TOMO 1 Lo DE JULIO DE 1889 N.O 2

ANALESDEL INSTITUTODE INJENIEROS

EgTUDIOgSOBRE LOS DURMIENTES METALICOS

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PROGRAMA.-I. Introduccion.-II. Material de construccion.-Fundicion, hie-rro o acero.-IlI. Perfil de] durmienle.-Uniones del riel con el dur-

miente.-IV. Descripcion i crítica de los prir:cipales perfiles i uniones.-V. Gonservacion de la vi a, elc, ensayos.-VI. Consideraciones econó-micas.-VII. Conclusiones de los congresos de ferrocarriles.

OBRASCONSULTADAs.-Anales de trabajos públicos de Francia.-The Engi-neering and mining Journal.-Opúsculos varios.-Actas de los congre-sos de ferrocarriles de Bruselas i Milan.

Santiago, Julio 1,0 de 1889

D. V. SANT! MARIA

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INTRODUCCION

No entraré a hacer la historia de los durrpientes metálicos, nia recordar todos los sistemas ensayados, ni las diversas faces desu fabricacion, enumerando asi las diversas causas del mal éxitode muchos de los sistemas primitivos que han sido usados en Ho-landa, Béljica i Alemania; exceptuaRdo el Ejipto i las Indias, dondelos durmientes metálicos, por causas climátericas, se han im-puesto desde el primer momento.

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34 ANALES Djj¡L INS'flTUTO DE INJENlEROS

Si el pasado de los durmientes metálicos no ha sido feliz, el pre-seI;lte, en muchas partes, se puede considerar como en via deensayo, cuyos resultados van siendo msa i mas felices i sus condi-ciones económicas mas i mas aceptables; de modo que el porve-nir les queda abierto i es permitido esperar bien pronto un éxitomas o menos completo de las vias metálicas. Este dia estará tantomas cercano para cada pais, cuanto mas escasas i costosas seanlas maderas, que hasta ahora, sirven para abastecer las necesi-dades de la conservacion de las líneas existentes i contruccionde las líneas nuevas.

Antes de entrar a examinar sumariamente los diversos siste-

~as mas recomendados de vias metálicas, voi a recordar aquí, elobjeto del durmiente i su comportamiento en las vifls ferras, envista de los esfuerzos que los solicitan constantemente.-El dur-miente debe servir de punto de apoyo al riel i es el intermediario,para trasmitir al suelo, las presiones de las locomotoras, carros,etc., que circulan en la via i que pasan sobre los rieles. Hai pues,que examinar desde luego. el sistema de union del riel con el dur-miente, i despues, las acciones que se producen en el contacto delos durmientes con el suelo.

Se comprende facilmente que, para. que la via se conserve enbuen estado i que no ocasione sino un mínimun de gastos de man-tencion, es necesario que sus condiciones de estabilidad sean per-fectamente atendidas; es decir, que los esfuerzos ejercidos por el

. riel contra el durmiente, los órganos que los unen, no den lugaral desanollo de fuerzas moleculares que sobrepasen los límitesde la elasticidad que caracteriza las materias que se emplean. Espreciso tambien, que las acciones que se orijinan en el contactodel durmiente con el lastre, no den lugar a presiones estremasque este material no pueda soportar, o bien que ocasionen ladis-loeacion de los elementos que lo componen.

Si las presiones soportadas por los rielps, son de tal naturalezaque se producen esfuerzos que sobrepasan los ¡imites de la elas-ticidad de la materia~ en el contacto del riel con el durmiente seproducen deformaciones por causa del servicio fOl'zad~:se pro-vocan los vencimientos de las tuercas que aferran las eclisasGontra los rieles, se saltan los clavos que unen los rieles con los

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DURMIENTES MET Á.LICOS 35

durmientes; se tritura i se destruye el lastre i se producen natural- '

mente dislocaciones de los elementos. Es necesario entónces, queconstantemente los ajentes de la via, corrijan, enderecen i levan-ten los durmientes, para volver10s a colocar en su posicion pri-mitiva de alineacion i nivel: en una palabra, efectuar una serie de .

trabajos odiosos i que afectan de una manera mui ~ensible a losgastos de conservacion i esplotacion de la línea, por cuanto el ro-dar deja de ser suave i el material de trasporte esperimenta cho-ques que provocan un desgaste i deterioro estraordinario.

Conocido i fijado el rol que desempeñan los durmientes en lasvias férreas, podemos decir, cualquiera que sea el sistema que seadopte, es preciso, antes de emp1earIo, en la línea talo cual, de-terminar tan exactamente como sea posible los esfuerzos que loselementos del durmiente i del lastre deben resistir; i del conoci-miento de estos esfuerzos dedqcir las dimensiones de sus diferen-tes partes. .'

De modo que~ las dimensiones i resultados de ensayos practi-cados con durmientes metálicos en Holanda, Alemania, Béljicaetc, i que apuntaremos mas adelante, no son absolutas i no laspodriamos aplicar indistintamente a nuestras líneas férreas~ quetienen jeneralmente perfiles mas accidentados quejas líneas eu-ropeas; para hacer una aplicacion de estos sistemas entre nosotros,necesitariamQs estudiar en detalle las dimensiones de los dur-

mientes que convendria ensayar. Mas adelante, tendré ocasionde dar a conocer un tipo que fué estudiado para nuestra línea deSantiago a Valparaiso, teniendo presente que el radio mínimo desus curvas es de 180 metros; que su gradiente máxima es de 2.5%aun en las curvas i dentro de los túneles i que el peso de las loco-motoras remolcadoras del Tabon es de 80 toneladas.

Cuando una via está bien calculada para los esfuerzos que deberecibir del material rodante, los trabajos de conservacion, son laconsecuencia del contacto del durmiente con el lastre; i estos son

los que se prestan para realizar en ellos sensibles economías i poreste mismo motivo, los estudiaremos con algun detalle. Si seobserva el movimiento ondulatorio del riel bajo el rodar de laslocomotoras i vagones, .se constata: que 10)5durmientes colocadosa uno i otro lado del que soporta el eje mas pesado de una loco-

36 ANALES DEL INS'i'ITUTO DE INJENIEROS

motora fuertemente cargada i con gran velocidad, sufren esfuerzosde solevantamientos tales, qUé es casi imposible impedirlos porcompleto. Estos esfuerzos son tanto mayores, cuanto la velocidadde los trenes que trafican por la via sea mas considerable, i ellostienen por efecto, no solo levantar los durmientes verticalmente,sino que tambien los empujan mas o ménos a ambos lados delplano de la via, a derecha o izquierda, segun los movimiyntoslaterales del convoi, i segun los resbalamientos de las ruedas queobran mas o ménos violentamente en un sentido o en otro. Los

ejes que siguen del que ha- provocado el solevantamiento de losdurmientes, los comprimen de una manera violenta sobre el las-tre, i se producen entónces, en los contactos de estos últimoscon el plan que sirve de suelo, esfuerzos tanto mas perturbadores,Duanto que la altura del solevantamiento i las dislocaciones late-l'ales han sido mas consider'ables. }i~nestos casos, las presiones delos durmientes contra el lastre, llegan a veces a los límites de laelasticidad, los cuales en una via bien construida i bien lB'streadano deben ir mas allá.

No se puede entónces disminuir los gastos de conservacion, siel nuevo tipo de durmientes no consulta disposiciones convenien-tes para disminuir los solevantamientos i reducir las presionesque se ejercen en los contactos con el riel i del durmiente con ellastre; i seria 10 único que justificaria la sustitucion de un tipo

J de durmientes por otro mas costoso, en caso de duracion compa-'rabIe. Por otra parte, no se pueden disminuir los esfuerzos queejerce el riel contra los durmientes i piezas de union, en una líneadada i con material rodante fijo, si no se cambia el tipo del riel;

i par\,"limpedir el solevantamiento de los durmientes o se aumentala fuerza que se opone a ellos, que es el peso de las mismas pie-zas, o bien, se buscan disposiciones convenientes que hagan soli-dario el mayor cubo posible de lastre. Las fuerzas,de dislocacionno se disminuyen sino aumentando en cuanto es posible las super-ficies de contacto, procurando así fuertes frotamientos; sin em-bargo, hai que estudiar los elementos del durmiente para que, esteaumento de superficie de contacto con el lastre, l!Ocomprometasus condiciones de resistencia i no impida el fácil rameo de la via,

'dejando siempre espedito el escurrimiento de las aguas de lluvia.

DURMIENTES 1\mTÁLICOS 37

Como se ve, para estudiar un tipo de durmiente, que mas puedaconvenir a una línea dada, segun su tráfico, lastre, material 1'0-dante, tipo de riel, etc., se presenta un problema mui complejoque resolver; pero, cuando se trata de sustituir un tipo ya exis-tente i mas o ménos probado, cuyos resultados se conocen, elproblema, si bien es siempre complejo, presenta por lo ménos unpunto mui fijo i determinado que tiene que servir de base, cuales el gasto de conservacion i mantencion de la via, que en ninguncaso debe aumentar, i la estabilidad de la misma que no debe dis-minuir. En una palabra, no debe desmejorar lo existente con lasustitucion de un tipo de durmienle por otro.

Los cálculos que orijinan estas clases de operaciones son siem-¡ pre complejos; pero, concretando los puntos de estudio i limitán-

dose al exámen crítico de los diferentes tipos de durmientesmetálicos, con los cuales se quiere reemplazar los durmientesactuales de madera, las operaciones son siempre mas fáciles, pues-to que se reducen a buscar las relaciones entre las resistencias al.solevantamiento presentadas por dos tipos i delerminar las presio-nes que ellos orijinan sobre el suelo, asegurándose si los elemen-tos que componen el durmiente propuesto, han sido estudiadospara resistir a las fuerzas de deformarion a que van a ser some-tidos.

MI'. Constamin, sin indicar reglas ni cifras, cree podef estable-cer que con la via con riel Viñola, en caso de durmientes de ma-dera, es necesario que estos presenten una superficie de apoyosobre el lastre, por lo ménos de 0.25 de ancho, para las lfneas tra-ficadas por trenes rápidos. De modo que, si tomamos esta cifracomo normal, para las líneas de 1 m. 50 de trocha, para que unnuevo sistema de durmiente, sea metálico o nó, pueda útilmentereemplazar a la madera, en las vias normales europeas, es nece-sario que presente, en igualdad de duracion, desde luego U)1a..su-perficie de apoyo útil mayor que la del durmiente de madera, sin,.llegar por ésto a un precio de costo excesivo.

A causa dB'esta importancia que se ha dado al peso de ia via,independientemente de su rijidez, la compañia del Estado Neer-landesa i del Estado Belga, han hecho esperiencias para determi-nar los pesos de los durmientes de madera de encina, i han

38 ANALES DEL INSTITUTO DE INJENIEROS

llegado a los resultados siguientes:-1. ° Los durmientes nuevosde encina tienen diferentes pesos reales, llegando esta diferenciahasta el 42%: los mas pesados fueron de 72 kilógramos i los maslivianos de 45 kilógramos, es decir, 5 kilógramos ménos que losdurmientes de acero de 50 kilógramos que se colocaron desdehace algunos años.-2. ° Entre los durmientes antiguos, que aunsirven, pero ya al fin de su duracion se han constatado diferencias

de 32%, variando su peso de 5i- a 35 kilógramos.-3.0 El peso deldurmiente de madera disminuye sensiblemente con la edad, pierdesu parte blanda, se reduce considerablemente su ancho, o sea labase de la via, de manera que pierden mas de un 23% de su peso,

siendo el término medio de 59 kilógramos por durmiente nuevo i .~45 el de los viejos. .Estas simples cifras bastan, segun Mr. Past, ~para demostrar la debilidad del fundamento de la teoria que atri-buye gran influencia al peso de los durmientes. El secreto de unbuen durmiente, para Mr. Past, no está en su peso, pero sí en laforma apropiada i en una rijidez suficiente de perfil, debiendocomponerse de una materia que no se debilite, con una base de

apoy~ i largo suficientes. De esperienciashechas por Mr. Kuepper,injenlero de la via de Sant Gothard, por medio de un aparato in-jenioso para medir la flexion de los durmientes, al pasaje de losvehículos, ensayando perfiles diferentes, demuestra la influenciaimportante del largo del durmiente. Sin embargo, la esperiencia,..tambien demuestra, que una via con durmientes de madera exijemayor conservacion a partir del segundo año de colocados losdurmientes, por cuanto estos van disminuyendo en su peso, puestoque en este tiempo aun no se hace sentir la falta de decadencia dela madera por efecto de la podredumbre: de modo que, si bien lainfluencia del peso no será el único factor de un buen durmiente,el cual debe encontrarse debidamente combinado con un p-erfiladecuado i ríjido; pero, no se puede aseverar, tampoco, que seaindiferente para la estabilidad de la via.

Lo~ durmientes d~ roble que se emplean en nuestras líneas delEstado en actual esplotacion. miden 2 m. 75 d~ largo i tienen

0.25 x.0.15 de escuadra; por consiguiente, si se qui~rE,\nsustitgirpor cualquier sistema de via metálica, para que la línea no des..,mejore en cuanto a su apoyo, seria necesario que ellos tuviesen

DURMIENTES ME'rl(LICOS 39

una superficie de contacto útil mayor que 2,75 x 0.25=Q m. 6875centímetros cuadrados. El volúmen de estos durmientes es de

2.75 x 0.25 x 0.15=0.103125 centímetros cúbicos;Í como en lapráctica raras veces se consiguen grandes partidas de verdaderoroble pellin, que es mas denso que el agua, i ya se han jenerali-zado mucho los durmientes de raulí i otras especies de maderasmas livianas qtyJ el pellin de roble, supondremos simplementeuna densidad de 850 kilógramos por metro cúbico, previniendoque el ciprés que se usa constantemente en toda la línea de San-tiago a Valparaiso, i en muchos otros puntos de la línea, tiene por,densidad 640 a 670 kilógramos por metro cúbico: podemos, PQrconsiguiente, decir que el término medio del peso de un durmien-te es de 87.65 ldlógramos. La escuadria de estos durmientes esde 0.25 x 0.15-0.0375 centímetros cuadrados, i como el lastresegun los perfiles debe tener en la corona de la formacion I1n an-cho de 3 m. 25 por lo ménos, es decir, 0.50 a ambos lados de lascabezas de los durmientes, el prisma de lastre que se opone a losmovimientos laterales, a mas de los frotamientos de la superficiede contacto del durmiente, tiene un volúmen de 0.01875 centí-metros cúbicos. Como el lastre comunmente usado entre noso-

tros es el cascajo, le podemos suponer una densidad de 1370kilógramos por metre cúbico, de modo que el prisma anteriorrepresenta Unaresistencia de 25.69kilógramos.

Los durmientes que se exijen para las líneas nuevas miden2 m. 75 de largo con una escuadra de 0.25 x 0.125; es decir quepresentan una superficie de apoyo de 2.75 x 0.25=0.6875 centí-metros cuadrados, como el anterior, pero su volúmen es solo deOm. c. c. 085 937 centímetros cúbicos, i su peso medio puede es-timarse en 73 kiJógramos. Los durmientes que se exijen para laslíneas de un metro de trocha miden 1 m. 80 de largo i tienen0.20 x 0.125 de esyuadra, de modo que elan.cho de la base (leapoyo es solo de 0.20 i su superficie de contado con el lastre dei,8 x 0.20=0.360 centímetros cuadrados, pudiendo calcularse supeso medio en 38.25 kilógramos.

Tales son, por consiguiente, para 'nosotros, los puntos Cleparti-

da para las comparaciones con los sistemas metálicos I que quie-

.40 ANALES DEL INSTITUTO DE INJENIEROS

ran reemplazar nuestros durmientes de madera que se empleaIien nuestras líneas férreas,

Mui pocos durmientes Uenan las condiciones necesarias paraigualar la estabíJídad de las líneas de trocha normal; por esto seesplica que, hasta ahora, el uso del durmiente metálico no sejeneraliza en los climas i paises donde las maderas son relativa-mente baratas i su duracion no es despreciable i puede ser aten-dida i aun duplicada con procedimientos de injeccíones de creo-sota u otras sustancias adecuadas. En los paises cálidos, o dondelas maderas se conservan difícilmente, es donde realmente lasvías metálicas han prestado verdaderos servicios i son irreempla-zables.

Sin embargo, sucede muchas veces, qúe no es por caÜsá de po-dredumbre de las maderas que, los ajentes de la vía, tienen quereemplazar los durmientes, sino que la contínua renovacion delos clavos que unen los rieles con los durmientes concluyen, co-mo pasa jeneralmente entre nosotros, por rasgarlos e imposibi"'-litarlos. A causa del fuerte movimiento lateral i de las desnivela-

ciones correspondientes a las líneas mal l¡lstreadas, como lasnuestras, los clavos aflojan constantemente i concluyen por ova-lar los agujeros de los durmientes o por rasgarlos, i este, se impo-sibíJíta al cabo de dos a tres años, no por que esté podrido, sinopor que ya no hai donde volver a clavar convenientemente el riel.Éste defecto, se salva completamente ahora con la vía metálica,i es una de las ventajas reales del sistema, puesto que puede re-presentar fuertes economías en los gastos de conservacion dela vía.

Para evitar este inconveniente tan serio en las vías de madera,i que los durmientes queden inútiles aunque sanos) por las con-tínuas clavaduras i reclavaduras de la vía, i contrarestan tam-bien los solevantamientos, que son la causa de este mal, sobretodo en vías mal lastreadas, se ha tocado a veces el recurso deanmentar la seccion del riel; medida qÜe ha sido tomada, actual-mente, por algunas líneas de gran tráfico donde están usando elriel Uamado Goliat de 50 kílógramos de peso por metro corrido.El remedio es bastante costoso i su eficacia si no se lastrea

bien la línea i se pone en perfectas condiciones para no desnive-

..DURMIENTES lVfET¡\LICOS 41

larse, es dudosa. Por poca flexion que dé el riel, siempre que losapoyos falten, o descansen mal sobre el suelo, habrá desarrollode esfuerzos mas que suficientes para levantar un tanto los cla-vos i tener que ser repasados constantemente por los hombresencargados de la conservacion. Asi es que, la práctica no hasancionado aun, ni ha puesto bien de manifiesto, las ventajas delos rieles pesados sino con líneas bien construidas i bien nivela-das; i en tales casos, los rieles de peso normal han funcionado ifuncionan, aun con trenes cüyas velocidades alcanzan a 90 kiló-metros por hora, sin que les falte la estabilidad para un buenserviCiO.

Otra medida que se ha tomado para contrarestar este mal, esaumentar la altura de la seccion del riel, sin aumentar su peso:se aumenta así su momento de inercia i por consiguiente su re-sistencia a la flexion, procurando así que las desnivelaciones dela vía o la falta de lastre, sean menos sensibles i produzcan: me'-nos solevantamientos en los durmientes. Con las vías de made-

ra este remedio es peligroso, por cuanto aumentando la alturadel riel, se aumentan los esfuerzos que se trasmiten a los clavos,etc. para evitar volcamien tos i vencer las acciones laterales; porotra parte, esta manera de proceder disminuye la rigidez delriel en el sentido transversal quedando mas espuesto a las defor-maciones por causa de los choques contínuos con los rebordes delas ruedas. Por estos motivos, con las vías de madera, no se tocaeste recurso, i en la práctica se hace preferible aumentar el ~ú-mero de durmientes por kilómetro de vía, es decir disminuir eltramo, para disminuir los esfuerzos de flexion, i no aumentar laaltura de la seccion del riel.

Con las vías metálicas se hace mas fácil tocar este recurso sepuede sin disputa aumentar un tanto la altura del riel sin aumen-tar su peso, por cuanto son mas firmes las uniones de los rielescon los durmientes, y por cuanto se puede contrarestar, la faltade rijidez transversal del mismo riel, estudiando de una maneraconveniente su perfil; es decir que, para la vía metálica, esteproblema no se resuelve aumentando el número de durmientespor kilómetro, sino bus~ando una relacion conveniente entre eltráfico de la línea, peso de las locomotoras que exije la esplota-

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42 ANALES DEL INSTIUUTO DE INJENIEROS

cion, combinada con una seccion de riel estudiada para satisfa-cer convenientemente a estas necesidades.

Se ve pues, por lo espuesto anteriormente, que hai considera-ciones jenerales que abogan en pró de las vías metálicas, i que siellas no han hecho un camino fácil, hasta ahora, ha sido, en pri~rner lugar por SUcosto i despues por las dificultades de tener

. perfiles adecuados; pero, dados los progresos deja metalurjia quehan subsanado en su mayor parte estas dificultades, los ensayos,de vías metálicas se repiten con mayo\es frecuencias, i sus resul-tados satisfactorios hacen que no se pueda dudar que dicho sis,tema tiene abierto su porvenir.

Los solos puntos de las líneas donde no deben ponerse dur-mientes metálicos, desde el primEtr momento, son aquellos don-de hai terrenos movedizos i pantanosos: felizmente, estos casosson raros i en trechos cortos en una línea. En esos lugares, lavía se hunde constantemente, y por consiguiente deben levantar-se los durmientes con suma frecuencia a. su altura primitiva,operaciones siempre mas costosas con las vías metálicas que conlas vías de madera. La conservacion de, estas partes de la vía esmenos costosa con durmientes de madera: por su forma i no pre-sentar perfiles que dejen huecos que rellenar constantementecada vez que se levante el durmiente. Por consiguiente, un dur-miente metálico, de perfil distinto al del durmiente de madera,no debe ponerse en estos lugares, sino despues de la consolida-cion perfecta de la infra-estructura de la vía. .

II

MATERIAL DE CONSTRUCCION.-FUNDICION, HIERRO 1 ACERO

El poco éxito obtenido al principio con las aplicaciones de losdurmientes metálicos, fué debido, en gran parte, al material em-pleado en su fabricacion. Sin disputa, la fundicion no es el me-tal adecuado para unl,lso semejante: quebradiza por naturaleza,.¡ prestándose poco para obtener 'perfiles mas o rnénos complica-dos, sin que sus espesores sean excesivos, i por consiguiente suspesos i costo exajerados, este metal, n,o era posible que encon-

DURMIENTES METÁLICOS 43

trara un campo de aplicacion en la fabricacion de los durmientesmetálicos.

El hierro, prestándose fácilmente a la laminacion, con un cos-torelativamente bajo) fué naturalmente desde el principio el me-tal escojido para las aplicaciones prácticas de las vías metálicas;sin embargo, no se podian tomar con él, perfiles mui complicados,por cuanto las soldaduras de lós paquetes quedaban mal hechas, ial poco tiempo de uso, los durmientes de hierro sufriendo lastrepidaciones constant~s de la vía, eran esfoliados i maltratadog.Estos hechos, hicieron fracasar mas de un ensayo, i retardaronconsiderablemente el desarrollo de las vías metálicas) las que só-lo principiaron a vencer estas resistencias cuando la mayor parte.de las dificultades de la laminacion fueron subsanadas por losprogresos de los procedimientos metalúrjicos.

Ultimamente, el acero, metal compacto i homojéneo, que sefunde con facilidad i se deja laminar en mejores condiciones queel hierro, sin esta.r espuesto a esfoliaciones, es naturalmente, elmetal escojido para las vías metálicas, i con tanto mayor razoncuanto que su precio se reduce cada dia mas i mas.

No seria posible, tal vez, opor lo menos seria mui costoso ob-tener, con el hierro, en estos casos, un buen material, haciendopasar por los laminadores~ las diferentes capas de paquetes, lascuales quedarian mas o menos soldadas i no presentarián la ho-mojeneidad necesaria que es la que se consigue con el acero.

Se puede pues casi asegurar, que el mal éxito obtenido ante-riormente con perfiles de alguna complicacion como los Wau-thering, ha sido debido, sobre todo, a su mala calidad, que noigualaba, ni con mucho, a los que producen las forjas actuales.

Desde el estremo de los durmientes metálicos, los procedi-mientos de fabricacion i elaboracion han hecho progresos enor-

mes. El método de la"!tinadol' con perfil val'iable,es decir a cali-bre 'periódico, aplicado por la industria a diversos productos, hapermitido, en muchas ocasiones, economizar la materia en granescala. Una de las mas importantes aplicaciones de este princi-pio, ha sido la de los durmientes metálicos. Este procedimiento,que permite alejar o aproximar los cilindros) permite que un

44 ANALES DEL INSTITUTO DE INJENIEROS

mismo tren de laminadores pueda fabricar durmientes de di'fe-rentes espesores.

El acero, colocado como durmiente, no se amohosa mas quelos rieles. Pocas compañías usan precauciones especiales, paraprevenirse contra la oxidacion del metal, como por ejemplo lagalvanizacion, el alquitran, el minio, etc., por cuanto se ha no-tado que la oxidacion es insignificanie. ~~n los durmientes colo-cados en las lineas de gran tráfico, despues de veinte años deservicio, la disminucion de su peso no ha sido mas de un cuatropor ciento.

Dados estos antecedentes, se ve que el acero fundido:i homojé-neo~ será el material escojido para la laminacion de los durmien-tos metálicos de la actualidad i del porvenir.

Mr. Bricka, en su informe al Ministerio de Trabajos Públicode Francia, sobre los durmientes metálicos, dando cuentas ¡:lelos inconvenientes del] uso del hierro martillado, empleado ca-si esclusivamente en los durmientes metálicos hasta 1878, dice losiguiente: «Los esfuerzos transversales, producidos por el pasajede los trenes ejercen sobre los durmientes, en los puntos de reu-nion con los rieles, una compresion enérjica cuando las fibrasvecinas no soportan ningun esfuerzo directo; la despegadura, ba-jo estos choques sucesivos, de fibras paralelas es casi inevitablecon el hierro mediocre,» i es a esta causa que debe atribuirse lafacilidad con la cual los durmientes metálicos se han rasgado enlos ensayos hechos en Béljica i Francia, cuando los hierros noeran de buena calidad.

El acero dulce, jeneralmente empleado ahora, da excelentes re-sultados. Las condiciones de resistencia impuestas comunmentea este metal son las siguientes: Resistencia a la traccion 45 kiló-gramos con 15 por ciento de estiramiento mínimo a 35 por cien-to de encojimientode la seccion mínima. La maleabilidad i ductibi-lidad de este metal es tal que puede doblarse en fria, i en casos de ~

desrrielamientos, los durmientes se desforman sin romperse: enfin, este metal resiste bien la oxidacion, como lo hemos dicho,;su precio es sensiblemente igual al del hierro.

)

DURMIENTES METÁLICOS 45

.III

PERFIl' DEL DURMIENTE-:bNIONES DE LOS RIELES CON LOS

DURMIENTES

Como lo hemos dicho, el perfil del durmiente debe ser perfec-tamente calculado con relacion a los esfuerzos que tiene que so-portar para impedir sus deformaciones; i su forma debe ser talque dé, a la vez, una gran resistencia a la flexion, con un pesomoderado, procurando la mayor base horizontal posible i dÜposi-ciones adec~ada,~para impedir los resbalamientos laterales.

Determinada la seccion del durmiente, teniendo presente elmaterial rodante de la via, los accidentes del perfil lonjitudinal,queda siempre por estudiar el nudo gordiano de las vias metáli-cas: el sistema de amarra del riel con el durmiente.

Siendo estos puntos de vital importancia, puesto que de ellosdepende la estabilidad de la via, haremos, aunque sumariamente,la reseña de los esfuerzos que deben tenerse presentes para elcálculo i determinacion de las secciones transversales de estas

pIezas., Si la capa de lastre sobre la cual reposa el durmiente, se man-

tuviera inamovible i no fuera constantemente chancada i tritu-

rada por la accion del paso de los trenes, un durmiente perfecta-mente rameado, i que presente una superficie de apoyo sobre elsuelo, suficientemente grande, para no ejercer sobre él presionesexesivas, no deberia trabajar, sino a la compresion i servir decojinete o intermediario para repartir sobre el lastre las presio-nes que orijinan las fuerzas P. P. (fig. 1) del rodar del materialsobre la via. En este caso, la aplicacion de las fórmulas mas ele-mentales darian las dimensiones mas convenientes para resistira estos esfuerzos, i para con trarestar tambien, debidamente, lasfuerzas horizontales Q. Q. ocasionadas por los movimientos late-rales del material rodante, i desarrollo de reacciones, etc., queocasionan las curvas, debidas a la fuerza centrífuga i condieionesde construccion del equipo de las líneas férreas, que obligan a

46 ANALES DEL INSTITUTO DE INJENIEROS

mantener las ruedas fijas inYariab]emente a los ejes. Pero, enrealidad, estas circunstancias no se presentan, sino excepcional-mente en una via; i lo comun es que, la capa central del lastrea b e d e, se solidifique mas que los prismas f f de los estremos.De modo que existe siempre, mas o menos, la tendencia de do-b]arse el durmiente, al rededor del punto central e. Fsta tendenciaserá. tanto mas acentuada, i las fuerzas P P que actuan teniendosus puntos de aplicacion en los descansos de los rieles, hacensentir mas o ménos su accion, segun el estado de ]a línea; parael cálculo, conviene tomar como base, las situaciones estremasque puedan: producirse, i en e] caso actual, se en contraria repre-sentada por una viga solicitada, como lo muestra la fig. 3, apo-yada en su punto central (', debiendo resistir a dos fherzas equi-distantes i de igual intensidad P P; por consiguiente, para elcálculo se pueden considerar las dos mitades del durmiente eo i

cp como encontradas en el punto e i libres en los e~tremos e i p,con las fuerzas P P aplicadas en los puntos m in, siendo las dis-tancias cm i en iguales a la mitad de la trocha de ]a via. Se com-prende fácilmente ahora que, teniendo presente los gastos deconservacion, nunca serán demasiados, los cuidados i vijilanciaque ejerza el personal de la via para impedir que se produzcaeste fenómeno, i el durmiente quede espuesto a los esfuerzos es-tremos que se han considerado en la fig. 3, i que para evitaresto, lleguen muchas veces a procurar efectos contrarios ramean-do fuertemente los durmientes en los ¡Juntos s s en cierto trechodebajo de los rieles (fig. 4) dejando enteramente suelta ]a ,partecentral e, lo que tambien es criticable por cuanto provoca la de-formacion de los durmientes como lo manifiesta la fig. 5; defor-

macion tan peligrosa i que fatiga tanto e] material, co~o la an-terior. Los durmientes de madera, en estos casos, se quebranconstantemente en ]os puntos m i n, debajo de los rieles. Si sequisiera tener presente en los cúlculos estas circunstancias, ten-dríamos que considerar los durmientes (fig. 5) como piezas apo-yadas en sus estremos p i o sometidas a la accion de las fuerzasP P, cuyos puntos de aplicacion se encuentran equidistantes delcentro e, siendo la distancia em i en iguales a la mitad de ]a trocha de la via.

DURMIENTES METÁLICOS 47

Pára determinar la intensidad de las fuerzas P P, etc. (fig.1.)

que actuan sobre los rieles i los durmientes, hai que considerarla distancia a que se encuentran colocados los durmientes decentro a centro (fig. 6) i el peso que gravita sobre los eJes delmaterial rodante: pero, para tomar en cuenta en los cálculos, losdesperfectos de la via, se supone que falle el apoyo del lastre,durmiente por medio, así es que si los durmientes se encuentránespaciados de 0.90 de centro a centro, se consideran para el cál-culo de los rieles sus uniones i de los durmientes como si se en-contrasen colocados de 1. 8 de centro a centro.

Las fuerzas laterales que se desarrollan se calculan tambiende una manera mas o ménos precisa, aplicando las fórmulas de.las fuerzas centrífugas, conociendo el radio de las curvas i la ve-locidad de los trenes. Hai que tener presente tambien el empujedel viento sobre los vehículos, el cual se determina conociendola superficie herida por el viento i su velocidad. Los esfuerzosdebidos a los movimentos laterales son difíciles de calcular, porcuanto ello::; dependen de una serie de circunstancias mui varia-bles: despues de examinar los resultados de varias esperienciás,se ha considerado que pueden ser avaluados de una manera con-veniente por medio de una fórmula empírica que dice, que el es-fuerzo latera les igual a 0.15q, llamando q el peso de los trenes quecirculan en la via.

Determinados los esfuerzos que actuan sobre el durmiente, seprocede a estudiar el perfil que satisfaga las exijencias del trá-fico; porque, como lo hemos dicho antes, la mayor parte de lasdificultades que se han presentado hasta la fecha, en las viasmetálicas, han sido debidas a defectuosas construcciones de per-files inadecuados para las exijencias del tráfico; pero, ahora haila seguridad que un perfil bien estudiado; se puede elaborar con-venientemente, dando perfectas garantias sin que se necesiteun lastre especial para, la colocacion de estos durmientes.

Los primeros durmiehtes metálicos pecaban por su debilidad,porque se preocupaban, erróneamente, de darles un peso tal, quesu precio de costo no excediese del de los durmientes de madera.De esta debilidad resultaron numerosos inconvenientes en las

esplotaciones, i por eso muchas compañías abandonaron los dur-

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mientes metálicos despues de"sus primeros ensayos; pero otras,estudiando sus defectos, los remediaron aumentando la seccion, ialgunas de ellas cayeron en el estremo contrario, exajerando elpeso, i l1egaron a colocar en la via durmientes de 75 kilógramos,cuando los primitivos solo pesaban 25 o 30 kilógramos.

El uso de laminadores pudiendo dar perfiles variables, es decira calibres periódicos, .aplicado últimamente, ha permitido unaeconomia en gran escala de la materia, permitiendo que salgand0 los laminadores durmientes metálicos provistos de la inclina-cion de 1/20 en las superficies de apoyos i de un refuerzo en lalámina del tablero, en este mismo punto, condensando así la ma-teria donde ella debe encontrarse. Esta innovacion ha dado porresultado, como 10veremos al describir algunos tipos de los dur-mientes usados, una economia notable en el peso de los durmien-tes, que varía en un 10 a un 200/0, segun el perfil, iademas, evitatoda complicacion de sillas de inclinacion. Este procedimiento nodisminuye, de ninguna manera, la resistencia del metal, 10 queno sucedia con los antiguos procedimientos empleados, para obte-ner, sin sillas, las inclinaciones de 1/20, como eran, por ejemplo,las infleccionespor medio de golpes, etc.

En todas partes, donde los accidentes del terreno impiden lostrazados cómodos i fáciles, se encuentran curvas mas o ménoscerradas, o de corto radio, i en tales circunstancias, cuando seu~an durmientes metálicos con perfiles mal estudiados, la espe-riencia ha demostrado que hai una tendencia mui marcada acorrerse la via; es decir que el esfuerzo horizontal que desarrollael paso de un tren, en un momento dado contra el riel esterior,no se encuentra debidamente contrarrestado, e impele la via amoverse lateralmente resbalando sobre el lecho del camino.

Estos resbalamientos laterales, no ocurren jamas con los dur-mientes de madera, siempre que la capa de lastre se encuentrebien conservada i con su ancho correspondiente. El rozamientoque se desarrolla en el contacto de la madera con las piedrecillasdel lastre, las cuales, por causa de las presiones, provocan hendi-duras i se incrustan mas o ménos en la superficie de apoyo deldurmiente poniéndolo áspero, son jeneralmente suficientes, porsí soJas, para contrarestar las acciones laterales. 1 en una línea

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bien tendida, hai a mas de esto, el prisma de lastre que se en-cuentra frente a las cabezas de los durmientes que se opone tam-bien a estos resbalamientos.

Es preciso, entonces, tener mui presentes estos hechos ál hacerel estudio de los perfiles de los durmientes metálicos para un casodado, i combinarlo de tal manera que no exija un lastre especiali que, sin embargo, tenga la adherencia necesaria con la cama dela via, para provocar rozamientos suficientemente fuertes: hacerque los estremos do los durmientes presenten combinaciones idisposicioneq adecuadas para procurar las mismas ventajas quelos durmientes de madera que se quieren reemplazar, es decirque arrastren consigo el mayor pr~sma de lastre posible, cuandose trate de resbalamientos transversales.

Hai tambien que tener mui presente, al hacer el estudio de unperfil de durmiente metálico, la clase de suelo que sirve de camaa la via, pam segun eso, ver cuál debe ser el mínimun de la su-perficie de apoyo necesario para no trasmitir presiones indebidas;si este mínimun conduce a dimensiones exajeradas, ha1 que pro-curar aumentar el número de 'durmientes por kilómetro' corridode via, sin que por esto sea permitido acercar los durmientesindefinidamente, por cuanto, mas allá de cierto mínimun, el ra-mea de la línea seria completamente defectuoso. La práctica hademostrado, que usando en cada caso durmientes metálicos debi-

ramente perfilados, no se necesita ni un lastre especial, ni mate- '

riales de gran dureza para ramearlos convenientemente i mante-ner en buen estado los niveles de la via, procurando una fácilsalida a las aguas de lluvia.

Hasta aquí solo hemos hablado de las vias metálicas sobre dur-mientes, dejando completamente a un lado las vias establecidas

sobre largueros. A este respecto, Mr. Bricka, en su informe yacitado, hace presente que este sistema se habia desarrollado du-rante algunos años en Alemania; pero ahora se ha abandonado

por cuanto se han convencido. quela$ventajas"Clue se obÍien~,Con ellas son mas teóricas que reales. Así la economia que se pen-saba obtener con los largueros,i en razon de la disminucion dellargo de los soportes, por metro corrido de via, se encuentra com-pensada, por la necesidad de multiplicar las amarras para-Ínal1ter

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ner la trocha. Es sumamente difícil, con larguero s, mantener latrocha de una manera regular, como se hace con los durmientes;a mas de eso, las salidas de las aguas de lluvia es casi imposiblede realizar prácticamente i económicamente.

El defecto de solidaridad entre los dos largueros, constituye un, peligro de desrielamiento; i por otra parte, para reemplazar un

larguero, o su colocacion en las curvas, son operaciones largas,difíciles i costosas. «Estos inconvenientes, dice Mr. Bricka, sonahora reconocidos de una manera jenerah i esplican el abándonode este sistema, i agrega mas adelante: «La via sobre durmienteses el solo sistema de vias metálicas que. ha soportado con éxitouna esperiencia prolongada. Se puede ahora considerar este éxitocomo completo, i la sustitucion del metal a la madera dependeen realidad de la relacion de sus precios.»

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Durante mucho tiempo fué causa de desprestijio de las vias me-tálicas Ja defectuosa union que se procuraba entre los durmientesi el riel. A estas uniones no se les ha criticado falta de solidez,por cuanto basta calcular convenientemente sus dimensiones paraestar a salvo de semejante reproche; pero sí por ser molestas iengañosas dé modo que no se prestan para un servicio cómodo ieconómico de atencion i conservacion. Sin embargo, apesar deestos inconvenientes, no se ha podido ménos que reconocer quebajo el punto de vista de seguridad de la via, no hai comparacionentre las uniones que procuran los durmientes metalicos con lasque se consiguen por medio de los clavos o tornillos con los dur-mientes de madera. Esta consideracion ha sido tomada tan en

cuenta por los injenieros que se han ocupado de las vias metáli-cas, que, como ya lo hemos dicho, no ha habido inconvenientepara pensar en estos casos en aumentar el alto de la seccion delriel, sin aumentar su peso por metro corrido.

La objecion mas séria hecha contra las uniones de los durmien-tes de hierro o acero, es el contacto metálico que existe entre elriel i el durmiente. Por mui perfecta que sea esta union entre el

riel i fas piezas que procuran su afianzamiento, la mas pequeñafrac0ion de contraccion o espansion desigual entre las diversas

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piezas de metal, debidas a los cambios de temperatura, deja a losrieles cierto juego que les permite vibrar, i de ahí producirse cris- .talizaciones perjudiciales i que comprometen la solidez del metali un ruido tan fuerte que se hace casi imposible que un pasajeropueda conversar con otro. \-

La tendencia jeneral, ahora, es tratar de evitar el contacto me-tálico e~tre los durmientes i los rieles, i para ello se intercalantrozos de madera interpuestos entre los rieles i el durmiente, so-lucion que ha sido mui usada últimamente. Todos los que se ~anocupado de esta cuestion están mas o ménos de acuerdo en darimportancia al hecho de quitar el contacto metálico entre el riel iel durmiente; sin embargo, la grave subjecion de introducir trozosde madera, ha hecho que se estudie con esmero una buena unionmetálica, i no hai que dudar que se llegará a una solucion comple-tamente satisfactoria i a hacer desaparecer, si no del todo. porlo ménos de una manera práctica, las objeciones que se hacen aeste respecto. Como 10 veremos al estudiar los diversos tipos, losprogresos hechos constantemente, hacen creer que esta solucionno se encuentre mui lejana.

Otra de las dificultades que se presentan para las uniones me-tálicas, es que hai que combinar sistemas o juegos de piezas,mas o ménos injeniosas para atender a las exijencias de la via, esdecir, la in/31inacion de 1/20 con que son colocados'los rieles, lasalzas convenientes en las cnrvas; sobre todo, las disposicionesnecesarias para atender, en estos puntos, al ensanche convenien.te de la trocha, exceso que, como se sabe, varía con el radio decurvatura. Muchos i mui variados sistemas se han imajinado;pero solo en estos últimos años se ha llegado a soluciones conve-nientes i fáciles, que no exijen un número complicado de piezastyo~juntamente con disposiciones cómodas para que los ajentesd.e la via puedan atender al ensanche, etc., sin recurrir a piezase,spociales.

Dada las disposiciones de estas piezas, es casi imposible estu-diarIas de una manera jeneral i como ya hemos analizado los es-fuerzos que las solicitan, i a los cuales tienen que resistir, vere-

, mas sns disposiciones de detalle al describir los diferentes tiposmas usados.

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Mr. Bricka, dice a este respecto, en su informe ya citado 111Mi-nisterio Frances de Trabajos Públicos lo siguiente: «Lo que sepuede considerar como cierto es qlle el problema de las uMonesestá resuelto desde hace algun tiempo, i que con los diversos sis-temas que vamos a indicar, se puede obtener una solidaridadperfecta del riel con el durmiente, los que se mantienen a la pa-sada de los trenes coroo si formaran una sola pieza.)

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Resumiendo tenemos: que para que un perfil de durmientemetálico sea satisfactorio se necesitan los requisitos siguientes:

1.° Que sus dimensiones sean debidamente calculadas con re-lacion a los esfuerzDs que tienen que soportar, repartiendo la ma-teria de una manera conveniente para no exajerar su peso.

2. o La superficie de contacto con el lastre debe ser suficiente,para que no exija un material especial, trasmitiendo al suelo car-gas proporcionales a su naturaleza.

3.° La forma del perfil debe ser tal, que permita el rameo fácp,sin exijencias de herramientas ni disposiciones especiales.

4.° La superficie de rozamiento contra el lastre i las disposicio-nes de sus cabeceras, deben ser tales, que impidan los resbala-miento s, oponiendo una resistencia suficiente contra lo's movi-mientos laterales.

5.° Las uniones de los rieles con los durmientes deben presen-

tar en jene~allas disposiciones siguientes: L° Ser bastante fuertespara resistir convenientemente los esfuerzos que tienen que &0-portar; 2.0 Tener el menor número de piezas especiales o com-plicaciones, para que su manejo, al enrielar o renovar la via, nosea engorroso; i 3.° No dejar juegos entre sus piezas que puedanpermitir vibraciones que deterioren el máterial de la via.

(Continuará).