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Especialidad de urbanismo y transportes

FERROCARRILES Belén Martín Lozano 543

PRIMER PARCIAL TEMA 1. ESTRUCTURA DE LA VÍA TEMA 2. LA VÍA SIN JUNTAS TEMA 3. APARATOS DE LA VÍA TEMA 4. MATERIAL MÓVIL TEMA 5. TRACCIÓN FERROVIARIA

TEMA 1. ESTRUCTURA DE LA VÍA Se pueden construir dos tipos de vía, la de balasto y la de placa. La vía del presente debería ser la de placa pero hoy en día en España se siguen construyendo vías de balasto. VÍA EN BALASTO Está formada por un eje montado, son ejes rígidos y que condicionan la estructura, además este eje, a través de las ruedas se apoya en unos carriles. El carril puede tener distintas formas pero se pretende que sean únicas en función al tipo de ferrocarril al que vaya dirigido. El carril se apoya sobre las traviesas a las cuales están unidos mediante sujeciones (elementos con una función fundamental en el conjunto). Además la traviesa descansa sobre un lecho de piedras que se llama balasto, son piedras que no están pegadas si no colocadas unas encima de otras, y la transmisión de esfuerzos entre ellas se hace por rozamiento. Para evitar que se disgreguen se necesita un cierto ancho, así los esfuerzos no afectan a los extremos, es por ello por lo que se crea una banqueta de balasto. La banqueta de balasto se encuentra sobre el subbalasto, que es una capa granular con características determinadas. Y finalmente por debajo está la plataforma que puede ser o natural o artificial. A veces colocamos una capa intermedia entre la plataforma y el subbalasto que permite mejorar las condiciones de la plataforma, es la capa de forma. La economía de este tipo de transporte tiene mucho que ver con el buen comportamiento del sistema, buscamos una estabilidad, además existe una forma de controlar el buen estado, y es que previo a cualquier movimiento, todas las mañanas un tren recorre la vía y analiza la nivelación, el desgaste, el estado de la catenaria entre otros aspectos con el fin de solucionar cualquier problema antes de que circule un tren con mayor peso. Este control supone tener previstas las máquinas necesarias por si hay que intervenir. Si hablamos del sistema de vías en placa no necesitan tales controles, sí un pequeño mantenimiento pero su estabilidad hace que los costes sean en torno a un 30% los del mantenimiento de vías en balasto. 1.1 CARRIL Las funciones del carril: Es el guiado de las ruedas, el tren va siempre guiado y no se puede salir de donde están las vías. Además se debe encargar de soportar las cargas, es el soporte directo de las cargas del material, no sólo las del propio peso del tren si no también las que aparecen por otros factores como son el viento, la velocidad, las deficiencias del material móvil o de la vía… en algunos casos las tensiones son superiores a las admisibles lo que produce desgastes excesivos o averías. Y es conductor de corriente eléctrica de tracción y señalización, la corriente eléctrica circula desde la estación hasta el propio tren por la catenaria pero luego vuelve por el carril. Además la señalización también se coloca en el carril. Las características a conjugar: Buscamos un carril poco deformable pero también elástico, existen unos esfuerzos, además el carril no se encuentra apoyado de manera continua si no a unas distancias determinadas, por lo que depende de la rueda las tensiones que sean aplicadas. También tiene que ser suficientemente rígido para que la traviesa no lo soporte entero sino que reparta sus esfuerzos y así lleguen pocos a la plataforma de balasto. *Se debe conjugar la rigidez y la elasticidad

La robustez es necesaria para dar al carril un menor desgaste y que además pueda ser reutilizado en otras actividades. Buscamos vidas útiles de más de 35 años, y aunque la robustez trae un coste mayor luego se compensa. La adherencia en general la propia textura del carril y la adherencia con la rueda es muy baja lo que produce que la resistencia que se opone al avance es pequeña, con poca energía conseguimos desplazar mucho. Esto es positivo, pero por otro lado exige instalaciones más complejas para acelerar y frenar además de pocas rampas. Se necesita del orden de 4 o 5 km para frenar. Todo ello conlleva a que el propio trazado esté condicionado para prepararse para estas maniobras. Además el arranque depende en gran medida de los pesos de los ejes motores, pesos grandes permiten mejor arranque pero luego supone mayor problema para el movimiento en la vía. El tipo de perfil nos interesa que quede estandarizado al máximo, ya que buscamos construcciones rápidas y formas iguales lo consiguen. Los distintos tipos de perfiles que encontramos dependen de las circunstancias en las que se han desarrollado, existen muchas gamas con el fin de no desperdiciar material pero buscamos una homogeinización. Material del carril En el s. XV comienzan a fabricarse los carriles de madera, en realidad eran unos largueros que se utilizaban para desplazar cargas en diferentes situaciones. Pero realmente el inicio del ferrocarril se da con los carriles de hierro en el s. XVIII. Surge en las minas de hierro inglesas, en una época en la que hay una crisis económica fuerte, y lo que buscan es el poder acopiar el hierro producido para no parar la mina. La mejor manera es hacerlo en forma de listones o barras, y se dan cuenta que el deslizar las vagonetas por las barras es más cómodo. De ahí surge el desplazamiento de vagonetas sobre hierro (se mantiene durante mucho tiempo). En el s.XIX empiezan a crecer los tráficos y las cargas y los carriles de hierro dan problemas de desgaste. Además se produce un gran desarrollo de las fundiciones por lo que se pasa al carril de acero que acaba teniendo distintos tipos de tratamientos en función del momento. Formas del carril Se ha evolucionado por distintos tipos de perfiles, hoy en día el perfil que más se utiliza es el de patín. Las diferencias entre unos y otros son las dimensiones entre las distintas partes del carril. En algunos puertos hoy en día se siguen usando los carriles Brunel porque apoyan sobre una superficie de hormigón, además en los puertos las altas cargas que se manejan podrían producir pandeo en el alma estrecha del perfil de patín. Carril Phoenix, deriva del Brunel, se usa para zonas con tranvías (o el metro ligero de hoy en día), lo que buscan es que coexista con el resto de elementos del pavimento, y no genere ningún sobresalto excesivo a bicicletas u otros vehículos que puedan circular por ahí. Carril simétrico, se desarrolló con el fin de dar mayor eficiencia, cuando la parte superior se desgastase se le podría dar la vuelta y seguir usándolo. El problema es que el desgaste produciría que la nueva parte inferior quedase inestable. Es por eso por lo que han tenido éxito sólo para cargas pequeñas, pero en el s. XX se ha convertido en un elemento inviable. Vientre de pez, presenta una luz de 1 metro, esto hace que se ahorre por la inercia, pero las reparaciones suponen un esfuerzo y coste importante.

Carril Vignole o carril de patín, ha ido desarrollándose y aunque en algunos países todavía no responde al estándar, en general se compone de una cabeza, un alma y un patín. Busca un cierto equilibrio entre las masas para distribuir mejor las tensiones tangenciales y que no se produzcan grietas. Cuando hay juntas, la zona de unión se soluciona con unas bridas, hay que tener cierto cuidado con esa zona ya que pierde prácticamente toda la resistencia. CABEZA Soporta las ruedas, es decir, en general la carga, además la pestaña de la rueda debe ajustar el esfuerzo de una forma concreta, debe estar adaptada para que así sea más fácil el reparto de esfuerzos en superficie. El contacto se establece a 14 mm por debajo de la línea de rodadura del propio carril y ahí se mide la separación entre vía. Ancho ibérico 1668  1740 entre ejes. Por otro lado los radios deben estar de acuerdo con el alma y debe existir un margen de desgaste tanto lateral como por las tensiones de contacto. La forma de la cabeza debe adaptarse a la rueda para que en el contacto, sobre todo en curvas bajas o movimiento de lazo, exista un equilibrio de masas cabeza – patín que evita los desgastes excesivos. Para el dimensionamiento, debe tener suficiente anchura (65 – 72 mm) y altura (50 mm), además de ser estas proporcionadas al carril, las caras laterales tienen que estar inclinadas y no debe transmitir puntualmente los esfuerzos. ALMA Los esfuerzos cortantes y la corrosión, debemos prever las pérdidas de sección, el carril está a la intemperie lo que hace que tenga que soportar ciertas situaciones meteorológicas, vertidos… Además se le suma la tensión en taladros, que serían aquellas zonas donde se colocan las bridas, esto genera unos agujeros que disminuyen en gran medida la capacidad resistente del alma, el problema es que no sabemos dónde van a ir colocados, ya que sino la zona se reforzaría, lo que hay que hacer es que todo el alma esté preparada para esta situación y pueda soportar por sí sola las cargas. Cuando creamos un carril se suele cortar cada 18m pero luego al aplicarle la forma requerida y soldarlos sus longitudes son mucho mayores, no podemos saber exactamente el lugar de la junta. Para el dimensionamiento, buscamos una figura que transmita bien la tensión al patín y además que aporte inercia vertical mientras que permite el embridado, debe tener un ancho suficiente como para evitar las consecuencias de la corrosión. PATÍN Tiene que transmitir a través del contacto con la traviesa los esfuerzos, llevando unas tensiones lo menores posibles. Además debe evitar el vuelco del carril, pero tampoco puede ser de una longitud muy grande ya que puede generar una flexión importante y una deformación de flexión. Debe presentar rigidez en el plano horizontal. Su ancho tiene que ser suficiente como para repartir cargas y evitar el vuelco, buscamos una relación alto/ancho de 1,1 a 1,2, y la forma del patín viene según el laminado. Es importante tener todo estandarizado ya que supone un ahorro, sobre todo para el mantenimiento. Buscamos también una inercia importante de todo el conjunto. El carril se identifica por las siglas que dicen quién lo ha normalizado y el número que indica el peso (kg) x metro lineal. UIC 60 es utilizado para alta velocidad y para líneas principales UIC 54 para carril convencional NP 46 no está normalizado por la UIC pero también es utilizado.

Peso del carril El aumento del peso trae un importante el aumento del momento de inercia, cuanta más inercia menor serán las tensiones que aparecen. Debe dar respuesta a tensiones por cargas verticales, y también en el caso de la vía conjunta, sobre todo en algunas zonas concretas, tiene que soportar esfuerzos de compresión importantes y tiene que ser resistente al pandeo. A mayor peso menor número de averías, las averías pueden venir también por problemas de frenado de la locomotora donde la fuerza que aplica tiende a levantar un carril respecto de otro lo cual genera una deformación que puede llevar al descarrile, también la dilatación térmica puede afectar a la vía es por ello por lo que el carril debe estar preparado. Como vemos en el gráfico, con carriles de 80kg tenemos la mitad de las averías que con el de 36kg. De todo esto surgen ciertas expresiones que nos ligan el peso del carril con la carga por eje, con el fin de que la vida útil de carril esté por encima de los 35 años. En general, hasta hace poco, en Europa se limitaba el carril y su peso en función a las toneladas diarias que fuesen a pasar. *Casi todo lo puesto en obra está dimensionado en base a temas experimentales, alguien desarrolla una teoría pero antes de llevarlo a la vía se comprueba experimentalmente, se verifican todas las hipótesis. Se busca ligar causas y efectos. Composición química del carril En el siglo XVIII se comenzó usando carriles de hierro, en un principio eran de hierro fundido lo que generaba cierta fragilidad, después se pasó al hierro laminado pero con el aumento de velocidades y de cargas fue insuficiente su resistencia al desgaste. Finalmente en el s.XIX se pasó a los carriles de acero lo cual supuso un gran aumento de la duración, pero con el aumento de las cargas y para reducir las averías se han ido variando las proporciones de los distintos componentes según su dureza (C, Mn, Si, P, S). Características físicas de los aceros Es muy importante la elasticidad del carril, lo cual le permite recuperar su forma primitiva una vez retirada la fuerza que lo había deformado. Además deben ser tenaces, para que requieran altas energías para desgastarse. Buscamos flexibilidad hasta cierto punto, ya que debe tener capacidad de deformarse aunque ello no implica recuperar la situación inicial, por eso debe haber un compromiso entre flexibilidad y elasticidad. El material también debe ser maleable para poder se conformado en hojas delgadas. Interesa también el peso específico y el módulo de elasticidad del acero y la resistencia a tracción donde su calidad suele variar entre los 70 – 90 – 110 MPa.

Textura del carril Macrotextura depende fundamentalmente del propio material, en el proceso de fabricación y laminación del acero mediante la variación de la cantidad de componentes se puede llegar a mejorar un poco la adherencia pero no demasiado. Todo esto influye en la calidad del carril. Y se busca siempre un acero lo más homogéneo posible, fino y uniforme, sin coqueras, ni fisuras ni segregaciones, por ello se realizan controles continuos en cada una de las fases, si alguna falla se corrige de inmediato y así no afecta a toda la pieza. Microtextura, son las características propias del acero, en función a la ferrita – perlita. FABRICACIÓN DEL ACERO Se utiliza el procedimiento de soplado de oxígeno, que engloba tres fases, una primera de fabricación del acero, después el laminado del carril y finalmente el acabado donde se realiza el corte de las barras, los distintos tratamientos térmicos que influyen en la dureza requerida, el enderezado, el fresado de extremos y el taladro. En general es un alto horno donde se incorpora por un lado el acero y por otro los compuestos químicos, luego pasa a la zona de fundición y mientras sigue manteniendo esas altas temperaturas se realiza la laminación dándole con los rodillos la forma adecuada. Los rodillos tienen la contraforma y poco a poco consiguen la buscada, el problema son los desgastes importantes que se producen en estos elementos que además son bastante caros, la duración depende del tipo de material y producto a laminar pero suele durar unas 200 mil toneladas, por lo que en fábrica se tienen varios juegos de rodillos para no para el proceso. El volumen de la barra se mantiene, lo único que se hace es pasar de secciones mayores con longitudes menores a secciones menores con mayor longitud. Finalmente se lleva a la zona de recepción donde se realizan controles de calidad mediante ensayos mecánicos (de choque, tracción, dureza); químicos; y algunos más específicos (auscultaciones) y se miran las tolerancias, en sección y en longitud, para los orificios y el enderezado o por el peso. Finalmente se pasa a la identificación indicando la marca del fabricante, el mes y año de fabricación, la calidad del acero y procedimiento seguido, la cabeza del lingote y el tipo de carril, todo ello permite saber si existe algún problema cual es el origen y además poder conocer si los carriles hermanos tienen el mismo fallo. Las averías de los carriles proceden de diferentes causas, no sólo por el propio proceso de fabricación, sino que también influye el uso y el paso de sucesivas y excesivas cargas, la geometría, la mala ejecución por roturas, taladros incorrectos o torceduras… Las roturas por otro lado llevan directamente a la división del carril en dos o más partes, además de una pérdida importante en rodadura. Se suelen producir a temperaturas bajas y se localizan generalmente en soldaduras, taladros y extremos de barras cortas. Las fisuras pueden producir problemas de continuidad, tanto en partes interiores como en exteriores, es por ello por lo que el control mediante ensayos visuales, líquidos penetrantes, ultrasonidos o variaciones de campo magnético son importantes. Mancha oval, es una fisura transversal progresiva de origen interno en cabeza, procede del propio proceso y es un defecto que no se conoce bien el origen y que aparece en la estructura mineralógica de la masa del acero. Esto genera una cabeza con resistencias bajas, que genera tensiones y da lugar a fisuras. Se denomina también mancha plateada y hoy en día casi no se produce por los altos controles de calidad en las fases. Fisura horizontal en cabeza, por problemas en el proceso de laminación, que produce una baja resistencia generando una zona débil que se manifiesta con fisuras o grietas en la cabeza pero también en el alma. Fisura vertical longitudinal en cabeza, también imputable a la fabricación. Fisura vertical longitudinal en alma o rechupe. Fisura vertical longitudinal en patín.

Huella de un patinaje, en este caso ya es debida al uso, debido a los sucesivos patinajes de las ruedas va provocando desgastes importantes lo que obliga a levantar el carril y sustituirlo por otro. Rotura en estrella de los agujeros de embridado, debido al uso, las bridas pueden ser para las juntas o de carácter aislado, pero si los taladros no se hacen de manera correcta o las dimensiones del alma no lo son se producen roturas. Desfibrado del acuerdo entre la superficie de rodadura y el borde activo o shelling, defecto generado por la descohesión subyacente del metal y por el uso. Por el continuo rozamiento de la pestaña con el carril. El desgaste del carril en servicio supone un cambio en las dimensiones de éste ya sea por presión o por el movimiento relativo. Los factores que influyen en ese desgaste son el trazado, la estructura y estado de la vía, el estado del material rodante, las cargas, la velocidad, la composición química del carril y la rueda, los perfiles, el juego de vía o las características físicas del carril. Además este desgaste tiene una gran incidencia económica. Y puede ser: o o

Desgaste ordinario, es un desgaste lateral o vertical, producido por la abrasión de la cabeza, la deformación plástica de ella o la corrosión. Desgaste ondulatorio, depende del tráfico, es una deformación plástica, y se produce principalmente en el carril interior. No se conoce bien la causa pero depende del peso del eje y del peralte de la curva y la velocidad. Son de onda corta si hablamos de velocidades grandes y de onda larga si es en velocidades pequeñas. La imagen muestra el desgaste de la cabeza del carril en función del radio de la curva. Se obtiene el número de toneladas que permite pasar antes de tener que cambiarlo por desgaste excesivo, cuanto mayor es el radio menor es el desgaste que se produce. Cuando se ha producido un desgaste del orden del 15% de la masa de la cabeza del carril se debe cambiar. Para pequeños desgastes se pasan unos trenes amoldadores que lo mejoran.

La vida útil del carril se puede aumentar con: o o o o o o o o

empleo carriles naturalmente duros tratamientos térmicos engrasadores de carril engrasadores de pestaña empleo aceros especiales (Gr, Mn, Mb) recargues regeneración de carriles cambio borde activo

La regeneración del carril se puede realizar para aprovechar el carril viejo con un tratamiento previo, las condiciones son que el carril no debe ser anterior a 1925, además su longitud mínima es de 7 m y debe tener unos desgastes límites en alma, patín y cabeza. Una vez que se ha retocado el carril se pueden emplear para vías de tráfico inferior. Si era de vía principal pasaría a vía secundaria y de ésta a apartadero y finalmente como chatarra.

1.2 LAS TRAVIESAS Siempre se busca que las vías del ferrocarril sean estables. Los responsables de mantener en su posición los carriles son las traviesas, son el elemento intermedio entre el balasto y el carril. El proceso comenzó con unos largueros sobre los que se deslizaban las vagonetas, más tarde se añadieron listones de madera para evitar que el carril se hundiese. En esos momentos el ferrocarril circulaba a unos 20 – 30km/h, pero con la evolución en cargas y velocidades se le empezaron a exigir mayores condiciones y de ahí surgieron las traviesas, encargadas del soporte del peso. Su función principal es la de mantener invariable la geometría del carril, soporta y posiciona los carriles, mantiene su ancho y la nivelación además de su inclinación de 1/20. También aporta resistencia en las tres direcciones no sólo para esfuerzos verticales sino también para los movimientos o esfuerzos transversales y tangenciales. Pero la recepción de ellos no es su única función también transmiten estas cargas y esfuerzos para que las tensiones que lleguen al balasto no sean excesivas. El conjunto del carril con la traviesa, es decir, el arriostramiento de la vía confiere a la estructura una rigidez y estabilidad que se debe mantener constante. Además tienen que colaborar en el aislamiento eléctrico entre los carriles y por las corrientes parásitas. Los materiales de las traviesas En un principio fueron bloques de piedra, aunque a estos no se les considera como traviesas, de hecho fue a los pocos años cuando se vio la necesidad de introducir elementos transversales y aparecen las traviesas de madera, todavía algunos países las siguen usando como España pero cada vez menos. Se usan actualmente en África y Asia pero sobre todo en la India. Después surgen las traviesas de acero, debido a la escasez de madera de algunas zonas y el desarrollo de la siderurgia que llegó a permitir precios bajos. Y como la electrificación de las vías todavía no se había desarrollado no generaba problema y la señalización se solía hacer con semáforos mecánicos. Pero con la llegada de la electrificación, a finales de la primera mitad del s. XX es necesario que actúen como aislantes y no se produzca ninguna fuga lo que lleva a la necesidad de las traviesas de hormigón. Con la primera Guerra Mundial se crean las traviesas de hormigón en masa pero genera problemas por picos de tensión que generaba fisuras en el hormigón por bajas resistencias. Faltas de resistencia. Se pasa a las traviesas de hormigón armado, pero también rápidamente desarrolla una serie de problemas por el consumo de acero, el límite de su adherencia y las fisuras que se producen por cargas y tensiones altas. Traviesas monobloque. Surgen las traviesas bibloque de hormigón armado, se extiende primero por Francia y tuvo una tendencia hacia los sobreanchos. En Alemania sin embargo se crean las traviesas monobloque de hormigón pretensado que no llegan hasta España en 1975, tras una serie de pruebas entre armaduras pretesa y postesa se patenta la postesa. Ha habido un cambio importante en la fabricación y desde hace unos 10 años casi todas las traviesas se realizan con armadura pretesa. Además se está investigando la posibilidad de hacer las traviesas con materiales plásticos y sintéticos y también con fibras de madera aglomeradas mediante fuerte presión pero está aún lejos de resultados prácticos. Los costes en general suelen ser elevados, y para la elección de traviesas se sigue una serie de criterios, nos interesa cual va a ser la ubicación, si se va a encontrar en estación, a cielo abierto o cubierto, si es recta o curva. Todo ello lleva a una u otra elección. Se debe tener un compromiso entre la capacidad resistente y la durabilidad. En función a la economía, no sólo el precio de construcción es el importante, se debe buscar el ahorro pero teniendo en cuenta otros factores, uno de los principales es la vida útil. Ésta se debe fijar de antemano ya que la duración y el

mantenimiento de estos elementos supondrán el aumento de esos precios a largo plazo. Otro factor importante es el valor de recuperación o residual donde estos elementos más tarde podrán ser recuperados para usarse en otras actividades. La traviesa de madera tiene poco valor de recuperación, la metálica quizá valga para chatarra y las de hormigón puede valer para recuperar el propio acero o para arcenes en zonas rurales evitando así la fabricación de nuevas piezas. Estas reutilizaciones también eliminan costes ambientales. La idea a la hora de fabricar una traviesa es que al final nos lleguen pequeñas tensiones a la plataforma, es decir, que el momento flector sea el menor posible, por ello buscamos longitudes adecuadas donde no sea ni demasiado larga ni demasiado corta, se suele utilizar de 260 cm (vía métrica 1,8 – 2m; vía normal 2,45 – 2,7 m), e interesan formas estrechas en el centro y anchas en los extremos (los apoyos suelen ser de 25 cm y la altura depende del material desde los 15 cm del acero a los 25cm del hormigón). Para las tensiones suelen realizarse superficies para que sufran entre unos 6 - 10N/cm2, para que así el suelo no tenga que soportar grandes tensiones. Las formas típicas de las traviesas Semitraviesas, o dados de hormigón o piedra, no se suelen usar por el problema de que a velocidades altas sufren grandes desplazamientos. Se usan en zonas como el metro de Madrid donde los dados están metidos en la losa de hormigón con un forro. Bibloque, provienen de diseño Francés, son dos bloques de hormigón unidos por un elemento metálico que mantiene en posición las traviesas para evitar desplazamientos relativos en el carril. Rotula, lo que pretendía es que las cargas que llegase del eje de las ruedas del tren actuasen sólo en una superficie controlada. La colocación de una rótula hacía que en la parte intermedia no hubiese tracción, lo que produce un diseño y un comportamiento más sencillo. Además la rótula únicamente soporta los movimientos laterales como los de lazo. Lo que pretendía era introducir el comportamiento mecánico del bibloque pero sin tracción en la parte central. Monobloque, el hormigón debe pretensarse por las grandes tensiones que le llegan a la parte central, que si no provocarían fisuras. Permiten mantener el ancho y transmitir bajas tensiones, absorbe gran cantidad de ellas.

Aunque dependiendo de qué traviesa tengamos y de las fuerzas laterales que se le apliquen, las tensiones serán distintas en cuanto a cantidad per, casi todas se comportan de la misma manera (imagen). En la zona intermedia no hay tensiones porque no existe contacto. Y además se mejora con la compactación del balasto, dejándolo muy compactado en el contacto con el carril pero poco en la parte central para que no afecte. Las traviesas de hormigón cuentan con una resistencia a compresión de hasta 50MPa y a tracción de unos 6 – 8 MPa. Pero el problema son las tensiones debidas a los momentos flectores.

El espaciamiento entre traviesas Las traviesas se suelen colocar a una cierta distancia que está fijada. En el caso de las vías de balasto siempre se hace a 60 cm, debido a que el mantenimiento es frecuente y se crea la maquinaria para unas medidas prefijadas. Hablamos de bateadoras que recompactan el balasto disgregado y cuyos bates están separados una cierta distancia como para permitir el avance continuo (50 – 60km/h) sin interferir en el carril. Como las vías en placa no necesitan de este mantenimiento, sus medidas de distanciamiento pueden variar pasando generalmente de 55 cm hasta los 65cm, esta última medida permite ahorrar en material. Aun así las medidas mínimas y máximas se encuentran entre los 50cm y los 100cm de distancia, la mínima es debido al bateo y la máxima por calidad de plataforma, por las cargas y por la flexión del carril. TRAVIESA DE MADERA Se busca siempre una madera dura y que al mismo tiempo pueda ser apta para tratamientos. La madera es un ser vivo y puede ser atacada por microorganismos, es por eso por lo que la aplicación de tratamientos es fundamental. Roble (70% Francia); Haya (30% en Francia); Pino (diversas calidades); Abeto… En España se han usado en los últimos años sólo para aquellas zonas donde hay que poner una serie de vías que van a permitir bifurcaciones o cruces y tenga que ser necesario mover su posición. Se suelen usar también para estaciones por el hecho de tener materiales más higiénicos pero en realidad si queremos algo salubre deberíamos optar por el hormigón, que es lo que se está haciendo en estaciones más modernas. Principalmente estas traviesas se colocan en lugares de bajas velocidades. Renfe obligaba antes a que a los pasos a nivel, en los aparatos de vía y dilatación y en los tramos metálicos se colocasen traviesas de madera. Además las principales cualidades que presenta son su peso reducido lo cual genera ciertas ventajas para la hora de movimiento con facilidad, su cualidad de aislamiento eléctrico y clavabilidad para ser fijadas rápidamente, aunque ese tipo de sujeciones eran buenas en el ferrocarril antiguo hoy en día no tanto, aun así aún hay sujeciones con clavazón, su gran elasticidad y versatilidad que permite un fácil trabajo tanto en tallado como clavado. Necesita de tratamientos para conservarse y uno de los principales problemas es la deforestación y con ello la escasez de ésta para ser usada en el ferrocarril. Se encuentra en vías secundarias, tramos metálicos, plataformas inestables… Las ventajas son el poco peso, el ser reutilizable y su resistencia ante accidentes y al deslizamiento pero sus inconvenientes son el combustible, el envejecimiento, lo microorganismo y el ataque, y el poco peso para ser estable y soportar los esfuerzos de origen térmicos.

*la forma 1 es la más frecuente, done el ángulo superior es pronunciado. Según su funcionalidad las traviesas de madera se pueden usar: Como traviesas normales Para las juntas Para puentes Aparatos, donde están las cachas que se colocan en los aparatos de vía tanto de madera como de hormigón y varía su dimensión, son bifurcaciones donde hay que mantener los carriles en su posición por lo que las traviesas deben ir ampliándose hasta que se consigan bifurcar del todo.

Tercer carril, usadas con el fin de ser útiles para distintos anchos de vía, se trata en definitiva de un carril a un lado y en el otro dos próximos uno para un ancho mayor que el otro. FASES DE FABRICACIÓN Existe una primera fase donde se encuentran las tareas de tala, descortezado y labrado, además en el proceso de fabricación se deben incorporar unos tratamientos aparte del de impregnación para hacer frente al daño de los microorganismos, es por eso por lo que en la fase dos además del cajeo, taladro y secado se puede realizar el zunchado con pernos y zunchos con el fin de que aunque se ha secado la madera y está bien tratada no tenga ninguna tendencia a hincarse y por ello agrietarse, además el problema de hincharse hace que como el carril está sujeto a ese punto puede producir que deje de estar anclado. El secado puede ser bien natural esperando de 6 a 18 meses o artificial con horno, aceite o vapor. Finalmente en la fase tres se procede a la impregnación, que se suele hacer con creostosa, y existen distintos métodos, en general el de vaso abierto o también se puede hacer metiendo a presión el producto, se le da un baño, se calienta un poco y se incorpora el producto. Las causas del deterioro de las traviesas de madera son principalmente las grietas que generar heterogeneidad y variación de humedad y junto a ellas los ataques tanto biológicos como químicos que lleva a la disgregación final de la madera. *los problemas de corrosión u oxidación lo vamos a encontrar casi en todas las traviesas pero por el hecho de encontrarse a la intemperie. TRAVIESAS METÁLICAS Tuvieron su momento, además la fundición mejoraba los problemas de corrosión, pero con la llegada de la electrificación tuvieron que eliminarse en muchos sitios. Hoy se usa en África, Asia y en la India, donde hay tracción diesel. Suelen ser monobloque y si se hacen en bibloque llevan riostra, su peso es de unos 50 – 80kg y suele ser laminada en llantones a partir del perfil en . Tienen que estar bien clavadas para que permanezcan en la posición correcta. TRAVIESAS DE HORMIGÓN Las traviesas de hormigón han ido evolucionando, se empezó con hormigón en masa, más tarde con armado y finalmente con pretensado, la alternancia de los materiales se ha dado tanto por el intento de solventar los problemas como por la influencia de las guerras. Los problemas más importantes a los que tenían que enfrentarse era a las roturas por cargas bruscas que generaba fisuras en la zona de apoyo y sujeción, también permitía la entrada de oxígeno y agua de lluvia que derivaba en disgregación. La poca resistencia a fatiga hace que se compacte más el balasto que se encuentra bajo el carril (bateo sólo bajo carril no en el centro de la traviesa) y además se llega a apoyar el centro de la traviesa. Otra tendencia importante con este tipo de traviesas fue la disminución de la sección central. En España hoy en día las traviesas son de hormigón pretensado monobloque, son con armadura pretesa y pesan alrededor de 300kg. La longitud son 2,6 m es estándar y la sección de la base de 30 cm y la altura de 25. El hormigón consiguió traer más duración, además de unas características constantes y resistencia al desplazamiento, pero por otro lado se tuvo que hacer frente al difícil aislamiento, manejo y su mayor coste. El hormigón está compuesto de áridos de unos 20 mm, generalmente silíceos, en España de hecho se han prohibido los calizos, y cemento de alta categoría resistente. Si es hormigón armado era con barras de unos 8 – 16mm de diámetro, para el pretensado ya se usaban cables de 4 – 6 mm si era armadura pretesa y 10 – 14mm si era postesa. Las riostras por otro lado es con acero laminado.

Las formas de las traviesas de hormigón BIBLOQUE Constan de dos bloques de hormigón armado con gran resistencia lateral, de hecho mayor que la del monobloque, esto permite un mejor aprovechamiento de la capacidad, pero por otro lado en la dirección longitudinal serán las monobloque quienes tengan mayor resistencia al tener mayor superficie de tope en esa dirección. Tienen un peso aproximado de 200kg. Este sistema supone un gran consumo de acero, además de una débil capacidad para mantener el ancho ya que su facilidad de giro es alta y esto produce que el ancho de vía rápidamente pueda ampliarse y generar descarrilo, el descarrilo puede traer la consecuencia de que el choque de la rueda estropee la riostra. La solución sería darle más inercia, lo que supone un mayor consumo de acero y un mayor peso. Además estas piezas tienen poca superficie de apoyo. La riostra debe mantener la pintura que la protege ya que si no se puede corroer. MONOBLOQUE Son piezas de menor sección y por ello menor utilización de acero, su peso aproximado está en los 300kg y las hay pretesadas (donde el tensado se realiza previo al desmoldeo y con alambres de acero de alta resistencia) y postesadas (donde el tensado se hace posterior al desmoldeo y las barras de acero de alta resistencia se colocan en forma de 2 horquillas). DOS RÓTULAS Tuvieron poco desarrollo por los deterioros rápidos, las malas transmisiones de tensión y el mal mantenimiento del ancho. *el hormigón siempre se microfisura por ello en la fabricación se cosen las fisuras para que no crezcan. Se realizan controles de calidad de las traviesas de hormigón en la recepción analizando la geometría y dimensiones, los materiales o las resistencias; análisis estructurales; y ensayos en vía. En España encontramos traviesas de madera; de hormigón RS que son bibloque y aguantan hasta 160km/h; las hormigón pretensado pretesadas y postesadas; traviesas polivalentes que son usadas para los dos anchos de vía ya sea UIC o RENFE y constan de cuatro sujeciones, este tipo de traviesas se está montando en todas las vías de RENFE y pueden ser de sujeción indirecta o directa; y la traviesa de tres hilos donde uno de los hilos es común para los 2 anchos, pero genera muchos problemas, no se ha probado mucho. Polivalentes Surgen como consecuencia de la decisión del posible cambio de vía, del nacional al internacional, y se montan con el fin de que las redes de ancho nacional se reconviertan en internacional. La solución lo que pretendía era que fueran traviesas que servirán para los dos anchos de manera consecutiva y no simultánea, es decir, mantenía en el mismo emplazamiento cada carril manteniendo el eje de la vía. Un total de 4620km de la red tienen este tipo de traviesas, hablamos de 7,7 millones de traviesas. Traviesas de sujeción indirecta El carril se apoya sobre una placa de asiento de acero laminado o fundido, que se une a la traviesa mediante dos tirafondos, modificándose el ancho con el giro de 180º de las placas de asiento de ambos lados. Por ejemplo la traviesas JJM.

Traviesas de sujeción directa Se prevén dos zonas distintas de alojamiento de las sujeciones correspondientes, una de ellas para el ancho RENFE y la otra para el UIC, por lo que son necesarios cuatro puntos de anclaje por sujeción (mas débil). Su coste es menor que las anteriores

Mixtas (3 hilos) Esta tecnología compatibiliza la explotación de las dos vías en los dos anchos: convencional e internacional simultáneamente. Permite velocidades superiores a 200 km/h en plena vía y necesita de la instalación de puntos de conexión. En la construcción de las líneas de alta velocidad con ancho de vía internacional se contemplan algunos trazados con tráfico mixto tanto para viajeros como mercancías. También se diseñan vías de tres carriles de alta calidad que compatibilicen el paso de trenes de ancho convencional e internacional sobre una misma infraestructura. Solución con placa reversible, buena solución estructuralmente con alto precio. Solución con doble alojamiento de las sujeciones, no incrementa el precio pero duplica el número de taladros. *Interés relativo por la poca eficiencia de las instalaciones fijas de cambio de ancho.

1.3 SUJECIONES Son elementos que unen el carril a la traviesa y hacen así posible la continuidad estructural de la vía, hay distintos tipos pero su misión es que la posición del carril se mantenga invariable. La colocación correcta de estos elementos es fundamental, además necesitan de una intensiva mano de obra ya que el proceso no se puede mecanizar y podemos encontrar unos 6500 cada 1000 metros, buscamos que no se produzcan desplazamientos relativos que nos cambien el ancho. Además de mantener la ubicación del conjunto colaboran en el aislamiento eléctrico. Y tienen una repercusión grande en el coste, muchas de las sujeciones están ligadas a patentes de traviesas pero hoy en día se siguen diseñando nuevas. Conviene que sea un elemento receptivo a nuevas formas pero con prudencia. Estos elementos aumentan el coste en mantenimiento debido a que no vale con colocarla y apretarla, de vez en cuando hay que ver si siguen bien situadas. Los distintos tipos de sujeciones presentan diferencias en cuanto a la forma, si es sujeción directa, si es elástico, fijo,… hoy en día se busca una cierta elasticidad, de hecho las sujeciones rígidas no se usan, si eso para madera, pero prácticamente no. Sus funciones mecánicas permiten mantener el carril unido a la traviesa, absorbe elásticamente los esfuerzos del carril y los transfiere a la traviesa, consiguiendo así que el esfuerzo vertical que llegue a la traviesa de la resistencia longitudinal sea suficiente para limitar el deslizamiento en la barra larga soldada. También se encarga de limitar las fisuras en caso de rotura del carril y amortigua vibraciones e impactos. Mantiene el ancho de vía y la inclinación y evita el vuelco. Los elementos de los que está compuesta una sujeción son: los de anclaje a la propia traviesa para que mantenga fija la posición del carril, una placa de asiento que mantiene el aislamiento eléctrico y son importantes para mantener la rigidez de la vía, son materiales más o menos orgánicos con tratamientos para que durante 25-30 años mantengan sus cualidades, deben propiciar a la vía la mayor homogeneidad en cuanto a rigidez para evitar provocar aceleraciones a los vehículos que generan esfuerzos puntuales que dañan tanto la vía como la rueda. Los de anclaje de la placa, a la placa, y del carril, también tiene elementos elásticos que sirven de guía y son aislantes. Todo el conjunto debe conseguir el mismo fin y cuanto menor cantidad de elementos menos complicaciones. Como aspectos técnicos la sujeción debe procurar que se mantenga el apriete de contacto entre la sujeción carril y traviesa para que al pasar el eje no se separe aunque se genere una pequeña deformación que luego se recuperará, además debe permitir una frecuencia de vibración y tener una elasticidad adecuada para dar respuesta. Se debe procurar que el control del apriete sea fácil para poder aflojar y reapretar rápido, fácil de montar pero difícil de desmontar, no sólo para dar mayor seguridad a la vía pero también por problema de robos. Buscamos elementos que conserven bien sus características y den un rendimiento alto, si una pieza se rompe o agrieta se debería sustituir fácilmente sin tener que cambiar toda la sujeción, además no son baratas y están todas bajo patentes. Económicamente, debe ser de bajo precio y fácil montaje, buscamos reducir el número de elementos dentro de la pieza y una fácil sustitución. La gran durabilidad también trae reducción en precios. Los elementos que componen la sujeción puede estar dispuestos de manera directa, donde está unido directamente el carril contra la traviesa, son sujeciones rígidas y suelen usarse en la madera; dispuestos de manera indirecta cuando el carril está unido a una placa y esa placa a la traviesa; o mixta donde el carril y la traviesa están unidas y también lo está la placa a la traviesa. Estas dos últimas son elásticas y tienen capacidad de recuperación. Las sujeciones al igual que el carril han ido evolucionando, y por eso no sólo tienen que ser cada vez más elásticas sino también más robustas. Comenzaron como solución para evitar el vuelco y mantener el ancho, pero con la llegada de la electrificación requerían incorporar elementos aislantes. Cuando el carril comenzó a soldarse las características elásticas fueron fundamentales y el aumento de cargas produjo la necesidad de mayores resistencias mecánicas. Finalmente el aumento de la velocidad trajo la necesidad estricta de mantener el ancho de vía.

*las placas de asiento se encargan de reducir la tensión dirigida al carril, proporcionan elasticidad y mantiene la inclinación y el sobre ancho, evita de igual manera los desplazamientos longitudinales. Las ventajas que traen estos elementos son que al tener una mayor superficie distribuye mejor la carga vertical mientras que la horizontal es absorbida por rozamiento y distribuida por las sujeciones. Para insuficiencia de peralte son necesarias y excelentes, además reducen el momento de vuelco y dan mayor rigidez a flexión. Como sujeción rígida encontramos las escarpias, se anclan a la traviesa dando golpes hasta que se quedan sujetas. Son fáciles de colocar, pero con cargas altas o por presencia de variación de temperaturas necesitan antideslizantes en la zona de las juntas de los extremos del carril. *La utilización de antideslizantes permite crear una reacción ante la aceleración y el frenado, además de soportar esfuerzos térmicos y dinámicos (movimiento de carriles en juntas). También genera una reacción longitudinal frente al roce de la pestaña y reduce la flexión de los carriles. Como otra sujeción rígida tenemos los tirafondos, colocadas en algún caso en traviesas de hormigón, es adecuada para sujeciones directas y se utiliza en Europa. Son rígidas hasta cierto punto ya que tienen una arandela para controlar la pieza. Necesita de antideslizantes. Como sujeción elástica está la lámina o grapa, que se caracteriza por una lámina metálica que le da elasticidad a la sujeción. Dentro de esta encontramos: La traviesa bibloque RS va a asociada a un tipo de sujeción RN, patentadas, y es la utilizada por RENFE en todas las traviesas (12 millones). Esta sujeción se utilizó cuando se introdujo de Francia. El contacto de la grapa es difícil de colocar y de mantener, además permite sobreanchos de hasta 10mm y genera mal aislamiento. La grapa suele encontrarse poco apretada o sobreapretada.

En España se pasa de la RN al modelo P2 que deriva en el modelo J2, esta evolución se produce por el incremento de cargas, de tráfico y de velocidades (pasó de 160km/h se buscó un diseño más apto de sujeción), se sigue usando en España, aprovecha prácticamente todo el criterio y la tecnología de la RN pero se cambia la grapa. Además está formada por piezas de poliamida reforzadas con fibra de vidrio. Lo que varía es que introduce en vez de la grapa un elemento parecido al de la sujeción NABLA sobre el patín que garantiza el contacto, es un elemento elástico. Está formada por un bulón con tuerca + una placa elástica + grapa + pieza aislante exterior + pieza aislante interior. NABLA, deriva también del modelo RN pero en este caso se desarrolla en Francia para dar un mayor aislamiento, mantener el ancho de vía constante, pasar a un apretado sin medida y tener un buen montaje y buena conservación además de un buen comportamiento a fatiga. Tiene una pieza que apoya directamente en la parte superior del patín del carril y por el otro lado sobre un elemento de la propia sujeción, consta también de un casquillo que hace de aislante. CLIP, el modelo J2 junto con el NABLA evoluciona creando este nuevo modelo utilizado para las traviesas monobloque donde destacan las sujeciones:

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DE Complejo en cuanto a mantenimiento

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VOSSLOH Sistema que garantiza un comportamiento elástico frente a os movimientos verticales entre carril y traviesa. Aporta un contacto permanente, sin holguras entre carril y traviesa, manteniendo el ancho de vía dentro de las tolerancias, y proporcionando el aislamiento eléctrico adecuado entre hilos de carril. Cuenta con un elemento de apoyo que es la placa elástica de asiento que le da rigidez al conjunto, tiene una rigidez vertical de unos 80KN; vertical secante de 18 – 93KN; y vertical tangente de 100 – 200KN, además atenúa los impactos y aporta dureza. Como elemento tope está la placa acodada que permite posicionar la sujeción de la traviesa, es decir, que el carril mantenga la posición y no se desplace transversalmente, presenta resistencia bajo carga lateral tanto estática como de impacto y a la fatiga, suele ser un material plástico pero bastante rígido y que mantiene su geometría variable. De elementos de anclaje tenemos la vaina y el tornillo, se encargan de transmitir el esfuerzo de apriete del carril a la traviesa a la vez que aísla eléctricamente ambos hilos de la vía, la vaina se mantiene dentro del hormigón y tiene una especie de armadura con el fin de que las microfisuras no alteren su posición y el tornillo tiene una arandela para garantizar la homogeneidad del contacto. Y como muelle el clip elástico, que aporta elasticidad, dureza, resistencia a la corrosión y geometría, son los extremos los que están en contacto con el patín. *la placa de asiento se comporta con una rigidez vertical secante mientras que el clip elástico sigue un recorrido elástico asociado.

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PANDROL Se introduce con un martillo, con un golpe que garantiza el contacto.

Dentro de las sujeciones especiales podemos encontrar: VANGUARD Es una sujeción especial de PANDROL, donde el carril no apoya en la traviesa, sino que está colgado. Unas piezas están abrazadas al alma y otras a la traviesa. Este sistema permite absorber vibraciones, tiene muy buenas características de amortiguación por lo que para túneles urbanos se suelen usar. Tiene un mantenimiento complicado y son caras.

VÍA DE TRANVÍA La sujeción está por debajo del pavimento, embebida, siendo el pavimento del material que sea, el material inferior tiene que estar aislado.

CARRIL EMBEBIDO O VÍA ELÁSTICA No tiene traviesas, es una losa de hormigón con un cajeado y con unas cuñas elásticas para dar inclinación al carril.

CARRIL DE GRUA Es una sujeción más sencilla. Válido para carriles en línea recta y con bajas velocidades y altas cargas. Tiene un sistema especial para mantener la posición con un punto de contacto, no tiene esfuerzos horizontales importantes. Y la cabeza del carril es plana. Es válido para ruedas de 600 KN y el carril de 125kg/m.

*para la sujeción de puentes se puede usar PANDROL VIPA en vía en placa sobre el tablero. VM Es un sistema de tacos, muy parecido al PANDROL, la diferencia está en que utiliza una placa que se encuentra embutida dentro del hormigón con unas patas de anclaje. Se suelen usar en viaductos en vías en placa. IOARV Consta de una placa de asiento. Esta puede tener distintos espesores lo que permite modificar ligeramente la posición del carril, ya que sirve para vías con placa y al no tener balasto no se puede modificar en un principio tan fácilmente la altura. Está limitado unos 2cm. ENSAYOS DE LAS SUJECIONES Se realizan una serie de ensayos para medir tolerancias geométricas, funcionalidad, verificar el aislamiento eléctrico, comportamiento a fatiga, resistencia al arranque, la variación del apriete, sobreancho sin carga… Antes de la fabricación hace falta que ADIF lo homologue previamente. Realizando unos ensayos y dando el visto bueno para la fabricación y puesta en vía. Aun así se sigue un proceso de control de calidad con mediciones y ensayos en fábrica, recogida de ciertas muestras al azar para ensayos fuera de laboratorio comprobando que los criterios iniciales se siguen cumpliendo. También se realizan análisis de los certificados de calidad, es decir, del número de piezas enviadas, de los resultados del autocontrol y de la trazabilidad. Y se comprueba el mantenimiento de las pautas de producción.

1.4 CAPAS DE ASIENTO Las capas de asiento se colocan por debajo de las traviesas y por encima de la plataforma, son balasto y subbalasto, y se encargan de repartir las tensiones a las capas inferiores procurando que a la plataforma le lleguen las mínimas posibles para soportarlas con su capacidad soporte. Si hablamos de una vía en placa no tendrá capas de balasto sino una losa de hormigón pero el fin es el mismo. *Se introducen criterios de carácter experimental, que nos permiten conocer los órdenes de magnitud de los espesores, que vienen relacionados con las tensiones que le llegan a la placa. Existe una incertidumbre a la hora de conocer cuál es la transmisión de tensiones entre las capas y también la deformación que sufrirían las capas superiores. Cuando hablamos del comportamiento mecánico, se puede conocer la tensión que le llega a la capa superior de balasto con relativa exactitud ya que conocemos la reacción de la traviesa y la zona de contacto pero a la hora de hablar de las capas de asiento, se han desarrollado diversas teorías de cómo se distribuye la fuerza. Al final lo que nos interesa es que la rigidez de los distintos elementos de la vía vaya siendo menor de arriba hacia abajo, hasta llegar a la explanada. HISTORIA Tras la introducción de las traviesas, y debido al hundimiento de éstas en el terreno por la superación de la capacidad portante, se pensó en la colocación de elementos intermedios entre la traviesa y la plataforma con el fin de reducir los daños de ésta. La presencia de terrenos arcillosos o la mayor intensidad del paso de las cargas cada vez mayores además de la experiencia hizo que se escogiese un material granular, el balasto. Es un lecho de piedra partida de dureza y resistencia a la abrasión. En general es de roca silícea, en España está prohibida la caliza, y esta capa recibe la tensión y la va reduciendo conforme el espesor. El balasto recibe a las traviesas, tanto para servir de apoyo como para arroparlas, envolviéndolas en cinco de sus seis caras. El mayor coste de mantenimiento está en el balasto, el balasto conforme que pasa el tráfico aumenta su resistencia y se compacta hasta que llega a un punto en el que se colmatan los huecos y empieza a funcionar de una manera diferente y provoca tensiones laterales importantes. Esto lleva a renovar con balasto nuevo, lo que supone recompactarlo e iniciar el proceso. Un balasto sobre el que han pasado 100 mil toneladas tiene el orden del 70% de resistencia y con las 100 millones llega al máximo, 100%. Buscamos entonces minimizar el mantenimiento. Se debe dar importancia a los espesores y tener controlado al mayor enemigo que es el agua. Buscamos mejorar el saneamiento mediante la utilización de un material drenante para sacar el agua lo más rápido posible, y lo que no se pueda drenar se debe eliminar mediante otros métodos. Hay que evitar que el agua se acumule y a niveles de capas inferiores colocar un sistema de drenaje. Si el material se desgasta, es decir, se colmata y hacen finos impide el drenaje y también la evaporación. El balasto no sólo limita las tensiones verticales si no que también evita las fugas de corrientes que no han sido redirigidas por el carril o que las traviesas no han conseguido aislar totalmente. Las consideraciones básicas a tener en cuenta en el dimensionamiento son: las prestaciones de las capas, su capacidad drenante, que permitan amortiguar y repartir esfuerzos sin que se desgasten, además que constituyan un lecho elástico y permitan el establecimiento de la nivelación y el peralte y sus ajustes, en cuanto a la nivelación debemos tener en cuenta el vuelo de balasto a alta velocidad (+300km/h) que produce que las piezas vuelen y con ello provoquen daños en los propios sistemas de tuberías de los trenes además de una desconsolidación de la capa, la solución sería reducir la cota de balasto o utilizar una vía de placa. Hay que evitar las fugas de corrientes y mejorar el saneamiento. Finalmente tenemos que tener una capa estabilizada horizontalmente.

La capa de asiento necesita de frecuentes intervenciones, y su deterioro se tiende a incrementar cuando la infraestructura tiene poca capacidad portante o no es resistente a las heladas. Si se produce un descenso de la plataforma hay que recrecer la capa de balasto, lo que supone una recompactación del balasto con bateadoras. Este proceso requiere de una eliminación de parte de la capa, el hecho de rehacerla supone añadir otra capa más por encima del subbalasto antes de colocar la capa de balasto, y finalmente usar la maquinaria para compactar, debemos tener en cuenta que los bates no llegan a mayores profundidades que los 60 cm. Las funciones del balasto Cuando tenemos en cuenta las tensiones y las dimensiones de los espesores se suelen considerar el conjunto del balasto + subbalasto, aunque sus funciones sean distintas. Las funciones principales del balasto son las de transmitir y repartir las cargas con el fin de no superar las tensiones admisibles de las capas inferiores. Una mayor resistencia se obtiene si se empotra la traviesa en el balasto, esto consigue arropar la traviesa rodeando todas sus caras excepto la superior, de tal manera se coacciona el movimiento longitudinal ya se pueda producir por dilataciones, aceleraciones o frenados y el transversal que se incrementa por movimientos de lazo o fuerza centrífuga. Buscamos que el balasto proporcione elasticidad, cuanto más elástica es la vía en principio más cómoda es la rodadura, además aminora el efecto de impacto al absorberse parte de los efectos dinámicos. El problema es cuando pasa a ser un elemento demasiado elástico porque genera flexiones importantes, produciendo aceleraciones puntuales al tren, actúa como un bache. Siempre buscamos un equilibrio entre la elasticidad y la rigidez para mantener en nivel la horizontalidad de la vía. Las capas de balasto además nos permiten afinar la rasante y peraltar, la plataforma no nos permite obtener esa sensibilidad de nivelación que hay que conseguir con esta capa. De hecho cuando hay problemas de asientos o deformaciones en las plataformas, se puede recuperar la geometría mediante el aumento de esta capa. Aun así no se debe usar de manera excesiva además la compactación del balasto puede generar problemas por eficiencias. Además otra cosa muy importante, y que se suele olvidar en obra, es el tema del drenaje, la introducción de estos sistemas suele suponer tiempo y plazos de espera pero debemos tener en cuenta que el enemigo principal de cualquier obra es el agua y hay que evitar que entre, y si entra sacarla, sino puede traer problemas de putrefacción de las maderas y oxidación de los metales. La función del balasto es ser una roca porosa, no sólo permitir el circular el agua por ella si no también que se evapore. Si el agua se filtra al subbalasto debe ser extraída por estos sistemas de drenaje. Estas capas deben impedir el crecimiento de plantas, proteger ante heladas ya que sino se reduce la susceptibilidad de las capas inferiores y permite disminuir el ruido gracias al rozamiento entre ellas, aunque la cantidad a absorber de ruido no es en gran medida, en el caso de zonas urbanas se deben colocar sistemas más complejos como mantas de neopreno para reducir las molestias. Las rocas de origen de las que está formada la capa de balasto y subbalasto son materiales poco desgastables, destacan preferiblemente las rocas ígneas como el balasto o el granito que además son resistentes a la abrasión, rocas sedimentarias como las cuarcitas o conglomerados, en España está prohibido utilizar caliza debido a su fácil disgregación por agentes químicos como por el impacto de las traviesas. Y buscamos rocas de machaqueo (extraen, machacan y criban), con forma regular para que el rozamiento sea más eficaz. Aun así en España se usan rocas de altas resistencias (de clase A), ya que aunque el problema que tiene las exigencias de calidad es que hacen que el coste del transporte sea muy importante por el hecho de tener que ir a canteras lejanas, España cuenta con la ventaja de tener alta cantidad de canteras óptimas para estas capas. Es deseable una roca cúbica con aristas para el buen encaje procurando una buena resistencia frente al deslizamiento longitudinal y transversal de la traviesa. Las canteras de las que se obtienen estos materiales suelen tener un aprovechamiento del 55 – 60% y hay que considerar los costes que suponen la obtención de los materiales. El coste de transporte en España es reducido gracias a la facilidad de obtención de materiales, pero hay países que han preferido fabricar balasto antes de costear el transporte de éste.

*están prohibidos los cantos rodados, las lajas, formas aciculares o redondeadas, el suministro de balasto de mezcla de rocas de diferente naturaleza geológica, no se contempla el uso de escoria en los Pliegos de Prescripciones Técnicas pero tampoco se prohíben. *la proporción de las lajas debe ser pequeña ya que tienden a colocarse con la dimensión mayor según planos horizontales lo que facilita el deslizamiento de la traviesa y aumenta las deformaciones plásticas de la capa de balasto. Se introducen limitaciones en cuanto a las dimensiones mayores del elemento pétreo, este no debe sobrepasar en tres veces la dimensión menor, medidas ambas según planos perpendiculares. Además ningún elemento podrá tener un tamaño mayor a 80 mm, aunque eso es en teoría, ya que en la práctica ADIF en alta velocidad limita por abajo y por arriba las dimensiones en 31,5 mm y 63mm respectivamente. Se limita inferiormente por el problema de la colmatación con finos que perjudica la función de drenaje del balasto, al igual que la de evaporación y también evita el efecto pumping que le haría perder la capacidad de rozamiento con respecto a la traviesa y superiormente debido a problemas de colocación además de necesidad de elementos potentes para la compactación, de peso o por dificultad de nivelación. El subbalasto es representado en azul ya que al no estar en contacto con la traviesa y no tener que soportar fuerzas directas sus exigencias son menores. Al subbalasto únicamente se le exige impermeabilidad y elasticidad. Y en rojo se representa al balasto, con mayores exigencias en cuanto a los husos granulométricos. *si tenemos que elegir es mejor admitir fracciones más altas. Otra exigencia más en España es la resistencia a los sulfatos, debido a la cantidad de yeso que nos podemos encontrar, necesitamos que éste no ataque y deteriore el balasto. Buscamos un balasto tenaz, duro y no friable. El origen del deterioro del balasto y el porcentaje del daño que se produce en las capas de asiento depende principalmente del rozamiento (70%) donde la solución sería usar rocas más resistentes. Se sabe que el balasto a medida que van pasando las cargas se va compactando adquiriendo con el tiempo mayores resistencias hasta que se llega a un punto donde las resistencias comienzan a descender hasta que sea necesario o bien con máquinas bateadoras mejorar su estructura o cambiarlo. Tan solo un 1% y un 3% del deterioro del balasto viene por problemas de la traviesa o de la plataforma respectivamente y un 7% es de la propia superficie de la capa de balasto siendo lo restante (13%) causado por el subbalasto. Se realizan ensayos tanto granulométricos donde se establecen los husos, como de desgaste en el que destaca el límite de los ángeles, un tambor donde se mete tanto el balasto como unas bolas de acero y tras 1000 vueltas se mide el residuo que queda, o el ensayo de DEVAL mediante cribado. Ambos ensayos nos dan la facilidad de la roca al desgaste. Finalmente, hay otros ensayos como el de resistencia a sulfatos que indirectamente nos da también la heladicidad. *El conocer el desgaste es fundamental para saber los problemas que podemos tener en cuanto a la nivelación, drenaje o por la disposición de los carriles. El espesor de las capas tanto de balasto como de subbalasto también es importante, se computa de manera conjunta. Los estudios del ferrocarril se hacen de manera empírica y al final se llega a unos ábacos donde nos indica el espesor a colocar de la capa. El espesor suele depender del país y de sus exigencias, España para alta velocidad introduce un espesor de unos 30 – 35 cm de balasto y de 60 cm en total. En general suele estar en unas medidas de 60 a 70 cm la capa total.

Cuanto mayor sea la capa de balasto más elástica será nuestra sección mientras que una capa de poco balasto crea capas rígidas. Debemos buscar un equilibrio. En vías de balasto la elasticidad la da el balasto mientras que en vías de placa lo da el elemento colocado entre la losa de hormigón y la plataforma.

Hoy en día sigue siendo una incertidumbre la transmisión de tensiones a través de las capas, aun así se han desarrollado ciertos programas de elementos finitos o multicapa que pretenden conocer esta distribución y darnos una magnitud acertada del espesor necesario. Los más rápidos para obtener soluciones provienen de observaciones realizadas a través de los años. Métodos antiguos BYERS, habla de la distribución de las tensiones en función a la carga superior y establece que en unos 30 – 40 cm las tensiones se reducen del orden de la mitad. CRITERIO AMERICANO, según el ángulo y por semejanza de triángulos establece cuales serían las tensiones, si el americano habla de ángulos de 30º el europeo lo hace de 45º. Métodos modernos Hoy en día se utilizan gráficos, el primer ábaco que se creó tuvo una gran importancia ya que no sólo nos permitía saber el espesor del balasto sino también su relación con la longitud de la traviesa. Fue un estudio teórico plasmado en un gráfico. La diferencia entre unos criterios u otros supone una variación enorme lo que deja totalmente ver que la incertidumbre es grande y del espesor dependen las piezas, el desgaste, las tensiones…. El dimensionamiento depende de factores como son el tráfico de la vía, las características del suelo o de la plataforma, la rigidez de la estructura, las condiciones climatológicas o la economía a incluir en la conservación. En Europa se utilizan diferentes métodos para determinar el espesor del balasto: Método de la S.N.C.F. que obtiene el espesor del balasto en función del tipo de tráfico y de la calidad de la plataforma. Método de Eisenmann, es algo parecido, establece el espesor de balasto como aquel inferior a una tensión admisible. Existe una expresión que liga las tensiones y lo compara dependiendo de la superficie a aplicar la fuerza, la fuerza, la rigidez o el coeficiente de balasto.

Método de Losada, consiste en un ábaco en el que entrando con la clasificación AASHO se define el CBR del terreno y automáticamente se obtiene el Ed. El espesor de balasto es aquél que hace que la tensión seas inferior a la admisible por la plataforma, calculada según Heukelom.

Con estos métodos obtenemos unos órdenes de magnitud de los espesores a colocar, 60cm el total, hay que tener en cuenta que la traviesa está totalmente empotrada y que ella debe estar a un nivel fijo, será el balasto quien consiga dárselo. PLANTA DE BALASTO La construcción se hace en dos fases, primero el subbalasto se compacta en dos capas para que quede lo suficientemente impermeable y después se pasa a colocar la capa de balasto tras un cierto tiempo. Denominamos coeficiente reductor a la relación entre el tamaño máximo de entrada y el tamaño máximo de salida. Buscamos un poco reducción, ya que así el balasto es de buena calidad pero también supone la necesidad de buenas máquinas por lo que es caro, óptimo si se reduce de 3 a 7. El subbalasto se coloca como si fuera una zahorra y se compacta con rodillos, tiene una granulometría con bastantes finos por lo que se puede hacer bien. Una vez el subbalasto está terminado se coloca el balasto, primero una capa del orden de unos 20 cm y se compacta con rulo sin vibrar. Sobre esta capa se monta el emparrillado, se descarga el balasto con tolvas y se colocan unos cordones y con la bateadora se levanta el emparrillado para dejarlo en su posición. La reducción de las resistencias transversales y laterales puede ser grande cuando hablamos de un balasto deteriorado frente a uno sano. No sólo depende del propio deterioro, otros problemas como el vuelo del balasto produce la reducción de la rasante y todo ello puede llevarnos a reducir las resistencias del orden de 50KN, es decir, hablamos de perder un 30% de la resistencia. En este tipo de casos, la solución es reducir la velocidad para que los esfuerzos sean menores y estén dentro de un margen de seguridad. EL BALASTO Y LA ALTA VELOCIDAD El tren a Alta Velocidad hace el mismo efecto sobre el balasto que dirigirle una manguera de aire a 350 km/h. el balasto vuela y las piedras golpean los bajos del tren, esto puede llevar a originarse microfisuras muy peligrosas y no debe permitirse circular un tren de pasajeros en esas condiciones. Las roturas y microfisuras además pueden producir problemas graves. El balasto no vale para Alta Velocidad, hay que poner vía en placa. Todos los fabricantes europeos de trenes están hoy estudiando con las Administraciones ferroviarias el problema del vuelo del balasto con el paso del tren a Alta Velocidad. Carriles dañados, bogíes y rodales golpeados y dañados, cristales rotos en algún caso, y no se encuentra una solución para eliminar el problema Es muy peligroso lanzar al tren a 350 km/h en estas condiciones. Probablemente la única solución es eliminar el balasto e instalar siempre vía en placa para la Alta Velocidad, como hizo Japón desde 1980 y hace actualmente Alemania.

1.5 PLATAFORMA Existen dos tipos de plataformas, las artificiales donde encontramos los viaductos, puentes y túneles; y las naturales que están formadas por suelos de desmontes, terraplenes o trincheras, no tiene por qué ser el suelo de origen, en ellas también se encuentran terrenos de aportación. El trazado ferroviario se caracteriza por tener rampas y pendientes muy pequeñas. Lo más común es buscar la estabilidad con suelos cercanos a la zona y si no tiene capacidad suficiente se realizan tratamientos de mejora de cal o cemento o incluso se puede llegar a realizar una vía sin subbalasto. La plataforma es la capa más profunda y la que condiciona y encarece los trabajos de Conservación y Reparación. Constituye el apoyo de la vía y las instalaciones, y es sensible a las condiciones ambientales (hay que tener cuidado si el suelo es arcilloso). Esta capa debe soportar los esfuerzos y tensiones que no han absorbido las capas superiores, es por ello por lo que no interesa conocer cuál es la distribución de éstas por las capas ya que si no se debería buscar una solución para aumentar la capacidad soporte. Es una capa con respuesta elástica a las tensiones de origen mecánico y térmico. Cuando la plataforma no es capaz de tener una buena calidad, sobre todo cuando hablamos de la impermeabilidad o por presencia de materia orgánica se incorpora la denominada capa de forma, es una capa entre la plataforma y el subbalasto que permite una mejora de las condiciones. En realidad lo que se hace es mejorar en 20 – 30 cm la capa superior de la plataforma con zahorras, es un saneamiento. Otro factor muy importante en este tipo de capas igual que en las superiores es el sistema de drenaje, se debe posibilitar la evacuación del agua para evitar desprendimientos y asientos diferenciales que repercutan en la nivelación y alineación de la vía. Sobre todo en vías convencionales este tipo de sistemas no se han colocado. Tres factores importantes a analizar cuando realizamos una plataforma: 1. Utilización del suelo cercano a la zona para abaratar costes. 2. Sistemas de drenaje para expulsar el agua que ha conseguido llegar a la plataforma 3. Comportamiento del terraplén, hasta que no esté consolidado se debe esperar para evitar deformaciones. PLATAFORMAS NATURALES Las plataformas naturales suelen estar constituidas por el propio terreno en el caso de los desmontes o por suelos de aportación en el caso de los terraplenes, pero en ambos casos se busca un terreno suficientemente resistente y estable. Además suele quedar rematada por la capa de forma. La estabilidad se busca mediante los taludes de la formación, su ángulo depende de la naturaleza del suelo y del grado de humedad y muchas veces se revisten con el fin de paliar los efectos de las escorrentías. Sección transversal La sección transversal de las plataformas de vías de alta velocidad tiene un ancho de unos 16m, y hay que dotarlas de una cierta inclinación transversal tanto en curva como en recta.

En alta velocidad con vía de balasto se usan carriles tipo UIC 60 de longitudes entre los 36 – 90m, además las sujeciones son SKL – 1 y el balasto conforma una capa de unos 30 – 35 cm generalmente de grava silícea. Las traviesas son de hormigón pretensado pretesa monobloque de 300kg de peso y 2,6 m de longitud siendo el espacio entre traviesas de 60 cm.

Alta velocidad Entre los principales problemas a tener en cuenta en este tipo de plataformas naturales son en las zonas de transición los efectos de cambio de rigidez y de inclinación (cuñas), también los descensos que pueda tener el terraplén y el tiempo hasta alcanzar el asiento máximo, lo que lleva a necesidad de conservación de la vía y corrección de asientos, se debe tener en cuenta la rigidez vertical de la vía. EJECUCIÓN DE TERRAPLENES Para la ejecución de un terraplén se debe preparar en primer lugar la superficie de asiento, sobre la que se van a extender en tongadas el material seleccionado. Con el fin de adquirir la humedad y densidad óptimas se realiza un proceso de humectación o desecación de cada tongada y luego se pasa a la compactación. Una vez terminado el proceso se pasa a la fase del rasanteado, refino de taludes… En todo momento se debe tener en cuenta las deformaciones que puede sufrir el suelo, existen asientos inmediatos, los primarios que serían causados por el drenaje y los de fluencia que se producen por las sobrecargas. Cuando realizamos un movimiento de tierras y se elimina peso, eso hace que la rasante aumente y por otro lado cuando construyo un terraplén eso trae consigo el asiento del subsuelo. Se debe saber cuándo se producen las deformaciones, las causas de ellas y la cuantía. Ya que deformaciones sufridas por tráfico deben ser previstas desde el principio pero las de consolidado se producen por una mala ejecución. La solución ante los problemas de consolidado es dejar pasar dos ciclos una vez completado, los ciclos de humedad sequedad conseguirán que se haya producido el 90 – 95% de la deformación real. La diferencia entre un terraplén bien ejecutado y otro malo supone que las deformaciones del malo sean del orden de 1 a 15 veces peores que el bueno. El análisis de los terraplenes comprende programas de geotecnia, análisis de las deformaciones por el peso, y por las cargas, para la impermeabilización del núcleo o por necesidad de estabilización de la capa superior ya sea con cal, cemento o mixta.

TERRAPLENES EN ALTA VELOCIDAD Los terraplenes en alta velocidad imposibilitan el hecho de usar la vía en placa si el terraplén supera los 9 metros, además reducen la resistencia lateral de la vía y el balasto que queda sin batear es un balasto débil que puede generar bolsas de balasto que conlleva a humedades en la plataforma. También se produce un descenso de los postes de la catenaria que hay que sustituir o recrecer, en general la vía en balasto permite unos descensos demasiado grandes en plataformas y terraplenes de hasta los 100mm (cosa que la vía en placa sólo permite de unos 30 mm), se pueden aplicar arreglos o geotextiles pero lo mejor es utilizar la vía en placa. Se exigen materiales con tamaños máximos no mayores a 2/3 de la tongada, con CBR > 5 y LL< 50. La ejecución del proceso se basa en la eliminación de los materiales colapsables en la zona de apoyo, luego se va colocando el material en tongadas de unos 50 cm y compactando hasta el 95%. DRENAJE DE LA PLATAFORMA El drenaje de la plataforma es necesario por problemas de colmatación del balasto por presencia de finos, además debemos mantener la estabilidad de la plataforma. Existen tres tipos de sistemas de drenaje: Saneamiento superficial, que desagua transversalmente, se hace con cunetas Drenaje de la plataforma, que son zanjas con tubos porosos Drenaje profundo, guía o corta las corrientes subterráneas. La vigilancia del buen mantenimiento de estos elementos es fundamental, se deben dar tratamientos correctivos en cuanto se detecta el problema. Se debe comprobar que las salidas de agua estén en buena situación, sin obstrucciones, es por ello por lo que se hacen actividades de conservación cortando la vegetación 2 veces al año y limpiándolas con agua a presión. La evaluación del buen funcionamiento de un sistema de drenaje se basa en la introducción de agua por un punto del conducto y el análisis de la cantidad de agua que sale, si es una relación 1 quiere decir que está en perfectas condiciones (agua caída/caudal evacuado). Los problemas que puede traer el agua al conjunto son: si nos referimos a aguas superficiales pueden consolidar los taludes, las aguas profundas desestabilizan el terreno y rompen el equilibrio, y otro factor a tener en cuenta es el dimensionamiento adecuado en función al tráfico. VIADUCTO En este caso ya hablamos de plataformas artificiales, el problema que tiene es que se usa una vía más rígida por lo que el deterioro es más rápido. Tanto en puentes como en viaductos se debe colocar una capa muy flexible bajo el balasto y el movimiento de los extremos por efecto de las cargas es considerado. La interacción carril – tablero trae consigo la variación de la temperatura y produce deformaciones de retracción y fluencia. Además hay que tener especial cuidado con las fuerzas de frenado y arranque. TÚNEL Uno de los elementos fundamentales es el gálibo, tenemos que tener en cuenta la presión aerodinámica, es decir, el túnel está lleno de aire, y cuando entra el tren debe desplazarlo, si la sección es pequeña la dificultad es más grande y si además otro tren viene de frente el aire que uno intenta sacar choca con el del otro. Fundamental la sección, longitud, velocidad del tren... Las secciones de los túneles convienen que sean temerosas. Otro factor importante es que la estructura tenga cierta resistencia al fuego y asociado a ella haya un plan de emergencia. Se deben sellar los hastiales para evitar filtraciones de agua y evacuar ese agua con buenos sistemas de drenaje. Todas las construcciones deben estar integradas en el medio, buscamos con ellas revegetar taludes, incorporar pantallas acústicas, adecuar préstamos y vertederos, introducir pasos de faina o recuperar caminos de obra.

1.6 ESTABILIZACIONES El mundo del ferrocarril es excesivamente conservador, no se suelen aportar nuevas soluciones y estas tienen que estar muy bien experimentadas. Todo esto aporta mayor seguridad pero es un freno a la innovación de cara a la introducción de soluciones más eficaces. Lo que se pretende con las estabilizaciones es que a pesar de la situación en la que nos encontremos se pueda tener una alternativa que nos permita aprovechar el suelo cercano a la traza y abaratar en costes ambientales además del de transporte o maquinaria. Una estabilización es un tratamiento con un conglomerante de un material que nos encontramos en la traza, aunque también puede ser de un material incorporado. *lo que más contamina en una obra es el transporte por lo que debemos reducirlo. HISTORIA Hace 5000 años en China ya se usaba la estabilización con cal y su mezcla con puzolanas naturales, y luego en el imperio romano también fue usada. Es en el siglo XIX cuando aparecen los cementos portland además del desarrollo de nuevas redes viarias para vehículos automóviles. Y en el s. XX se comienza a experimentar tanto en Estados Unidos como en Europa con el fin de poder aprovechar suelos existentes, se produjo un gran desarrollo tecnológico, con estudios en laboratorio y tramos de ensayos. Además la llegada de la II Guerra Mundial trajo la necesidad de construir rápidamente aeropuertos militares. Y ya en los años 70 el crecimiento del tráfico y la necesidad de proteger el medio ambiente da un mayor empuje a estas técnicas. Desde hace ya 50 se viene utilizando una tecnología con el fin de estabilizar ya sea con cal o con cemento. Se basa en la mezcla del suelo con un conglomerante y la aportación de agua, que permite un fraguado para conseguir una mezcla más consistente. En un principio se hacía mediante el arado, luego se pasa a la utilización de un rotor, de hecho hace 20 años todavía se seguían haciendo tratamientos con rotos, era más barato y más cómodo y dejaba estable el terreno durante mucho tiempo, eso sí hablamos de terrenos donde el tráfico no era pesado. Las técnicas de estabilización traen una mejora al terreno secando las zonas húmedas para facilitar su puesta en obra y compactación, además proporciona plataformas de trabajo estable y colabora en las funciones estructurales dando mayor capacidad soporte, rigidez y menores asientos. Reducen la sensibilidad al agua y aumenta la durabilidad. Esta aplicación mejora los suelos, la incorporación de cal seca y además lo vuelve granular, se suelen utilizar mucho este tipo de suelos en núcleos para terraplén. Además se suele necesitar de unas cuñas de transición en los trasdoses de las estructuras, debido a que no en todos los puntos se necesita la misma rigidez y la variación ha de ser gradual. Además la estabilización evita lixiviados de elementos químicos en suelos contaminados. Todo esto trae consigo menores costes de mantenimiento y menores asientos en terraplenes y la posibilidad de operar por la noche aunque en comparación con la vía en placa, ésta sí tiene un mantenimiento muy reducido. *Cuando hablamos de carreteras los cambios de rigidez no dan mucha importancia. Las estabilizaciones se dividen en tres siendo S-EST 1 de cemento o cal igual que el S-EST 2 y el S-EST 3 únicamente de cemento. En el ferrocarril hablamos de una única estabilización ya sea de cal o de cemento donde depende de diferentes exigencias en función de la ubicación del material. La elección de un conglomerante u otro depende de nuestro objetivo final además del tipo de suelo que tengamos. Cal, es muy buena para suelos plásticos y húmedos y con muchos finos, se encarga de absorber parte de la humedad y bajar el índice de plasticidad además de convertir al suelo en un elemento más granular. La utilización de la cal puede llegar a reducir hasta la mitad de finos si se usa un 3% de ésta. Cemento, su característica principal es que aporta una mayor capacidad soporte al suelo.

La utilización de uno u otro depende de nuestras necesidades porque si queremos obtener un suelo menos húmedo y usamos cemento el coste va a suponer hasta 10 veces más de lo que nos costaría hacerlo con cal, y si por otro lado queremos dar calidad soporte con cal nos costará 10 veces más que hacerlo con cemento. Además de la utilización de conglomerantes como cal o cemento también puedo utilizar la técnica del suelo cemento que es parecido a la estabilización pero donde las exigencias son mayores y en el que se le dan mucha importancia a las resistencias. ESTABILIZACIÓN MIXTA Existe una zona intermedia donde necesito no sólo de la utilización de un conglomerante si no de los dos. Es la solución que se le da a la obtención de explanadas de gran capacidad soporte a partir de suelos finos o muy plásticos. Se trata en tratamientos conjuntos, primero hay una mezcla con cal de entre un 1% - 2% (donde se reduce la humedad y se consigue un material más granular), se deja la mezcla reposar entre 6 – 24 horas y ya incorporo cemento entre un 3% – 4%. Este método me permite obtener suelo estabilizado 2 o incluso 3. Las etapas de la ejecución de una estabilización se basan en un primer preparado del suelo eliminando todas aquellas piedras grandes o duras que no puedan ser tratadas, se elimina todo lo superior a 80mm, y después se pasa a la distribución del conglomerante que se puede hacer bien por vía húmeda como seca. Vía seca, el proceso primero extiende el conglomerante y después una máquina pasa mezclándolo con agua y ya sale de ésta compactado. Para comprobar que la cantidad de conglomerante añadido es la pedida se suelen colocar unas bandejas en la traza y como el conglomerante en un primer momento se extiende, se analiza la cantidad que ha sido colocada sobre la bandeja. Vía húmeda, en este caso el proceso de hace en el interior de la máquina donde en un tambor se mezcla tanto el cemento como el agua y sale ya compactado. El control en este caso se hace mediante el conocimiento de la superficie tratada en un día y la cantidad de máquinas que han trabajado. Aun así debemos saber que se use un método u otro, garantizar la homogeneidad absoluta es imposible y hay juegos distintos de picas en la maquinaria dependiendo del suelo que tengamos. Después se pasa a la compactación y finalmente se reperfila y se nivela dejando la rasante precisa. Si la dotación de cemento supera el 5% es obligatorio realizar un curado, en el fondo es bastante recomendable en cualquier situación ya que evita que el agua se evapore generando fisuras. Se suele dejar un cierto tiempo para que salga agua y luego se sella o se aporta agua. *La cantidad de agua que se necesita para el proceso de amasado es muy superior que la que se necesita para el de fraguado, queremos una mezcla que sea manejable. Existen dos diferencias importantes entre la estabilización y la utilización de suelocemento y son que, en la estabilización con cemento se suele exigir un CBR al material mientras que en el suelocemento se hace con material de aportación recomendado hacerlo en planta y donde se le exige una resistencia determinada en el ensayo de placa con carga. Aun así ambos usan la misma maquinaria Previo a toda actuación hay unos ensayos en laboratorio donde nos indican cual es la cantidad de cemento o cal a añadir además de otros factores como la humedad o densidad del suelo. La presencia de lluvia puede perjudicar a la obra es por eso por lo que si ocurre se debe utilizar algún procedimiento para eliminar parte de la humedad o reducir la cantidad de agua a usar en tambores u otra maquinaria, aun así siempre va a haber una humedad superior a la requerida.

SUELOCEMENTO Utilizar suelocemento es como usar un hormigón pobre, si un hormigón normal puede tener del orden de 250 kg de cemento/m3, el suelocemento tiene del orden de 60 – 80. Además es mucho más tolerante no permite hacer mayores aplicaciones del suelo que nos encontramos en obra. Se encarga de reducir asientos globales, mejorar la impermeabilidad, dar una mayor durabilidad, disminuir tensiones en las capas inferiores. Trae consigo ventajas tanto económicas como técnicas, se aprovechan suelos de la traza y se reduce en explotación de yacimientos, transporte, cemento con muchas adiciones y su relación coste/vida útil es excelente. *el problema que tiene España es que aunque la posibilidad de encontrar material para crear capas de balasto es muy grande, cuando hablamos del subbalasto no es tan fácil. La utilización del suelocemento permite sustituir la capa de subbalasto. El proceso se basa en la mezcla de cemento con suelos granulares, y conviene realizarlo en planta debido a sus mayores exigencias (la planta mezcla y controla perfectamente las dotaciones de agua y cemento), después es transportado a obra con camiones cisterna y más tarde será colocado en obra con una extendedora y compactado con rodillo. En el caso de usar material de la traza también se puede contemplar la posibilidad de hacerlo in situ. *este método exige una mayor limitación en cuanto a tamaños de los áridos, hablamos de tamaños máximos de 20 – 50mm con un porcentaje máximo de finos del 20 – 35%. La gravacemento sin embargo limita el máximo al 7%. El acabado se hace exactamente igual que en la estabilización se nivela y se compacta y se le da un curado. Un recurso muy utilizado es la identificación de los tramos para poder localizarlos fácilmente si hay una incidencia. No hay un único suelocemento, el hecho de que haya suelocemento de distintas rigideces nos trae ventajas, cuando tenemos que pasar de zonas artificiales a vía sobre tierra la rigidez debe ir cambiando de manera gradual y esto nos permite jugar con distintos tipos de suelocemento. ESTABILIZACIÓN Y SUELOCEMENTO Solución conjunta, lo cual exige una normalización. Se basa en el máximo empleo de suelos locales por razones medioambientales y económicas en las obras de infraestructuras de transporte, particularmente en cimientos del firme, plataformas ferroviarias o en zonas de tierras más próximas a las cargas. Además este método trae consigo la no utilización de vertederos ni préstamos y la compactación se debe realizar inmediatamente después, densidad = rigidez = resistencia. VIA SIN SUBBALASTO Permite construir una estructura alternativa aprovechando materiales de la traza y dando una mayor rapidez de ejecución. Es una solución más ecológica que permite la utilización de equipos de fabricación y extendido habituales. Se pretende demostrar que con un suelo muy malo se puede hacer una estructura de buena capacidad portante, y además no será necesaria la incorporación ni de capa de forma ni de subbalasto lo que reduce el espesor de las capas a hacer. Encima de esta capa se coloca ya el balasto. Estabilización de la plataforma + ejecución de suelo cemento + colocación del resto de la superestructura Siempre se realizan ensayos previos en laboratorio donde se analizan los suelos, su granulometría, los índices de Atterberg, materia orgánica, sulfatos y sales solubles, se determina la densidad y humedad óptima y las resistencias a compresión. Se necesita de un proyecto más a largo plazo de este tipo de actuación y se debe estudiar con precisión las características de cada capa, aun así los resultados dan órdenes de magnitud similares a una buena capa.

VÍA EN PLACA La vía en placa es una vía sobre una losa de hormigón (los alemanes han desarrollado losa sobre asfalto), que surge de la necesidad de incrementar las prestaciones. Surge en 1964 en Japón cuando se empiezan a construir líneas de norte a sur y a introducir la alta velocidad (200km/h). En esos años se dan cuenta que con el paso del tren existe una necesidad importante de mantenimiento, además los flujos de agua o las degradaciones de la vía no ayudan a este. Se les ocurre una solución con vía sobre hormigón y poco a poco han ido aumentando las vías de placa. Casi todas las nuevas vías son vías en placa. *hoy en día hablamos de alta velocidad cuando supera los 250km/h. La inquietud de esta nueva forma de movimiento llega hasta Europa, donde se hacen estudios y prototipos. Pero a partir del año 69 se centran más en mejorar las características de las infraestructuras y mejorar los criterios de diseño, se introduce el carril UIC – 60, las traviesas monobloque de 2,6m de longitud, maquinaria especial para la auscultación, mejoras en tolerancias de construcción. Pero con los años se vuelve a retomar el interés por este nuevo tipo de vía, lo que lleva al diseño de prototipos y al desarrollo de patentes. A principios de los 90 se crea un grupo de trabajo donde se pone en marcha un estudio y se llega a la conclusión de construir dos o tres modelos y un tramo experimental en Castellón del orden de 200 o 300 metros para cada una de las soluciones (además se añade el modelo alemán de vía sobre asfalto). Este bloque experimental permitía comparar comportamientos y llegar a conclusiones. El problema es que la interpretación de resultados es errónea, se piensa que el periodo de amortización aumentaba a los 60 años ya que se consideraron los costes de esa pequeña unidad de obra proporcionales a los de una vía normal, sin tener en cuenta que el coste del transporte o de la maquinaria una vez en la zona ya está cubierto para toda la obra. Con posterioridad se ha comprobado que la amortización únicamente asciende a los 6 – 10 años. En los últimos años se empieza a pensar en España en la vía en placa. La primera actuación se realiza en Atocha introduciendo una vía en placa con carril embebido. Se crean dos tipos de vías en placa: la de carril embebido y la de cielo abierto (rheda 2000). Sistema shinkansen, la vía en placa se origina en Japón, y aunque ha sufrido alguna actualización son losas fabricadas se hormigón pretensado con inclinación suficiente, todo monolítico. Son losas que se encajan sobre una base de bolardos en la zona central, el apoyo de la losa sobre la de base se hace con un material elástico, además tienen unas placas de apoyo también elásticas e introducen unas resinas que permite dar una mayor elasticidad al conjunto.

La vía en placa es muy parecida a la del balasto, consta de una plataforma a la que se le coloca una base de hormigón y sobre ella irá otra losa estructural de hormigón. Además entre ambas se coloca un elemento elástico que actúa como un neopreno. La superestructura puede tener traviesas o no, bloques o no pero siempre encima está el carril. Además entre el carril y la losa siempre va a haber una serie de criterios de elasticidad a cumplir. Este tipo de vías necesitan tantos elementos elásticos debido a la rigidez del hormigón.

El problema son las deformaciones de los terraplenes, que por encima de los 8 – 10cm generan unas grietas en el hormigón que hace que pierda su continuidad, pudiendo producir flexiones, sobreanchos… buscamos plataformas consolidadas y mejor construidas, si se dedica un incremento del coste a una buena construcción sabiendo que esta unidad de obra tan sólo supone el 10 – 15% del coste total podemos mejorar su capacidad estructural y reducir en costes de mantenimiento un 30%. En el caso en el que el conjunto esté formado por traviesas o bloques, necesitamos una sujeción elástica del carril que aporte un contacto permanente, sin holguras, manteniendo el ancho de vía dentro de las tolerancias y proporcionando el aislamiento eléctrico adecuado entre hilos del carril. Conseguimos tener una vía con las mismas características de rigidez y elasticidad y menor mantenimiento, menos maquinaria y menos costes. De hecho con la vía rheda 2000 se consigue una rigidez global menor que con la vía de balasto, del orden de un 10 – 15%. El problema que tiene España es su gran inversión en maquinaria para mantenimiento de vías en balasto que intenta obstaculizar el desarrollo de la vía en placa. TIPOLOGÍA Existen numerosos tipos de vía en placa. *la primera solución introducida en España, es la vía en placa Ricla – Calatorao, en 1965. Aunque su funcionamiento duró hasta 20 años estuvo basada en conceptos no válidos. No se hizo drenaje en la plataforma y no estaba prevista de un falso apoyo por lo que se comenzó a abrir. Se ha evolucionado sobre este sistema y con criterios parecidos se han hecho viaductos (pero con estructura de hormigón).

Construcciones en capas o monolíticas, reduce las tensiones derivadas de las cargas, presenta facilidad a la hora de las reparaciones y conforma un sistema con un solo plano de elasticidad lo que genera ruido. Son estructuras monolíticas sin traviesas, o de traviesas más losa portante, o estructuras con traviesas apoyadas directamente sobre la losa portante. Este diseño se desarrolla en Alemania, con el sistema Rheda Berlín, 1972, conjunto de traviesas unidas por armadura longitudinal anclados a una losa de hormigón sobre dos subbases rígidas. Consistía en una base de hormigón en forma de artesa (como un cuenco) y sobre este se colocaban las traviesa monobloque y se rellenaba de hormigón. Queda al final un conjunto monolítico sobre el que iban los carriles. No fue excesivamente rígido pero fue la primera etapa. Después surge el sistema Rheda 2000, en España se ha modificado un poco, consiste en preparar un encofrado sobre la losa base y en él se mete una traviesa bibloque con una cierta armadura longitudinal y transversal y se hormigona generando un conjunto monolítico, como todo queda muy compacto se diseña una sujeción especial con características de mayor elasticidad y dureza y resistencia para poder solucionar los problemas. Más tarde se intento mejorar el sistema constructivo ya que tras la colocación de todo el sistema cuando se iba a compactar por vibrado este producía ligeros movimientos y la corrección después era difícil. La solución fue quitar parte de la armadura longitudinal e introducir hormigón con fibras de polietileno y así el vibrador sólo iba en una dirección. Elementos prefabricados sobre elastómeros o Traviesas Derivan de la patente japonesa, la vía japonesa es la referencia de la vía en placa, la sujeción es PANDROL (en España se diseñó una sujeción parecida a la PANDROL). Es una construcción monolítica. El sistema Shinkansen ha ido evolucionando, se han aligerado las losas lo que implica menos hormigón que conlleva a soluciones más baratas y más manejables, además necesitan menos acero y su colocación es más precisa. Otra patente diseñada en España es la Aftrav, que se basa en el movimiento de los bolardos que permitían alinear la losa base y la principal, en vez de encontrarse entre los dos carriles ahora se colocan al lado de éstos. Además está diseñado para los dos anchos de vía, la placa de apoyo vale para ambos anchos. Es a través de la sujeción donde se obtiene la posibilidad del uso para un ancho o para otro. Normalmente la losa de base es hormigón de masa en situ, su objetivo es dar la nivelación adecuada y el apoyo continuo a la losa principal. Los elementos elásticos intentan recuperar la deficiencia en cuanto a la planeidad y con los bolardos consiguen encajar la losa principal. En España este prototipo es relativamente nuevo y solo está colocado en la línea Madrid Levante.

Sistema Rheda 2000 Sujeción IOARV 300 – 1 – U

o Vía sin traviesas Dentro de la losas flotantes tenemos también losas hormigonadas in situ y vía sin traviesas. La colocación se hace con falsas traviesas y luego se nivela y se alinea. Bloques recubiertos de elastómero, reducen las tensiones minimizando la fatiga del carril, quedando éste totalmente protegido de fenómenos atmosféricos, permite el paso rodado sobre él mismo. El problema son sus complicadas reparaciones pero tiene una homogénea distribución de cargas. Surge el sistema Edilon, donde una losa de hormigón aloja en cajeos al carril el cual va a estar apoyado en cuñas que le dan la inclinación necesaria. El cajeo se rellena de corkeltast un material patentado y colocado a presión en estado plástico que al tiempo se queda sólido y con mucha elasticidad. Los tubos se colocan con el fin de reducir sección y ahorrar en material. Tiene elasticidad en cualquier sentido y dirección pero el problema es que no se sabe cuánto le durará ya que es un material orgánico y está a la intemperie. Es una solución usada hoy en día en Holanda, no está probada para alta velocidad pero tiene ventajas en túneles porque es transitable por otros vehículos aunque sea neumático. Losas flotantes, son losas colocadas sobre dados de hormigón recubiertos de un elastómero. El dado está recubierto del material elástico y luego todo está hormigonado. La losa de base y la principal no están en contacto directo, esto permite una mayor reducción del ruido y de las vibraciones. Es un sistema muy caro de elementos prefabricados y se sigue un estricto control de posicionado. Suele ser usado para túneles urbanos o de metro. Bloques, reducen considerablemente los ruidos a bajas frecuencias pero dan problemas de durabilidad por encontrarse a la intemperie aun así son buenos amortiguadores de las vibraciones. El sistema Stedef desarrollado en Francia, introduce traviesas bibloque con un rebaje en los bloques de hormigón, el cual se recubre con un elastómero, se coloca y se nivela. Después se hormigona todo hasta una rasante. El elemento elástico se encarga de absorber las deformaciones en todas las direcciones.

*Construcción especial, carril embebido en material elástico, utiliza fosos para poder levantar el tren y cambiar el eje. Hoy en día no es necesario, se introducen intercambiadores de ancho, y con trenes capaces de cambiarlo (talgo no tienen eje son ruedas independientes), el tren no tiene que parar va circulando a 15 – 20 km/h y va cambiando automáticamente su ancho. o

Vía sobre asfalto, diseñado por los alemanes aunque jamás lo han puesto sobre vía real. o GETRAC, unión de la traviesa a la losa con un elemento intermedio. o ATD, unión de la traviesa a la losa con un resalto.

GETRAC

ATD

Sistema del metro de Madrid

USOS URBANOS Las soluciones buscadas deben presentar accesibilidad, atenuación de vibraciones y ruidos, coexistencia con otros modos de transporte, poco mantenimiento y estética además de funcionalidad. Se usan distintos tipos de sistemas: Carril embebido Edilon (Tranvía de Valencia)

Sistema de bloques embebidos Edilon

Bloques extraíbles de Tranosa

TRANSICIONES DE RIGIDEZ La existencia de puntos de paso de vía sobre balasto-vía en placa o vía sobre balasto estructura, que poseen una diferencia de rigidez, hacen necesario implantar transiciones para que no haya fuertes esfuerzos dinámicos al paso de circulaciones, y que pueden llegar a generar: o o o o

Asientos diferenciales de vía, que generan mayor necesidad de mantenimiento y falta de confort por desnivelación y aceleración vertical Disminución de la vida útil de los elementos de superestructura de vía Degradación prematura del material móvil Deterioro prematuro del carril (Desgaste ondulatorio)

Puntos de entrada y salida transición placa-balasto -

Puntos de entrada y salida distintos sistemas de vía en placa Puntos de entrada y salida de clotoide y trazado Entrada y salida de túneles Aparatos de Vía Soldaduras Bloques técnicos entre vía y estructura

Las transiciones deben tener una longitud suficiente para que haya al menos 2 segundos de respuesta en la interacción vía-vehículo

. Las recomendaciones prácticas son que la longitud sea de al menos 30 m para

velocidades de hasta 220 km/h, y de al menos 50 m, con velocidades superiores a 220 km/h *Es recomendable una distancia de al menos unos 50 metros entre zonas de transición TRANSICIÓN VIADUCTO - TERRAPLÉN Para realizar una transición de la elasticidad de la vía general a la existente en las zonas equipadas con traviesas con suela, se establece la siguiente disposición de las mismas en función de la rigidez de la suela (k1, k2, k3) Se colocarán las traviesas con suela de rigidez k1 en toda la longitud del viaducto (L) más veinticuatro traviesas a cada lado del mismo. A continuación se dispondrán las traviesas con suela de rigidez k2 y k3 respectivamente, en un número igual a ocho traviesas de cada tipo

RAZONES PARA LA VÍA EN PLACA Introduce condiciones de geometría invariable además de adaptarse a trazados existentes a 160 – 200km/h y permitir mayores velocidades y cargas por eje. Se disminuyen los costes de mantenimiento y aumenta la disponibilidad de la vía. También hay una mayor protección ambiental ya que da la posibilidad de utilizar áridos marginales y no es preciso el uso de herbicidas además se reduce el ancho de la explanación. Reducen las tensiones en la plataforma y elimina el problema del vuelo de balasto. Un descarrile produce menores daños y la línea se puede usar también para tráfico de mercancías. Reduce en general el peso total de la superestructura además de dar salubridad y tener un mejor comportamiento ante incendios. Razones económicas Económicas Directas • Costes globales • Menor mantenimiento en ferrocarril • Posibilidad de tráfico de contenedores • Expropiaciones Económicas Indirectas • Menor mantenimiento en carreteras, al circular mercancías pesadas • y/o peligrosas por ferrocarril • Menores costes medio-ambientales (ocupación, canteras, etc.) • Contribución a la sostenibilidad INCONVENIENTES Es más cara su construcción. Exige mayor inversión inicial, pero menos conservación. Además es algo más ruidosa y sólo se puede construir en doble vía o en línea nueva si no es prefabricada. La reparación de defectos es más difícil y el rendimiento de su construcción es muy bajo al deber cumplir tolerancias estrictas. Respecto a los costes de construcción se pueden tener presente varios ratios dependiendo del emplazamiento: Obras de tierra  1,5 – 3 veces más caro Viaductos  1,3 – 2 veces más caro Túneles  1,1 – 1,5 veces más caro Respecto a los costes de mantenimiento son menores pero distan los datos bastante según la región estudiada, si bien Japón con las líneas Shinkansen suponen unos coste del 10 – 20% sobre la vía de balasto, en Alemania la solución Rheda tan solo son un 10% mientras que en España ascienden al 40 – 50%. CONCLUSIONES En la discriminación de funcionalidad y selección del modelo de vía hay que incluir, aparte de la superestructura a realizar, también las obras complementarias de mejora y tratamiento de la infraestructura, si son necesarias. Los modelos de vía en placa poseen todavía oportunidades de mejora y optimización para su adaptación a exigencias crecientes de explotación (carga, tráfico y velocidad), y, entre otros, la adecuada rigidez vertical en cada caso. Hay que contar con las ventajas, pero también con las limitaciones de cada sistema. La disponibilidad de balasto de buena calidad es abundante en España, con lo que tiene ventajas de coste de adquisición. Pasa lo mismo con la disponibilidad de medios de maquinaria y humanos para los procesos de trabajo (montaje y mantenimiento) para la vía sobre balasto. Pero estas ventajas, que favorecen la utilización masiva de la vía sobre balasto en España en este momento, tienden a desaparecer por los costes medioambientales que poseen y el problema de la succión del balasto a velocidades superiores a 275 km/h. La funcionalidad y ampliación de horarios de explotación para favorecer el tráfico de mercancías no es posible con las tensiones de plataforma y los procesos de trabajo y bandas de mantenimiento actuales de la vía sobre balasto, lo que favorece el desarrollo de la vía en placa (siguiendo el modelo alemán)

La implantación de vía en placa en España se ha centrado en estaciones (sobre todo término o de líneas grandes prestaciones) y túneles. Si se realizan cada vez más tramos de vía en placa, los costes de construcción se reducirán por la experiencia y desarrollo de medios mecanizados, procesos de trabajo y materiales estandarizados y su correspondiente amortización. En las líneas con grandes longitudes de túneles y viaductos, se puede favorecer la implantación y desarrollo de vía en placa sobre obras de tierra (siguiendo el modelo japonés) por homogeneidad de mantenimiento y economías de escala. Para la selección de modelos de vía en placa hay que tener en cuenta todos los costes que se producen a lo largo de la vida útil, incluyendo mantenimiento y externalidades. La elección de la construcción de una vía en placa vendrá por aspectos funcionales. Los principales campos de actuación son las vías de alta velocidad, las estaciones, y los sistemas metropolitanos. Para la eliminación de ruido y vibraciones es la mejor solución actual. Es preciso hacer un estudio para selección la tipología óptima de Vía en Placa. La Vía en Placa tiene menos mantenimiento que el balasto lo que la hace rentable a largo plazo. 1.7 TRÁFICO DE CONTENEDORES Desde los siglos XVI hasta XVIII la Península fue la principal puerta de Europa para el tráfico marítimo intercontinental, habiendo perdido su competitividad cara a los puertos del Mar del Norte, que hoy día detectan un 76% de la cuota del tráfico marítimo de contenedores de las rutas intercontinentales, al estar más cerca del gran mercado de consumo y producción de Centroeuropa, la llamada banana europea. En la segunda mitad del siglo XX los avances tecnológicos permiten la construcción de la Alta Velocidad Ferroviaria para mercancías contenerizadas y los mega buques portacontenedores para 18.000 TEUs y calados hasta 21 metros: los malaccasize. Esta situación, y la creciente congestión de las rutas de enlace de los puertos del Mar del Norte con Centroeuropa, crea condiciones para que los puertos de la Península recuperen su posición estratégica y capturen una cuota del futuro tráfico intercontinental de mercancías PROYECTO DE NUEVAS CADENAS LOGÍSTICAS INTERNACIONALES DE GRAN CAPACIDAD La nueva red ferroviaria transiberiana de elevadas prestaciones a construir de acuerdo con las normas y especificaciones de la UIC: un convenio de China, Rusia y Alemania Profundización del calado del Canal de Suez para permitir el paso de los Malaccasize: un convenio de las Autoridades Portuarias de Singapur, Rotterdam y Estado Egipcio Ensanche y profundización del Canal de Panamá para permitir el paso de buques portacontenedores Post Panamax para 15.000 TEU Las freightways ferroviarias de elevadas prestaciones integradas en las Redes Transeuropeas de Transporte, con su origen en puertos de aguas profundas de Algeciras y Sines, (proyectos CER y FERRMED)

CARRIL DE PATÍN FABRICACIÓN DEL ACERO

CARRIL

Material

Carácter.

Funciones

Estructura de la vía Guiado de las ruedas Soporta directo de las cargas Conductor de corriente eléctrica Soporte de la señalización Poco deformable pero elástico || rígido || robusto || poca adherencia (menor resistencia al avance) || tenaz || maleable ||perfil estandarizado Resistencia a tracción del orden de 70 – 90 – 110 MPa Acero  homogéneo + fino + uniforme textura depende totalmente del propio material Madera s. XV largueros Hierro s. XVIII minas inglesas, Hierro fundido fragilidad Hierro laminado insuficiente su resistencia al desgaste con cargas y velocidades altas Acero Busca equilibrio entre las masas para distribuir mejor las tensiones y que no se produzcan grietas Radios de acuerdo con el alma + caras laterales inclinadas Margen de desgaste lateral y por tensiones de contacto equilibrio de masas cabeza – patín para reducir desgaste excesivos CABEZA Cabeza adaptada a la rueda mejor reparto de esfuerzos (a=65 – 72 mm, h=50mm) Cuando se produce un desgaste del 15% de la masa de la cabeza del carril se ha de cambiar. Desgaste ordinario: desgaste lateral o vertical, abrasión de la cabeza, corrosión o deformación plástica. Desgaste ondulatorio: depende del tráfico  onda corta para altas velocidades y onda larga para bajas velocidades Aporta inercia ALMA Ancho suficiente por problemas de corrosión Capacidad resistente en todo el alma para soportar las cargas aunque se coloquen bridas Reparte las cargas a la traviesa PATÍN Evita el vuelco del carril Alto/ancho = 1,1 – 1,2 Rigidez en plano horizontal Procedimiento de soplado de oxígeno 1. Fabricación del acero Alto horno  acero + compuesto químicos 2. Laminación Rodillos, mantienen el volumen de la barra, sufren desgastes importantes 3. Acabado Corte de las barras Tratamientos térmicos Enderezado Fresado de extremos Taladro 4. Controles de calidad Ensayos mecánicos + químicos + algunos específicos Miran las tolerancias Identifica  marca del fabricante + mes y año de fabricación + calidad + procedimiento + cabeza del lingote + tipo de carril

Funciones

Bloques de piedra sufren grandes desplazamientos Madera Se busca una madera dura y apta para tratamientos (suele ser atacada por microorganismos) Peso reducido || aislamiento eléctrico || clavabilidad || elasticidad || versatilidad Acero pero con la llegada de la electrificación no fueron útiles Suelen ser monobloque y si son bibloque llevan riostra Hormigón cuentan con resistencias a compresión de 50MPa y a tracción de 6 – 8 MPa. El hormigón trajo mayor duración, características constantes y resistencia al desplazamiento. Por la poca resistencia a fatiga hace que se compacte más el balasto que se encuentra bajo el carril, se reducen las secciones centrales y se apoyan. Materiales

TRAVIESAS

(L= 260 cm estrechas en el centro y anchas en los extremos, apoyo 25 cm altura 15 cm acero 25 cm hormigón) Distanciamiento 60cm (vía de balasto)

Estructura de la vía Mantiene invariable la geometría del carril y con una nivelación 1/20 Soporta y posiciona los carriles Aporta resistencia en la dirección vertical + transversal + tangencial Transmite cargas y esfuerzos Aporta rigidez y estabilidad Aislamiento térmico

Hormigón en masa pero generaba problemas de picos de tensión y fisuras Hormigón armado consume mucho acero, limita la adherencia y se producen fisuras por cargas y tensiones Hormigón armado traviesas bibloque  Francia dos bloques de hormigón unidos por un elemento metálico Gran resistencia lateral pero facilidad de giro por lo que le es difícil mantener el ancho. España hormigón RS es bibloque Hormigón rótula  copia el comportamiento mecánico del bibloque pero elimina la tracción central con una rótula Hormigón pretensado traviesas monobloque Pretesa tensado previo al desmoldeo Postesa tensado posterior al desmoldeo Se patenta postesa pero desde hace 10 años todas son pretesa Polivalentes permiten servir a los dos anchos de vía de manera consecutiva pero no simultánea Traviesas de sujeción indirecta modifica su ancho con el giro de 180º de las placas de asiento Traviesas de sujeción directa tiene dos zonas distintas de alojamiento de las sujeciones, cuatro puntos de anclaje. Mixtas (3 hilos) permiten la explotación de las dos vías simultáneamente Placa reversible Doble alojamiento de las sujeciones

Funciones

Estructura de la vía

Dan continuidad estructural a la vía, manteniendo el ancho y evitando el vuelco Aislamiento eléctrico Absorbe elásticamente los esfuerzos del carril y los transfiere a la traviesa Limita las fisuras en caso de rotura del carril Amortigua las vibraciones e impactos Fácil de montar pero difícil de desmontar Conserva sus características en el tiempo Alto rendimiento

Tipos

SUJECIONES

RÍGIDA Disposición directa Une directamente el carril contra la traviesa ELÁSTICA Disposición indirecta Une el carril y la traviesa mediante una placa Disposición mixta Une el carril y la traviesa y además la traviesa a una placa.

Escarpias y tirafondos  necesitan de antideslizantes

Sujeción RN utilizada por RENFE en todas las traviesas Modelo J2 criterio y tecnología de la RN pero cambia la grapa por una sujeción parecida a NABLA NABLA pieza que apoya directamente en la parte superior del patín CLIP útil para las traviesas monobloque VOSSLOH placa elástica + placa acodada + vaina y tornillo + clip elástico PANDROL

Funciones del balasto

Estructura de la vía

Lecho de piedra partida de dureza y resistencia a la abrasión Capa estabilizada horizontalmente Roca porosa, permite que el agua circule por ella y también que se evapore Reparte las tensiones a las capas inferiores existe una incertidumbre de la transmisión de tensiones entre las capas Evita las fugas de corriente Capacidad drenante Lecho elástico para aminorar el efecto de impacto Establece nivelación y peralte y permite recuperar la geometría Arropa a la traviesa, empotrándola Disminuye el ruido por rozamiento A medida que pasan las cargas se compacta y aumenta su resistencia hasta un punto que empieza a fallar.

Material Construcción

CAPAS DE ASIENTO

Al subbalasto sólo se le exige impermeabilidad y elasticidad Rocas poco desgastables + machaqueo + forma regular + cúbica con aristas  España facilidad de obtención Balasto tenaz, duro y no friable España  necesita que sea resistente a los sulfatos Dimensión mayor no debe sobrepasar en tres veces la menor Tamaño máximo 80 mm (ADIF establece dimensiones entre 31,5 – 63mm) Espesor 60 cm balasto + subbalasto  balasto 30 – 35 cm. 1. Colocación del subbalasto En dos capas Compactación con rodillos para asegurar la impermeabilidad 2. Colocación del balasto Primero una capa de 20 cm y se compacta con rulo sin vibrar Emparrillado Descarga el balasto con tolvas Colocan unos cordones Con la bateadora se levanta el emparrillado

*si utilizamos un balasto deteriorado puede reducir en un 30% sus resistencias.

Sensible a las condiciones ambientales Soporta los esfuerzos y tensiones que no se han absorbido Capa con respuesta elástica a las tensiones de origen mecánico y térmico Necesita de sistemas de drenaje para evacuar el agua  aguas superficiales consolidan los taludes y aguas profundas desestabilizan el terreno y rompen el equilibrio Saneamiento superficial desagua transversalmente con cunetas Drenaje de la plataforma con zanjas con tubos porosos Drenaje profundo que guía o corta las corrientes subterráneas. Se puede mejorar sus cualidades Estabilización de cal o cemento Capa de forma  saneamiento de la plataforma con zahorras 20 – 30 cm Plataforma natural Desmontes, terraplenes o trincheras Estabilidad se busca con los taludes de la formación Se suele revestir para paliar los efectos de la escorrentía Problemas en cuanto a las zonas de transición y a los descensos del terraplén y tiempo para alcanzar el asiento máximo Alta velocidad sección transversal 16m, no se puede usar vía en placa con terraplenes de más de 9 metros, pero el problema del balasto es su reducción de la resistencia lateral y los grandes descensos que produce en plataformas y terraplenes de hasta 100 mm Ejecución de un TERRAPLÉN 1. Prepara la superficie 2. Colocan las tongadas con la humedad y densidad óptima 3. Compacta 4. Terminado Tipos de asientos  inmediatos, primarios causados por drenaje y fluencia causados por sobrecargas. Plataforma artificial VIADUCTO Vía más rígida por lo que supone un mayor deterioro Interacción carril – tablero trae deformaciones de retracción y fluencia TÚNEL Sección temerosa debido a las presiones aerodinámicas Estructura con resistencia al fuego Sellado de hastiales para evitar las filtraciones de agua Tipos

PLATAFORMA

Estructura de la vía

Estructura de la vía Tratamiento con un conglomerante más la aportación de agua para que fragüe y crear una mezcla más consistente Crea plataformas de trabajo más estables Colabora en las funciones estructurales Reduce la sensibilidad al agua Aumenta la durabilidad Cal  buena para suelos plásticos y húmedos, absorbe humedad y baja el IP vuelve al suelo más granular. Cemento  aporta mayor capacidad soporte Suelocemento  mayores exigencias y mejores resistencias

ESTABILIZACIONES

Estabilización mixta

Suelocemento

Estabilización + suelocemento

Necesidad de cal + cemento (tratamiento conjunto) 1. Ensayos en laboratorio nos dicen la cantidad de cal (1-2%) y de cemento (3 – 4%), humedad óptima y densidad. 2. Preparado del suelo se elimina todo lo superior a 80mm 3. Distribución del conglomerante primero cal y luego cemento Vía seca, una máquina lo mezcla tras haberlo extendido en el suelo Vía húmeda, la máquina realiza todo el proceso en el interior y luego lo extiende. 4. Compacta 5. Reperfila y nivela 6. Curado obligatorio si la cantidad de cemento supera el 5% evita la evaporación del agua. Es como un hormigón pobre con 60 – 80 kg de cemento/m3 Reduce asientos, mejora la impermeabilidad, aumenta la durabilidad y disminuye las tensiones Permite sustituir la capa de subbalasto Tenemos suelocemento de distintas rigideces Limitaciones de tamaños más estricta 20 – 50mm. 1. Mezcla de cemento con suelo granular en planta 2. Transporta a obra con camiones cisterna 3. Extendedora lo coloca 4. Compactado con rodillo 5. Nivela 6. Curado Máximo empleo de suelos locales no usa préstamos ni vertederos Estructura de buena capacidad soporte sin capa de forma ni subbalasto Estabilización de la plataforma + ejecución del suelo cemento + colocación de la superestructura

Estructura de la vía Plataforma + base de hormigón + losa estructural de hormigón (traviesas o bloques opcionales) + criterios de elasticidad a cumplir Necesitan muchos elementos elásticos por la rigidez del hormigón Se crea por la necesidad de un menor mantenimiento, solventar flujos de agua y por las degradaciones  Alta velocidad España primera actuación  Atocha  vía en placa con carril embebido Sistema Rheda Berlín, traviesas unidas con armadura longitudinal anclada a una losa de hormigón Hormigón in situ con traviesas Sistema Rheda 2000, traviesa bibloque con armadura longitudinal y transversal hormigonada. Se elimina la armadura transversal y se introduce hormigón con MONOLÍTICO fibras de polietileno.

HORMIGÓN

Segmentos de hormigón prefabricado

Hormigón in situ sin traviesas

Bloques recubiertos de elastómero

Sistema Shinkansen, losas de hormigón pretensado encajadas en bolardos y apoyadas sobre un material elástico (se introducen unas resinas  + elasticidad) después se aligeraron las losas Sistema Afrav, mueve los bolardos paralelos y próximos al carril Se colocan unas falsas traviesas y luego se nivela y se alinea Sistema Edilon, losa de hormigón con cajeos donde colocar el carril sobre unas cuñas para darle inclinación, todo se rellena de corkelast que aporta elasticidad. Embebido protegido de fenómenos atmosféricos y permite el paso rodado.

DOBLE PLANO DE ELASTICIDAD Losa flotante Bloques

ASFALTO

VÍA EN PLACA

un solo plano de elasticidad

APOYO CONTINUO DEL CARRIL

Construcción especial

APOYO DIRECTO DE TRAVIESAS

Con traviesas

Losa sobre dados de hormigón recubiertos de un elastómero y todo hormigonado Sistema Stedef, traviesas bibloque recubiertas por un elastómero. Carril embebido, utiliza fosos para poder levantar el tren hoy ya no se usa. ATD, unión de la traviesa a la losa con un resalto Getrac, unión de la traviesa a la losa con un elemento intermedio

Transiciones de rigidez Necesario implantar transiciones en lugares de paso: Vía sobre balasto – vía en placa Vía sobre balasto – estructura Tienen que tener una longitud suficiente para que haya al menos 2 segundos de respuesta. 30 m  220km/h

TEMA 2. LA VÍA SIN JUNTAS La vía moderna es una vía sin juntas, con la evolución se han ido mejorando los sistemas para juntas pero al final debido a los problemas que generaban se han visto en la obligación de eliminarlas. El problema de las juntas no era de los más difíciles de resolver pero al no presentarse como un problema grave no fue hasta mediados del s. XX que se empezó a estudiar. Sólo quedan juntas en algunos puntos concretos que necesiten de éstas. Antes se veía que eran necesarias, debido a que los carriles se construían de 18 m y al perfilarlos y soldarlos se creaban carriles de en torno a unos 200m de longitud, los cuales se unían unos a otros con bridas. Además se necesitaba una separación entre los extremos suficiente como para que las dilataciones y compresiones no produjesen un choque, que derivase en tensiones y en levantamientos del carril. La vía moderna es una vía BLS, barra larga soldada, en obra se sueldan los carriles para que queden de longitudes de 5 – 10 km. Existía una problemática ante la variación de temperaturas, ya que se pensaba que al ser el carril mucho más largo el incremento de longitud sería muy grande, se comprueba que esto no es así. La ventaja de tener un carril continuo, es que no existen discontinuidades y también se evitan los daños por efectos dinámicos (choque de la rueda). La separación entre carriles es el punto más débil, se produce un cambio de rigidez importante. El carril deja de existir en una dimensión de unos 2 cm. Esto produce que la rueda genere una presión que deriva en deformación, como existe un escalón, una zona sin carril, este salto en el nivel produce un choque que daña tanto a las ruedas como al balasto, produce corrimientos de la vía y da una incomodidad notable en la marcha de los trenes. Todo ello produce un aumento en costes de mantenimiento. Además los cambios de temperatura y con ellos los movimientos del carril traen una desconsolidación del balasto y la reducción de la resistencia longitudinal. Para lograr una solución de continuidad se utilizan un conjunto de piezas de unión denominadas juntas, que se encargan de solidarizar los carriles, para que estos actúen como una viga continua tanto en planta como en alzado, además presentan una resistencia a la deformación que es idéntica (si es posible) a la de los carriles que unen y permiten la dilatación de los carriles y su corrimiento longitudinal pero impidiendo que los extremos de estos tengan movimientos relativos, tanto en sentido lateral como en el vertical. Cuando en el carril se produce un incremento de tensión:

En la vía se produce el doble, siendo la fuera de la vía:

Cuando hablamos de cambios de temperatura, podemos estimar un cambio máximo de unos 70ºC entre temperaturas de verano y de invierno, en España se pueden esperar unos 50ºC, la tensión sería entonces de unos 11.000 kp/cm2.

Si L=18m hablamos de un incremento de longitud de unos 1,5 cm. Como en una junta están ambos extremos de dos carriles distintos la dilatación sería el doble, es decir, se puede llegar hasta los 3cm de elongación, por eso se dejan unas aperturas de unos 2cm normalmente. Este tipo de problema es el que justificó la creación de barras elementales con longitudes de unos 18 m o de unos 12m. Pero con la llegada de las altas velocidades, estos pequeños problemas de la vía antigua aumentan.

LA VÍA CON JUNTAS Los carriles se unen mediante unos elementos denominados bridas que se colocan una en cada lado, apoyando tanto en cabeza como en patín y taladrando el alma. Se aprieta con el fin de reducir el rozamiento. Las juntas deben ser simples, con el menor número de elementos, de fácil montaje y desmontaje y duraderas. Bridas  materializan la unión de los carriles Tornillos  fijan las parejas de bridas Conexiones de juntas  continuidad de las corrientes eléctricas Se observa un cambio de rigidez importante, además con el tiempo se han mejorado las características con el fin de que se suavice ese escalonamiento de las rigideces. Aun así todavía hay que hacer frente a los esfuerzos que dilatan al carril. Las bridas son de madera, por lo que la variación de la temperatura no le afectan. El carril sin embargo tiende a desplazarse, esto hace que tengamos que tener en cuenta los tamaños de las perforaciones que se hacen en el alma. El movimiento del carril respecto a la brida puede generar roturas en estrella además el aumento en mantenimiento por estos problemas en fundamental y las discontinuidades generan además de deformaciones en los extremos del carril un efecto galope que produce una pérdida de confort importante. Hoy en día se ha mejorado la industria, las sujeciones y también se han limitado las longitudes con el fin de evitar problemas en fabricación y en transporte. Los tipos de juntas en función al: APOYO Junta apoyada simple, la unión se efectúa sobre una traviesa. Los golpes que recibe la traviesa le hacen bascular quedando falsamente apoyada sobre el balasto, lo que puede resultar peligroso. Además el balasto se desconsolida  danza de las traviesas cuando se queda sin apoyo. Esto produce que las demás traviesas tengan que soportar mayores esfuerzos. Junta apoyada, la junta está apoyada sobre dos traviesas lo cual da una mayor rigidez global. Esto hace que no se produzca la danza de las traviesas pero trae problemas de mantenimiento ya que las máquinas bateadoras se crean con una distancia entre sus bates como para poder enfrentar separaciones de traviesas de 60cm. La solución es pegar bien las traviesas con el fin de dejar el espacio suficiente pero esto en obra no es tan fácil. Junta supendida o al aire, la unión se hace entre dos traviesas contiguas, es más elástica que la anterior y evita el efecto yunque, aunque debido a los golpes la brida puede desarticularse con lo que el impacto al paso de las cargas es progresivamente creciente. Los desgastes son importantes y pueden suponer 3 o 4 mm por año si la vía soporta un tráfico intenso. En realidad esta solución pone la zona donde la flexión es mayor con menos rigidez por lo que supone mayores esfuerzos a soportar. Junta semisuspendida, la traviesa coincide con el final de la brida, se acortan las bridas con el fin de que la distancia entre traviesas sea de 60 cm, en esta solución también se producen desgastes y deformaciones. Junta apoyada doble, las juntas apoyadas sobre dos traviesas se emplean en algunas líneas de Alemania, Francia y algunos otros países más. Estas juntas están dotadas de una mayor resistencia a los desplazamientos horizontales y verticales, pero en comparación con las juntas suspendidas, son más rígidas. Además, precisan un consumo mayor de metal para la unión de los carriles y, en una serie de casos, el empleo de fijaciones especiales; por último hay que apuntar que dificultan el trabajo de bateado. En conclusión, son usadas principalmente cuando hay cerca un aparato de vía o en zonas singulares donde no se batea.

DISPOSICIÓN Escuadra, se trata de una forma más fácil de tratar y de solucionar los problemas. Pero crea un problema y es que si la vía es “convexa” es decir el tramo por ejemplo exterior es más largo que el interior como ocurre en las curvas, en este sistema si las traviesas están cada 60 cm las juntas no van a poder encontrarse enfrentadas unas a otras. Tresbolillo, da una mayor homogeneidad y el carril va perdiendo y ganando rigidez de forma alterna. *Ambas son soluciones óptimas, no existe una mejor que otra. JUNTA AISLANTE Se utilizan para materializar el aislamiento eléctrico de los sucesivos cantones en que las líneas se dividen a efectos de su explotación. Se han venido empleando bridas de madera con una sección resistente adecuada, compatibles con una fácil inspección de la sujeción del carril en la zona de la junta. Sin embargo tales juntas no se emplean en la actualidad, (habiendo quedado en desuso y a extinguir), y han sido sustituidas por las juntas aislantes baquelizadas y encoladas. Se coloca un elemento intermedio que impide pasar corrientes por lo que necesitamos de un cable para la señalización. JUNTAS ESPECIALES  juntas de dilatación Permiten la dilatación de una vía respecto de otra, los movimientos se independizan. Permite movimientos longitudinales pero no transversales y además la discontinuidad no se encuentra tan fácil como en el resto de casos. No tenemos que preocuparnos del salto y tampoco es necesario colocar bridas, son como cuñas, se reperfila el extremo del carril y se le da continuidad sin que se genere un sobreancho. Se suele usar en zonas donde se necesitan distintas rigideces como es el paso de viaducto a tierra. En España se usan bridas de 4 tornillos, mientras que en otros países pueden llegar a los 6. BRIDAS Son las piezas que materializan la unión de los carriles. Comenzaron siendo planas, de sección recta o ligeramente bombeada, se han ido adaptando a la evolución del carril pasando por diferentes tipos, en ángulo, colgantes en forma de puente, etc. La tendencia a lo largo de los años ha sido la de reducir la longitud, el esfuerzo predominante es el cortante, y aumentar el módulo resistente que llega a ser el 40% del valor del carril. Cuando nosotros colocamos las bridas, existen tres diámetros, uno es el de la brida que suele ser de 24 mm, otro es el del tornillo de unos 22mm, normalmente ambos están normalizados por lo que el que varía según la situación es el del carril de unos 28mm, siempre algo mayor que los otros dos. Cuanto menor sea el taladro en el alma mejor ya que provoco menores tensiones. Las tensiones tienden a desplazar tanto la brida como el tornillo, esto se produce cuando la fuerza es superior a la resistencia de rozamiento.

El taladro del alma depende de la situación, si por ejemplo nos encontramos en un túnel, buscamos un taladro que aunque sea un poco mayor que la brida no lo supere mucho, de unos 25mm, ya que las temperaturas dentro de un túnel son más homogéneas, no varían tanto, hablamos de diferencias de temperatura de unos 20ºC. TORNILLOS Las bridas se colocan por parejas en cada una de las caras del alma de los extremos de carril que han de unir y, para fijarlas, se aprisionan mediante tornillos que las atraviesan, y cuya función es hacerlas solidarias con los carriles. Se exigen diámetros bien estudiados y promediados y la necesidad de evitar aflojamientos para lo que se usan arandelas y forros. CONEXIONES DE JUNTAS En todas las juntas, para asegurar la continuidad de las corrientes de señalización, (CTC y bloqueos), los extremos de los carriles se conectan mediante cables que los unen. La misma medida se adopta para las líneas electrificadas. *El apretado debe ser simple y de fácil manejo, además debe permitir el deslizamiento de los tornillos. Para dar una mayor elasticidad al apretado se utilizan placas REISS, frenos MONTUPET y arandelas GROVER. Además existen alternativas antes el desgaste, o bien la utilización de bridas especiales o el forro Shim. *el forro Shim evita perder la rigidez de la zona central, aporta inercia y suaviza. Aun así el mejor intento es la vía sin juntas. PROBLEMÁTICA Los problemas más importantes de la vía, creados por las juntas, son: Fuertes acciones dinámicas que producen, por la discontinuidad de la inercia vertical, los inevitables efectos siguientes: o "Golpe de martillo" que acentúa la forma en V o Deformaciones y roturas de los extremos del carril Frecuentes roturas de bridas y carriles en los agujeros derivadas de la inevitable concentración de tensiones que en ellos se producen Gran incidencia en los gastos de conservación de la vía Aumento de la resistencia a la rodadura (cerca del 20%) Pérdida de confort. (Una velocidad de 140 Km/h equivale a más de dos sonidos y golpes por segundo) CONCLUSIONES Desde siempre se han estudiado y ensayado métodos para eliminar todos los inconvenientes que las juntas presentan, pero aunque el aumento de la inercia vertical, el empleo de juntas especiales, el endurecimiento de los extremos de los carriles o la aproximación de las traviesas de junta, palien tales inconvenientes, lo cierto es que los problemas sólo pueden resolverse si las juntas desaparecen. Esto es lo que se trata de conseguir con la soldadura de los carriles en taller y en la vía. DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS Y TENDENCIAS Juntas alternadas. Doblemente apoyadas, o en su caso, con una apreciable aproximación de las traviesas de junta y contrajunta. Máximo juego permitido suele variar entre 13-25 mm. Verificar anualmente, al menos una vez, la abertura, en primavera. Nivelar con precisión las cabezas de los carriles contiguos. Conservar la fuerza de apriete de los tornillos. Evitar variaciones de sección que darían lugar a concentración de tensiones.

LA VÍA SIN JUNTAS La implantación de la vía sin juntas trae consigo la limitación en las longitudes de laminación, además de cierto tipo de precauciones ante tensiones importantes que puedan producir pandeo. Los sistemas de soldadura deben realizarse bien y siempre asociado a la vía debe existir una superestructura apropiada. Existen problemas de soldadura en cruzamientos de acero con manganeso aun así se implanta este tipo de vía tanto en túneles como en puentes. Hablamos de una dilatación libre cuando:

Y de empotramiento. Cuando tenemos una vía con dos carriles, ambos se dilatan conjuntamente. Si colocásemos un empotramiento aunque fuese de uno sólo de los carriles, las traviesas impedirían que las fuerzas horizontales moviesen al otro carril. Es por eso por lo que el movimiento se tiene en cuenta por vía y no por carril.

*la resistencia de desplazamiento longitudinal de la traviesa depende del peso, del empotramiento, de la sección y del ancho. Dependiendo del tipo de traviesa que tengamos se opone más o menos a ese movimiento: – Monobloque  300 kg  resistencia del orden de 600kp/traviesa – Bibloque  200kg  resistencia del orden de 450kp/traviesa – Madera  300kp/traviesa Aproximadamente la resistencia es lineal,

Existe una longitud de respiración donde una vez sobrepasada r>F por lo que estamos en estado empotrado. Además esa fuerza (de origen térmica) está limitada por la capacidad resistente del carril.

*en conclusión únicamente depende del incremento de temperatura, el resto es una constante. En realidad la vía se coloca a una temperatura inferior a la temperatura de inicio, ya que al colocar la vía el carril sube de temperatura. La temperatura de inicio es la temperatura a la que se liberan las tensiones, To. En el caso en el que la temperatura al colocarlo sea superior a la de inicio el carril estará dilatado y es muy complicado enfriarlo, sin embargo si lo coloco a temperaturas menores, es más fácil alargarlo o calentarlo.

En conclusión, es la vía en conjunto la que se opone a las dilataciones. El punto de intersección diferencia dos tramos en el carril, hacia el centro de éste actúa como si estuviese empotrado debido a que hay más resistencia y hacia el extremo

la resistencia va disminuyendo y por lo tanto hay una parte que si que resiste e intenta absorber la tensión pero el resto genera un alargamiento, mayor cuanto más cercano al extremo nos encontremos.

Suponemos que llegamos al máximo de temperatura, y luego t2 supone un descenso. Es decir, la vía se ha dilatado y ahora comienza a contraerse, aparecen entonces tracciones. Además existe una tensión residual de la parte de la temperatura de antes que no ha podido eliminar. A esta tensión se le debe restar la tensión de tracción que ahora está ejerciendo la temperatura. Como todo el carril sufre el mismo cambio de temperatura la disminución de tensión es igual para todos, y es paralela a la anterior. Siempre se resta la misma cantidad en cualquier punto. La paralela llegará hasta que me corte con la resistencia que se opone al desplazamiento de la vía que es la misma pero en otro sentido, θ es la misma. Para determinar las longitudes de respiración se considera el movimiento del extremo fijo, y además va a ser función de la longitud que teníamos antes y de la nueva temperatura. CASO SINGULAR Si bajamos la temperatura a la temperatura a la que habíamos colocado la vía, la nueva longitud de respiración llega a ser la mitad de la del principio. Esto es debido a que parte de la tensión se consume y otra es residual, por lo que se sigue quedando en el carril.

VARIACIONES DE TEMPERATURA Si se realizan muchas subidas y bajadas de temperatura. El proceso se basa en ir haciendo paralelas y viendo donde nos corta. En el momento en el que la temperatura final es mayor que la primera se nos simplifica el diagrama, ahora la temperatura de referencia será la mayor y empezamos a trazar paralelas desde ese punto. Se establece una temperatura de liberación que es la media de las temperaturas máximas y mínimas a la que se le suman 5ºC. Esto es debido a que nos interesan más las compresiones que las tracciones, como la colocación de la vía no va a poder ser a la temperatura que buscamos lo que hacemos es colocarla cuando las condiciones sean ligeramente inferiores y así o bien calentarla hasta la temperatura de liberación aunque es un proceso bastante complicado o alargarlo con tensores. En realidad como muchísimo se alargan unos 3 – 4 cm. El valor de tracción si usamos tensores sería de

APARATOS DE DILATACIÓN Son aparatos de dos o tres piezas que nos permiten independizar o aislar los movimientos de los carriles, además aunque el carril se encuentre seccionado ya no es el caso de vía con juntas, ya que en esa zona será el aparato de dilatación el que se encargue de soportar los esfuerzos de las ruedas. Esta especia de contracarril permite mantener la alineación evitando saltos bruscos y permitiendo los movimientos por variación de temperaturas. Hay otros más sencillos con dos piezas, que serían como las juntas de dilatación.

SOLDADURA DE BARRAS ELEMENTALES Hoy en día se usan soldaduras aluminotérmicas, cada soldadura lleva unos 45min. e incorpora aluminio y óxido de hierro a altas temperaturas. El proceso se basa en colocar bien alineados los carriles dentro de un molde, los carriles deben estar enfrentados. En un molde cerámico se introducen los óxidos y se aumentan las temperaturas hasta que llegan a la fundición, es un líquido que se vierte sobre el carril y que al enfriarse lo deja soldado. Entonces se vierte sobre el carril y quedan totalmente unidos y con una capacidad resistente mayor que la que tienen por separado. Luego se utiliza una máquina para el acabado, encargada de cepillar y de desbarbar. En zonas industriales también se suele dar la soldadura eléctrica, que genera temperaturas muy altas fundiendo el material, donde en este caso van a estar en contacto los extremos. Es una corriente eléctrica de débil voltaje y gran intensidad. Suele alcanzar temperaturas de unos 1000 – 1500ºC y aplica una presión de unas 50t. PROBLEMÁTICA DE LAS BLS La tensión que se le aplica al carril es de tracción o a compresión.

. Pero debemos tener en cuenta si hablamos de tensiones a

A tracción, a la tensión térmica se le suma la de flexión que genera el tren al pasar, si además está en curva añadimos las tensiones residuales al colocarlo. En estos casos en general, la suma de las tensiones es ligeramente inferior a la tensión admisible. A compresión, se pueden generar pandeos, no en el plano vertical pero sí en el horizontal, en este caso suele ser debido a defectos de alineación por vía o vehículo averiado, o por falta de balasto o un bateo reciente, por tener traviesas ligeras o radios pequeños. Por este motivo la temperatura de liberación es la media + 5ºC para protegerse de las tensiones. VENTAJAS La vía tiene menos roturas, menos impactos menos esfuerzos, aumenta la vida útil del carril y la de las ruedas de los vehículos. A parte si la vida útil es la misma podemos jugar con aumentar velocidades o cargas. En general pueden aguantar 30 – 50 años. Además en alta velocidad hay poco movimiento, se viaja a mayor confort y nos quitamos elementos débiles que son los taladros. También suponen un menor consumo de energía.

CUPONES MIXTOS Si nos encontramos en la situación en la que hay dos tipos de carriles distintos, se puede dar continuidad siempre que se cumplan unas condiciones: La diferencia de cota ha de ser muy pequeña H1 – H2 1000m compensa totalmente o R1000m compensa totalmente R