • •

Aparatos de vía Líneas de débil tráfico y V<160 km/h Líneas con vías con juntas (barra corta y radios amplios) Plataformas de poca capacidad portante

3. Traviesas metálicas Aún siendo prácticamente nulo su uso en España; antes de las traviesas de hormigón se usó, en países más industrializados que el nuestro con abundancia de metal y/o escasez de madera, las traviesas metálicas. Estas resultaron ser una alternativa viable por su fabricación sencilla con un perfil laminado en forma de U invertida. Ventajas •

• • •

Construcción fácil, rápida y barata Colada (Acero o hierro) o o Laminación o Corte, conformación de extremos, taladros y soldadura placa de asiento. Tratamiento contra la corrosión o Fácil de colocar Buena resistencia frente a esfuerzos horizontales Vida útil 30 – 50 años

Inconvenientes No tiene una buena adaptación a la BLS (relativamente ligera • Ruidosa • No proporciona un buen aislamiento eléctrico • Problemas de corrosión •

45

≈  80

)


4. Traviesas de hormigón Las traviesas de mayor uso en el ferrocarril moderno son las de hormigón. La alta velocidad requiere de ellas para funcionar eficazmente debido a las siguientes características: Ventajas frente a la madera • • • • •

Mayor vida útil (40-50 años) Permanencia de características constantes a lo largo de toda la vía Mayor estabilidad (mayor peso) Adaptabilidad de su diseño Mayor adaptabilidad de las sujeciones

Desventajas frente a la madera • • •

Costes (más cara) Mayor conductividad (difícil aislamiento) Mayor peso (peor manejabilidad)

Las traviesas de hormigón se pueden dividir en dos grandes grupos: Bibloque y monobloque de hormigón pretensado. Como curiosidad decir que las primeras traviesas eran de hormigón en masa, monobloque y perfectamente prismáticas lo que provocaba fisuras en la zona central de la traviesa. 4.1.

Traviesas de horm igón bibl oque

Características • •

• • • •

Peso aprox.: 200Kg Pueden utilizarse en vía con BLS porque utiliza sujeciones elásticas Problemas con el ancho de vía No aptas para tráfico pesado Se comportan mal ante descarrilamiento Las riostras son un punto débil (corrosión y operaciones de bateo)

Usos principales • •

Renovaciones de vía en líneas con V<160 km/h Vía en placa

46

Ferrocarriles Tema 3.3: La Traviesa Tipos Modelos RS y BR-94 – vía ancha (UIC-54 y RN-46)

•

Modelo PB-91 – polivalentes (UIC-54 y RN-46)

•

47


Modelo Stedef – vía en placa, polivalente (UIC-54 y UIC-60)

•

Las traviesas bibloque se usan principalmente en rehabilitaciones progresivas de vías de baja velocidad.

48


4.2.

Traviesas monobloque de horm igón pretensado

Características Peso aprox.: 300Kg • Excelente sujeción longitudinal y transversal de la vía. Favorece la conservación de la geometría de la vía (menos mantenimiento) • Recomendable para túneles y ambientes húmedos • Aptas para grandes cargas y velocidades. Ideal para vía con BLS (se emplean en Alta Velocidad) • Rigidez: •

o o

Necesidad de mayor espesor de balasto Necesidad de placas de asiento elásticas

Usos principales: • • • •

Líneas nueva construcción Renovaciones de línea Vía en placa Ambientes agresivos (zonas húmedas, túneles)

Tipos Modelos DW (UIC-54 y UIC-60)

•

(Sujeción HM)

49

Ferrocarriles Tema 3.3: La Traviesa Modelos MR-93 (UIC-54 y UIC-60)

•

(Sujeción Vossloh)

Modelo AI-89 (UIC-54 y UIC-60)

•

(Sujeción HM - Sujeción Vossloh)

Modelo PR-90 –polivalente (UIC-54 y UIC-60)

•

(Sujeción Vossloh)

Modelo AM-05 - Traviesa específica tres carriles

•

(Sujeción HM)

50

Ferrocarriles Tema 3.4: Las Sujeciones

Tema 3.4. Las Sujeciones 1. 2. 3. 4.

Funciones Elementos Disposición y naturaleza de los elementos de anclaje Tipos de sujeciones 4.1. Para traviesas de madera 4.2. Para traviesas de hormigón 4.3. Otros casos 5. Antideslizantes

1. Funciones •

• • • •

Mantener unidos el carril y la traviesa (que funcionen de forma solidaria) Absorber y transmitir cargas Mantener el ancho de vía Evitar vuelco del carril Proporcionar aislamiento eléctrico

Características • • • • • •

Buena resistencia mecánica. Estabilidad de la posición de los carriles Buen apriete para evitar aflojamientos Fácil montaje y pocas piezas. Difícil desmontaje (robos) Bajo coste, tanto de fabricación como de explotación y sustitución Elevada vida útil (resistencia ante los efectos climáticos) Fiable del aislamiento eléctrico de circuitos de señalización de vía

51


2. Elementos Placas de asiento Las placas de asiento se encargan de repartir la carga que transmite el carril a la traviesa sobre una superficie mayor. Colocan correctamente el carril proporcionando la inclinación y conservan el ancho de vía así como evitan desplazamientos longitudinales del carril. Pueden ser: • •

Metálicas (Traviesas de madera) Elásticas. Proporcionan además de lo anteriormente mencionado flexibilidad (Traviesas de hormigón)

Fijaciones • •

Tirafondos y tornillos Grapas y abrazaderas

Elementos aislantes

3. Disposición y naturaleza de los elementos de anclaje Los elementos de anclaje se pueden disponer de tres formas distintas

Directa

Mixta

Según la naturaleza de los elementos pueden ser • •

Rígidas. No permiten ningún tipo de movimiento Elásticas. Si absorben pequeños movimientos (BLS)

52

Indirecta


4. Tipos de sujeciones Tendremos dos grupos de sujeciones muy distintas según el tipo de traviesa que utilicemos, es decir, de madera o de hormigón. 4.1.

Sujeciones para traviesas de madera

Tres tipos de sujeciones para madera han sido utilizadas a lo largo de la historia. •

Sujeciones rígidas directas  Tirafondos (España) y Escarpias (USA) Este tipo de sujeción ya en desuso tiene unas ventajas obvias de facilidad de fabricación, instalación y bajo coste. Por otro lado, necesita una conservación regular (se pueden desapretar y se han de reclavar) y provocan el arrastre de la traviesa.p’

Tirafondos

Escarpias

•

Sujeciones elásticas directas  Sujeción Nabla 1

•

Sujeciones elásticas indirectas  SKL-12 Es la última solución y más efectiva para las traviesas de madera debido a su facilidad de montaje y a su escaso mantenimiento.

1

Explicada más adelante en traviesas de hormigón

53

Ferrocarriles Tema 3.4: Las Sujeciones 4.2.

Sujeciones para traviesas de horm igón

Los siguientes tres tipos de sujeciones se usaron con la traviesa RS •

Sujeciones elásticas directas Sujeción RN Piezas

Grapa de doble hoja con bucle • Tornillo • Sector de caucho • Placa de caucho •

Problemas • • •

Proceso de apretado complicado Mantenimiento del ancho de vía Aislamiento eléctrico insuficiente

Exceso de Apretado

Apretado Insuficiente

Sujeción P-2 Este tipo de sujeción mejora a las RN pero no lo suficiente Problemas:

Pérdida de elasticidad por repetición de esfuerzos verticales y posterior rotura de las grapas aislantes

54

Apretado Correcto

Ferrocarriles Tema 3.4: Las Sujeciones Sujeción J-2 Mejoras conseguidas:

Calce perfecto de la lámina metálica debido a los topes emergentes de las piezas aislantes. o Mayor resistencia a la rotura por el mayor espesor de las piezas aislantes. en el arriostramiento del patín y o Mejoras absorción de los empujes laterales debidos a las nervaduras longitudinales en la cara superior de la pieza aislante. Mantenimiento de la fuerza de apriete mayor tiempo por la arandela o entre la tuerca y la lámina metálica. o

Sujeción Nabla (Usada en BR-94 y traviesas de madera)

•

Sujeciones elásticas Indirectas

Usadas en los restantes tipos de traviesas más modernas, no difieren demasiado entre sí y su mayor avance es el agarre tipo clip. Sujeción HM

Sujeción Vossloh

55

Ferrocarriles Tema 3.4: Las Sujeciones 4.3. •

Otros Casos

Sujeción Patrol

Es otro tipo de sujeción por clip usado en el norte de Europa. Puede usarse en traviesas tanto de hormigón como madera.

•

Vía en Placa

Por último añadir que en vía en placa se suele usar la sujeción vossloh de forma directa (con clip SK1)

5. Antideslizantes En algunos casos se puede producir un desplazamiento longitudinal con respecto a las traviesas (zonas de vía con fuertes pendientes). Esto se debe a los esfuerzos longitudinales producidos por el material móvil (aceleración y frenado) y a la variación de la temperatura. Como solución, se colocan abrazaderas dispuestas de forma que actúen como antideslizantes

56

Ferrocarriles Tema 3.5: Capas de Asiento

Tema 3.5. Capas de Asiento 1. Introducción 2. La plataforma 2.1. Plataforma de nueva construcción 3. La banqueta 4. El balasto 4.1. Características del balasto 4.2. Valoración de las características del balasto 5. El subbalasto

1. Introducción eExplanación: Zona del terreno natural o preparado, destinada a contener la totalidad de sus instalaciones (vías, tendidos eléctricos, edificios, etc)

57


2. La plataforma La plataforma es la parte más profunda de la vía que debe soportar en último término todos los esfuerzos producidos por la marcha del tren. Comprende el terreno bajo la banqueta hasta la capa de forma (inclusive). •

Funciones

Su función es soportar los esfuerzos estáticos y dinámicos y evacuar las aguas; esto último es muy importante ya que el agua: 1. 2. 3. 4.

Disminuye la capacidad portante de la plataforma Produce expansión de arcillas y contaminación del balasto Aumenta el efecto de las heladas, disgregando el material Hundimientos y cortes de vía en terraplenes y medias laderas

Los problemas que puede tener la plataforma son:

Estos problemas son subsanados con estudios previos y la mayoría sólo ocurre en plataformas antiguas.

58

Ferrocarriles Tema 3.5: Capas de Asiento 2.1.

Platafor ma de nueva construcció n

A la hora de la realización de una nueva plataforma se hacen estudios sobre distintos parámetros a tener en cuenta •

Calidad del suelo existente QS0: Suelos de difícil mejora (orgánicos, solubles, arcillas

o

expansivas,…). QS1: Suelos malos (del 40% al 15% de finos, rocas muy evolutivas, margas,…). QS2: Suelos medianos (menos del 15% de finos y rocas de dureza media). QS3: Suelos buenos (<7% de finos y roca dura).

o

o

o

•

Categoría de la línea (velocidad de los trenes y tráfico)

Categoría

Tráfico Ficticio Diario

1

A

85000

B

50000

C

28000

2 3

≥   ≥ ≥   ≥ ≥   ≥ ≥   ≥ ≥   ≥ ≥   ≥ ≥  

50000 28000 14000

14000

7000

A

7000

3500

B

3500

4

1500

1500

      ∙  ∙ ∙                          

El tráfico ficticio diario ( ) es un parámetro que se calcula de la siguiente forma =(

=

á

(

)

=

á

í

(

=

á

=

=

=

+

+

)

)

(

)

ó

í

ó

= 1.15 1.30 ( = 1.40

í = 1.00 1.25

59

)

Ferrocarriles Tema 3.5: Capas de Asiento •

Capacidad portante necesaria

Para medir la capacidad portante de la plataforma se usará el Índice de California (CBR) para clasificar los distintos tipos de plataforma

60


3. La banqueta Parte de la vía sobre la que se dispone el armazón o armado de ésta: traviesas, carriles y sujeciones. Funciones • • • •

• •

•

Arriostrar las traviesas, y por tanto, los carriles a ella sujetos Amortiguar las acciones de los trenes sobre el armado de la vía Repartir las cargas verticales sobre la plataforma Facilitar el paso del agua a su través para que sea evacuada de la plataforma Proteger a la plataforma de las heladas Permitir, con trabajos sencillos, el mantenimiento de la alineación y nivelación de la vía (banquetas bateables) Al cambiar la banqueta se debe tener la posibilidad de recuperar su forma geométrica inicial (banquetas perfilables)

Elementos constitutivos 2

2

La sobrebanqueta se usa en curvas

61

Ferrocarriles Tema 3.5: Capas de Asiento Dimensiones La tabla siguiente no dispone de los valores actuales para alta velocidad en los cuales se está usando un espesor de balasto de 0.35 e incluso 0.40 (en viaductos). Además es para una vía de un solo carril, para una vía de dos carriles se usa el doble de m3 de balasto por metro de vía. Espesor de balasto bajo traviesa

m de balasto por metro de Vía Monobloque Bibloque Madera

0.30 0.23 0.20 0.15

1.740 1.460 1.340 1.140

1.830 1.550 1.530 1.280

1.790 1.520 1.400 1.200

Red

A1 A2 B C

4. El balasto Árido formado por piedra o roca machacada y cribada conforme a las normas que cada administración ferroviaria ha definido para su uso. El espesor de la capa de balasto depende del tráfico, la carga por eje y la velocidad; es decir, de la categoría de la línea. 4.1. •

Características del balasto

Forma

El balasto debe tener aristas vivas para poder tener el mayor rozamiento interno posible, además, deben tener forma poliédrica y nunca plana (lajas) o alargada (agujas) Esto evita crear zonas plásticas en la banqueta. •

Dureza y resistencia

Las aristas dan elasticidad lo que mejora la dureza a compresión y la resistencia al desgaste, esto último muy necesario para las operaciones de conservación de la vía con maquinaria pesada. •

Limpieza del balasto

El balasto debe estar prácticamente exento de finos para evitar zonas plásticas. Para evitar la formación de finos al chocar las piedras el balasto ha de tener alta resistencia al desgaste.

62


Naturaleza del balasto o

o

o

4.2. •

Las rocas de procedencia deben ser homogéneas y no tener facilidad para disgregarse (no se emplean areniscas, pizarras o rocas sedimentarias similares) Rocas no susceptibles a la oxidación o ataque químico por el agua u otros (carbonatos o sulfatos) Mejor comportamiento en rocas de naturaleza silícea (duras, resistentes al desgaste) y preferentemente de origen ígneo y metamórfico: pórfidos, diabasas, granitos, basaltos, cuarcitas.

Valoración de las características del balasto

Ensayo a compresión simple

Valora el comportamiento elasto-plástico del balasto. Se relaciona directamente con la degradación del balasto. o o

•

Balasto tipo A: > de 1200 kp/cm 2 Balasto tipo B: > de 1000 kp/cm 2

Resistencia de la piedra al choque y al desgaste

Los efectos del desgaste y rotura del balasto provocan la producción de polvo que cierra los intersticios (produce baches) y el desgaste y rotura de sus aristas provoca una pérdida de elasticidad El desgaste se determina mediante el ensayo de Los Ángeles (coeficiente C) que representa la cantidad de finos que crea el ensayo. o o

•

Balasto tipo A: C máximo del 19% Balasto tipo B: C máximo del 22%

Valoración de la granulometría

Diámetro (mm) 20 25 31.5 45 63 71 80

Huso Balasto A Porcentaje Retenido máximo mínimo 1 0 3 0 15 0 60 30 100 82 100 97 100 100

63

Huso Balasto B Porcentaje Retenido máximo mínimo 1 0 3 0 15 0 60 27 100 80 100 95 100 100


Ensayos de forma

Las normas exigen que el balasto esté prácticamente exento de piedras aciculares y lajosas Elementos aciculares: o o

6% para tipo A 8% para tipo B

Elementos planos: o o

5% en elementos de espesor menor de 16 mm En elementos de espesor 16-25 mm → CL < 27% (CL = 39,5 – C)

5. El subbalasto Capa de áridos de exigencias técnicas menores que el balasto que se coloca entre el balasto y la plataforma para proteger esta última de la erosión y las heladas dando además un mayor reparto de las cargas transmitidas sobre la plataforma. El espesor depende las características del suelo y de las condiciones geológicas y climáticas. Por último podemos ver el espesor final de balasto y subbalasto dependiendo del tipo de vía y tráfico.

64

Ferrocarriles Tema 3.6: La Vía en Placa

Tema 3.6. La Vía en Placa 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Antecedentes Necesidad Elementos y Características Tipos Ventajas e Inconvenientes ¿Vía Con o Sin Balasto en Adif?

1. Antecedentes Los primeros ensayos de vía sobre plataforma rígida de hormigón armado se hicieron en Estados Unidos, con una plataforma rígida tipo forestier, asentada sobre una capa de arena para darle elasticidad. Las ventajas buscadas incluían el reparto de las cargas sobre toda la plataforma, mayor estabilidad de la vía y que los carriles solo funcionaran como camino de rodadura (no como vigas entre las traviesas), dado que todo el esfuerzo lo soportaba la placa. El principal inconveniente era su elevado coste, que acabó por hacer desaparecer el sistema.

2. Necesidad Se vuelve a plantear el uso de la vía en placa al aparecer la Alta Velocidad (300 km/h), en la que el balasto es el elemento crítico, debido a que se aumenta el coeficiente de rigidez de la vía, lo que aumenta la presión sobre el balasto, que repercute más que proporcionalmente sobre su deterioro y el de la geometría de la vía. Otro inconveniente es que debido a la alta velocidad de los trenes, las diferencias de presión producen succión del balasto, lo que obliga a realizar operaciones de mantenimiento de la vía a diario.

65

Ferrocarriles Tema 3.6: La Vía en Placa Además, en Alemania se descubrieron sobre la banqueta unas manchas que indicaban la trituración del balasto. Este hecho fue más acusado en los puentes, donde la elasticidad de la vía es menor, y en las secciones con tráfico pesado entre Göttingen y Fulda. Por estos motivos, se investiga la estabilización o la sustitución del balasto. Se busca un sistema elástico, amortiguador, robusto, cuya conservación sea mínima y que provoque poca sonoridad. Las ventajas de la vía sobre balasto son las siguientes: • • • •

Coste de construcción relativamente bajo Alta elasticidad Fácil conservación con un coste moderado Absorción de ruidos

Sus limitaciones generales: • • • •

Degradación de la geometría de la vía Resistencia lateral limitada Es necesario mantener una adecuada elasticidad de la vía (bateo) Variación de la permeabilidad de la banqueta

Y por último, sus limitaciones para Alta Velocidad: • •

•

Levante de piedras del balasto por la perturbación aerodinámica Desgaste acelerado de la tabla de rodadura, debido a los finos producto del desgaste del balasto, depositados sobre la cabeza del carril como consecuencia de las turbulencias generadas por el paso de los trenes Caídas de bloques de hielo desde los vehículos y la consiguiente proyección de piedras de balasto

Para que una vía de balasto alcance los requisitos generales de una línea de alta velocidad es preciso reducir la presión sobre el balasto, así como las fuerzas entre rueda y carril, y las reacciones dinámicas en la vía y en los vehículos. Las medidas concretas que se toman son: • • • •

Mantenimiento regular Mayor espesor de balasto bajo las traviesas Área de apoyo sobre el balasto y peso de la traviesa mayor Uso de elemento elásticos

66


3. Elementos y Sus Características Los elementos de la vía en placa son los siguientes: Carril. El mismo que en vía de balasto o el inmediatamente inferior • Sujeción elástica. Clave, por la rigidez del hormigón • Traviesa. Pueden estar encima de la losa, embebidas en el hormigón, o directamente no estar. • Elastómero. Esencial, ya que da elasticidad a la vía • Placa principal. Placa de hormigón que va inmediatamente debajo de los carriles, situándose entre ambos los elastómeros. Cumple la función del balasto • Placa base. Debe tener al menos 15 cm de espesor, y cumple la función del subbalasto. Sus funciones son: Sustentación uniforme de la placa principal Mayor reparto de cargas sobre el terreno Disminuir el efecto de surgencia debido al agua Aminorar los efectos destructivos de las heladas • Plataforma. Junto con la placa base, cumple la función del sub-balasto. Es la que soporta de forma última las cargas, transmitiéndolas directamente al terreno. •

En conjunto, la vía en placa debe cumplir las funciones del balasto, que son proporcionar elasticidad y amortiguación, y hacer un reparto uniforme de presiones sobre la plataforma.

67


4. Tipos Se pueden clasificar muchos tipos de vía en placa según diferentes criterios.

Según niveles elásticos: • • •

Un solo nivel elástico Dos niveles elásticos sin bloque intermedio Dos o más niveles elásticos con bloque intermedio

Según tipo de sujeción del carril: Continua • Discreta •

Según posicionamiento de los carriles: •

•

Hilos de carril independientes Carril embebido o Sistema de apoyo directo del carril o Hilos de carril posicionados y nivelados

68

Ferrocarriles Tema 3.6: La Vía en Placa 4.1. Carri l embebido

Es el sistema empleado por EDILON (Holanda). Entre sus características destaca la sujeción continua del carril, que se adhiere a una canaleta por medio de un elastómero. Esta canaleta puede estar hecha en la losa de hormigón o ser metálica, soldada a la losa o al tablero metálico del puente.

Ventajas: • •

• • • •

Eliminación de las flexiones del carril entre apoyos de traviesas Bajo coste de mantenimiento (ausencia de fijaciones e innecesaria realización de alineaciones de vía) Amortiguación de ruidos y vibraciones Estanqueidad del elastómero Posibilidad de circulación de vehículos no ferroviarios sobre la placa Reducción de espesor de la superestructura

Inconvenientes: •

•

Elevado grado de precisión para la construcción de la placa y las acanaladuras Imposible corrección de errores en planta o alzado sin tener que romper la placa.

4.2. Apoyo directo del carril

Es el tipo de vía PACT, de Inglaterra, aunque actualmente está en desuso. Se trata de una losa de hormigón armado, sin juntas, a la que va sujeta directamente el carril con tirafondos, mediante la interposición de una banda elástica continua entre ambos. Toda la suspensión elástica es aportada por la sujeción.

69


Ventajas: •

Mecanización total del proceso constructivo

Inconvenientes: • • •

•

•

Se exige acabado perfecto de la placa principal Aflojamiento de la sujeción Escasa flexibilidad del sistema ante reparación de averías y defectos en la posición de los carriles después de su colocación Aparición de fisuras transversales por incrementos de temperatura, cargas dinámicas y asiento irregular de la cimentación de placas Gran rigidez y alto nivel de vibración y ruido

4.3. Apoyo indirecto del carril

Son los tipos APPITRACK, de Francia y Crailsheim FCC, de Alemania. El carril se apoya directamente sobre la placa principal sin la interposición de traviesas. Se coloca una placa metálica intermedia entre el carril y la placa, separada de ambos por sendas capas de elastómeros, que dan mayor elasticidad al sistema.

70

Ferrocarriles Tema 3.6: La Vía en Placa Ventajas: •

•

Posibilidad de regular la alineación y nivelación de la vía sin tener que desmontarla debido a la placa metálica Mecanización total del proceso constructivo


• •

Se exige acabado perfecto de la placa principal Aparición de fisuras transversales por incrementos de temperatura, cargas dinámicas y asiento irregular de la cimentación de placas Gran rigidez y alto nivel de vibración y ruido Reparaciones complicadas

4.4.

Bloques recubiertos de elastómero

Este sistema se usa en la Vía Sonneville, los Bloques TRANOSA, EDILON, etc. Entre el carril y la losa de hormigón se dispone un bloque de hormigón incrustado en la placa principal recubierto de elastómero. El elastómero rodea lateral e inferiormente al bloque y puede venir adherido al bloque desde fábrica o construirlo in situ (sistema de carril embebido). Sistema adecuado para implantar en túneles (reducción de gálibo) para velocidades no muy elevadas.

Ventajas: •

• •

Se garantiza la adecuada amortiguación de la carga vertical y la elasticidad necesaria del sistema Estanco al agua Más silencioso que los modelos anteriores


Estricta geometría de posicionamiento antes del hormigonado Mantener el ancho de vía. Imposible realizar ajustes del carril en ninguna dirección una vez vertido el elastómero

71

Ferrocarriles Tema 3.6: La Vía en Placa 4.5.

Sistema monol ítico con traviesas

Es el sistema Rheda, en Alemania. En él, las traviesas están directamente embutidas en la losa de hormigón de la placa principal. Es un sistema relativamente rígido, en el cual los elastómeros se distribuyen en la sujeción y en una placa de acero intermedia entre el carril y la losa. Los modelos actuales Rheda Berlín y Rheda 2000 han sustituido las traviesas monobloque (sistema inicial Rheda) por traviesas bibloque.

Ventajas: •

•

Mecanización casi total en su proceso de montaje, lo que se traduce en rendimientos altos de construcción Posibilidad de corregir el posicionamiento de la vía en alzado, tanto a través del sistema de sujeción del carril como durante el proceso de construcción

Inconvenientes: •

• •

La introducción de la armadura que pasa a través de las traviesas y hormigón de relleno no se puede mecanizar El cambio de traviesas exige el corte de la línea durante cierto tiempo Dificultad de colocar elementos que absorban ruido, por la proximidad de las traviesas

4.6.

Traviesas recubiertas de elastómero

Se usan en el sistema STEDEF francés. Las traviesas, empotradas en la placa principal, están recubiertas tanto inferior como lateralmente por un material de tipo caucho. Las traviesas trabajan como si estuvieran articuladas consiguiendo el efecto elástico y de absorción de energía del balasto.

72


• • •

Se garantiza elasticidad transversal y amortiguación adecuada al sistema Montaje sencillo de los elementos de la vía Posibilidad de distintos anchos de vía según la sujeción Adecuada para entornos urbanos por su capacidad de amortiguar vibraciones

Inconvenientes: •

•

Tratamiento con una base de cemento u hormigón magro para evitar la erosión producida por el agua que penetra en las juntas La cazoleta no es estanca y puede entrar agua, lo que puede producir un deterioro importante de la placa hormigón

Aparte del STEDEF, este tipo de vía en placa se usa en el sistema SATEBA.

4.7.

Traviesas apoyadas sobre losas

En este grupo entran las vías tipo Getrac, BTD, ATD, etc. Todas ellas tienen en común que las traviesas se disponen directamente sobre la placa principal sin estar embutidas. Tipo GETRAC

Tipo ATD – G

73

Ferrocarriles Tema 3.6: La Vía en Placa Tipo ATD – G

Tipo BTD

Ventajas: • •

• •

Aumenta la elasticidad del sistema respecto a los sistemas monolíticos La base asfáltica no necesita juntas y hacer ajustes en ella es sencillo (más que en hormigón) Fácil y rápida reparación en caso de accidente o deterioro de vía Mayor capacidad de absorción de ruido que el hormigón

Inconvenientes: •

•

•

Diseño especial de la traviesa con sistema de anclaje adecuado para este tipo de capa asfáltica Sustitución de las traviesas cuando se subsanan asientos de más de 20 mm (no se pueden reestructurar, hay que cambiarlas) Posibles dificultades de aislamiento eléctrico

74

Ferrocarriles Tema 3.6: La Vía en Placa 4.8.

Losa flotante con traviesas

Característica de las mantas CDM. En ellas, se interponen mantas elastoméricas bajo las traviesas para aumentar la elasticidad del sistema. Actualmente solo se emplea para tranvías.

Ventajas: •

Reducción de ruido y vibraciones (ideal para entornos urbanos)

Inconvenientes: Dificultad de corrección de geometría • Fisuración • Problemas de drenaje •

4.9.

Losa apoyada con mort ero no elástico

Propia del tipo BÖLG. En ella, las traviesas se aproximan tanto que se fusionan dando lugar a una losa prefabricada que se apoya sobre la placa principal mediante un mortero que carece de características elásticas.

75


• •

Alta calidad geométrica en toda la vía útil de la estructura gracias a la unión mecánica entre traviesas Elevado ritmo de ejecución por ser un elemento prefabricado Montaje mecanizado

Inconvenientes: •

•

Exigencias topográficas elevadas: correcciones por hundimiento o colapso de las capas del terraplén Muy poca tolerancia de dimensiones

4.10.

Losa flotante sin traviesas

Característica del tipo Slab Track japonés, e IPA italiano. Se dispone de un medio elástico bajo la losa prefabricada que soporta la vía. Las losas se fijan mediante unos topes circulares colocados en la placa principal.

Los medios elásticos interpuestos más usuales son: • • •

Muelles situados bajo las losas Elastómeros colocados previamente a la colocación de la losa Mortero elástico inyectado a través de orificios existentes en las losas

76


•

•

La gran experiencia que tiene Japón con esta tecnología (40 años de buen funcionamiento de la estructura) Ventajas económicas por su sistema de producción y sencilla forma de acopio Independencia de la condiciones meteorológicas


La fiabilidad y trabajabilidad del mortero de cemento bituminoso Deformaciones diferidas en el tiempo La adaptación de las placas al trazado de curvas en planta

5. Ventajas e Inconvenientes de la Vía en Placa Ventajas: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Mayor capacidad portante Reduce los asientos localizados Rodadura muy uniforme Disminución de gastos de mantenimiento Menor sección de vía Elevada vida útil No sufre daños importantes en descarrilamientos

Inconvenientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Elevado coste de construcción Elevada rigidez Fisuración Drenaje Dificultad de la corrección de la geometría Ruido No se mantiene la circulación en las renovaciones de vía

Debido a estas características, los campos de aplicación más usuales de la vía en placa son la alta velocidad, los trazados con gran número de túneles y puentes, y las estaciones de viajeros.

77


6. ¿Vía Con o Sin Balasto en Adif? La existencia en Adif de una Red Radial, sin alternativas de posibles variantes ante posibles averías, recomienda la instalación de balasto, mucho más fácil de reparar. La utilización de la vía sobre balasto representa en España la mejor alternativa técnico – económica para la superestructura de las nuevas líneas de Alta Velocidad, (salvo ubicación sin balasto en determinados puntos singulares). En comparación con el balasto, se estima que el ahorro en mantenimiento de vía en placa no llega a compensar la alta inversión inicial: un 47% sobre el mantenimiento del balasto no es suficiente, hay que aspirar al 20 – 30%. La utilización de la vía en placa en España, centrada en estaciones y túneles y determinados puntos singulares, corresponde a un criterio lógico de funcionalidad y economía. Costes Económicos: En la línea de Alta Velocidad Madrid – Sevilla se estimó el 47% del coste de mantenimiento de la vía sobre balasto para la vía en placa. Según la experiencia alemana desde 1972 con sistemas tipo Rheda, el mantenimiento se centra en: • •

Cambio de la placa elástica Amolado preventivo del carril (opcional)

En Japón los costes de mantenimiento de la vía en placa están en un 20 – 30% respecto a la vía sobre balasto. Coste de mantenimiento en un km de vía en balasto

Coeficiente de reducción estimada para una Vía en Placa

Coste de mantenimiento estimado en un Km de Vía en Placa

350.61

20%

288.49

4657.84

90%

465.78

126.61

20%

100.97

Aparatos de vía

2488.19

30%

1741.73

Personal de dirección control y vigilancia

901.52

0%

901.52

768.69

20%

614.96

1971.32

40%

1182.79

11274.38

47%

5296.24

Designación de los Trabajos Abastecimiento y mantenimiento del material y de herramientas Mantenimiento de la geometría Amolado

Mantenimiento de cercados, taludes y desherbado Reparaciones excepcionales TOTAL

78

Ferrocarriles Tema 3.6: La Vía en Placa Modelo Valor Anual Neto (VAN):

Vía en Balasto

Vía en Placa

Bajo

Tráfico Medio

Alto

Costes de Inversión Inicial

378,05

378,05

378,05

Costes de Mantenimiento (anuales)

20,27

19,39

21,15

Costes de Inversión Inicial

770,44

770,44

770,44

Costes de Mantenimiento (anuales)

9,53

9,11

9,94

Resumen de los datos obtenidos para el van: Tráfico

Bajo

Medio

Alto

Vía en Balasto

806,04

789,42

822,76

Vía en Placa

950,77

942,92

925,61

Costes en Millones de € en el año 2000

79


80

Ferrocarriles Tema 4: Los Aparatos de Vía

Tema 4. Los Aparatos de Vía 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Definición El cambio El cruzamiento Tipos de desvío Tipos de travesías Otros tipos de aparatos de vía

1. Definición Se denomina aparato de vía al conjunto de dispositivos que tienen por misión asegurar la continuidad de la vía en los cruces y bifurcaciones. Hay dos tipos de aparatos de vía: •

•

Desvíos, o bifurcaciones. En ellos el elemento crítico es la velocidad de la vía desviada. Travesías, que son intersecciones o cruces entre vías.

Todos los demás aparatos de vía se obtienen por combinación de estos dos dispositivos.

81

Ferrocarriles Tema 4: Los Aparatos de Vía Los aparatos de vía son muy costosos, por lo que se intenta que sean del mismo modelo para toda la vía, para facilitar el mantenimiento y reducir los costes.

2. El Cambio Es el aparato de vía que permite dar continuidad a caminos divergentes cuando se empiezan a separar. Está formado por dos conjuntos de aguja–contraaguja, una aguja curva con contraaguja recta y una aguja recta con contraaguja curva:

Definiciones:

Punta matemática de una aguja (PMA): Punto teórico de intersección de los bordes activos de los carriles que convergen hacia ese punto, el decir, de la aguja y la contraaguja. Punta real (PRA): Es el extremo material de la aguja. Ángulo de desviación (θ) : Es el que forman los ejes de los carriles de la vía directa y la desviada. Ángulo de ataque (β) : Es el ángulo con el que la rueda encuentra el eje de la aguja.

82

Ferrocarriles Tema 4: Los Aparatos de Vía La aguja y contraaguja apoyan sobre unos cojinetes de resbalamiento, que forman la superficie de deslizamiento para el movimiento de la aguja y el apoyo de la contraaguja. Las agujas se inmovilizan tras alcanzar su posición, mediante un cerrojo (proceso de encerrojamiento) para evitar movimientos no deseados por vibración u otras causas.

Notas: •

• •

Los cambios deben diseñarse del mismo tipo para facilitar su sustitución y mantenimiento. El radio de la aguja limita la velocidad de paso por la vía desviada. A mayor velocidad por vía desviada, mayor radio, longitud de aguja y coste de la misma

3. El cruzamiento Es el cruce entre varios carriles, y está formado por: Corazón • Patas de libre • Carriles exteriores y contracarriles •

83

Ferrocarriles Tema 4: Los Aparatos de Vía Hay dos tipos de cruzamientos: •

•

Cruzamiento simple: Se cruza el carril derecho de una vía con el izquierdo de otra. Cruzamiento Doble: Se cruza el derecho de una vía con el derecho de otra, y el izquierdo con el izquierdo.

En las travesías hay dos cruzamientos simples y dos dobles. Definiciones:

La aguja es la parte móvil de un carril, y la contraaguja es la parte del carril fija, adyacente a la aguja. El corazón es el lugar físico donde cruzan los carriles. Suele estar fabricado de acero con manganeso, y se denomina talón del corazón a la parte final, donde éste termina. La laguna es el hueco que permite el paso de la pestaña de la rueda. En alta velocidad, el ángulo de cruzamiento se reduce, y por tanto la laguna crece demasiado (se buscan métodos alternativos). Las patas de libre son las prolongaciones de los carriles que aseguran que la rueda llegue al corazón. El contracarril sirve para asegurar la rueda que no pasa por el corazón, y la entrecalle, o huella, es el hueco existente entre éste y el carril.

84

Ferrocarriles Tema 4: Los Aparatos de Vía En los cruces con corazón de punta móvil, se elimina la laguna, y se mueve la punta del corazón para asegurar que la rueda pase de un carril a otro. Esto también se consigue con otro diseño, el de las patas de libere móviles.

4. Tipos de Desvío 4.1. Según su forma en planta:

85

Ferrocarriles Tema 4: Los Aparatos de Vía 4.2. Según el número de ramif icaciones •

•

Desvios sencillos: Permiten una sola desviación (dos direcciones)

Desvíos dobles: Permiten dos bifurcaciones, haciendo posibles tres direcciones diferentes. Se consigue colocando dos cambios sencillos y tres corazones

4.3. Tipos de Desvío RENFE

Tipo

Significado

Fecha

Vel Directa

Vel Desviada

A

Antiguo

< 1980

140 Km/h

30 Km/h

B

Bueno

>1980

160 Km/h

30-60 Km/h

C

Calidad

200 Km/h

45-60 Km/h

V

Velocidad

200 Km/h

100-130 Km/h

AV

Alta Velocidad

250 Km/h

160 Km/h

>1990

A cada tipo de desvío y velocidad le corresponde un ángulo. El desvío se identifica por su tangente, ancho de vía y tipo de carril.

86

Ferrocarriles Tema 4: Los Aparatos de Vía Dimensiones:

• • •

Radio (m)

Tangente (T)

L

a

b

d

250

0,11 CR

34.409

13.663

13.663

6.145

260

0,125 CC

32.479

15.513

15.512

519

260

0,09 CR

33.170

11.190

11.190

0.986

318

0,09 CR

36.320

14.250

14.250

9.381

318

0,11 CC

37.643

17.412

17.412

2.400

318

0,09 CR

36.725

14.250

14.250

6.797

318

0,11 CC

35.600

17.412

17.412

567

500

0,075 CR

46.660

18.693

18.693

9.165

500

0,09 CC

44.834

22.417

22.417

-

500

0,085 CC

42.353

21.176

21.176

-

CR: Corazón recto CM: Corazón Móvil CC: Corazón Curvo

4.4. Desvíos a Utilizar en Proyecto. Encaje en el Trazado

Los desvíos deben colocarse en recta para poder utilizar elementos de fabricación estándar. Los desvíos han de colocarse en tramos con pendiente constante, fuera de los acuerdos verticales. En una misma línea o explotación deben utilizarse desvíos del mismo tipo para simplificar el mantenimiento. El aumento de la velocidad por desviada no sólo encarece el desvío, sino que aumenta su longitud, y dificulta su encaje en instalaciones con espacio limitado.

87

Ferrocarriles Tema 4: Los Aparatos de Vía El esquema es clave para encajar los aparatos de vía en el trazado. Cada aparato de vía viene definido por la tangente de su ángulo.

Los aparatos de vía están normalizados y hemos de elegir: • • •

Ancho de vía Tipo de carril Velocidad de paso por directa y desviada

En la tabla de medidas de ese aparato se buscan las dimensiones L, a, b, d para encajarlo en el trazado.

5. Tipos de Travesía 5.1. Travesía Sencilla

Permite el cruce simple entre dos vías. Está compuesta por dos cruzamientos sencillos y uno doble.

Se recomienda no establecer travesías con ángulo superior a 1/9 (tg 0.11) para evitar problemas de guiado, y en consecuencia posibles descarrilamientos.

5.2. Travesía de Unió n

Permite cambiar de dirección, aunque requieren un descenso importante de la velocidad (se consideran peligrosas a más de 70 Km/h), por lo que su uso queda relegado casi exclusivamente a las estaciones y playas de vías.

88

Ferrocarriles Tema 4: Los Aparatos de Vía Está compuesta por 2 cruzamientos sencillo y 1 ó 2 cruzamientos dobles. Exige intercalar cambios entre los cruzamientos sencillos externos de la travesía y el doble.

Equivalen a un doble cambio, con menor ocupación de espacio y un mayor coste de mantenimiento.

Hay dos tipos de travesías de unión: •

•

Sencilla, compuesta por dos cambios mediante los cuales pueden desviarse las circulaciones a sus dos ramales.

Doble, compuesta por cuatro cambios mediante los cuales pueden desviarse las circulaciones a sus cuatro ramales.

89


6. Otros Tipos de Aparatos de Vía 6.1. Escapes

Permiten el paso de una vía a otra. Están formados por dos desvíos opuestos enfrentados. Se utilizan habitualmente para la inversión de marcha de los trenes.

6.2. Bretelles (Escapes Dobles)

Permiten el paso de una vía a otra paralela en ambos sentidos. Están formados por cuatro desvíos y una travesía. Se utilizan habitualmente en terminales para obtener intervalos mínimos en la inversión de marcha de los trenes.

6.3. Diagonales

Vías que se instalan cruzando otras varias para unir de éstas los extremos al mismo tiempo que se puede establecer comunicación con ellas entre sí. En su formación intervienen travesías de unión doble y sencilla, según las vías que cruce para poder establecer el correspondiente enlace. Se utilizan en vías de clasificación.

90


6.4. Triángulos de Vía

Tres vías en forma de triángulo que permiten el cambio de sentido en la circulación de los trenes. Permiten el giro 180º. Evitan la realización de maniobras en nodos ferroviarios. La complejidad aumenta al incorporarse vías dobles y terminales. Aparecen los cizallamientos (cruces al mismo nivel) de circulaciones en sentidos opuestos. Una solución a este problema es instalar saltos de carnero.

6.5. 6.5. Salt Salto o de d e Carn Carnero ero

Versión ferroviaria ferroviaria de los enlaces a distinto nivel. nivel. Tienen un inconveniente: inconveniente: gran ocupación de espacio por radios y pendientes exigidos.

91

Ferrocarriles Tema 4: Los Aparatos de Vía 6.6. 6.6. Placas Placas o Puentes Puentes Gir atorios atorio s

Muy utilizados en depósitos de locomotoras para orientar el material en la dirección adecuada. Inconveniente: Inconveniente: solo cambian un vehículo cada vez. Son muy antiguas, y quedaron en desuso con la aparición de las locomotoras con doble cabina de conducción. Ya solo hay en algunas estaciones.

92

Ferrocarriles Tema 5: Interacción Rueda - Carril

Tema 5 Interacción Rueda-Carril 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Introducción Resistencia a la tracción Potencia de la locomotora locomotora o bogíes bogíes motores La Adherencia Curvas del movimiento del tren Frenado

1. Introducción La interacción rueda-carril viene definida por la diferencia más notoria entre el transporte por carretera y el ferrocarril, la Rodadura acero – acero. Ventajas: • • •

Débil resistencia al avance Elevada capacidad portante: 20 – 22,5 tn tn / eje (carretera (carretera 18 tn/eje) Bajo desgaste en carriles y ruedas


Débil adherencia (limitación de pendientes de traza) Contacto rígido Valor elevado de la relación tara/carga: vehículos muy pesados

Tracción ferroviaria •

• •

Los esfuerzos esfuerzos resistentes que hay hay que vencer para para arrancar, arrancar, acelerar y hacer rodar un tren a velocidad V Las limitaciones limitaciones que impone la adherencia al esfuerzo esfuerzo motor motor en llanta El esfuerzo motor F a prever para el arranque, aceleración aceleración y para mantener la velocidad V. De este esfuerzo se deduce la potencia de la locomotora o coches motores o o

•

   ⁄  ∙ ∙  ∙       ∙  í =

=

=

=

=

=

El movimiento en régimen de frenado

93

Ferrocarriles Tema 5: Interacción Rueda - Carril Problemas prácticos que resuelve la tracción ferroviaria:

1. 2. 3. 4. 5.

Determinar la potencia potencia dde e las locomotoras Determinar la carga carga máxima remolcada Calcular la velocidad má máxima xima de un tren Calcular la capacidad de aceleración aceleración de un tren Pendientes máximas

2. Resistencia a la tracción

 ⁄

Para nuestros cálculos vamos a usar la resistencia específica específica ( = ) que se obtiene dividiendo la resistencia global por el peso del vehículo expresándose / entonces en

 

A velocidad constante

•

En recta y horizontal o o o o o

Resistencia a la rodadura Rozamiento en cajas de grasa Choques y deformaciones deformaci ones en juntas Flexión del carril Resistencias aerodinámicas

    ⁄   ℎ                  ℎ      =

+

2

+

(

)

(

/ )

=

=

2

ñ

=

,

á

Resistencia al avance (miles de daN/tn) Velocidad 100 150 200 250 300 350

Alaris 1.46 2.84 4.78 7.27

TGV 1.13 1.95 3.05 4.41 6.05

AVE 1.17 1.99 3.05 4.37 5.93 7.74

94

Talgo Pato 1.03 1.81 2.84 4.14 5.71 7.54

ICE 1.06 1.82 2.84 4.13 5.67 7.48

Ferrocarriles Tema 5: Interacción Rueda - Carril •

En rampa

    ≈       ∙ →   →     =

sin

0

sin = tan =

=

•

=

=

En curva ( = 800/ )

La resistencia en curva se debe al hecho de que en ferrocarril contamos con ejes rígidos y paralelos además de la fuerza centrífuga que aparece. En aceleración Esfuerzo resultante = masa x aceleración

 −                   =

:

(1 + )

ó

(

:

)

:

:

En arranque (

Rampa

/

(

)

7 8 9 10

<15 15-20 21-25 26-29

Uniendo todas estas resistencias podemos dibujar la curva de resistencia global al movimiento del tren.

     =

+

+

2

+ + 800/



95


3. Potencia de la locomotora o bogíes motores Al ser la potencia ( Fuerza-Velocidad:

  ∙ =

) de la locomotora constante, en la gráfica

Aumento de la resistencia de un tren

Aumento de la potencia de un tren

96


4. La adherencia Concepto Para que haya movimiento con rodamiento, la fuerza propulsora debe ser menor que el producto del peso adherente ( ) por la = º adherencia ( ), es decir, , si esto no ocurre habrá movimiento con deslizamiento. Si hay deslizamiento aparecen problemas en la circulación por lo que se busca andar siempre en rodamiento.

ℎ  ∙  ℎ ≤  ∙ℎ

Coeficiente de adherencia

  ∙  ℎ   ⁄ℎ =

0

0

1 + 0.01

=

=

=0

(

)

La adherencia puede variar enormemente según tengamos tracción concentrada o tracción distribuida. En trenes con tracción concentrada sólo tienen ejes tractores las dos locomotoras por lo que el peso adherente es menor que si tenemos la tracción distribuida en la cual tendremos más ejes tractores.

5. Curvas del movimiento del tren



El esfuerzo tractor del tren ( ) se ha de mantener por encima de la resistencia global pero sin sobrepasar el límite de adherencia

97


6. Frenado

  ∙ →     ∙ →     →    → ‖ ≤  ∙‖ →    ≤  ∙  ∙  ≤  ∙ =

=

=

=

=

=

=

=

Un tren tiene menos capacidad de aceleración/frenado que el transporte de carretera debido a su poca adherencia. V(km/h) t(s) Ef Nf 140 46 756 16.5 160 52 985 18.8 200 65 1543 23.6 250 82 2411 29.5 300 98 3472 35.4 Parámetros de frenado para una deceleración de 0.85 m/s 2

98

D(m) 890 1160 1815 2840 4085

Ferrocarriles Tema 6: Trazado

Bloque 2. Geometría de la vía Tema 6. Trazado 1. Trazado en planta 1.1. Curvas circulares 1.2. Curvas de transición 1.3. Rectas 2. Trazado en alzado 2.1. Rampas y pendientes 2.2. Acuerdos verticales

1. Trazado en planta 1.1. Curvas circulares

Parámetros de diseño •

Peralte (D) [mm] o

Peralte teórico

Aplicamos un peralte que contrarreste la fuerza centrífuga

   ∙ ∙    ∙  →‖ ≈  ‖→ ∙           ℎ →  ℎ       2

=

=

sin

=

2

2

= sin

0; sin

= tan

=

2

=

1500 é 1740

:

Tanto RENFE como UIC tienen su fórmula de peralte teórico empírica 2

:

2

= 11.8

:

99

= 13.5

Ferrocarriles Tema 6: Trazado o

Peralte de diseño

1. 2/3 del peralte teórico correspondiente a los trenes más rápidos 2. Peralte teórico correspondiente a la media cuadrática de las velocidades máxima y mínima 3. Peralte teórico correspondiente a la media cuadrática ponderada de la distribución de velocidades 4. El preconizado por la UIC

       →   ⁄ℎ       ⁄  ⁄ 2

á

(

•

á

=

)

( )

(

6.5 < < 8 8 < < 10

)

) [m/s2]

Aceleración no compensada (

2

>

2

El peralte teórico compensa una aceleración, pero esta puede no ser suficiente. Si esto ocurre, la aceleración no compensada sería:

  −   − ∙ ′   ′ − ∙  − ′   ′    −′  − ∙      2

2

2

=

•

=

Insuficiencia de peralte (I) [mm]

>

2

=

=

•

=

á

Exceso de peralte (E) [mm]

<

2

=

•



=

Aceleración no compensada del viajero ( =

) [m/s2]

(1 + )

: Coeficiente de souplesse o de flexibilidad. Varía entre (-1,1) según tipo de vehículo ferroviario. Valores orientativos:

  − = = =

0,6 Vehículos antiguos (que aún circulan) con suspensiones duras. 0,0 Vehículos modernos con suspensiones blandas. 0,2 Vehículos muy modernos (alta velocidad) con suspensiones muy

blandas

100

Ferrocarriles Tema 6: Trazado Esta aceleración no compensada del viajero se busca que sea la menor posible ya que afecta directamente al confort de éste. Debido a que la suspensión normal en una curva es contraproducente, se han buscado soluciones más satisfactorias. Talgo pendular

La base de este sistema es la subida del centro instantáneo de rotación por encima del centro de gravedad gracias a la suspensión de muelles neumáticos.

Caja Basculante SIBI (Sistema Inteligente de Basculación Integrada)

El tren tiene un suelo basculante automático que tiene memorizado el trazado y adapta su posición a éste.

Funciones del diseño

101

Ferrocarriles Tema 6: Trazado •

•

•

Compensar total ó parcialmente la fuerza centrífuga, limitando así los esfuerzos transversales con la consiguiente reducción de sus consecuencias. Producir una mejor distribución de cargas en ambos carriles, reduciendo así el desgaste de los mismos o lograr desgastes similares en ambos. Proporcionar confort y seguridad a los viajeros.

Criterios de diseño Los criterios de diseño son resultado de los parámetros anteriores además de criterios para el confort y límites económicos

Ancho 1435 mm

Ancho 1668 mm

Parámetros geométricos Radio mínimo (m)

180

300

Peralte máximo (mm)

140

160

Longitud mínima (m)

T. Viajeros 200-300km/h

>V/2 T. Viajeros 200-250 km/h

>V/1.5



T. Mixto 80-200km/h

>V/3

Parámetros funcionales Suele fijarse en torno a 1

Insuficiencia de peralte (mm)

60-150

70-130

Exceso de peralte (mm)

80-100

70-100

102

Ferrocarriles Tema 6: Trazado Curvas de diseño de trazado de vía de ferrocarril

103


104


∙ 

1.2. Curvas de t ransición . Clotoides (

=

)

Las clotoides nos permiten enlazar una recta y una curva de forma que evite la aparición/desaparición instantánea de fuerzas centrípetas y mejora la transición al peralte. Deben cumplir unas ciertas exigencias: • • •

Tangentes a la recta y a la curva circular Misma curvatura que la recta (0) y que la curva (1/R) Variación de la curvatura progresiva

Parámetros (o condicionantes) de diseño. Criterios de longitud •

∆ ∆

Limitación geométrica: rampa de peralte (alabeo)

/

El alabeo se define como la diferencia de cota entre carril y rueda al acceder a la curva.

∆∆ ≤ ⁄ ∆ ∆ ∆∆  ∆∆ ≤ ⁄ 0,5

•

Limitación dinámica: velocidad ascensional: =

•

Limitación

por

(sobreaceleración)

30

(I):

confort

aceleración

 ≤ � 0.2

•

/

no

compensada:

3

Limitación por confort (II): limitación de la velocidad de giro (rad/seg)

 ∙∙ ≤ �  0.02

El establecimiento de la transición se realiza elevando la cota del hilo exterior de forma progresiva

Limitación de parámetros 105

Ferrocarriles Tema 6: Trazado Ancho 1435 mm

Ancho 1668 mm

Parámetros geométricos Rampa de peralte [Alabeo] (mm/m)

0.3-0.8

0.9

Parámetros funcionales Variación del peralte con el tiempo (mm/s)

30

35

Variación del a q con el tiempo (mm/s3)

0.2

0.2

Variación del ángulo de giro de la vía (rad/s)

0.02

0.02

1.3. Rectas

Existe una longitud mínima entre curvas, debemos tener en cuenta si el espacio es entre curvas de igual signo de curvatura o distinto, éste último puede llegar a ser 0. Ancho 1435 mm

Ancho 1668 mm

Parámetros geométricos T. Mixto 80-200km/h

T. Viajeros 200-300km/h

>V/2

Longitud mínima (m)

T. Viajeros 200-250 km/h

>V/1.5

>V/1.5

2. Trazado en alzado 2.1. Rampas y pendientes Alta velocidad Normal

Pendiente longitudinal máxima (mm/m)

Tren convencional

Excepcional

Normal

T. Viajeros 20

Apartaderos

Excepcional

T. Viajeros 30

25

30

2

T. Mixto 15

18

Pendiente longitudinal mínima en túneles y trincheras: • •

Normal: 5 mm/m Excepcional: 2 mm/m

Los valores excepcionales se usan muy poco. El valor normal ya es elevado. Longitud mínima entre acuerdos

106

Ferrocarriles Tema 6: Trazado • •

Normal: Vmax/2 m Excepcional: Vmax/3 m

Longitud máxima con la pendiente máxima:

3000m

2.2. Acuerdos verticales

Nacen de la necesidad de enlazar rasantes de pendientes diferentes. Dependen del parámetro Kv (Radio mínimo de la curva) Limitación por la aceleración vertical del viajero: • •

Normal: 0,22 m/s2 Excepcional: 0,3 m/s2

Longitud mínima: • •

Parámetro velocidad

Normal: V/3 m Excepcional: V/4 m

140 km/h

160 km/h

200km/h

250 km/h

Normal

Excep.

Normal

Excep.

Normal

Excep.

Normal

Excep.

≤0.30

0.4

≤0.30

0.4

≤0.20

0.3

≤0.20

0.3

Normal

Mínimo

Normal

Mínimo

Normal

Mínimo

Normal

Mínimo

5100

3800

6600

4900

16000

10000

24000

16000

2

av (m/s )

Observaciones

Si coincide con curva en planta ≤0.2

Kv(m)

107

Mín. absoluto: 3000 (convexos) 2000 (cóncavo) ≥5000 (coincide con curva en planta)


108

Ferrocarriles Tema 7: Introducción al comportamiento mecánico de la vía

Bloque 3. Comportamiento Mecánico de la Vía Tema 7. Introducción al comportamiento mecánico de la vía 1. Objetivos y dificultades 2. Metodología 3. Parámetros elásticos de la vía

1. Objetivos y dificultades Recordemos que los distintos materiales presentan elasticidades muy distintas. Los órdenes de magnitud en la transmisión de cargas pueden verse en la siguiente figura:

109

Ferrocarriles Tema 7: Introducción al comportamiento mecánico de la vía 1.1. Objeti vos de la mecánica de la vía

El objetivo de la mecánica de la vía es conocer las acciones y esfuerzos que ha de soportar la vía para así adaptar la forma y dimensiones de sus componentes. Esto evitará deformaciones bajo efecto de los esfuerzos resultantes. Teniendo como objetivos técnicos: • • •

Evaluar la respuesta de la vía. Diseñar nuevas líneas. Realizar previsiones de tráfico.

Y al siguiente objetivo económico: •

Evaluar el deterioro de la vía: conservación. 1.2. Dificul tades de la mecánica de la vía

a) Nos encontramos con materiales no elásticos y con rigideces muy distintas entre sí. b) Limitada aplicación de la resistencia de materiales. c) Difícil representación matemática, ya que los distintos materiales se modelizan muy mal: • La transmisión de esfuerzos requiere la aplicación de métodos numéricos. • Las “piezas” ferroviarias están apoyadas total o parcialmente. • Existen grandes esfuerzos dinámicos. d) Necesidad de estudios empíricos, ya que se ha contrastado que los métodos numéricos funcionan bien. • Carril: se encuentra bien modelizado y estudiado. • Traviesas: se tiene poco conocimiento de su forma de trabajo. • Balasto y subbalasto: se encuentran bien modelizados y estudiados.

110


2. Metodología La metodología se centra en determinar los esfuerzos sobre la vía. Estos esfuerzos pueden clasificarse de las siguientes formas: a. Según el origen de las acciones en: • • •

Estáticos: peso del material móvil. Cuasiestáticos: debidos a la aceleración, aparecen en curvas. Dinámicos: relacionados con la velocidad, son aleatorios y se calculan como un porcentaje de los estáticos.

(Son las que cuentan con sistemas de amortiguación)

(Son las que apoyan directamente sobre el carril: ejes + ruedas + motor)

Debido a la diferencia de frecuencias existente entre las masas suspendidas y las no suspendidas se trabaja con cada una de ellas por separado. b. Según dirección de aplicación de las acciones:

111

Ferrocarriles Tema 7: Introducción al comportamiento mecánico de la vía Verticales. Comprenden cargas estáticas, cuasiestáticas o dinámicas. o o Se encuentran dentro del campo elástico. o Se trabaja con los valores cuadráticos medios de los esfuerzos ejercidos. Constituyen el criterio base para el diseño de los componentes de o la vía.

•

Transversales. Comprenden cargas cuasiestáticas o dinámicas. o Se encuentran fuera del campo elástico, ya que la vía conserva o desplazamientos residuales importantes. o Se trabaja con los valores máximos de los esfuerzos ejercidos. Constituyen el criterio para determinar la velocidad máxima de o circulación

•

Longitudinales. Se trata de esfuerzos térmicos y de esfuerzos debidos a las o acciones de arranque y frenado. La interacción vía-vehículo sólo se considera en los arranques y o frenados y no plantean problemas. Constituyen el criterio para estudiar el pandeo vertical u horizontal o de la vía.

•

Una vez determinados los esfuerzos se puede diseñar: • • • •

Capas de asiento (para resistir esfuerzos verticales). Radio mínimo en curvas (para asegurar la estabilidad transversal). Velocidad critica de circulación (para asegurar la estabilidad transversal). Neutralización de tensiones en el carril (para evitar el pandeo de la vía).

Una vez realizados los diseños se procede a contrastar los resultados con la experimentación.

112


3. Parámetros elásticos de la vía Módulo de vía (K)

•

r

K =

z

(KN/m2)

Donde r representa una carga repartida, en kN/m y z representa el asiento, expresado en metros. •

ρ

=

Q z

Rigidez de la vía (ρ) (KN/mm)

Donde Q representa una carga puntual, en kN y z representa el asiento, expresado en milímetros. •

C =

σ

z

Coeficiente de balasto (C) =

Q z·S

(N/cm3)

Donde S representa la superficie.

Las relaciones entre los tres parámetros son éstas: •

K = =

•

ρ

•

K =

C·S d C·S ρ

d

Siendo d la distancia entre los ejes de dos traviesas consecutivas. 3.1. Órdenes de magnitud RIGIDEZ DE LA VÍA

kN/mm

Vía sobre plataforma helada

80 – 100

Vía sobre plataforma en roca o grava

20 – 80

Vía sobre plataforma arcillosa

15 – 20

Vía sobre plataforma pantanosa Vía sobre plataforma rígida (puentes)

113

5 – 15 120 – 150

Ferrocarriles Tema 7: Introducción al comportamiento mecánico de la vía N/cm3 30

COEFICIENTE DE BALASTO Vía sobre terreno arcilloso Vía sobre plataforma firme

80

Vía sobre arena densa

200

Vía sobre arcilla compacta

400

Vía sobre subsuelo rocoso

500

Observamos que a medida que el material mejora su calidad, aumenta el coeficiente de balasto. 3.2. Hipótesis de Wink ler

En relación al coeficiente de balasto podemos realizar la siguiente aproximación (hipótesis de Winkler):

C =

σ

z

=

C·S

K =

d

Q z·S

=

C

=

Q z·t·L

t·L d

ρ = C·t·L

Siendo: • • • • • • •

d: separación entre traviesas (50-60 cm) t: ancho de traviesa (25-30 cm) L: semi-longitud de traviesa bateada (40-50 cm) b: ancho del patín del carril S: área equivalente, siendo S = t · L r: carga lineal uniforme Q: carga puntual (carga lineal por longitud de traviesa) 3.3. Calidad d e la plataforma

CALIDAD DE LA PLATAFORMA Mala Mediocre Aceptable Buena

114

C (N/cm3) 20 20 – 90 100 – 170

ρ (kN/mm)

> 180

> 30

5 5 – 10 10 – 30

Ferrocarriles Tema 8. Comportamiento vertical

Tema 8. Comportamiento vertical 1. 2. 3. 4. 5.

Características de las cargas Evaluación de las cargas Determinación de esfuerzos Dimensionamiento Conclusiones

1. Características de las cargas •

•

•

Diferentes tipos de cargas: Por el material (locomotoras, coches, vagones, etc.). o o Circulación en recta: velocidades mayores. o Circulación en curva: aceleraciones transversales. Diferentes velocidades: o Mercancías (60-100 km/h). o Regionales (100-160 km/h). o Larga distancia (150-220 km/h). o Alta velocidad (200-350 km/h). Consecuencias en la evaluación de las cargas o Aleatoriedad o Gran importancia de las cargas dinámicas. Recordemos que los distintos materiales presentan elasticidades muy distintas.

2. Evaluación de las cargas •

Cargas estáticas (Qe) o Peso por rueda del tren Qe = Q

•

Cargas cuasiestáticas (Qc) Insuficiencia (o exceso) de peralte o Q c = Q

2·I p ·H g

a c 2

115

Ferrocarriles Tema 8. Comportamiento vertical •

Cargas dinámicas (QD) o Cálculos empíricos Qd = α·Qe + Qc

2.1. Expresiones para calcular Q d (α).

Fórmula de la ORE D-71 (años 60-70). 3 3     V   V    0,10 + 0,017  α = 1 + k  + · a b      100    100       

• •

•

k es un parámetro de calidad de vía. Normalmente 0,04 a: parámetro que recoge el concepto de danza de traviesas o a = 1,3 para V< 140 km/h a = 1,2 para V > 140 km/h o b: parámetro función de las características del material b = 2 para V< 140 km/h o o b = 1,5 para V > 140 km/h

Fórmula de la DB alemana (años 70 – 80) – Criterio Eisenmann. α =

1 + a·b·φ •

•

•

a intervalo de confianza a = 1 seguridad estadística del 60% o o a = 2 seguridad estadística del 95% a = 3 seguridad estadística del 99% o b parámetro de calidad de vía b = 0,1 para vías en muy buen estado o o b = 0,2 para vías en buen estado o b = 0,3 para vías en mal estado φ par ámetro de velocidad o o o

ϕ = 1 +

V − 60 140

si V > 60 km/h

φ=

1 si V < 60 km/h V − 60 si V > 200 km/h ϕ = 1 + 380

116

Ferrocarriles Tema 8. Comportamiento vertical Fórmula de la SNCF (años 80 – 90) – Criterio Prud’homme. Reflexiones iniciales: •

Análisis estadístico de las cargas dinámicas (naturaleza aleatoria) Cuantificación de la frecuencia propia de oscilación del peso suspendido del vehículo y del no suspendido

•

Análisis estadístico de las cargas dinámicas (naturaleza aleatoria)

•

Carga dinámica total (95 % nivel de confianza)

•

Qd = Qe + Qc + 2σΔQ

o

Valor de σΔQ

Partimos de la cuantificación de la frecuencia propia de oscilación del peso suspendido del vehículo y del no suspendido

F p =

1

ρ

2π

m

Siendo: •

Fp: frecuencia propia de oscilación.

•

ρ: rigidez del muelle.

•

m: masa.

117


118


Influencia de la rigidez

Comparación de criterios (ejemplo)

El más utilizado y detallado es el SNCF

119

Ferrocarriles Tema 8. Comportamiento vertical 3. Determinación de esfuerzos •

Modelización de la flexión de la vía

o

o

Apoyos discretos

Apoyos continuos  Superposición de esfuerzos

Objetivos Obtención de momento flector del carril o Cargas sobre balasto y plataforma o o Asientos de la vía

•

120

Ferrocarriles Tema 8. Comportamiento vertical •

• • • • • • •

•

Método Zimmermann o Hipótesis  Vía apoyada sobre longrinas (apoyo continuo)  Apoyos elásticos

σ = Presión sobre el balasto [ton/m2]

C = Coeficiente de balasto [ton/m3] z = asiento [m] d: separación entre traviesas (50-60 cm) t: ancho de traviesa (25-30 cm) L: semi-longitud de traviesa bateada (40-50 cm) b: ancho del patín del carril

A: área equivalente

A = t·L

121

Ferrocarriles Tema 8. Comportamiento vertical • •

r: carga lineal uniforme Q: carga puntual (carga lineal por longitud de traviesa) •

Método Zimmermann(adaptación a Timoshenko) Hipótesis:  Vía apoyada sobre traviesas

o

• • •

d: separación entre traviesas b: ancho del apoyo A: área equivalente 

Ecuación diferencial que describe el comportamiento



Solución: − Asiento

−

−

−

Momento flector

Presión en la cara inferior de la traviesa (Hip de Winkler)

Longitud elástica

122


o

Consecuencias practicas

Aumento del área equivalente de las traviesas Aumentar el coeficiente de balasto Aumentar el momento de inercia del carril o Limitaciones   



Onda de levante



Heterogeneidad vertical resistente de la vía en sentido longitudinal − Danza de las traviesas

−

Variación longitudinal de la rigidez de la vía

123


Ventajas

o



Facilidad para incluir las acciones sobre la vía con independencia de cuáles sean las cargas y su posición relativa, sin más que aplicar el principio de superposición

4. Dimensionamiento •

Dimensionamiento del carril Tensiones normales o

•σd = Tensión debida a las cargas dinámicas •σ T = Tensión de origen térmico (EαΔT) •σ res= Tensión residual de los procesos de laminación •σ c = Tensión de colocación en curva •σ f = Tensión debida a la fatiga o

Comprobación 

Tensiones admisibles

•σE = Límite elástico del acero (380-500 Mpa)  Tensiones tangenciales – Criterio de von Mises:

•

Dimensionamiento de la traviesa Acción máxima (Zimmermann-Timoshenko): o

124


o

Reacción del balasto

Comprobación  Tensiones menores de las admisibles en todas las secciones

o

•

Dimensionamiento de las capas de asiento y la plataforma o

Capa de asiento: determinación de los espesores

o

Trafico equivalente diario

125


o

Consideraciones generales sobre los espesores de las capas de asiento

a. Líneas con V > 200 km/h, el espesor total (balasto + subbalasto) no debe ser inferior a 0,6 metros (excepcionalmente 0,5 m) b. El valor mínimo del espesor de la capa de subbalasto debe ser la mitad del espesor total calculado c. Por razones constructivas, el espesor de la capa de subbalasto no debe ser inferior a 15 cm d. En vías con V max > 160 km/h la capa de subbalasto no debe ser menor de 25 cm 5. En general, se recomienda que exista un espesor mínimo de balasto de 30 cm bajo la traviesa en líneas con velocidad superior a 120 km/h, y debe estar comprendido entre 25 y 30 cm en líneas de menor velocidad o Metodología 

• •

Determinación de la tensión admisible de la plataforma − Formulación de Heukelom y Klomp

N: ciclos de carga que debe soportar (min 2·106 ciclos) Ed: módulo de elasticidad dinámico (Kg/cm2) (≈100 CBR)

126






Determinación de la tensión existente sobre la plataforma − Parámetros más influyentes: •

Clase geotécnica de la plataforma

•

Espesor de las capas de asiento

•

Longitud de las traviesas

Comprobar

127


5. Conclusiones •

•

•

•

La mayor carga dinámica la producen las masas no suspendidas:

Para reducirlas • Disminuir la rigidez (o el coeficiente de balasto) de la vía • Disminuir las masas no suspendidas • Conservación de la vía De las ecuaciones de Zimmermann-Timoshenko se deduce: o Mejor coeficiente de balasto menores asientos o Mejor coeficiente de balasto mayores tensiones transmitidas o Traviesas más próximas, menores asientos

Método Zimmermann Timoshenko: o Tiene limitaciones (onda de levante, heterogeneidad vertical) o Utilizado como orden de magnitud Estudio más preciso: MEF

128

Ferrocarriles Tema 9. Comportamiento Transversal

Tema 9. Comportamiento Transversal 1. 2. 3. 4.

Introducción Evaluación de esfuerzos Cuantificación resistencia lateral Conclusiones

1. Introducción Los efectos de más importantes de los esfuerzos transversales son la incomodidad de los viajeros, el ripado de la vía (desplazamiento lateral), el descarrilo, el vuelco del carril y el vuelco del vehículo. Cálculo transversal de la vía:

2. Evaluación de los Esfuerzos Transversales 2.1. Esfuerzos cuasiestátic os

Componentes: • • •

•

Fuerza centrífuga Esfuerzo de guiado en curva Axil debido a las variaciones térmicas (sobre todo en curvas) Oscilaciones aleatorias debidas a la vía o al tren =

   129

Ferrocarriles Tema 9. Comportamiento Transversal 2.2. Esfuerzos debidos al movi miento de lazo

Movimiento sinusoidal:

                   =

Eje:

•

Bogie:

•

·

=

2

=2

=2

S: Empate del bogie

130

2

·

·

·

( 2+ 2) ·


2.3. Esfuerzos debidos al vi ento

Dependen de: • • •

Velocidad del viento Superficie del tren Aerodinámica del tren

Grados Beaufor

Viento (Km/h)

Descrip.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 1a5 6 a 11 12 a 19 20 a 28 29 a 38 39 a 49 50 a 61 62 a 74 75 a 88 89 a 102 103 a 117 118 a 133

Calma Ventolina Flojito Flojo Fresco Fresquito Bonacible Frescachón Duro Muy duro Temporal Borrasca Huracán

Escala de Beaufor Presión (daN/m2) Apreciación … 0.13 0.8 3.2 6.4 13 22 33 52 69 95 117 160

El humo se eleva verticalmente El viento inclina el humo, pero no hace girar las veletas Las hojas se mueven, el aire se siente en el rostro Las hojas y las ramas pequeñas se mueven continuamente El viento levanta polvo y hojas Los árboles pequeños empiezan a balancearse Se mueven las ramas grandes, resulta difícil usar paraguas Los árboles se agitan, molesto caminar cara al viento Se rompen las ramas pequeñas de los árboles Las ramas medianas de los árboles se quiebran Los árboles son arrancados y dañadas las techumbres Destrozos extensos Ídem

131


2.4. Consideraciones prácticas Esfuerzos Cuasiestáticos:

   2·

=

•

  

·

=

χ: Parámetro experimental

Esfuerzos debidos al movimiento de lazo:

         =

•

·

1

=

2·

·

2

·

·

·

λ: inclinación de la vía

Esfuerzos debidos al viento: Escala de Beaufort

Fórmula aplicada en la práctica (sin considerar el viento):

1. Para V < 200 km/h



= 1,2 ·

2·

2. Para V > 200 km/h



= 1,2 ·

2·

        ·

·

132

+

+

2·

·

1000

2·

·

1200

Ferrocarriles Tema 9. Comportamiento Transversal El segundo término de esta fórmula es la envolvente de los esfuerzos en función de la velocidad.

Es necesario disminuir el peso de los vehículos en alta velocidad.

Criterio de descarrilo de Nadal (Descarrilo por el remonte de la pestaña).

            −   −     − · cos

· sin

=

sin

· sin

= arctan ,

133

+

+

· sin

· cos

· cos

+ cos

=

=

=

·

tan

· tan

+1

= tan(

)


 < 0.8

Normalmente se toma:

Si R < µ N

Descarrila

Factores que favorecen este descarrilamiento: • •

Disminución de peso (menor Q) Aumento de la fuerza lateral (Y)

Descarrilo por el remonte de la pestaña

Criterio Japonés: En este criterio se introduce el tiempo. Con t<0.05 s, la rueda salta en lugar de deslizar.

134


Vuelco del tren:

Es altamente improbable debido al gran peso del tren.

     ·

<

·

·

Siendo O el punto de vuelco

135

Ferrocarriles Tema 9. Comportamiento Transversal El vuelco del carril:

Para evitar que se produzca, los momentos estabilizadores deben ser mayores que los momentos desestabilizadores.

 ℎ ≤      − ·

• • • • • •

·

2

+

·

·(

2)

Y: Fuerza horizontal h: Canto del carril Q: Peso por rueda b: Ancho del patín R: Resistencia al arranque (≈2t) N: Sujeciones afectadas (4 – 5)

3. Cuantificación de la resistencia lateral 3.1. Ensayos con vía no cargada a. Influencia de la traviesa

Separación entre traviesas:

    =

·

Las traviesas de hormigón pesan más y aumentan la resistencia, y dentro de ellas, las bibloque aguantan más porque el balasto las agarra mejor. A mayor separación entre traviesas, menor resistencia lateral.

Hdj: Resistencia transversal de una vía con traviesas colocadas a la distancia dj, con di < dj respecto a la resistencia transversal Hdj.

136

Ferrocarriles Tema 9. Comportamiento Transversal b. Influencia del balasto

Formas de la piedra Deseable o Cúbica con aristas  Clavazón  Enlace • No deseable o Laja o Acicular o Redondeada •

c. Influencia de la banqueta

Se estudia la relación entre el hombro (a) y la altura (b) de la banqueta. La más usada es 90/10. d. Influencia de la estructura de vía

137

Ferrocarriles Tema 9. Comportamiento Transversal 3.2. Ensayos con vía cargada Vagón descarrilador:

3.3. Formulación: Prud’homme

          = ( +2· )·

• • • • •

+ · log

=

1000

1+

2·

3

L: Esfuerzo admisible (T/eje) Q: Carga por rueda (T) T: Tonelaje circulado por la vía desde la última nivelación α = 0.85 con traviesa de madera; α = 1.5 con traviesa de hormigón a,b,c: Parámetros: Vía vieja, traviesas de madera Vía nueva, traviesas de madera Vía vieja, traviesas de hormigón Vía nueva, traviesas de hormigón

Se ha de cumplir:

   >

;

138

a 4 4 6 6

> 1.5

b 0.28 0.23 0.27 0.23

c 0.06 0.07 0.06 0.07


4. Conclusiones e) Tanto los esfuerzos como la resistencia dependen de la carga máxima por eje.



= 1,2 ·

2·

    ·

+

2·

  

·

=

1200

1+

2·

3

f) La consolidación tiene una gran influencia sobre la resistencia de la vía. • Compactación dinámica • Limitación de velocidad

g) Para alta velocidad: • Curvas de radio superior a 4000 – 5000 m • Peraltes lo mayor posible (menor insuficiencia) • Buena calidad de la vía

h) El espesor de balasto influye en la resistencia, aunque de manera indirecta.

139


140

Ferrocarriles Tema 10. Comportamiento Longitudinal

Tema 10. Comportamiento Longitudinal 1. 2. 3. 4.

Introducción Planteamiento técnico Tipos de soldadura Conclusiones

1. Introducción 1.1. Problemas d e la vía con junt as

Los problemas de la vía con juntas se deben sobre todo a las fuertes acciones dinámicas, que provocan deformaciones y frecuente rotura de las bridas, lo que aumenta los gastos de conservación y la resistencia a la rodadura, con la consecuente pérdida de confort. 1.2. La vía sin j unt as. Barra Larga Soldada

Vía cuyas barras, elementales o de taller, han sido soldadas para formar barras largas soldadas (BLS) de la mayor longitud posible, y que, teniendo los extremos unidos a aparatos de dilatación, no debe experimentar ningún movimiento en la parte central del carril provocado por los cambios de temperatura ambiente, cuando está debidamente montada.

2. Planteamiento Técnico Debido a los cambios de temperatura el carril se desplaza, y si no es así, provoca tensiones. 2.1. Dilatación lib re

∆ ∆  − ℃− =

Donde

= 10

5

1

141

Ferrocarriles Tema 10. Comportamiento Longitudinal 2.2. Dilatación restri ngida

  ∙  ∆  ∆ ∆  ∙ − ⁄ =

Donde

= 2.1 10

6

=

=

=

2

Aplicando la ley de Hooke podemos calcular el esfuerzo axil que sufre el carril con este planteamiento.

   ∆  ≠     ∙  =

Donde

=2 =2

=

=

( )

=

ó

La Resistencia específica de la vía, r, depende de: • • •

El tipo de carril (peso de la vía) Las traviesas (forma y material por su empotramiento en el balasto) La angulosidad del balasto (factor de calidad)

Ejemplos: Traviesa de madera + carril ligero Traviesa de hormigón bibloque Traviesa de hormigón monobloque + carril pesado

r ≈ 500 kg/m r ≈ 750 kg/m r ≈ 900 - 1000 kg/m

La resistencia de la vía en un punto L será:

   ∙ í

=



Debido al equilibrio de fuerzas podemos definir el parámetro Longitud de respiración ( ) como:

   →  ∆ →  ∆  í

=

=

=

142


2.2.1. Desplazamientos El desplazamiento en cualquier punto x de la

 ∆  =



viene dado por:

2

2

2.2.2. Aparatos de dilatación Tienen como función el absorber los alargamientos de la BLS y pueden ser de dos tipos:

• •

Dos piezas Tres piezas

2.2.3. Liberación de tensiones La liberación de tensiones consiste en dar al carril la longitud que teóricamente le correspondería a la temperatura de neutralización. Siendo ésta:

   ℃ =

+ 2

+5

El objetivo es controlar las tensiones máximas

143

Ferrocarriles Tema 10. Comportamiento Longitudinal •

•

Métodos o Método de calentamiento del carril o Método de tracción del carril Ejecución

7) Temperatura < TN 8) Cortar el carril y aflojar sujeciones 9) Levantar del carril y colocar los rodillos 10) Golpear el carril con un mazo (liberar tensiones) 11) Aplicar el método (por calor o por deformación) 12) Quitar los rodillos y apretar las sujeciones 13) Soldar el carril

3. Tipos de Soldadura 3.1. Soldadura eléctrica • • • • • • •

No hay aportación externa de material Control automatizado 6 soldaduras/h (buen rendimiento) Se pierde 4 cm de carril por soldadura Maquinaria específica para realizarla en la propia obra Alto costo Se suele hacer en taller

Fases:

1) 2) 3) 4) 5)

Acercar los carriles Alinear y nivelar Corriente (35.000 A, 5 V) Contacto y recalque Desbarbado basto y fino (cortafríos y esmerilado)

3.2. Soldadura aluminotérmi ca

Fácil de ejecutar (In situ) • Barato • Aporte de material • Proceso manual • Tensiones internas • 2-3 soldaduras/h (peor rendimiento) •

144

Ferrocarriles Tema 10. Comportamiento Longitudinal Fases:

1) 2) 3) 4) 5)

Alinear los carriles y colocar el molde Precalentar los extremos de los carriles Rellenar el crisol Iniciar la reacción Destapar la parte inferior del crisol para eliminar el acero decantado y el material sobrante (10 segundos después de acabada la reacción) 6) Enfriar la soldadura durante tres minutos 7) Quitar moldes y desbarbar 8) Esmerilar: esmeriladora de motor

4. Conclusiones 1. La longitud soldada debe ser la mayor posible 2. La vía debe ser lo más pesada posible (carriles pesados y traviesas de hormigón) 3. La vía debe estar muy bien nivelada y alineada 4. Importancia del perfil del balasto: anguloso y de buena calidad 5. No realizar en verano trabajos que desconsoliden la vía

145


146

Ferrocarriles Tema 11. Maquinaria de Vía

Bloque 4. Calidad y Mantenimiento Tema 11. Maquinaria de Vía 1. 2. 3. 4.

Introducción Planteamiento Planteamiento técnico Tipos de soldadura Conclusiones

1. Introducción Dentro de la maquinaria utilizada en construcción, mantenimiento y renovación de vía, se distinguen dos grandes grupos: • •

Maquinaria ligera Maquinaria pesada

2. Maquinaria ligera 2.1. 2.1. Caracterís Característiticas cas

Se trata de maquinaría que no va montada sobre vehículos, tiene unos rendimientos bajos, y es portátil. 2.2. 2.2. Tipos

Clavadoras: Clavadoras: apriete de tornillos y tirafondos para las sujeciones de la vía. Va tarada con el fin de realizar una apriete correcto.

147

Ferrocarriles Tema 11. Maquinaria de Vía Bateadoras manuales: manuales: misma función que las bateadoras móviles, pero se utiliza para puntos singulares de la plataforma.

Barrenadoras: Barrenadoras: taladros en traviesas de madera

Taladradoras de carril: carril: realiza taladros en el alma del carril para poderlos embridar posteriormente.

Tronzadora: Tronzadora: sierra radial equipada con un brazo de guía que realiza cortes perpendiculares en el carril.

Diplory ó carro de cuatro ruedas. Viga con dos pequeñas ruedas troncocónicas con pestañas a cada lado. Usado para el transporte de diversos tipos de cargas pesadas por la vía. El caso más común es el transporte de barras largas de carril ó tramos de vías.

148

Ferrocarriles Tema 11. Maquinaria de Vía Posicionadora: Posicionadora: máquina que coloca los carriles encima de las traviesas.

Esmeriladora: Esmeriladora: tras el amolado para lijar y pulir la superficie del carril.

De cabeza de carril

De alma de carril

3. Maquinaria pesada 3.1. 3.1. Caracterís Característiticas cas • •

Montada sobre vehículos Siempre transportada sobre la vía férrea

3.2. 3.2. Tipos

Bateadora: Bateadora: máquina que introduce balasto bajo la traviesa dándole una consolidación adecuada, ocupando la piedra el mínimo volumen posible. Funciones:

1. Corrección del peralte. 2. Nivelación y alinea alineación ción de la vía. vía. 3. Restablecer el apoyo apoyo de las traviesas. traviesas. Fases de operación:

1. Determinación de la geometría actual de la vía. 2. Cotejo con la geometría geometría teórica. 3. Corrección.

149

Ferrocarriles Tema 11. Maquinaria de Vía Perfiladora: Perfiladora: conforma la geometría de la banqueta de balasto ya que tras el paso de la bateadora la banqueta queda desconfigurada. Fases:

1. Recogida del balasto balasto sobrante mediante cepillos. cepillos. 2. Distribución del balasto balasto necesario necesario en la vía según el tipo de perfil. 3. Perfilado mediante cuchillas que arrastran el balasto, eliminando el sobrante y rellenado huecos

Estabilizador dinámico de vía Compacta y asienta asienta la estructura estructura de forma controlada. • Permite eliminar las restricciones de velocidad tras el paso de la bateadora. • Garantiza la durabilidad de la nivelación. • Compacta el balasto sin machaqueo • Aumenta la estabilidad lateral de la vía •

Amoladora: Amoladora: corrige la banda de rodadura del carril mediante la retirada de material y corrección del perfil. Fases:

1. Registro de la geometría y detección de problemas (desgaste ondulatorio). 2. Paso de las muelas para retirar el material (piedras, cortadores deslizantes) 3. En cada pasada se retira entre 10 y 150 μm.

150

Ferrocarriles Tema 11. Maquinaria de Vía Desguarnecedora: Desguarnecedora: retira total o parcialmente el balasto de la banqueta con el fin de renovarlo por balasto nuevo. Fases:

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Corte del carril para introducción introducción de la cadena de recogida. La máquina máquina va levantando el carril. Retira el balast balasto o con la cadena. cadena. Transporte, limpieza y cribado del del balasto retirado. Aportación de balasto nuevo. Retirada del detritus.

Otros Trenes de balasto: balasto: Tracción y tolvas de descarga inferior para descargar el balasto. Trenes carrileros: carrileros: transporte y emplazamiento de carriles. Pórticos: de levante de levante de traviesas, desvíos, etc. Tren de plataformas Tren de inspección y montaje de catenaria. catenaria. TRR, trenes de renovación rápida de vía. vía. Puede realizar los siguientes trabajos: sustitución de traviesas, sustitución de carril y montaje de vía sobre plataforma nueva.

151

Ferrocarriles Tema 11. Maquinaria de Vía

152

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto

Tema 12. Calidad y mantenimiento de la vía sobre balasto 1. Introducción 1.1 Conceptos 1.2 Parámetros geométricos 1.3 Procedimientos de medida 2. Tipos de metodologías de mantenimiento 3. Necesidad del mantenimiento 4. Calidad del estado de la vía 5. Gestión y planificación del mantenimiento según estado 5.1. Normativa vigente 5.2. Metodología

1. Introducción 1.1. Concept os

Conservación: Conjunto de operaciones que posibilita la actuación de los equipos e instalaciones con plena capacidad técnica, eliminando las situaciones de riesgo y averías, que tienen un coste elevado e imprevisto. Mantenimiento de vía: Superestructura • Línea aérea de contacto • Subestaciones eléctricas • Instalaciones de seguridad • Telecomunicaciones • Mantenimiento de la maquinaria de vía •

Mantenimiento de la superestructura Objetivos del mantenimiento de vía: • •

Mantener la oferta de vía (velocidad, calidad, disponibilidad…) Minimizar gastos de conservación

Medios humanos y técnicos

153

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto Operaciones a realizar 1) 2) 3) 4)

Recogida de datos Análisis y diagnóstico Planificación de actuaciones Organización de los trabajos en el espacio y en el tiempo

1.2. Parámetros geométricos

Los parámetros geométricos descritos en el tema 3 (páginas 12-13) llevan asociados unos defectos en cada uno de ellos que afectan a distintos movimientos: • • • • •

Ancho de vía: movimiento transversal (movimiento de lazo) Alabeo: facilita el descarrilamiento Alineación: movimiento transversal Nivelación longitudinal: galope Nivelación transversal: balanceo 1.3. Procedimientos de medida

1.3.1. Métodos directos •

Método directo continuo con contacto

Coches de control geométrico de vía con palpadores que se apoyan en las caras internas de las cabezas de los carriles (a 14 mm debajo del plano de rodadura) para realizar las medidas en el plano horizontal. Las medidas en el plano vertical son realizadas a través de las propias ruedas del vehículo. Problemas: o o

Desgaste: incremento de errores en las medidas Velocidad límite de uso: 120-160 km/h

154

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto •

Método directo continuo sin contacto (láser)

1.3.2. Métodos indirectos •

Método dinámico continuo (inercial) o

o

Sistema inercial de registro Utilizan acelerómetros y captadores de desplazamiento

2. Tipos de metodologías de mantenimiento 2.1. Mantenimiento correctivo (“puntada a tiempo”) • •

Definición: Corrección de defectos en la vía después de producirse Causas: Innecesaria la prevención de averías

155

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto 2.2. Mantenimiento preventiv o • •

Definición: Revisión periódica según ciclos para cada elemento de la vía Causas: Prevención de mayor degradación de la vía por operaciones de mayor velocidad y mayor carga de tráfico

Comprende: Revisión integral:

156

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto Trabajos Fuera de la Revisión integral (FRI): Conservar la vía en buen estado entre dos R.I.

Trabajos especiales: Operaciones conservación vías secundarias y grandes operaciones excepcionales

Problemas: Empleo de muchos recursos No discrimina las necesidades de mantenimiento que exige una vía dependiendo de las prestaciones a satisfacer (velocidad, confort, etc.), pues siempre efectúa las mismas operaciones, y nos podemos encontrar un estado geométrico satisfactorio para circular a 80 km/h pero insuficiente para hacerlo a 300 km/h.

157

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto 2.3. Mantenimiento según estado • •

Definición: Corrección de defectos según el estado de la vía Causas: Introducción de nuevo armamento de vía con mayor ciclo de vida

Requisitos: o o o

Conocimiento en tiempo real del estado de vía Empleo exhaustivo de sistemas de control del estado de vía Rapidez de corrección de los defectos locales (utilización sistemática y organizada de la maquinaria de vía pesada)

3. Necesidad del mantenimiento • • •

•

Asegurar un confort aceptable, Garantizar la seguridad de las circulaciones, Evitar la degradación irreversible o la destrucción de los materiales que constituyen la vía, Mantener un aceptable nivel de explotación.

158

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto

4. Calidad del estado de la vía: interacción vía-vehículo Cuando un vehículo recorre una vía a una velocidad V, las irregularidades de la geometría de la vía se transforman en excitaciones armónicas temporales de frecuencia:

Siendo

la longitud en la que se produce un determinado defecto.

Estas excitaciones armónicas temporales actúan sobre el sistema oscilante constituido por el vehículo, produciendo una respuesta dinámica entre sus diferentes elementos. Un vehículo ferroviario puede modelizarse como un sistema oscilante formado por un conjunto de masas rígidas y unidas entre sí por un conjunto de muelles y amortiguadores.



Cada una de estas masas acopladas a elementos viscoelásticos tiene una frecuencia propia de vibración

159

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto Para que esta interacción provoque los menos defectos posibles hay que limitar la magnitud de la respuesta dinámica (función de la velocidad) con el objeto de evitar el efecto de resonancia. •

La resonancia ocurre cuando la frecuencia temporal de las excitaciones armónicas se aproxima a la frecuencia propia del sistema. Esto provoca una gran amplificación de la respuesta dinámica o o

El vehículo sufre movimientos de gran amplitud Esfuerzos y aceleraciones de valor elevado

4.1. Clasificació n de los defectos en fu nción de la longit ud de onda: Defectos de onda entre 0 y 3 metros (desgaste ondulatorio)

Resonancias con las Masas No Suspendidas de los vehículos (y por intermedio de estas con los diferentes elementos de la vía). Estos defectos afectan fundamentalmente: • •

Tasa de deterioro de la vía y de los vehículos Confort, al ser origen de ruidos

Defectos de onda entre 3 y 25 metros (onda corta)

Resonancias con las Masas Semisuspendidas y Suspendidas de los vehículos a cualquier velocidad. Estos defectos afectan fundamentalmente: Seguridad • Tasa de deterioro de la vía y de los vehículos • Confort, al ser origen de ruidos •

Defectos de onda entre 25 y 70 metros (onda media)

Resonancias con las Masas Suspendidas de los vehículos a velocidades medias y altas. Estos defectos afectan fundamentalmente: •

Confort (a velocidades medias y altas)

160

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto Defectos de onda entre 70 y 120 metros (onda larga)

Resonancias con las Masas Suspendidas de los vehículos a velocidades altas y muy altas. Estos defectos afectan fundamentalmente: •

Confort (a velocidades altas y muy altas)

Para garantizar la seguridad, el confort y una tasa reducida de deterioro en la vía y en los vehículos hay que limitar la magnitud de la Respuesta Dinámica del vehículo causada por los defectos de la vía. Para ello hay que corregir aquellos defectos de vía que provocan una elevada Respuesta Dinámica; o lo que es igual, hay que corregir aquellos defectos de vía que provocan Resonancias con los diferentes elementos de los vehículos.

5. Gestión y planificación del mantenimiento según estado 5.1. Normativa vigente

La normativa vigente está establecida en el informe de la UIC 7/96 En esta se tienen en consideración las sobrecargas dinámicas (Prud’homme)

∆   ∆ ∆ =

Siendo

2

 ∙ ∙   ∙  ∙  ∙ = 0.0042

= 0.2

200

161

+

2

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto La normativa establece los principios de mantenimiento y los niveles de calidad exigidos. Además define: • • • •

Parámetros geométricos objeto de control Elementos objeto de control Procedimientos para realizar los controles Frecuencias de realización de controles

5.2. Metodología

162

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto 5.2.1. Inspección y auscultación de la vía •

¿Qué se mide? o

Parámetros de geometría vertical de la vía

o

Parámetros de geometría horizontal de la vía

o

o o o o

o

Geometría del carril

163

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto o

Parámetros de trazado

o

Calidad de la marcha

Para medir la calidad de la marcha se miden las aceleraciones sufridas en los siguientes lugares: 

Aceleración lateral en bogie  Aceleración vertical en caja de grasa  Aceleración vertical y lateral en coche

¿Cómo se mide?

¿Cuándo se mide?

Auscultaciones Semestral

•

Geométrica

•

Dinámica

•

Ultrasónica de carriles

•

Restringida con topografía

Según zonas deducidas de la auscultación general

•

Restringida con maquinaria de vía

Según zonas deducidas de la auscultación general

•

De desgaste ondulatorio

Trisemanal Anual

Bianual

Inspecciones generales •

Semanal

Recorridos en cabina

Seguimiento general

Semestral/Bimensual

Seguimiento particularizado

Anual

164

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto 5.2.2. Análisis de datos de inspecciones y auscultaciones •

Tipos de defectos o o o o

•

Defectos en la banda 0 - 3 m. (Desgaste Ondulatorio) Defectos en la banda 3 - 25 m. (Onda corta) Defectos en la banda 25 - 70 m. (Onda media) Defectos en la banda 70 - 120 m. (Onda larga)

Cuantificación de los defectos

La señal obtenida para cada uno de los diferentes parámetros representa la diferencia entre la geometría real del parámetro en cuestión y una geometría teórica perfecta. Por tanto, las amplitudes de las señales proporcionan el tamaño de los defectos de los parámetros correspondientes; cuanto menores sean dichas amplitudes menores serán los defectos de los parámetros.

165

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto Los defectos se cuantifican estadísticamente: Los extremos relativos (picos) analizan los defectos puntuales aislados La desviación estándar analiza la calidad media de los parámetros o que pueden presentar variaciones importantes de amplitud en pequeñas distancias (nivelación o alineación) o

•

Cuantificación del estado geométrico de la vía

La respuesta dinámica depende de los defectos geométricos y la velocidad Cuantificar el estado de la vía consiste en confrontar la medida objetiva de sus defectos, los valores medidos, con unos valores máximos admisibles, variables en función de la velocidad. El estado de la vía será satisfactorio si el valor medido es inferior al valor máximo admisible para una velocidad dada. Desde el punto de vista del mantenimiento los valores máximos admisibles se denominan Umbrales de intervención correctiva Existen dos sistemas para cuantificar el estado geométrico de la vía: o

Sistema UIC

Siendo QN1 = Vigilancia y corrección a medio plazo QN2 = Corrección a corto plazo

Se actuará cuando se sobrepase entre el 50–100 % en las desviaciones típicas y/o en los valores máximos medidos el umbral QN1 o entre el 90–100 % en el umbral QN2.

166

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto o

Sistema Renfe

Renfe establece como prioridad las actuaciones de mantenimiento en defectos puntuales. Usando el Índice P n: valor normalizado de la amplitud del defecto

A partir de las desviaciones típicas Renfe crea un Índice de calidad geométrica Ic que se calcula de la siguiente forma:

 −   ≤  ∙   =

5

+ 10

=

10 0.5

1

>1

167

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto Los umbrales de intervención de amplitud

Los umbrales de intervención de la desviación típica

168

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto Podemos ver en la siguiente comparativa hecha entre los dos modelos como el modelo Renfe es claramente más exigente que el establecido por el sistema UIC

•

Cuantificación del estado dinámico de la vía

169

Ferrocarriles Tema 12. Calidad y Mantenimiento de la Vía sobre Balasto 5.2.3. Programación de los trabajos de mantenimiento 1) Se realiza una evaluación de riesgos donde se estima la trascendencia de una incidencia y se establece una clasificación temporal del riesgo 2) Se toma una decisión del tipo de actuación y plazo de ejecución 3) Se lleva a cabo el proceso correctivo a. Estudio del carácter singular o repetitivo del fenómeno físico b. Una valoración económica de la actuación proyectada c. Procedencia contable de los recursos 5.2.4. Ejecución de trabajos La ejecución de los trabajos se realizará, según se proyecte, con maquinaria pesada y/o con maquinaria ligera.

170

Ferrocarriles Tema 13. Montaje y Renovación de Vía sobre Balasto

Tema 13. Montaje y renovación de la vía 1. Montaje de vía sobre balasto 2. Renovación de vía

1. Montaje de vía sobre balasto Procedimiento: 1. Primer extendido de subbalasto y balasto. 2. Montaje y soldadura de vía. 3. Segundo extendido de balasto. 4. Primera nivelación de vía. 5. Segunda nivelación. 6. Realización de soldaduras. 7. Liberación de tensiones. 8. Amolado del carril. 9. Perfilado y recepción de la vía. 1. Primer extendido de subbalasto y balasto. Formas de extendido: •

Extendedora: espesor uniforme (23-24 cm) + homogeneidad granulométrica.

171


•

Motoniveladora + Rodillos: Espesor de 15-18cm; dos pasadas para el mismo resultado.

Para evitas daños en las traviesas hay que rebajar el balasto en la zona central de apoyo de las mismas.

2. Montaje y soldadura de la vía. •

Descarga de carriles.

•

Descarga y posicionado de traviesas.

•

Posicionado de carril.

172

Ferrocarriles Tema 13. Montaje y Renovación de Vía sobre Balasto •

Apretado del clavazón.

•

Embridado provisional.

3. Segundo extendido de balasto. El aporte es realizado mediante trenes de tolva. 4. Primera nivelación de vía y estabilizado. Bateadora-alineadora-niveladora. • Estabilizador sin control de asiento. •

Proceso: •

•

Primera nivelación previa: Es el conjunto de operaciones de levantes sucesivos, nivelación y alineación de la vía hasta dejarla a unos 70 mm (+20 y -30 mm) de la cota definitiva y a ± 30 mm de la planta teórica. Primera nivelación: Se nivela sucesivamente con la bateadora, hasta conseguir alcanzar la cota de -15 mm (+0 y -10 mm) con respecto a la cota teórica. La posición de la vía en planta se ajusta a la teórica en ±10 mm.

173

Ferrocarriles Tema 13. Montaje y Renovación de Vía sobre Balasto Se considera que una vía está en primera nivelación cuando: •

•

• •

Las sujeciones están apretadas al 60% - 70% de su valor definitivo. Se han colocado los postes hectométricos, kilométricos y de cambio de rasante. La banqueta de balasto está prácticamente completa. La vía cumple con las tolerancias geométricas indicadas.

Hasta que la vía no esté en primera nivelación la maquinaria de vía y los trenes de trabajo solo podrán circular a una velocidad máxima de 25 km/h

5. Segunda nivelación de vía y estabilizado. Bateadora-alineadora-niveladora.

•

•

Estabilizador sin control de asiento.

Se debe utilizar después de cada levante de vía realizado por la bateadora Con balasto limpio (vías nuevas), consigue asientos de la capa de balasto del 20% del levante (5-6 cm)

174

Ferrocarriles Tema 13. Montaje y Renovación de Vía sobre Balasto Finalizada la segunda nivelación y a efectos contractuales se considera que una vía está en Segunda Nivelación cuando: •

•

•

•

Se ha efectuado la operación de liberación de tensiones de las barras largas. Las sujeciones están apretadas en su valor definitivo.

Se ha realizado una estabilización dinámica de la vía o han circulado 100.000 toneladas desde la primera nivelación. La superficie de rodadura de los carriles no debe sobrepasar los siguientes valores:

175

Ferrocarriles Tema 13. Montaje y Renovación de Vía sobre Balasto Tolerancias geométricas:

6. Realización de soldaduras.

Tolerancias admitidas en la ejecución de las soldaduras: •

•

Nivelación longitudinal (en la parte superior de la cabeza del carril): de 0 a 0.3 mm. Alineación longitudinal (en la cara activa de los carriles soldados): de 0 a 0.3 mm.

7. Liberación de tensiones. •

Objetivo: Homogeneizar las tensiones a lo largo de toda la barra larga soldada, quedando todos sus puntos fijados a la misma temperatura, llamada temperatura de neutralización, de manera que dicha tensión sea admisible. Evita la rotura del carril por tracción, el pandeo. Y pequeños movimientos laterales.

176

Ferrocarriles Tema 13. Montaje y Renovación de Vía sobre Balasto Temperatura de neutralización:

   ℃ =

2

+5

Procedimientos para liberar tensiones, con el objetivo de montar el carril a la temperatura de neutralización: Liberación solar de los carriles. • Calentamiento artificial de los carriles. • Tracción aplicada a las barras largas provisionales mediante tensores hidráulicos. •

Fases del proceso de liberación de tensiones empleando tensores hidráulicos: 1. Elección de la longitud a liberar. • •

•

2. 3. 4. 5.

En rectas y curvas de R>1200m, semibarras de 600m. En curvas de radio R, tales que 500
Constitución de puntos fijos. Aflojado de la sujeción. Dilatación libre del carril. Dimensionado teórico de la cala central.



= 0.0115(

 −  

)( 1 + 2)

C= Dimensión de la cala central en milímetros. L1= Longitud de la semibarra anterior en metros. L2= Longitud de la semibarra posterior en metros. Tn= Temperatura de neutralización. Ta= Temperatura del carril en el momento de la medición. 6. Marcas del carril y traviesas. Control del alargamiento del carril:



  −

= 0.0115 (

)

Recorrido de las marcas del carril: • En la primera marca, +3 -1. • En la diferencia entre dos marcas consecutivas, ± 2 mm. El recorrido total de las dos semibarras se tiene que ajustar la tn:

177

Ferrocarriles Tema 13. Montaje y Renovación de Vía sobre Balasto •

± 3ºC, en vías de Vmax > 200 km/h y ±5ºC en el resto.

7. Tensado del carril. 8. Soldeo de las semibarras. 9. Apretado de la sujeción. 10. Tolerancias y control. •

Se hayan rellenado correctamente las Actas de Neutralización, que serán enviadas a la Administración y al contratista.

8. Amolado del carril. Operación imprescindible antes de la puesta en servicio de una línea de Alta Velocidad. El amolado consiste en la rectificación longitudinal y transversal de los carriles que componen la vía. Objetivos: • Eliminación de ondas largas (del proceso de fabricado). • Supresión de los defectos puntuales (marcas de patinaje, balasto aplastado, etc). • Obtención de una rugosidad compatible con la alta velocidad. 9. Perfilado y recepción de la vía.

178


2. Renovación de vía Definición Proceso que tiene por objeto reemplazar los elementos de la vía (superestructura) y acondicionar ésta a su entorno (infraestructura, desmontes…) para su función, usualmente más exigente, que el anterior establecimiento. Causas • •

El envejecimiento de la vía y sus elementos (carril, traviesa, balasto). La adaptación de una línea a un nuevo tráfico.

Condicionantes • •

El fundamental es el económico. En el aspecto técnico:   

Exigencia de trabajos previos. Limitación de velocidad, en el caso de vía única, renovada a intervalos. Incidencia sobre la explotación.

Ejecución de los trabajos de renovación • •

Descargue del carril. Desguace de la vía antigua.     

Desclavar la sujeción. Desmontar y acopiar los carriles usados. Desmontar y acopiar las traviesas usadas. Explanar la plataforma eliminando el balasto antiguo o aprovechándolo de subbase. Ídem a montaje de vía.

179


180

Ferrocarriles Tema 14. Montaje vía en placa

Tema 14. Montaje vía en placa 1. Montaje vía en placa 2. Montaje del carril embebido 3. Montaje de la vía en placa con traviesas

1. Montaje vía en placa Hay dos tipos fundamentales de métodos de construcción: •

“Top – down” (De arriba hacia abajo)

Ajuste geométrico del carril por medio de suspensión directa o indirecta gracias a elementos regulables. Después se hormigona la base principal de la vía en placa. •

“Bottom-up” (De abajo hacia arriba)

Primero se construye la solera de hormigón y luego se ajusta el carril geométricamente por medio de calces verticales y/o transversales, que quedan incorporados a la vía después de la fijación definitiva de su posición.

2. Montaje

del

carril

embebido.

Sistema

EDILON

(Holanda) Características: Se realiza una sujeción continua del carril adhiriéndolo a una canaleta por medio de un elastómero. La canaleta puede estar hecha en la losa de hormigón o ser metálica (se suelda a la losa o tablero metálico del puente). 1. Construcción de un suelo de cemento Se construye una losa de gravacemento de unos 30 cm de espesor aproximadamente. 2. Posicionado del emparrillado que forma las armaduras

181

Ferrocarriles Tema 14. Montaje vía en placa 3. Hormigonado de la losa de hormigón Se realiza un hormigonado continuo con una máquina, que a la vez que perfila la placa, crea los huecos de las canaletas. 4. Soldadura del carril Se corta el carril con la medida necesaria, se suelda y se amola obteniendo una unión perfecta sin discontinuidades. 5. Colocación de carril en canaleta Se coloca el carril apoyado sobre unas plaquetas, que además de darle la inclinación adecuada, llevan unos sensores. 6. Nivelación y alineación del carril Para alinear el carril y que no se mueva durante el proceso constructivo se colocan unas cuñas (cada 10-20 metros) que impiden su movimiento. 7. Preparación final para el vertido del elastómero Corkelast Antes de verte el elastómero se protege el perfil de hormigón con cinta, para evitar que puedan caer impurezas al elastómero y obtener un acabado perfecto. 8. Mezclado, batido y vertido del elastómero El elastómero se fabrica in-situ, y se vierte en la canaleta de forma manual. 9. Hormigonado de canaletas de recogida de aguas

3. Montaje de la vía en placa con traviesas embebidas Sistema monolítico con traviesas. Sistema Rheda (Alemania) Características: Las traviesas están directamente embutidas en la losa de hormigón de la placa principal. Es un sistema relativamente rígido, cuya elasticidad se da en la sujeción, mediante una placa de acero intermedia entre el carril y la losa con sendos elastómeros. Los modelos actuales Rheda Berlín y Rheda 2000 han sustituido las traviesas monobloque (sistema inicial Rheda) por traviesas bibloque.

182

Ferrocarriles Tema 14. Montaje vía en placa Construcción (variante Sengeberg) 1. Replanteo topográfico Las bases de replanteo se suelen fijar sobre los postes de la catenaria o bien en los hastiales del túnel por procedimientos clásicos topográficos. 2. Preparación de la plataforma y ejecución de la solera Se coloca una capa de gravacemento de unos 30 cm de espesor sobre una subbase de material anticongelante. Esta capa de gravacemento está prefisurada y tiene juntas cada 5 m. 3. Ejecución de la caja de hormigón La máquina que normalmente se utiliza es una extendedora de encofrado deslizante guiada. La precisión que se obtiene es del orden de 2 cm en alineación y 5 mm en nivelación. 4. Ejecución de la capa antiadherente Su objetivo es poder separar funcionalmente la placa de hormigón de la caja. Puede realizarse colocando entre ambos elementos diferentes materiales (tejido de poliéster, emulsión bituminosa, capa de arena, etc.) 5. Descarga y distribución de carriles 6. Distribución y colocación de la armadura interior a la base de la traviesa Compuesta por 10∅20 longitudinalmente y 4∅12 transversalmente, de acero corrugado. Solo se coloca en casos especiales en que la carga por eje sea elevada. 7. Descarga y colocación de las traviesas 8. Colocación de la armadura pasante a través de las traviesas Se colocan 4∅20 longitudinalmente, a través de los taladros ejecutados para tal fin en las traviesas. Posteriormente se colocan 2 ∅12 transversalmente entre traviesas, quedando ambas barras unidas mediante alambre de ferralla. 9. Montaje de vía 10. Soldaduras aluminotérmicas

183

Ferrocarriles Tema 14. Montaje vía en placa 11. Nivelación, alineación y flechado de vía La vía se levanta con gatos de cremallera y se nivela de forma aproximada, con una precisión de 2 mm en 5 m de longitud. Seguidamente, mediante varillas roscadas, se deja la vía en su rasante definitiva. Nota: Ese necesario conseguir una elevada precisión en la colocación del emparrillado de la vía, ya que una vez que el hormigón haya fraguado, las posibilidades de corregir la posición de la vía son limitadas. 12. Protección de las fijaciones elásticas 13. Hormigonado de la vía Debe prestarse especial cuidado en garantizar que el hormigón entra debajo de las traviesas y que no se produce ninguna coquera, para lo cual es preciso realizar un vibrado adecuado. Posteriormente al hormigonado y vibrado, un especialista pasa FRATASANDO la superficie hormigonada para darle una terminación adecuada, así como la pendiente transversal de proyecto. 14. Comprobación de parámetros geométricos El equipo de topografía comprobará la alineación y nivelación de la vía con el hormigón fresco, haciendo las correcciones oportunas. 15. Limpieza general Se efectúa con aire a presión y agua.

184

Ferrocarriles Tema 15. Electrificación

Bloque 5. Instalaciones Tema 15. Electrificación 1. Introducción 2. Conducción de Corriente 3. Subestaciones

1. Introducción En España se utilizan dos tipos de tracción: Tracción eléctrica y tracción diesel. En España el 80% del tráfico es electrificado, estando el 60% de las vía electrificadas. Electrificación: Conjunto de instalaciones necesarias para el suministro de energía al tren. El consumo más importante es para la tracción, pero también existen otros consumos (iluminación, aire acondicionado, compresores, instalaciones auxiliares, etc).

Circuito de tracción Ventajas tracción eléctrica: 

Menos costes de conservación



Menos gasto de energía



Menos averías material motor



Ventajas medio ambientales



Diversidad fuentes de origen de energía

Inconvenientes tracción eléctrica: 

Mayor coste de implantación



Mayor coste de mantenimiento



Averías en instalaciones fijas

185

Ferrocarriles Tema 15. Electrificación Entre los tipos de corriente utilizados se encuentran los siguientes: • •

Corriente continua: 600-3.000 V Corriente alterna: 15.000-25.000 V CONTINUA

ALTERNA

Instalaciones fijas

pesadas y costosas

más ligeras

Subestaciones

cada 20 km

cada 50 km

Catenaria

gran sección

sección menor

Conexión a la red A.T.

directa

red propia o convertidor (Hz)

Motor

simple

más complicado

Coste relativo establecimiento

145 %

100 %

2. Conducción de corriente La línea de contacto puede adoptar dos sistemas: Tercer carril o línea aérea de contacto (Catenaria) TERCER CARRIL Conductor en forma de perfil de acero laminado colocado sobre apoyos en paralelo a los carriles. El vehículo eléctrico tiene un brazo que al contactar con el tercer carril (al estar éste con tensión) cierra el circuito eléctrico.

186

Ferrocarriles Tema 15. Electrificación Ventajas: 

Gran rigidez



Economía en su instalación



Menores gálibos necesarios

Inconvenientes: 

Riesgo de electrocución



No se puede utilizar con corriente alterna



Instalación interrumpida en pasos a nivel y estorbo en playas de vía



Complejidad en zonas de aparatos de vía



Ataque agentes atmosféricos

Actualmente este sistema está en desuso, sólo se utiliza en recintos cerrados como el metro. Línea aérea de contacto: CATENARIA

Hay tres tipos de catenaria: Convencional, rígida y tranviaria (hilo) Catenaria convencional

187

Ferrocarriles Tema 15. Electrificación •

Hilo de contacto:

Está en contacto con el pantógrafo del tren, y es el que le suministra energía eléctrica. Suele ser de cobre electrolítico y su sección transversal depende de varios factores. Habitualmente se utilizan secciones circulares de 107,120 y 150 mm2. La energía se obtiene por frotación de las láminas conductoras del pantógrafo con el hilo. Para evitar el desgaste de este se suele montar con un desplazamiento alternativo horizontal respecto al eje de la vía que se conoce como descentramiento. Se suele colocar a una altura de 5,30 m sobre el plano del carril; se emplean dos hilos en vías generales principales, y uno en vías secundarias y en las electrificaciones en corriente alterna (menos consumo). •

Sustentador:

Es el cable superior de la catenaria y soporta el peso del sistema formado por los hilos de contacto y las péndolas. Mantiene el sistema con una determinada tensión mecánica. Según la posición del sustentador respecto de la ménsula (debajo/encima) la catenaria se denomina suspendida o apoyada. Suelen ser de cobre en líneas electrificadas con corriente continua y de acero recubierto de cobre en líneas de alta velocidad con corriente alterna. •

Péndolas:

Unen los hilos de contacto con el cable sustentador, manteniendo su horizontalidad. Suelen estar hechas de cable de cobre y se conectan al hilo de contacto mediante una pieza denominada grifa.

•

Altura de la catenaria:

Distancia entre el sustentador y el hilo de contacto en el punto de apoyo del sustentador. Suelen presentar valores de 1,4 m en líneas convencionales y de velocidad alta, y de 1,80 m en líneas de alta velocidad.

188

Ferrocarriles Tema 15. Electrificación •

Feeder:

Cable portador auxiliar, paralelo al hilo de contacto. Parte de la subestación, discurriendo tendido conjuntamente con la línea aérea de contacto como refuerzo de sección de ésta, y se conectan a la catenaria cada cierta distancia (120-300 m). Se emplea para aumentar la sección de los conductores en los tramos donde los consumos son elevados, evitando el sobrecalentamiento de los cables y reduciendo las pérdidas de caída de tensión (catenarias para velocidades altas y en redes de cercanías).

•

Longitud de vano

Longitudes más usuales en recta: •

60 m en vía general estación con pórtico rígido

•

45 m en estación con pórtico funicular

•

20-25 m en túneles

Longitudes más usuales en curva (función del radio): •

R>900 m → 60 m

•

R=625 m → 50 m

•

R=400 m → 40 m

189

Ferrocarriles Tema 15. Electrificación Catenaria rígida Formada por carril de aluminio en forma de pinza en cuya parte inferior se aloja el hilo de contacto. El carril continuo se fija a una barra y ésta se ancla al techo.

Ventajas: 

Reducción de gálibos en altura (túneles)



Gran rigidez



Posibilidad de eliminar cables auxiliares de alimentación debido a la elevada sección del carril sustentador.



Instalación y mantenimiento sencillos

Inconvenientes: 

Mayor coste de implantación



No permite alcanzar las mismas velocidades que la convencional

Tranviaria Compuesta por un solo hilo de contacto tensionado mecánicamente y suspendido cada cierta distancia de pórticos funiculares, sin sustentador ni péndolas, lo que hace inevitable que se forme una flecha en el hilo limitando fuertemente la velocidad del tren.

190


3. Subestaciones Existen dos tipos de subestaciones:

•

Subestaciones de corriente continua:

Transforman la corriente de alta tensión de la red pública (corriente alterna trifásica de 50 Hz), en corriente continua a tensión más baja (3000v, 1500v).

•

Subestaciones de corriente alterna:

Corriente monofásica 16 2/3 Hz: •

•

Con alimentación proporcionada por red privada a 16 2/3 Hz, se utilizan transformadores que reducen la tensión a 15 Kv Con alimentación directamente de la red de alta tensión pública se utilizan convertidores de corriente alterna trifásica a 50 Hz a corriente monofásica de 16 2/3 Hz, 15 Kv.

Corriente monofásica de 50 Hz (frecuencia industrial) Con alimentación proporcionada por la red pública.

Funciones: •

•

•

•

Transformar la energía procedente de la red general (alta tensión) a la tensión de alimentación de la catenaria. Rectificar la corriente alterna a continua en el caso de que la catenaria utilice este tipo de corriente (líneas convencionales). Alimentar la catenaria a través de los feeders o cables de alimentación. Éstos transportan la energía desde la subestación hasta los distintos puntos previstos para la alimentación. Suministrar energía para los servicios auxiliares situados en el tramo en el que se encuentra instalada.

191


192

Ferrocarriles Tema 16. Señalización

Tema 16. Señalización 1. 2. 3. 4.

Introducción Señalización convencional Sistema de control de trenes (ATC) Conclusiones

1. Introducción 1.1. Necesidad y objetivo de la señalización

La señalización es necesaria a la hora de mover trenes, pues nos sirve para localizarlos y manejar los aparatos de vía. Se suele distinguir entre: • Cantón: tramo de vía reservado. Facilitan la circulación de los trenes por la misma vía, manteniendo entre ellos la separación necesaria para que en su marcha ni se alcancen ni se choquen 3, lo que se consigue reservando el cantón. Es decir, se impide que otra circulación pueda acceder a dicho cantón mientras que el primero de los trenes no lo haya liberado. • Equipos de bloqueo: dispositivos técnicos, lógicos y/o de transmisión que materializan las relaciones de seguridad que se establecen entre dos estaciones y que permiten la salida del tren al trayecto. • Enclavamientos: Relación de dependencia entre la posición de los aparatos (aparatos de vía, agujas, circuitos de vía, barreras de pasos a nivel, etc) y la indicación de las señales, evitando maniobras incompatibles durante el recorrido de una circulación autorizada. El objetivo de la señalización es proporcionar movimientos rápidos y eficaces de los trenes (consiguiendo una explotación eficiente del servicio) garantizando la seguridad de los mismos.

3

En doble vía no se producen choques (un tren choca con otro en sentido contrario) pues cada uno va en una vía distinta en función del sentido; en todo caso se producen alcances (un tren choca a otro en el mismo sentido).

193

Ferrocarriles Tema 16. Señalización Señal: Todo aquel signo que tiene por objeto transmitir órdenes o informaciones desde la vía, las estaciones o desde los trenes. Tipos de señales según ubicación: • Fijas: De modo permanente o temporal están instaladas en puntos determinados de la vía o de las estaciones. • Portátiles: Se pueden utilizar en cualquier momento o lugar e incluso hacerlas el personal. • Señales de los trenes: las que éstos llevan en cabeza y cola. . 1.2. Señales fijas de vía •

Fundamentales: Regulan la circulación de trenes y maniobras. o Señal avanzada: La situada delante de la señal de entrada o, en defecto de ésta, de una estación. o Señal de entrada: La situada a la entrada de una estación o bifurcación. o Señal de salida: La situada a la salida de una estación. o Señal intermedia: Las situadas entre la salida de una estación y la de entrada de la siguiente. o Señal de paso a nivel: Situada delante de un PN provisto de semibarreras automáticas.

Paso a nivel con protección

Paso a nivel sin protección

194


Amarillo: Anuncio de parada (indica que la próxima señal va a ser de parada)

Verde fijo: vía libre.

Verde intermitente: vía libre condicional (no se pueden exceder los 160 Km/h)

Rojo: Parada

Rojo-blanco: Rebase-maniobra autorizados (primero se realiza una parada para luego continuar la maniobra a poca velocidad, normalmente esta señal está situada en las estaciones )

Verde-amarillo: Anuncio de precaución (no más de 30 Km/h, al menos que otra señal indique otra velocidad)

195

Ferrocarriles Tema 16. Señalización •

Indicadoras: Complementan las órdenes de las señales fundamentales. Indicadoras de entrada: Indicadora de itinerario en un desvío

El tren sigue por la vía directa

El tren sigue por la vía desviada

Indicadoras de posición de agujas: Indicadora de itinerario en un desvío y su velocidad máxima (por defecto 30 km/h)

Piquete de entrevías: Indica hasta donde la circulación puede ser compatible en las dos vías.

196

Ferrocarriles Tema 16. Señalización De limitación de velocidad: Imponen restricciones en la marcha de los trenes por circunstancias particulares de la vía o de las instalaciones. •

Anuncio de velocidad limitada (anuncia que la siguiente señal va a ser cuadrada)

Velocidad limitada

Fin de limitada

velocidad

Cuando hay varias, la de abajo indica la velocidad máxima de la vía, y las otras indican la velocidad máxima dependiendo del tipo de tren. 1.3. Sistemas de detección de trenes: los cantones

Como los trenes necesitan una gran distancia de frenado, hay que garantizar una longitud libre de obstáculos delante del tren así como llevar un control de la velocidad del tren mediante una señalización (código entre el tren y las estaciones) adecuada; para ello se utilizan los cantones. Un cantón es un tramo de vía protegido por señales que autorizan o no la entrada de trenes en ellos. Es recomendable que los cantones sean lo más cortos posible para así mejorar la productividad de la vía.

197

Ferrocarriles Tema 16. Señalización Tipos de sistemas de detección de trenes •

Comunicación entre estaciones

Aspectos negativos: fallo humano •

•

Contadores de ejes Un contador cuenta el número de ejes que entra en el cantón y otro contador va descontando los que salen del mismo. El cantón se considera libre cuando el número de ejes es igual a cero. Presenta problemas de rearme cuando surge alguna incidencia.

Circuitos de vía (sistema convencional) Se realiza un circuito eléctrico a través de los carriles que se cortocircuita cuando un tren une eléctricamente a través de sus ruedas ambos carriles. El cantón está ocupado cuando hay cortocircuito y libre cuando la electricidad fluye libremente. Ventajas: Ruptura del circuito cuando se rompe el carril. Protege la vía en caso de incidencia FAIL-SAFE (seguro en caso de fallo) Desventajas: Dificultad de establecer cantones demasiado largos debido a la resistencia eléctrica

198


•

Cantón móvil (sistema en cabina) Están basados en sistemas informáticos de posicionamiento. El tren guarda una comunicación constante con los sistemas de seguridad informándose mutuamente del punto exacto de la vía en el que se encuentra el tren. Son utilizados en redes de metro y alta velocidad. Ventaja: Permiten cantones móviles. Desventaja: Sólo puede ser utilizado por trenes especialmente preparados.

199

Ferrocarriles Tema 16. Señalización 1.4. Enclavamientos:

Son vínculos entre las señales y las condiciones de vía que impiden realizar maniobras peligrosas en estaciones. Se establecen relaciones de compatibilidad o incompatibilidad entre dos o más palancas que accionan señales, agujas u otros aparatos de vía, para evitar maniobras peligrosas; o lo que es lo mismo, controlan el accionamiento de los aparatos de vía asegurando que cumplan las relaciones de dependencia. Principios básicos de funcionamiento: • No autorizar movimientos de trenes si los aparatos de vía no están correctamente colocados y el itinerario está libre • No permitir el cambio de aparatos de vía mientras las señales de acceso permanezcan abiertas • Impedir la autorización simultánea de dos circulaciones que puedan ser peligrosas entre sí

Tipos: Mecánicos: Utilizan accionamiento mediante palancas y transmisiones • mecánicas rígidas o mediante alambres o maromas. • Electromecánicos: Utilizan un accionamiento mixto (parte mecánica mediante transmisión con palancas y parte eléctrica mediante cableado y relés). Eléctricos: Utilizan una lógica compuesta por relés y cableado, la • transmisión es eléctrica mediante el cableado mencionado. • Electrónicos: Utilizan microprocesadores y una lógica programada mediante un software. Siempre tiene asociado subconjuntos de enclavamientos eléctricos (a relés) y/o mecánicos por seguridad.

200


Fases del movimiento en estaciones. Solicitación de un nuevo itinerario

Enclavamiento mecánico tipo Bouré

Vía abierta (Llave puesta) Vía cerrada (Sin llave)

201

Ferrocarriles Tema 16. Señalización 1.5. Bloqueos:

Son vínculos entre las señales y la ocupación de la vía en línea. Controlan el movimiento de los trenes en la línea, asegurando el espaciamiento entre los mismos para evitar alcances y choques. Criterios: • Dos trenes no pueden estar en el mismo cantón al mismo tiempo • Distancia entre trenes, como mínimo, la distancia de frenado del tren más lento que circula por la línea a la velocidad máxima permitida • La velocidad del tren debe ser la que le permita frenar en la distancia libre de obstáculos Resumiendo, ¿Cómo se controla la circulación de los trenes? • Localizar los trenes con seguridad: Cantones • Evitar colisiones: Bloqueos • Formar itinerarios seguros: Enclavamientos Control desde el puesto de mando mediante control de mando centralizado (CTC)

1.6. Centro de Tráfico Centrali zado (CTC)

Sistema que permite gobernar, desde un puesto único de mando central, el tráfico de una determinada zona o líneas ferroviarias mediante el intercambio continuo de información entre los aparatos de vía, los trenes y el mando central. El sistema permite accionar por control remoto los cambios, señales y otros dispositivos para regular el movimiento de los trenes. Los elementos fundamentales de un CTC son los enclavamientos eléctricos en las estaciones, los bloqueos automáticos entre las estaciones y sistemas de comunicaciones eficientes para mantener en comunicación permanente del puesto de mando del CTC con cada una de las estaciones y dependencias a gobernar y con cada uno de los trenes que se hallan en circulación en las líneas o maniobrando dentro de las estaciones.

202


2. Señalización convencional 2.1. Filosofía

La transmisión de información al tren se realiza sólo en determinados puntos y la localización “segura” del tren se determina por la ocupación del cantón. Elementos: Señales, Comunicación entre estaciones, Circuitos de vía o/y Contadores de ejes, Comunicación estación-tren y, Enclavamientos.

Posición de las señales • Señales con dos aspectos: o Líneas de tranvía (marcha a la vista)

     +

=

+

+

d: Cantón D: Distancia de frenado S: Distancia de visibilidad O: Distancia de seguridad I: Intervalo entre trenes o

Líneas convencionales

      =

+

+

+

+

d: Cantón D: Distancia de frenado S: Distancia de visibilidad O: Distancia de seguridad I: Intervalo entre trenes

203

Ferrocarriles Tema 16. Señalización •

Señales con tres aspectos: o Líneas convencionales

       =

+2 +

+

;

=

d: Cantón D: Distancia de frenado S: Distancia de visibilidad O: Distancia de seguridad I: Intervalo entre trenes •

¿Señales con cuatro aspectos? El sistema era muy lioso, por lo que se no se llegó a aplicar.

     =

+ 1,5

+

+

d: Cantón D: Distancia de frenado S: Distancia de visibilidad O: Distancia de seguridad I: Intervalo entre trenes

2.2. Tipos de bloqueos (explo tación)

Bloqueo Telefónico (BT) Comunicación telefónica entre estaciones colaterales •

Estación A: Petición de vía Estación B: Concesión de vía si el cantón está libre y el itinerario compatible Estación A: Orden de marcha (Expedición) Estación B: Verificación de tren completo (Recepción)

ESTACIÓN A

ESTACIÓN B

204

Ferrocarriles Tema 16. Señalización Bloqueo Eléctrico Manual (BEM) Funcionamiento similar al BT pero mediante un accionamiento eléctrico •

Estación A: Petición de vía eléctricamente Estación B: Concesión de vía eléctricamente si el cantón está libre y el itinerario compatible Estación A: Orden de marcha eléctricamente (Expedición) Estación B: Verificación de tren completo, liberación del bloque eléctricamente (Recepción)

La versión automática de este tipo son el BAU y el BAD. Bloqueo Automático en vía Única (BAU) Totalmente automático, detecta el tren en todo el trayecto (cantones más pequeños) y permite circulaciones sucesivas en el mismo sentido. Se instala en vía única, poseyendo ésta señalización para ambos sentidos de circulación. No necesita jefe de estación, pues se controla a través del puesto de mando (PM) y el Centro de Tráfico Centralizado (CTC). •

o o o

Bloqueo de la sección en un sentido Orden de marcha Trenes sucesivos dependiendo de la señalización

Bloqueo Automático en vía Doble (BAD) Se instala en vía doble, utilizándose cada una de las vías para un solo sentido de circulación (par ó impar), por lo que cada vía posee señalización para su sentido y no para el contrario. Circulación a contravía: BT supletorio. •

205

Ferrocarriles Tema 16. Señalización Bloqueo Automático Banalizado (BAB) Es instalado en vía doble por la que pueden circular los trenes en cualquier sentido por cualquier vía, poseyendo cada vía señalización en ambos sentidos. Permite efectuar adelantamientos y es utilizado cuando la vía posee alta densidad de tráfico. •

3. Sistema de control de trenes (ATC) El sistema ATC, o de señalización en cabina, se fundamenta en resolver los problemas para identificar las señales, debido a las condiciones climáticas y a las velocidades elevadas. Se intentan disminuir los errores humanos, a la vez que se aumenta la capacidad. Por tanto, hay que supervisar a los conductores. Para ser instalado, requiere equipo técnico en vía para transmitir información al tren (balizas, lazos, etc.) equipo técnico en el tren para procesar la información, y un sistema para comunicar tren y vía (sistema Tren-Tierra en España). Hay dos tipos de sistemas de control de trenes: • Automatic Train Protection (ATP) • Automatic Train Operation (ATO) 3.1. Sistemas de protecció n automática (ATP)

Permiten el control de la velocidad máxima de circulación de los trenes, protegiéndolos de forma segura y automática frente a alcances, velocidades excesivas, etc. Componentes básicos de los sistemas ATP: • Equipos fijos instalados en vía que comunican el estado de las instalaciones a los trenes. • Equipos embarcados en tren que realizan las funciones de seguridad en la circulación. El tren dispone en su memoria de las informaciones referentes a las características de la línea y su perfil de velocidades y recibe de los equipos de ATP de vía (balizas) el número de circuitos de vía que están libres por delante del tren así como las restricciones especiales de velocidad por los condicionamientos en el perfil o los itinerarios, situaciones especiales ante trabajos de vía, etc.

206

Ferrocarriles Tema 16. Señalización Con los datos disponibles, el tren calcula la distancia de acercamiento a los obstáculos y realiza un control continuo de la velocidad máxima en función de su situación y distancia al objetivo. Tipos de ATP:

Ferrocarril media-larga distancia • Sistemas puntuales AWS (Inglaterra) o NDUSI (Alemania) o Crocodile (Francia) o ASFA (España) • Sistemas puntuales de supervisión continua o EBICAB (Corredor mediterráneo) • Sistemas continuos de supervisión continua o TVM (Francia) o LZB (España) o ERTMS\ETCS Ferrocarriles metropolitanos • Códigos por velocidad • Códigos por distancia objetivo • Cantón móvil 3.1.1.

Sistemas puntuales

ASFA (Anuncio de Señales y Frenado Automático). Tipo de bloque compatible con los de la señalización convencional (BT, BEM, BAU, etc.) Equipo de vía: formado por unas balizas que se

fijan en la caja de la vía, próximas al eje de la misma y al lado derecho en el sentido de la marcha y que transmiten la información sobre el aspecto de las señales. Esta información se transmite por inducción y es recibida por el vehículo motor mediante su captador cuando pasa por el entorno de la baliza.

formado por aparatos instalados en la máquina, que reciben y tratan la información procedente de las balizas (panel de información y control, avisador acústico…) Equipo

de

máquina:

207

Ferrocarriles Tema 16. Señalización 3.1.2.

Sistemas puntuales de supervisión continua

Ebicab (Corredor Mediterráneo). Tipo de bloqueo: BAB, BAD. Sistema de señalización con supervisión semi-continua de la velocidad, por medio de la transmisión vía-tren de información puntual desde las balizas instaladas en vía. La transmisión de datos se realiza entre las balizas pasivas en tierra (entre 2 y 4 por señal) y la antena instalada en los bajos del tren, que también suministra energía a la baliza al pasar. El acoplamiento entre la baliza y el equipo de a bordo es inductivo.

Ventajas sistema EBICAB respecto al sistema ASFA: La cantidad de información transmitida es mucho mayor (ASFA solo transmite un dato por frecuencia).

3.1.3.

Sistemas continuos de supervisión continua

LZB, sistemas de distancia de objetivo (metropolitano). Tipo de bloqueo: Bloqueo de Control Automático Este sistema utiliza dos cables emisor-receptor sobre los raíles que transmiten datos continuamente a las antenas que lleva adosadas el tren en su base. Un puesto central recibe la información del estado de la línea en cada momento y del tren en particular que circula. Con estos datos genera instrucciones para los trenes que transitan por la línea (velocidad máxima instantánea, reducción de velocidad, punto en el que debe iniciar el frenado…) y que se transmiten al maquinista. Nota: La transmisión es continua pero la señalización no, y por tanto sigue estando basada en señales fijas y cantones.

Sistema de gestión europeo de tráfico ferroviario (ERTMS) • •

Objetivo: interoperabilidad Solución: Sistema europeo de control de trenes (ECTS) o Equipo en vía: Eurobalizas, Eurolazos y Euroradio o Equipo en tren: sistema interoperable a bordo o Sistema de comunicaciones: GSM-R

208

Ferrocarriles Tema 16. Señalización ERTMS/ETCS (Nivel1)

1. 2. 3. 4.

Funcionamiento con cantones fijos Basado en señales y circuitos de vía (integridad del tren) Eurobalizas conmutables con señal y enclavamiento Sistema superpuesto a la señalización

Este sistema no sustituye al sistema de señalización de la línea, tan sólo transmite su estado y vigila su cumplimiento, no siendo necesario modificar los sistemas de señalización ya existentes en la línea para su instalación.

ERTMS/ETCS (Nivel 2)

1. 2. 3. 4.

Se apoya en un sistema GSM-R. Autoridad de movimiento concedida por el Centro de Radio Bloqueo Necesarias eurobalizas sólo para reposicionamiento Señalización lateral opcional

Diferencias respecto al Nivel 1: Admite la representación de la señalización mediante una pantalla en cabina, permitiendo eliminar por completo la señalización lateral. Las órdenes dadas a los trenes incluyen una identificación sobre hacia qué tren está dirigida.

209

Ferrocarriles Tema 16. Señalización ERTMS/ETCS (Nivel 3)

1. 2. 3. 4. 5.

Mismas características que el nivel 2 Cantón móvil Sin señalización lateral Incluye un sistema de bloque en sí mismo FASE EXPERIMENTAL

3.1.4.

Ferrocarriles metropolitanos

210

Ferrocarriles Tema 16. Señalización 3.2. Sistemas de conducci ón automátic a (ATO)

Permiten la posibilidad de frenado automático y la posibilidad de aceleración cuando la velocidad es inferior a la deseada. No necesita conductor (pero se mantiene). Aplicación exclusiva en metros. Aprovechamiento al máximo de las características de los vehículos. Sistemas ATO supervisado por subsistema ATP • • •

Códigos de velocidad Códigos de distancia Cantón móvil

Ventajas: 1. Reduce el tiempo de estación a estación, ya que apura al máximo la velocidad límite de la vía. 2. Frenado uniforme. El ATO regula la velocidad y la va adecuando a la distancia que le queda para llegar al punto de parada. 3. Evita frenadas de emergencia inesperadas, ya que la regulación de la velocidad impide superar la velocidad máxima de la vía. 4. Mejora la frecuencia de paso debido a que los trenes van más rápido.

4. Conclusiones 4.1. Uso de l os sist emas de señalización

Líneas de baja intensidad de tráfico 1. 2. 3. 4. 5.

2-4 circulaciones diarias por sentido (suelen ser vía única) Enclavamientos sencillos en estaciones Estaciones muy distantes (30-40 km) Bloqueos manuales (BT) o eléctricos (BAU, BAD) o contadores de ejes Señalización convencional con deficiente sistema de seguridad

Líneas de intensidad de tráfico medio (largo recorrido) 1. 2. 3. 4. 5. 6.

10-15 circulaciones diarias por sentido Vía doble sencilla o banalizada Funcionamiento con CTC Estaciones cada 15 km de media Bloqueos eléctricos (BAD, BAB) Señalización convencional con ASFA

211

Ferrocarriles Tema 16. Señalización Líneas de Alta Velocidad 30-40 circulaciones diarias por sentido 1. 2. 3. 4. 5.

Vía doble banalizada Funcionamiento con CTC Estaciones cada 100 km de media ERTMS o Bloqueo de Control Automático (BCA) con LZB Señalización convencional para circulación degradada

Líneas metropolitanas 1. 2. 3. 4. 5.

Líneas de tráfico muy intenso (intervalos de 90 segundos) Vía doble banalizada Funcionamiento con CTC pero con enclavamientos sencillos Gran cantidad de estaciones y cantones pequeños ATP y ATO

212


4.2. Necesidad de los sist emas de señalización •

•

•

Evitar choque de trenes o Señalización lateral Informar al maquinista o Indicarle los aspectos de las señales o Garantizar el cumplimiento y la velocidad de la línea Mejorar las prestaciones de la línea o Mayor velocidad o Mayor capacidad

213


214

Ferrocarriles Tema 17: Explotación

Tema 17. Explotación 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Introducción Grafiado de Trenes El Corredor La Línea Ferroviaria La Estación Sistemas de Control y Gestión Incidencias

1. Introducción En los servicios ferroviarios no se mueven trenes, se mueven clientes. El objetivo es proporcionar un servicio de elevada calidad para los clientes, sean estos viajeros o transporte de mercancías. Ha de estar pensado en todos sus detalles, incluso en el modo de actuación e información en caso de incidencia. Las empresas deben organizarse para proporcionar el mejor servicio al cliente y fijar las responsabilidades claras de cada departamento, pasando de una organización por especialidades a una por responsabilidades. En el servicio final, la planificación y el proyecto tienen una enorme incidencia, estando la explotación condicionada por ellos.

1.1. Planificación • • • • •

Origen y destino de la línea Conexiones ferroviarias y con otros modos en sus extremos Estaciones intermedias necesarias por demanda Localizaciones óptimas: Estudio de demanda Tiempos de viaje objetivo, para buscar competitividad (en el caso de la línea Madrid – Barcelona se busca competir con el puente aéreo)

215

Ferrocarriles Tema 17: Explotación 1.2. Dimensionamiento • •

•

•

•

Volumen de transporte estimado en hora punta (pas/hora y sentido) Características de los trenes para cumplir los tiempos (vmax, a, fr, plazas sentadas, nº puertas…) Características de las estaciones para atender volumen de clientes y trenes en tiempo de parada Trenes/hora necesarios para satisfacer la demanda, según la capacidad de cada tren) Parque de trenes necesario y lugares donde guardarlos (cocheras) y mantenerlos (talleres)

1.3. Explotación

Gestión de los clientes (nivel de calidad, información, atención) • Gestión de los recursos necesarios (material móvil, personal, infraestructuras, instalaciones) • Supervisión, control y toma de decisiones (puestos de mando y centros de gestión) • Variables de control y umbrales críticos • Resolución de incidencias: Operación degradada •

2. Grafiado de Trenes El grafiado de trenes es la representación cartesiana de los recorridos de todos los trenes que durante 24 horas deben circular en la línea o en la sección de vía considerada. En este tipo de representación, una mayor pendiente indica mayor velocidad (en el ejemplo el rojo va más deprisa que el verde).

216

Ferrocarriles Tema 17: Explotación Se suelen representar varios trenes a la vez, con los dos sentidos de circulación. En los tramos con vía única, las intersecciones de las gráficas se dan solo en las estaciones, mientras que si hay vía doble no tiene por qué.

En el ejemplo hay 18 trenes grafiados, en un tramo de 244 km con doble vía durante los primeros 50 km (zona inferior del gráfico). Todos los trenes van a la misma velocidad, pero unos hacen parada en las estaciones y otros no.

2.1. Criterios de Grafiado Por prioridad:

1. 2. 3. 4.

Trenes internacionales Trenes de viajeros Trenes cercanías Trenes de mercancías

Por cadencia: Repetición regular de movimientos (simetría gráfica). Misma

pendiente y salidas en periodos regulares.

3. El Corredor Los trenes exigen volúmenes de demanda de intermedios a altos: mientras que los buses llegan hasta 3000 viajeros/h y sentido, los tranvías mueven 2500 – 15000, los metros 10000 – 30000, y los trenes de cercanías, al menos 15000 viajeros/h y sentido.

217

Ferrocarriles Tema 17: Explotación Los sistemas ferroviarios provocan, por su mayor fiabilidad, una mayor concentración de la demanda en la hora punta. Se concentra un 10% de la demanda total, y un 20% de los viajes en un sentido. La accesibilidad es esencial, por lo que las estaciones se disponen junto a núcleos de demanda o actividad. La vía suele ser doble, debido a su mayor fiabilidad y capacidad, aunque puede ser única. Es necesario tener talleres y cocheras próximas a la cabecera de la línea, para resolver posibles averías en el menor tiempo posible.

4. La Línea Ferroviaria Ante la puesta en explotación de una nueva línea, el operador ha de conocer los elementos básicos que le permitan dimensionar el servicio, sus ingresos y sus costes. Para ello, ha de tener en cuenta: Qué capacidad de transporte diaria y horaria necesita, tanto inicial como futura, para prever las ampliaciones. • Qué capacidad de viajeros por tren y cuántos trenes necesita. • Qué personal y equipos necesita, además de cómo controlarlos y gestionarlos. • Infraestructura Túneles, viaductos, obras singulares. Dependen de los requisitos o de circulación, evacuación y mantenimiento Los aparatos de vía. Su tipo, número y localización o • Electrificación y señalización. Sistemas, tipos y actuación en caso de incidencia. Personal necesario, consumos y mantenimiento. • Sistemas de comunicaciones en estaciones y trenes. Tecnología, requerimientos, control. • Sistemas e instalaciones en estaciones y su control. Escaleras, ascensores, sistemas de iluminación, ventilación, evacuación, salidas de emergencia, TVCC… • Sistemas de información de viajeros en estaciones y trenes. Megafonía, teleindicadores, mensajes a bordo, emisión automática… • Sistema tarifario. Tipo de tarifa, billetes, máquinas expendedoras, validadoras, tipo de control, torniquetes, control del fraude… •

El corredor • •

Vía única o doble Plataforma reservada o no en el caso de sistemas de tranvía

218

Ferrocarriles Tema 17: Explotación La capacidad de la línea • •

•

Capacidad de transporte por hora y sentido (HP) Análisis del nº de trenes por hora, la capacidad unitaria por tren y el nivel de calidad Número de trenes por hora y sentido (HP)

El dimensionamiento • • • • • •

Longitud total de la línea Velocidad comercial Tiempo de viaje redondo Frecuencia necesaria (trenes/hora). Intervalo entre trenes (HP) Número total de trenes en línea necesario (HP) Material de reserva o en mantenimiento

Las estaciones o paradas Localización • Accesibilidad en todos los demás nodos (a pie, bicicleta, moto, autobús, coche, otros modos ferroviarios…) • Incidencia en el trazado. Menor si es parada para todos los trenes • Número de vías y andenes necesario. Esquema y disposición •

Cocheras y talleres • • •

Terrenos y espacio necesario Cerca de las cabeceras Prever las ampliaciones del parque de trenes

4.1. Dimensionamiento de l a Línea Ferroviari a

Primero se calculan los trenes por hora, dividiendo la capacidad en hora punta requerida por la capacidad del tren. Por ejemplo, si necesitamos 4000 viajeros/h y sentido, utilizando trenes de 200 pasajeros de capacidad, necesitamos: 4000 / 200 = 20 trenes/hora. Por tanto, el intervalo i entre salidas de trenes es de 60 min/ 20 trenes = 3 minutos. Este valor no se redondea. Después calculamos el tiempo de viaje redondo TVR, dividiendo la longitud de la línea por la velocidad comercial.

219

Ferrocarriles Tema 17: Explotación Por ejemplo, una línea de 8 km en cada sentido tiene una longitud total de 16 km. La velocidad comercial, incluyendo paradas y rotaciones, es de 20 km/h. Por tanto TVR = 16/20 = 0.8 horas = 48 minutos. Este valor tampoco se redondea. El tercer paso es calcular el número de trenes necesario, dividiendo el TVR entre el intervalo, y redondeando por exceso. En nuestro ejemplo 48 min / 3 min = 16 trenes circulando en hora punta. Siempre hay que tener en cuenta los vehículos de reserva y mantenimiento, que son entre un 10 y un 15 % del total.

4.2. Optimización de la Línea

Podemos actuar sobre estas variables: 1. Capacidad unitaria del vehículo: Limitad por la anchura de los coches y la longitud del tren 2. Tiempo de viaje redondo (TVR): Velocidad comercial a. Velocidad máxima. Vehículo y trazado b. Aceleración del vehículo. Limitada por la potencia y la adherencia c. Deceleración. Limitada por el confort y la adherencia d. Tiempo de parada. Número y ancho de puertas. Piso a nivel. e. Tiempo de apertura y cierre de puertas f. Tiempo de rotación en cabecera. Modelo de explotación g. Plataforma reservada. Circulación exclusiva de trenes h. Prioridad de semáforos en los sistemas tranviarios i. Número de paradas en estaciones 3. Intervalo mínimo limitado por el sistema de señalización 4. Vehículos de reserva y mantenimiento mínimos en hora punta a. Elevada fiabilidad b. Mantenimiento en horas valle o nocturno

4.3. Holguras Para Asegurar la Calidad •

•

Compromiso de no perder prestaciones y calidad, y poder asegurarla regularmente (99%) Pequeños márgenes en: o Velocidad máxima o Tiempo de parada en estaciones o Tiempo de rotación en cabecera. Modelo de explotación o Prioridad de semáforos en tranvías o Número de paradas en estaciones

220

Ferrocarriles Tema 17: Explotación •

Vehículos de reserva y mantenimiento mínimos en hora punta Mantenimiento en horas valle o nocturno o Inyección de reservas en puntos estratégicos o

Sistemas percibidos directamente por el cliente: 1. Identidad corporativa 2. Señalización exterior 3. Infraestructuras de acceso 4. Accesos 5. Información al viajero 6. Señalización al viajero 7. Títulos de transporte 8. Control de acceso 9. Elementos de comunicación vertical 10. Alumbrado 11. Ventilación y/o aire acondicionado 12. Control de ruidos y vibraciones 13. Mobiliario institucional 14. Soportes publicitarios 15. Material móvil 16. Limpieza, desinfección y ambientación 17. Seguridad personal

Sistemas no percibidos directamente por el cliente: 1. Trazado 2. Instalaciones de estaciones 3. Túneles 4. Cocheras y talleres 5. Oficinas y almacenes 6. Vía 7. Subestaciones 8. Distribución de energía 9. Línea aérea 10. Señalización. Sistema ATP, ATO y CTC 11. Comunicaciones 12. Control de estaciones 13. Puesto de mando y sistema de control

221


5. La Estación Una estación no es solo el vestíbulo. Su concepción empieza con las vías, y en ella cobra protagonismo el concepto pasante, en la disposición de las vías. La terminal en fondo de saco: • • • • •

Aparatos de entrada y salida Las diagonales Compatibilidad de circulaciones Vías de conexión con cocheras /talleres Ocupación de espacio

Los intercambiadores. Donde poner qué: • • • •

Modos de concurrencia Características específicas Matrices de intercambio Disminución de recorridos

5.1. Estaciones i ntermedias con dos vías

En ellas, los trenes ocupan siempre vías generales. Es eficaz para la reducción del material móvil necesario y para la adaptación de la oferta a la demanda. Sin embargo, hace difícil la inserción de trenes en caso de desajuste horario, no permite contar con tren de reserva y no permite apartar trenes. Por ello, es recomendable sólo para el caso de incidencia o frecuencias muy reducidas. Hay dos posibilidades de explotación:

1. El tren verde llega, descarga y carga viajeros y cambia de maquinista. Se invierte la marcha del tren verde, por delante, antes de que llegue el tren rojo y sin retrasarlo. Mejor si el tren rojo viene adelantado y el verde no, ya que el rojo puede esperar en el andén, y el verde no retrasa a los que le siguen.

222

Ferrocarriles Tema 17: Explotación 2. El tren verde llega a la vía contraria. Carga, descarga e invierte antes de que llegue el rojo. Mejor si el tren rojo viene retrasado. Si no es así, el rojo no puede entrar en la estación.

5.2. Estaciones i ntermedias con tres v ías

Son eficaces para la reducción de material móvil necesario, la adaptación de la oferta a la demanda, y el estacionamiento de un tren reserva y facilitan la inserción de trenes en caso de desajuste horario. Permite contar con tren de reserva y apartar trenes. El esquema alemán evita cizallamientos y requiere andén central, con aparatos en vez de tope es aún más flexible. Hay dos posibilidades de implantación: 1. Permite apartar uno de los trenes, cizallando para su reincorporación normalmente la vía propia. 2. La central sirve para: a. Que el tren rojo de la vuelta por detrás del verde b. Estacionamiento de tren de reserva c. Eventual apartadero del tren rojo si hay aparatos dobles d. Evitar el cizallamiento de las líneas

5.3. Estaciones i ntermedias con cuatro vías

Es el esquema clásico adoptado en los PAET de alta velocidad. La longitud de las vías de apartadero ha de ser la del mayor tren que circula, con cuidado en líneas mixtas y trenes de mercancías. Las inversiones de marcha siguen cizallando la vía contraria.

223

Ferrocarriles Tema 17: Explotación Son eficaces para el adelantamiento de trenes, su estacionamiento y la inversión de marcha. Si son terminales intermedias, puede ser más eficaz el esquema alemán con tres vías. Hay dos tipos: 1. Andenes entre general y apartadero. El tren estacionado o apartado no ocupa la vía general. Los andenes permiten el acceso tanto al tren de la vía de apartadero como al de la general. 2. Andenes en apartadero. La disposición lateral de los andenes impide la parada en vía general, y por tanto su ocupación. Por el contrario, es menos flexible, por ejemplo en el caso de transbordo de viajeros.

5.4. Estaciones de l íneas sencillas

Es una disposición de andenes válida para los distintos tipos de explotación. Hay redundancia de aparatos para evitar la repercusión en la línea de una posible incidencia. La disposición condiciona el intervalo mínimo entre trenes y la capacidad de la línea. Tienen máxima eficacia para la reducción del material móvil necesario, la conexión con talleres y cocheras para modificación del servicio, la inyección de material de reserva en caso de necesitarse y la capacidad de regulación de la línea. Las maniobras son las siguientes: 1. Llega el tren con viajeros y descarga 2. Hace maniobra por detrás, sin viajeros. El conductor cambia de cabina recorriendo el tren por el interior

224

Ferrocarriles Tema 17: Explotación 3. La maniobra “por delante” es más eficaz y permite el intervalo mínimo. El mínimo es absoluto con relevo de conductor en cola/cabeza del tren. Si el andén es central, sin problemas de viajeros. Con andenes laterales, han de usar un andén diferente.

5.5. Los andenes

Los andenes han de estar diseñados para el tráfico normal de usuarios, el de incidencia y la evacuación de emergencia. La elección de andenes centrales o laterales estará relacionada con las vías que sirve y la estacionalidad. El dimensionamiento (altura, longitud y anchura) tiene que ir de acuerdo a la compatibilidad del espacio, las técnicas de microsimulación de evacuación de trenes y las posibilidades de ampliación. Hay que tener en cuenta las reducciones de sección útil, debido a las escaleras (fijas y mecánicas) y a los soportes estructurales del edificio y la marquesina. Las escaleras mecánicas y fijas, junto con los ascensores, constituyen los elementos de desagüe necesarios. Los controles de acceso tienen que contar con seguridad y asegurarse de que no se pueda entrar sin título de transporte.

5.6. El vestíbulo

El acceso o acogida tiene que ser muy espacioso para permitir los flujos y tener recorridos claros. Entre los servicios necesarios se encuentran los puntos de información, de atención al cliente, la vente de billetes (manual o mecánica), las máquinas billeteras automáticas y el control de acceso a los andenes. Otros requisitos son los locales de explotación, los de servicios al viajero y los comerciales. También son necesarias instalaciones como aire acondicionado, megafonía, teleindicadores y cámaras de vigilancia.

225


6. Sistemas de Control y Gestión Los puestos de mando, pueden estar separados o no entre gestor de infraestructura y operador, según sistemas. Por ejemplo ADIF/RENFE en la red ferroviaria nacional. Sistemas de metro o tranvías urbanos. Los puestos de regulación y control (infra – circulación), como por ejemplo CRC Atocha, o H24 ADIF, establecen itinerarios de circulación, accionan desvíos, siguen horarios en plan de explotación, se encargan de la comunicación con maquinistas o deciden la resolución de incidencias. Además, gestionan trenes en movimiento de uno o varios operadores en una línea, pueden gestionar estaciones según acuerdos con operadores, y se encargan del mantenimiento de las estructuras. Los centros de gestión de los operadores se encargan de la gestión de los clientes (venta, nivel de calidad, información, atención), y deben identificar los clientes satisfechos y los insatisfechos. Deben conseguir que las variables de control estén siempre dentro de los umbrales críticos. Gestionan los recursos necesarios: •

•

•

Material móvil: Parque total, disponibilidad, averías, mantenimiento

programado… Personal: Maquinistas, interventores, personal de línea o estaciones, atención al cliente… Instalaciones de las Estaciones: Escaleras mecánicas, ascensores, máquinas de venta, torniquetes, iluminación, ventilación, paneles de información, megafonía…

En la actualidad, RENFE tiene 26 centros de gestión, que se encargan de gestionar: • • • •

•

1.628.000 clientes diarios, en estaciones o a bordo de los trenes 4.906 circulaciones diarias Un parque de vehículos de 1.336 trenes 4.400 empleados/día, de los cuales: 3.064 maquinistas o 1.362 interventores o Aproximadamente 500 estaciones propias más 900 gestionadas por ADIF, que se reparten así: 535 cercanías o 670 media distancia o o 215 larga distancia

226

Ferrocarriles

Recommend Documents