Vias Ferreas

DURMIENTES •

Los durmientes (llamados en otros países traviesas) son elementos estructurales que se sitúan en dirección transversal al eje de la vía, El durmiente recibe tensiones que le transfiere el riel y las transmite atenuadas a la caja de balasto; finalmente la plataforma recibe atenuadas por el balasto, las tensiones que habrán de ser compatibles con su capacidad resistente y deformación.

FUNCIONES DE LOS DURMIENTES •

Sujetar firmemente y de manera transversal a los rieles o carriles manteniendo su paralelismo y distancia correspondiente a la trocha o entreancho de vía.

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Resistir las presiones provenientes de la base del riel y transmitirlas a la capa de balasto inmediatamente por debajo de su cara inferior.

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Anclar el riel y a sí mismo en forma transversal y longitudinal por intermedio de su posición incrustada dentro de la capa de balasto.

DURMIENTES DE MADERA •

La madera es muy apropiada para la confección de durmientes por su buen índice de elasticidad, el que se mantiene con los años de uso, con poca disminución.

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En general, la madera se considera como un dieléctrico, o mal conductor de la electricidad

DURMIENTES DE MADERA •

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El durmiente de madera tienen una gran resistencia a todo tipo de esfuerzos, incluidos los originados en accidentes y por su transporte; una buena resistencia al deslizamiento sobre balasto, un peso reducido, lo que facilita su manejo y abarata su transporte La desventaja principal del durmientes de madera es su durabilidad, la cual es menor al durmiente de madera.

DURMIENTES DE HORMIGON •

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El durmiente de hormigón pretensado o postensado tiene una vida útil en servicio, superior al doble de los de madera. Conserva a lo largo de toda la vía una notable constancia en sus condiciones físicas. La vía muestra una mayor resistencia a los desplazamientos en su plano. Se puede diseñar en la forma más conveniente para resistir los esfuerzos que habrá de soportar en servicio.

DURMIENTES DE HORMIGON •

Su costo es un poco mayor que el durmiente de madera tratada.

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Para aislar eléctricamente los dos rieles es necesario usar piezas de aislación especiales.

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El manejo es más difícil a causa del peso elevado (más de 300 kg) y su relativa fragilidad.

DURMIENTES METALICOS •

Debido a la escasez y alto precio de la madera, en algunos países industriales se inició el estudio y construcción de durmientes metálicos. Se estudió especialmente la forma del durmiente para obtener una buena área de apoyo y una buena resistencia al desplazamiento longitudinal y transversal.

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Estos durmientes son habitualmente de tipo monobloque y su perfil, ya definido por la experiencia, tiene forma de artesa.

DURMIENTES METALICOS •

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Los durmientes metálicos no tienen mucho uso en la actualidad, y se utilizan sólo en aplicaciones especializadas Los durmientes metálicos se confeccionaron inicialmente en acero y en fundición, pero estos últimos son muy frágiles y no dieron resultados aceptables, por lo que se dejaron de utilizar. Sólo en la India quedan durmientes de este tipo colocados en la vía.

BALASTO • El balasto es la capa de piedra partida que se tiende sobre la explanación o plataforma y sirve de asiento a los durmientes

FUNCIONES DEL BALASTO •

Repartir en superficie amplia de la explanación la presión de los durmientes, que apoyando directamente sobre el terreno podrían hundirse en él.

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Constituir con los durmientes un lecho elástico para descanso de los rieles, y para recibir de éstos los esfuerzos que le transmiten, al pasar, los trenes.

FUNCIONES DEL BALASTO •

Contrarrestar el desplazamiento de los durmientes, al proporcionarles una base con las múltiples aristas vivas de las piedras.

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Sanear el asiento de la vía, ya que con el balasto se forma una capa permeable.

CONDICIONES QUE DEBE TENER EL BALASTO • La capa de balasto, debe ser de suficiente espesor para que reparta las presiones sobre una base más ancha, según las cargas que los durmientes reciban. Esta altura del balasto, esta relacionada con la velocidad, peso y número de los trenes, también con la naturaleza del terreno y con el clima del país .

Altura de balasto entre 30 a 50 cm

CONDICIONES QUE DEBE TENER EL BALASTO • •

Deben ser las piedras de arista viva, pues los cantos rodados no sujetan tanto los durmientes. No deben ser las piedras muy pequeñas, porque entre ellas quedaría poco espacio para el drenaje y además, se perderían y desgastarían más fácilmente; ni ser muy grandes, pues se reduciría aristas al apoyo del durmiente y se dificultaría el bateado. Las piedras deben ser de roca dura, que se oponga a quebraduras y desgastes: basalto, cuarcita, caliza y granito.

CCOLOCACION DEL BALASTO •

el balasto se coloca sobre la explanación o plataforma, La superficie de la explanación, sobre la cual el balasto se coloca, debe tener cierta inclinación, en sentido transversal, para dar salida a las aguas, vertiéndolas por uno o dos lados. Se coloca el balasto en capa de buen espesor y dimensiones al ancho que, naturalmente, varían con el de la vía y la categoría de la línea.

PLATAFORMA • Es la superficie de terreno que se ofrece para que sobre ella se coloque la superestructura. Su anchura depende, como es natural, de que se establezca una o más vías, y del ancho de éstas

Plataforma de la vía con una sola inclinación.

PLATAFORMA •

El establecimiento de una plataforma rígida ha sido objeto de diversas pruebas y aplicaciones parciales en estos tiempos de empleo de un material como el hormigón, que tan bien se presta a diversas soluciones; pero resulta limitado el campo de su utilización, por su costo elevado y sobre todo, porque para las velocidades algo crecidas, la elasticidad de la vía con balasto y durmientes de madera es, hasta ahora insustituible.

Plataforma de la vía con dos aguas

APARATOS DE VIAS • Los aparatos de vía tienen por objeto realizar bien el desdoblamiento o el cruce de las vías, aún cuando adoptan formas variadas

Aparatos de vías

APARATOS DE VIAS

Desvío, que permite el paso de las circulaciones de una vía a otra.

APARATOS DE VIAS

Entre vía, fuente que permite realizar el cruzamiento de una vía sobre otra

APARATOS DE VIAS IMPORTANCIA DE LOS APARATOS DE VIAS: Tomando en consideración las distintas situaciones eventuales que se pueden presentar en un tramo ferroviario, afectando la circulación de los trenes, bien sea por fallas mecánicas de los mismos u otros factores, la importancia de aparatos de vías radica en el hecho de asegurar la prestación del servicio, aunque en forma degradada, mediante la realización de maniobras y estrategias que conciernen a la circulación de los trenes.

PASOS A NIVEL •

Se denomina paso a nivel a la intersección de una vía de tránsito carretero no diferenciada en altimetría con una vía de ferrocarril, lo cual exige que deba estar debidamente señalizado para que no se produzcan accidentes. Este tipo de cruces cuenta por lo general con barreras ferroviarias para impedir el paso del tránsito vehicular cuando está pasando el tren.

Protección o supresión del Paso a nivel • En los pasos a nivel que presenten un AxT elevado (producto del número de circulación de automóviles y el número de trenes que cruzan el paso a nivel). Se podrá proteger con un sistema automático con o sin barrera. Si el AxT es muy elevado, el paso a nivel típicamente será suprimido

Protección o supresión del Paso a nivel – SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE PROTECCIÓN DEL PASO A NIVEL [EDITAR] • SBA (SEMI BARRERAS AUTOMÁTICAS [ EDITAR] • SBE (SEMI BARRERAS ENCLAVADAS) [EDITAR ]

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SLA (Señalización Luminosa y Acústica)

Señalización del Paso a nivel

En carretera

En la vía

ESTACIONES •

Una estación ferroviaria o estación de ferrocarril es una instalación de vías y agujas, protegida por señales, donde se pueden coordinar procesos de circulación y cuyos límites quedan definidos por las señales de entrada de ambos extremos. Por lo general, las estaciones cuentan con aparatos de vía. En ciertos Reglamentos de Circulación, se consideran estaciones a los Apartaderos, Puestos de Bloqueo, Puestos de Banalización y Bifurcaciones, así como los Puestos de Circulación, cuando intervengan en el bloqueo.

TIPOS DE ESTACIONES • Principalmente se distinguen los tipos de estaciones siguientes: • Estaciones de viajeros – – – – –

Estación terminal Estación intermedia Estación de paso Parada Apeadero

• Estaciones para el transporte de mercancías: – Estaciones de mercancías

• Estaciones para la ordenación de los trenes de mercancías compuestos de los vagones aislados, las estaciones de clasificación

ESTACIONES

RIEL •

Se denomina riel, carril o raíl a cada una de las barras metálicas sobre las que se desplazan las ruedas de los trenes. 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 de la rueda con pestaña y el riel, siendo sus principales cualidades su material, forma y peso.

Fabricación y montaje • 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.

PARTES DEL RIEL

Requisitos que debe cumplir el carril • Resistir directamente las tensiones que recibe del material rodante y transmitirlas, a su vez, a los otros elementos que componen la estructura de la vía. • Realizar el guiado de las ruedas en su movimiento. • Servir de conductor de la corriente eléctrica para la señalización y la tracción en las líneas electrificadas.

Composición Química y Resistencia a la Tracción CALIDAD MATIZ 70 NORMAL

%C

0,40-0,60

MATIZ 90A (DURO) 0,60-0,80 MATIZ 90B (DURO) 0,55-0,75

MATIZ 110 (DURO)

%C 0.600.82

%Mn 0.801.3

%Mn

%Si

0,80-1,25

0,80-1,30 1,30-1,70

%Si 0.300.90

0,05-0,35

0,10-0,50 0,10-0,50

Pmáx < 0.030

Smáx < 0.030

Pmáx

0,055

0,05 0,05

%Cr 0,801,30

Smáx

Resistencia A la tracción

0,05

680-830 N/mm2

0,05

880-1030 N/mm2

0,05

880-1030 N/mm2

%V

%Al

<0.12

< 0.004

1080 min N/ mm2

Las Fijaciones Las fijaciones constituyen el elemento más importante de la relación riel durmiente, debido a su función de mantener el riel perfectamente adosado al durmiente y garantizar su estabilidad sobre el mismo.

Funciones •Fijar los rieles a los durmientes, proporcionando estabilidad vertical y lateral necesaria. •Mantener el ancho o trocha de la vía y poder efectuar variaciones o transiciones de trocha. •Transmitir los esfuerzos dinámicos ejercidos por el material rodante de la estructura de vía. •Impedir el movimiento longitudinal de los rieles sobre los durmientes. •Absorber parte de las vibraciones producidas por el material rodante.

Las Fijaciones Características •Deben poseer resistencia mecánica y elasticidad durante su vida útil. •Estar constituidas por el menor número de piezas posibles, de fácil montaje y desmontaje sin comprometer por esto la resistencia requerida. •El sistema de fijación será diseñado de forma que todo o parte de él sea reemplazado o sustituido en campo por un hombre con herramienta de mano.

Tipos de sujeciones •Rígidas clásicas. •Clavos elásticos (clavos dorken, T-Flex, Elasticflex, J-Flex, etc.) •Elásticas de laminas o grapa (RN, CIL, C4, Heyback, etc). •Elásticas de clip (PANDROL). •Sujeción de cuñas y cojinetes, sujeciones elásticas o grapa, etc.

Las Fijaciones Sistemas de Fijación para Durmientes de Concreto •Son de tipo directo con fijación elástica NABLA. •La inclinación del riel será de 1/20, la cual será proporcionada por el durmiente de concreto. •El riel se apoyará en el durmiente por el medio de un elastómero de caucho, neopreno, poliuretano, acanalado o similar. •Deben tener elementos aislantes necesarios para garantizar que existe un aislamiento mínimo de 10 megaohm entre el riel y el durmiente. •Las fijaciones debe ser compatibles con los rieles y durmientes a ser utilizados, así como el sistema de anclaje inserto en los durmientes. •Los elementos de anclaje de las fijaciones estarán constituidos por Pernos. •El sistema de fijación serán sometido a un programa de ensayos estáticos y dinámicos equivalentes a 5 años de funcionamiento real con resultados satisfactorios.

Las Fijaciones Sistemas de Fijación para Durmientes de Concreto Requerimientos de cargas Estáticas y Dinámica •La carga estática para el diseño de la fijación será 21.000 ks. •Los elementos estarán sometidos a flexión y tracción combinada. •Se tomarán en cuenta los esfuerzos de fatiga que involucran la frecuencia de circulación de trenes, en el diseño del sistema de fijación. •La velocidad máxima de los trenes será 120 Km/h. •La Taza de rotura de las fijaciones en vía corriente será menor o igual a 5% por año para el conjunto de las curvas criticas (R ≤ 600 m ). •La vida útil de las fijaciones deberán ser superior a los 20 años tantos para las piezas de fijación del riel por fatiga como de los elastomeros por envejecimiento.

Las Fijaciones Sistemas de Fijación para Durmientes de Madera •Son de tipo indirecto con fijación elástica NABLA. •El sistema de fijaciones serán sometidos a un programa de ensayos estáticos y dinámicos equivalente a 5 años de funcionamiento real con resultados satisfactorios. •El riel tendrá una inclinación de 1/20 que se lograra a través de una placa de asiento de acero o por el entallado adecuado del durmiente en las zonas de apoyo de los rieles en su cara superior. •Las fijaciones dispondrán de grapas compatibles con la placa de asiento del riel y con los elastómeros. •Los elementos de anclaje de las fijaciones serán tirafondos que estarán roscado al durmiente de madera. Requerimientos de cargas estáticas y Dinámicas Los requerimientos de cargas tanto estáticas como dinámicas serán idénticos a los descritos anteriormente.

Eclisa y Junta Eclisas • Son perfiles metálicos de secciones apropiadas para ajustarse a los rieles de rodamiento longitudinalmente a través del alma. •También llamadas bridas son un elemento componente del dispositivo que permite unir dos rieles sucesivos en la discontinuidad denominada junta en la forma esquemática ilustrada .

Eclisa y Junta Eclisas •

La junta es el punto donde se unen dos extremos de riel y de acuerdo con el grado de funcionalidad (o forma de trabajar de la junta) ésta puede ser:

b) Junta Mecánica: vincula los rieles con el propósito de absorber las dilataciones longitudinales del riel y dar la mayor continuidad posible en la reacción vertical. c) Junta Aislante: tiene por finalidad establecer un aislamiento eléctrico entre rieles sucesivos. d) Junta Aislante Pegada: garantiza el aislamiento eléctrico y permite resistir los grandes esfuerzos producidos en las barras contínuas o L.R.S. •

Las eclisas o brindas son fabricadas en una variedad de perfiles que comprenden las brindas específicas de cada sección de riel y para cada tipo de función.

Eclisa y Junta Eclisas •

Adicionalmente, las bridas tienen diseño que permiten abrazar el pie si fuera necesario o bien permitir una colocación especial de sujeciones.

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Una eclisa de diseño muy particular es la denominada “eclisa de compromiso o de transición” que sirve para vincular los rieles de diferentes tipos (tal como el U54 con el U50).

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Las bridas normalmente están confeccionadas con un acero que se corresponde con el del riel, sin embargo, suelen emplearse otros materiales diferentes al acero, como es el caso de las bridas para juntas aislantes, las cuales se confeccionan con una madera especial tratada, denominada permaglas.

MANTENIMIENTO DE LAS FIJACIONES

Realmente en nuestro país, específicamente Metro de Caracas, no existe un mantenimiento definido, sino un mantenimiento correctivo, es decir, reemplaza las fijaciones por otras nuevas. Aunque se hace inspecciones periódicas a la vía férrea para determinar cual de las fijaciones hay que reemplazar y otras hay que ajustar. Para su ajuste se requiere un toque de 20 lbs/pug2 de igual forma se realizan con las bridas o eclisas. Realmente en nuestro país, específicamente Metro de Caracas, no existe un mantenimiento definido, sino un mantenimiento correctivo, es decir, reemplaza las fijaciones por otras nuevas. Aunque se hace inspecciones periódicas a la vía férrea para determinar cual de las fijaciones hay que reemplazar y otras hay que ajustar. Para su ajuste se requiere un toque de 20 lbs/pug2 de igual forma se realizan con las bridas o eclisas.

Agentes que Rudecen La Vida Útil de Las Fijaciones Temperatura

Humedad

Excesiva Carga Carga Portante de Suelo

Compactación de Balasto

Dilatación Contracción Nivel Freático

Vibraciones

Tipos de Suelos

Bateo

Agua

Minerales

Excesiva Carga Portante

Decisión

Asentamiento

Oxidación

Corrosión

Deformaciones Elásticas

Balasto o Concreto

Deslizamiento

Asentamientos Diferenciales

Durmiente

PERALTE • Se denomina peralte a la diferencia de cota entre los dos rieles de la vía en curva, para una sección normal al eje de la vía. Se proporciona mediante la elevación gradual del riel exterior sobre el interior, manteniendo esté a su nivel original en la recta

FUNCIONES DEL PERALTE • Producir una mejor distribución de cargas en ambos rieles. • Reducir la degradación y desgaste de los rieles y del material rodante. • Compensar parcial o totalmente el efecto de la fuerza centrífuga con la consiguiente reducción de sus consecuencias. • Proporcionar confort a los viajeros.

VIA EN PLACA • La vía en placa o vía sobre placa de hormigón tiene como objetivo obtener una alta calidad de vía disminuyendo los costes de mantenimiento. Su colocación se realiza sin balasto y consta de una placa de hormigón que transmite a la plataforma tensiones uniformemente distribuidas y de menor valor que con balasto.

VIA EN PLACA VENTAJAS: • Soporta mayores cargas por eje. • Disminuye la presión transmitida a la plataforma. • Menor coste de mantenimiento

DESVENTAJAS • Mayor coste de construcción. • Mantenimiento de la plataforma más dificultoso.

PATIOS Y TALLERES • Son las estructuras donde toda empresa ferroviaria guarda y reparas sus trenes. • Son de gran importancia porque gracias a ellas se logra el mantenimiento diario de los trenes para que siempre se encuentren en buenas condiciones, garantizando a su vez la seguridad de los pasajeros.

PATIOS Y TALLERES

PUENTES • Un puente es una construcción, por lo general artificial, que permite salvar un tramo ferroviario de un accidente geográfico o cualquier otro obstáculo físico como un río, un cañón, un valle, un camino,un cuerpo de agua, o cualquier obstrucción.

PUENTES

TUNELES •

Un túnel es una obra subterranea de caracter lineal cuyo objeto es la comunicación de dos puntos, para realizar el transporte de personas, materiales entre otras cosas. Normalmente es artificial. • Los túneles se construyen excavando en el terreno, manualmente o con máquinas. Los sistemas habituales de excavación subterranea son medios mecánicos, voladuras y manual

TUNELES •

• •

Los medios mecanicos mediante minador puntual (rozadora), minador a sección completa o TBM (Tunnel Boring Machine) o con maquinaria convencional (martillo picador, excavadora...) Perforación y voladura mediante explosivos. Manual, metodo derivado de la minería clásica del carbón de las cuencas asturianas, en el que los operarios pican con martillo neumático la sección a excavar y otra partida de obreros desescombran manual o semimanualmente.

SUPERFICIE DE RODAMIENTO Es la parte del carril destinada a entrar en contacto con las ruedas del material móvil, siendo el área de contacto del orden de 1Cm2. su anchura debe de ser suficiente para: • Mantenerse un efecto de reparto de carga en las zonas donde se producen las tensiones por el contacto rueda-riel y que deben trasferirse a la masa metálica del hongo. • Permitir radios de acuerdo adecuados con el alma y el hongo del carril. • Mantener un margen suficiente para el desgaste lateral en curvas de radios reducido.

RIEL LARGO SOLDADO • Desde comienzos de siglo 20 los ferrocarriles se han preocupado de eliminar las junturas de los rieles, las cuales se consideraban un mal necesario ya que la longitud del riel estaba limitada, por un lado por las posibilidades de laminación y transporte; y por otro lado, por el problema de la dilatación térmica. En la actualidad estos problemas se han solucionado y no hay inconvenientes en transportar barras largas de 120 m hasta 800 m y de soldar en terreno vías continuas de largos indefinidos

VENTAJAS DEL RIEL LARGO SOLDADO • Ahorro de eclisas y pernos • Ahorro de conexiones eléctricas para el paso de las corrientes de señalización y de retorno de tracción • La vida útil de los rieles aumenta hasta en un 30% • Los gastos de conservación pueden disminuir hasta un 50% • Se reduce el número de averías del riel, especialmente en los agujeros de las junturas • Disminuye la resistencia a la rodadura • Aumenta la duración de los durmientes, especialmente los de hormigón

GEOMETRIA DE LA VÍA • La idea fundamental para el diseño geométrico es la de mantener factores de seguridad adecuados con respecto a la estabilidad del vehiculo y dar comodidad al usuario. Los factores de seguridad que siempre estarán en constante seguimiento serán los siguientes:

GEOMETRIA DE LA VÍA • Ancho de Vía: El ancho de vía o trocha de una vía férrea es la distancia entre las caras internas de los rieles, medida 15 mm por debajo del plano de rodadura en alineación recta.

GEOMETRIA DE LA VÍA • Nivelación longitudinal: • Parámetro que define la cota de la superficie de rodadura de un hilo de la vía, referida a un plano de comparación. • Nivelación transversal: • Peralte, es la diferencia de cota existentes entre las superficies de rodadura de los dos carriles de una vía en una sección normal al eje de ésta.

GEOMETRIA DE LA VÍA • Alineación: La alineación teórica de una vía es la proyección horizontal del hilo director definido por el proyecto o por el replanteo. Es la correcta figura geométrica que den de tener los carriles (recta, transición o curva).

CURVAS Las curvas son la conexión entre alineaciones rectas. Pueden ser de radio constante o variable.

ELEMENTOS DE TRAZADO • Alineaciones rectas: Son aquellas que en el plano horizontal se representan por una recta, proyección del eje de la via sobre dicho plano. Este tipo de alineación es el más natural a la hora de trazar un medio de comunicación, puesto que la distancia más corta entre dos puntos situados en una superficie se obtiene siguiendo la línea geodésica, que en la superficie esférica de la tierra es el círculo máximo, cuya proyección sobre un plano tangente a la esfera en un punto de el es una recta. En el ferrocarril, las rectas en planta están caracterizadas por su longitud.

ELEMENTOS DE TRAZADO • Alineaciones curvas: Son aquellas que en el piano horizontal se representan por una curva, proyección del eje de la via sobre dicho plano. En el ferrocarril, las alineaciones curvas se caracterizan, por su radio (o por su grado de curva) y por su desarrollo, conceptos que posteriormente serán expuestos.

ELEMENTOS DE TRAZADO •

Necesidad de las curvas: Dado que no es posible realizar los trazados de las lineas siguiendo la recta que hemos indicado como ideal, es preciso introducir curvas entre tramos de via recta, con el fin de evitar obstáculos y obtener rampas menos pronunciadas, aunque más largas. A veces, a las razones técnicas y económicas se superponen las de carácter politico o social. Las alineaciones curvas son muy frecuentes en el ferrocarril en especial, en aquellos paises de compleja orografía o que en su construcción prevalecieron criterios de economía (plegarse al terreno en vez de túneles y viaductos), ambas situaciones concurren en el ferrocarril. Asi en la red de via ancha, con un total, sus lineas de 13.406 km, el 35% de ellas son en curva (4.761 km), siendo cerca de 2.000 km las de radio menor a 500 m.

ELEMENTOS DE TRAZADO • Caracterización de las curvas: En principio, y desde el punto de vista del trazado, las curvas a emplear en los ferrocarriles pueden ser simples arcos de circunferencias. La definición de una curva circular puede hacerse por la longitud del radio del eje de la via medido en metros, práctica extendida en los ferrocarriles de todo el mundo, excepto en países anglosajones. Estos últimos caracterizan las curvas por medio del ángulo sexagesimal que corresponde a una cuerda de 100 pies (30,40 m), midiendo dicho ángulo en el centro de la curva. Este valor es denominado grado de curva.