GEOLOGÍA APLICADA

A LAS VÍAS FÉRREAS

VÍAS FÉRREAS

Una vía férrea es la infraestructura ferroviaria formada por el conjunto de elementos que conforman el sitio por el cual se desplazan los trenes, éstas son un elemento esencial y constan de carriles apoyados sobre traviesas, que son elementos transversales al eje de la vía y se utilizan para mantenerlo unido, las cuales se disponen dentro de una capa de balasto. Para su construcción es necesario realizar movimiento de suelos y obras complementarias (puentes, alcantarillas, muros de contención, drenajes, etc.).

Se denomina trocha o ancho de vía a la separación entre los carriles, la cual coincide con la separación entre ruedas del material rodante. La vía trabaja como una viga sobre lecho elástico debido a su propio peso y la forma de comportarse del balasto, elemento destinado al apoyo y a la distribución de cargas en el terreno, y a contención.

En la actualidad se emplean principalmente traviesas o durmientes de concreto pretensado y materiales plásticos sobre los que apoyan rieles soldados con longitudes relativamente grandes y juntas de dilatación más separadas gracias a un diseño más perfeccionado.

REGLAMENTO NACIONAL DE FERROCARRILES

ARTÍCULO 6°.-CLASIFICACIÓN DE LAS VÍAS FÉRREAS

Las vías férreas del país se clasifican: por el ámbito territorial en que se encuentran, por la titularidad de la empresa; y por la máxima velocidad de operación permisible, en la forma siguiente:

1) Por el ámbito territorial:a) Vía férrea nacionalb) Vía férrea regionalc) Vía férrea local

2) Por la Titularidad de la Vía Férrea:d) Públicas

Concesionadas No concesionadas.

e) Privadas

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3) Por la Máxima Velocidad de Operación Permisible:

Se clasifican en función de la velocidad máxima permisible por secciones o tramos, en la forma siguiente:

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ARTÍCULO 14º.-INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

La infraestructura ferroviaria comprende:a) Infraestructura Ferroviaria Principalb) Infraestructura Ferroviaria Complementaria

ARTÍCULO 16°.-INFRAESTRUCTURA DE LA VÍA FÉRREA

La infraestructura de la vía férrea está constituida por la plataforma de la vía, los muros de contención, el sistema de drenaje y las obras de arte.

ARTÍCULO 17°.-SUPERESTRUCTURA DE LA VÍA FÉRREA

La superestructura de la vía férrea está constituida por los rieles, durmientes, elementos de sujeción, balasto y aparatos de cambio.

REGLAMENTO NACIONAL DE FERROCARRILES

ARTÍCULO 48°.-ASPECTOS TÉCNICOS A CONSIDERAR EN EL ESTUDIO DE INGENIERÍA DEL

PROYECTO

El trazado de la vía férrea debe ofrecer la menor y más uniforme resistencia a la tracción.

La trocha de la vía férrea debe ser de 1 435 milímetros. Excepcionalmente y previa aprobación de la Dirección General de Caminos y Ferrocarriles u Autoridad Competente, se podrá emplear otro ancho de trocha.

En las vías férreas principales y en ramales:Todas las curvas circulares horizontales deben estar enlazadas a las tangentes mediante curvas de transición.Los cambios de gradiente serán enlazados mediante curvas verticales.La gradiente máxima compensada por curvatura, será de 3% y el radio mínimo de curvatura será de 150 metros. Eventualmente estas especificaciones podrán ser modificadas con la autorización de la Dirección General de Caminos y Ferrocarriles u Autoridad Competente.Entre la vía férrea principal y sus desvíos y entre dos vías férreas principales paralelas, la distancia medida entre ejes no debe ser menor de 5 metros; en túneles, puentes y patios esta distancia no debe ser menor de 4,50 metros.La conformación y capacidad portante de la vía férrea, puentes y obras de arte en cada tramo de la vía férrea, estarán de acuerdo con el peso por eje y distribución de cargas del material rodante a utilizar en ese tramo y la velocidad de circulación prevista.

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ARTÍCULO 58°.-REPARACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL MATERIAL RODANTE

Las Organizaciones Ferroviarias realizaran la reparación y mantenimiento del material rodante de acuerdo a normas de validez internacional, o utilizando los manuales de mantenimiento de los fabricantes del material rodante.

ARTÍCULO 59°.-SEGURIDAD DE OPERACIÓN DEL MATERIAL RODANTE

Para este efecto, las Organizaciones Ferroviarias procederán de acuerdo al Manual de Seguridad de Operación del Material Rodante y las normas de validez internacional reconocida.

ARTÍCULO 64°.-MATERIAL RODANTE EN INTERCAMBIO

El material rodante, que transite por vías interconectadas, debe tener características técnicas compatibles. Las Organizaciones Ferroviarias a cargo de las vías interconectadas son las responsables de velar por el cumplimiento de esta disposición.

INGENIERÍA BÁSICA DE LA VÍA FÉRREA2.1 ESTUDIO GEOLOGICO-GEOTECNICO

Este estudio se inicia luego de definir el eje y estacado del trazo final, con la participación del especialista en geología y geotecnia.

El reconocimiento geológico se debe hacer tras el estudio de toda la información previa disponible y de una visita general de la zona que permita identificar el estado y el comportamiento de obras lineales existentes y examinar los cortes que existan en el terreno como zanjas, trincheras, excavaciones, pozos, etc.

Los reconocimientos subterráneos son indispensables a partir de la fase de anteproyecto, y permiten mediante prospecciones geofísicas, sondeos mecánicos y ensayos in situ, completar la información anterior y ser útil en la correspondiente fase del proyecto. Cabe destacar la importancia de las prospecciones geofísicas, que permiten una auscultación de la zona y reducen considerablemente el número de sondeos mecánicos en las zonas más homogéneas. Las más comunes son la prospección eléctrica y la prospección sísmica, que utilizan técnicas distintas y, por tanto, ventajas diferentes.

INGENIERÍA BÁSICA DE LA VÍA FÉRREA2.2 CARTOGRAFIADO DETALLADO DE LA GEOLOGÍA REGIONAL Y LOCAL

SE realiza con la identificación de formaciones, estructuras litológicas y fallas geológicas a lo largo del trazo. La información geológica será plasmada en un mapa geológico local. Cuya descripción deberá contener conceptos aplicados a la ingeniería; arribando a la interpretación geotécnica de la geomorfología, estratigrafía, petrografía, sedimentología, geología estructural ó tectónica en el emplazamiento de cada tramo. Plasmados en mapas ó planos a escala adecuada (1:2000), sobre los que se identificarán poblados y quebradas principales, sectores críticos e inestables, toponimia y demás elementos de utilidad al Estudio.

INGENIERÍA BÁSICA DE LA VÍA FÉRREA2.3 IDENTIFICACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS PROCESOS DE GEODINÁMICA EXTERNA Y TALUDES INESTABLES

Se debe de identificar y analizar los procesos de la geodinámica externa y taludes inestables que pongan en riesgo la transitabilidad de la vía, definiendo la magnitud, geometría, se deberá evaluar las causas, consecuencias, identificando los agentes desestabilizantes, efectuará las investigaciones geotécnicas correspondientes de campo y laboratorio que le permitan el diagnóstico del problema y el planteamiento de medidas u obras de solución. En estas evaluaciones se deberán realizar como mínimo la ejecución de calicatas, trincheras y prospecciones geofísicas (esta última para sectores críticos).

INGENIERÍA BÁSICA DE LA VÍA FÉRREA2.4 EVALUACIÓN Y SOLUCIÓN DE LOS PROCESOS DE GEODINÁMICA EXTERNA

Para realizarlo, este proceso deberá ser multidisciplinaria, por lo que deberá contar con la opinión y aprobación de los demás especialistas del Consultor. En el caso de soluciones altamente costosas contemplará además, otras alternativas de menor inversión, más ello no exime el diseño de las primeras.

En los sectores afectados por procesos de erosión de riberas, de darse el caso; El Consultor evaluará estos problemas y establecerá el tratamiento correspondiente en estrecha coordinación con el Especialista en Hidráulica.

INGENIERÍA BÁSICA DE LA VÍA FÉRREA2.5 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES

Se debe realizar mediante el método del Equilibrio Límite, para cuyo efecto se efectuarán ensayos estándar y especiales (Clasificación, Límites de Atterberg, Contenido de Humedad, Corte Directo, Triaxiales, etc.) como medios de obtención de los parámetros geomecánicos de los materiales presentes, los ensayos de penetración estática, podrán ser empleados sin embargo no reemplazarán a los ensayos de laboratorio.

También se podrá hacer uso del empleo del back análisis o retroanálisis sólo podrá ser utilizado como medio referencial de los parámetros de resistencia de la superficie de falla de un talud, bajo ninguna situación reemplazará a los ensayos cortantes de laboratorio.

En el caso que los taludes inestables y críticos, se encuentren asociados a problemas de agua subterránea o niveles freáticos muy superficiales, se efectuarán Estudios Hidrogeológicos que permitan diseñar; drenes profundos, galerías drenantes, pozos verticales, etc.

Para el caso de obtener, materiales inestables como arcillas expansivas, se deberán realizar ensayos especiales de consolidación y de expansión en los sectores donde se proyecten estructuras u obras de arte.

INGENIERÍA BÁSICA DE LA VÍA FÉRREA2.6 CLASIFICACIÓN DE MATERIALES

A lo largo de todo el trazo, cada 50 m como máximo, según se encuentren tramos homogéneos, calificando y cuantificando porcentualmente la cantidad de material suelto, cuya información debe sustentar la inclinación de los taludes de las secciones transversales, así como también los metrados de los movimientos de tierra por concepto de explanaciones.

2.7 CALCULO DE LA CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO

Se calculará la capacidad de carga y asentamiento de los suelos de fundación de muros y demás obras de competencia geotécnica; para lo cual se efectuarán las correspondientes investigaciones de campo y laboratorio.

Se desarrollará los Estudios de Riesgo Sísmico localizado, empleando metodologías adecuadas, tomando como base la información de sismos históricos e instrumentales, que definan con precisión, las aceleraciones y/o coeficientes máximos y de diseño.

INGENIERÍA BÁSICA DE LA VÍA FÉRREA2.8 DOCUMENTACIÓN

Toda la información textual deberá estar debidamente asistida por certificados de Ensayos y complementos gráficos, como fotografías, mapas, planos geológicos, geotécnicos y geodinámicos a escalas de acuerdo a las normas vigentes.

Se efectuarán los diseños de los taludes de corte y relleno en suelos como resultado de los Análisis de Estabilidad de Taludes mediante el método del Equilibrio Límite.

Toda la información textual deberá estar debidamente asistida por certificados de Ensayos y complementos gráficos, como fotografías, mapas, planos geológicos, geotécnicos y geodinámicos a escala de detalle y de acuerdo a las normas vigentes.

Se efectuarán, los diseños complementarios, de estabilidad de taludes, tratamiento de procesos de geodinámica externa mediante; muros de sostenimiento, de contención, etc.

Se presentará la memoria de cálculos de la capacidad portante de los suelos y de los cálculos de estabilidad de la estructura (vuelco, deslizamiento, presión de contacto, estabilidad global de la obra proyectada en condiciones estáticas, pseudostáticas, etc.).

Cualquier otra consideración no contemplada en los presentes Términos de Referencia, el Proyecto se ceñirá supletoriamente a las Normas Peruanas de Carreteras EG2000 y DG2001,en ausencia de Normas para Vías Férreas.

FERROCARRILES EN EL PERU

El primer ferrocarril o "caballo de hierro" del Perú y América del Sur fue construido durante el primer gobierno de Ramón Castilla (1851) y cubría la ruta Lima- Callao.

En el gobierno provisional de Pedro Diez Canseco (1868) se contrató a Henry Meiggs (el Pizarro Yankee) para iniciar la línea Mollendo-Arequipa, la cual fue terminada en 1871

En el Gobierno de BALTA líneas iniciadas, pero no terminadas, fueron la "Lima-La Oroya" y la de "Chimbote-Huaraz

Luego de la guerra contra Chile nuestros ferrocarriles quedaron destruidos, el estado peruano estaba sin fondos y sin crédito externo para repararlosDurante el primer gobierno de Cáceres, el estado peruano entregó los ferrocarriles (destruidos) por 66 años a los tenedores de bonos ingleses

Para 1893 el ferrocarril central (Peruvian Corporation) llegó a La Oroya; en 1904 "La Cerro" (empresa minera que extraía cobre) conectó el yacimiento de Cerro de Pasco con la Oroya

Actualmente el ferrocarril central es administrado por FERROVIAS CENTRAL ANDINA y el ferrocarril sur andino por PERU RAIL.

NUEVOS PROYECTOSFERROCARRIL NORANDINO

Trasladará principalmente minerales de las zonas andinas del norte peruano al puerto de Bayoyar pero también se espera que potencie la agricultura y la ganadería de Piura, Cajamarca y Lambayeque

El Fetab, ferrocarril transcontinental, unirá al Perú con Brasil. Se iniciará en Bayóvar y continuará por Olmos hasta llegar a Pucallpa, donde se unirá al vecino amazónico

Ferrocarril Andahuaylas-San Juan de Marcona. Es otro proyecto que debe iniciarse en los próximos años. Su extensión se calcula en 600 kilómetros y se dedicaría al transporte de minerales, debido a que en Apurímac hay hasta cuatro proyectos mineros por empezar, los cuales generarían un volumen aproximado de 10 millones de toneladas de mineral por año.El túnel Trasandino del Ferrocarril Central y el trasvase del Mantaro. El Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC) ha retomado los estudios de factibilidad del proyecto del Túnel Trasandino del Ferrocarril Central de 23.2 Km. para su entrega en concesión a la empresa Ferrocarril Central Andino (FCCA), como parte del impulso que se quiere dar al sistema ferroviario en el país.

CONCLUSIONES El ferrocarril es uno de los modos de transporte más apropiados para movilizar

carga de industria pesada y de alto volumen, desde los centros de producción hacia los puertos marítimos ubicados en la costa peruana, alternativa que le permitirá al país ser más competitivo a nivel mundial. Igualmente, tiene grandes ventajas con relación a otros medios de transporte, como la seguridad, el menor impacto ambiental, el excelente control logístico y los menores costos de operación.

Teniendo en cuenta el estado actual de la red vial y los altos costos de operación para el transporte de grandes volúmenes de carga, el ferrocarril tiene una oportunidad única para desarrollarse, y ofrecer un servicio de transporte competitivo, con nuevas opciones logísticas y económicamente más convenientes para el Perú.

Por otra parte, con el crecimiento económico que tiene el Perú, es muy importante que nuevas líneas permitan asegurar oportunidades de transporte para otros sectores diferentes a la industria cementara y carbonífera (hoy se transportan aproximadamente 70 millones de toneladas anuales de carbón por líneas férreas), y se hagan accesibles a industrias alimenticias, agrícolas, químicas, manufactureras, textiles y de bienes de consumo en general.

Otro aspecto importante para resaltar, es la falta de interconexión y el mal estado general de la red férrea nacional. Tal como en el trabajo escalonado, son muy pocos los kilómetros que actualmente están operando en el país, esta situación demuestra la crítica situación del actual sistema férreo Peruano.

Por otra parte, hasta tanto las tres principales redes férreas del país no estén interconectadas, el ferrocarril no cobrará la importancia suficiente para posicionarse como la mejor opción para el transporte de altos volúmenes de carga, donde igualmente se logre una nivelación de tarifas, el intercambio de equipos y de nuevas tecnologías, manteniendo un plan de desarrollo integral para la red.

En los últimos cuarenta años, los diversos cambios institucionales y las importantes iniciativas gubernamentales que no prosperaron, llevaron al declive de la actividad ferroviaria en el país. Aún hoy, los problemas son complejos, debido a la poca demanda de carga, el desequilibrio financiero de los grupos concesionarios, la falta de mantenimiento de la red, el estado de la infraestructura que se ha agravado por las recientes olas invernales y la propia inexperiencia de los operadores.

ESTUDIO DE SUELOS EN LA VÍA Y DISEÑO DE LA SUBRASANTE

TERRAPLEN

El terraplén debe tener la forma y como mínimo las dimensiones de las secciones típicas que se muestran en los planos del Reglamento Nacional de Ferrocarriles.

El CBR del material del terraplén debe ser igual o mayor a 50. De otro modo se removerá el material no apropiado por uno apropiado.

El terraplén debe terminarse en condiciones tales de estar preparadas para recibir el subbalasto

SUBBALASTO

Es la capa de material granular que se coloca entre el terraplén y el balasto. Este material esmuy importante para proteger el balasto. El nivel de la capa superior del sub balasto compactado es la subrasante de la vía férrea.

BALASTO

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

ESTUDIOS

SONDEOS

El sondeo geotécnico es un tipo de prospección manual o mecánica, perteneciente a las técnicas de reconocimiento geotécnico del terreno, llevadas a cabo para conocer sus características. Se trata de perforaciones de pequeño diámetro, (entre 65 y 140 mm) que, aunque no permiten la visión "in situ" del terreno, de ellos se pueden obtener testigos del terreno perforado, así como muestras, y realizar determinados ensayos en su interior.

ENSAYO DE PERMEABILIDAD IN SITUEl ensayo de permeabilidad es uno de los ensayos "in situ" llevados a cabo para realizar un reconocimiento geotécnico. Existen diferentes formas de ensayo que pueden agruparse en tres: ensayos de permeabilidad en calicatas, en sondeos y en pozos.

En cualquier caso, se obtiene la permeabilidad media de la zona afectada por el ensayo, que varía entre unos decímetros a centenares de metro.

ENSAYOS DE PRESIOMETRÍA

El ensayo presiométrico, como denominación genérica, es un ensayo de perforación “in situ” que se realiza en el interior de un sondeo. Su objetivo principal es medir las deformaciones radiales del terreno, inducidas por la expansión por hinchado de una célula o módulo cilíndrico alojado en dicho sondeo a la cota adecuada.Los parámetros del terreno a determinar son, fundamentalmente, el módulo de deformación (módulo presiométrico) y el módulo de rotura (presión límite).

CALICATAS MECÁNICAS

Las calicatas a realizar en suelos se harán mediante excavación mecánica hasta una profundidad no inferior a 4,0 m, salvo que aparezca roca o que las características del terreno o la presencia de agua lo impidan. Las calicatas tendrán las dimensiones necesarias en planta para permitir su inspección y descripción, la realización de fotografías en color, la obtención de eventuales tomas de muestras en saco o inalteradas y la realización de otros ensayos.

PENETRACIONES DINÁMICAS DPSHEl ensayo se realizará según la norma UNE-EN ISO 22476-3. El uso del penetrómetro tipo Borros u otro similar, debe ser autorizado previamente por la Dirección. Las puntazas a utilizar en cualquiera de los ensayos de penetración dinámica deberán estar homologadas en base a la normativa correspondiente.

INVESTIGACIÓN GEOFÍSICA

METODO SISMICO

GEORADARTOMOGRAFIA ELECTRICA

CARTOGRAFIA GEOLOGICA

Se elaborará una cartografía geológica a la escala 1:5.000 de superficie de un corredor de aproximadamente 1 km de anchura, cuyo eje coincida con el del trazado previsto para la línea. Esto significa que se han de diferenciar y representar cuerpos litológicos y detalles de 5 o más metros de tamaño.El objetivo de tal cartografía es que sirva de base a la cartografía geotécnica. Debe ser uniforme en sus criterios, de manera que si se segmenta en diferentes tramos o lotes, todos ellos utilicen de igual manera la nomenclatura, clasificación litológica, estratigráfica y cronológica establecida en ella.

CARTOGRAFIA GEOTECNICA

Unidades geológico-geotécnicas En base a los estudios geológicos previos y el desarrollado según lo especificado anteriormente, especialmente a partir de la cartografía geológica elaborada a escala 1:5.000, se definirán las Unidades Geológico-Geotécnicas presentes en el corredor de trazado, una vez conocido con precisión la geología del terreno existente en el trazado, mediante las investigaciones llevadas a cabo y los ensayos de laboratorio.

ESTUDIOS TEMÁTICOS

De acuerdo con la naturaleza de los terrenos investigados, a solicitud de la Dirección se realizarán los estudios temáticos específicos necesarios para investigar los problemas geológicos relacionados con los mismos, identificando y determinando los parámetros geotécnicos que permitan establecer las soluciones del proyecto y las prescripciones de obra. Dichos estudios formarán parte del estudio geológico-geotécnico elaborado, sin que sean objeto de abono específicamente.

DISEÑO DE LA SUBRASANTE

Subrasante: se define así al terreno de fundación de los pavimentos, pudiendo estar constituida por el suelo natural del corte o de la parte superior de un relleno debidamente compactado.

CBR de la subrasante

Serán estudiados para la determinación de la CBR de la subrasante, las capas superficiales de terreno natural o capa de la plataforma en relleno, constituida por los últimos 1.50 m de espesor debajo del nivel de la subrasante proyectada, salvo que los planos del proyecto o las especificaciones especiales indiquen un espesor diferente;

Su capacidad de soporte en condiciones de servicio, junto con el tránsito y las características de los materiales de construcción de la superficie de rodadura, constituyen las variables básicas para el diseño de la estructura del pavimento que se colocará encima.

La subrasante correspondiente al fondo de las excavaciones en terreno natural o de la última capa del terraplén, será clasificada en función al CBR representativo para diseño, en una de las cinco categorías siguientes: