REHABILITACION DE LA RUTA FERROVIARIA SUCRE – SUCRE – TARABUCO TARABUCO ANTECEDENTES HISTORICOS HISTORICOS DE LOS FERROCARRILES RED OCCIDENTAL La historia de los ferrocarriles en Bolivia se inicia en los años 1870 luego de casi tres décadas de esfuerzos fallidos por construir ferrocarriles que integraran al país, y está asociada en su origen al desarrollo de la minería. La explotación de salitre en Antofagasta dio inicio al tendido de las primeras líneas férreas en Bolivia. Es la minería de la plata, sin embargo, la que promueve la construcción de un ferrocarril de la costa del Pacífico al altiplano durante el siglo xix. Más adelante, a principios del siglo xx, la minería del estaño da un nuevo impulso al avance de los ferrocarriles, conformando lo que hoy se conoce como la red andina u occidental. La red oriental, por otra parte, se desarrolla entre los años 1940 y 1960 y es financiada a cambio de petróleo mediante convenios con la Argentina y Brasil. Siendo Bolivia un país mediterráneo, las vías férreas desempeñaron un papel fundamental y la historia de sus ferrocarriles es la historia de los esfuerzos del país por llegar primero a puertos del Pacífico y luego a los del Atlántico. Se pueden distinguir cinco fases en la historia de los ferrocarriles de Bolivia: La primera, entre 1870 y 1900, coincide con el incremento de la minería de la plata, donde las empresas mineras emprenden por cuenta propia la construcción de pequeñas vías para carretas y plantean la construcción de ferrocarriles, siendo el artífice de su consolidación el presidente Aniceto Arce. La segunda, entre 1900 y 1930. Es el periodo de mayor expansión en el cual se realizan r ealizan conexiones con Perú y la Argentina, además de iniciar ramales de interconexión entre las principales ciudades del altiplano y valles. Es un periodo en el cual se consolida la que después será conocida como la red occidental sobre la base de nuevas inversiones en gran parte cubiertas con endeudamiento externo. La tercera, entre 1930 y 1964. Primero se caracteriza por el funcionamiento independiente de ferrocarriles extranjeros, de empresas mineras o de líneas estatales. Es en este período (1940) que la política estatal da prioridad a las carreteras sobre los ferrocarriles. Sin embargo, se construyen los ferrocarriles a la Argentina y Brasil y se consolida lo que se llamará la red oriental. La cuarta, entre 1964 y 1996, incluye la nacionalización de los ferrocarriles, la creación de la Empresa Nacional de Ferrocarriles del Estado (ENFE) en 1964 y su posterior esfuerzo por desempeñar un papel en el desarrollo del país. Posteriormente se inició entre 1997 y 2013, la privatización de los ferrocarriles a través del proceso de capitalización, tanto occidental como oriental. o riental. RED ORIENTAL La construcción de la red oriental fue emprendida para desarrollar la región de Santa Cruz y vincularla al Atlántico a través de los ferrocarriles Santa Cruz-Yacuiba (517 km) a la frontera argentina y Santa Cruz-Corumbá (600 km) a la frontera brasileña, respectivamente. La Comisión Mixta Ferroviaria Argentino-Boliviana fue establecida en 1938 para encarar la construcción del ferrocarril de Santa Cruz a Yacuiba. Los estudios fueron acabados en 1943. El
gobierno boliviano sufragó los estudios y el gobierno argentino financió la construcción de las líneas, por tramos, y luego su posterior equipamiento. El gobierno de Bolivia pagó a la Argentina estos préstamos entregando petróleo. Adicionalmente, bajo este convenio se construyó el ferrocarril Sucre-Tarabuco, concluido concluido en 1947. El ferrocarril Yacuiba-Santa Cruz se inauguró el 19 de diciembre de 1957, quince años después del inicio formal de las obras. Los principales puentes de esta vía se concluyeron en los sesenta. La línea hacia el Brasil, Santa Cruz-Corumbá, fue financiada en parte con un millón de libras esterlinas que Brasil comprometió a Bolivia por un ferrocarril no completado producto del Tratado de Petropólis y por adelantos que el gobierno de Brasil hizo a Bolivia para la construcción. Al igual que con la Argentina, este financiamiento fue amortizado por petróleo boliviano. Para ello se creó la Comisión Mixta Ferroviaria Brasileño-Boliviana en 1938 que realizó los estudios por más de quince años. La primera locomotora brasileña llegó a Santa Cruz en noviembre de 1953 y el ferrocarril fue inaugurado el 5 de enero de 1955, 17 años después del inicio de las obras. La construcción definitiva de puentes y otras obras obras menores duraron hasta 1970. “Aramayo “Aramayo Avila, Cesáreo (1959). Ferrocarriles bolivianos; pasado, presente, futuro. La Paz: Imp. Nacional.” Nacional.” Como se puede observar en los mapas, las redes, occidental (o andina) y la oriental no están interconectadas. La única manera de transitar entre ellas es a tr avés de los ferrocarriles argentinos en un desvío de aproximadamente 600 km (ver mapa superior Ferrocarriles de Bolivia y áreas limítrofes) entre Yacuiba y Villazón.
Antecedentes Situada a 60 kilómetros de la ciudad de Sucre, Tarabuco fue la primera parada de la red ferroviaria occidental, pero fue abandonada mucho antes de su capitalización hasta la actualidad, los restos de ferrovía cuentan con durmientes y rieles que continúan hasta la Calera, de ahí existen restos de obras de arte (terraplén y túneles), hasta el municipio de Zudáñez. Actualmente la red occidental y oriental siguen sin conexión, pero el estado boliviano hace esfuerzos para articular estos ramales, ya que es parte de la agenda patriótica 2025, considerado un megaproyecto estratégico para el desarrollo nacional, con la visión de reactivar y consolidar el sistema ferroviario, integrar a los países y traer transporte moderno y sostenible a Bolivia,
consolidando el corredor ferroviario, para este objetivo el ministerio de obras públicas, servicio y vivienda consolida acciones conjuntas con organismos gubernamentales e internacionales y crea la Unidad Técnica de Ferrocarriles (UTF), para supervisiones de tramos ferroviarios. IDENTIFICACIÓN IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA´ La estación de Tarabuco fue la primera estación en el departamento de Chuquisaca, esta era la ruta que se utilizaba para hacer viajes a Oruro y La Paz con pasajero y con una gran variedad de carga como animales, vegetales, minerales, bienes de consumo, etc. muy utilizado en su época, con el transcurso de los años y tras la construcción de carreteras interdepartamentales este fue perdiendo volúmenes de trafico tanto de pasajeros como en carga en general, razones que influyeron en la poca conservación que se hizo de esta vía y que con el tiempo sea abandonad. También existía el proyecto de unir mediante una vía férrea los departamentos de Chuquisaca y Santa Cruz (uniendo los ramales occidental y oriental), y precisamente este trazado pasaría por las poblaciones de Tarabuco, Zudañes, Cuevo Boyuibe, para unirlo al Norte de Argentina y este hacia Santa Cruz, de gran valor estratégico por los volúmenes de carga que se tenían en esa época, pero por temor del transporte Chuquisaqueño y el peligro que representaba para su rubro se presionó para que esta vía que estaba siendo construida sea abandonada, retrasando aún más las aspiraciones de desarrollo de este departamento. OBJETIVO GENERAL EL objetivo de las presente estudio es el de sentar las bases técnicas y económicas que son necesarias para la rehabilitación del tramo ferroviario Sucre Tarabuco, Incorporando aspectos de diseño y características técnicas para garantizar el tráfico seguro de trenes y mejorar las condiciones estructurales y geométricas de la vía. OBJETIVO ESPECIFICO
Realizar una visita preliminar a la ruta con el objetivo de verificar hasta qué punto se hizo el trazado de esta ruta. Analizar las características físicas, geológicas, hidrológicas de esta ruta. Proponer un diseño y características de la ferrovía, acorde con los volúmenes actuales – futuros, posibles que podría tener, si se uniera efectivamente con la ciudad de Santa Cruz. Formular el mejor método de rehabilitación de vías, teniendo en consideración las tecnologías actuales en equipos ferroviarios que permitan maximizar en tiempo y costos la rehabilitación de esta vía. Proponer un cronograma de ejecuciones. Cuantificar el resultado de esta propuesta.
JUSTIFICACIÓN TECNICO En la actualidad Bolivia comenzó a invertir en infraestructura ferroviaria, aprovechando la posición estratégica en que se encuentra al estar en la parte central de Sudamérica, y percibiendo su potencial integrador comenzó con la socialización a nivel internacional con la construcción de nuevas vías ferroviarias que serán parte del corredor corredor bioceánico central, central, aprovechando esta
coyuntura se vio por conveniente aprovechar tramos existentes que son precisamente los tramos Sucre - Tarabuco, y en parte construido el tramo Tarabuco – Zudáñez. Está vía que actualmente está abandona en muchos tramos ya no cuenta con infraestructura, pero lo rescatable es que el trazado está casi intacto, siendo necesarios remplazar los elementos de la superestructura e infraestructura, tales como balastro, ancho de vía, rieles de acero superior, durmientes de concreto, reparación de alcantarillas vías de acceso, vías de servicio SOCIAL Las ferrovías desde sus inicios jugo, juega y jugara un rol importante en el desarrollo de un país y cuanto más a las regiones del sur del país, en el acercamiento de sus habitantes, además de movilizar en corto tiempo a la fuerza laboral a los centros de producción. ECONOMICO Con la rehabilitación de esta ferrovía se lograría avances importantes en la logística de transporte de cargas del país, que permitirían integrar en su primera fase los departamentos de Chuquisaca y Santa Cruz, con una segunda fase unir y unificar las ciudades de Sucre y Santa Cruz de la Sierra, y tener impacto directo el transporte de grandes cargas de mercadería y pasajeros por sus bajos precios frente a otras alternativas volviendo a la producción local competitiva e influyendo positivamente en la industria regional. MARCO TEORICO El ferrocarril (del latín: ferrum, ‘hierro’, y carril) o transporte ferroviario es un sistema de transporte de personas y mercancías guiado sobre una vía férrea. En este capítulo se incluyen los conceptos fundamentales y específicos de los proyectos y obras de ferrocarril, como infraestructura del trasporte terrestre para posibilitar el desplazamiento del material móvil ferroviario, ya sea para el trasporte de viajeros o de mercancías. La ingeniería ferroviaria ha tenido una gran actividad y desarrollo en países hispanos en los últimos años, con la construcción de nuevas líneas y ramales de líneas pesadas y de alta velocidad. El diseño y las actividades a desarrollar, previstas en los distintos capítulos del proyecto de un ferrocarril se suelen dividir en dos partes diferenciadas:
Infraestructura : Superestructura
En la primera se incluyen todas las partidas necesarias para que definir la obra lineal, con explanaciones, drenajes, estructuras de paso y obras especiales: túneles, viaductos, etc.
Esquema de la composición de infraestructura y superestructura de FFCC.
La superestructura se ha de diseñar en una fase posterior, para construir la vía férrea sobre la infraestructura anteriormente proyectada, por tanto ésta incluirá la plataforma ferroviaria con la estructura base acorde al tráfico previsto, balasto, traviesas, carriles y aparatos de vía. También se incluyen en la superestructura el balizamiento, la señalización, las comunicaciones y todas aquellas obras complementarias para que la obra lineal pueda ponerse en servicio. Los capítulos dedicados a diseñar y definir los trabajos de: -Replanteo; - Movimiento de tierras; -Drenaje; - Estructuras, -Túneles
Infraestructura de un ferrocarril: Viaducto y túnel Todos ellos incluidos en la Infraestructura tienen una similitud casi total con los proyectos de otras obras lineales, como las carreteras, con las diferencias lógicas en cuanto a la geometría de las obras acordes a los gálibos de trenes y los parámetros que definen el trazado en planta y en alzado. LA INFRAESTRUCTURA Y LA SUPERESTRUCTURA La infraestructura de un proyecto de ferrocarril abarca todas aquellas actuaciones necesarias para generar y dar forma a la explanada, es decir, las explanaciones, las estructuras: puentes, viaductos, pasos inferiores, pasos superiores, el drenaje: longitudinal y transversal, etc. - Explanada ó Plataforma: Está constituida por suelos, naturales ó tratados, de distinta calidad en función de las exigencias del proyecto. Se debe compactar para conseguir una buena compacidad e impermeabilidad; y para facilitar la salida lateral del agua de lluvia se proyecta con una pendiente transversal simétrica del 4% (bombeo). Funciones: a) Transmitir las cargas al terreno, atenuadas por las capas superiores.
b) Facilitar la escorrentía de aguas superficiales de la superestructura. Según la normativa de ferrocarriles (NRV) se clasifican en P1 a P3, relacionadas con la calidad de suelos que la forman, la capacidad de drenaje y las condiciones climatológicas de la zona. Los suelos a su vez se clasifican de menor a mayor calidad en QS0 a QS3, en función de su comportamiento ante las cargas en presencia de agua. Se utilizan los suelos de mayor calidad QS3 para plataformas P3 en líneas con tráficos elevados y de altas prestaciones. LA ESTRUCTURA BASE En una vía férrea la estructura base se compone de tres capas que soportan las cargas del tráfico, y que superpuestas en orden desde la superior a la inferior son las siguientes
Balasto Sub-balasto Plataforma
Las funciones de ésta estructura base son:
Repartir las cargas del material móvil sobre el terreno Colaborar en la estabilidad longitudinal y transversal de la vía.
El espesor de las capas que la componen dependerá de las características de del suelo ó roca sobre la que discurre y del tipo de tráfico previsto que circulará por la línea proyectada. De las tres capas, la plataforma se considera que es infraestructura y las otras dos capas son superestructura. La sección transversal tipo se define en el proyecto y se corresponde con los anchos normalizados preestablecidos.
Sección tipo de FFCC sobre balastro en recta LA SUPERESTRUCTURA La componen los materiales que permiten circular los trenes por la línea proyectada y que se han de colocar sobre la plataforma ó explanada. Son materiales compatibles con la geometría y condiciones del tráfico de los trenes. Siguiendo el orden de colocación sobre la plataforma, la superestructura se compone de: Sub-balasto: Material granular seleccionado, normalmente procedente del machaqueo de rocas adecuadas para su fabricación, con tamaño de partículas de 2 a 30 mm., extendido en capas de 30 cm. de espesor, debidamente compactadas. Funciones: a) Protección de la plataforma del punzonamiento del balasto b) Reparto de las cargas sobre el terreno c) Impermeabilización de la plataforma
Balastro para vía férrea
Vía de FFCC
Balasto: Es un material granular de tamaño grueso, procedente del machaqueo de rocas, normalmente silíceas, que han pasado por una serie de ensayos de control que aseguren sus prestaciones, de resistencia a compresión, desgaste, etc. Su granulometría está comprendida entre 20 y 60 mm. Se clasifica en dos en dos categorías, A y B, en función de la r esistencias obtenidas en los ensayos y así se especificará para las exigencias de cada proyecto Huso granulométrico en Basaltro Diámetro (mm) 63 mm 50 mm 40 mm
% en peso que pasa 100 70 – 100 30 – 65
31,5 mm 22,4 mm 31,5 – 50 mm
0 – 25 0 – 3 > 50
Huso granulométrico en Sub-balastro Diámetro (mm) 30 40 50 60 65
% en peso que pasa (mínimo) 0 20 50 85 95
% en peso que pasa (máximo) 10 30 60 95 100
La forma ideal sería la que más se asemeje a un cubo o a un poliedro regular, para soportar los esfuerzos en cualquier posición. Las exigencias se recogen en la normativa internacional (UIC) o a nivel nacional (NRV-Renfe), así como en los documentos del Comité Técnico CEN/TC/154/AD Hoc Group “Aggregates for Railway Ballast”. El extendido se realiza sobre el sub-balasto, en dos capas, una primera desde un camión basculante y una segunda desde tolvas, con un espesor final de 50 cm. aproximadamente. Las especificaciones de la normativa exigen que:
El módulo de elasticidad debe ser siempre mayor que 1.600 Kp/cm2. El coeficiente de calidad Deval Q debe valer 14 (El ensayo es similar al de Los Ángeles pero en vía húmeda). El coeficiente de Los Ángeles debe ser menor que 18% para el balasto tipo A.
El tamaño debe estar comprendido entre 2 y 6 cm, pues si es menor de 2 cm, el drenaje es ineficaz, y se logra un menor grado de arriostramiento transversal. Si es mayor de 6 cm, puede plantear dificultades para hacer con precisión los trabajos de nivelación. Funciones: a) Transmitir las cargas debidamente repartidas b) Dotar a la vía de elasticidad, permitiendo deformaciones de la estructura de la vía, para hacer que la rodadura de los trenes sea más confortable. c) Favorecer el drenaje de la estructura base, dada su permeabilidad.
Esquema de superestructura en líneas férreas Vía en Placa Se trata de una solera o base de hormigón en masa o armado, sobre la que se asienta la vía, y que por tanto, sirve de alternativa al balasto. Es una capa más rígida, y por ello más ruidosa al paso de los trenes, por lo que su uso está limitado a zonas específicas, como son: las estaciones, los pasos a nivel y en tramos subterráneos. Es más consistente, exige menos mantenimiento pero complica mucho las reparaciones en caso de avería, además de suponer una inversión muy superior.
Sección tipo de la vía en placa Plataforma Tiene como función principal soportar la carga de la superestructura y del tráfico ferroviario que es transmitida por la capa de sub-balasto. Además, tiene que facilitar el drenaje, permitiendo la evacuación del agua de lluvia, mediante la pendiente transversal (bombeo) del 4%.
Las especificaciones generales se establecen en la normativa Renfe, norma de referencia N.R.V 3-410, que recoge las exigencias de la UIC. Según la normativa internacional UIC, se clasifican según capacidad soporte ó resistencia a las cargas en QS0, QS1, QS2 y QS3, de menor a mayor calidad. Para el dimensionamiento se utilizan los siguientes parámetros:
Explanada o plataforma (QS) Capacidad drenante y condiciones climatológicas Tráfico, medido según el índice de clasificación G1 a G9 (mayor a menor)
Tráfico ferroviario: Para el diseño de un ferrocarril se utiliza el índice de Tráfico Ficticio, que pondera el tonelaje de viajeros, mercancías y locomotoras en TKBR (tonelada – kilómetro – bruta - remolcada) El cálculo del tráfico ficticio se realiza con la siguiente expresión: Tf = Sv * (Tv + Kt * Ttv) + Sm * (Km * Tm+ Kt * Ttm) Siendo la primera parte del sumatorio dependiente del tráfico de viajeros y la segunda del tráfico de mercancías y sus términos: • Tf -el tráfico ficticio • Las variables Sv y Sm son los parámetros variables que dependen de la velocidad de circulación en la línea • Las variables Kt y Km son parámetros variables dependientes de la distribución de toneladas por eje. Según establece la ficha UIC 714 los valores del parámetro Sv, pueden variar desde Sv = 1 para velocidades medias de circulación inferiores a los 60 k/h, hasta valores de Sv = 1,5 para velocidades superiores a 250 km/h., variando este valor gradualmente con la velocidad. Los valores de Sv para las diversas velocidades de circulación, son los que figuran en la tabla adjunta, La variable Kt suele tener el valor 1,40 puesto que la carga de los trenes de viajeros no suele variar mucho. Sabiendo el valor de estos parámetros y conociendo el valor del tráfico de viajeros y de mercancías (T) podemos conocer el grupo UIC al que pertenece la línea calculando el tráfico ficticio y según la ficha el grupo será 1, 2, 3, 4, 5: Valores Sv Velocidad (km/h) V < 60 60 < v < 80 80 < v < 100 100 < v < 130 130 < v < 160 160 < v < 200
Sv 1,00 1,05 1,15 1,25 1,35 1,40
200 < v < 250 V > 250
1,45 1,50
Clasificación UIC según Tráfico Ficticio Valor del Tráfico ficticio Grupo UIC (Tf) (Toneladas/día) Tf > 130.000 Grupo 1 Tf > 80.000 Grupo 2 Tf > 40.000 Grupo 3 Tf > 20.000 Grupo 4,5 Tf > 10.000 Grupo 6 a 9 (RENFE) Los grupos 6 a 9 con Tf <1.500 TKBR, están catalogados en norma RENFE. Con el valor de Tf y el tipo de traviesa se calcula el espesor del balasto. Este se realiza con los ábacos ORE de UIC. Otro condicionante que se debe tener en cuenta es el armamento de la vía, que define el tipo de traviesas, separación de las mismas y longitud de las mismas. TRAZADO DE VIAS FERREAS Las características del ferrocarril exigen unas limitaciones más restrictivas al trazado que las establecidas para carreteras, con diseños más flexibles. Trazado en Planta El primer condicionante relaciona Radio de curvatura y Velocidad de circulación Vc=K√R, por lo que el R mínimo se fija en 500 m, para una Vc=85 Km/h. El trazado en planta se configura con una sucesión de de tres tipos de alineaciones: rectas, curvas circulares y curvas de transición entre éstas.
Esquema de un trazado en planta con sus referencias externas
Curva circular:
Definida por la longitud de su radio en metros y comprobada “in situ” mediante la flecha (distancia entre la secante al punto medio) o con mecanismos automatizados instalados en máquinas de auscultación. R aprox.=C²/ 8f, siendo C, la cuerda y f la flecha y el desarrollo de la curva viene dado por la expresión L=(П.R.Ø)/ 180, siendo Ø el ángulo de reflexión de la curva.
Curvas de transición
Se insertan entre las alineaciones rectas y curvas para conseguir: • Cambio gradual de curvatura • Transición progresiva del peralte (rampa de peralte) Con estos se consigue que la fuerza centrífuga se compense de manera segura y confortable. Los tipos de curvas de transición más utilizadas en líneas de nueva construcción son: la clotoide, el óvalo y la lemnistaca.
Operación de flecado de curvas Trazado en Alzado
Medición de la flecha a la secante
Está constituido por una sucesión de rectas y curvas que enlazan estas, denominadas acuerdos verticales, y que serán cóncavos o convexos, en función del signo de la pendiente de las rectas que unen. Normalmente se trata curvas parabólicas de tipo convexo, cuando enlaza una rampa con una pendiente (figura superior) y de tipo cóncavo, cuando enlazan pendiente con rampa (figura inferior) Los parámetros que definen estos acuerdos dependen de la velocidad y de las pendientes de alineaciones rectas, por tanto quedan definidas con la constante Kv y las tangentes T de entrada y salida.
Las condiciones de adherencia entre el carril y la llanta de rueda, cuando se trata de una rampa; y la velocidad máxima en cuando se trata de una pendiente, hacen que se limite las inclinaciones del trazado vertical al diez por mil (10º/ºº).
Peraltes
Para evitar movimientos bruscos, e incluso descarrilamientos por el efecto de la fuerza centrífuga, es necesario dotar, a la sección de vía, de una pendiente transversal fijada en el plano de rodadura de los trenes. Está pendiente se denomina peralte y se mide en mm de desnivel entre los dos hilos de carril, medido en el eje de los mismos. Existen dos parámetros para definir los peraltes: el peralte teórico y el peralte práctico. Peralte teórico (h) es que se fija para que a una velocidad de circulación determinada la resultante de las fuerzas actuantes (peso y f. centrífuga), incida perpendicularmente sobre el plano de rodadura de la vía. Peralte Práctico (hp), es el valor reducido del teórico, cuyo valor es de 2/3h, definido así para que se puedan compatibilizar el paso en curva con una velocidad menor que la teórica, utilizada para el diseño. Para el replanteo de la vía se utilizan unas referencias fijas que se marcan en piquetes externos
Otra consideración a tener en cuenta es la limitación del valor máximo del peralte a 160 mm, para evitar descompensaciones en los esfuerzos de los carriles e inestabilidad en la circulación.
Esquema de peralte referido a los hilos de carril Para conseguir el peralte definido para cada curva, se ha realiza una elevación gradual de la traviesas, y por tanto del carril exterior de la curva, en el tramo de la clotoide. Ésta escala de graduación se denomina rampa de peralte y está limitada por la normativa en 2,50 mm/ m.l LA VÍA Dentro del concepto de Vía se engloban, tanto la superestructura, a la que nos referimos en apartado anterior, como el resto de elementos e instalaciones necesarias para poner en explotación el ferrocarril, es decir, la electrificación, la señalización, las comunicaciones, etc. Características de la vía. a) Flexibilidad: proporcionada por la absorción de esfuerzos dinámicos b) Continuidad: Geométrica, Estática y Dinámica c) Robustez: que será función del tipo de cargas del tráfico d) Inclinación lateral del carril (1:20 a 1:40): necesaria para la estabilidad e) Juego de la vía: holgura entre ancho de vía y ancho de ejes de ruedas
Se fija por normativa en 9 mm., que se puede ampliar hasta 30mm. para curvas de pequeños radios (R=500m) Jv=Av-Ae
Cuanto mayor sea el valor de juego de vía, mayor será la inestabilidad y la marcha del tren tendrá más oscilaciones (movimiento sinusoidal)
Por el contrario, si el juego es menor se incrementa el rozamiento entre pestaña de rueda y carril, provocando un mayor desgaste. f) Calaje de ruedas: las ruedas deben ir caladas en los carriles, es decir, con un sistema que impida que el eje se salga de los carriles. Esto se consigue con las pestañas caladas en el interior de los carriles.
g) Conicidad de llantas: esto supone que para reducir el rozamiento y facilitar la circulación en curvas, compensando el deslizamiento relativo, se diseñan las llantas con una sección troncocónica, en lugar de cilíndrica. De esta manera la llana se apoya sobre la cabeza del carril con un plano inclinado y la pestaña contacta con la cara interior de la misma, que se denomina cara “activa” del carril.
Ancho de la VÍa Se denomina ancho de la vía (Av) a la distancia que existe entre las caras internas (activas) de los carriles en alineación recta, medido en una horizontal 10/15 mm por debajo del plano de rodadura (cabeza del carril), que debe ser constante y cuyo valor está fijado en:
1.668 mm. Ancho tradicional de RENFE para los ferrocarriles españoles 1.435 mm. Ancho europeo fijado por la normativa UIC mm Ancho de los ferrocarriles de vía estrecha en España (FEVE)
El desgaste del carril por fricción de las ruedas y las deformaciones de fijaciones y traviesas producen alteraciones del ancho de vía, que se debe medir y corregir, cuando estos valores superen las tolerancias de -3 a +6 mm en rectas y 10 mm en tramos curvos.
Vía Estrecha (FEVE)
Es la que se construye con un ancho menor que el convencional, que en España es de 1,00 m y que surge fundamentalmente por economizar en la infraestructura, normalmente en orografías montañosas y con un tráfico menor. Las ventajas de este tipo de vía respecto a la vía convencional son: • Menor resistencia a la tracción
• Menor dimensiones de la plataforma. • Economía en la superestructura (balasto-traviesas) • Reducción del precio del material móvil Por contra, se dan una serie de inconvenientes: • Menor capacidad de tráfico • Menor estabilidad del convoy • Menor velocidad de circulación • Dificultades para realizar los enlaces con líneas convencionales Por tanto, está condicionada por la orografía del terreno y los costes de construcción. Colocación de la Vía En el proceso constructivo de la vía, se colocan las traviesas normales al eje de la línea, espaciando estas según el tipo de tráfico, la velocidad de proyecto y las cargas previstas en los ejes de trenes. Lógicamente, cuanto mayor sea la concentración de las traviesas, mejor será el reparto de cargas, la estabilidad de la vía y el confort de la rodadura. La concentración de traviesas ha pasado de las 1.000 Ud/Km, que se colocaban hace algunos años a las 1.666 Ud/Km, que se colocan actualmente, es decir, se ha reducido la distancia entre traviesas de 1 a 0,60 m. Juntas Con la finalidad de dar continuidad a la vía y permitir la dilatación de los carriles se colocan las juntas entre tramos contiguos de estos. Existen distintas soluciones para tratar las juntas de carriles, desde las atornilladas ó con bridas, la solución más antigua y sencilla, hasta las soldadas.
Ejecución de una unión soldada de carril
Soldadura terminada y ensayada
Pueden disponerse concordantes ó alternadas, respecto de los carriles de la vía, según que coincidan en la perpendicular a ambos carriles, ó que cada una de ellas se sitúe en el punto medio de las juntas del carril contiguo.
Las juntas concordantes producen menor oscilación y mejor rodadura, pero mayores deformaciones que las alternadas. En las líneas que se construyen en la actualidad, las juntas son de tipo soldadas, mediante la unión por soldadura alumino-térmica de los extremos de los carriles. Está solución obliga a compensar las dilatación de los carriles con el proceso que se conoce como liberación de tensiones. Gálibos y Entrevía Para el diseño y dimensionado de una línea férrea, se utilizan los parámetros que definen la geometría del contorno del los trenes y la de las obras de paso. Gálibo del material: Está definido por el contorno máximo que limita las dimensiones del material motor y móvil en vía recta. Gálibo de obras: Es el que acota la posición relativa de las obras y los obstáculos respecto de la vía, para garantizar un espacio entre estos y los trenes que circulan la misma. Este gálibo se mide como gálibo vertical y como gálibo horizontal. Entrevías: Se denomina entrevía a la distancia entre los ejes de vías contiguas ó a veces entre carriles interiores contiguos de vías dobles, medida desde las caras “no activas” de estos carriles. El valor de esta entrevía es de 3800 mm. en las líneas convencionales de RENFE y de 4300 mm en las líneas AVE. En estas se incrementa para atenuar el efecto de la so brepresión que se produce en el cruce los trenes que circulan en sentido contrario.
Gálivos de las obras de paso MATERIALES DE LA VÍA EL CARRIL
Gálibos del material móvil
Es el elemento sobre el que se produce la rodadura de los trenes, por lo que está destinado a absorber, resistir y transmitir a las traviesas los esfuerzos que producen el material rodante y los de origen térmico. Las funciones que desempeña el carril son: 1) Resistencia a los esfuerzos:
Verticales del peso y dinámicos Transversales provocados por la fuerza centrífuga y por la oscilación Longitudinales de origen térmico relacionados con las dilataciones
2) Uniformidad de trazado:
Para proporcionar una rodadura confortable de los trenes.
3) Conductor de retorno de la corriente eléctrica que alimenta la tracción del material motor.
Esquema del circuito eléctrico de tracción de trenes El tipo de carril utilizado, generalmente, es el que se conoce como Vignole y para líneas especiales los de tipo garganta ó Phoenix. En el carril se diferencian tres partes: *CABEZA *ALMA * PATIN
La cabeza sufre un desgaste superficial que aumenta con la velocidad y disminuye con el ancho ( 60 a 70 mm) .La superficie tiene una curvatura de radio R=300 mm;
El alma es el transmisor de las cargas de la cabeza al patín y su sección es más delgada (15 a 20 mm).Se utiliza para colocar las bridas y las conexiones eléctricas entre tramos de carril. El patín es la parte inferior con mayor anchura (120 mm), que apoya sobre las traviesas y sobre el que se colocan las sujeciones a las mismas. Los carriles se posicionan con una inclinación lateral hacia el interior para mejorar la estabilidad. Esta inclinación es de 1:20 a 1:40, respecto al eje de simetría vertical. La UIC (Unión Internacional de Ferrocarriles) que regula la normativa sobre el diseño y construcción de los ferrocarriles, tiene estandarizados los tipos de carril que se utilizan en función de los esfuerzos previstos y las condiciones de durabilidad. Estos, son *UIC-54
*UIC-54E (esbelto) *UIC-61 R (en túneles)
*UIC-60
*UIC-60E (esbelto) *UIC-68 R (en túneles)
En los que la cifra indica el peso (kg) por metro lineal (ml) de cada tipo. En España se utilizan: a) En líneas principales de 54 Kg/m. b) En líneas secundarias de 42.5 y 45 Kg/m. En el resto de Europa entre 50 y 60 Kg/m. En el caso de trenes de alta velocidad el peso mínimo es de 60 Kg/m. La longitud comercial de fabricación de los carriles es de 18 metros, lo que implica que para formar una vía hay que empalmarlos mediante bridas, dejando unas juntas de dilatación para posibles problemas térmicos. Los defectos más frecuentes en los carriles son: - Roturas - Fisuras - Desgastes (normal u ondulado) LAS TRAVIESAS Las traviesas son los elementos transversales en los que se apoya y se fijan los carriles, cuya misión principal es dar estabilidad mecánica, mediante la absorción y transmisión de esfuerzos y la estabilidad geométrica asegurando el ancho de la vía y los peraltes en curvas. Aunque la longitud es variable en función de la categoría de la vía, la más habitual es de 2,60 m. Otras funciones de las traviesas son: -Facilitar el asiento del patín del carril con su inclinación lateral de 1:20 a 1:40. -Aislar la corriente eléctrica que conduce el carril.
Colaborar en la seguridad y en que la rodadura sea confortable.
Materiales de las traviesas Los materiales con los que se fabrican van desde la madera, el acero y el hormigón, y se utilizan traviesas de madera, mixtas de acero y hormigón, de hormigón armado (monoblock) y de hormigón pretensado, con una duración media de 30 años.
Las traviesas de madera son las que se utilizaron en los inicios del ferrocarril y en la evolución de este se han sustituido por otras de acero/hormigón y hormigón monoblock, pero se siguen colocando en determinadas zonas de las líneas, porque así lo exige la normativa RENFE. El uso de traviesas de madera es preceptivo en:
Pasos a nivel, en toda la longitud de los contracarriles Aparatos de vía (desvíos y travesías) Tramos metálicos de viaductos y puentes. En túneles con presencia de humedad como alternativa a las H.A y D.W
En las líneas de nueva construcción y líneas de AVE se utilizan las de hormigón armado y hormigón pretensado, respectivamente.
Sujeciones Son los elementos de unión entre el carril y la traviesa haciendo posible la continuidad estructural de la vía. Deben cumplir las especificaciones dictadas para estas sujeciones en las normas (Renfe) N.R.V. 3-2-2.0 y N.R.V. 3-2-1.0. Estas sujeciones deben mantener el ancho de vía y facilitar la transferencia de cargas verticales y horizontales.
Sujeciones de carriles y contracarriles
Sujeción de tipo directa
Características: - Resistencia a la tracción - Frecuencia de vibración - Resistencia al deslizamiento - Resistencia a la intemperie - Aislamiento eléctrico - Sencillez de montaje y desmontaje - Durabilidad Clases de sujeciones Se utilizan como elementos de sujeción: -ESCARPIAS -TIRAFONDOS -CLAVOS -GRAPAS -PLACAS DE ASIENTO Que se pueden realizar de forma: Directa: Cuando la fijación dispone de un único elemento Indirecta: Se utiliza un grupo de de 2 ó más elementos Tipos de sujeciones a) Tirafondos:
Elemento atornillado a las traviesas de madera mediante un taladro de diámetro algo menor que el vástago roscado. b) RN Pensada para las traviesas mixtas tipo RS (acero/hormigón), consistente en una grapa elástica que aprieta el carril contra la traviesa a través de una palca de asiento. c) P2 Es una sujeción de tipo elástico directo, destinada a evitar los problemas de aislamiento eléctrico y mantenimiento del ancho de vía en los casos de traviesa tipo RS con sujeción RN. Consta de dos tornillos que fijan el carril a la traviesa mediante arandelas y láminas elásticas. d) HM Se utiliza en traviesas de hormigón pretensado monoblock tipo DW, y consta de una grapa elástica (abrazadora épsilon), que aprieta el carril contra la traviesa a través de una placa acodalada, que hace de guía lateral, y de la placa de asiento.
Sujeción tipo HM
Sujeción tipo tirafondos
P2
y Sujeción tipo P2
APARATOS DE VIA Dentro de esta denominación se engloban los dispositivos que permiten efectuar las ramificaciones y cruces de vías con la máxima seguridad, para lo cual la pestaña de las ruedas no debe encontrarse ningún obstáculo en su desplazamiento y la llanta mantener un apoyo sobre el carril. Estos dispositivos se agrupan en dos fundamentales: - Desvíos - Travesías
Desvíos Los desvíos sirven para establecer un cambio de dirección y pasar de una vía a otra de forma que los ejes de ambas sean tangentes en un punto, para que la transición sea gradual y sin movimientos bruscos. Está compuesto por un cambio, unos carriles de unión (cupones) y un cruzamiento simple.
Esquema de un desvió oblicuo de vía principal a vía desviada. Cambio
El cambio es el elemento que permite la opción de mantener la dirección en la vía principal ó cambiar de dirección a la vía desviada. Para ello dispone de un mecanismo que mantiene la separación, dos a dos, de las filas de carriles, que se le conoce como agujas. Está formado por: - Espadines ó agujas: tramos de carriles interiores de sección variable, para adosarse a los carriles exteriores y articulados en los “talones”, para hacer el cambio de vía. - Talones: articulaciones colocadas en zona de contracarriles, sobre las que gir an los espadines. - Tirantes: Barras de acero que unen transversamente los espadines - Contra-agujas: Carriles de sección asimétrica colocados en paralelo a los espadines ó agujas, que permiten el apoyo de llanta y paso de pestaña. Estos se accionan a pie de aparato, de forma manual, ó a distancia mediante transmisiones de tipo: - Funicular, con cables de acero) - Fluida, con una tubería de fluido a presión - Eléctrica, que permite maniobrar con accionamiento eléctrico. Para la definición geométrica de estos cambios se utiliza la siguiente formulación: Siendo AB-la diagonal; L-longitud del cambio; α-ángulo; a-ancho vía; R-radio
Definición geométrico de desvío
Esquema de composición de las partes de un desvió
AB≈L=a / tag α/2≈2a/tag α ; BC² =L² =AC.2R=2aR => R=L²/2a≈2a/tag²2α R=2a/tag²α Esta expresión relaciona el radio de la curva del desvío con el ancho de vía “a” y la tangente del ángulo que forman las dos vías “α”, y en definitiva, el radio “R” con el ángulo “α”, lo que sirve para dimensionar el cambio.
Desvió para cambio de vía paralela
Esquema de un cambio
Así, tenemos la siguiente clasificación para los tipos de cambio. TIPO S DE CAMBIO Ángulo (α)
Tang α
Longitud (L)
Radio (R)
V.Max.(Vm)
1°43’ 2°52’ 5°9’ 6°17 7°30’ 9°29’
0.030 0.050 0.090 0.110 0.130 0.167
112 m 67 m 37 m 31 m 26 m 20 m
3750 m 1340 m 410 m 290 m 200 m 120 m
100 km/h 80 km/h 60 km/h 30 km/h 20 km/h 15 km/h
Clasificación de los desvíos Estos se clasifican por su geometría y alternativas que permiten en:
-Rectos Desvíos simples
-Convergentes (interiores, exteriores) Curvos -Divergentes -Simétricos
Desvíos dobles -Disimétricos Travesías
Las travesías permiten el cruzamiento de una vía con otra u otras, siendo sus ejes respectivos secantes, y por tanto, sin compartir circulación. Estos aparatos se forman con dos cruzamientos simples conectados a un cruzamiento doble, mediante dos tramos de conexión (cupones).
Esquema de composición de las partes de una travesía El elemento fundamental para disponer una travesía es le cruzamiento, que es un mecanismo que hace posible la circulación de trenes por vías de carriles que se cruzan en un punto, si es simple, o en dos, si éste es doble.
Traviesa de tipo ortogonal
Cruzamiento doble de intercambiador
Cruzamiento Simple Está diseñado para crear una intersección de dos carriles, permitiendo que la pestaña de las ruedas pueda pasar por ambos lados. Se define, al igual que los cambios por la tangente del ángulo “α” que forman los ejes de las vías que se cruzan; así tenemos que los más habituales son: • 0,075 (4°17’) • 0,090 (5°9’)
• 0,110 (6°17) • 0,132 (7°30’) Las partes que se diferencian en un cruzamiento son: - Contracarriles: carriles de sección asimétrica, colocado junto a los carriles exteriores, para que la pestaña pase por entre ambos, en zona de cruzamiento. - Corazón: pieza con geometría de triangulo isósceles, que forman la intersección de los carriles que se cruzan, en el que se apoyan las ruedas que pasan por ambos lados. - Punta: Vértice del triángulo que conforma el corazón. - Patas de liebre: tramos de carriles en línea quebrada que se colocan a modo de contracarriles en la intersección de los carriles interiores del cruce.
Esquema de un cruzamiento con detalle de sus elementos Otros aparatos de vía Además de los desvíos y travesías se pueden destacar otros aparatos que permiten; al material motor y móvil, realizar maniobras. Estos son: a) El escape: que permite el paso de una vía a otra paralela b) El doble cambio: tiene un uso equivalente a una doble travesía c) Las plazas y puentes giratorios: para girar y cambiar de sentido a máquinas.
