BLOQUE B.1 - Estructura de La Via

FERROCARRILES Y TRANSPORTE GUIADO4 CURSO - INGENIERA CIVIL

BLOQUE B.- ESTRUCTURA DE LA VA

Lnea de Alta Velocida Madrid - Valencia. 2010.

ndice de Temas:

1. La Va Ferroviaria

2. El Carril

3. Las Traviesas

4. Las Sujeciones

6. La Plataforma

7. Las Juntas 8. La Va sin Juntas (B.L.S.)

9. La Va en Placa

10. Aparatos de Va

5. Las Capas de Asiento

1.- LA VA FERROVIARIA:

Componentes

Camino de Rodadura

Va Material

Movimiento de Lazo

Ancho de Va

Glibos

Entreva

Componentes de la Va

Componentes de la Va

Va Ferroviaria

=

Va (Camino de Rodadura)

+

Instalaciones(Electrific, Sealizac. y Segur., Comun.)

Tipos de Va

Va en Balasto

Va en Placa

La Va Ferroviaria (Camino de Rodadura)

Se compone de:

1. INFRAESTRUCTURA O PLATAFORMA

Conjunto de obras necesarias para construir la va:- natural: tierra, trinchera,- artificial: tneles, viaductos, puentes

2. SUPERESTRUCTURA

- dos carriles, cuya inclinacin y separacin relativa son mantenidas por las traviesas(piezas transversales), que estn apoyadas sobre una capa de balasto (de espesor variable) y dems capas de asiento.- otro material: sujeciones, etc


Funciones de los elementos:

- Carril:- Conduccin Guiado- Sustentacin de cargas: elemento resistente que recibe directamente las cargas a travs de las ruedas- Circuito elctrico (de retorno de traccin elctrica; sealizacin)

- Traviesas:- Mantener espacio entre carriles (ancho de va)- Mantener inclinacin de los carriles- Transmitir esfuerzos al balasto

- Balasto:- Dota a la va de elasticidad vertical para abosorber esfuerzos dinmicos, facilita el drenaje y transmite las cargas al subbalasto

- Subbalasto:- Capa ms profunda de la superestructura, protege la plataforma del punzonamiento, y al balasto de instrusiones de material


Caractersticas de la Va:

- Flexibilidad: La rodadura acero acero es muy rgida, por lo que es necesario obtener cierta flexibilidad para absorber aceleraciones y reducir los esfuerzos de impacto (ocasionados por desnivelaciones)

Va m Cargas / Respuestas o Material (tractor, mvil, autopropulsado)

- Resistencia al avance: es muy baja, por lo que hace falta por fuerza para mover los vehculos (2 kp/t): se traduce en ahorro de energa.

- Baja adherencia entre rueda y carril: provoca patinajes, cuando el esfuerzo tractor es superio al adherente.

- Las ruedas no patinan por un lado por la deformacin que se produce en la superficie del carril y por otro, por la deformacin que experimentan las ruedas -> actan como un "microengranaje", lo que provoca un desgasete entre ambos. En el fenmeno de microengranaje tambin colabora las rugosidades imperceptibles tanto en la llanta como en la rueda.- La adherencia disminuye si los railes estn engrasados y llega al mximo si estn secos.



- Pendientes muy pequeas y distancias de frenado elevadas.

- Continuidad Geomtrica en planta y en perfil: evita aceleraciones bruscas de los ejes del vehculo (tangencias y curvatura)

- Los fallos en la continuidad provocan aceleraciones verticales y horizontales, que producen un aumento de las cargas dinmicas.- Aumenta la resistencia a la rodadura, incomodidad para los viajeros, deterioro de suspensiones, etc...- La va se deteriora mucho antes que una que tenga una geometra perfecta.- Se deben controlar los siguientes parmetros:- Nivelacin longitudinal- Alabeo de la va- Ancho de va- Nivelacin transversal- Alineacin (flechas)

La Va Ferroviaria (Camino de Rodadura)Caractersticas de la Va: Parmetros a controlar

- Nivelacin longitudinal: cota de la superficie de rodadura de un hilo de la va referida a un plano de comparacin- Alabeo de la va: considerando las cuatro ruedas de un vagn o los dos ejes de un bogie: se define, en una seccin transversal, como la distancia entre el punto de apoyo terico de una de las ruedas y el plano determinado por los puntos de apoyo reales de las otras tres, cuando el eje delantero se encuentra en una citada seccin transversal.

Fuente: Ferrocarriles. UGR.


- Ancho de va: distancia entre las caras activas de las cabezas de los carriles de la va. Se mide 14 mm. por debajo de la superficie de rodadura.- Nivelacin transversal: diferencia de cota entre las superficies de rodadura de los dos carriles en una va, medidas en una seccin normal al eje de la misma.- Alineacin (flechas): se determina por la proyeccin horizontal del hilo director definido por el proyecto o por el replanteo.


Caractersticas de la Va: Parmetros a controlar


- Dureza del acero: Absorbe y Transmite elevadas cargas por eje; se produce un dbil desgaste entre rueda y carril.

La carga mxima admisible es 20 t/eje, llegando en algunas lineas a 22 T/eje.En USA puede llegar a 30 t/eje.

- Inclinacin del carril haca el interior (1:20 (5%), excepcionalmente 1:40): mejora la estabilidad y reduce los desgastes de la llanta



La Va Ferroviaria (Camino de Rodadura)Caractersticas Mixtas:

- Juego de Va (j) = G - D

Ancho de Va (G)

Distancia entre bordes de pestaas (D) medida 10 mm

bajo el plano de rodadura Plano de Rodadura

Si j es grande o marcha senoidal peligrosaSi j es pequeo o la pestaa ejerce constantes rozamientos y presiones sobre el

carril: ruidos, peligro de descarrilamiento

Espaa: j = 2 x 9 mm Europa: j = 9-15 mm EEUU: j = 21 mm

El juego de va evita el roce continuado con el consiguiente desgaste

- Es la diferencia entre el ancho de va y la distancia entre las caras externas de las pestaas a 10 mm por debajo del plano de rodadura.- Se introduce para permitir el desplazamiento lateral del eje en las curvas y para evitar el continuo rozamiento pestaa/carril.


Caractersticas Mixtas:

- Sobreancho

El eje del material ataca en las curvas oblicuamente al carril, lo que obliga acrear un sobreancho en las curvas.

El sobreancho (S) es funcin del Radio de la curva (R)

Frmulas empricasS = - 0,012 (donde S y R en metros)

S = (R en metros y S en mm)

6

R(100 R) 2

27.000

Espacio adicional al juego de va (entre pestaa y carril) que mejora la inscripcin del vehculo en la curva


Caractersticas Mixtas:

- Sobreancho

Fuente: Cuaderno II. Estructura de la Va. Curso ferrocarriles. M. Losada.


Caractersticas del Material:

- Calaje (dispositivo para limitar los movimientos de una carga): Eje montado

- Los ejes y las ruedas forman un solo bloque, consiguiendo ms resistencia.- Se dificulta el paso por curva: el camino exterior es mayor que el interior: ocasionando patinajes y esfuerzos de torsin.


Caractersticas del Material:

- Llantas (Forma; Pestaas interiores):

o Evitan tendencia al descarrilamientoo Compensan, en parte, en curva, los deslizamientos relativos

de una rueda y otra (la rueda exterior recorre un crculo de mayor dimetro que la interior)

- Troncocnicas: Dimetro medio 1 metro y conicidad 1/20 (5%)

La Va Ferroviaria (Camino de Rodadura)Caractersticas del Material:

- La longitud de los carriles interior y exterior se puede conocer con los radios de cada uno de ellos. siendo e el semiancho de va y el ngulo que abarca la curva y R el radio de dicha curva:

- El exceso de longitud del carril exterior es:

- En curva: el eje se desplaza al exterior, con lo que el radio de la rueda exterior aumenta en la misma proporcin que disminuye el de la rueda interior.

- Siendo el ngulo de la conicidad de la rueda. Al ser muy pequeo puede sustituirse por el ngulo:

AntonioNota adhesivaQUITAR ESTA TRANSPARENCIA Y PONER UNA CON EL DESARROLLO DE LA pgina 86-87, del libro 2011 Ferrocarriles.

La Va Ferroviaria (Camino de Rodadura)Caractersticas del Material:- Cuando se produce un giro del eje montado, el recorrido de cada rueda es:

Rueda exterior: Rueda interior:- Por tanto la rueda exterior recorre en cada giro del eje un exceso de longitud:

- El nmero de vueltas de cada rueda para recorrer la longitud de la curva es:

- Por tanto, el incremento de recorrido de la rueda exterior respecto de la interior es (el exceso de longitud de cada giro x nmero de vueltas):

- Igualando el exceso de longitud del carril exterior y el incremento de recorrido de cada rueda, se obtiene el desplazamiento lateral del eje (y) para compensar la diferencia de longitud entre carriles:

La Va Ferroviaria (Camino de Rodadura)Caractersticas del Material:- Igualando el exceso de longitud del carril exterior y el incremento de recorrido de cada rueda, se obtiene el desplazamiento lateral del eje (y) para compensar la diferencia de longitud entre carriles:

- Puesto que el radio de las ruedas es 0,50 m y el semiancho de va es 0,834 m, y la conicidad de las ruedas es 0,05, para una curva de radio 1.000 m, el desplazamiento lateral necesario sera:

- Por ello en Espaa se adopta un valor de juego de va j = 2 x ymx = 2 x 9 mm.

Pregunta: Cul es el radio para el que no existe deslizamiento relativo?: para un radio infinito de la curva = RECTA.

La Va FerroviariaMovimiento de Lazo

trepidacin

galope o cabeceo

Movimiento de Lazo o serpenteo

balanceo

vaivn

choque lateral

- El punto de equilibrio de apoyo de las ruedas sobre los carriles se corresponde con su radio nominal (r) y, normalmente, es el que se da en las rectas. - Al pasar por una irregularidad en la va, o al salir de una curva, el punto de apoyo no es el de equilibrio, y el eje ferroviario va realizando una serie de oscilaciones hasta recuperarlo.


Se produce en alineaciones rectas, cuando una rueda toma un cierto avance (p.ej.: por irregularidades de la va), rueda sobre un crculo menor que la opuesta, con lo que se produce un efecto de llamada hacia el centro.

La sucesin de movimientos hace que el eje al moverse en una recta no siga una trayectoria recta, sino que describa una trayectoria senoidal.

Efectos:

- Aceleraciones significativas, deterioro del confort de la marcha,- Choques entre la cabeza de los carriles y la pestaa.- Disminucin del tiempo de fatiga del vehculo ferroviario (mayor a menores frecuencias).


- La rodadura del eje montado se asimila a la de un bicono unido por las bases- En un momento dado se desplaza del eje de la va una distancia y, apoyndose en los puntos n y m de los carriles. Con crculos de rodadura m1-m-m2 y n1-n-n2.- El giro de ese bicono equivale al giro del cono I-m1-n1-n2-m2, sobre el eje IO.- De manera que, I es el centro instantneo de rotacin del centro del eje y IO es el radio de curvatura de la trayectoria en ese punto:


Siendo y=f(x) la ecuacin de la trayectoria del eje montado,

y' ser la tangente a la curva en dicho punto e y'' es el radio de curvatura de la trayectoria en ese punto. Se verifica que:

y se deduce que:

Se trata de una ecuacin de movimiento armnico, regida por las ecuaciones:

- La longitud de onda para los valores habituales de RENFE: (e=0,87m, r=0,50m, =0,05) es de 18,50 metros.

- La amplitud mxima es de 4,5 mm.: es una sinusoide muy achatada

En algunos paises, para aumentar la longitud de onda, se ha reducido la conicidad a 1:40. Otras opciones son: aumentar el ancho de va, o el dametro de ruedas.

La Va Ferroviaria

Ancho de Va

Distancia medida entre las caras interiores de los carriles de uno y otro lado de la va.

Se mide en un plano situado 1 mmpor debajo del plano de rodadura.

Fuente: Infraestructuras Ferroviarias. Andrs Lpez Pita

La Va Ferroviaria

Ancho de Va

Va Ancha:

- Internacional (UIC): 1,435 m Conferencia de Berna 1907. Implantado en el 70% de las lineas de la red mundial.

Real Orden de 31/12/1844: Subercase y Santa Cruz

Implantado en Espaa y Portugal. (16% de la red mundial)

- Ibrico (Convencional): 1,668 m

- Argentina, Chile, India: 1,674 m (ancho Rennie)

Su expansin se debe a que era el ancho ms utilizado en la primera poca del ferrocarril.En Espaa se utiliza en: Metro de Madrid y Barcelona, LAV

La Va Ferroviaria

Ancho de Va

Va Estrecha:

- Se denomina as a los anchos de va inferiores al ancho internacional.- El ms extendido es la va mtrica: A= 1.000 mm.- Espaa tuvo numerosas lneas con vas de muy diversos anchos: 1.220, 1.000, 914, 750, 600mm ...- El ancho mtrico se utiliza en lineas convencionales y tranviarias y actualmente predomina en la red FEVE.- El 14% de la red ferroviaria mundial es de va estrecha.

La Va Ferroviaria

Comparacin entre va ancha y va estrecha

Ventajas de la va estrecha: ECONOMCAS

- Empleo de curvas de menor radio y fuertes pendientes:

. mayor adaptacin al terreno

. menores movimientos de tierra

. gracias a la menor resistencia a la traccin por menor efecto aerodinmico, y en las curvas, a causa del menor deslizamiento relativo entre las ruedas de un mismo eje.

- Menores dimensiones de plataforma, terraplenes y desmontes

- Economa en las capas de asiento y traviesas

- Economa en tneles, puentes y obras de fbrica

- Menor peso del material rodante

Las lineas de va estrecha, tenan el calificativo de "ferrocarril econmico", por el ahorro de costes derivado del consentimiento del marco legal que las regulaba.

La Va Ferroviaria

Comparacin entre va ancha y va estrecha

Inconvenientes de la va estrecha: EXPLOTACIN

- Menor capacidad de trfico, debido a que los vehculos son ms pequeos

- Menor estabilidad de los vehculos, que implica menor velocidad delas circulaciones

- No constituyen una red completa: necesidad de estaciones de trasbordo con la red general, tanto para viajeros como para mercancas, lo que implica un aumento del coste.

- Mayor coeficiente de explotacin (mayor a menor ancho)

Las limitaciones de la va estrecha no se deben asociar a su ancho, sino a que son consecuencia, en su mayor parte, de las restricciones impuestas por parmetros constructivos.

La Va Ferroviaria

Soluciones al problema de los distintos anchos de va

- Transbordo de personas y mercancas.

Transbordo contenedores en Portbou mediante gra prtico. (mn. 3horas)- Cambio de ancho de la red:

Elevado coste y de gran dificultad respecto el mantenimiento del trfico durante el proceso.- Material rodado con ejes o bogies intercambiables

Consiste en el cambio de rodadura en los puntos frontera.Se elevan las cajas mediante gatos hidrulicos y se reemplazan.Empresa pionera en Espaa en mercancas: TRANSFESA (1960).En viajeros, desde 1969: Expreso Madrid - Pars y Paris - Lisboa

- Trenes con ejes de rodadura desplazable. (Sistemas CAF y TALGO- Traviesa polivalente PR-90: Mediante el sistema de doble sujecin permite instalar carriles segn dos anchos de va- Va con tres carriles: Se basa en el empleo de traviesas AM-00 con cajeado preparado para recibir tres carriles.

La Va Ferroviaria


La Va Ferroviaria

Cambiador de Ancho

Instalaciones en las que se realiza el cambio necesario en un vehculo ferroviario para adaptarlo a un ancho de va diferente.

Sistemas en Espaa:

1. Sistema Talgo2. Sistema Brava (Bogie de Rodadura de Ancho Desplazable Autopropulsado)

(patente CAF) http://www.youtube.com/watch?v=UiqUwq5piRU

El cambiador puede ser distinto para cada sistema o dual (para los dos sistemas)

TALGO

BRAVA (CAF)


El sistema Talgo RD, para cambiar automticamente la distancia entre las ruedas de los eje, est diseado para ejes de vehculos tractores, de pasajeros y de vagones de mercancas, para que puedan circular por vas de 1000, 1435, 1520 y 1668mm.

La Va Ferroviaria

Glibo de Material

Es el perfil transversal que como mximo puede tener el material mvilpara no golpear con la va y otras instalaciones anejas (andenes, tneles, puentes, etc)

La Va Ferroviaria

Glibo Nacional Acondicionamiento de Carga

La Va Ferroviaria

Glibo de Obra

Define la posicin relativa de las obras de fbrica y obstculos respectoa la va y a l deben atenerse los proyectos de las obras que afecten a vas ferroviarias

La Va Ferroviaria

Entreva

Distancia entre los ejes de dos vas adyacentes

Velocidadmxima(km/h)

Entreva(mm)

LC 120 3,8LC 160 4LC 200 - 250 4,3LC 300 4,5UIC 300 4,3UIC 350 4,7

La Va Ferroviaria

Algunos Parmetros de Infraestructura

Fte: UIC

2.- EL CARRIL

1. Funciones 2. Material 3. Forma 4. Peso 5. Comportamiento 6. Retirada prematura de carriles 7. Duracin 8. Eleccin del carril

Los carriles constituyen el elemento fundamental y caracterstico del camino de rodadura, y por ello, deben ser minuciosamente estudiados, tanto desde el punto de vista de la seguridad como de la economa.

1. Funciones 1. Absorber, resistir y transmitir a las traviesas los esfuerzos que recibe del material mvil, as como los de origen trmico: !

Esfuerzos Verticales: - Cargas Estticas (verticales): peso propio de los vehculos - Cargas Cuasiestticas: fuerza centrfuga no compensada - Cargas Dinmicas: sobrecarga por masas no suspendidas y

suspendidas de los vehculos a causa de las irregularidades de la va o material, o de las oscilaciones del material

Esfuerzos Transversales: - Fuerza Centrfuga no compensada - Componente transversal de las fuerzas provocadas por el

movimiento de Lazo

Esfuerzos Longitudinales: - Esfuerzos trmicos - Componente longitudinal del movimiento de lazo - Aceleraciones producidas en el arranque y frenado

!

1. Funciones 2. Guiado del material mvil, dando continuidad tanto en planta como en alzado. 3. Conductor de corrientes de retorno cuando se utiliza la traccin elctrica. 4. Conductor de las corrientes de sealizacin, cuando se emplean circuitos de va.

!

2. Material - Inicialmente se fabricaban en hierro: sufran grandes desgastes y

deformaciones. - 1870: Fabricacin en acero: resiste mayores cargas y sufre menores

deformaciones y desgastes. ! Composicin: Aleacin de hierro con C, Mn, S. ! Mayor fragilidad y dificultad de soldadura, por lo que se limita

el contenido de dichos elementos al 0,90%. ! Su calidad depende adems del proceso de enfriamiento.

- Se tiende a conseguir aceros del tipo perlita-ferrita, que se caracterizan por su dureza, resistencia a golpes y desgastes.

! Tensin de rotura en torno a los 7.000 9.000 kg/cm2.

!

2. Material - Fases del proceso de fabricacin:

! Colada ! Lingotes (longitud 18-36 m en Espaa, 60

m. en Alemania) ! Laminacin (proceso por el que se pasa el

material incandescente a travs de rodillos giratorios acanalados que lo comprimen para darle forma)

! Enfriamiento ! Acabado ! Corte y perforacin de agujeros

para las bridas !

- Caractersticas bsicas del carril ! Uniformidad en la composicin qumica ! Ausencia de incrustaciones (aire, escorias) ! Gran resistencia a abrasin y choques ! Perfecta soldabilidad.

- Verificacin de la calidad ! Ensayos de caractersticas geomtricas, composicin, peso,

resistencia, dureza..

- Renovacin anual 3 7 % longitud de la Red => INVERSIONES (vida til 20 30 aos)

https://www.youtube.com/watch?v=_56v-Qm8VBY

Ensayos a realizar antes de la recepcin del Carril

Probeta

cabeza pie

Longitud til : 20 30 m

LINGOTE

ensayo de choque

macroscpico

qumico

traccin

Brinell

macroscpico

ensayos

2. Material


Anlisis Qumico !!!

Las fbricas efectan anlisis qumicos de cada colada. !

La composicin qumica debe tener unos porcentajes determinados de cada compuesto (C Mn Si P S) !!!!Propiedades de los elementos: !

- C: aumenta la dureza y estabilidad al desgaste (0,1%C => desgaste 8-10%); pero a mayor cantidad de C aumenta la fragilidad (dificulta el enderezado en fro)

- Mn: aumenta la dureza y resistencia al desgaste (1/3 menos que con el C, pero menores riesgos de fragilidad)

- Si: anlogo al Mn, pero su exceso puede producir riesgos de fragilidad - S y P: proporcionan extrema fragilidad. No son deseables

2. Material

Recomendacin UIC de la composicin qumica

Calidad Procedimiento de Elaboracin C (%) Mn (%) Si (%) mx P (%) mx S (%) mx Corriente Procedimiento Thomas 0,37-0,55 0,70-1,20 0,35 0,8 0,05

Procedimiento Bessemer 0,40-0,50 0,80-1,20 0,35 0,06 0,06 Procedimiento Siemens- Martn bsico 0,40-0,55 0,80-1,20 0,35 0,05 0,05 Procedimiento LD 0,40-0,60 0,80-1,20 0,35 0,04 0,05 Procedimiento elctrico 0,40-0,60 0,80-1,20 0,35 0,05 0,05

Dura A 0,60-0,75 0,80-1,30 0,5 0,05 0,05 B 0,50-0,70 1,30-1,70 0,5 0,05 0,05 B 0,45-0,65 1,70-2,10 0,4 0,03 0,03


2. Material

Peso

El peso de los carriles se determina suponiendo una = 7,85 gr/cm3 !!

El peso real de 20 carriles elegidos al azar no puede ser inferior ms que en un 2% respecto del peso terico

!!!!

Tolerancias Geomtricas !!!

En los perfiles destinados a los aparatos de va (cambios, etc.), las tolerancias se pueden reducir a la mitad


2. Material

Choque - Se efectan en la proporcin de 1 por cada 2 -3 lingotes. - Se deja caer un martillo de 1.000 kg. desde una altura variable entre

0,100,15 P (altura en metros siendo P el peso por metro lineal del carril expresado en Kg), sobre un cupn de 1.300 mm, apoyndose por su patn en dos apoyos separados un metro.

!

- Los cupones deben resistir sin fisuras los ensayos prescritos

Ensayos de Traccin - Proporcin: 1 por colada -Carga de rotura:

- Acero Normal: 70 85 kg/mm2 - Acero Duro: > 90 kg/mm2

- Alargamiento de rotura: - Acero Normal: > 14% - Acero Duro: > 10%


2. Material

Macroscopia

- Ensayos de macro-estructura y de macrografa - Objetivo: Detectar la presencia de S y P - Proporcin:

-Mnimo: 2 ensayos por cada 500 toneladas -Mximo: 2 ensayos por colada

!

- Procedimiento: Se somete una lmina del carril a la accin de un papel de citrato de plata, impregnado con cido sulfrico. Si existe S P, se produce H2S (cido sulfhdrico) o H3P (fosfamina) que se impresiona de negro en la plata

!

Dureza Brinell: Resistencia al desgaste

- Proporcin: 1 ensayo por colada sobre las mismas lminas que el anterior - Objetivo: Informacin - Espaa: Dureza Brinell > 270


2. Material

Contra ensayos y Garanta

Contra ensayos !!!

- Realizados por la siderurgia para comprobar los ensayos realizados.

Garanta !

!

- Hasta 31 de diciembre del ao N+5, siendo N el ao de fabricacin.

2. Material

Seccin variable => Dificultad de fabricacin => Seccin Constante (doble T)

3. Forma - Desde la invencin del ferrocarril, han experimentado multitud de

variaciones en cuanto a su forma. - Seccin variable: En los comienzos, el carril se apoyaba sobre dados

de piedra, y para adaptarse a los esfuerzos presentaba una seccin variable, que le dio la denominacin de carril en vientre de pez

- Seccin constante: ! Debido a que las cargas principales que soporta un carril son

verticales, la seccin ptima es la que se aproxima a una doble T. ! La forma del carril se tiene que adaptar a los efectos de la

rodadura, para minimizar desgastes. ! La simplificacin del proceso de fabricacin y el desarrollo de la

laminacin impuso el carril constante.

Bull Head:Carril de doble cabeza Muy utilizado en Reino Unido, Francia y Suiza.

Ventajas - Simtrico - Fcil laminacin - Posibilidad de reutilizacin

Realidad

No posible reutilizacin por la deformacin de la cabeza

inferior por el uso de cojinetes y cuas

3. Forma

Carril no simtrico. La cabeza y el Patn tienen distintas funciones

Carril Vignole - El ms utilizado, tiene el nombre del ingeniero que lo introdujo en Europa. - Forma de viga en doble T, con distinta forma en las alas superior e inferior.

3. Forma

Partes del Carril

- Cabeza

Altura Anchura Bombeo (Radio de curvatura de la cabeza) Inclinacin de las caras laterales Inclinacin de las caras inferiores

- Alma

- Patn

Carril Vignole

3. Forma

Altura: La necesaria para que a pesar del desgaste, el carril siga cumpliendo su misin hasta su renovacin !!

Teora de Hertz: la superficie contacto rueda-carril es una elipse (1 cm2), con una distribucin de tensiones en forma de paraboloide con una compresin mxima en el centro 50% mayor que la compresin media:

Esta tensin mxima terica supera las tensiones admisibles y las de rotura

Elasto - Plasticidad: roturas y deformaciones superficiales, redistribucin de tensiones internas

Carril Vignole. La cabeza

3. Forma

donde

Para valores normales de P, Rr y Rc el rea de contacto puede ser del orden de 1 cm2. !

Rc es el radio de curvatura del carril en el punto de contacto Rr es el radio de curvatura de la rueda en el punto de contacto

Carril Vignole. La cabeza Teora de Hertz

3. Forma

! !! Anchura: aceptable 60 70 mm.

! Evita la concentracin de la accin de las ruedas en zonas limitadas ! Limita la tendencia natural que el metal de la cabeza tiene a extenderse ! Proporciona, junto con la altura, una seccin transversal suficiente

que soporte el proceso de desgaste ! Permite la realizacin de un trazado correcto del perfil de acuerdo

con el alma, dejando un margen suficiente para la colocacin de las bridas

Altura: si se le da a la cabeza del carril una altura de unos 50 mm:

! equilibrio de masas con el patn (reduce las tensiones resultantes del enfriamiento posterior a la laminacin)

! dimensin adecuada para prevenir los desgastes normales


3. Forma

! Bombeo: 300 mm (experimental) !!

- necesario para centrar las tensiones

Inclinacin de las caras laterales: 1/20

Garantiza que, en las alineaciones rectas, no se presenten contactos con las pestaas de las ruedas, y que en las curvas de radio reducido (en las que el contacto es inevitable) se aumente la superficie de contacto disminuyendo las tensiones. ! Inclinacin de las caras inferiores: 1/3 1/4 !!

En funcin de las exigencias derivadas del dimensionamiento, mantenimiento y conservacin de las juntas, facilitando el acuerdo con el alma.


3. Forma

!

Anchura:

Condicionan la rigidez del carril en sentido transversal y su resistencia al vuelco. Un patn ancho transmite menores presiones a la traviesa pero limita la flexibilidad para la instalacin de la va en curvas:

!!

1,1 b h 1,2 b !Donde:

b: ancho del patn h: canto del carril

!! Espesor y Forma de las alas: !!Condicionado por el laminado y por el equilibrio de masas a existir entre la cabeza, el alma y el patn. !!La inclinacin facilita el trabajo de bridas y uniones y ahorra material.

Carril Vignole. Patn

3. Forma

!!

Espesor: !

Debe resistir los esfuerzos cortantes, la corrosin y las tensiones elevadas que se presentan en las proximidades de los agujeros de las bridas:

Espesor 16 mm

Radios de acuerdo con la cabeza y el patn: !!

Del orden de 15 35 mm. ! Valores menores crean concentraciones de tensiones que dan lugar a nla

aparicin de fisuras. ! Valores mayores reducen la anchura de la superficie de contacto de las

bridas.

Carril Vignole. Alma

3. Forma

Se emplean en vas colocadas en calzadas (puertos, playas, ciudades) sin que sobresalga del pavimento, pudiendo ser rebasado por el trfico.

Carril de garganta - tipo Phoenix

3. Forma

Carril Brunel de cabeza o carril en U Se utiliza en vas de puentes gra y gras mviles, con ruedas de doble pestaa

3. Forma

Fuente: Ferropedia.es

- Caracterstica fundamental de los carriles, que define se resistencia. - Un carril ms pesado, resiste mayores cargas y tiene una mayor vida til,

ya que tiene una seccin mayor. - Los carriles se denominar por su peso en kilogramos por metro lineal

! UIC-54: 54 kg/ml ! UIC-60: 60 kg/ml ! UIC-71: 71 kg/ml

- A mayor trfico en una lnea ferroviaria, ms pesados deben ser los carriles.

4. Peso

UIC: International Union of Railways (Organizacin Mundial de Cooperacin de Empresas Ferroviarias)

Las tensiones que soporta el carril tienen distintos orgenes: Tensiones de flexin debidas a la deformacin de la va al paso del tren. Tensiones generadas en la zona de contacto entre la llanta y el carril (elipse

1 cm2). Las tensiones se localizan a unos 3-4mm de profundidad. Tensiones tangenciales, debido a la carga puntual de las ruedas. Tensiones de origen trmico. Tensiones residuales derivadas de la fabricacin (laminacin, enfriamientos

diferenciales) Concentracin de tensiones en torno a impurezas. Tensiones debido al curvado del carril para adaptarlo al trazado de la va.

5. Comportamiento

! En la superficie de rodadura aparecen compresiones, que se convierten en tracciones a 10-15mm. El alma trabaja a compresin y el patn a traccin.

! El paso de los ejes ferroviarios genera tensiones de flexin, originando ciclos de traccin compresin

! Este estado tensional + fatiga, puede provocar la aparicin de una fisura interna a profundidad 10-15mm, pudiendo ocasionar una fractura transversal frgil.

(-): Compresiones (+): Tracciones

Existe una cantidad determinada de carriles que deben ser retirados antes de lo previsto debido a defectos iniciales que se muestran a lo largo de su vida til:

! Defectos debidos a la fabricacin ! Defectos debidos al trfico circulante ! Desgastes ondulatorios

Defectos

- 20 25%: Defecto de carcter metalrgico (composicin/fabricacin) - 75 80%: Agresiones exteriores (trfico soportado: fatiga), Corrosin.

Lugares habituales - Extremos de los cupones, agujas y tramos en curvas. - 60% en los extremos, 40% en las secciones intermedias - Cerca del mar, tneles, etc.

Tipos - Roturas (35 40 % de los defectos) - Fisuras (55 65 % de los defectos)

6. Retirada prematura de carriles

Fisuras - Localizacin: variable, frecuentes fisuras horizontales y verticales de

cabeza y fisuras verticales del alma

- Detectables por observacin directa, electrnica o ultra snica - No producen roturas frgiles generalmente

Roturas - Se presentan en:

- zonas dbiles de la seccin transversal - secciones con fallos de laminacin - soldaduras - secciones taladradas (agujeros de las bridas) - en los extremos del carril


Roturas - Mancha Oval: Fisura transversal en la cabeza, que se propaga por fatiga

a partir de una inclusin slida o gaseosa en la masa del carril y que puede acabar rompiendo. La superficie del carril presenta una mancha oval plateada muy caracterstica. Rotura peligrosa: frgil. Da lugar a descarrilamientos:

Frmula de la ORE que cuantifica la progresin superficial de la fisura transversal:

Yo: rea de la mancha oval respecto a la cabeza inicial x : millones de TBC Y : rea de la mancha oval 50% rea de la cabeza del carril

!!

Causas posibles: - Distintos enfriamientos trmicos - Defecto en la laminacin

Recomendacin ORE: Retirar el carril cuando la seccin transversal de la mancha supere el 50% de la superficie til de la cabeza.

!

ORE: Office de Recherches et d'Essais (Oficina de Investigacin y Ensayos)


Roturas - Autotemple o Piel de Serpiente: manchas en las zonas de frenado y

aceleraciones, debidas a los cambios de velocidad que provocan fuertes rozamientos que elevan la temperatura del carril, del cual al enfriarse se despega la lmina superior de la cabeza, dando lugar a escamas.

- Shelling o descascarillamiento de la superficie de rodadura. - Roturas de las soldaduras: por diferencias en el tipo de acero entre las

soldaduras y el carril.


Desgastes - Desgaste normal:

! Causa: Arrancamiento de la materia que produce el paso de las cargas, dando lugar a una disminucin de la seccin til y resistente de la cabeza.

! Gran influencia del radio de curvatura en planta de las alineaciones. ! El desgaste en curva es superior al desgaste en recta ! Experimentalmente (UIC):


Desgastes - Desgaste ondulatorio:

! Deformaciones de longitud de onda variable, en la cabeza del carril, detectndose a simple vista por la presencia de franjas brillantes (crestas) intercaladas entre franjas de coloracin normal (valles).

! Tipos de desgaste: a) Corto: longitudes de onda 45 60 mm y amplitud: 0,4 mm b) Largo: longitudes de onda 500 2000 mm y amplitud 5 mm

!

" Desgaste Ondulatorio Corto Frecuente en sistemas metropolitanos Efectos:

- aumento en las cargas dinmicas (y por tanto, en los desgastes del carril y la llanta)

- incremento de la resistencia a la rodadura ! mayor consumo energa

- ruido molesto Solucin: Amolado (cepillado) de los carriles

" Desgaste Ondulatorio Largo Incidencia en la circulacin menor (excepto en altas velocidades)


h#ps://www.youtube.com/watch?v=jXlopl1Sh4U!

Desgastes - Tipos de desgastes ordinarios y su medicin: ! Desgaste lateral (distancia entre el perfil de

desgaste y la cara interna del carril a 10mm bajo el plano de rodadura): se produce en el hilo alto de las curvas, debido al contacto pestaa / carril. Si es excesivo, puede provocar descarrilamientos.

! Desgaste vertical: se mide sobre el eje del carril !


Desgastes - Tipos de desgastes ordinarios y su medicin: ! Deformacin plstica: en el hilo bajo por los trenes ms

lentos y pesados, que sobrecargan el carril interior, generando rebabas. (Para UIC-54: rebaba < 30mm).

! Desgaste por corrosin: Afecta a las superficie expuestas del carril, sobre todo al alma. Se mide en prdida de peso seccin.

! Curva de desgaste en funcin del trfico soportado:!


- La duracin del carril depende del desgaste, que a su vez depende del trfico.

- Puede durar entre 20 y 40 aos en servicio. - Los criterios para limitar la vida til:

! Tensiones correspondientes a momentos flectores mximos dinmicos 15 kg/mm2.

! Prdida de peso 20 %. ! La deformaciones deben limitarse para evitar que causen un guiado

defectuoso o daos en otros elementos: sujeciones, juntas, etc. (UIC-54: Desgaste vertical: 24 mm / Desg. Horizontal: 18 mm.)

- Mtodos para prolongar la vida til - Templado cabeza de los carriles (900C): aumenta la dureza. Muy caro. - Cambio de posicin de los carriles: pasando los interiores de una curva

al lado exterior y viceversa. - Engrasadores de pestaa: disminuye el rozamiento, y ayudan al paso

por curva de los trenes. - Utilizacin de carriles de aceros especiales (Hadfield +10% Mn): se

utilizan en aparatos de va, pero tienen problemas de soldabilidad, y son muy caros.

7. Duracin

8. Eleccin del carril !!

Variables a tener en cuenta: !

velocidad, carga por eje, radio de las ruedas, densidad del trfico, trazado, etc. Ideas Bsicas !

1. El peso por metro lineal debe aumentar al aumentar velocidad, carga por eje y densidad de trfico, a igualdad de las restantes variables

2. Un aumento de la seccin del carril implica una disminucin de la resistencia a la rodadura y de los gastos de explotacin

3. Una red ferroviaria debe mantener en explotacin un limitado nmero de perfiles

8. Eleccin del carril Criterios aconsejados por la ORE para los paises integrados en la UIC Frmulas empricas que relacionan el peso del carril con el trfico, la velocidad y la carga por eje (Frmula Shajunianz):

1. Funciones 2. Colocacin en va 3. Tipos de traviesas y sujeciones 4. Traviesas de Madera 5. Traviesas Metlicas 6. Traviesas de Hormign 7. Traviesas especiales 8. Criterios de eleccin 9. Traviesas en la red espaola

3.- LAS TRAVIESAS

1. Funciones

! Mantener la estabilidad de la va mediante la adecuada absorcin (de esfuerzo del carril) y transmisin de esfuerzos (al balasto plataforma).

! Impedir el movimiento transversal de la va. ! Asegurar el ancho de va y facilitar el asiento del carril

con su correspondiente inclinacin (1:20). En las traviesas de madera mediante cajeo y en las de hormign con la forma que les da el molde.

! Proporcionar estabilidad vertical y horizontal a la va. Importancia de su peso.

! Aislamiento elctrico, para evitar que la corriente que discurre por los carriles se derive a tierra.

Las traviesas se colocan cada 60 cm de longitud de va: - Por norma general: 1.666 traviesas/km. - Variaciones:

- En los aparatos de va, cada uno tiene unas distancias entre traviesas especficas

- Para evitar que una soldadura de carril caiga encima de una traviesa

- A mayor separacin entre ellas, las traviesas se levantaran al paso del tren.

- A mayor proximidad se incrementa el costo por km de la obra.

Las sujeciones son los elementos que unen el carril a las traviesas. (6.000 sujeciones por km de va). Es importante que sean sencillas, con pocas piezas, de larga vida til y fcil sustitucin.

2. Colocacin en va

3. Tipos de traviesas y sujeciones

Las traviesas se clasifican en funcin del tipo de material: ! Traviesas de madera ! Traviesas metlicas ! Traviesas de hormign armado ! Traviesas de hormign pretensado

Las tipologas de sujeciones se han ido desarrollando en base a la evolucin de las traviesas. ! Segn el anclaje a las traviesas:

" Directa: el anclaje es el mismo que el apriete. " Indirecta: el carril se fija a una placa de asiento, y

la placa a la traviesa con otro elemento. " Mixta: tanto el carril como la placa de asiento, se

fijan a la traviesa.


! Segn la deformacin: " Rgidas: " Elsticas: admiten pequeos movimientos verticales

del carril. Al paso del material mvil se producen movimientos verticales, golpeteos, vibraciones y esfuerzos horizontales, de modo que las sujeciones rgidas terminan por aflojarse.


! Principales tipos de sujeciones para los tipos de traviesas " En madera:

- Sujeciones rgidas directas: tirafondos - Sujeciones elsticas directas: sujecin nabla - Sujeciones elsticas indirectas: sujecin SKL-12

" En hormign: - Sujeciones elsticas directas: sujecin RN

sujecin P-2 sujecin J-2 sujecin Nabla

- Sujeciones elsticas indirectas: sujecin HM sujecin Vossloh


SKL-12

P-2

4. Traviesas de madera

- Desde el inicio del ferrocarril, empleando maderas duras de muy buena calidad (roble o haya, tambin pino)

- Dimensiones: ! Forma de prisma rectangular, con dimensiones que no

se fijan rgidamente: una de las dimensiones habituales es la de 24 x 12-13 x 260cm

! Peso medio 80 kg/m.

Clasificacin UIC

- Fabricacin: ! Corte ! Desecacin: al aire, horno, vapor, aceite. (Necesaria

para cualquier tratamiento previo). ! Entalladura (rebaje y cajeado). ! Impregnacin (creosota): resistencia a la putrefaccin.

Dos procedimientos: " Bethell: impregna paredes y rellena los huecos. " Ruping: impregna paredes.

- Ventajas ! Flexibles: rodadura suave, reduccin de cargas

transmitidas a la plataforma. ! Aislantes ante la electricidad. ! Se pueden cajear en distintas posiciones: empleo en

aparatos de va, pasos a nivel, juntas de dilatacin


- Inconvenientes ! Elevado precio y escasez de material. ! Difcil utilizacin de sujeciones elsticas # placas de

asiento intermedias. No suele utilizarse en B.L.S. ! Poco peso, por lo que presenta problemas para alta

velocidad, y frente a los esfuerzos trmicos. (v160km/h)

! Vida til corta (20 25 aos). Deterioro por holguras debido al empleo de sujeciones rgidas.

! Afectacin por climatologa, fuego, insectos y vegetacin.


4. Traviesas de madera - Utilizacin

! Gran parte de las lneas de cualquier red. ! Aparatos de va (desvos y travesas) ! Plataformas de poca capacidad portante:

minimizan las cargas a las capas inferiores ! Lneas con circulacin a no grandes velocidades ! Lneas con va con juntas

- Sujeciones ! Rgidas (tirafondos y placas de asiento)

- Sujeciones ! Flexibles (Nabla SKL-12). Estos sistemas

necesitan de placas y piezas adicionales


5. Traviesas metlicas

- Aparecieron para conseguir mayor durabilidad y resistencia.

- Forma y dimensiones: ! Presentan forma de U invertida, lo que

facilita que se claven en el balasto y den buena resistencia a esfuerzos horizontales.

5. Traviesas metlicas - Caractersticas

! Se fabrican en hierro o acero. ! Ligeras: baja sujecin de la va a movimientos verticales y

nivelacin. ! Requieren sujeciones para aislamiento elctrico. ! Necesitan elementos elsticos para amortiguar ruidos y

vibraciones. ! Colocacin fcil y econmica (precio definido: no

especulacin). ! Vida til: 30 50 aos (valor residual considerable). ! No tienen buena adaptacin a la BLS. ! Problemas de corrosin y agresin en terrenos yesferos.

- Utilizacin ! Debido a los problemas de corrosin, flexibilidad, bajo

peso, ruido y vibraciones no se suelen utilizar.

6. Traviesas de hormign Traviesas de hormign armado monobloque:

- Al comienzo eran paralelepipdicas de una pieza # gran rigidez # poca amortiguacin entre carril y traviesa

- El balasto se compacta en mayor medida bajo los puntos de apoyo del carril, dando lugar a asientos # momentos flectores negativos en el centro # fisuras en el hormign

- Las fisuras aumentan debido a la fatiga del material, el agua penetra # oxidacin de armaduras.

- Tambin se rompen por los choques y vibraciones del patn.

Traviesas de hormign armado bibloque: - Las investigaciones concluyeron en la construccin de traviesas

formadas por dos bloques de hormign armado en los extremos, unidos por un tirante de acero.

- La estabilidad la proporcionan las dimensiones de los bloques, que influyen tambin en el reparto de las cargas y el empotramiento.

- Primer tipo RS (1955, utilizado por RENFE) Problemas de aislamiento con circuitos de sealizacin. Dificultad de mantenimiento de la geometra de va. Se estn resolviendo los problemas y volviendo a utilizar:

! Utilizacin de sujeciones elsticas y lminas (caucho) de apoyo.

6. Traviesas de hormign

Traviesas de hormign armado bibloque: - Ventajas:

Vida til: unos 40 aos Son aptas para su uso en va BLS. Fabricacin rpida y fcil: ms baratas que las de madera

- Inconvenientes: El acero del tirante encarece su precio Menor rigidez que las monolticas: geometra, deformacin. Fallos en el aislamiento elctrico: si se fisura o deterioran los

elementos aislantes. Problema solventado con sujeciones Nabla. Superficie contacto traviesa/balasto # transmisin cargas

elevada Durante el bateo de la va, se deforman mucho No recomendables a v> 160 km/h Se comportan mal en los descarrilamientos Peligro de corrosin de las riostras en ambientes hmedos

(tneles)


Traviesas de hormign armado bibloque: - Utilizacin:

Modelo RS: en gran parte de la red espaola. En vas en placa: se embeben en la losa de hormign. Modelos utilizados en las vas actuales:

! Modelo RS y BR-94 para va ancha (carri UIC-54 y RN-45) ! Modelo PB-91, polivalentes (carril UIC-54 y RN-45) ! Modelo Stedef en va hormigonada, para va ancha,

internacional y polivalente (carriles UIC-54 y UIC-60) En lneas nuevas slo se permiten las BR-94, PB-91 y Stedef.


Traviesas bibloque

Traviesas monobloque

Traviesas de hormign armado bibloque: - Traviesa RS:

Muy utilizada por RENFE, con sujecin RN, sustituyendo las de madera.

El incremento de velocidad aconseja implantar otros modelos. En la actualidad slo se usan para vas armadas con ellas o en

operaciones de mantenimiento. Tambin con sujeciones P-2 (resuelven el problema de

aislamiento) y las J-2 (resuelven el aislamiento y el mantenimiento del ancho)


Traviesas de hormign armado bibloque: - Traviesa BR-94:

Deriva de la PB-91. Se emplea en rehabilitaciones de vas y en algunas renovaciones, slo admite situar los carriles a la distancia del ancho ibrico.

Con sujeciones Nabla: resuelven los defectos del aislamiento y el ancho de va.

Se fabrican dejando embebidas en su masa las vainas de los tirafondos o muelles helicoidales.


Traviesas de hormign armado bibloque: - Traviesa PB-91:

Es polivalente: permite dos anchos de va (ibrico e internacional). Con sujeciones Nabla. Altura de sus bloques permite intercalarlas con traviesas de

madera. Llevan tirafondos y tapones cnicos para tapar taladros no usados.


Traviesas de hormign armado bibloque: - Traviesa Stedef:

Deriva de la RS, tiene una forma muy similar. En la mitad inferior de sus cabezas llevan unas cazoletas de caucho, con un colchn elastmero.

Sujecin Nabla. Se utiliza para vas en placa (redes de metro, tneles, estaciones).

Existen modelos monovalentes, polivalentes y para alta velocidad.


Traviesas de hormign pretensado monobloque: - Mayor anchura y canto en los apoyos bajo los apoyos de los carriles

que en la parte central. - Se introduce pretensado para evitar la fisuracin. - Utilizacin a partir de 1981. - Ventajas

Gran peso y dimensiones # excelente sujecin, c o n s e r va c i n d e l a g e o m e t r a y m e n o r mantenimiento.

Muy recomendables en tneles y ambientes hmedos.

Amplio abanico de sujeciones Ideales para la va en BLS, grandes cargas y

velocidades Vida til: 50 aos

- Inconvenientes: Coste elevado Maquinaria especial para manipulacin Mayor espesor de balasto debido a su gran rigidez. Necesita del empleo de elementos flexibles en el

asiento de carriles y en las sujeciones.


Traviesas de hormign pretensado monobloque: - Utilizacin: lneas de nueva construccin (incluso AV), renovaciones

de lnea, vas en placa, y principalmente en va con BLS. - Modelos actuales:

- Modelo DW (carril UIC-54 y UIC-60): a extinguir. - MR-93 (carril UIC-54 y UIC-60). - AI-88 (carril UIC-60): a extinguir. - AI-89 (carril UIC-54 y UIC-60) - Modelo PR-90, polivalente (carril UIC-54 y UIC-60)


Traviesas de hormign pretensado monobloque: - Traviesa DW:

Con sujecin elstica directa tipo HM. Slo vlida para va ancha, se est sustituyendo por la MR-93.


Traviesas de hormign pretensado monobloque: - Traviesa MR-93:

Sustituye a la DW, se emplea en va nueva, mantenimiento o en modificaciones.

Con sujeciones Vossloh. Tiene placas acodaladas de mayor espesor fabricadas con plstico.


Traviesas de hormign pretensado monobloque: - Traviesa AI-88:

Dimensiones iguales a las DW y MR-93, con armadura postensada. - Traviesa AI-89:

Evolucin de la anterior, con armadura pretensada o postensada.


Traviesas de hormign pretensado monobloque: - Traviesa PR-90:

Polivalentes, con armadura pretensada o postensada. Utilizadas para transformar a futuro una va de ancho convencional. Sujeciones Vossloh


- Traviesas de Puentes

- Traviesas metlicas de juntas

- Aparatos de va

- Traviesas soporte de electrificaciones que se hacen por el tercer carril

7. Traviesas especiales

Aspectos tcnicos

- Forma, dimensiones y peso # Estabilidad vertical, transversal y longitudinal

- Elasticidad # Compensar la rigidez - Regularidad # Garantizar geometra de la va - Adaptacin a la barra larga soldada (BLS) y al bateo - Adecuacin al trfico (TBR, velocidad) # condiciona caractersticas geomtricas y estructurales

- Grado de aislamiento elctrico - Comportamiento frente a accidentes, vibraciones y ruido

8. Criterios de eleccin

Aspectos econmicos

- Costes de fabricacin y transporte - Gastos de almacenamiento, manipulacin y mantenimiento - Vida til - Posibilidad de reutilizacin

Fabricacin de traviesas!- ANTRASA: fabricacin de traviesas Polivalentes (PR-01/PR-90) y de Ancho

Internacional (AI-04) de hormign pretensado de altas prestaciones https://www.youtube.com/watch?v=WBv229DORBA

8. Criterios de eleccin

9. Traviesas en la red espaola

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BLOQUE B.1 - Estructura de La Via