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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

-SOLICITACIONES Y MANTENIMIENTO DE VIAS FERREAS-

ALUMNO: CHICANA ELERA Richard W. CURSO: MAQUINARIA Y MOVIMIENTO DE TIERRAS DOCENTE: Ing. Ruiz Saavedra Nepton David CICLO: VI Pimentel, 17 de Junio del 2015

LA VÍA FÉRREA La vía representa para el sistema ferroviario la estructura de soporte y guiado del tren, su importancia radica en que sus elementos constitutivos son permanentes y por lo tanto deben atender a ciertos criterios de forma, materiales y propiedades físicas, que les permitan mantener sus características así como sus funciones durante el mayor tiempo posible. Aunque los componentes de la vía férrea son los mismos en cualquier parte del mundo, muchos autores difieren en su clasificación. Sin embargo, existen dos categorías fundamentales, de acuerdo a las funciones generales que desempeñan, denominadas: infraestructura y superestructura. La infraestructura, según Álvarez M., D. y Luque R., Pablo (2006, p. 17) “está constituida por la plataforma, cuyo principal problema de diseño consiste en la consecución de un trazado adecuado del terreno, económico y cómodo”. Lo anterior significa que la plataforma es la estructura de apoyo fundamental del sistema ferroviario, lo cual implica que debe ser segura para soportar en última instancia todos los esfuerzos producidos por la marcha del tren. Por otro lado, “la superestructura es la vía propiamente dicha, asentada sobre la plataforma y normalmente constituida por dos filas de rieles fijados sobre durmientes, que a su vez reposan en un lecho de materiales que forman el balasto.” Álvarez M., D y Luque R., P. (2006, p. 17). Dada su importancia para el sistema ferroviario, el comportamiento de la superestructura y la interacción de los elementos principales que la componen con el vehículo y la plataforma, ha sido objeto de estudio durante mucho tiempo. A pesar de que los tres componentes fundamentales de la superestructura, son los que se mencionaron con anterioridad, los rieles, los durmientes y la capa de balasto; existen otros elementos secundarios, como las juntas de fijación, capas de asiento y aparatos de vía que intervienen en la dinámica ferroviaria y en el comportamiento de la vía. Su estudio es importante, porque sus propiedades individuales, modifican las características generales de la vía, afectando los fenómenos mecánicos que se producen durante el paso del tren. De esta forma, la superestructura debe apreciarse como un conjunto, constituido tanto por los elementos principales como por los secundarios. 1. Solicitaciones de la vía

Las fuerzas aplicadas a la pista son de tres tipos: verticales, laterales en la dirección paralela a los durmientes y longitudinales, paralelas a los rieles; estas fuerzas se ven afectadas por la velocidad de la marcha del tren. Una consideración importante en el diseño de la vía es la de reconocer que el paso del tren implica muchas repeticiones de fuerza, no sólo una carga. Por lo tanto, las fuerzas admisibles deben ser considerablemente menores que las fuerzas de colapso en una prueba de carga única, con el fin de realizar el recorrido satisfactoriamente durante un período de tiempo determinado. 1.1.

Fuerzas Verticales

La principal fuerza vertical es la acción repetitiva de las ruedas del tren. La fuerza vertical nominal de la rueda, también llamada fuerza estática, es igual al peso bruto del vehículo de ferrocarril dividido por el número de ruedas. Según Selig (2004), “esta fuerza oscila entre 12.000 libras (53 kN) para vehículos de pasajeros de tren ligero y 39.000 libras (174 kN) para vehículos de transporte pesado.” Sin embargo, debido a los efectos inerciales del tren en movimiento, viajando sobre una geometría variable como consecuencia de los defectos del riel, la carga vertical puede ser mucho menor que el valor nominal o mucho mayor. Esto es confirmado por Selig (2004), cuando dice que “la inercia del tren en movimiento, hace que la fuerza vertical de la rueda varíe por encima y por debajo del valor de la carga nominal de la rueda.” Las mayores fuerzas registradas en la dirección vertical son aquellas producidas por el impacto de la rueda sobre el riel, el cual es acompañado por vibraciones. La carga dinámica de impacto vertical tiene dos componentes, una fuerza mayor de corta duración y una fuerza de magnitud más pequeña que la anterior pero de larga duración. La primera es más perjudicial para los rieles y durmientes, mientras que la segunda hace más daño a la geometría del balasto. De forma semejante a lo que ocurre en el cálculo de la mayoría de estructuras de ingeniería, el cálculo de los esfuerzos verticales sobre las vías del ferrocarril se determina tradicionalmente a partir de un análisis estático. En ese análisis, las cargas aplicadas correspondían inicialmente al peso propio del vehículo considerado. Fonseca (2003, p. 43), explica que “la constatación experimental del aumento de las cargas transmitidas a la vía, con el aumento de la velocidad, rápidamente llevó a la investigación ferroviaria a proponer el empleo de un coeficiente de ampliación dinámico (Cd).” La expresión matemática del coeficiente de ampliación dinámica es:

Donde, Qd representa la carga dinámica y Qe la carga estática del vehículo.

Los principales factores que afectan la magnitud de las fuerzas dinámicas verticales, según Selig (2004) son entre otros: -

Carga nominal por rueda Velocidad del tren Diámetro de la rueda Las primeras investigaciones, respecto a la ampliación dinámica, propusieron expresiones empíricas para cuantificar la magnitud del coeficiente dinámico. Entre las más destacadas están:

-

Fórmula de Winkler y Pihera (1915):

-

Fórmula de Driessen (1936):

-

Fórmula de Schramm (1955):

Como se puede apreciar todas estas fórmulas empíricas, relacionan las sobrecargas dinámicas con la velocidad de marcha del tren. No obstante, se demuestra que para una vía y vehículo de geometría perfecta, el coeficiente dinámico es prácticamente nulo.

Posteriormente, en 1966 Birmann propuso una nueva ecuación para el cálculo de Cd:

Donde: a, es un factor de dispersión relacionado con la calidad geométrica de la vía

b, es un factor de dispersión relacionado con la calidad del perfil de las ruedas

Los resultados evidenciaron una dispersión de las cargas dinámicas en torno a un valor medio. En 1969, Eisenmann comprobó que esas dispersiones se ajustan a una distribución normal, conforme a lo que se aprecia en la figura.

Partiendo de este supuesto Eisenmann propuso en 1970, el empleo de una nueva fórmula empírica:

Donde: t, es un factor de seguridad estadística, cuyos valores dependen del intervalo de confianza

La fórmula de Eisenmann fue importante porque, de acuerdo a Fonseca (2003, p. 46) “permitió por primera vez considerar el estado de la calidad de la vía y el intervalo de confianza. Su empleo está ampliamente demostrado para trenes cuyas velocidades no excedan los 200 km/h.”

Como se aprecia en la Figura 2.3, los coeficiente de ampliación dinámica calculados por Fonseca, demuestran que con el empleo de la fórmula de Eisenmann, con s=2 y un rango de t, desde 1 hasta 3, se logra un umbral dentro del cual son más precisas las consideraciones dinámicas en función de la velocidad.

1.2.

Fuerzas Laterales

Las principales fuerzas laterales aplicadas al riel son las provocadas por la fricción; por un lado entre la superficie de la rueda y la parte superior del riel y por otro lado, por la pestaña de la rueda actuando contra la cara interior de la cabeza de riel, particularmente en las curvas. Las ruedas de un vehículo ferroviario son cónicas, esto obedece a que el diámetro tiene que disminuir desde el interior hacia el exterior, con el fin de centrarlas en pista recta y compensar en parte la mayor distancia que las ruedas exteriores tienen que recorrer en una curva. Lo anterior se conoce con el nombre de pseudo-deslizamiento o movimiento de cimbreo, provocado por el deslizamiento aparente que ocurre en la zona de contacto de la rueda con el riel. Su aparición genera fuerzas laterales o tangenciales. 1.3.

Fuerzas Longitudinales

Las fuerzas longitudinales provocadas por el paso del vehículo ferroviario se deben principalmente a los siguientes factores: -

Aceleración Tracción Frenado Cambios de temperatura, provocados por desvíos, cruces, etc.

BARRA LARGA SOLDADA Tipo de carril que se ejecuta sin juntas y consiste en unir varios carriles de cierta longitud mediante soldadura para obtener uno muy largo en el que no haya ningún tipo de junta. El resto de la barra es llamada zona neutra y en esta zona el carril no se mueve, simplemente está sometido a tensiones (traccion o compresión).Interesa por tanto que la barra larga soldada sea lo más larga posible y que la longitud de la zona neutra también. Estas barras largas se cargan en trenes especiales, llamados "carrileros". En realidad son vagones plataforma a los que se les han desmontado los testeros (la partes frontales) y se les han instalado aparatos para sujetar los carriles. Estos trenes se desplazan desde las plantas de soldadura hasta el punto de acopio de materiales de la obra, y desde allí se reparten a lo largo de la vía. Después hay que soldar estas barras con las siguientes, y así hasta montar toda la vía. En la obra se hace una soldadura aluminotérmica.

CONSERVACION Y MANTENIMIENTO INTRODUCCIÓN CONSERVACIÓN.

A

LA

Se denomina conservación de infraestructuras en el sector ferroviario al mantenimiento correspondientes a túneles, vías, estaciones, accesos y, en general, todas aquellas obras civiles que sirven como soporte estructural de la explotación ferroviaria. La conservación de las vías de una red ferroviaria es una actividad imprescindible para mantener las líneas con los estándares de calidad geométrica que necesita la circulación a una cierta velocidad. La dimensión, en longitud, de los principales ferrocarriles europeos confiere a esta actividad una relevancia técnica de primer orden, pero análogamente, de gran repercusión económica. En lo referente al tema económico, el mantenimiento de la vía es uno de los aspectos que mayor

coste

de

históricamente conservación

ha

para

conllevado

un

las Explotaciones

ferroviarias, considerándose históricamente la realización simultánea de

mantenimiento

normal

(50

%

de

volumen

de

gasto

de

mantenimiento de vía) junto con las sustituciones puntuales de algunos tramos de vía y las grandes operaciones de renovación sistemática. Históricamente y para las líneas convencionales, se ha estimado que, anualmente los recursos aportados a la conservación

de las instalaciones fijas deberían ser del orden del 3 al 5% del capital inmovilizado en infraestructura y superestructura. El mantenimiento comprende 3 acciones principales: El mantenimiento normal, cuyo fin es que la vía se encuentre en todo momento en estado adecuado para el servicio público que debe cumplir, tanto desde el punto de vista de la seguridad como el confort de los usuarios. Los gastos relativos a esta operación pueden representar, como se ha indicado, hasta el 50 % de los gastos totales del mantenimiento de la vía. Las renovaciones de vía, que se caracterizan por la sustitución sistemática

de

elementos

de

la

vía

sometida

a

desgaste

o

envejecimiento. También las exigencias pueden justificar operaciones de renovación que no se ajusten a los programas cíclicos. Estas renovaciones normalmente dan ocasión a ciertas mejoras de la estructura de la vía, que hacen posible aumentar las cargas por eje o las velocidades admisibles. Las grandes operaciones que suponen operaciones no cíclicas de sustituciones o de renovación sistemática de los diferentes elementos que componen una vía férrea, cuyo importe global es, en

general,

más

reducido

que

el

de

las

renovaciones

sistemáticas de la vía. De forma muy general, los ámbitos en que se concretan las operaciones de mantenimiento de una vía son: - Mantenimiento de explanaciones, puentes o viaductos y túneles. - Control sobre el estado de la geometría de la vía y actuaciones que se deriven. - Auscultación ultrasónica de carriles para detectar los posibles defectos internos del carril. - Control del desgaste ondulatorio de los carriles. - Control del desgaste lateral de los carriles. - Control del estado del resto de los materiales (juntas, sujeciones, soldaduras) y de los aparatos de la vía. EVOLUCIÓN DE LA CONSERVACIÓN DE INFRAESTRUCTURAS.

Históricamente, la corrección de los problemas de nivelación longitudinal y transversal se ha realizado mediante sistemas de bateo. En una primera época, principios del XX, se empleaba el método llamado “puntada a tiempo”, que consistía en reparar manualmente los defectos que eran detectados por el personal encargado de la vía. La conservación de la vía se realizaba exclusivamente con ayuda de útiles rudimentarios como los bates que permitían situar el balasto bajo las traviesas. Después de la I Guerra Mundial, el mantenimiento se abordaba ya de forma sistemática, pues se disponían de los primeros equipos modernos de maquinaria de vía. Así en 1949 existían ya “bateadoras” o vehículos auxiliares de alto rendimiento que eran capaces de corregir los defectos de longitud de onda entre 5 y 25 m, existiendo muy diversos tipos según su capacidad, nivel de operaciones que pueden realizar simultáneamente, rendimiento, etc.

Figura 1

Por aquel entonces, la conservación se desarrollaba por ciclos: renovación integral y posterior renovación reducida. Se realizaban sucesivamente

a

intervalos

regulares,

limitándose

la

llamada

renovación sucesiva, a reparar defectos que no podían esperar a la siguiente renovación integral. Veinte años más tarde, el citado rendimiento se multiplicó por cinco. Y tan sólo cuatro años después volvió a duplicarse. No sorprende, por tanto, el impacto que la mecanización tuvo en la reducción de los costes de mantenimiento por kilómetro de vía expresados en hora de trabajo.

Figura 2

En la actualidad se han establecido revisiones cíclicas, que se adaptan a la naturaleza de cada tramo y a las necesidades de tráfico del mismo. Las revisiones reducidas, se han sustituido por programas de control automático del estado de las vías, que se aplican regularmente y varias veces al año en las líneas principales de la red. A medida que se han ido mejorando las técnicas de trazado y el material móvil se ha ido diseñando con un mejor reparto de cargas por ejes y con unos empates de bogues más reducidos y una menor rigidez, una gran parte de estos problemas existentes hace años en las vías, van desapareciendo en muchas explotaciones, llegándose a niveles muy óptimos cuando, además, la vía se instala sobre placa de hormigón y con fijaciones y tacos con cierta flexibilidad, lo que obviamente elimina de origen hipotéticos desplazamientos de vía y sus operaciones de mantenimiento. EL MANTENIMIENTO DE LA VÍA EN LA ACTUALIDAD Para la realización de los trabajos de conservación en aquellos elementos o parámetros sobre los cuales existe la certeza de que se está desarrollando algún tipo de defecto, el sistema necesita para su implantación de un exhaustivo y continuo conocimiento del estado real de la línea. Normalmente los parámetros que refleja el estado global de la vía suelen ser los 6 siguientes: ƒ ƒ ƒ

Nivelación longitudinal (considerándose normal desviaciones de 1 mm) Nivelación transversa (considerándose normal desviaciones de 0,6 mm) Perfil en planta de la vía (considerándose normal desviaciones de hasta 1,5 mm)

ƒ ƒ

Variación del ancho de vía Estado de la superficie del carril (considerándose en este valor longitudes de onda de 1,5 a 1,9 m)

El elemento que tiene más incidencia en la evolución de los defectos de la vía anteriormente expuestos es la frecuencia de oscilación de los vehículos en bandas estrechas. Asimismo la agresividad de los vehículos, esto es, del ataque rueda carril, crece considerablemente con sus frecuencias propias de oscilación. A todo ello hay que unir otros aspectos que se adicionan como el

efecto

de

juntas

de

carriles

soldaduras

a

intervalos

de

18

m,

aproximadamente, que producen defectos de longitud de onda de 9 m. Para la medición de parámetros se cuenta con tres tipos de vehículos: de control de la calidad geométrica de la vía (vehículos de auscultación); de control de los defectos de los carriles (vehículos de auscultación ultrasónica), y de control de desgaste ondulatoriode carriles. -

Por

lo

que

respecta

al

primer

tipo

de

vehículo,

los

palpadores

mecánicos, son elementos sometidos al desgaste, incrementándose en este caso los errores de las medidas. En general de acepta que la velocidad límite a la que es aconsejable su uso se sitúa en torno a 120, 160 km/h. Este hecho unido a las cada vez mayores velocidades de circulación de los trenes comerciales, aconsejó el

empleo

de

los

denominados

palpadores

sin

contacto. Con estas nuevas técnicas, los registros de la geometría de la vía pueden realizarse a velocidades de hasta 250 km/h. A esta filosofía corresponde el nuevo coche de control geométrico de la vía, incorporado por RENFE en el año 2001. Vehículo que puede efectuar la auscultación de la vía a velocidades máximas de 200 km/h. El coche dispone de unos sensores inerciales y ópticos sin contacto con la vía. Como referencia, la medida de los defectos de nivelación longitudinal se efectúa según el siguiente principio: dado que el contacto entre el carril y las ruedas es continuo en dirección vertical, los desplazamientos verticales de los ejes coinciden con las irregularidades del carril bajo carga. Por tanto resulta posible medir defectos

verticales

por

doble

integración

de

las

los

aceleraciones

verticales de la caja (mediante la colocación de un acelerómetro en ella), a través de la determinación, por un captador colocado al efecto, del desplazamiento entre la caja y el eje del propio vehículo. Integrando dos veces la aceleración y restando el citado desplazamiento relativo, se puede obtener la posición longitudinal de la vía. Este sistema permite medir los defectos de onda larga de la vía, de particular importancia durante la circulación a alta

velocidad.

En cuanto

a

los

sensores

ópticos,

se

destaca

el

procedimiento utilizado de rayos láser, el funcionamiento se produce

a

través de la emisión de un rayo láser que se refleja en un espejo de posición variable y se proyecta sobre uno de los carriles. Una cámara registra la distancia entre el punto de luz generado por la proyección del rayo láser sobre

la superficie del carril y su centro de visión, proporcionando la medida del ancho de la vía. Figura 3

Figuras 4 y 5

Figura 6 y 7

- En cuanto al vehículo de auscultación ultrasónica, la detección de anomalías se realiza mediante una técnica de ensayos no destructivos: ondas ultrasónicas emitidas en diferentes trayectorias que se propagan con facilidad a través de los materiales. En caso de fisuras en el carril, rebotan y vuelven al captador. La información es recogida por ocho osciloscopios y se transmite a una gráfica con

ayuda

de

un ordenador

en

el que

previamente

se programan

las características de la línea y del carril. Cuando se detecta alguna anomalía, el sistema arroja un chorro de pintura que marca el lugar exacto para una posterior reparación.

Figura 8 - Por último y en cuanto a medida del desgaste ondulatorio, cabe señalar que se caracteriza por la aparición de ondas brillantes y oscuras más o menos anchas sobre la superficie de rodadura. Normalmente se caracteriza por la longitud de onda que presenta en cada situación.

Figura 9 Además de la utilización de los citados vehículos y de los resultados que de ellos se derivan, las decisiones de mantenimiento se apoyan también en inspecciones a pie por parte de brigadas de trabajo, inspecciones generales, y auscultación dinámica de la vía. En este último caso, se trata de una medida indirecta de la calidad geométrica de la vía. De esta forma, registrando las aceleraciones que

tienen lugar en un vehículo se dispone de una cierta referencia sobre el estado de la vía. Con toda la información obtenida, los equipos de mantenimiento de cada administración ferroviaria, deciden las operaciones que deben llevarse a cabo y planifican los recursos humanos, técnicos y económicos necesarios. Se comprende que la actividad principal del mantenimiento se centre en operaciones de bateo, alineación, nivelación, cuyo objetivo es mantener la calidad geométrica de la vía en el interior de los criterios de tolerancias establecidos al efecto. En general, el control ultrasónico de carriles y el control del desgaste ondulatorio no suele dar como resultado actuaciones de entidad.

Figura 10

EL MANTENIMIENTO ACTUALIDAD Los

túneles

deben

DE

ser

LOS

objeto

TÚNELES de

EN

diferentes

LA inspecciones

e

intervenciones tendentes a auscultar posibles patologías estructurales derivadas de movimientos del terreno, degradaciones de áridos y elementos estructurales por defectos del agua, etc. Se dispone de sistemas de visión artificial y medición de defectos por láser y escáner sobre vagonetas auxiliares, que permiten analizar la superficie del túnel mediante dichos sistemas de alta resolución (5000 píxeles por imagen) aportando criterios claros sobre la necesidad o no de intervenciones. Dado que los tiempos de trabajo en túneles en la mayoría de las Explotaciones son muy reducidos, es preciso que los equipos de diagnóstico sean lo más automatizados posibles. Sirva como ejemplo, el sistema empleado por el metro de París, que dispone de un sistema autopropulsado por las propias vías y que capta el estado de túneles mediante visiones transversales por luz visible e infrarrojos. MANTENIMENTO VELOCIDAD.

DE

LÍNEAS

DE

ALTA

En relación con los principios generales de la conservación de las vías de alta velocidad, cabe destacar que no hay sustanciales diferencias respecto a los criterios ya utilizados en las líneas convencionales donde se circula a 160/200 km/hora de velocidad máxima. Las diferencias se sitúan en el ámbito de los periodos

de tiempo que

transcurren entre dos observaciones consecutivas sobre el estado de la vía.

Figura 11

PERIODOS DE TIEMPO ENTRE AUSCULTACIONES EN LAS LÍNEAS CONVENCIONALES Y EN LAS LÍNEAS DE ALTA VELOCIDAD EN FRANCIA. Líneas Líneas de alta convencionales velocidad Inspecciones a pié por parte de las brigadas de trabajo. Inspecciones generales por el Jefe del Visita especial Auscultación Geométrica. Auscultación dinámica. Auscultación ultrasónica de

160km/h7 0

Ac.Transvers al 0 1,5

>2, 5

Ac.Vertical 0

1

2

1

2

2,5

2

2,5 >2, 5

Acción Nivel de control Normal Nivel de control intenso Comprobació ny corrección Comprobació ny corrección

De una manera general se establecen, a priori, una serie de valores límites con los que se comparan los valores que se obtienen mediante el registro dinámico, para las aceleraciones. De menor a mayor repercusión, el significado práctico de cada valor límite es el siguiente: ƒ V0 (valor objetivo). Constituye información que se destina a los encargados ƒ

del mantenimiento de la vía. VA (valor de alerta). Corresponde a un valor d registro que aconseja prestar atención a la evolución del defecto en la vía.

ƒ VI (valor de intervención). El valor registrado obliga a una intervención ƒ

rápida de los equipos de mantenimiento para eliminar el defecto. VR (valor de reducción de velocidad). Se reduciría de forma inmediata la velocidad en esa zona a 230 km/h hasta que se subsanaran los defectos existentes en la vía.

Una de las principales preocupaciones en el mantenimiento de la calidad geométrica de las vías de alta velocidad es la rápida detección de defectos de corta longitud de onda, a causa de las importantes sobrecargas dinámicas que generan en la superficie del carril, lo que acelera el deterioro de la geometría. Sin embargo los coches de auscultación geométrica no pueden detectar este tipo de defectos. Por esta causa desde hace más de una década se ha puesto a punto un sistema de detección basado en el registro de las aceleraciones en las cajas de grasa de los vehículos. En resumen, utilizando filtros adecuados para la señal de la aceleración registrada en la caja de grasa

de

los

vehículos

resulta

posible

detectar

los

defectos

correspondientes a pequeñas longitudes de ondas. En función de la naturaleza del defecto (carril corrugado, danza de las traviesas, etc.), se decide el sistema de mantenimiento más adecuado: amolado de los carriles, bateado de la vía.

Figura 12

EL MATERIAL AUXILIAR.

MÓVIL

Todas las Explotaciones de ferrocarriles poseen, además del parque de material móvil para el servicio de viajeros, un cierto número de vehículos

destinados

a

usos

auxiliares

(mantenimiento

de

instalaciones o solución de incidencias). Destacar, que en unos casos, se trata de vehículos con propulsión eléctrica, similar a la de los trenes de viajeros, mientras que en otros se trata de vehículos movidos mediante motor diesel (vehículos que circulan con corriente eléctrica cortada). Finalmente, hay vehículos que son remolcados, sin tracción propia. La cada vez mayor mecanización de los trabajos de mantenimiento de

instalaciones,

y los

objetivos

de

reducción

de

costes

de

mantenimiento, están generando la necesidad de diseño de unos vehículos auxiliares cada vez más sofisticados, en los que son habituales elementos tales como control mediante sistemas de microprocesadores,

sistemas

de

propulsión

no

ruidosos

ni

contaminantes, equipos de telediagnóstico y telemedida… Los vehículos auxiliares más habituales en la Explotación de un ferrocarril son los siguientes: Vehículos encarrilamiento Dresinas de línea aérea Carros portabobinas

de

Figura 13 Dresinas de vía: Son vehículos pequeños propulsados mediante un motor diesel, que poseen una cabina para transportar una brigada de vía, y una pequeña plataforma para el transporte de útiles y herramientas. Suelen estar dotadas de un brazo hidráulico para la carga y descarga de material pesado

Figura 14 Esmeriladoras: Corrigen los defectos producidos en los carriles, sobre todo el desgaste ondulatorio, y también la forma del perfil en la zona de ataque de la pestaña de la rueda. Para ello disponen de una serie de muelas, que giran movidas or motores eléctricos y se posicionan mediante dispositivos hidráulicos al objeto de atacar al carril en diversos ángulos para restituirle en toda su superficie de rodadura la forma curvada que se desea. Pueden ser vehículos remolcados o autopropulsados mediante motor diesel, pudiendo disponer equipos

automatizados

de

medida

de

forma

de

carriles

registro informático o en papel.

Figura 15 Figura 16

Plataforma portacarriles

Figura 17

de y

Vagones: Son vehículos remolcados de carga general (traviesas, balasto, etc.). Suelen estar constituidos por una plataforma abierta y bordes en todo el perímetro, que pueden ser movibles o abatibles. En ocasiones, la caja del vagón es basculante para la descarga lateral. Los vagones tolva para balasto, dotados de bocas inferiores de descarga para ir depositando, en marcha, al balasto a lo largo de la vía. Trenes aspiradores: Vehículos destinados a la limpieza de los túneles. El sistema más elemental consiste en la utilización de aspiradores industriales montados a bordo de vehículos, con mangas provistas de bocas de aspiración que son manejadas manualmente. Este sistema absorbe solamente objetos de un cierto tamaño, no así polvo ni partículas pequeñas. Lo ideal técnicamente, aunque de mayor coste, es un tren aspirador semiautomático, para ello es preciso dotar al tren aspirador de un cajón aspirador, generalmente de forma cuadrada, que ocupa toda la anchura del vehículo y una longitud equivalente. Este cajón posee a todo su alrededor unos faldones de goma que lo hacen llegar hasta el nivel del balasto, y que permiten su paso sin problemas por desvíos u otros elementos existentes entre los carriles. En el interior de dicho cajón se impele con fuerza una corriente de aire comprimido, que levanta el polvo y los objetos en forma de nube, la cual es entonces aspirada. Una vez aspirado este polvo, en primer lugar

se

decantan

los

objetos

pesados

y

el

resto

se

filtra

produciéndose al final la salida de aire limpio al exterior. Todo este proceso se hace con el tren en marcha, a baja velocidad. Este tipo de trenes suele emplear mangas extensibles de aspiración manual para limpieza de lugares alejados de la vía. Trenes herbicidas Bateadoras LAS BATEADORAS

Una operación de bateo consiste en la introducción, en la capa de balasto, de unos bates que realizan un movimiento de cierre de las partículas granulares bajo las traviesas, es decir, los bates remueven el balasto para devolver a cada carril la posición que, vertical u horizontalmente, haya podido perder con la acción del paso de los trenes. A ese movimiento

se

forma

senoidal

de

oscilación

le

superpone

una

vibración

en

de frecuencia 35-45 Hz. La

importancia de la frecuencia se refleja en el hecho de que, para frecuencias más elevadas, la traviesa tiende a hundirse en el balasto por la fluidificación de este.

Figura 18 Inicialmente, las traviesas se bateaban de una en una, sin embargo nuevos sistemas hicieron posible el bateo simultáneo de dos o incluso tres traviesas , aumentando de este modo el rendimiento de trabajo. Figura 19

Esta operación se realiza con máquinas bateadoras, que poseen 8, 16 ó 32 bates (la mitad por carril) que realizan esta tarea. Además, estas máquinas suelen poseer un dispositivo de medida de la geometría de la vía, lo que les permite detectar sus defectos y luego corregirlos. La nivelación de la vía se realiza automáticamente mediante unas pinzas de presión fijas a los carriles, cuyo movimiento es controlado por un sistema de medida que establece una línea de referencia. Estas máquinas pueden trabajar a partir de una base de referencia absoluta, establecida mediante piquetes, o de una base relativa referida a la situación existente. El control y guiado, se efectúa por ordenador. Las bateadoras incorporan un sistema enderezador, que coloca los carriles en su posición definitiva en el momento en que estos son levantados para su nivelación. El sistema de referencia para el guiado de esta operación se basa en el procedimiento de la cuerda móvil, utilizándose hilos guiados por una serie de palpadores que están en contacto con el carril. En la siguiente figura, se muestra el esquema de funcionamiento de una bateadora.

Figura 20

El punto A se encuentra en el sector de la vía ya nivelado, mientras que los puntos B y C se encuentran en el no nivelado. Se tiene: AD = BE = CF

Mediante la viga G1G2 se eleva el carril a una altura tal que el punto F quede situado sobre la recta DE. Una vez que el carril está en posición, se batea la traviesa situada a la derecha del punto C. El sistema de medida de la bateadora supone la existencia de una función de transferencia que relaciona el defecto medido y el defecto corregido. La inmediata aplicación del estabilizador mecánico proporciona las mejores características de calidad de vía, en términos de geometría y de resistencia lateral. La bateadora de avance continuo 09-3X , aparecida en el mercado a finales de año 2001, es la máquina con mayores rendimientos de bateo, alcanzándose en puntas, valores de hasta 2.200 m/hora. Por la propia configuración de la vía, para el matenimiento de los cambios de vía se requieren máquinas especiales. Como referencia, la máquina Unimat de Plasser dispone de cuatro grupos de bateo independientes con un total de 16 bates. Los grupos de bateo exteriores van montados sobre brazos telescópicos que se adaptan a las dimensiones de la superestructura (en anchura en los aparatos de vía). En 1983 Plasser & Theurer puso en funcionamiento la primera máquina de bateo continuo en servicio regular, con la que comenzaba su serie 09 y se daba un paso decisivo en la tecnología de conservación de vías al ofrecerse rendimientos muy superiores a las máquinas utilizadas hasta entonces. Ahora, superadas las 09 para dos y tres traviesas, Plasser ha lanzado la 09/4X para cuatro traviesas. Las 09/4X son el último avance en máquinas de bateo universal que permite el avance continuo y el bateo cíclico para trabajar sobre vías y cambios. Las bateadoras trabajan a una velocidad de 2.600 metros de vía por hora.

La Unimat 09.32/4S Dynamic (con estabilizador dinámico) de BBW trabajando en la línea Viena-Linz.

Son máquinas de 125 o 127 toneladas de peso con una distancia entre topes de 33.540 milímetros y de 17.500/10.000, entre pivotes, y una potencia del motor de 567 kW para velocidades máximas de desplazamiento de cien a ciento veinte kilómetros por hora. Permiten la conservación y el mantenimiento de cambios con levante de tres hilos y bateo de cuatro hilos y cuentan con cuatro grupos de bateo independientes para un total de 16 ó 32 bates. De ellos los grupos de bateo exteriores están montados sobre brazos telescópicos que permiten el bateo del cuarto hilo. La máquina cuenta con dispositivo de levante y ripado con ganchos de levante y tenazas de platillos y con un dispositivo de levante adicional automático para el levante del tercer hilo. Dispone de un total de cuatro cabinas, la delantera y la posterior para la conducción de la maquina, otra sobre el dispositivo de levante y ripado para el trabajo en cambios y una central con puesto de operador para el trabajo en vías y cambios de vía. Asimismo, incorpora un dispositivo de barrido de vías y cambios con cinta transportadora transversal reversible. Avance s. Figura 21 Estas máquinas son consecuencia del avance que en 1962 supuso la introducción de la tecnología de

bates abatibles para el mantenimiento de cruces y cambios. El levante sincrónico de tres hilos y el bateo de cuatro fueron las grandes aportaciones para la conservación de vía de alta rendimiento. Previamente, la hidráulica fue el factor determinante para el desarrollo de las bateadoras de Plasser &Theurer desde las primera bateadoras hidráulicas asíncronas de cuatro metros de distancia entre ejes y grupos de bateo montados entre ellos. Otra aportación

decisiva fue la de la construcción voladiza desde que a principios de los años cincuenta se construyó la VKR 01 en la que los grupos de trabajo estaban colocados en voladizo delante del eje delantero, sistema que se siguió utilizando hasta finales de los sesenta. En paralelo se iban añadiendo a las máquinas otros equipos que permitían nivelar, levantar, alinear.

y

Figura 22 Así en 1971 se presentó la serie 07 de máquinas para la nivelación, ripado y bateo de construcción compacta con grupos de trabajo montados sobre los ejes y, posteriormente se introdujo la serie 08 de máquinas bateadoras que cuentan con gran distancia entre ejes, bogues y con un vagón articulado. En cualquier caso cada máquina puede considerase más que resultado

de

una producción en serie, como casi única, hecha “a

medida” de las necesidades específicas de cada caso y adaptada a

las diferentes condiciones e trabajo, anchos de vía, trabajo urbano, diferentes rangos de temperaturas de trabajo, etcétera.

LA REDUCCIÓN PRÁCTICA DE LOS DEFECTOS GEOMÉTRICOS DE UNA VÍA. Los defectos geométricos de nivelación longitudinal, alineación etc. que son detectados y evaluados por los sistemas de auscultación que mencionamos anteriormente, se corrigen mediante operaciones de nivelación y alineación respectivamente. Los

elementos

básicos

de

una

máquina

niveladora

son

tres:

palpadores de contacto por cada carril, así como las uñas que sirven para sujetar la cabeza de éste y para colocarlo en su correcta posición utilizando la fuerza de unos gatos. Se señala que la niveladora puede levantar el carril y dejarlo a una cota más elevada, pero sin embargo no puede rebajar la cota existente.

Figura 23

NIVELACIÓN RELATIVA.

LONGITUDINAL

EN

BASE

En las niveladoras convencionales, entre los dos palpadores extremos (A y C) se tiende una cuerda de acero o bien un rayo de luz infrarroja. En el palpador B se mide la cota relativa a la cuerda de acero o bien se coloca una placa de sombra, para interceptar el rayo de luz infrarroja. La operación de nivelación consiste en levantar la vía en B ( mediante un dispositivo de carril consistente en los gatos y en las uñas señaladas y el bateo de la vía en dicha zona) de forma que el palpador B intercepte la cuerda o el rayo definido entre A y C. De forma general se puede decir que mediante un cierto número de sucesivas

nivelaciones en un

mismo tramo, se consigue un perfil que presenta una mayor suavidad en las irregularidades cóncavas de la vía. Esta forma de trabajo recibe el nombre de “nivelación en base relativa” o “bateo automático”.

Figura 24

NIVELACIÓN ABSOLUTA.

LONGITUDINAL

EN

BASE

El esquema de trabajo es análogo al del sistema anterior, la importante diferencia se deriva de conocer previamente las cotas respectivas que han de tener A y C. De esta manera la cuerda o en su caso en rayo infrarrojo se coloca paralelo a la rasante del carril. Es entonces cuando el dispositivo de levante actúa hasta que el elemento interceptor correspondiente al palpador B quede alineado con la cuerda. A este sistema se le conoce como “nivelación en base absoluta con tres puntos” en tramo de rampa constante. Una alternativa al método precedente sería disponer de un punto fijo adicional F, alejado de la niveladora, desde el cual se trace una cuerda hasta los puntos A o B de la máquina. Colocado el emisor o el visor del punto F a la cota correcta, ya no resulta necesario introducir de forma continua los valores de corrección el el palpador A, como sucedía en el caso anterior. Este sistema se conoce como método de “nivelación en base absoluta con punto fijo”. -

LIMITACIONES

DE

LOS

SISTEMAS

PRESENTES

Y

NUEVOS ENFOQUES. Se constata que: a)

Los métodos de trabajo en base relativa, con intervenciones localizadas de bateo y elevada frecuencia, pueden dar lugar a faltas de confort puntuales en los viajeros.

b) Los defectos de longitud de onda elevados no son corregidos por los métodos precedentes. c) Las operaciones básicas de bateo en base absoluta, que son precedidas de levantamientos topográficos y de estudios de trazado, son económicamente costosas. Cabe destacar el proceso adoptado por los ferrocarriles franceses basado en la colocación de una clavija cilíndrica el los postes de la catenaria, el levantamiento topográfico de la referencia de la

vía, así como el estudio óptimo de la geometría óptima del trazado para determinar los movimientos a dar a cada zona de la vía.

Figura 25

Figura 26

EL EN

CONTROL INTEGRAL DE LA VEGETACIÓN LAS INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

Figura 27 El objetivo fundamental del control integral de la vegetación en las infraestructuras ferroviarias se centra en la prevención de riesgos de cara a la explotación segura del ferrocarril, lo que incluye prevención de incendios y de accidentes laborales, mejora de la visibilidad y mantenimiento ecológico de la infraestructura de la vía. En este sentido, se considera condición indispensable para la conservación de la nivelación de los carriles de las vías férreas, asentados sobre balasto permeable, el que este se haya colocado y mantenido limpio de vegetación y maleza. El desarrollo de tallos y raíces en el balasto dificulta la rápida evacuación de las aguas de lluvia a través de este, a la vez que los residuos de la descomposición de los vegetales que brotan en él, van rellenando los huecos de los clastos que lo componen, llegando a colmatarlo. Como consecuencia se produce una desestabilización progresiva de la plataforma de la vía que conduce a su desnivelación. ferrocarril,

las

Por

ello,

desde

los

inicios

del

administraciones ferroviarias se han preocupado de

forma constante de la eliminación de la vegetación no deseada de las infraestructuras ferroviarias, desarrollando diferentes sistemas para su erradicación, entre los que destaca el control integral de la vegetación por métodos químicos, dado que hasta momento es el que ofrece la mayor eficacia y rentabilidad. El objeto es dar a conocer los diferentes

métodos de control de la vegetación en infraestructuras ferroviarias que existen actualmente, haciendo especial énfasis en el control químico.

Control de la vegetación El control de la vegetación en infraestructuras ferroviarias se ejerce sobre un dominio de aplicación que comprende los siguientes elementos: caja de la vía, banqueta y su flanco, paseo y su flanco, terraplén, cuneta y taludes de trincheras. Los principales métodos usados en el control de la vegetación en estas infraestructuras comprenden

tanto

procedimientos

estructurales

como

no

estructurales. Los

procedimientos

estructurales

previenen

el

crecimiento

de

vegetación no deseada en las infraestructuras ferroviarias y zonas de influencia durante su mismo proceso de construcción, atacando las causas que originan su crecimiento, impidiendo la germinación de semillas y la propagación de órganos subterráneos. Esto requiere la instalación de pantallas que impidan el desarrollo de vegetación en el balasto, paseos y cunetas. Los sistemas que se utilizan son de dos tipos:

estructuras

debajo

del

balasto

(lechos

de

materiales

bituminosos o de geotextiles impenetrables) y estructuras paralelas al balasto, entre el paseo y la cuneta (barreras verticales longitudinales; franjas de materiales que inhiben el crecimiento de la plantas; telas metálicas; geotextiles impermeables e impenetrables en los laterales del

balasto;

banquetas

procedimientos

no

de

bloques

estructurales

de

hormigón;

corresponden

a

etc.).

trabajos

Los de

mantenimiento de infraestructura y van dirigidos a combatir la presencia de vegetación no deseada, para erradicar o atenuar sus efectos sobre la misma. Incluyen los métodos físicos, biológicos, químicos y mixtos. Ambos grupos de métodos pueden clasificarse también en preventivos y correctivos, atendiendo al momento del proceso del desarrollo de la vegetación en el que actúan. Los preventivos son aquellos que actúan sobre las causas que producen el

problema

y

dentro

de

ellos

se

encuentran

los

métodos

estructurales, químicos y biológicos (diseño vegetal), dado que intentan solucionar el problema atajándolo de raíz, al impedir la germinación de semillas, la expansión de órganos subterráneos o la

invasión indiscriminada de especies. Los correctivos actúan sobre los síntomas, es decir sobre la propia vegetación ya aparecida, para anular o minimizar sus efectos, y corresponden a los no estructurales.

Figura 28 Los

métodos

físicos

comprenden

los

manuales,

mecánicos

y

electrotérmicos. Los métodos manuales y mecánicos incluyen siegas, podas, desbroces, escardas y arranques, y afectan tanto a la vegetación herbácea como a la arbustiva y de porte arbóreo, que se desarrolla en todo el dominio de aplicación, si bien normalmente se realizan en paseos, cunetas, terraplenes y taludes de trincheras. Los métodos electrotérmicos eliminan la vegetación mediante corrientes eléctricas, radiaciones infrarrojas, fuego y vapor de agua. Todos estos métodos son poco efectivos y en general de elevado coste económico; ecológicamente resultan poco adecuados al eliminar del entorno del ferrocarril toda la microfauna que lo habita, conllevando incluso riesgo de incendios. Los métodos biológicos son de dos tipos: diseño de la vegetación de los márgenes de las vías y uso de agentes biológicos. Los primeros comprenden un adecuado diseño de las franjas vegetales de los márgenes de las vías, como puede ser la siembra de especies de bajo porte muy tenaces difícilmente desplazables por otras especies, siegas periódicas y mantenimiento selectivo de la vegetación de los terraplenes, logrando que los bordes boscosos colindantes con el ferrocarril adquieran el aspecto de un borde natural de bosque. Como se desprende de lo anterior, en estos métodos concurren los

estrictamente biológicos (diseño vegetal) y los mecànicos, por lo que se pueden considerar mixtos. Los segundos usan agentes biológicos para controlar la aparición y el crecimiento de la vegetación, aunque de forma general este método no ofrece resultados satisfactorios,

comportando además el riesgo de propagación de los agentes biológicos fuera de su área de actuación. Los métodos químicos incluyen el uso en todo el dominio de aplicación de unas sustancias químicas denominadas herbicidas, originalmente formuladas para controlar las invasiones de malas hierbas en cultivos agrícolas y que últimamente se aplican en otros ámbitos como: infraestructuras de transporte terrestre y de distribución de energía, hidrocarburos y agua, superficies industriales, zonas verdes urbanas e incluso parques naturales y yacimientos arqueológicos. El control de la vegetación en las infraestructuras ferroviarias por métodos químicos se lleva a cabo mediante trenes herbicidas, equipados con sistemas de pulverización que permiten realizar el tratamiento químico en todos los elementos que componen el dominio de

aplicación,

pudiéndose

selectivos. Para determinados

efectuar

tratamientos

aspectos

se

generales

utilizan

o

también

equipos móviles que también portan sistemas de pulverización. Los métodos químicos ofrecen, frente a las labores físicas alternativas, un

menor

impacto

ambiental

respecto

a

los

siguientes

aspectos: la alteración del suelo y sus efectos sobre nidos, lombrices e insectos, un menor consumo de

combustibles

y

una

mayor

retención del CO2 al descomponerse los residuos vegetales mas lentamente. Estos métodos no impiden la circulación ferroviaria dado que los tratamientos se efectúan siempre y cuando no exista ocupación de vía por unidades comerciales. En general, el balance resultados/coste Además,

los

es

positivo

métodos

para

químicos

la

administración

pueden

ferroviaria.

perfeccionarse

en

la

actualidad con la incorporación de las nuevas tecnologías. Los métodos mixtos consisten en la adecuada combinación de los diferentes procedimientos. Es obvio que en nuevas líneas de ferrocarril las medidas estructurales pueden tener una gran relevancia de cara al futuro, pero el mantenimiento y control de la vegetación en líneas antiguas en explotación exige en la mayoría de los casos la utilización exclusiva

de

procedimientos

adecuada de diferentes

no

métodos

estructurales. físicos,

La

químicos

combinación y

biológicos

permite la optimización de los recursos de cara al mantenimiento ecológico de la infraestructura viaria. En este sentido, cabe destacar el control químico de la vegetación como uno de los elementos de mayor importancia dadas sus óptimas características de desarrollo y aplicación, sin olvidar la necesidad de realizar trabajos de tipo mecánico e incluso manual si las condiciones así lo requieren. A esta combinación de métodos se la denomina comúnmente control integral de la vegetación (vegetation management); en ella, el control químico resulta de vital importancia. Metodolog ía

Figura 29 Sistemas de pulverización.