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• Alicia Minaya

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TRANSPORTE SOBRE RIELES

OBJETIVOS  Conocer los que compone una vía férrea  Aplicar los conocimientos hacia el futuro desarrollo de problemas  Conocer la importancia del transporte sobre rieles  Saber en que situación aplicar este tipo de transporte

I.

HISTORIA

Por primera vez aparece en las minas de Alemania en el siglo XVI para transportar minerales por medio de pequeños carros tirados por los mineros, caballos o mulas a lo largo de las galerías. En la década del siglo XVIII el Ing Richard Trevithich construye una maquina a vapor pero no la perfecciono. En 1814 Stevenson construye su primera máquina a vapor llamada BLUCHER que tiene una velocidad de 6.5 Km por hora con 30 toneladas de tracción. El 15 de setiembre de 1830 se inaugura el primer tramo Manchester empleándose la locomotora a vapor. Finalmente estas fueron sustituidas con el uso de las locomotoras a aire comprimido, posteriormente Diesel y eléctricas.

II.

GENERALIDADES

 Es aplicable en diversas condiciones, por su gran rendimiento y seguridad.  Mas difundido en minería subterránea convencional  Alto rendimiento a distancias considerables Está conformada por los siguientes elementos o maquinarias:  Vía férrea  Vehículos de transporte ( vagonetas o carros mineros)  Locomotoras  Dispositivos de señalización y otros

III.

VIA FERREA

Soporta todo el material rodante y sirven de guía para el trayecto a seguir. La vía férrea está constituida por los siguientes elementos:  Plataforma  Balastro o balasto  Traviesas  Carril  Accesorios

1.- PLATAFORMA La plataforma vine definida por el perfil transversal y constituye el primer elemento resistente del camino.

2.- BALASTO 

Es la capa de la roca fragmentada que tiene por finalidad repatir la carga que transmiten las traviesas sobre el piso.



El balasto se interpone entre la traviesa y la plataforma.



Para vias principales de extraccion se coloca una capa de 10 a 15 cm.



Como balasto se puede emplear: cascajos, cantos rodados y grava de roca dura.



De 20 a 40 mm de cantos rodados y de 3 a 20 mm de gravas.



Debe tener un coeficiente de friabilidad que permita resistir y desmenuzarse por efecto de las cargas que debe soportar.

FINALIDAD DE COLOCAR EL BALASTO: 

Repartir la carga que la traviesa le transmite al terreno



Fija las traviesas en sentido longitudinal y transversal.



Absorbe la energía cinética producida por los efectos de impacto producidos por las cargas móviles actuando como amortiguador entre la vía y la plataforma



Protege a las traviesas y las mantiene secas, permitiendo el drenaje del agua

3.- TRAVIESAS O DURMIENTES 

Soportan los rieles, los conservan a distancias y transmiten la presion a la capa del balasto.



Pueden ser de madera, metalicos o de hormigon armado.

TRAVIESAS DE MADERA: proporciona como ventaja, la fácil manipulación por los obreros debido a su peso y su flexibilidad ante golpes o similares. Entre el riel y la traviesa se colocan unas pletinas o 'silletas' que se atornillan a la traviesa y fijan el riel a ésta.

TRAVIESAS DE HORMIGÓN: las traviesas de hormigón pretensado o pos tensado tienen una mayor durabilidad que las traviesas de madera, su peso que ante la manipulación es una desventaja, resulta también ventajoso al proporcionar una mayor estabilidad de la vía.

De

hormigón

monobloque:

pesa

aproximadamente

300 kg y

conformada por una armadura en su interior, recubierta por un solo bloque de hormigón. De hormigón bibloque: está conformada por dos bloques de hormigón de unos 7 dm aproximadamente, unidas por un perfil de hierro en forma de T. TRAVIESAS DE COMPUESTO (PLÁSTICO): diseñadas para reemplazar a las traviesas de madera, proporcionando las ventajas de la madera y solucionando algunas desventajas como la humedad, evitando la pudrición. Pueden ser utilizadas con traviesas de madera, por lo que su implementación no necesita un cambio total de la vía



Traviesas de madera se encuentran las de: roble, pino eucalipto, etc.



Traviesas de acero: resistencia y durabilidad en minas donde el agua no sea acida.



Traviesas de hormigon armado: gran duración y aseguran la estabilidad de la via.

DIMENSIONES:

8” x 6” para vias principales 7” x 5” para vias secundarias 6” x 5” para vias provisionales

ESPACIAMIENTO ENTRE TRAVIESAS: La separación dependerá de los siguientes factores: -

De las condiciones del terreno sobre el cual se va a tender la línea de cauville

-

Del peso que soportan los rieles

-

Del tiempo que permanecerá la instalación de la línea del cauville

4.- CARRIL HISTORIA: Los primeros rieles que se conocen datan de la Edad del Bronce, en el siglo V a. C., apareciendo nuevamente como rieles de madera para facilitar el transporte en las minas. Los primeros carriles fueron pequeños rieles de fundición, que no aguantaban el paso de las ruedas por su fragilidad, con lo que se pasó al acero laminado mientras que se aumentaba su longitud y su duración DEFINICION 

Es el camino de rodamiento de los vehículos pero al mismo tiempo es un elemento de rigidez de la vía (ensamblable de un lugar a otro). La elección de la forma de los carriles más que todo debe a la experiencia y realizar los cálculos precisos. La misión de los carriles o líneas de cauville es soportar las fuerzas que actúan verticalmente y transmitirlas a las traviesas, luego al balasto y finalmente a la base natural o plataforma



Los carriles tienen la función de soportar las fuerzas verticales y transmitirlas a las traviesas, al balasto y la plataforma.



Los carriles se caracterizan por la resistencia a la flexión de la sección y de la superficie.



Las partes principales son: cabeza, alma y patín.



Los rieles están dadas en lb/yarda o en kg/m.



Para elegir un carril se debe tener presente lo siguiente: -

La condición de la superficie del terreno sobre el cual se va a tender la línea de cauville

-

Peso de la locomotora y capacidad de los carros mineros

-

El espaciamiento entre las traviesas

-

La intensidad del tráfico a que estará sometida -La longitud estándar de una collera es 30 pies para rieles hasta 45 lb y 33 pies para rieles de 50 lb a más

FABRICACION Y MONTAJE: Por la laminación del acero en bruto se obtienen barras con el perfil requerido, que se cortan en tramos de 18 a 288 m. Para realizar el montaje se disponen las barras perpendicularmente sobre las traviesas, o durmientes (en América Latina), y se unen entre sí mediante eclisas y bulones, sujetándose a la traviesa mediante algún sistema de fijación. También se ajusta la trocha y se alinea y nivela el conjunto. TIPOS: 

Riel ligero: es aquel cuyo peso no excede de los 40 kg por metro lineal.



Riel pesado: su peso oscila entre los 40 y los 60 kg por metro lineal.

PERFILES UTILIZADOS:

Riel antiguo

Riel de garganta

Riel Burdach

Rieles Vignole

Riel Phoenix

DUEREZA Y MATERIALES:

Tabla de materiales de los rieles

Porcentaje de material Fabricados en Europa

Fabricados en América

% de carbono

0,4 - 0,57

mayor a 0,57

% de manganeso

0,8 - 1,2

menor a 0,8

% de silicio

0,1 - 0,25

0,1 - 0,25

% de fósforo

máximo admisible 0,06 máximo admisible 0,06

% de azufre

máximo admisible 0,06 máximo admisible 0,06

Dureza del riel

Dureza Brinell, HB

Tipo de riel

Mínimo

Máximo

Rieles normales

300

-

Rieles de alta resistencia 341

388

Fluencia en los aceros usuales en los carriles

Concepto

Normal Alta resistencia

Límite de fluencia, kg/cm2 mínimo

4920

7730

Límite de ruptura a la tracción, kg/cm2 mínimo 9840

11950

Alargamiento en 50 mm, % mínimo

10

9

ESFUERZOS QUE SOPORTA EL RIEL Hay 3 clases de fuerzas que actúan sobre la vía de un riel: vertical, transversal y longitudinal.



ESFUERZOS LONGITUDINALES: los rieles tienden a desplazarse en el sentido del avance o de la pendiente.



ESFUERZOS TRANSVERSALES: se producen en vía recta y curvas.



FUERZAS VERTICALES: en el reposo ejercen sobre la vía una carga estática/eje que tiende a flexionar el riel y en movimiento se presentan varios fenómenos: -

Los choques debidos al peso sobre las juntas.

-

En curvas, la desigualdad de repartición del peso entre collera.

ACCESORIOS PARA INSTALACION DE RIELES: Tenemos dentro de los principales accesorios lo siguiente: -

Placa de asiento

-

Clavos de riel o escarpias

-

Tirafondos

-

Eclisas

SELECCIÓN DE RIEL

IV. 

SUPERELEVACION O PERALTE Es el desnivel existente entre los rieles, la exterior más elevada que interior para compensar la fuerza centrífuga en las curvas.



Los esfuerzos que se transmiten a la vía en curvas, pueden reducirse a un esfuerzo de gravedad G.



Cada uno de estos esfuerzos puede descomponerse en dos fuerzas: una perpendicular y otra a la vía en sentido contrario.

V.

DESVIOS O CAMBIOS

Para cambiar de vía los carros mineros o vagonetas, a veces se utilizan elementos sencillos, tales como placas de maniobra, provistas de algunas guías o placas giratorias de salta carril. Para empalmar las vías férreas se utilizan los cambios de aguja.

VI.

TROCHA

Se denomina trocha a la distancia entre las caras internas de las cabezas de los rieles.

En minería subterránea se utilizan trochas de 500, 600, 700 y 900 mm.

VII.

LOCOMOTORAS

Las locomotoras son equipos de tracción por adherencia que sirven para mover a los vagones durante la operación de transporte Según la energía utilizada, las locomotoras se dividen en: locomotora a aire comprimido, eléctricas, a batería y diesel.

1) LOCOMOTORAS A AIRE COMPRIMIDO: son máquinas que cuentan con unos recipientes o botellas de aire comprimido de 700 litros de capacidad aproximadamente, que son transportados por la locomotora para su accionamiento.

VENTAJAS: -

Buena seguridad

-

No causa problemas por corrientes eléctricas ni gases tóxicos.

DESVENTAJAS: -

Requiere de instalaciones especiales de aire a alta presión en superficies, para enviarla al interior de la mina por una red especial de tuberías.

-

Tiene un rendimiento deficiente

2) LOCOMOTORAS

A

DIESEL:

son

accionadas

por

motores

de

combustión interna. Se emplean para transporte de grandes Tn de mineral por lo niveles principales de las minas. Desarrollan velocidades de 15 a 50 km/h. VENTAJAS: -

Posee gran radio de acción y es fácil de operar.

-

No requiere de una instalación previa para operación aparte de la línea de cauville.

DESVENTAJAS: -

No es posible su utilización en lugares donde la ventilación es deficiente.

-

Está latente el peligro de incendio, toxicidad de los gases de escape e inflamación del gas grisú si se usa en minas de carbón.

-

Deben contar con extintores contra fuegos.

3) LOCOMOTORAS A BATERIAS: en sí, son locomotoras eléctricas que funcionan

con

corriente

eléctrica

continua

generada

por

unos

acumuladores del tipo acido o básico conectados en paralelo y que son transportados por la misma locomotora. Desarrollan velocidades de trabajo de 10 a 15 km/h. y debe contar con 2 juegos de baterías, uno en operación y otro en carga. VENTAJAS: -

Se puede transportar a cualquier lugar donde existe riel.

-

Es muy fácil de operar

-

Responde rápidamente a los controles.

-

No requiere de instalación previa para la operación.

DESVENTAJAS: -

Requiere de una estación de carguío de baterías.

-

No se puede utilizar transporte de grandes toneladas.

-

Tiene limitaciones de capacidad debido a la poca duración de la batería.

4) LOCOMOTORAS A TROLLEY: son equipos de tracción cuyos motores son accionados al hacer contacto con el cable conductor aéreo positivo (+) instalado a un promedio de 1.80 metros de altura mínima con las líneas del riel que conduce la carga eléctrica negativa (-) a través de una roldana o zapata de la pértiga (trolley o trole). Para su funcionamiento requieren de corriente continua de 220 a 225 voltios desarrolla velocidades de 10 a 30 km/h VENTAJAS: -

No genera gases tóxicos.

-

Son compactos y simples de operar.

-

Se utilizan en el transporte de grandes tonelajes a grandes distancias por los niveles principales de la mina.

-

El costo de energía consumida es menor comparado con otros tipos de locomotoras. DESVENTAJAS:

-

Se usa en labores donde exista línea a trolley.

-

Su instalación inicial es cara.

-

El sistema es peligroso por los riesgos de electrocución.

-

No es posible usarlo en minas de carbón.

VIII.

VAGONETAS O CARROS MINEROS

 Los carros mineros con estructura de acero, son utilizados en todos los tipos de minería actual, sin importar el tipo de carro seleccionado, es recomendable por motivos prácticos estandarizar al equipo para simplificar así las reparaciones y limitar la cantidad de repuesto necesario en stock  Sirven para transportar mineral, relleno, otros como madera, cemento, etc. Y personal.  Para transporte de mineral o de relleno está constituida por una caja o tolva, chasis o truque, ruedas y enganches o acoplamientos.

 La caja está confeccionada con chapas de acero.  El fondo de la caja o tolva es redondeado o plano.  La caja y el bastidor van unidos rígidamente o mediante articulaciones.

CARACTERISTICAS DE LOS CARROS Los carros mineros se caracterizan por los siguientes parámetros: -

Capacidad de carga útil

-

Tara

-

Coeficiente de tara

-

Numero de ejes

-

Coeficiente de resistencia al movimiento

TIPOS DE VAGONETAS DE MINAS Según la forma de descarga se clasifican en: 1) TIPO CUCHARA: son de volteo frontal en una radio de 360°; construcción liviana y operación manual. Su capacidad es de 0.50 m 3 para trocha de 20”.

2) TIPO “V”: de volteo lateral, diseñados para trabajos pesados y de acarreo rápido. Ruedas de 14” Ø que aseguran su estabilidad. Cuentan con un seguro de volteo accionado con el pie que permite el volteo de tolva hacia el lado opuesto del operador.

3) TIPO “U”: de volteo lateral; es el más difundido por su facilidad para ser accionados manualmente o con locomotora. Cuentan con un seguro de volteo accionado con el pie que permite el volteo de tolva sea hacia el lado opuesto del operador.

4) TIPO GABLE (caja fija y puertas laterales): tienen la base del cajón en forma de “V” invertidas a 45°, con puertas laterales para descargar sin necesidad de voltear el carro; basta solamente abrir manualmente y el mineral cae por sí mismo.

5) TIPO GRAMBY: de volteo lateral a través de su 5ta rueda por una rampa ubicado a un lado de la línea cauville y el pistón neumático. Se emplean para transporte de grandes Tn, con capacidades de 60, 70, 80 100, 120 pies3. Son para trochas de 24”a 26” de ancho.

CONCLUSIONES  Se emplea en mucho este tipo de transporte en minerías subterráneas  Existen variedades de locomotoras para cada situación o costo  El gran avance de este tipo de transporte evoluciono mucho, y aún sigue avanzando en otros puntos  Se necesitan de cálculos para la elaboración de este tipo de transporte BIBLIOGRAFIA  transporte subterráneo sobre rieles (Ing. Esteban Marin Paucara)  http://es.wikipedia.org/wiki/Riel  http://es.scribd.com/doc/132916979/LOCOMOTORAS-MINERAS