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Diseño construccion y conservacion de vias ferreas



Partes: 1, 2, 3, 4

  1. La
    vía férrea
  2. La
    superestructura de la vía
    férrea
  3. Diseño geométrico de vías
    férreas
  4. Diseño estructural
  5. Uniones y cruzamientos
  6. Construcción y conservación de
    vías férreas

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PARTE I.

Capitulo I.

La vía
férrea

1.1. – Introducción.

Características del transporte ferroviario

Características del material rodante
ferroviario.

El ferrocarril tiene la característica de ser un
transporte guiado, sus movimientos están limitados a la
ubicación de los carriles o rieles.

Es un transporte seguro, estable y económico,
aunque su costo inicial es muy elevado. El consumo de combustible
de un tren es 3 veces menor que el de un equipo de carretera para
iguales cargas y distancias. La carga llega a destino toda al
mismo tiempo, requiere menos personal para su traslado y
generalmente sus tarifas por kilómetro son más
baratas.

El material móvil ferroviario tiene
también características propias que lo hacen
distinto al resto de los medios de transporte.

Son guiados, es decir que se inscriben según la
posición de los carriles por donde circulan.

Las ruedas de los equipos ferroviarios están
fijados a los ejes (calado), lo que los hace más fuertes
pero tiene el inconveniente de que al entrar en las alineaciones
curvas resbala una con respecto a la otra, para evitar esto las
ruedas se construyen de forma cónica, lo que
permite que al circular por las curvas, las ruedas tengan una
misma velocidad lineal, debido a la diferencia de diámetro
en las ruedas.

Para evitar que las ruedas se salgan de los carriles,
éstas tienen pestañas en su borde
interior.

Las cargas, excepto en las locomotoras de vapor; se
aplican en el exterior de los ejes, en las manguetas o
muñones. Esto permite que el equipo sea más ancho y
por ende permitir más cargas, esto último
también es posible por estar la carrocería o caja
sobre las ruedas.

Los ejes son paralelos en cada bogie (truck o
carretilla), para girar en una curva se realizan dos movimientos,
uno alrededor del eje del radio de la curva y otro alrededor de
un punto denominado centro de giro del truck o bogie ( Ver fotos
en anexo).

Tipos de material rodante: Los equipos
ferroviarios se ubican en dos grupos. Equipos tractivos y equipos
de arrastre.

Los equipos tractivos son los que generan
el movimiento, pueden ser: locomotoras, coches motores y otros
equipos automotores, como grúas, autodresinas,
etc.

Todos los equipos tractivos, sea cual fuere el
combustible que utilicen, tiene un grupo de equipamientos
adicionales como son: generador de corriente, para su alumbrado y
energía necesaria, compresor, para la producción de
aire para el sistema de frenado y para la expulsión de la
arena que utilizan para dar mayor adherencia en su marcha, tanto
a la arrancada como al frenar.

Las locomotoras según la energía que
utilicen pueden ser:

De vapor: como combustible pueden utilizar:
carbón mineral, fuel oil o madera según su
fabricación. El vapor producido hace mover los pistones
que a su vez mueven las barras que están unidas a las
ruedas. Este tipo de locomotora aún se utiliza.

Diesel – eléctricas, el motor de
combustión interna mueve un generador que produce la
electricidad necesaria para mover unos motores eléctricos
de tracción instalados en los ejes de los
bogies.

Diesel – hidráulicas, el motor diesel
alimenta unas bombas de presión que hacen mover el
mecanismo de los ejes de los bogies de las locomotoras o las
barras unidas a las ruedas, semejantes a las de las locomotoras
de vapor

Eléctricas, se mueven por la electricidad
que toma de las conductoras eléctricas
instaladas.

(Catenaria) y un sistema de transformadores para los
distintos usos del tren.

Equipos de arrastre, vagones. (ver figuras en
anexo)

Los vagones pueden ser para cargas, expresos o para
pasajeros, cada uno de ellos con sus características
específicas.

Los equipos para cargas, según el tipo de
mercancía que traslade pueden ser:

Casillas, equipos cerrados con puertas de cierre
hermético o casi hermético, que se utiliza para el
traslado de productos envasados, tanto en cajas como en sacos,
que requieren de cierta protección contra el intemperismo,
las hay refrigeradas, para trasladar mercancías de
fácil descomposición.

Cajones o góndolas, estos equipos son
abiertos por arriba o presentan barandas altas, se utilizan para
la carga de mercancías a granel, fundamentalmente
granulados.

Planchas o plataformas, equipos lisos, para
cargas de gran dimensión. Pueden ser de varios tipos como,
con el piso deprimido, para cargar elementos altos se denomina
calandria, cuando tiene instalados elementos que sirven para
fijar los contenedores al piso y evitar su caída o vuelco.
, se llaman porta contenedores, se llaman trineos, las planchas
que tienen en el piso un sistema de rodillos para trasladar
cargas que se coloquen en la vía como carriles, campos o
eslabones, etc

Cisternas para líquidos, silos para
cereales.

Tolvas para materiales que se descarguen por
gravedad, como piedra para el balasto, azúcar a granel,
etc.

Jaulas para la carga de ganado y para caña
de azúcar

1.2. – LA INFRAESTRUCTURA DE LA VÍA
FÉRREA. Generalidades.

Función de la infraestructura. La
infraestructura es la obra ingeniera que se obtiene mediante el
movimiento de tierra para llevarla al estado tal, que permita la
colocación en su superficie de la superestructura de la
vía férrea.

La superestructura de la vía férrea no se
coloca directamente sobre la superficie de la tierra debido a sus
irregularidades.

Para su colocación, se requiere que
en los lugares donde el nivel del terreno se halle por debajo de
la rasante proyectada se rellene y en el caso contrario se corte,
es decir sea confeccionada una faja de vía de ancho y alto
determinado a todo lo largo del tramo diseñado denominada
explanación, explanada o plataforma. De esta forma se
obtienen terraplenes cuando el nivel de la rasante proyectada se
halla por encima del nivel de terreno y excavaciones o cortes en
el caso contrario, relacionados muy estrechamente con los
drenajes y obras de fábrica necesarias para la
evacuación de las aguas o para salvar obstáculos
que se interpongan en la dirección de la
vía

Las características del ferrocarril hacen que su
trazado sea lo más recto y llano posible, por lo que se
trata de que no se produzcan pendientes de grandes dimensiones y
curvas horizontales de cortos radios. No obstante por la
presencia en la superficie terrestre de elevaciones con fuertes
pendientes, depresiones, lagunas, ríos, etc.; se precisa
construir las explanadas no sólo en rasante sino
además con pendientes, rampas, curvas, etc.

En los lugares donde se crucen con ríos, arroyos,
depresiones, o elevaciones, etc.; se construyen puentes,
viaductos, alcantarillas o túneles, así como
canales, canaletas, cunetas y zanjas con vista a conducir las
aguas pluviales hacia los arroyos o ríos, también
se construyen obras protectoras como banquetas, muros de
contención, para evitar deslaves o corrimientos de las
capas de suelo.

En la infraestructura, debido a la carga de los equipos
ferroviarios o por factores climáticos, no deben
producirse deformaciones residuales ni sus valores deben superar
los valores permisibles. Por eso se deben construir con
materiales poco deformables, compactarse adecuadamente y
construir los drenajes necesarios.

Tipos de explanaciones y sus elementos
constructivos.
En dependencia de que sea necesario rellenar o
cortar las masas de tierra para construir la explanación,
se construyen los terraplenes o las excavaciones
respectivamente.

Cuando se construyen las explanaciones en
laderas, se pueden obtener una combinación de estas dos
formas de construir la infraestructura, denominándose
semi- excavación, semi- terraplén o semi
terraplén- excavación. El punto de traspaso de una
excavación a un terraplén donde el nivel de la
rasante es igual al nivel del terreno natural, donde no es
necesario ni rellenar ni cortar; se denomina punto 0 ó
rasante 0. Excluyendo los puntos 0 rasantes 0, incluso en los
lugares donde la capacidad portante del terreno lo permita, no
debe construirse la explanada a nivel del terreno, para
protegerla de posibles inundaciones.

La faja del terreno donde se construyen las
explanadas se denomina base. La parte superior, donde se coloca
la superestructura de la vía se denomina corona. Ella
está limitada por los taludes.

El punto donde se corta la corona con el talud se llama
borde de la corona

El punto donde se corta la base de la explanada y el
talud se denomina pie de talud.

El espacio entre el pie de talud y la obra de drenaje
más cercana se denomina berma.

La altura de la explanada se determina por su eje desde
el nivel de la corona hasta el nivel del terreno. La profundidad
de la excavación se determina por el eje de la vía
desde el nivel de la corona hasta el punto donde se corta el eje
de la vía y la línea que une los dos bordes del
talud. La relación de la proyección vertical del
talud con la horizontal, se denomina curvatura del
talud.

La configuración de la explanada se construye de
tal forma que no permita que se deposite agua en la superficie,
así como permitir la posibilidad de colocación de
las traviesas o los campos pre ensamblados antes del riego del
balasto, sin que se afecte la calidad de la
compactación.

En vías sencillas la corona de la plataforma se
construye en forma trapezoidal, teniendo en su centro un espacio
entre el eje y su borde de 1.15 m. elevada sobre la horizontal a
0.15 m.

Esta configuración permite colocar sobre ella las
traviesas y los carriles, para que puedan circular los trenes de
obra y aunque el espacio de 2.3 m es menor que el largo de las
traviesas, excluye la formación de aplastamiento en la
explanada por la presión de la traviesa. En doble
vía se le da forma triangular con su vértice
elevado sobre la horizontal a 0.20 m.

La dimensión de la plataforma de la explanada por
ancho se establece de tal forma que entre el prisma de balasto y
el borde del talud haya un espacio para el paso de los
trabajadores de vía denominado paseo. Este espacio permite
además la estabilidad del prisma de balasto y la propia
explanación. El ancho del paseo deberá tener entre
0.6- 0.7m, y se permite como mínimo 0.5m. Al construir o
reparar la explanada se tiene en cuenta que la estabilidad del
suelo y su capacidad de soportar determinada carga se reduce en
un grado significativo cuando se humedece. Además cuando
las corrientes de aguas superficiales son grandes puede surgir
deslizamiento del suelo. Por eso, para garantizar la estabilidad
de la explanada se construyen obras de drenaje de distintos tipos
como; canaletas, canales, zanjas y los taludes se
fortalecen.

Para desecar la explanada, debido a que existan en el
trazado zonas pantanosas o lugares donde pueda depositarse las
aguas pluviales, se construyen canales longitudinales: en los
terrenos llanos se construyen en ambos lados de la explanada, en
los tramos construidos a media ladera en la parte alta. En
lugares donde el terraplén se construye con suelo del
lugar, en préstamos cercanos al lugar de emplazamiento,
para desviar las aguas se de la explanada se construyen reservas
con pendiente hacia la parte más alejada de la
explanada

En las excavaciones el material que se extrae de los
cortes de no ser usado en los terraplenes cercanos, como
caballero, se construye con él banquetas ubicadas en la
zona alta de la ladera., además para derivar las aguas
hacia los arroyos o ríos más cercanos se construyen
canales.

Secciones transversales.

Clasificación de las secciones
transversales.
Las secciones transversales según las
condiciones en que van a ser utilizadas se clasifican en:
típicas e individuales, las típicas a su vez se sub
dividen en: normales y especiales.

Son típicas las secciones que tienen una altura
de terraplén o profundidad de excavación menor de
12m construidas sobre suelos de características normales
de buena consolidación que satisfacen la calidad en
condiciones geológicas e hidro – geológicas
normales que no requieren de cálculos especiales para su
diseño.

Si los terraplenes se construyen con suelos compuestos
por rocas poco disgregadas se pueden construir hasta de 20 m de
altura.

Las secciones que tienen uso generalizado se denominan
normales y los que se utilizan en lugares específicos
(suelos rocosos, pantanoso, arenas, loes) se denominan
especiales.

Son individuales aquellas secciones que se
diseñan para condiciones en que las secciones
típicas no pueden utilizarse. Si la altura es mayor de
12.0m, cuando se diseñan vías en medias laderas con
pendientes mayores de 1:3; así como, cuando se
diseña en condiciones ingeniero- geológicas no
deseables (en suelos con alto nivel de humedad, cuando el manto
freático se encuentra casi en la superficie, en tramos con
laderas inestables, en cortes con estratificación
inclinada en más de 1:3 hacia el lado de la explanada); si
la confección del corte se hace con explosivos o por medio
hidro mecánicos; en pantanos de más de 3 – 4 m de
profundidad; sobre cauces, barrancos, etc.; si se construye una
explanada en tramos con posible desarrollo de derrumbes,
deslizamientos del terreno, así como en regiones con
temblores de tierra.

El ancho de la corona se determina por las dimensiones
del prisma de balasto que se va a colocar en ella y el ancho del
paseo, que se necesite para garantizar la estabilidad de la
explanada y de las necesidades en la explotación, en doble
o más vías, también depende de la distancia
entre ejes de carrileras. Los anchos más comunes para
vías sencillas son: 5.50m y 6.00m, para doble vías
6.00m + E, donde E es el ancho del entrevías. (ver
anexos)

En las excavaciones se permite reducir la anchura de la
explanación cuando se usan muros de contención o en
trincheras hechas en rocas estables, poco erosionables y sin
desprendimientos, determinándose la distancia desde el eje
de la vía extrema hasta el muro o hasta el talud de la
trinchera a nivel de la base de la traviesa en dependencia de los
métodos de trabajo que ser asuman para la
excavación. Esta distancia no será menor de 3.7m a
cada lado parta líneas de clase I y II; y no menor de 3.7m
a un lado y 3.0m a otro para líneas de clase III; IV y
V.

En los tramos curvos la anchura de las explanaciones
tendrá un sobreancho por el lado exterior con los
siguientes valores:

Tabla 1.1 Sobre ancho en las
explanaciones

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En tramos de dos o más vías y por
entrevías no mayores de 4.50m las magnitudes anteriores se
incrementarán con el sobre ancho necesario para las
entrevías en curva el cual se obtendrá por
cálculos en función de la longitud del equipo
rodante, el radio de la curva y la superelevación de las
vías.

Para entrevías mayores de 4.50m no se
requerirá dicho incremento.

Taludes de la explanación. Los taludes se
establecen según el tipo de suelo con que se construyen y
la altura del terraplén o la profundidad de la
excavación, en este último caso se tiene en cuenta
las condiciones geológicas de la región donde se
construye la explanada.

En condiciones ingeniero- geológico, favorable
las pendientes de los taludes se construyen con las siguientes
medidas:

Para profundidades de trincheras mayores de 6.0 m se
construirán bermas cada 6.0m a partir del fondo de la
misma. La anchura de la berma estará en dependencia del
tipo de suelo, no debiendo ser menor de 1.5 m. para suelos
arcillosos y limosos húmedos o grasosos o en rocas
fácilmente alterables, la anchura no será menor de
2.0 m.

En suelos rocosos de difícil alteración,
en condiciones ingeniero – geológicas favorables y cuando
se utilizan explosivos colocados en terrenos previamente
perforados, se permiten taludes verticales.

En suelos arcillosos o limosos en regiones excesivamente
húmedas, las pendientes de los taludes serán de
1:2. La profundidad de la excavación no será mayor
de 6.0m. para profundidades mayores se realizarán
diseños individuales.

Tabla 1.2 Pendientes de los taludes de los
terraplenes.

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Tabla I.3 Pendientes de los taludes en
excavación.

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Obras de fábrica.

Como ya dijimos las obras de fábrica se
construyen, cuando en el trazado se encuentran obstáculos
con sus cotas de nivel diferentes a la cota de la explanada, como
ríos, arroyos, furnias, montañas, etc.

Las obras de fábrica pueden ser mayores o
menores. (ver anexos).

Obras de fábrica mayores. Son mayores,
aquellos que rompen la continuidad de la explanada, como puentes,
túneles y viaductos. Los puentes y viaductos a su vez
pueden ser según el material con que se construyan: de
madera, de metal, de hormigón y combinados por varios
materiales.

Según su construcción pueden ser, de cama
abierta o cerrada

Son de cama abierta las que son construidas por vigas y
las sustentaciones se colocan directamente sobre
ellas.

Son de cama cerrada los que la superestructura de la
vía se encuentra sobre una capa de balasto.

Los viaductos son obras de fábrica mayores que se
construyen cuando en el trazado la diferencia de nivel entre el
terreno y la rasante es tal que los terraplenes serían tan
altos que su costo sería mayor que la construcción
de una estructura.

Los túneles también son obras de
fábrica mayores, su construcción se determina
cuando al igual que en los viaductos la diferencia de niveles es
excesiva y el costo de su construcción es inferior al
costo de profundas excavaciones o vadear la
montaña.

Obras de fábrica menores. Son obras de
fábrica menores aquellas que no cortan la continuidad de
las explanadas.

Se conocen con el nombre de alcantarillas y pueden ser:
de arcos, de tubos, de cajones y prefabricadas llamadas
también en Cuba pata de elefante por la forma de su
base.

Obras de drenaje. Drenaje de aguas
superficiales

La estabilidad y resistencia de las explanaciones
dependen en gran medida a la presencia y buena asimilación
de las obras de drenaje y su buena construcción, el
ángulo de fricción interna del suelo, su fuerza de
adherencia, su capacidad portante en régimen de humedad
disminuyen considerablemente. Si aumenta la velocidad de la
corriente, el agua puede socavar la explanación. Por eso
se toman medidas para contrarrestar el humedecimiento y
socavación de la explanada. Estas medidas consisten en que
ante todo debe garantizarse una corriente de las aguas lo
más lenta posible y que las obras sean capaces de
evacuarlas lo más rápidamente posible o disminuir
el nivel de las aguas hasta el mínimo.

Para evacuar las aguas superficiales de las
explanaciones, se construyen cunetas, canales de
derivación, drenes de distintos tipos, etc.

Las pendientes longitudinales del fondo de las cunetas,
estarán en los límites entre 0.3-0.8% pero con
cubrimientos especiales pueden llegar a ser pendientes mayores.
La sección transversal de estas cunetas, canales o
canaletas se calculan en dependencia del gasto. La menor
profundidad se determina como el nivel máximo de las aguas
más 0.2 m, pero en todos los casos la profundidad no debe
ser menor de 0.6m. Los taludes no menores de 1:1.5. La
ubicación, las medidas de la sección y los taludes
se proyectan de tal forma para que el agua circulase por ellas
sin que se desborde y sin que la velocidad fuese tal que no
socavase ni deslavase y al mismo tiempo no dejase residuos
sólidos del arrastre.

En planta las cunetas se ubican en línea recta,
perpendicular al lugar donde desagüe. Se diseñan
además pendientes transversales en las cunetas y canales
para que el agua no regrese a la explanada. En perfil, las
cunetas y canales se construyen con una pendiente del 2% y en
algunas líneas de I categoría pueden llegar hasta
un 4%.

(Ver figura en anexo).

CAPITULO II:

La
superestructura de la vía férrea

La superestructura de la vía férrea se
compone de varios elementos como son: carriles, traviesas,
elementos de sujeción o pequeño material de
vías, elementos de apoyo y aparatos de
vías.

2.1. – Carriles. Función de los carriles.
Composición química del acero para carriles. Perfil
del

carril. Tipos de carriles.

Función de los carriles.

Los carriles son elementos de acero laminado sobre los
cuales de desplazan las ruedas de los equipos rodantes. Tienen la
función de recibir las cargas que provienen de las ruedas
y trasmitirlas hacia los apoyos, así como deben ser lo
suficientemente resistentes como para soportar las cargas debidas
al movimiento de serpenteo de los equipos ferroviarios, sin
sufrir grandes deformaciones tanto en el plano horizontal como en
el vertical. Estos movimientos aplicados al carril le traen
asentamiento en los apoyos, flexión en los planos,
torsión, aplastamiento, desgaste y algunas veces partidura
del metal, así como la deformación de la vía
en su conjunto que se representa por pandeos.

Las fuerzas fundamentales que determinan el contorno
general del carril son: fuerzas verticales (peso del equipo
afectado por un coeficiente dinámico al ponerse en
movimiento el equipo) que flexan al carril como a una viga con
apoyos elásticos. La forma de la sección
transversal del carril se determina a partir de este
parámetro y se comprueba para garantizar la
explotación normal del mismo, tomando las acciones que
actúan sobre la vía. la mejor forma de elemento
portante para trabajar a flexión bajo carga
estática es la viga I. Esta forma quedó como base
para la confección de los carriles, aunque con
modificaciones en su perfil. Para esto el ala superior se hizo
más volumétrica con el fin de obtener mayor
superficie de apoyo para las ruedas, se mantuvo la garganta
estrecha y la base se modificó en cuanto a volumen y
configuración. En nuestros días se utilizan
carriles con cabezas o corona en ambos extremos y otros con su
base o patín muy anchos. El carril trabaja a
flexión en su totalidad, la corona trabaja además
al aplastamiento y al desgaste y cuando no existe suficiente
resistencia, debido a la alta presión de contacto del
material rodante; la corona tiende a laminarse, por la
acción ininterrumpida de las ruedas. Es por ello que en la
corona del carril se concentra una gran cantidad de metal que
garantiza una alta resistencia al desgaste. Debido a que los
extremos de los carriles deben unirse unos con otros (juntas),
esta unión debe ser resistente, el perfil del carril debe
hacer que se cumplan esos requisitos.

A mayor carga por rueda, a mayor velocidad de movimiento
del equipo rodante, a mayor volumen o tensión de carga que
circule sobre el carril; mayor deberá ser su resistencia
(mayor momento de inercia, mayor módulo de
sección), mayor la resistencia al desgaste, mayor
deberán ser su dureza, la viscosidad de su metal, su
resistibilidad, tensiones local y total, especialmente la de
contacto. La resistencia total a la flexión, su dureza y
su resistencia al desgaste en general lo garantizan el uso de
aceros de alto contenido de carbono. Por eso los carriles
más potentes y pesados, generalmente tienen alto contenido
de carbono

Composición química de los aceros para
carriles.
Con el aumento del contenido de carbono en el acero
Martin de 0.4 a 0.63 %, se puede aumentar la resistencia al
desgaste en 7 veces y si se aumentara de 0.63 a 0.70% en un 30 %,
sin embargo; el aumento del contenido de carbono hasta un 0.89%
asumido en un tiempo en los ferrocarriles de los Estados Unidos,
para los carriles más pesados, trajo como resultado una
fragilidad no permisible en el carril en relación con los
utilizados anteriormente, por lo que se ha limitado desde hace
varios años el contenido máximo de carbono a un
0.82%. No obstante debe prevenirse de la influencia negativa del
carbono por el aumento de la fragilidad.

El papel que juega cada uno de los elementos que
componen el carril es el siguiente:

Carbono: aumenta la resistencia al desgaste aunque
también aumenta la fragilidad cuando se utiliza en exceso,
como vimos en puntos anteriores.

Manganeso y Silicio, dan dureza y resistibilidad al
desgaste.

Fósforo, crea quebradura en frío, lo que
es perjudicial en climas severos.

Azufre, crea quebraduras al rojo, lo que trae grandes
defectos en el proceso de fabricación, por lo que su
contenido es muy pequeño, el ÁREA recomienda no
usarlo.

Arsénico aumenta la resistencia al desgaste y la
dureza, pero baja en algo la resistencia a la fatiga y a la
fragilidad, así como la viscosidad al impacto,
especialmente cuando hay baja temperatura. La presencia de
arsénico en la composición del acero para carril se
permite sólo en 0.15%.

Como el carril se desgaste con mayor frecuencia en las
juntas (entre 1.5 y 2 veces más que en el centro), se le
hace un tratamiento térmico en sus extremos
(sorbitización) de su superficie de rodadura en una
profundidad de no menos de 4 mm del borde del carril en una
longitud de 80 mm. La transición de la capa templada a la
no templada, se realiza de forma paulatina, suavemente, tanto en
la sección transversal como en la longitudinal. La capa
templada debe comenzar a una distancia no menor de 4 mm del borde
del carril y en la sección transversal no debe extenderse
más bajo del comienzo de los bordes curvos de la corona.
La dureza de los extremos templados de los carriles debe estar en
los límites de 300 – 401 unidades de dureza
Brinell.

Tabla 2.1.Composición química de los
aceros utilizados para carriles.

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Perfiles..La superficie de la corona del carril
se construye de forma convexa, para una mayor
centralización en la transmisión de las presiones y
el aumento de la resistencia del metal por las altas presiones de
contacto que llegan hasta 1100 – 1400 MPa. Para reducir las
tensiones de contacto, la parte media de superficie de rodadura
se construye con un gran radio (R1= 300mm), que pasa a un radio
más pequeño R2 = 80mm y al final un pequeño
radio de 13mm (r1). El radio r1 concuerda con el radio de la
pestaña de las ruedas de las locomotoras lo que permite un
apriete consistente entre ambos, debido a la influencia de las
fuerzas horizontales transversales y lo asegura de posibles
arrastres de la rueda sobre el carril. En algunos carriles se
mantiene una vieja configuración que consiste en el que no
se incluye el radio R2. En países como los Estados Unidos,
en algunos países de Europa y en Japón, se utilizan
con mucha frecuencia los carriles con coronas en forma de caja y
es recomendado por la Asociación Internacional de
Ferrocarriles (UIC).

El ancho superior de la corona se limita a valores entre
70 y73 mm para disminuir la excentricidad (C), incluso cuando se
limitan las cargas verticales (P) (para los carriles mayores de
P50, C= 24.9- 26.6 mm).El ancho inferior de la corona le
garantiza una cantidad racional de material y reduce en algo la
diferencia de velocidad de enfriamiento de la corona y el
patín después de laminado, además esto se
hace necesario para la creación de un área de apoyo
de las mordazas suficiente en la zona de las juntas. Los carriles
rusos se construyen con ensanchamiento en el área inferior
con una pendiente de 1:20, esto lo recomiendan algunos
ferrocarriles e incluso hay dos grandes empresa que aplican estos
métodos en los Estados Unidos (la Chesapicks Ohio y la
Baltimore Ohio, en los carriles SV 122) y en Alemania en el UIC
60. Los carriles norteamericanos RE 115, RE 133 y RE 140 utilizan
una pendiente de 1:14.3.

Tanto el borde inferior de la corona del carril como el
borde superior del patín se construyen inclinados para
crear un paso suave hacia la garganta. A mayor ancho de la corona
en el borde inferior; mayor contenido de carbono en el acero,
así como mientras más suave se construye este paso,
mayor deberá ser el ángulo entre la línea
horizontal que corta el punto donde se cortan las pendientes del
patín con el eje vertical del carril y la pendiente para
crear una uniformidad en el enfriamiento del carril en su
totalidad y así disminuir las tensiones en la
transición de la corona a la garganta. esto al mismo
tiempo mejora la compresión del metal en la corona en el
proceso de laminación; con un mismo gasto de metal en la
corona se aumenta el peralte del carril y por ende el momento de
inercia.

El borde inferior de la corona y el superior del
patín sirven de apoyo a las mordazas en las juntas, las
que como cuñas se colocan entre ellos, apretando la corona
y el patín. Las mordazas deben proyectarse de tal forma
que cuando aprieten no toquen a la garganta. Esto es necesario
para que el desgaste de la superficie de apoyo del carril y la
mordaza sea el mínimo y las mordazas debido a su apriete
se puedan desplazar en el seno del carril y queden ajustadas en
el apoyo. El espacio entre las mordazas y la garganta tiene
valores entre los 3 y 6 mm.

El espesor del patín en sus extremos, se
construye anchos para que no se enfríen rápidamente
en el proceso de laminación, para que el metal no se haga
frágil ni se presenten grietas en el templado. En los
carriles actuales este espesor varía de 9 a 15 mm. (ver
anexos)

Determinación del tipo de carril de acuerdo al
peso por unidad de longitud.
Para la determinación del
peso de los carriles a utilizar en un tramo hay que conocer las
características del equipo que circulará por
él y la densidad del tráfico a circular y la
velocidad de circulación. Conociendo estos datos podemos
determinar que tipo de carril se requiere para el lugar
dado.

Con este fin se han planteado varias teorías, la
primera fue propuesta en el Congreso Ferroviario del Cairo
y consiste en determinar el paso del carril a partir del peso por
eje del equipo más desfavorable, teniendo la
forma:

G= 2.5 P Donde P viene dado en Toneladas

V – en kilómetros por horas.

Esta expresión es racional para

V( 160 Kph

Monografias.comYershov propuso utilizar la
velocidad como medio para hallar el peso del carril, y la
expresión utilizada fue la siguiente:

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G en Kg./m

Shulga propuso utilizar el ciclo de carga
circulante por la vía en cuestión para determinar
el tipo de carril y formuló la siguiente
expresión:

G = 31.046T0.203…………..II. 3

Donde T, en millones de toneladas al
año.

Shajunianz propuso unificar todas estas
expresiones en una y formuló la siguiente
expresión:

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Donde: a- coeficiente que toma el valor de 1.2 para
vagones y 1.13 para locomotoras

V- velocidad máxima en KPH

P- Carga por eje del vehículo más
desfavorable en T.

El campo de aplicación de estas fórmulas
abarca hasta velocidades menores o iguales a 160 KPH

Tabla 2. 2 Comparación de los resultados
obtenidos para la determinación del carril

a utilizar en los proyectos.

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De los resultados obtenidos se escoge la de mayor
valor.

Tipos de carriles más conocidos y sus
características

Tabla 2.3. Características técnicas de
los carriles
.

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Longitud de los carriles. Espaciamiento. Para
evitar el pandeo de la vía se dejan espacios libres entre
cada uno de ellos por lo que se ve limitada la longitud de estos
elementos. Estos espaciamientos denominados calas se hacen con
vista a permitir el desplazamiento longitudinal del carril por
dilatación o contracción bajo la acción de
los efectos de la temperatura.

Este espaciamiento debe ser de tal magnitud que al
dilatarse el metal no se topen los carriles uno con otro o que al
contraerse no provoque cizallamiento en los tornillos de las
mordazas. Si ninguno de estos dos fenómenos se produce
estamos en presencia de una junta que supera todas las tensiones
en los ciclos anuales, manteniendo un espaciamiento estable. Si
obtenemos este resultado en todos los carriles colocados en un
tramo, podemos prescindir de las juntas a corta distancia, es
decir podemos alargar la longitud de los carriles. Este carril se
denomina carril sin junta o carril largo soldado. Cuando los
elementos de fijación que posee el carril están lo
suficientemente apretados, se logra que el centro de la barra se
encuentre tensionado y sólo ocurra el desplazamiento en
los extremos del carril. (esto lo veremos en el tema referente a
los carriles largos soldados).

Defectos de los carriles. Por las vías
ferroviarias circulan trenes con cargas considerables y a altas
velocidades. Sus ruedas al circular por la vía golpean al
carril con una fuerza que oscila entre los 100 y 150 KN, dicha
fuerza se ve afectada por un coeficiente dinámico debido a
la velocidad que provoca un aumento considerable sobre el efecto
que esta fuerza provoca en la vía. Este efecto crea
deformaciones elásticas, debido a la característica
elástica de la superestructura de la vía, que con
el tiempo va convirtiéndose en deformaciones
residuales.

La continua circulación de los equipos sobre los
carriles va creando en ellos desgastes y defectos, los cuales son
trasmitidos a las traviesas, a las fijaciones y estas al balasto
y por ultimo a la explanada.

En los carriles se producen defectos por varias razones,
las cuales enumeraremos en este epígrafe.

Tabla 2.4 Desgaste de los carriles (* Nota: El valor
entre paréntesis es el desgaste vertical).

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Desgastes. El desgaste se produce debido al contacto
entre la pestaña o la llanta (superficie de rodadura)
contra el carril. Este desgaste puede ser vertical u horizontal.
El desgaste horizontal se produce principalmente en las curvas
por el roce e impacto entre la rueda guía con el borde de
trabajo de la corona del carril. El desgaste vertical la produce
la llanta de la rueda, principalmente cuando se encuentra en zona
de frenado o aceleración. El desgaste equivalente, es la
suma del desgaste vertical y la mitad del desgaste horizontal o
lateral.

El desgaste permisible en los carriles, es el desgaste
equivalente máximo que permite que los trenes circulen por
una vía. El desgaste vertical es el que más afecta,
pues de llegar a tener el carril un desgaste excesivo puede
provocar que las pestañas de las ruedas golpeen los
tornillos de las juntas y con ello deteriorar este punto de la
vía que se considera uno de los más
peligrosos.

(Ver tabla 2.4)

El desgaste vertical se mide en el centro del carril y
el desgaste lateral a la altura igual a 13 – 14mm del nivel de
rodadura del carril. Los Defectos se miden con calibradores
especiales.

Defectos. Los Defectos de los carriles pueden ser
producidos en el proceso de fundición o por efecto de los
equipos. Existe una clasificación que comprende 9
grupos.

Al grupo 1 pertenecen los Defectos por
laminación y desmoronamiento del metal en la superficie de
rodadura, producidos por fisuras internas o por defectos de
fabricación, también se deben al acelerado y
frenado.

Al grupo 2 pertenecen las fisuras transversales
en la corona del carril y las roturas debido a estas causas. Las
causas pueden ser por Defectos de fabricación o por
impactos dados por la pestaña de la rueda.

Al grupo 3 pertenecen las fisuras longitudinales
en la corona del carril. La laminación puede ser vertical
u horizontal. La causa principal es por defectos de
fabricación: metal contaminado por elementos no permitido
en el proceso de fundición, acumulación de
fósforo y azufre en alguna parte del elemento, así
como otros deterioros de la estructura del metal. La fisura
longitudinal se desarrolla por bandazos, baches, incorrecta
súper elevación en el carril exterior de la
curva.

Al grupo 4 pertenecen el aplastamiento y
desgastes no uniforme de la corona del carril. Los aplastamientos
ocurren en los extremos del carril donde se crea una
ondulación semejante a la silla de montar. En estos
Defectos se produce en la mayoría de los casos rebabas a
un lado y otro. Se observa frecuentemente en carriles fabricados
con acero blandos. Su aceleración lo producen las juntas
bajas, las calas topadas o muy abiertas. Los desgastes
ondulatorios se producen con mas frecuencia en los tramos de
aceleración y frenado y muy característico de los
tramos donde circulan locomotoras diesel y locomotoras de
tracción elástica.

Al grupo 5 pertenecen los defectos en el alma del
carril o debajo de la corona del carril. Se producen por la
incorrecta colocación del carril sobre las sillas, poco
mantenimiento de la súper elevación del carril
exterior de la curva.

Al grupo 6 pertenecen los defectos y deterioros
en el patín del carril.

Estas fisuras llegan a romper una parte del patín
o hacer que el patín se seccione.

Estas fisuras se producen como resultado de defectos
fabriles de fundición.

El desarrollo de estas fisuras es posible como
consecuencia de un mal mantenimiento a las vías, por falta
de apoyo del carril en la silla, por inclinación brusca
del carril hacia el eje de la vía, así como
inclinaciones longitudinales debido a bandazos. El impacto que le
da la rueda al carril provoca el surgimiento de tales fisuras. El
peligro mayor lo representan las fisuras internas o burbujas en
el centro del patín.

Al grupo 7 pertenecen aquellas roturas que
presenta el carril en toda la sección, exceptuando las
indicadas en el grupo2, esos debidas a inclusiones sólidas
en el metal, por el impacto de las ruedas con planos.

Al grupo 8 pertenecen los defectos por
flexión del carril que generalmente se producen por
impactos bruscos o por accidentes sobre la vía.

Al grupo 9 pertenecen los defectos no incluidos
en los 8 grupos anteriores.

2.2- Fijaciones o sujeciones (Pequeño material
de vías)
Las fijaciones o sujeciones pueden ser
periódicas o frecuentes y de juntas. Las periódicas
son las que unen al carril con las sustentaciones, las de juntas
son las que unen los carriles entre sí. (ver
anexos)

Fijaciones periódicas o frecuentes.
Función.
Las fijaciones periódicas según
la forma con que unen al carril con las sustentaciones pueden
ser:

Directas, cuando con cualquier elemento de
fijación se unen directamente al carril con la s
sustentaciones sin que haya un escalón intermedio. Ejemplo
en las traviesas de madera cuando no se usan sillas se fija el
carril con los clavos directamente a la traviesa.

Indirectas, cuando un elemento de sujeción une al
carril con un tercer elemento y este a su vez se une a la
sustentación

Mixta, cuando al mismo tiempo se unen los tres
elementos.

Este tipo de fijación debe ser capaz
de:

a . – que el ancho de la trocha se mantenga inalterable
el mayor tiempo posible.

b.- permitir que puedan realizarse trabajos de
restauración, mantenimientos y reparaciones.

c. – Fijar al carril en evitación de
deslizamientos transversales y longitudinales de la
vía.

d – Ser elásticos, garantizar la elasticidad
volumétrica en óptimas condiciones y mantener la
elasticidad entre ellas y el resto de los elementos.

e – tener la menor cantidad posible de piezas, ser
sencillas, fiables, fácil de colocar y
económicos.

Fijaciones para apoyos de madera. Las fijaciones
para apoyos de madera sin utilizar sillas fueron las primeras
empleadas en el mundo ferroviario, por supuesto son los
más corrientes En este tipo de fijaciones se utiliza el
clavo como elemento de unión entre el carril y los apoyos,
es decir que el clavo se coloca directamente en la traviesa y su
cabeza, construida especialmente para este fin; se apoya contra
el patín del carril. Este tipo de fijación es
directa y en la actualidad se utiliza también como
elemento de unión, el tornillo tirafondo, el cual se
enrosca en la traviesa. También se utilizan clavos o
grapas elásticas, que consisten en dos barras de acero al
muelle unidas estrechamente, dobladas en uno de sus extremos y el
otro extremo en forma de saeta, que es clavado de la misma forma
que se clava el normal, y que su doblez se usa para apoyarse
sobre el patín del carril y presionarlo. Para que la
traviesa no se agriete al introducir el clavo o el tirafondo, se
abren orificios de 2mm aproximadamente de diámetro menor
que el diámetro del tornillo o que la arista del
clavo.

En algunos países como Francia se comenzó
a utilizar una planchuela de metal elástica, la que apoya
uno de sus extremos en el patín del carril y el otro
extremo sobre una almohadilla de goma colocada en un corte hecho
en la traviesa, el carril también se colocó sobre
una lámina de goma, esto por supuesto dio mayor
elasticidad al conjunto carril traviesa lo que trajo beneficio en
la circulación de los trenes así como da mayor vida
útil a las traviesas.

Partes: 1, 2, 3, 4

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