Ferrocarriles

INTRODUCCIÓN

El transporte en ferrocarriles se considera como un sistema en el que los vehículos son soportados y guiados por rieles u otros tipos de guías. La ingeniería de ferrocarriles estudia la necesidad, planeación, selección, diseño, y construcción de tales sistemas para el movimiento de pasajeros y carga. Abarca el terraplén y corte, vía, puentes, soportes de barrera, alcantarillas, patios, terminales, estaciones, edificios, señales, comunicaciones e instalaciones para reabastecimiento de locomotoras. Los ingenieros también pueden ser responsables del mantenimiento de vías y estructuras férreas.

RIEL

Se denomina riel, carril, raíl o trillo a cada una de las barras metálicas sobre las que se desplazan las ruedas de los trenes y tranvías. Los rieles se disponen como una de las partes fundamentales de las vías férreas y actúan como soporte, dispositivo de guiado y elemento conductor de la corriente eléctrica. La característica técnica más importante del ferrocarril es el contacto entre el riel y la rueda con pestaña, siendo sus principales cualidades su material, forma y peso.

CARACTERÍSTICAS.

• La cabeza del raíl debe tener un ancho y altura suficiente según las cargas y la pestaña. El contacto en la rodadura no debe ser puntual, repartiendo los esfuerzos para evitar desgastes, para lo que la inclinación de la cabeza es de 1/20, compromiso entre la circulación en recta y en curva.

• El espesor del alma del raíl debe transmitir las solicitaciones de la cabeza hacia el patín, teniendo en cuenta la corrosión y las solicitaciones transversales.

• La anchura del patín da la rigidez para una repartición correcta de la carga sin volteo del raíl, siendo la relación altura-anchura óptima entre 1,1 y 1,2. La relación espesor/ancho del patín debe ser inferior a 0,075, y el espesor exterior superior a 11 mm para evitar enfriamientos irregulares en caso de soldadura.

• Además, también se requiere un equilibrio térmico entre cabeza y patín para evitar deformaciones o tensiones residuales después de la laminación o soldadura. Esto se logra con una relación cabeza-patín 1:1. También se buscan radios de acuerdo grandes (sin perjudicar el comportamiento de servicio) para evitar concentraciones de tensiones en la laminación del rail, lo que asegura asimismo una mejor expansión y más regular de la llama de precalentado en las soldaduras. El radio de aristas exteriores será mayor o igual a 3 mm y su ancho inferior a 160 mm por razones de laminación.

PROPIEDADES.

• La superficie de rodadura debe ser lo más lisa posible para reducir la fricción, pero a la vez, posea rugosidad para mejorar la adherencia rueda carril.

• Características geométricas deben encontrarse dentro del intervalo que delimita una calzada de buena calidad, con elevada rigidez, pero debe absorber la energía en forma de deformación elástica.

• Su peso es deseable para tener elevadas cargas por eje, velocidades y para mantener la seguridad, pero el coste aumenta, aunque también se reducen costes de mantenimiento, mayor duración y menor resistencia al avance de las ruedas. Se suele usar la fórmula de Shajunianz para buscar el peso óptimo del carril.

DISEÑO

Por la laminación del acero en bruto se obtienen barras con el perfil requerido, que se cortan en tramos de 18 a 288 m. Para realizar el montaje se disponen las barras sobre los durmientes y se unen entre sí mediante eclisas y bulones, sujetándose al durmiente mediante algún sistema de fijación.

También se ajusta la trocha y se alinea y nivela el conjunto. Después es usual, en las vías modernas, quitar las eclisas y bulones para sustituirlas por uniones soldadas. De esta forma se eliminan las juntas, punto en el cual se produce el mayor desgaste.

DURMIENTE

son los elementos transversales al eje de la vía que sirven para mantener unidos y a la vez a una distancia fija (galga o trocha) a los dos carriles (rieles) que conforman la vía, así como mantenerlos unidos al balasto, trasmitiendo el peso del material rodante al balasto y, por intermedio de éste, al suelo. También cumplen la función de dar peso al conjunto, de manera que la geometría inicial del trazado se mantenga en la mayor medida posible. Se fabrican de diversos materiales, entre ellos madera, hierro y hormigón. Las traviesas de hormigón pueden ser mono bloqué o bibloque; las primeras están formadas por una sola pieza de hormigón armado, mientras que las traviesas bibloque constan de dos piezas de hormigón unidas por una barra de hierro (riostra).

Además, las traviesas de hormigón monobloque pueden ser polivalentes si los carriles se pueden fijar en dos posiciones distintas para permitir la instalación de vías de diferentes anchos.

Desde hace años, con la aparición de los distintos tipos de bloqueos eléctricos la traviesa ha de estar aislada eléctricamente con respecto a los carriles.

FUNCIONES

- Recibir las cargas verticales y horizontales transmitidas por los raíles y repartirlas sobre el balasto mediante su superficie de apoyo-Conseguir y mantener la estabilidad de la vía en el plano horizontal y en el vertical frente a los esfuerzos estáticos procedentes del peso propio y las variaciones de temperatura y a los esfuerzos dinámicos debidos al paso de los trenes.

-Mantener, siempre que sea posible, por sí mismo y sin ayuda de elementos específicos incorporados a la sujeción, el aislamiento eléctrico entre los dos hilos de raíles cuando la línea esté dotada de circuitos de señalización o por corrientes parásitas.

DISEÑO

Por norma general las traviesas se colocan a una distancia de 60 cm entre ellas; esto puede variar entre los diferentes aparatos de vía que llevan cada uno unas distancias entre traviesas específicas. Los 60 cm pueden variar también para evitar que una soldadura de carril pueda caer encima de una traviesa con el consiguiente deterioro de esta. Esta distancia no es aleatoria, sino que se basa en estudios concretos: si están más alejadas, las traviesas se levantarían al paso del tren y si están más cercanas, se incrementaría notablemente el costo por kilómetro de la obra.

BALASTO

Tipo de árido de una granulometría variable entre 40 y 150mm aproximadamente. Su utilización va desde la construcción hasta aplicaciones industriales. Un uso extendido internacionalmente es en la construcción de vías férreas.

CARACTERISTICAS

El balasto es un material cuya granulometría esta casi totalmente integrada dentro del tipo que se denomina grava gruesa.

Para todo tipo de líneas y condiciones de explotación ferroviaria, la curva granulométrica del balasto, determinada según Norma UNE-EN 933-1:1998, se ajustará al siguiente huso granulométrico, representado en la figura 1 del Anejo 2:

Curva granulométrica del balasto

Tamiz Porcentaje que pasa (en peso)

63 100

50 70-99

40 30-65

31,5 1-25

22,4 0-31

0-52

1 Para recepción de lotes situados en el centro de producción)

2 Para recepción de lotes situados en obra o acopio intermedio)

Además la suma de los retenidos parciales de los tamices 40 y 31,5, (o sea la fracción de material menor de 50 y mayor de 31,5), en peso, será ≥ 50%.

Este huso se corresponde con la categoría «A» de la Norma UNE-EN 13450:2003.

El ensayo para su determinación se realizará según Norma UNE-EN 933-4:2000, utilizando un pie de rey de tipo peine móvil y tomando como muestra, únicamente, el material retenido por el tamiz 22,4.

Para todo tipo de líneas y condiciones de explotación ferroviaria, el porcentaje en peso de elementos no cúbicos con respecto al total retenido por el tamiz 22,4 será ≤ 10%.

Se corresponde con la categoría IF10 de la Norma UNE-EN 13450:2003.

El ensayo se realizará midiendo con calibres o galgas apropiados, sobre una muestra de balasto superior a 40 kg.

Para todo tipo de líneas y condiciones de explotación ferroviaria, el porcentaje de piedras cuya longitud máxima sea superior a 100 mm será ≤ 4%.

Se corresponde con la categoría «A» de la Norma UNE-EN 13450:2003.

Para usos especiales, convenientemente justificados en el Proyecto, se podrá exigir un CLA ≤ 12% (LARB12).

Si una muestra de balasto está constituida por una mezcla de elementos con diferente resistencia al desgaste, el ensayo de Los Ángeles puede proporcionar valores intermedios que cumplan los requisitos anteriores, si bien el comportamiento en vía sería deficiente.

Por tanto, si de la observación visual en cinta, acopios, silos o tolvas se apreciara la existencia de partículas meteorizadas o blandas (CLA mayor del límite requerido), en un porcentaje estimado superior al 5% del total, se procederá de la siguiente forma:

Se tomarán, según lo establecido en las Normas UNE-EN 932-1:1997, Parte 1, UNE-EN-932-2:1999, y en los Anexos A y B de la Norma UNE-EN 13450:2003, el número de muestras necesarias para que una vez pasadas por los tamices de 50, 40 y 31,5, se obtenga un mínimo de 100 kg de material retenido en el tamiz 31,5 y otros 100 kg en el de 40.

Se selecciona visualmente, de cada una de estas fracciones de 100 kg, las piedras más meteorizadas o blandas, hasta conseguir el 5% de cada fracción (≈5 kg ± 50 g). Con el conjunto de las dos fracciones (≈10 kg) se realizará el correspondiente ensayo de desgaste de Los Ángeles.

El CLA obtenido deberá cumplir la limitación correspondiente al tipo de balasto requerido, en cuyo caso el balasto analizado se entenderá homogéneo y será aceptado. En caso contrario el balasto será rechazado.

FUNCIONES

El balasto se utiliza generalmente como base de pavimentaciones, tanto de pavimentos continuos como el aglomerado como de pavimentos por piezas, como el adoquinado. De manera similar, el balasto de vía cumple la función de aportar estabilidad a la vía férrea, haciendo que permanezca con la geometría dada durante su construcción. Adicionalmente cumple otras dos funciones importantes: distribuye las presiones que trasmite la vía al terreno, haciendo que sean admisibles para éste, y permite el drenaje del agua de lluvia, evitando que se deteriore el conjunto.

DISEÑO

Se obtiene por trituración de rocas sanas y debe cumplir ciertas especificaciones en cuanto a calidad del material madre y en su granulometría. Se transporta en camiones hasta donde puede ser cargado en trenes especiales con tolvas que permiten su descarga en la vía.

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