Ferrocarril - Apunte V2016

Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional San Rafael

Ing. Roberto Vilches San Rafael - 2016

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FERROCARRILES INDICE GENERAL Contenido Temático General Prólogo FERROCARRILES - Introducción Los Sistemas de Transporte Los Sistemas Integrados de Transporte (SIT) Los aspectos sociales de un SIT SISTEMA DE TRANSPORTE FERROVIARIO – Diseño Introducción Análisis del Contexto Análisis de la composición social Análisis macroeconómico Análisis microeconómico Análisis del Sistema de Transporte Análisis del sistema integrado de transporte Análisis del sistema ferroviario Diseño de la Infraestructura Ferroviaria Parámetros generales de diseño Diseño de la Infraestructura de Vía Diseño Geométrico Diseño Estructural y Constructivo Referencias Normativas INFRAESTRUCTURA GENERAL FERROVIARIA Introducción Organización de la Infraestructura Ferroviaria Líneas Ramales Secciones de Vía Vía Zona de Vía Estaciones Desvíos de Cruce Desvíos Particulares Desvíos de Servicio Mapas de Red Ferroviaria Concesionada Anexos INFRAESTRUCTURA DE VIA (sin Estaciones ni Desvíos) Introducción MISION GENERAL - Seguridad – Economía – Confort ELEMENTOS COMPONENTES EL RIEL Misión Principales características Cargas activas sobre el riel El perfil Vignole UNIONES Unión Riel – Riel (p/ rieles de largo normal) Ing. Roberto Vilches

Página 4 6 6 7 12 13 14 14 14 14 15 15 15 15 16 16 17 17 18 18 20 21 21 22 23 24 25 26 27 29 30 30 31 35 44 45 45 47 49 50 50 51 55 60 61 2

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Materialización de la unión Disposición de las juntas: en recta y en curva Uniones en Rieles Largos Soldados EL DURMIENTE Misión Principales características Tipos de durmientes: de madera, de acero, de hormigón y mixtos Cargas activas sobre el durmiente UNIÓN RIEL – DURMIENTE Misión Tipos de fijaciones Unión riel – durmiente con anclas de vía EL BALASTO Misión Principales características Cargas activas sobre el balasto Consideraciones adicionales sobre le material de balasto EL TERRAPLÉN Misión Principales características Terraplén en vía doble APARATOS DE VÍA Misión Principales características DESGASTE DE LOS ELEMENTOS DE VÍA Desgaste del Riel Otros tipos de desgaste de rieles Desgate de otros elementos de acero Desgaste del durmiente Desgaste del Balasto Desgaste del Terraplén RELEVAMIENTO DE LA INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA Relevamiento técnico de Ingeniería Relevamiento del estado general de conservación de vías Relevamiento del estado de Estaciones y Desvíos Relevamiento del estado general de la Zona de Vía Relevamiento del estado general de obras de Arte MEJORAMIENTO DE VÍA - OBRAS TIPO Conservación de Vía – Tipos y Características Listado de tareas de conservación más comunes Renovación de Vía Los cortes de vía Mejoramiento de Vía Mejoramiento de Vía Tipo 1 Mejoramiento de Vía Tipo 2 Toma de Decisiones

Ing. Roberto Vilches

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PROLOGO El presente trabajo relativo a FERROCARRILES ha sido realizado teniendo en consideración los siguientes aspectos que condicionan y acotan su desarrollo: 1. Pretende brindar a los estudiantes del Área Vías de Comunicación de Ingeniería Civil una visión introductoria a la basta problemática del transporte ferroviario, fundamentalmente enfocada hacia la Infraestructura, por ser el campo de acción profesional específico de los Ingenieros Civiles. 2. El citado enfoque a su vez presenta la particularidad de estar direccionado a las acciones de conservación y mantenimiento de la Infraestructura de Vía, por ser ésta una temática normalmente abordada en forma superficial por los libros de textos sobre Ferrocarriles. Justamente es en éste campo donde existen mayores posibilidades de inserción profesional, de allí su significación. 3. Esta especie de resumen, además, se inscribe en una actividad curricular en la cual se hallan integradas las problemáticas de los modos de transporte terrestre, como Vías de Comunicación, de allí que no se aborde la totalidad de los parámetros de diseño geométrico. Espero que estas líneas puedan ser de utilidad a los alumnos y profesionales que lo necesiten, para lo cual el autor está abierto a cualquier tipo de sugerencias que puedan enriquecer los objetivos, contenidos, diagramación y formato del presente trabajo. Muchas gracias.

Ing. Roberto Daniel Vilches

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LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE

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FERROCARRILES INTRODUCCION En los albores de la humanidad una de las características distintivas es que se basaba el desarrollo de las comunidades sobre el concepto de la auto sustentabilidad, es decir, no existían diferencias de situación geográfica entre los centros de producción y de consumo; en los albores de la humanidad, las primeras comunidades se caracterizaban por ser cazadoresrecolectores, por lo tanto lo que hemos llamado “centro de producción”, en realidad eran definidos por las áreas de caza (cotos) y de existencia de especies vegetales autóctonas (no implantadas). Es así, entonces, que estas comunidades se desarrollaban en forma autónoma sin tener interrelación con otros agrupamientos, salvo en las situaciones de disputa territorial. Las necesidades de traslado de personas y sus bienes sólo se justificaban ante el agotamiento de los recursos para el sustento; por lo tanto no eran necesarios los medios de transporte. En la medida que las comunidades humanas y sus necesidades fueron desarrollándose comenzaron a aparecer las diferencias de localización geográfica entre los centros de producción y los centros de consumo. Tal circunstancia se debió fundamentalmente a la sedentarización de los agrupamientos fruto del desarrollo de la agricultura. Era necesario entonces hacer llegar en forma periódica los productos de una región a otra, situación que generó la necesidad del transporte y el desarrollo de los medios para llevarlo a cabo. Hay que resaltar que el traslado de productos no fue, ni es, la única motivación del ser humano que está vinculada a los medios de transporte. La inquietud por saber, por explorar lo desconocido, el deseo de conquista y expansión, han sido y aún hoy son algunos de los motivos fuertes que impulsan al hombre a movilizarse y desarrollar y hacer uso de los medios de transporte.

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LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE El transporte es un medio que posibilita y facilita el desarrollo socio – económico de las comunidades, regiones y países, a través de la necesaria interrelación entre las mismas. Esta constituye la razón de ser básica del transporte. No obstante también materializa en los hechos el derecho de toda persona al libre tránsito, consagrado en todas las cartas orgánicas de los países y por la ONU; así se refleja tal hecho en el Artículo 14-bis de nuestra Constitución Nacional, que consagra el derecho al libre tránsito como garantía constitucional, es decir, es el Estado (nacional, provincial, municipal) quién debe velar por esa garantía. El dilema del transporte, al menos como concepto histórico, reside en trasladar físicamente productos y personas de un lugar a otro en la forma más eficiente posible, es decir, en el menor tiempo posible y con los menores costos asociados. Aquí es donde cobra importancia sustantiva la interrelación entre diversos modos de transporte, constituyendo los llamados Sistemas de Transporte. En la medida que la interrelación citada sea planificada y organizada sobre parámetros de eficacia, eficiencia y beneficio económico - social llegaremos a los llamados Sistemas Integrados de Transporte (SIT). Otro aspecto, hoy tan importante como lo ya citado, es la oferta y prestación de servicios a distancia. En realidad esto no es nuevo, apareció tal posibilidad y se desarrolló a partir del telégrafo alámbrico. En las últimas tres décadas, y de la mano del desarrollo de medios digitales (tecnología informática) y de la tecnología aeroespacial (satélites), el transporte (de datos con soporte digital) de servicios ha tenido un crecimiento exponencial y un impacto revolucionario sobre la forma de interrelacionarse entre las comunidades y personas. Podemos decir aquí con cierta propiedad que estamos hablando de otro modo de transporte, el Transporte Virtual. Normalmente cuando se habla de Sistemas de Transporte, no se incluye los que hemos llamado transporte virtual. Considero que esto es un error, ya que hoy estamos viviendo y viendo como la oferta y demanda de servicios y productos se realizan a través de redes de información con soporte en la red global (Internet). Este fenómeno crece y se consolida a pasos agigantados, y no es desacertado pensar que en un horizonte no muy lejano todas las empresas ofrecerán sus servicios y productos a través de ese medio u otro similar. Por lo tanto el transporte virtual debe ser considerado en la planificación y organización de los sistemas de transporte como parte constitutiva de los mismos, ya que está orientada sobre parámetros similares a los otros medios (eficiencia, economía, etc.).

Sistemas Integrados de Transporte (SIT) El transporte materializa la necesaria vinculación entre comunidades tanto por tierra, como por aire y agua. Ing. Roberto Vilches

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En acuerdo a las características de los objetos trasladados, es posible realizar una primera clasificación del transporte: MODOS DE TRANSPORTE

FISICO: transporte de materia VIRTUAL: transporte de datos (en forma analógica o digital)

En acuerdo al medio físico por el que se desarrolle el traslado de materia y de datos, puede plantearse una segunda clasificación del transporte:

MODOS DE TRANSPORTE

AEREO MARITIMO FLUVIAL TERRESTRES Carretero Ferroviario

VIRTUAL Dentro de lo citado se puede hacer una tercera clasificación, en cuanto al tipo de materia y/o datos transportados y a los vehículos empleados para ello:

TIPOS DE TRANSPORTE

DE MATERIA Cargas Pasajeros DE DATOS Por Aire (telegráfico, satelital) Por Cable (telefónico, fibra óptica)

Ya se mencionó anteriormente la existencia de los Sistemas Integrados de Transporte (SIT), y que los mismos se constituyen sobre la idea general de la eficiencia del transporte en su conjunto, es decir, que la materia y/o los datos lleguen de un punto a otro en el menor tiempo posible, con los menores costos y en el estado más adecuado al tipo transportado (materia o datos). Para tener una idea aproximada de lo que esto significa se vuelcan a continuación algunos datos económicos (valor de fletes) relativos al transporte de cargas por distintos modos:

MODO Valor del Ing. Roberto Vilches

Marítimo

Costo Relativo del Transporte por Modos Fluvial Ferroviario Carretero

Aéreo 8

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Flete (*)

0,8 – 1,3

1,2 – 1,5

3–4

6–8

15 – 20

Nota:  (*): Los valores de fletes indicados no son valores absolutos, corresponden a valores relativos, es decir, a los efectos de visualizar el costo relativo entre los distintos modos considerados.  Las variaciones de costos relativos en cada modo responden a causas tales como: distancias recorridas, capacidad del medio usado, grado de dificultad de las rutas (costos operativos y seguros), estado de las rutas, operatividad de las cabeceras de rutas (sobre todo puertos y aeropuertos), costos de construcción y mantenimiento de las rutas (amortización), eficiencia del sistema, etc. En general los SIT, no sólo están basados en los parámetros ya indicados, sino también tiene una importancia gravitante en su constitución los fundamentos legales que lo definen. Sin una legislación adecuada es prácticamente imposible constituir un SIT, pensando en que sólo las reglas del mercado (oferta y demanda) bastan para definirlos. Es aquí donde los Estados deben intervenir y poner de manifiesto su capacidad regulatoria y de control del quehacer humano. Los Estados del mundo desarrollado lo hacen desde hace mucho tiempo porque tienen en claro que los intereses particulares no deben sobreponerse al interés general. En tal sentido generan SIT sustentados sobre algunas reglas como:     



El traslado de materia y datos deben realizarse por el medio más económico y adecuado (seguro) al tipo de los objetos transportados. Los SIT implican la organización geográfica del transporte en acuerdo a las singularidades que ella presente, implantado los necesarios nodos del sistema. También deben ser contemplados los medios tecnológicos circunstanciales con que se cuenta y la accesibilidad futura a los mismos, incluido en ello la disponibilidad de infraestructura y las posibilidades de desarrollarla. Dos factores condicionantes para la constitución de un SIT son los volúmenes a transportar y la frecuencia de transporte de los mismos, ya que estos definen la viabilidad económica de los modos y del SIT mismo. En función de ello y para un SIT, se establecen restricciones al desarrollo de los distintos modos de transporte, en términos de limitaciones de: distancias recorridas por cada modo, tipo de cargas transportadas por cada modo, puntos de interrelación definidos entre modos, normalización de los medios usados para transporte de productos (ej.: contenedores), establecimiento de normas de seguridad mínimas para cada modo y por tipo de cargas, etc. Las restricciones y/o limitaciones citadas deben contar con la necesaria seguridad jurídica como factor imprescindible que otorgue garantías para los explotadores de los modos (del SIT), independientemente de quienes sean y de la figura jurídico - legal que los crea y les da sustento, y para los usuarios de los mismos.

En general se puede esquematizar simplificadamente un SIT, como: Ing. Roberto Vilches

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Donde: Nodos Modo 1 Modo 2

Si extendemos el concepto a más nodos, el esquema básico de un SIT podría quedar reflejado como:

Tmdi - Tmdd

dij

mij

nij

iij

eij

Donde: Ing. Roberto Vilches

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Área de Influencia del SIT: nij: Nodos del SIT dij: Distancia internodal mij: Modo de Transporte Tmdi: tránsito medio diario (hacia izquierda) Tmdd: tránsito medio diario (hacia derecha) iij: ingreso en el nodo (de cargas o pasajeros) eij: egresos en el nodo (de cargas o pasajeros) Obsérvese, y como hipótesis simplificativa básica de modelación de un SIT, que los ingresos y egresos de cargas y/o personas sólo se producen en los nodos. Otra particularidad importante es que los ingresos y egresos, o sea las variables i y e, deben ser discriminadas por modo y tipo de transporte, ya que a un nodo del sistema pueden concurrir más de un modo y dos tipos (cargas y pasajeros) de transporte. Ejemplo de SIT (parcial): Para el caso particular de nuestra región y planteando el vínculo con Buenos Aires. 1. Por la disponibilidad de infraestructura es razonable pensar en la interrelación entre le sistema ferroviario y el carretero. Se plantea esta interrelación solo en cuanto al transporte de cargas se refiere. 2. En consecuencia establecer un nodo ferroviario en cada provincia o conjunto de ellas (región de influencia común), a saber: Sur de Mendoza en Monte Comán, Sur de San Luis en Batavia, Norte de La Pampa en Intendente Alvear, Noroeste de Buenos Aires en Junín y Noreste de Buenos Aires en Santos Lugares (conurbano bonaerense). Los mismos tendrán la misión de efectuar la transferencia de cargas de un modo a otro. 3. Establecer la limitación para el transporte carretero en cuanto a no poder superar una distancia de transporte de cargas de 300 – 350 km de radio, confluyendo necesariamente las mismas hacia y desde los nodos ferroviarios definidos. En nuestro país existen algunos ejemplos muy claros de desaprovechamiento de los recursos naturales, los cuales permitirían optimizar la ecuación económica del transporte, disminuyendo el costo de fletes y en consecuencia mejorando las posibilidades competitivas, a saber: 1. La disponibilidad de una extensa red ferroviaria, alrededor de 40.500 km de vías, fundamentalmente desarrollada en el centro y norte de nuestro país, el cual confluye en su mayoría al Puerto de Buenos Aires (presenta altos costos operativos y se encuentra virtualmente colapsado). Con una relativa baja inversión se puede conducir gran parte del tráfico ferroviario al Puerto de aguas profundas de Ingeniero White (Bahía Blanca). Ing. Roberto Vilches

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2. La disponibilidad de importantes vías fluviales navegables en casi toda su extensión como los ríos Paraná y Uruguay y su conexión atlántica a través del Río de La Plata. 3. En el caso del Río Paraná y cercano a su ribera existen ramales de la Ex Línea del Ferrocarril Mitre, circunstancia que resulta ser un despropósito ya que el transporte fluvial es posible y más barato. 4. Una circunstancia similar ocurre con el Río Uruguay ya que circula por su ribera ramales de la Ex Línea General Urquiza. En éste caso, y para el tránsito fluvial, sólo habría que salvar el escollo que representa la Presa de Salto Grande. 5. Algunos otros ríos con navegabilidad restringida (en cuanto a capacidad) como ser los Ríos Colorado y Negro en el norte de la Patagonia. En estos casos habría que evaluar condiciones de navegabilidad y los costos de operación y mantenimiento del sistema, a los fines de establecer su viabilidad respecto de otros modos. En el caso del Río Colorado hay que tener presente el escollo que representa la Presa Piedra del Aguila (La Pampa). EL ASPECTO SOCIAL EN LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE No obstante las consideraciones realizadas para los SIT, un Sistema de Transporte (ST) no sólo debe basarse en condiciones económicas, ya se indicó también el aspecto social, integrado al económico. Es fundamental la consideración de este aspecto ya que un ST también debe ser promotor del desarrollo y la integración social de todos los miembros (ciudadanos) de un país, más allá de lo puramente rentable. En este aspecto es el Estado quién tiene la responsabilidad indelegable de actuar en tal sentido, ya que su accionar va dirigido a establecer la base de equidad y fomento del desarrollo social, atendiendo la razón soberana y geopolítica de la ocupación efectiva del territorio nacional.

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SISTEMA DE TRANSPORTE FERROVIARIO

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SISTEMA DE TRANSPORTE FERROVIARIO - DISEÑO INTRODUCCIÓN El propósito de este apartado se dirige a esbozar o listar los aspectos más significativos a tener presente para la toma de decisiones en cuanto al diseño y planificación de los sistemas de transporte en general, y en particular el sistema de transporte ferroviario. Se destaca la noción sistémica explicitada, en otras palabras, la constitución de redes de actores institucionales que implique:  La construcción de sinergias (consensos, acuerdos y compromisos) a nivel institucional, con asignación clara de responsabilidades y roles.  La formulación de planes estratégicos que contemplen la factibilidad, sustentabilidad y pertinencia social, económica, tecnológica y ambiental de las acciones; con programas y proyectos de corto, mediano y largo plazo.  La flexibilidad de planes, estrategias, criterios y uso de recursos.

I. ANÁLISIS DEL CONTEXTO I.1. Análisis de la Composición Social (población)  Diagnóstico poblacional – Base censal.  Políticas de desarrollo humano. o Análisis de los movimientos migratorios. o Análisis de los mercados de trabajo, actuales y potenciales. o Análisis de las necesidades de movilidad de la sociedad, actual y futura: metodología de origen-destino.  Diagnóstico político-institucional. o Identificación de involucrados. o Descripción de funciones y roles. o Análisis de capacidad institucional: económico-financiera, tecnológica operativa, recursos humanos, etc. I.2. Análisis Macroeconómico  Política económica – Estado actual y prospectiva.  Exportaciones e importaciones: balanza comercial, flujo de capitales, distribución sectorial. Ing. Roberto Vilches

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 Análisis de los mercados establecidos: diagnóstico y prospectiva.  Análisis de los mercados emergentes (externos e internos) y potenciales: prospectiva.  Análisis de las economías regionales: políticas de integración a los mercados globalizados; análisis FODA: fortalezas y oportunidades, amenazas y debilidades.  Políticas de ordenamiento territorial y de uso del suelo: su impacto en la economía de mercado y en las necesidades emergentes de transporte.  Planificación territorial.  Política y planificación ambiental.  Demanda general y sectorial de transporte - Distribución territorial.  Oferta actual de transporte – Potencialidad de desarrollo. I.3. Análisis Microeconómico (estudio de mercados)  Diagnóstico de los mercados de producción de bienes y servicios.  Análisis prospectivo del mercado de producción de bienes y servicios. o Análisis prospectivo de localización y tamaño de los mercados.  Determinación de necesidades de tránsito y transporte de los mercados. o Organización: características y tipos. o Localización: ubicación de centros de producción y de consumo, actuales y potenciales; características y cualificación. o Tamaño: de los centros de producción y de consumo; tipos y caracterización; cuantificación; demandas de transporte. o Logística: modalidades, tipos y frecuencias requeridas y potenciales, afectación territorial.

II. ANÁLISIS DEL SISTEMA DE TRANSPORTE II.1. Análisis del Sistema Integrado de Transporte    

Política de Transporte: general y sectorial. Marco institucional del sistema de tránsito y transporte. Marco legal y normativo del sistema de tránsito y transporte. Análisis del Sistema General de Transporte: modos. o Análisis de Sistema de Transporte Terrestre.  Análisis del Sistema Vial.  Estructura y organización: configuración espacial, jurisdicciones y logística, recursos (asignación y disponibilidad actual y futura - proyección).

II.2. Análisis del Sistema Ferroviario  Análisis del Sistema Ferroviario. o Evolución histórica. Ing. Roberto Vilches

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o Estructura y organización: configuración espacial, jurisdicciones y logística, recursos disponibles. o Detección de necesidades potenciales de ampliación del servicio ferroviario. o Evaluación de la ampliación del servicio, contemplando aspectos tales como:  Análisis de la situación relativa del servicio ferroviario: competitiva y/o complementaria con otros modos de transporte.  Identificación de beneficiarios y actores participantes.  Planteo y análisis de alternativas: ponderación y comparación; selección. Estudio de viabilidad.  Identificación y cuantificación de beneficios directos e indirectos; identificación de efectos intangibles y externalidades.  Identificación y cuantificación de costos.  Evaluación económico-financiera: factibilidad.  Integración actual y potencial a otros modos de transporte.

III. DISEÑO DE LA INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA  Análisis y Evaluación del Tránsito Ferroviario o Tipo: de alta velocidad o no o Carácter: electrificado o no o Modalidades: Pasajeros y/o Cargas  Peso relativo de las modalidades o Cálculo del volumen de tráfico o Análisis de la necesidad de Medios  Material Tractivo (locomotoras) y Traccionado (vagones) o Determinación de Nº de Frecuencias Diarias por modalidades o Flexibilidad del Sistema: Determinación del Nº de Vías - Vía Única o Múltiple  Organización del Sistema o Definición de Líneas o Definición de Ramales o Articulación del Sistema – Logística y gestión  Conservación del sistema III.1. PARÁMETROS GENERALES DE DISEÑO  Determinación de Origen - Destino  Determinación de necesidades de interacción Ing. Roberto Vilches

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o Con otros medios de transporte o Con el mercado o Determinación del Nº, tipos y características de Estaciones, Desvíos, etc.  Diseño General de Estaciones, Desvíos, etc.  Velocidad Directriz o de Diseño (Vd): análisis y determinación III.2. DISEÑO DE LA INFRAESTRUCTURA DE VÍA Los parámetros de diseño geométrico, estructural y constructivo explicitados a continuación han sido desarrollados para un servicio ferroviario “no electrificado”, es decir, para la circulación de trenes en los cuales la capacidad tractiva de las locomotoras se debe al uso de combustibles de origen fósil (diesel oil). III.2.1. Diseño Geométrico  Planialtimetría del terreno natural: relevamiento, perfil longitudinal o Identificación de accidentes geográficos  Modos de salvarlos: proyectos tipos de obras  Aspectos normativos o Identificación de intersecciones con otros modos de transporte  Proyectos tipos de obras necesarias  Aspectos normativos o Identificación de intersecciones con otras infraestructuras  Proyecto tipos de obras necesarias  Aspectos normativos o Análisis de alternativas de traza:  Determinación de la alternativa óptima (compatibilización de aspectos económicos, ambientales, jurídicos, tecnológicos e institucionales) o Definición del Nº de Vías o Definición del tipo, Nº y localización de Estaciones, Desvíos, etc.  Diseño Particular de Estaciones, Desvíos, etc. o Diseño Geométrico de Vías (en secciones de vía):  Consideración de aspectos normativos  Definición de la Trocha  Planimetría:  Traza de proyecto  Diseño de la Zona de Vía  Diseño de Vía en recta: alineación  Diseño de Curvas Horizontales o Curvas Circulares o Curvas de Transición o Sobreancho en Curva  Proyecto de Obras Complementarias Ing. Roberto Vilches

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

Altimetría:  Perfil longitudinal de proyecto  Pendientes de proyecto  Perfil transversal tipo  Perfiles transversales (por progresivas) o Condicionamiento de las obras complementarias o Proyecto de Obras Complementarias  Diseño de Vía en recta: pendientes  Diseño de Curvas Verticales o Curvas Circulares: radios, sobreanchos o Curvas de Transición: radios, sobreanchos o Peralte en Curvas

III.2.2. Diseño Estructural y Constructivo  Análisis y definición del peso por eje de proyecto  Análisis de las características del suelo natural (en la traza propuesta) o Prospección y ensayos  Determinación de volúmenes de aporte de material o Para constitución de Terraplén (base) o Para constitución de Balasto (sub-base)  Determinación de necesidades de traslado de materiales de aporte o Para constitución de Terraplén (base) o Para constitución de Balasto (sub-base)  Diseño del Terraplén: perfil transversal por progresivas o Capacidad resistente: parámetros físicos-mecánicos-químicos  Diseño del Balasto: perfil transversal por progresivas o Capacidad resistente: parámetros físicos-mecánicos-químicos  Definición del tipo de Riel y Uniones Riel-Riel o Según las cargas de proyecto  Definición del tipo de Durmientes a emplear o Según las cargas de proyecto, destino de la vía, disponibilidad de materiales, economía  Definición del Nº de Durmientes por kilómetro de vía o Cálculo según las cargas de proyecto y tipo de durmientes  Definición del tipo de Uniones Riel-Durmiente o Según las cargas de proyecto  Diseño y cálculo estructural de las obras complementarias o De acuerdo a normativas vigentes o Diseño de interacción vía-obras de arte  Definición de necesidad de señalizaciones: tipos, seguridad o Diseño de Señalizaciones: estáticas y dinámicas, verticales y horizontales Ing. Roberto Vilches

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 Definición de Instalaciones Especiales: eléctricas, electrónicas y de automatización, electromecánicas, mecánicas, hidromecánicas, de seguridad, etc. REFERENCIAS NORMATIVAS    

Normas pertinentes de la Secretaría de Transporte de la Nación Normas de la Comisión Nacional de Regulación del Transporte (CNRT) Normas de la Comisión Nacional de Regulación del Transporte Ferroviario Normas Técnicas de Vía y Obras – Ferrocarriles Argentinos o NTVO Nº 1: Clasificación de las Líneas en Grupos para la conservación y las renovaciones de vía o NTVO Nº 2A: Perfiles transversales tipos de vía o NTVO Nº 3: Colocación de la Vía – Peralte, curvas de transición y enlace o NTVO Nº 4: Rectificación del trazado de las curvas por el Método de las Flechas o NTVO Nº 5: Organización de la Conservación de las Vías o NTVO Nº 6: Instrucciones para la realización y empleo de los registros obtenido con la “Dresina” de control Matisa FV-6 o NTVO Nº 7: Alineación de las vías o NTVO Nº 8: Información sobre la deformación de la vía o NTVO Nº 9: Colocación, vigilancia y conservación de Rieles Largos Soldados (RLS) o NTVO Nº 10: Anclaje de las juntas aisladas o NTVO Nº 11: Colocación de fijaciones elásticas sobre durmientes de madera dura con y sin silletas o NTVO Nº 12: Ancla de doble cierre – Colocación, extracción y distribución o NTVO Nº 13: Apilado de durmientes o NTVO Nº 14: Sobreancho de trocha o NTVO Nº 15: Vigilancia de las luces de dilatación y corrección del “Corrimiento” o NTVO Nº 16: Verificación y corrección de la trocha o NTVO Nº 17: Conservación de Aparatos de Vía o NTVO Nº 18: Tratamiento de Juntas o Otras normas y recomendaciones de la Comisión Nacional de Regulación del Transporte.

    

Reglamento Interno Técnico Operativo (R.I.T.O.) – Ferrocarriles Argentinos Normas CIRSOC y/o equivalentes Normas de la Dirección de Vialidad Nacional Normas de las Direcciones de Vialidad Provinciales u órganos equivalentes Normas del Departamento General de Irrigación o equivalentes

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Normas de la Dirección de Hidráulica de Mendoza o equivalentes Normas del Ente Nacional Regulador del Gas (ENARGAS) Normas del Ente Nacional Regulador Eléctrico (ENRE) Normas del Ente Provincial Regulador Eléctrico (EPRE) Normas del Instituto Nacional del Agua y Ambiente (INA) Normas de Obras Sanitarias de la Nación o equivalentes Normas del Ente Provincial del Agua y Saneamiento (EPAS) Normas de la Comisión Nacional de Telecomunicaciones Otras pertinentes y de aplicación a la infraestructura ferroviaria

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INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

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INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA INTRODUCCIÓN Se realizarán aquí algunas consideraciones y definiciones básicas que sirven para visualizar la problemática de la explotación integral ferroviaria como apoyo al desarrollo del presente trabajo. El término Infraestructura Ferroviaria normalmente define al conjunto de los servicios necesarios que debe implementar una empresa con el objeto de la explotación de este modo de transporte. Independientemente de la organización empresaria que se adopte y de los nombres impuestos a los sectores, gerencias o departamentos de la misma, se deben garantizar como mínimo la realización de las siguientes acciones sobre el precepto de hacer la explotación integral del modo ferroviario: Administración General del modo de transporte (Ferrocarriles Argentinos). Administración General de la Empresa (Gerencia de Líneas). Servicio al Cliente - Ventas (Dpto. Comercial). Administración del Tráfico Ferroviario (Dpto. de Transporte). Conservación de la Infraestructura Física de Vía (Dpto. de Vía y Obras). Conservación de la Infraestructura de Telecomunicaciones y Eléctrica (Dpto. de Electricidad y Telecomunicaciones).  Conservación del material tractivo y traccionado (Dpto. de Mecánica).  Administración de Recursos Humanos (Dpto. de Recursos Humanos).      

Notas:  Entre paréntesis se han indicado los nombres de los servicios respectivos que tenía Ferrocarriles Argentinos (FF.AA.), Empresa del Estado Nacional.  En el caso de FF.AA, actualmente y mediando las concesiones del servicio ferroviario de cargas y/o pasajeros, la administración (control) del modo lo realiza la Comisión Nacional de Transporte Ferroviario (CNTF) dependiente de la Secretaría de Transporte de la Nación, a su vez dependiente del Ministerio de Planificación Federal, Inversiones y Obras Públicas de la Nación.

En el caso del presente trabajo se abordará lo inherente a la Infraestructura de Vía en particular.

ORGANIZACIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA La infraestructura de vía presenta una organización primaria generada con el objeto de viabilizar su conservación y desde el punto de vista empresario facilitar su administración, a través de categorizar y sectorizar el desarrollo de toda la red ferroviaria. Ing. Roberto Vilches

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La Categorización de la Red Ferroviaria responde a un criterio básicamente económico, queda definida por los volúmenes de tráfico actuales y potenciales. El volumen de tráfico, a su vez, queda definido por el desarrollo económico actual y potencial futuro de las zonas interconectadas por la red. Se reconoce un tipo de clasificación similar a la empleada en la red del sistema carretero:  Red Troncal: normalmente constituida por vía múltiple. En el caso de Línea San Martín (ver Líneas) está definida por vía cuádruple extendida desde la Estación Alianza (Santos Lugares – Pcia. de Bs. As.) a Junín (Pcia. de Bs. As.). Un volumen de tráfico mayor que  Red Primaria: puede estar constituida por vía múltiple (doble) o única. En Línea San Martín es red primaria el tramo comprendido entre Junín (Bs. As.) y Mendoza (Cap.).  Red Secundaria: normalmente constituida por vía única. Un ejemplo en Línea San Martín es el tramo comprendido entre Mendoza (Cap.) y San Juan (Cap.).  Red Terciaria: constituida por vía única. En Línea San Martín un ejemplo es el tramo comprendido entre Junín (Bs. As.) y Monte Comán más el Ramal Monte Comán – San Rafael (ver Ramales). En la década de 1980 también se podía considerar el ramal P. Vargas – Malargüe por el transporte de petróleo en bruto.  Red Cuaternaria: constituida por vía única. Se consideran aquí los ramales que no presentan posibilidad de interconexión con otros y de bajos volúmenes de carga actuales o potenciales. Ejemplo de ello puede ser el Ramal Monte Comán – Villa Atuel. Nota: la categorización enunciada puede ser modificada en acuerdo a las condiciones de desarrollo potencial de regiones de nuestro país, aunque está fuertemente condicionada por la inexistencia de un Sistema Integrado de Transporte en nuestro país, la cual conspira contra las posibilidades de desarrollo del modo ferroviario en particular.

En cuanto a organización empresaria se refiere y con el objeto de la administración del modo de transporte se sectoriza el desarrollo de la Infraestructura de Vía en elementos tales como: Líneas, Ramales, Secciones. LINEAS Longitud determinada de vía con igual trocha que normalmente abarca una zona geográfica definida de toda la red y cumple con el objeto de prestar el servicio ferroviario integral posibilitando el traslado de productos y personas de zonas mediterráneas conectadas a otros modos de transporte más económicos (fluvial y marítimo). También favorece la integración territorial y productiva de su zona de influencia integrada al modo carretero. En nuestro país se desarrollaron a través del tiempo seis líneas:  Línea General Belgrano: presenta la mayor extensión de vía, normalmente en trocha angosta, abarcando el centro y noroeste de nuestro país. Ing. Roberto Vilches

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 Línea General Mitre: desarrollada mayoritariamente en trocha ancha (en menor medida trocha media), abarca el centro y noreste de nuestro país (con excepción de la Mesopotamia).  Línea General Urquiza: desarrollada en trocha ancha, abarca la Mesopotamia de nuestro país.  Línea General San Martín: desarrollada en trocha ancha, abarca el centro de nuestro país, incluyendo Cuyo.  Línea General Roca: desarrollada en trocha ancha, abarca el centro sur de nuestro país, sobre todo la Pcia. De Buenos Aires.  Línea Presidente Sarmiento: desarrollada en trocha ancha, abarca el centro de nuestro país, fundamentalmente la Pampa Húmeda. Todas las líneas citadas confluyen en su desarrollo al Puerto de Buenos Aires. Las Líneas General Roca y Presidente Sarmiento también llegan al Puerto de Aguas Profundas de Ingeniero White (Bahía Blanca). La red ferroviaria nacional tiene un desarrollado aproximado de 38.000 Km, de los cuales se hallan concesionados aproximadamente 28.000 Km. Ver Mapa M1 Red Ferroviaria Concesionada y Mapa M2 – Red Ferroviaria Metropolitana Concesionada. En el caso del Mapa M1 se representan vías en las cuales se ha concesionado el servicio de transporte de cargas; y en el caso del Mapa M2 vías en las cuales se ha concesionado el servicio de transporte de pasajeros. RAMALES Longitud determinada de vía con igual trocha que normalmente se desarrolla parcialmente dentro de una zona geográfica acotada y definida de una línea. Su constitución normalmente dependió del desarrollo histórico de la red ferroviaria y se fija a los efectos de acotar la conservación de la infraestructura de vía. En nuestra región, y dentro de la Línea San Martín, encontramos los siguientes Ramales (su designación histórica):  Ramal Lencinas – San Rafael: con desarrollo aproximado de 182 Km, nace en la Localidad de Las Catitas (Dpto. de Santa Rosa – Mza.) culminando en la Ciudad de San Rafael. Su recorrido está definido por las Estaciones: J. N. Lencinas, Pichi Ciego, Cmte. Salas, Ñacuñán, Arístides Villanueva, Guadales, Resolana, Cuadro Nacional y San Rafael.  Ramal Guadales – Cnia. Alvear: con desarrollo aproximado de 65 Km, nace en el paraje Guadales y termina en Cnia. Alvear Oeste. Su recorrido está definido por las Estaciones: Guadales, Monte Comán, Real del Padre, Cnia. Alvear y Cnia. Alvear Oeste (aquí se integra con la Línea P. Sarmiento).  Ramal Monte Comán – Batavia: con desarrollo aproximado de 210 Km, nace en Monte Comán y culmina en la Localidad de Batavia (Pcia. De San Luis). Su desarrollo está definido por las Estaciones: Monte Comán, Goico, Gaspar Campos, Ovejería, Corral de Lorca, Pampa del Tigre, Media Luna, Navia, Cnia. Calzada, Usiyal, Nahuel Mapá, Cnel. Segovia y Batavia.

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 Ramal Monte Comán – Villa Atuel: con desarrollo aproximado de 32 Km, nace en Mte. Comán y culmina pasando Villa Atuel. Su desarrollo está definido por las Estaciones: Monte Comán, Negro Quemado y Villa Atuel (hasta la década de 1970 llegaba hasta la Localidad de Jaime Prats).  Ramal Monte Comán - San Rafael: con desarrollo aproximado de 68 Km, nace en Monte Comán y culmina en San Rafael. Su desarrollo está definido por las Estaciones: Monte Comán, Rodolfo Iselín, Goudge, Salto de las Rosas, Ing. Balloffet, Rama Caída, Pedro Vargas, Capitán Montoya y San Rafael.  Ramal Pedro Vargas – Malargüe: con desarrollo aproximado de 178 Km, nace en la Localidad de Cuadro Benegas (Dpto. de San Rafael – Mza.) y culmina en Malargüe. Su desarrollo está definido por las Estaciones: P. Vargas, Km. 11 (desvío de cruce), Los Terneros, El Nihuil, Salinas El Diamante, Cañada Amarilla, Los Parlamentos, El Sosneado, El Chacay y Malargüe. Además en nuestra región (Dpto. de Gral. Alvear) se encuentra un Ramal de la Línea P. Sarmiento, inoperativo desde 1979, el Ramal Bowen – Chamaicó (La Pampa). SECCIONES DE VIA Se puede inferir de lo hasta aquí descripto que una Línea se constituye de la suma de Ramales concatenados y consecutivos, y que estos últimos quedan definidos por las Estaciones que jalonan su desarrollo. Al desarrollo de la infraestructura de vía entre dos Estaciones consecutivas se la denomina SECCION DE VIA, en la cual no se considera la superficie relativa a los cuadros de estación respectivos. La longitud de las secciones de vía (distancia libre entre estaciones) es definida por parámetros tales como: velocidad directriz de los trenes, volúmenes de cargas a transportar, carga por eje, flexibilidad y eficiencia del servicio, características productivas de las regiones servidas por el ferrocarril. En nuestra región las secciones de vía presentan un desarrollo medio del orden de 22 Km. Hay que atender aquí el momento de la habilitación de cada ramal y secciones de vía respectivas, ya que se generaron cuando el material tractivo estaba constituido por locomotoras a vapor, lo cual imponía restricciones de velocidad y de abastecimiento de agua para las calderas de vapor. Hoy esta última restricción no existe, aparte los mercados exigen una respuesta muy dinámica de los medios de transporte, por lo tanto es razonable plantear extensiones mayores de las secciones de vía. En nuestra región, y de hecho, tal circunstancia ya se presentaba al haber Estaciones clausuradas (Ing. Balloffet, Ovejería, Pampa del Tigre, Usillal), lo cual implica que esas estaciones pasan a ser parte de la vía general extendiendo la extensión de la sección de vía. Nota: Al clausurar una Estación sólo queda operativa dentro de la misma la vía general o 1º, por lo tanto se deben bloquear los accionamientos de los cambios Ing. Roberto Vilches

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sobre la misma para no permitir el desvío de trenes hacia las vías auxiliares. Otra alternativa más segura ante eventualidades (pillaje) es retirar los cambios mencionados.

En las Secciones de Vía se pueden identificar tres grandes elementos relativos a la infraestructura de vía: la vía propiamente dicha, la zona de vía y las obras de arte.

VIA Conjunto de elementos necesarios para la circulación y conducción, propiamente dichas, de los vehículos ferroviarios bajo condiciones de seguridad, confort y economía. Al conjunto de elementos también se lo conoce como “Paquete Ferroviario”, siendo sus elementos constitutivos los siguientes: rieles, durmientes, uniones riel – riel y uniones riel – durmiente. Tales elementos son objeto central de análisis en el marco del presente trabajo, por lo tanto remitirse a los apartados respectivos. TIPOS DE VIA (según su destino y uso) Se reconocen dos grandes tipos: Vías Principales y Vías Auxiliares. 

VIAS PRINCIPALES: son las empleadas para la materialización física del tráfico ferroviario en general.  En Secciones de Vía usualmente se la denomina Vía General, pudiendo distinguirse:  Vía General Única  Vía General Múltiple (doble, triple, cuádruple, etc.)  En Estaciones se la denomina Vía General o Primera.



VIAS AUXILIARES: son empleadas normalmente para otorgar flexibilidad y eficiencia al modo ferroviario de transporte, posibilitando el desvío de trenes y vehículos ferroviarios desocupando la vía general y permitiendo por lo tanto el cruce de trenes que circulan en distintos sentidos de marcha. Además permiten el estacionamiento de trenes y vagones para la carga y descarga de productos.  En Estaciones podemos encontrar las siguientes:  Vías Segunda, Tercera, Cuarta, etc.  Desvíos a tope  Desvíos a mesa giratoria  Desvíos a brete  Desvíos a rampas de carga  Desvíos a galpones de acopio de cargas  Descarriladeros de zorras  En Desvíos de Cruce normalmente se encuentran:  Vía Segunda  Desvíos a tope

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

 Descarriladeros de zorras También podemos encontrar otros tipos de vía auxiliares, como ser:  Desvíos de Servicio: son propios de la explotación ferroviaria y vinculan la vía general y otras de Estaciones con los servicios ferroviarios: Vía y Obras, Mecánica (taller de locomotoras), Telecomunicaciones, etc.  Desvíos Particulares: pueden darse en estaciones y en secciones de vía; se construyen a los efectos de satisfacer la demanda de cargas de empresas que pueden asegurar los volúmenes de cargas necesarios que justifiquen la inversión.  Descarriladeros de Zorras (refugios): en secciones de vía se construyen a los efectos de poder retirar los vehículos livianos (zorras) de la vía general para permitir el paso de trenes.

Tipos de Vía (según la Trocha) TROCHA ANGOSTA: TROCHA MEDIA: TROCHA ANCHA: TROCHAS ESPECIALES:

1000 mm 1435 mm 1676 mm 750 mm (vía Decauville) 450 mm (trocha minera)

ZONA DE VIA En Vía General (ya sea esta única, doble, cuádruple, etc.) se define una zona normalmente de ancho uniforme y cuyo eje es el eje de vía, denominada ZONA DE VIA, y que cumple con los siguientes objetivos: 1. Otorgar seguridad externa, es decir a aquellos bienes y personas que se encuentran fuera de la explotación ferroviaria, frente al tráfico ferroviario. Tal circunstancia contempla la posibilidad de la ocurrencia de descarrilamientos, que implican que la formación (tren) o parte de ella se desplace durante su marcha fuera del carril definido por la vía de circulación. 2. Establecer una zona que permita el movimiento del personal ferroviario afectado a la conservación de la infraestructura ferroviaria, fundamentalmente el personal de Vía y Obras, brindando accesibilidad a las zonas de trabajo y seguridad de operación y para el tráfico ferroviario en sí mismo. 3. Establecer una zona de reserva para acopio de materiales nuevos para reemplazo, o de los materiales usados y/o deteriorados extraídos de la vía (por trabajos de conservación, obras de mejoramiento o por descarrilamientos). 4. También se contempla la misma para la construcción de desvíos en general. Pueden ser estos de propiedad del Ferrocarril y tienen por objeto otorgar agilidad al tráfico ferroviario posibilitando el “cruce” de trenes. O bien pueden ser desvíos de servicio y particulares para atender necesidades de los cargadores del Ferrocarril. También se pueden citar aquí los “refugios de zorras” de pequeñas dimensiones y que persiguen el fin ya citado en el Punto 2. Ing. Roberto Vilches

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5. La “zona de vía” además permite un adecuado desarrollo de las Obras de Arte necesarias, y de su posterior mantenimiento en servicio. Las razones citadas en los Puntos 2 al 5 normalmente significan una disminución de costos de conservación al evitarse mayormente el costo de las servidumbres de paso y también (y aún más importante) los probables costos asociados a las disputas de tipo legal que seguramente originaría la inexistencia de la “zona de vía”. En una faz más técnica la “zona de vía” se establece como un ancho determinado y cuyo eje en general coincide con el eje de vía (ya sea que se trate de vía única, doble, etc.). El ancho de “zona de vía” más frecuente en nuestro país es de 30 m. También se pueden encontrar zonas de vía de 40 m de ancho. Como así también menores, las cuales surgieron normalmente condicionadas por el desarrollo urbano previo a la construcción de la red ferroviaria; un ejemplo de esto último es la zona de vía de acceso a la Estación Mendoza Pasajeros, sobre Calle Belgrano de la Ciudad de Mendoza. En nuestra región surmendocina el ancho de la zona de vía es de 30 m, salvo un corto tramo (~ 6 km.) del Ramal Monte Comán - San Rafael que a partir del km. 0 del mismo mide 40 m. Y otro pequeño tramo a la salida de la Estación San Rafael (hacia Capitán Montoya) que adquiere una forma irregular y mayor a los 30 m por el desarrollo de desvíos particulares. ESTACIONES Ya se indicó en Secciones de Vía que las mismas quedan definidas por la presencia de Estaciones (ver Figura E1 y Referencias respectivas), presentando las mismas los siguientes: Objetivos: 1. Brindar eficiencia al modo ferroviario posibilitando el movimiento interno y de paso de trenes: formación y cruce de trenes. Esta última circunstancia es particularmente necesaria en presencia de vía general única. 2. Constituir el sito físico que permite el contacto del usuario con la Empresa ferroviaria y viceversa, es decir donde se materializa el servicio al cliente y las acciones de oferta, promoción y ventas de servicios. 3. Permiten el Acopio, Movimiento y Transferencia de Cargas. 4. Permiten el movimiento y eventual transferencia de pasajeros. 5. Normalmente constituyen el lugar de asiento de los servicios de conservación necesarios de la infraestructura ferroviaria. Básicamente presentan los siguientes elementos constitutivos: 

Cuadro de Estación (Playa de Estación): es la delimitación física del terreno que permite cumplir con los objetivos especificados.

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 Dimensiones:  Ancho: de 100 a 160 m.  Largo: de 1000 a 1600 m.  Calles de Circunvalación: materializan la accesibilidad del modo carretero a los

Cuadros de Estación. Normalmente presentan 20 m de ancho. Nota: Entre los Cuadros de Estación y las Calles de Circunvalación queda definida la superficie de terreno propiedad del Estado Nacional, más la involucrada por las Secciones de Vía y los predios relativos a los Servicios Ferroviarios.  Elementos físicos internos:

1. Vía General, 1era. o Principal. 2. Vías Secundarias o Auxiliares (2da., 3era., 4ta., etc.) 3. Desvíos (a tope, a brete, a rampas de carga, a galpones de acopio de carga, descarriladeros de zorras, de servicio, particulares, etc.) 4. Instalaciones para Movimiento (giro) de Locomotoras (Mesas giratorias) 5. Instalaciones Edilicias (Edificios de Estación, de Cuadrillas, de Telecomunicaciones, Viviendas, Galpones de Acopio, etc.) 6. Instalaciones de Señalización (señales de acceso a playa, señales de acceso a vías auxiliares, señales de cambios, semáforos, etc.) 7. Instalaciones de Movimientos de Vía (aparatos de vía, marcos de palancas, marmitas, etc.) 8. Servicios Complementarios (de agua, electricidad, de seguridad, telecomunicaciones, de automatización, etc.) La capacidad operativa de las Estaciones queda definida básicamente por los siguientes aspectos: 1. Cantidad y longitud de vías primera y auxiliares (distancia libre entre cambios): las vías auxiliares definen la longitud máxima de tren que se puede desviar a las mismas. Salvo excepciones no se admite el estacionamiento de vehículos traccionados (vagones) en vías auxiliares. 2. Cantidad y longitud de vías a tope: definen la cantidad de vagones que pueden estar estacionados en espera de carga o descarga. 3. Rampas de Carga y Descarga: sus dimensiones definen la capacidad operativa de tales acciones. Pueden ser suplantadas y/o complementadas por medios mecánicos de elevación y transporte. 4. Superficie, Volumen y Tipo de Construcción de Galpones de Acopio: definen la capacidad de almacenaje de productos y la calidad y tipo de los mismos. 5. Superficie de Playa afectada a movimientos: define la capacidad de operación de vehículos carreteros de transporte a los efectos de la carga y descarga de productos y el eventual estacionamiento de los mismos. 6. Superficie de Playas afectadas a acopios: En Estaciones de transferencia de cargas multimodales se puede destinar un importante área al estacionamiento de contenedores (playas de contenedores). 7. Disponibilidad de medios mecánicos de elevación y transporte: existencia y características técnicas de puentes grúas, auotelevadores, cintas transportadoras, montacargas, etc. Ing. Roberto Vilches

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8. Accesibilidad al Cuadro de Estación desde y hacia el sistema carretero o sistemas portuarios. Los ítems 1 a 8 definen la capacidad operativa del modo ferroviario propiamente dicho. Los ítems 3 a 8 están directamente relacionados con la integración del modo ferroviario con otros modos de transporte (carretero, fluvial, marítimo), constituyéndose así en NODOS de un SIT. Se hace la salvedad que la integración con los modos fluviales y marítimos normalmente implican el ingreso de vías a la zona de las dársenas y de playas y galpones de acopio del Puerto, constituyendo usualmente una red de verdaderos Desvíos Particulares y de Servicio fuera de los Cuadros de Estación cercanos; por lo tanto la capacidad operativa del nodo queda básicamente definida por la red de desvíos, no por las estaciones. En la región sur de Mendoza la Estación P. Vargas presenta las mejores características físicas para constituirse en un nodo o Estación Multimodal de Transporte, ya que presenta dos Cuadros de Estación: uno de dimensiones “normales” para la zona (160 m x 957 m), es la llamada Playa San Martín; y otro enfrente al oeste del primero de mayor superficie (~ 800 m x 750 m), llamada Playa Belgrano. Además en la misma se constituye un nudo ferroviario en el cual se vinculan dos ramales (Ramal Monte Comán – San Rafael y P. Vargas Malargüe). Otro posible nodo en la región puede ser la Estación Monte Comán, la cual presenta menor superficie e infraestructura de vías que P. Vargas, pero tiene mejores características como nudo ferroviario ya que allí se interrelacionan cuatro ramales (ver Ramales) y un quinto muy cercano (a 10 km.) y con conexión directa en la Estación Guadales (Ramal Lencinas – San Rafael). DESVIOS DE CRUCE Los Desvíos de Cruce cumplen el objetivo básico de posibilitar el cruce de trenes a los efectos de la eficiencia del servicio, desarrollando sus instalaciones dentro de la zona de vía. Su rol es interno a la empresa ferroviaria, normalmente no se producen en los mismos la interrelación con los usuarios del servicio. La longitud de los Desvíos de Cruce, teniendo presente su misión operativa, queda definida por la longitud de la vía 2º (distancia libre entre cambios) y el número y longitud de las vía a tope. Las instalaciones o elementos constitutivos básicos son: 1. Edificio de Control de Tráfico y Marco de Palancas. 2. Vía General o 1º 3. Vía Segunda 4. Desvíos a Tope: pudiendo existir uno o dos (a ambos extremos de la vía 2º) 5. Aparatos de Vía (cambios), Accionamientos y Señales. En nuestra región podemos observar el Desvío de Cruce de Km 11,5 en el Ramal P. Vargas – Malargüe (entre Estaciones P. Vargas y Los Terneros). Ing. Roberto Vilches

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DESVIOS PARTICULARES Los Desvíos Particulares cumplen el objetivo básico de otorgar flexibilidad al modo ferroviario ingresando con las vías hasta los predios privados de las empresas clientes del ferrocarril, siempre y cuando se justifique económicamente su ejecución por los volúmenes de carga de la empresa en cuestión. Tales desvíos pueden nacer desde los cuadros de estación o en las secciones de vía. Lo más usual es la segunda opción porque lo más probable es tener situadas a las empresas usuarias diseminadas a lo largo de las secciones de vía. Sus elementos constitutivos más usuales son: 1. Aparato de Vía (cambio). 2. Vía a tope 3. Sistemas de accionamiento y señalización. 4. Tranqueras en la línea que delimita las propiedades ferroviaria y particular. En nuestra región existen una variada cantidad de desvíos particulares, como:  Desvío a “La Colina” en San Rafael (Ciudad) (~ Km 176 de Ramal Lencinas – San Rafael).  Desvío a “Bodega Lascar - Concilio” en San Rafael (Ciudad) (~ Km 179 del mismo ramal).  Desvío a ex “Metalúrgica Barari” en Calle Olascoaga de San Rafael (Ciudad) (~ Km 180 del mismo ramal).  Desvío a “Bodega Resero - Peñaflor” en Salto de las Rosas (Dpto. San Rafael) (~ Km 37 de Ramal Monte Comán - San Rafael). DESVIOS DE SERVICIO Los Desvíos de Servicio cumplen el objetivo básico de brindar acceso a los vehículos ferroviarios y personal a las instalaciones ferroviarias destinadas a la conservación de la infraestructura ferroviaria (Depósitos de materiales y acopios, Talleres de Mecánica, Vía y Obras, etc.). Normalmente estos desvíos nacen desde cuadros de estación, tal circunstancia puede visualizarse en los Planos de Estaciones Monte Comán y Malargüe por ejemplo.

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M1 - MAPA DE LA RED FERROVIARIA CONCESIONADA (Fuente: www.cnrt.gov.ar)

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REFERENCIAS DE M1 Ferrocarril Roca (ex Línea Ferrocarril Gral. Roca de FF.AA.) Buenos Aires al Pacífico (ex Línea Gral. San Martín de FF.AA.) Nuevo Central Argentino (ex Línea Gral. Mitre de FF.AA.) Ferro Expreso Pampeano (ex Línea Sarmiento de FF.AA.) Ferrocarril Mesopotámico (ex Línea Gral. Urquiza de FF.AA.) Explotación Provincial (ex Línea Sarmiento de FF.AA.) Ferrocarril Belgrano S.E. (ex Línea Gral. Belgrano de FF.AA.)

Notas  FF.AA.: Ferrocarriles Argentinos – Ex Empresa del Estado Nacional  En general la Red Ferroviaria ha sido concesionada para el servicio de transporte de cargas.

M2 - MAPA DE LA RED FERROVIARIA SUBURBANA DE PASAJEROS CONCESIONADA (Fuente: www.cnrt.gov.ar)

Nota  El Mapa M2 muestra el detalle del acceso al Gran Bs. As. Y Capital Federal de la Red Ferroviaria de FF.AA., la misma se vincula con la Red Ferroviaria Concesionada (Mapa M1). Ing. Roberto Vilches

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M3 – MAPA DE LA RED FERROVIARIA DEL SUR DE LA PROVINCIA DE MENDOZA

Mapa Red Concesionada Provincia de Mendoza

Mapa Red Concesionada Zona Sur de Mendoza

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Nota: Mapas tomados de página web www.cnrt.gov.ar Referencias: CNRT: Comisión Nacional de Regulación del Transporte Secretaría de Transporte Ministerio de Planificación Federal, Inversión Pública e Infraestructura Poder Ejecutivo Nacional - República Argentina

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Figura E1 - ESQUEMA SIMPLIFICADO DE INFRAESTRUCTURA DE ESTACIONES (sin escala) Calle de Circunvalación

Acceso a Estación (2)

(1)

(1) VIA 1º

Vía a Tope

VIA 2º

Vía a Tope

VIA 3º

Vía a Tope Vía a Tope

(3) Calle de Circunvalación

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(3) Acceso a Playa

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Figura E2 - ESQUEMA SIMPLIFICADO DE VIA DE ESCAPE (sin Escala)

Cuadro de Estación

VIA DE ESCAPE

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Figura E3 - ESQUEMA DE DISPOSICION DE CAMBIOS EN ESTACIONES (sin escala)

CC

VIA 1º O GENERAL

Cambio a la Derecha

Cambio a la Derecha CC VIA A TOPE

VIA 2º

REFERENCIAS CC: Corazón de Cruce del Cambio NOTA: El Esquema indicado no es excluyente de otros posibles de desarrollar. Las variantes en este sentido depende del proyecto particular de cada Estación o Desvío de Cruce, y está vinculada al movimiento y formación de trenes que se dará en la misma, lo cual a su vez está condicionado por los servicios ofrecidos en ese punto (Estación o Desvío) de interrelación con el usuario del servicio ferroviario.

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Figura E4 - ESQUEMA GENERAL DE UN CAMBIO O APARATO DE VIA (Desviación Derecha - Sin escala) CAR

RERCC

BPA

CRR AC

RIC

VIA RECTA BPA

VIA RECTA AR

RIR CAC

CC

PC

CRC RECCC VIA CURVA

REFERENCIAS CC: Corazón de Cruce AC: Aguja Curva AR: Aguja Recta CAR: Contra Aguja Recta CAC: Contra Aguja Curva BPA: Barra de Protección de la AC y AR Cambio

RIC: RIR: RERCC: RECCC: CRR: CRC:

Riel Intercalario Curvo Riel Intercalario Recto Riel Exterior Recto del Corazón de Cruce Riel Exterior Curvo del Corazón de Cruce Contra Riel en Recta Contra Riel en Curva

PC: Pata del

NOTA: Los intervalos en blanco en la simbología de vía corresponden a las juntas existentes entre los distintos elementos constitutivos del cambio y de su ensamble con las vías rectas y curvas que conecta. No se indican en este Esquema la disposición de durmientes del cambio ni los dispositivos de accionamiento del cambio (movimiento de Agujas y BPA). Ing. Roberto Vilches

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Figura E5 – ESQUEMA DE UN CORAZON DE CAMBIO ENSAMBLADO (sin escala)

VIA CURVA Alas del CC

VIA RECTA CCT

Patas del CC

Referencias CCT: Corazón de Cambio Teórico CC: Corazón del Cambio Posición del Observador para determinar la tangente del cambio (derecha o izquierda). En el esquema se ha representado una tangente derecha. Notas  El Esquema presentado corresponde a un Corazón de Cambio Ensamblado, es decir que básicamente está constituido por tres partes, las alas y patas del corazón del cambio, las cuales se ensamblan “in situ”.  El Corazón de Cambio Teórico es un punto no físico, y corresponde a la intersección de las proyecciones de las vías recta y curva del cambio, correspondiendo la misma a los rieles internos de ambas vías del cambio. Ing. Roberto Vilches

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ESQUEMA SIMPLIFICADO DE INFRAESTRUCTURA DE ESTACIONES Y DESVIOS DE CRUCE

(Figura E1) Referencias (1) (2) (3)

Zona de Reserva y Seguridad Playa de Estacionamiento del Edificio de Estación Zona de Carga, Descarga y Movimientos - Seguridad

Simbología empleada Edificio de Estación y Andén Galpón de Acopio de Cargas Rampa de Carga y Descarga de Galpón de Acopio Báscula (fija o móvil)

Tope de Vías Muertas Corazón del Cambio o Aparato de Vía Línea demarcatoria del Cuadro de Estación, Calles de Circunvalación y Playa de Estacionamiento del Edificio de Estación Vías (1º o General, Secundarias y a Tope o Muertas) Notas  Por razones de escala no se indican otros elementos presentes en el Diseño de Estaciones, como ser: Señales de Acceso a Vías y a Cambios, Accionamientos de Cambios (Marcos de Palancas), Instalaciones del Servicio de Agua (sí las hay), etc.  En las Estaciones también es común ver otras Instalaciones Edilicias, como ser: Vivienda para Auxiliar de Estación, Viviendas de Cuadrillas (en donde había), Garage para Zorras, Edificio del Servicio de Agua (en donde había), etc.  En Estaciones cabeceras (Monte Comán y San Rafael) también es posible ver instalaciones tales como: Edificio de Telecomunicaciones, Oficinas Comerciales, Otros Galpones de Acopio, Viviendas para personal de Conducción y Ferroviario en General, Galpón y Taller de Locomotoras (en Monte Comán y Malargüe), etc.  Para mayor información remitirse a Planos de Estaciones normalizados existentes. Ing. Roberto Vilches

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ESQUEMA DE VIA DE ESCAPE (Figura E2) Notas  Otras instalaciones de infraestructura de vía lo constituyen las Vías de Escape, pero éstas no interesan al Cuadro de Estación (por razones de seguridad) sino que se inician antes del ingreso al mismo y se desarrollan en curva fuera de él. En nuestra zona pueden verse en Estación Los Terneros y en Estación Pedro Vargas.  Las Vías de Escape, como criterio general, se sitúan en una zona o región en función de los siguientes parámetros:  Fuertes pendientes (descendientes hacia la vía de escape) en longitudes significativas de la traza de vía que pueden comprometer la seguridad de la marcha de trenes ante la eventualidad de fallas del sistema de frenos.  Situación normalmente previa al ingreso al Cuadro de Estaciones con el objeto de preservar la infraestructura de vía en las mismas (cambios). Recordar que en los cambios se admiten velocidades restringidas (normalmente el máximo es 20 Km/h).  Longitud y perfil longitudinal diseñados para detener al tren escapado (por fricción entre llantas y riel) antes de llegar al tope de la vía de escape. En consecuencia la longitud es función de: velocidad máxima probable de un tren escapado, carga por eje máxima de diseño, masa total probable del tren escapado. Para favorecer la detención, y si las condiciones topográficas del terreno natural lo permiten, el perfil longitudinal presenta pendiente ascendente (contrapendiente) en por lo menos el 50 % de la longitud de vía de escape.  De no poder realizarse la contrapendiente, por los costos de movimiento de suelos (terraplén), se construye una cama de arena. Esta cama tapa (en aproximadamente 10 cm) el último tramo de la vía de escape (hasta el tope) con el objeto de aumentar el coeficiente de fricción entre llantas y rieles, a los efectos de poder frenar al tren escapado. La longitud de la cama de arena es función de los mismos parámetros indicados en el ítem precedente.

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PERFIL MÍNIMO DE OBRAS (p/ trocha ancha)

Figura PT 1 Notas  Las dimensiones indicadas en la Figura PT 1 de Perfil Mínimo de Obras están indicadas en metros.  En la jerga ferroviaria, al Perfil Mínimo de Obras también se lo conoce como “gálibo”.  Las alturas del Perfil Mínimo de Obras y del Perfil Máximo de Tren Rodante se miden a partir de la superficie superior del hongo del riel más alto, contemplando Ing. Roberto Vilches

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

el caso de la traza de vías en curva. En recta ambos rieles tienen el mismo nivel, al menos en teoría. La altura del Perfil Máximo de Tren Rodante (4,47 m) contempla a aquellos vehículos que presentan mayor altura, como ser algunas locomotoras (la de mayor potencia tractiva) y a algunos vagones (como los llamados “fruteros”) que presentan columnas de ventilación del sistema de refrigeración, las cuales pueden estar ubicadas sobre el techo del vagón (en algunos casos).

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INFRAESTRUCTURA DE VÍA

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INFRAESTRUCTURA DE VIA INTRODUCCIÓN Se considerará aquí como Infraestructura de Vía a los medios físicos indispensables dispuestos para poder viabilizar el tránsito de los vehículos ferroviarios en general; en condiciones de seguridad, confort y economía. Lo citado en el parágrafo precedente constituye una suerte de definición de la problemática que aquí nos ocupa, al considerarse los elementos constitutivos primarios de: Secciones de Vía, Estaciones, Desvíos de Cruce, Desvíos Particulares, Cambios y Cruces de Vía. No se consideran en el siguiente análisis a las obras de arte, ya que ellas responden a criterios, procedimientos y tecnologías generales que no son propias del ferrocarril; las obras de arte sólo se considerarán en la medida que impongan alguna restricción sobre la infraestructura de vía. Se realiza la definición y salvedad respecto del término “Infraestructura de Vía” ya que algunos autores discriminan los términos Infraestructura de Vía de la Superestructura de Vía, considerando infraestructura de vía al conjunto de terraplén y capa de balasto, y superestructura de vía al denominado “paquete ferroviario” (conjunto de rieles, durmientes y uniones). Es oportuno también hacer la salvedad que los elementos no contemplados en el presente análisis también son indispensables para la explotación ferroviaria global. MISION GENERAL La misión fundamental de la Infraestructura de Vía es: 1. Posibilitar el desarrollo del tránsito ferroviario, realizando la “conducción” de los vehículos ferroviarios en condiciones de seguridad y confort apropiados a los fines de la explotación de este medio de transporte. 2. Como objetivo estructural producir la transferencia de las cargas propias del tránsito de los vehículos ferroviarios al terreno natural. 3. Producir la interrelación e integración física a otros modos de transporte (carretero, aéreo, fluvial, marítimo). 4. Producir la interrelación con infraestructuras de diversa naturaleza y destino, como las infraestructuras de riego y saneamiento, de producción y distribución de energía, redes de distribución de agua y gas, redes de desagües cloacales, redes de telecomunicaciones, etc. Como todo medio de transporte el Ferrocarril debe garantizar a los usuarios ciertos parámetros mínimos. La Infraestructura de Vía debe, necesariamente, colaborar con los mismos, es más, debe ser diseñada para tal fin. Ing. Roberto Vilches

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Los parámetros generales y básicos de todo medio de transporte son: Seguridad, Economía y Confort. Seguridad La Infraestructura de Vía se diseña para conferir la máxima seguridad posible a la marcha de trenes. Desde este punto de vista la seguridad se garantiza, en principio, con una completa evaluación de cargas activas y reactivas y los modos apropiados de transferir las mismas al terreno natural. No obstante el elemento crítico relacionado a la seguridad es una adecuada planificación y ejecución de conservación de la infraestructura ferroviaria, con la disponibilidad de medios que ello implica. Aunque hay que hacer la salvedad que la seguridad es un concepto que excede el sólo aporte de la infraestructura de vía, ya que se trata de poder garantizar al usuario del servicio el cumplimiento del mismo en la forma pactada. Por lo tanto tiene que ver con una planificación integral del medio de transporte y una prestación efectiva de los servicios ofertados. Otro elemento que puede afectar la seguridad es la interrelación con otros modos de transporte terrestre (carretero), dado básicamente en dos puntos: cruces a nivel y Centros Multimodales. En ambos casos la seguridad se puede ver afectada dado que hay presencia de vehículos, medios y personas de distintos modos de transporte. Cada uno de esos aspectos es especializado en “su” modo de transporte pero normalmente ignorante del otro. Esta circunstancia es una fuente potencial de accidentes. Para evitarlos es conveniente delimitar los espacios físicos de cada modo y definir normas y reglas de “convivencia” entre los modos y, por supuesto, cumplirlas. Economía La máxima seguridad debe ser compatible con la máxima economía posible, teniendo en cuenta que el ferrocarril es sólo un medio (no un fin en sí mismo) empleado para el traslado de cargas y personas. Por lo tanto su incidencia en los costos de lo transportado debe ser el mínimo factible. Y además se debe considerar que no es el único medio de transporte, por lo cual está inserto en un mercado competitivo. En éste sentido la ventaja comparativa del ferrocarril está dada básicamente por los volúmenes transportados en distancias relativamente importantes y con menores índices de contaminación del medio ambiente que el medio carretero. La economía también tiene que ver con la integración de modos de transporte, ya que si se plantea la complementación de los mismos normalmente se obtiene una importante optimización de costos y de flexibilidad de servicios para el usuario. Confort

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Al transportarse personas es un requisito del mercado que tal servicio debe cumplirse con las mejores condiciones de confort posible. Pero también tal condición debe garantizarse para el transporte de cargas de materiales y/o equipos frágiles, sustancias peligrosas, etc. Tales circunstancias no solo lo garantizan los vehículos ferroviarios, aquí es muy significativa la participación de la Infraestructura de Vía dada su influencia en la marcha de trenes. Por supuesto, aquí hay otros elementos a considerar y tan importantes como: la adecuación edilicia, de las telecomunicaciones, servicios al cliente, planificación general del servicio y del transporte en particular, cumplimiento de las obligaciones contractuales asumidas, etc.

LOS ELEMENTOS COMPONENTES (de la Infraestructura de Vía)

La conformación fundamental de la Infraestructura de Vía, en cuanto a sus elementos componentes individuales más importantes, es: EL RIEL LOS DURMIENTES LAS UNIONES Riel – Riel Riel – Durmiente EL BALASTO EL TERRAPLEN EL TERRENO NATURAL Se describirán luego las principales características de estos elementos desde la perspectiva de brindar la información de apoyo necesaria para poder emprender con éxito las acciones de relevamiento, planificación y ejecución de la conservación de la infraestructura de vía. De tal forma se desarrollarán para todos los elementos los siguientes aspectos:  

Misión del Elemento Principales Características  Geométricas  Físicas

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 

 Estructurales Solicitaciones: Cargas Activas y Reactivas Esfuerzos y Deformaciones en el Elemento (Desgaste)

Nota: No se han considerado en el listado precedente las Obras de Arte dada la definición dada para la infraestructura de vía, no obstante las mismas interactúan con ella y tienen normalmente una incidencia significativa en los costos de mantenimiento.

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EL RIEL

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EL RIEL MISION   

Son los elementos de la Infraestructura de Vía encargados de “conducir” a los vehículos rodantes (tractivos y traccionados). En otras palabras, están diseñados para servir de guía y contención a las llantas de los vehículos. Realiza la recepción primaria de las cargas activas que le transmiten los vehículos ferroviarios, ya sea detenidos o en tránsito. Producir el traslado de las cargas activas a los otros elementos de la Infraestructura de Vía, fundamentalmente los durmientes.

PRINCIPALES CARACTERISTICAS Estructurales 

Distribución de la masa de material de tal forma de conferirle al riel resistencia a la flexión oblicua compuesta con la máxima economía de material posible. Sobre el particular remitirse a Perfil Vignole.

Físicas 

El riel debe estar constituido por un material que le aporte ductilidad, tenacidad, dureza superficial, durabilidad y alta resistencia al ataque de los agentes atmosféricos. Sobre este particular remitirse a Perfil Vignole y Desgaste de Rieles (en particular Desgaste por Corrosión).

Geométricas   

Forma adecuada (del hongo) para recepcionar el rodamiento de las llantas de los boogies de los vehículos ferroviarios. Obviamente el diseño de rieles y de llantas es complementario. También forma adecuada (del patín) para trasladar las cargas a los durmientes en la forma más eficiente posible. Ver en Perfil Vignole, Figura R1, las características geométricas de los Rieles más usuales.

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CARGAS ACTIVAS SOBRE EL RIEL

P

Hl

Ht

INTERIOR DE VIA

Figura R4

Referencias (de la Figura R4) P: Hl: Ht:

Cargas Verticales Cargas Horizontales Longitudinales Cargas Horizontales Transversales

Notas importantes 



Nótese que las Cargas Activas P y Hl presentan una pequeña excentricidad respecto del eje vertical del riel (está desplazadas hacia la “arista” del riel). Esto se debe a que el apoyo de la llanta sobre el riel no se produce sobre su eje vertical, sino desplazado del mismo. En el caso de las Hl, además interviene (como se describe más abajo) el contacto de la pestaña de la llanta con la cara lateral del hongo; tal circunstancia hace que las Hl presenten mayor excentricidad que las P. La Carga Activa Ht es excéntrica (respecto del eje horizontal del riel) por su naturaleza. Proviene normalmente del contacto de la pestaña de la llanta con la cara lateral del hongo, y en menor medida por el rozamiento de la capa de rodadura de la llanta con la superficie superior del hongo.

DESCRIPCION DE LAS CARGAS ACTIVAS (sobre el Riel) CARGAS VERTICALES (P) Cargas Estáticas Ing. Roberto Vilches

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Peso de los Vehículos (Tara) Peso Transportado (carga) Peso Propio de la Infraestructura de Vía Por Movimiento y Montaje de elementos de la vía. Sobrecargas accidentales: nieve, precipitaciones pluviales Cargas Dinámicas “Cabeceo” de los Vehículos: por defectos en la nivelación longitudinal de vía los vehículos realizan un “cabeceo” (similar al de los vehículos al frenar) que se traduce en un incremento de las cargas verticales (cargas estáticas). “Vuelco“ de los Vehículos: por defectos en la nivelación transversal de vía (peralte en recta, variaciones de peralte en curva, insuficiencia o exceso de peralte en curva) los vehículos se “recuestan” alternadamente en cada uno de los rieles incrementando la carga estática de uno de los rieles. Variación de Velocidad de los Vehículos: similar efecto que el anterior (fundamentalmente en el frenado). “Vaivén” de los Vehículos: por defectos en la alineación de vía la llanta impacta sobre el hongo. Aquí pueden apoyar (impactar) simultáneamente la pestaña y la faja de rodadura de la llanta, tal hecho hace que la acción se traduzca como una carga inclinada con respecto al eje vertical del riel, por lo tanto tendrá una componente vertical. Fuerza Centrífuga en Curvas: la Fc se sitúa en el plano de la curva, pero éste normalmente no coincide con el plano de la vía (por el peralte), lo cual hace que exista una componente de Fc normal al plano de la vía. Variación de Pendiente Longitudinal de Vía: produce un efecto similar al “cabeceo” de los vehículos. Por Movimiento y Montaje de elementos de la vía. CARGAS HORIZONTALES LONGITUDINALES (Hl) Cargas Dinámicas Variaciones de la Velocidad de los Vehículos: aceleración (acción tractiva) y desaceleración (frenado). El frenado suele ser la más significativa. Variación de la Pendiente Longitudinal de Vía: produce un efecto similar al “cabeceo” de los vehículos. “Cabeceo” de los Vehículos: éste produce un incremento en el rozamiento entre la llanta y el riel. “Vaivén” de los Vehículos: ídem anterior. “Vuelco” de los Vehículos: ídem anterior. Variación de la Trocha de Vía: la disminución de trocha produce un incremento del rozamiento entre la pestaña de la llanta y el riel. Variación de la Trocha de los Ejes: ídem anterior. Variación en el Sobreancho en Curva: ídem anterior. Desgaste en Rieles: ídem a Variación de Trocha (aumento). Ing. Roberto Vilches

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Fuerza Centrífuga en Curva: la tendencia de los vehículos a continuar circulando en recta produce rozamiento entre la pestaña de la llanta y el hongo del riel. Impacto Directo de la Llanta sobre el Riel: por la flexibilidad y/o deformación de la junta de rieles, la llanta impacta en el hongo al pasar de un riel al siguiente durante la marcha de los vehículos. CARGAS HORIZONTALES TRANSVERSALES (Ht) Cargas Dinámicas Variación de Trocha de la Vía: la disminución de trocha hace que la pestaña de la llanta impacte en el hongo. El aumento de trocha favorece el “vaivén” de los vehículos (ver más abajo). Variación en el Sobreancho en Curva: tiene similar efecto a la Variación de Trocha. Puede darse el movimiento de “vaivén” en los vehículos. “Cabeceo” de los Vehículos: puede incrementar las Ht si está combinada con alguna de los otras causas aquí citadas. “Vaivén” de los Vehículos: por defectos en la alineación longitudinal de vía la pestaña de la llanta impacta en el hongo del riel. También lo hace con el aumento de trocha. “Vuelco” de los Vehículos: por esto la pestaña de la llanta impacta en el hongo del riel. Variación de la Trocha de los Ejes: si ésta aumenta produce el mismo efecto que la disminución de trocha de la vía; si diminuye puede favorecer el movimiento de “vaivén” de los vehículos. Desgaste de Rieles: normalmente se traduce como un aumento de la trocha de vía. Fuerza Centrífuga en Curvas: es uniforme en curva circular y variable en las curvas de transición. Por Movimiento y Montaje de elementos de la vía. Como puede observarse, son grandes y variadas las causas que originan acciones sobre la Infraestructura de Vía. Esta circunstancia hace que no sea sencilla la evaluación de cargas, por lo cual normalmente se recurre a expresiones empíricas probadas. A pesar de ser mayor la cantidad de las causas dinámicas (era de esperarse) normalmente en el cálculo se interpretan las mismas como cargas estáticas equivalentes. No obstante no es objeto del presente trabajo llevar a cabo la evaluación de cargas activas. Para tal propósito recurrir a bibliografía especializada. En el Apunte de Cátedra “Ferrocarriles” – UBA – Dpto. de Transporte (1974) se puede encontrar una evaluación de los esfuerzos producidos por las cargas activas, con las características y procedimientos fundamentales seguidos por los Códigos Europeos y de EEUU.

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ESQUEMA DE REACCIONES EN EL RIEL

INTERIOR DE VIA

Vtir

Htir

Rd

Figura R5 – Vista en 3D

P

Rd Figura R6 – Vista Lateral

Referencias: Rd: Reacción del Durmiente Vtir: Reacción Vertical del Tirafondo Htir: Reacción Horizontal del Tirafondo

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EL RIEL - PERFIL TRANSVERSAL “VIGNOLE” En la evolución de la tecnología ferroviaria uno de los pasos más significativos fue el diseño de un nuevo Perfil Transversal de Riel, el Perfil “Vignole”, designado así en honor de su creador. Este diseño se basó en una idea muy simple y que se funda en la misión estructural del riel, el cual desarrolla esfuerzos de flexión (pares flectores y corte), de torsión y normales. El perfil metálico que ofrecía bondades para absorber adecuadamente estos esfuerzos es el Perfil “I”. De allí que el Perfil Vignole se aproxime a ese diseño, pero adaptado a las características geométricas de la circulación de vehículos ferroviarios. B 1

r 1 H 1

r 2

P1

P2

H 2

r 3 B 2

H H 3 B 3

P3 r4

r5 B

Figura R1

Referencias (de la Figura R1) H:

Altura del Riel

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B: H1: H2: H3: B1: B2: B3: r1:

Ancho del Riel (del patín) Altura de las Caras Laterales Planas del Hongo Altura del Hongo Altura del Alma Ancho de la Superficie Curva del Hongo Ancho de la “Base” del Hongo Ancho del Alma Radio de la Circunferencia de empalme entre Superficie Curva Superior y Caras Laterales Planas del Hongo

r2: r3:

Radio de la Circunferencia de la Superficie Curva Superior del Hongo Radio de la Circunferencia de empalme entre las Caras Inferiores Planas del Hongo y el Alma Radio de la Circunferencia de empalme entre Alma y las Caras Superiores Planas del Patín Radio de la Circunferencia de empalme entre Cara Superior e Inferior Planas del Patín

r4: r5: P1: P2: P3:

Pendiente de las Caras Laterales Planas del Hongo (normalmente 1:40) Pendiente de las Caras Inferiores Planas del Hongo (normalmente 1:4) Pendiente de las Caras Superiores Planas del Patín (normalmente 1:20)

Referencia histórica: el perfil “Barlow” El Perfil Barlow fue uno de los primeros diseños de riel, data aproximadamente de 1.850. La forma del perfil toma relativamente en cuenta la distribución de material lo más alejado posible de su centro de masa, que es en definitiva lo que le conferiría mayores valores de momentos de 1º y 2º orden, y en consecuencia la optimización del uso del material del riel. Esta fue la causa fundamental por la cual se abandonó este diseño, y su reemplazo por el Perfil Vignole.

Perfil Barlow

Pronto se lo abandonó para tendido de vías destinadas al transporte de cargas, haciendo uso del mismo en otros usos estructurales.

Figura R3 - Esquema en Corte

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PERFIL VIGNOLE – Continuación Como ya indicáramos el Perfil Vignole “copia” la idea de un Perfil I, en cuanto a cumplir con su función estructural. Esta idea originó los primeros rieles con ese perfil, en los cuales y en consecuencia existía una distribución cuasi uniforme en las masas de material del hongo y del patín del riel (similar a las alas del Perfil I). La experiencia indicó que esta distribución de masas presentaba la dificultad de un desgaste pronunciado del hongo del riel acortando la vida útil del riel a un periodo aproximado promedio del orden de 12 a 15 años, ocasionando luego los reemplazos correspondientes. Tal circunstancia generaba mayores costos de mantenimiento ya que el riel es el elemento más costoso de la infraestructura de vía. La evolución del conocimiento y la experiencia direccionaron el diseño del Perfil Vignole hacia una distribución de masas distinta, en la cual se fue reforzando progresivamente la masa del hongo, ya que es éste el elemento del riel que soporta la acción directa de las cargas activas que le transfieren los vehículos ferroviarios, y en él reside la “responsabilidad“ de la conducción de los vehículos toda vez que la llanta solo tiene contacto con el hongo del riel. Este aumento de masa del hongo fue acompañado por el aumento de masa del patín, tratando de conservar la idea de Perfil I, y a los efectos de aumentar la capacidad del riel de absorción y transferencia de las cargas horizontales transversales a la vía. Obviamente tales aumentos han sido a expensas de la disminución de masa del alma, cuya misión fundamental es la de absorber las cargas verticales (esfuerzo de corte); pero al reforzar el hongo del riel, éste colabora significativamente en la absorción de dichas cargas. Para ilustrar lo indicado se vuelcan en la siguiente Tabla algunos datos de referencia en cuanto a distribución de masas de los elementos geométricos constitutivos del riel: TIPO DE RIEL

DISTRIBUCION DE MASAS (%) HONGO

ALMA

PATIN

TIPO 1 y 2

38

24

38

TIPO 3 y 4

40

22

38

TIPO U50

42

18

40

TIPO UIC

42

18

40

40 – 42 (#)

22 – 18 (#)

38 – 40 (#)

35 (#)

27 (#)

38 (#)

Promedio Europeo EEUU

Referencias: Ing. Roberto Vilches

Pesos de Rieles por metro y por Tipo 58

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(empleados en Argentina) Riel Tipo 1: Riel Tipo 2: Riel Tipo 3: Riel Tipo 4: Riel U50: Riel UIC 60: Riel UIC 70:

35 Kg/m 37 Kg/m 42 Kg/m 49,6 Kg/m 50 Kg/m 60 Kg/m 70 Kg/m

Notas 1. Los Tipos de Rieles 1 a 4 además presentan algunos subtipos que implican la modificación (no sustancial) de la geometría del riel, también presentando modificaciones en peso que no superan algunas pocas décimas de kilogramo. 2. Los pesos indicados para los Tipos de Riel 1 a 4 son aproximados. 3. Los valores señalados con (#) han sido tomados del Apunte de Cátedra “Ferrocarriles” – UBA – Facultad de Ingeniería – Dpto. de Transporte – 1974.

Relación B / H en el Perfil Vignole En general se considera una variación de la Relación B / H de: 0,80 < B / H < 0,98 Aunque la tendencia es dirigirse hacia el límite superior. Por ejemplo para el Perfil Tipo U50 tenemos una relación: B = 146 mm =>

B / H = 0,9733

H = 150 mm Y dicha relación es prácticamente la misma para los rieles UIC60 y UIC70.

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UNIONES

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UNIONES UNION RIEL – RIEL (p/rieles de largo normal) Los rieles, tanto de largo normal como los denominados Rieles Largos Soldados (de mayor longitud que los primeros), tienen necesariamente límite en cuanto a su longitud por razones de: 



Producción: el límite lo imponen aspectos tales como los requerimientos de producción (demanda), la provisión de materia prima, la dimensión y operación de los hornos, la capacidad (longitud) de los trenes de laminado, la capacidad de almacenaje, la ecuación económicofinanciera, entre las más importantes. De operación: por las tareas de transporte y manipulación de los mismos en trabajos de construcción, reparación y conservación de vía.

De allí que sea necesario disponer de elementos de unión entre rieles. Las uniones más usuales entre rieles de largo normal 1 (36 m el más usual) se materializan con un conjunto de elementos:    

Eclisas: elementos de empalme entre rieles, cuya función principal es transmitir los esfuerzos de un riel a otro, manteniendo la continuidad estructural Bulones (tornillos) Tuercas Arandelas (planas y tipo grover)

Estas uniones se esquematizan en las Figuras U1 y U2. RIEL (hongo)

Figura U1 – Vista Lateral

Eclisa Tipo Barra

Bulones (tornillos) Rigidizadores

1

Ver como complemento del tema Capítulo de “Rieles Largos Soldados”, para lo cuales las uniones se materializan a través de otros elementos, distintos de los tratados aquí. Ing. Roberto Vilches

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La Unión Riel – Riel tiene la misión de establecer la continuidad del riel en el sentido estructural, efectuando la transferencia de las cargas P y Hl de un riel a otro. También participa en la transferencia de Ht. En el caso de las cargas P las transfiere a través de su capacidad de absorber esfuerzos de corte. En forma similar transfiere las cargas Ht pero en un plano normal al anterior. En el caso de Hl las transfiere a través de su capacidad de absorber esfuerzos normales.

Figura U2 – Vista en Corte

El conjunto de bulones, tuercas y arandelas desarrollan y absorben esfuerzos de tracción y corte. Vista de Unión Riel-Riel con Eclisa Tipo Barra La eclisa mostrada en la figura corresponde a una unión riel-riel en el principio de un Aparato de Vía (ver aparatado correspondiente). Nótese el detalle de las tuercas de ajuste de la eclisa dispuestas hacia el exterior de la vía (ver comentario más adelante).

En las Figuras U1 y U2 se ha esquematizado la unión riel – riel materializada con una eclisa tipo barra, que son las más comúnmente empleadas en la actualidad y corresponden a un estado posterior de la evolución de la tecnología ferroviaria respecto a la eclisa tipo “L”. En general la eclisa tipo barra presenta mejores prestaciones en cuanto a transferencia de esfuerzos se refiere que la eclisa tipo “L”; las geometrías estructurales así lo sugieren teniendo presente la distribución de masas de las mismas y consecuentemente los momentos de primer y segundo orden, teniendo presente que la carga más significativa a transferir de un riel a otro es la carga P, haciéndolo la eclisa mediante su capacidad resistente al esfuerzo de corte.

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No obstante lo indicado, en la Figura U3 se esquematiza en corte la eclisa tipo “L” a los fines ilustrativos. Obsérvese en las figuras en corte que las eclisas, independientemente de su tipo, se ajustan a los elementos constitutivos del riel, a saber: al plano inclinado inferior del hongo del riel (1:20), al alma en toda su longitud, al plano inclinado superior del patín (1:40). Obviamente debe haber coincidencia entre los orificios de las eclisas y el alma del riel, circunstancia ésta que determina que existan tantas eclisas como tipos de riel. Figura U3

Vista de una eclisa tipo “L”. Nótese que en la unión no se han empleado tornillos, sino bulones de ajuste; estos bulones presentan la particularidad que el cuello del bulón es de sección cuadrada al igual que el orificio de la eclisa correspondiente al efecto de impedir el giro del bulón en la acción de apretado de la junta. El material constitutivo de las eclisas es acero con contenido de fósforo y manganeso a los fines de otorgarle las siguientes características: 



Rigidez: la limitación de la ductilidad del material, en consecuencia de su deformabilidad, garantiza que la transmisión de cargas de un riel a otro se produzca básicamente por la capacidad resistente de la eclisa a los esfuerzos de corte, minimizando los esfuerzos de flexión; esto es importante, ya que la transmisión por esfuerzos de flexión implicaría la aparición de un desalineamiento longitudinal (ángulo diferencial vertical) entre rieles con consecuencias indeseadas, como ser el incremento del golpe de la llanta de los vehículos ferroviarios sobre la punta del riel (en la superficie superior del hongo) al pasar de un riel a otro, acortando la vida del riel y de la unión misma. Dureza superficial: para resistir el desgaste por abrasión y por la acción de los agentes atmosféricos.

Las eclisas, cualquiera sea su tipo, presentan simetría respecto del eje vertical del riel en cuanto a su disposición en la junta, dada la simetría del riel respecto al mismo eje, y a los efectos de no introducir excentricidades en la transferencia de los esfuerzos. En cuanto a los orificios, ya citados, las eclisas (fundamentalmente tipo barra) pueden presentar cuatro o seis agujeros. Las de seis agujeros otorgan mayor Ing. Roberto Vilches

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rigidez a flexión de la junta y mejor capacidad de apretado de la junta, por lo tanto son usadas en vías de alta capacidad de carga por eje (> 20 ton/eje). En la faz operativa (colocación) las juntas se disponen de tal forma que la cabeza del tornillo (bulón) se ubica en el interior de la vía para facilitar la acción de apretado de la tuerca y eventuales reapretados durante las acciones correctivas de conservación de vía. En este último caso (conservación) se logra además que el personal que realiza el reapretado de la junta (con llaves de vía) se sitúe en el exterior de la vía, lo cual otorga mayor seguridad al personal de vía, ya que tales acciones se realizan normalmente bajo tránsito. La acción de reapretado también puede realizarse con medios mecánicos (abulonadoras), los cuales van montados sobre el riel, por lo tanto la seguridad del personal de vía aquí está condicionada a mantener una buena comunicación (vía telegráfica o radial) con las estaciones cabeceras de la sección de vía en la cual se está operando. MATERIALIZACION DE LA UNION Luz entre rieles Al ejecutar las juntas de rieles hay que dejar una luz entre la punta de rieles a los efectos que los mismos puedan dilatar sin cerrar la junta (que se produzca el tope de rieles), ya que esto originaría la introducción de esfuerzos de compresión en los rieles y las consecuentes deformaciones longitudinales, lo cual puede traer aparejado que la vía se desplace (pierde su alineación) en dirección horizontal venciendo la menor inercia del riel; en otras palabras se estaría produciendo un fenómeno de pandeo de los rieles. La citada luz entre rieles se define en función de la temperatura del riel al momento de colocación del riel en la vía y de ejecución de la junta propiamente dicha. La temperatura del riel a su vez depende del rango de temperaturas ambientes de la zona de emplazamiento de la vía. También es función del tipo de riel empleado y de la longitud de los mismos. A modo informativo, en la Tabla siguiente se indican valores de luces entre rieles según la temperatura del riel. Tabla de luces entre rieles Temperatura del Riel (ºC) Luz entre Rieles (mm)

- 10

0

10

15

20

25

30

35

40

45

50

14

12

10

8

6

4

2

1

0

0

0

Notas:  Donde se indica 0 ºC implica que los rieles se colocan a tope (sin luz), circunstancia que se produce por encima de los 40 ºC de temperatura del riel.  Los valores de luces dependen también del tipo de riel usado, los indicados en la Tabla corresponden a rieles de ~ 50 kg/m y de 36 m de longitud. Aunque se puede señalar que estas luces no varían significativamente con el tipo de riel.  Las variaciones de luces en función del tipo de riel está a su vez en función de la relación entre la sección transversal del riel y el perímetro de la sección Ing. Roberto Vilches

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transversal. La sección transversal es un parámetro indicativo de la masa de material, la cual influye en las dilataciones del riel; y el perímetro es un parámetro indicativo de la superficie lateral del riel, la cual permite ponderar la capacidad de disipación de calor que tiene el riel.

El juego en la Unión Riel – Riel No obstante la previsión de establecer luces entre rieles previo a ejecutar la junta, también se establece un “juego relativo” en la unión. Este se materializa a través de realizar los orificios en el alma del riel (p/ los tornillos pasantes) ligeramente ovalados, de tal modo que exista una pequeña luz (juego) entre tornillo y alma; con esto se trata de evitar que ante los movimientos relativos entre rieles y eclisas halla contacto entre tornillo y alma del riel a los efectos de preservar la junta en el tiempo; lo contrario implicaría introducir en los tornillos esfuerzos de corte debidos a una mayor deformación de la junta por desplazamientos longitudinales relativos entre rieles. El aumento de diámetro horizontal (orificio oval) en el alma es del orden de un 2 % del diámetro circular teórico del orificio. DISPOSICION DE LAS JUNTAS Se indicará aquí la disposición de las juntas entre rieles visualizando en planta a las mismas. La situación es distinta según se trate de vía recta o en curva. A. En Vía Recta Normalmente en vía recta las juntas en ambos rieles de la vía se disponen (en planta) en la misma sección transversal de vía, es decir enfrentadas. El objeto de tal disposición está relacionado al confort de la marcha de trenes, o sea, que en el avance de los vehículos se produzca un solo golpe (impacto) de ambas llantas de un eje al pasar de un riel al siguiente. Lo manifestado es un criterio de aplicación general en el diseño y construcción de vías. Ver Figura U4. Eje de Junta

Eje de Vía

Figura U4 Vista en Planta

90º

a

a

b

c

A.1. Disposición de Durmientes en Juntas En la Figura U4 se han indicado distintas separaciones entre durmientes en la medida que nos acercamos a la unión riel – riel, siendo la disposición de las Ing. Roberto Vilches

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separaciones simétricas respecto de la junta. Tales dimensiones se describen a continuación: a: distancia normal entre ejes de durmientes; está en función del tipo y dimensiones de los durmientes, de la carga por eje y de las frecuencias y tipologías predominantes de trenes circulantes. Normalmente se establece en términos del Nº de durmientes por Kilómetro. Ej: en la Obra de Renovación de Vía de Pedro Vargas a Los Terneros, se estableció en 1755 durmientes por kilómetro para una carga por eje estimada de 24 ton/eje y trenes de cargas con una frecuencia de 10 trenes/día. La cifra indicada (1755) da una distancia promedio de 54 cm entre ejes de durmientes. b y c: al aproximarnos a las juntas se densifica la cantidad de durmientes, es decir se disminuye la distancia entre ejes de los mismos a los efectos de conferir a la vía mayor capacidad portante en correspondencia con la unión riel – riel, ya que es allí donde se producen algunas de las cargas dinámicas significativas como el impacto de las llantas sobre el hongo del riel al pasar un vehículo de un riel a otro. Para el caso del ejemplo citado en el apartado anterior, las dimensiones correspondientes serían de: b de 50 cm y c de 46 cm. B. En Vía Curva En vía curva sería de aplicación el mismo criterio que para vía recta a no ser por la cuasi imposibilidad geométrica de llevarlo a cabo y un importante factor como el económico, explicado más adelante. En curva hay que tener presente que los radios teóricos (curvas de transición y circular) se miden al eje de vía, por lo tanto los rieles exteriores e interiores presentan distintos radios: Re = R + T/2 Ri = R – T/2

Donde:

Re: radio riel exterior Ri: radio riel interior R: radio teórico (a eje de vía) T: trocha de la vía

Teniendo presente que la longitud de las curvas circulares se determinan como producto del radio por el ángulo central de la misma, es claro que el riel exterior curvo es más largo que el riel interior curvo, lo cual implica que se produzca un desfasaje progresivo entre los rieles (si todos tienen la misma longitud), por lo cual el riel interior “avanza” más que el riel exterior; obviamente esta circunstancia hace que las juntas entre ambos rieles no coincidan transversalmente al eje de vía. Esta situación es indeseable porque afecta seriamente el confort de marcha y la seguridad de vía al producirse impactos de las llantas con los rieles en forma discontinua y muy cercana uno de otro. Además induce otro problema: en la salida de la curva el extremo de ambos rieles de la vía no coincidiría transversalmente afectando el criterio general expresado en la vía recta subsiguiente a la curva. Ing. Roberto Vilches

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¿Cómo se resuelve este problema? (si todos los rieles conservan su longitud) No hay otra posibilidad que producir el máximo desfasaje factible en las juntas de ambos rieles para que los impactos de las llantas sobre los rieles sea lo más discontinua posible a los efectos de afectar en menor medida el confort de marcha. Esto se logra intercalando al inicio de la curva un riel interior más corto (cupón) que permita lograr el máximo desfasaje de juntas entre riel interior y exterior; la longitud de dicho riel es objeto de cálculo ya que depende del radio de la curva y de la trocha, pero en general se encuentra en el orden del tercio medio de la longitud de riel (p/ riel de 36 m, entre 12 y 18 m); para luego “cerrar” la curva enfrentando nuevamente las juntas en vía recta, colocando un nuevo cupón. Ver Figura U5 y el ejemplo de disposición de rieles en curva.

Figura U5 Vista en Planta PC

FC

Notas: PC: principio de curva (incluye transición) FC: final de curva (incluye transición) Otra posibilidad de solución es enfrentar las juntas de ambos rieles, es decir disponerlas como en vía recta. Si se conserva la longitud original (36 m) en los rieles exteriores implica que los rieles interiores tendrán menos de 36 m. Esto es posible de realizar pero normalmente incrementa los costos de conservación al tener que disponer de stock de rieles de longitudes diversas, sobre todo teniendo presente que en las curvas de transición se presentaría un alto número de rieles de distintas longitudes, no así en la curva circular donde tendríamos rieles interiores de longitud menor pero uniforme; pero al extender la aplicación de tal criterio a todo un ramal, por ejemplo, se incrementa la problemática dado el gran número de curvas de radio diversos que pueden presentarse. Normalmente se opta por la primer solución indicada (Figura U5) por tener menor costo de conservación, ya que tanto para el riel exterior como interior se emplean rieles de longitud normal (36 m) y sólo se presentan dos rieles de longitud distinta al PC y al FC. El primero de ellos (al PC) se coloca para producir el desfasaje de juntas entre riel exterior e interior de la curva, el segundo (al FC) es el que permite que las juntas se enfrenten a la salida de la curva para continuar así en la vía recta posterior a la curva. EJEMPLO: De disposición de rieles en curva

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Consideraremos una curva de radio R = 800 m (curva circular) y cuya longitud es de L = 2400 m, para una vía de troncha ancha T = 1,676 m, y construida con rieles de longitud Lr = 36 m. La longitud L corresponde al eje de vía. A esta curva corresponde por tanto un ángulo central de:  = L / R = 3 rad El radio del riel exterior es: Re = R + T/2 = 800,838 m El radio del riel interior es: Ri = R – T/2 = 799,162 m Longitud de riel exterior: Le = Re .  = 2.402,514 m Longitud de riel interior: Li = Ri .  = 2.397,486 m Desfasaje entre rieles: D = Le – Li = 5,028 m Nº de rieles en riel exterior: Nre = Le / Lr = 66, 7365 rieles Nº de rieles en riel interior: Nri = Li / Lr = 66, 5968 rieles De los ítems 7 y 8 se infiere que hay menor cantidad de rieles en el riel interior lo cual implica el “avance progresivo” ya indicado de los rieles interiores respecto de los exteriores. 10. Según ítems 7 y 8 habrá 66 juntas con desfasajes progresivos, esto es lo que se trata de evitar intercalando rieles de menor longitud al PC y al FC. Para saber que estamos hablando aquí calculemos los desfasajes progresivos riel a riel (de 36 m) para cinco juntas arbitrarias a partir del PC: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Considerando que: r = Lr / R = 0,045 rad (al eje de vía)

Angulo central de un riel:

El desfasaje entre rieles (Dr) estará dado por: Dr = Nr . (Re . r – Ri . r) = Nr . (Re – Ri) . r = Nr . T . r Donde: Nr es el número de rieles contados a partir del PC. En la Tabla siguiente se indicará el desfasaje progresivo para cinco rieles de posición arbitrariamente escogida: Posición del Riel Nº de Rieles Desfasaje entre (cm)

1º 1

5º 5

10º 10

30º 30

66º 66

7,54

37,70

75,40

226,20

497,64

Rieles

Obsérvese que para las diez primeras juntas se producen desfasajes de entre 7,54 y 75,40 cm entre riel interior (adelantado) y exterior (atrasado), lo cual implica la incómoda situación de la discontinuidad de las juntas y cercanía de impactos de las llantas con las puntas de rieles, afectando seriamente el confort de marcha de los trenes circulantes. 11. Solución: Intercalar rieles de menor longitud que 36 m, al PC y al FC. 12. Objetivos:  Que las juntas de riel interior y riel exterior en curva presenten el máximo desfasaje posible a lo largo de toda la curva. Ing. Roberto Vilches

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

Que los rieles exterior e interior de la curva coincidan en su junta en el FC para continuar con juntas transversalmente coincidentes en vía recta.

Cálculo de Rieles Intercalados: 13.1. Intercalamos un riel interior de longitud Lri = 18 m al PC. 13.2. Implica que el desfasaje (adelanto) al FC del riel interior respecto del riel exterior será de: 18 m + D = 23,028 m 13.3. Por lo tanto podemos intercalar sobre el riel exterior y en el FC un riel de 23,028 m para establecer la coincidencia de juntas en el FC. 13.4. Se trata que el desfasaje entre rieles se encuentre en el tercio medio de un riel (entre 12 y 18 m). 13.5. Teóricamente el desfasaje de las juntas intermedias a lo largo de la curva estará entre los 18 m y los 23,028 m. En realidad el desfasaje entre el último riel interior y el anteúltimo riel exterior es de: (36 m – 23,028 m ) = 12,972 m 13.6. Otro criterio es distribuir el desfasaje total entre rieles para toda la curva (D = 5,028 m) equitativamente entre PC y FC. De tal modo se puede colocar al PC un riel interior intercalado de longitud igual a: [18 m – (5,028 / 2) m] = 15,486 m. De tal forma que el riel intercalado exterior al FC será de: (15,486 m + D) = 20,514 m. 13.7. El desfasaje entre el último riel interior y el anteúltimo riel exterior será ahora de: (36 m – 20,514 m) = 15,486 m. Esta situación es más favorable que la anterior en términos de distribuir el desfasaje entre rieles en forma más equitativa a lo largo de la curva. 13.8. No obstante lo indicado es conveniente verificar el desfasaje riel a riel usando la expresión de Dr indicada anteriormente, y produciendo los ajustes que fueran menester hacer.

UNIONES EN LOS RLS

(Ref.: Norma Técnica de Vía y Obras Nº 9) LOS RIELES LARGOS SOLDADOS (RLS) La longitud de los rieles empleados en la infraestructura de vía es muy significativa ya que determina la cantidad de juntas presentes en la unidad de longitud de vía tomada como base, el kilómetro, y esta cantidad está íntimamente relacionada con la seguridad y el confort de la marcha de los vehículos ferroviarios; cada junta es un posible foco de conflictos, dado que básicamente las mismas actúan como mecanismos con movimientos relativos pequeños, además de introducir en la marcha el secuencial golpe de la llanta contra el hongo del riel que produce el característico “traqueteo” del ferrocarril. Por lo tanto son muy importantes todas aquellas acciones dirigidas a disminuir la presencia de juntas de rieles en la vía. Como referencia histórica en nuestro país se emplearon rieles de 12 m de longitud hasta la mitad del siglo XX aproximadamente. Luego, y por el progreso en la tecnología de los trenes de laminado de rieles, se comenzaron a fabricar rieles de 18 m de longitud. En ambos casos no hay presencia de soldaduras, en Ing. Roberto Vilches

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otras palabras, éste avance tecnológico no significó un progreso en la forma de materializar las juntas entre rieles (con eclisas), pero sí en disminuir significativamente (en el 33 %) la cantidad de juntas por kilómetro, lo cual trae aparejado un incremento de similar significación en la seguridad en el tránsito ferroviario y también en el confort de marcha al disminuir (en un 33 %) el número de impactos de las llantas al pasar de un riel a otro en el avance de los vehículos ferroviarios. Otro avance tecnológico de significación fue el progreso de los procesos de soldadura en cuanto a materiales constitutivos y de aportes (soldadura eléctrica) y a la confiabilidad de las uniones soldadas ante la solicitación de cargas dinámicas. Tales hechos determinaron la posibilidad de construir rieles más largos independientemente de la capacidad de los trenes de laminado. Así surgió en nuestro país la longitud de riel más comúnmente usada a partir de la década de 1970, el riel de 36 m (dos tramos de 18 m), en sus distintos tipos. El riel de 36 m a su vez era fabricado en los talleres de laminado en los cuales se los soldaba por un proceso de fusión por impacto. O también se los puede obtener “in situ” a través de un proceso de soldadura por arco eléctrico empleando aluminio como fundente (soldadura aluminotérmica). El proceso de esta soldadura consiste en el empleo de crisoles de material cerámico (dos mitades) que “copian” el perfil transversal del riel y dejan una acanaladura (concordante con la luz entre los rieles enfrentados) por la cual se vierte y cuela el material de aporte hacia la unión entre los dos rieles previamente alineados y enfrentados (con una separación de ~ 2 a 3 mm); ambos rieles son conectados por un conductor desnudo para posibilitar la descarga eléctrica entre electrodos (los rieles) con la cual se logra una temperatura de aproximadamente 1350 ºC. Producido esto se deja enfriar la soldadura, se retiran los moldes cerámicos (normalmente los mismos se rompen), se extraen los sobrantes (escoria) de soldadura mediante punto y/o piqueta produciendo el restañado de la unión soldada y por último se emparejan los bordes de la soldadura por esmerilado fundamentalmente en la capa de rodadura del hongo del riel. Además, y como un hecho muy importante, en estos avances de la tecnología ferroviaria en cuanto a los materiales constitutivos de los rieles y de los procesos de uniones soldadas de los mismos, se logró determinar que las variaciones de longitud de los rieles por efecto de la temperatura (dilatación o contracción) no responde en la forma que se esperaría y dada por la termodinámica básica, o sea, variación de longitud proporcional a la longitud original de la barra (riel) y a la variación de temperatura. Esto no es así debido fundamentalmente a que en las zonas aledañas a las uniones soldadas se presenta una plastificación de las fibras de la sección transversal del riel, absorbiendo gran parte de la variación de longitud (sobre todo la dilatación) del mismo; y también el hecho que los rieles (perfil Vignole) presentan una gran superficie lateral (envolvente del perfil transversal), circunstancia que le permite disipar una buena proporción del calor recibido.

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Lo descripto hasta aquí se produce teniendo como hipótesis que la vía está contenida (por el balasto) en sus posibilidades de desplazamiento horizontal (desalineado de la vía). De no ser así, es obvio que el paquete ferroviario tenderá a desplazarse en un plano horizontal venciendo la resistencia del mismo según la menor inercia de los rieles, circunstancia por demás indeseable. Las consideraciones hechas hasta aquí determinaron la posibilidad de ir ampliando la longitud de los rieles usados, fundamentalmente con la soldadura aluminotérmica (in situ), superando inclusive los 36 m ya señalados. Así es posible obtener rieles de cualquier longitud con las únicas limitantes del largo de producción original (36 m en taller) y la económica. Así se llega a los denominados Rieles Largos Soldados (RLS), considerados tales para longitudes de 288 m y superiores. La distinción de los RLS respecto de los rieles de longitud menor hace referencia fundamentalmente a la forma de materializar la unión riel – riel. En los RLS, y dada las importantes dilataciones o contracciones que se presentan en los mismos, es inviable el tipo de unión descripta anteriormente (con eclisas). LA UNION EN LOS RLS La unión riel – riel en los RLS normalmente se materializa a través de elementos que permitan el desplazamiento longitudinal del riel para posibilitar una deformación (alargamiento o contracción) cuasi libre: desplazamientos acotados y guiados. En otras palabras el concepto de unión en los RLS no es tratar de rigidizar a la misma como sucedía con los rieles cortos, sino permitir su movimiento al menos en una de las direcciones, la longitudinal al riel. Aclarando que en las otras dos direcciones posibles de analizar (transversal vertical y horizontal) si es necesario limitar fuertemente los desplazamientos, de lo contrario se pondría en riesgo la estabilidad de los vehículos en tránsito. Antes de avanzar más en el análisis se indicará cómo se constituyen las juntas en los RLS al efecto que quede claro la forma en que trabajan las mismas. Estas juntas se materializan con dos agujas dispuestas a 180º una de otra y con sus caras internas enfrentadas y en contacto. Estas agujas se vinculan a su vez a los RLS por juntas comunes (con eclisas y accesorios), tal como se esquematiza en la Figura U6: AGUJA

Figura U6 – Vista en Planta (sin escala) RL S

RLS

AGUJA Junta Común

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Junta Común 71

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Como se puede observar en la figura las agujas son básicamente rieles seccionados en diagonal a través del hongo. En la junta las dos agujas pueden desplazarse una respecto de la otra friccionando en su cara de contacto. Es importante detenerse a analizar los dos conceptos enunciados para la deformación cuasi libre para comprender acabadamente el trabajo de las juntas en los RLS: Desplazamientos acotados: es obvio que los desplazamientos en la vía no pueden ser indefinidos, no obstante aquí se trata de acotar dos posibles componentes de desplazamiento: la longitudinal y la transversal a la junta (vertical y horizontal). La componente de desplazamiento longitudinal a la vía sólo esta limitada por la disposición de los componentes constitutivos de la junta, de tal forma que no se altere significativamente la geometría de la sección transversal de la junta, es decir, la sección transversal que queda constituida entre ambas agujas enfrentadas, como se puede observar más abajo en la Figura U7. En la misma se ve que las agujas se pueden mover longitudinalmente a través de un “carril” definido por las silletas de asiento; es justamente este carril el que impide modificaciones significativas de la sección transversal de ambas agujas ya que limita (impide) la posibilidad de desplazamiento transversal horizontal de las agujas. La posibilidad de desplazamientos transversales verticales está impedida por los durmientes y por las cargas de los propios vehículos circulantes.

AGUJA

Interior de Vía

AGUJA

SILLETA

Figura U7 Corte de Agujas

Orificios p/ Tirafondos

Desplazamientos Guiados: como ya se indicara la silleta establece un carril que “guía” a las agujas en su desplazamiento longitudinal. La rigidez estructural y confiabilidad de esta guía es muy importante ya que este tipo de junta es en realidad un mecanismo solicitado por cargas dinámicas. La rigidez no está solo vinculada con la silleta sino también con los elementos de la infraestructura de vía en los cuales se descargan las cargas activas (durmientes, balasto y terraplén), por lo cual se debe realizar un cuidadoso trabajo de compactación de terraplén y balasto en la zona de emplazamiento de este tipo de juntas. Ing. Roberto Vilches

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El elemento más delicado de la junta sin duda son las agujas, en particular las puntas de las mismas que son prácticamente cuchillas (filos vivos), y fundamentalmente la de la aguja interior que es la que está en contacto directo con las llantas de los vehículos tractivos y traccionados. Por esto hay que prestar especial cuidado en el montaje de la junta y luego en las acciones de relevamiento y conservación consecuentes. En nuestro país se instalaron a mediados de la década de 1980 RLS de hasta 6 km de longitud, con juntas mayores a los 4 m de largo (agujas). Se encontraban en la Ex Línea San Martín, cercanos a la llamada sección Metropolitana (Gran Buenos Aires). Obviamente existen RLS de menor longitud en servicio. EL EMPLEO DE LOS RLS Llevar a cabo la construcción de RLS “in situ” es un proceso costoso. Por eso, y por una razón de coherencia en la inversión, los RLS deberían ser usados en vías de alta perfomance. Estas vías deberían presentar las siguientes características: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

9.

Vías de alta capacidad de carga: Vías de alta Velocidad Directriz: Vías con alta frecuencia de tránsito: Vías con Distribución de Frecuencias:

> 22 ton/eje > 100 km/h > 10 trenes/día 60 % < Trenes de Cargas < 80 % 20 % < Pasajeros < 40 % Trenes de Carga con transporte: > 1200 ton (brutas) Preferentemente contar con administración automatizada del transporte en las secciones de vía involucradas. Preferentemente contar con vías electrificadas (tracción eléctrica de trenes). Infraestructura de vía con elementos tales como: riel mínimo tipo U50, unión riel – durmiente doblemente elástica (preferentemente con silletas) con tirafondos, rigidizadores transversales a la vía (pueden ser las mismas silletas), distancia máxima entre ejes de durmientes de 50 cm, mayor densificación de anclas de vía (tipo U) que en vías normales, balasto de piedra partida (origen basáltico) con espesor mínimo de 35 cm y compactado por medios mecánicos con vibrado, terraplén compactado por capas de espesor máximo de 30 cm y con medios mecánicos con vibrado (depende del tipo de suelo), obras de depresión de napas donde sean necesarias, obras de canalización de aguas pluviales paralelas a la vía (en zona de vía), zona de vía con ancho mínimo de 30 m. Infraestructura (personal y equipos) de conservación adecuada a la calidad de vía descripta.

De los ítems indicados se desprenden algunas otras características que los hacen posibles:    

Perfil Longitudinal de vía con pendiente máxima de 1,5 %. Diferencia de Pendientes entre tramos consecutivos, máximo de 0,3 %. Radio de Curvas Horizontales Mínimo de 1000 m (curvas circulares). Radio de Curvas Verticales Mínimo de 500 m (curvas circulares).

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 



Perfil transversal con vía de trocha ancha. Infraestructura adecuada de Estaciones y Desvíos de Cruce (de ser necesarios), fundamentalmente en cuanto a longitud y cantidad de vías secundarias, longitud y cantidad de vías a tope, dimensiones y ubicación de rampas de carga, medios mecánicos para la transferencia de cargas (puentes grúa, autoelevadores, etc), sistemas automatizados de accionamiento de cambios y señales. Adecuada infraestructura de telecomunicaciones.

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EL DURMIENTE

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EL DURMIENTE MISION   

Mantener la separación predeterminada entre rieles (trocha). Recepcionar y transferir las cargas activas que recibe el riel a la capa de balasto. Efectuar el anclaje de la superestructura de vía (rieles y durmientes) a la capa de balasto con el objeto de impedir los desplazamientos longitudinales y transversales de vía.

PRINCIPALES CARACTERISTICAS Estructurales Material resistente para realizar con eficiencia la transferencia de cargas indicadas y misiones descriptas. Físicas Material resistente al ataque de los agentes atmosféricos, a suelos agresivos y a microorganismos (fundamentalmente bacterias asociadas a la flora y fauna natural), esto último en el caso de los durmientes de madera. Geométricas Adecuada a los requerimientos estructurales y físicos explicitados.

TIPOS DE DURMIENTE Además de los requerimientos indicados, los durmientes hasta ahora usados normalmente pueden ser de:    

De madera dura De acero De hormigón O una combinación de estos dos últimos

A continuación se describen las características de cada uno de ellos. EL DURMIENTE DE MADERA Geométricas Ing. Roberto Vilches

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Normalmente los durmientes de madera son paralelepípedos rectos rectangulares (prisma recto). Como se indica en la Figura D1. b h L

Figura D1

En las Figuras U1, U2 y U3, correspondientes a los Tipos de Uniones Riel – Durmiente de madera, puede observarse la acanaladura que se practica en el durmiente con el objeto de apoyar el riel. A esta acanaladura se la denomina Plantilla, pudiendo tener la misma una profundidad máxima del orden de los 12 mm. Las medidas de durmientes más usuales en nuestro país, y de acuerdo a la trocha, son las que se indican en la Tabla siguiente: TROCHA (mm)

LARGO L (mm)

ALTO h (mm)

ANCHO b (mm)

Angosta o Métrica (1.000 mm) Media (1.435 mm)

2.000

120

240

2.500

120

240

Ancha (1.676 mm)

2.700

120

240

Notas  Las medidas indicadas en la Tabla corresponden a valores medios, pudiendo variar las mismas en + 5 % en cuanto a longitud. Tal variación está necesariamente relacionada con el Ancho para obtener la superficie mínima de apoyo del durmiente sobre el balasto (para garantizar una adecuada transferencia de cargas en función del rozamiento durmiente – balasto y de la resistencia al corte del balasto).  Las medidas correspondientes a Alto y Ancho indicadas son medidas estándar. Pero en realidad las mismas son motivo del cálculo estructural de los durmientes en función de dos parámetros: la resistencia a flexión compuesta del durmiente y la unión (clavadura) riel - durmiente. En particular con el Alto hay que tener presente la Plantilla del Durmiente que disminuye la altura del mismo, lo cual define una altura de cálculo a flexotracción menor al Alto indicado en la Tabla precedente.  La combinación de Largo y Alto define la superficie lateral del durmiente, que es un elemento a tener presente en el cálculo porque a través de ella se efectiviza la transferencia de las cargas longitudinales Hl del durmiente al Balasto.

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Las medidas indicadas en la Tabla precedente pertenecen a los durmientes de la Infraestructura de Vía correspondiente a las Secciones de Vía, es decir, la longitud de vía situada entre Estaciones y/o Desvíos de Cruce, ya sea que se trate de vía única o múltiple. Existen durmientes con medidas especiales. Son los que se colocan en los Cambios de Vía, siendo su longitud variable en la medida que se va “abriendo” el Cambio, desde 2.700 mm y hasta 5.000 mm dependiendo de la tangente del Cambio. Tales durmientes también presentan medidas especiales respecto de su Altura, la cual es normalmente de 150 mm. El incremento de altura y longitud de estos durmientes se hace a los efectos de garantizar la “monoliticidad” del cambio (acotar a la mínima expresión las posibles deformaciones del cambio). Físicas Los durmientes se elaboran a partir de maderas muy duras. En nuestro país se han usado normalmente los siguientes tipos: quebracho colorado, quebracho blanco, lapacho amarillo. El quebracho colorado es la madera más dura, su peso específico medio es de 1100 Kg/m3. Además presenta la característica particular de tener un alto contenido de tanino lo cual lo preserva en forma natural del ataque de bacterias y le confiere una alta resistencia a la humedad ambiental y del suelo y al ataque de las sales del suelo. Por tales circunstancias se constituye en la mejor opción para durmientes de madera. Su vida útil media se sitúa en el orden de los 50 años, aunque la misma también depende de la calidad de la clavadura (unión riel – durmiente). Nótese que de acuerdo a las medidas indicadas para un durmiente de trocha ancha y al peso específico, un durmiente de quebracho colorado pesa aproximadamente 85 Kg. El quebracho colorado fue la madera usada casi exclusivamente para durmientes en nuestro país hasta la década de 1960, agotándose su existencia aproximadamente en dicha época. Las explotaciones madereras de quebracho colorado se situaban en nuestro país en la zona del Chaco Boreal (Provincias de Chaco y Santiago del Estero). En las mismas nunca se llevó a cabo un plan de reforestación, dando como resultado la semidesertificación de un área aproximada de 30.000 Km2. En otras palabras se produjo un impacto ambiental grave y prácticamente irreversible teniendo presente que la especie insume un periodo de tiempo superior a los 100 años para su desarrollo y explotación con destino ferroviario. El quebracho blanco presenta un peso específico medio de 950 Kg/m3. En esta madera la presencia de tanino es insignificante con relación a su peso, por lo cual para garantizar su preservación en el tiempo se le realiza un tratamiento de impregnación (por inmersión en un periodo aproximado de tres meses) con sustancias químicas (solución de cloruro de zinc o de sulfato de cobre), Ing. Roberto Vilches

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vulgarmente llamadas “creosotas”. En la jerga ferroviaria es común hablar de durmientes creosotados. De acuerdo al peso específico indicado un durmiente de quebracho blanco para trocha ancha pesa aproximadamente 75 Kg. El quebracho blanco creosotado, y de acuerdo a la experiencia, presenta una vida útil media del orden de los 35 años, dependiendo también la misma de la calidad de la clavadura. El durmiente de lapacho merece similares consideraciones al de quebracho blanco en cuanto a su preservación y peso. Las explotaciones madereras de las cuales se extraían el quebracho blanco y el lapacho eran coincidentes geográficamente con las del quebracho colorado. A partir de la década de 1970 se generalizó el uso del quebracho blanco creosotado, tanto para conservación como en obras de mejoramiento de vía. Los durmientes de lapacho han sido muy poco usados. La Clavadura Ya se ha citado que la vida útil del durmiente depende de la calidad de la unión riel – durmiente o fijación (ver apartado Unión Riel - Durmiente). Aclaración: A la unión riel – durmiente vulgarmente se la denomina “clavadura”. El término tiene un contenido histórico, viene de la época en que se materializaba dicha unión con clavos de vía, aunque actualmente (al menos en nuestro país) se materializa con tirafondos (tornillo sin fin). Más adelante se desarrolla en detalle las características de dicha unión. Aunque se referirá aquí la disposición de la clavadura respecto del durmiente y del riel porque la misma influye en la vida útil del durmiente. Riel Tirafondo

~ 8 cm

Durmiente Reserva p/ la Clavadura

Figura D2 - Esquema en Planta de la Clavadura

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Como se observa en la Figura D2 los tirafondos (y clavos de vía también) se sitúan desplazados entre sí en planta ~ 8 cm, es decir la tercera parte del ancho del durmiente de madera. Esta circunstancia origina que halla una zona de reserva en el ancho del durmiente para efectuar una nueva clavadura y así prolongar la vida útil de la fijación y del durmiente. Hay que aclarar que de hacerse una nueva clavadura hay que tapar el orificio de la clavadura original con un tarugo de madera dura (acción de entarugado), normalmente materializado con madera de lapacho amarillo. También hay que aclarar que la clavadura completa (de ambos rieles) en su disposición es simétrica respecto del eje de vía. DURMIENTES DE ACERO Los durmientes de acero prácticamente no han sido utilizados en nuestro país por sus altos costos de producción y las limitaciones de su vida útil por causa de la importante corrosión que sufren. Aún con mantenimiento adecuado suelen no superar los 30 años de vida útil. No obstante se indican, a modo ilustrativo, sus principales características. Geométricas Se materializa el riel de acero con una sección transversal en forma de U invertida, como se indica en el esquema siguiente: Alma Nervios Ala

Figura D3 - Durmiente de Acero Perfil Transversal

Notas:  Los nervios actúan como rigidizadores longitudinales y transversales del riel de acero.  Tales nervios se interrumpen normalmente definiendo la Plantilla del Durmiente.

Por la forma del perfil transversal y el material constitutivo, el riel de acero necesita de dispositivos especiales de unión riel – durmiente (clavadura). Esta clavadura se sitúa, a diferencia de los durmientes de madera, sobre el eje longitudinal del durmiente (ver foto con detalle).

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Detalle de Durmiente de Acero con unión con clepe rígido

En la foto el durmiente ha sido usado como tablestaca para un tope de vía auxiliar de una Estación.

Físicas La composición de los rieles de acero es similar a la indicada para los rieles. Su principal problema en este sentido es la corrosión ya que por su forma suele acumularse humedad y sales duras del suelo en la cara inferior del alma, situación que exige de un alto costo de mantenimiento. El origen de los procesos de corrosión no sólo son los agentes atmosféricos y los agentes agresivos del suelo, sino también provienen de un fenómeno electrostático por el diferente potencial de oxidación de rieles y durmientes. Para evitar esta última causa de corrosión lo apropiado es colocar entre el riel y el durmiente una platina de teflón polimerizado. Obviamente se encarece la superestructura de vía. Estructurales El riel de acero es el que mejor garantiza el cumplir con la función estructural de los durmientes, dado la estabilidad de las condiciones estructurales del material constitutivo. Además es el que ofrece mayores garantías en cuanto al cumplimiento de las hipótesis de cálculo estructural, el acero es el material que más se asemeja al comportamiento elástico teórico. Al ser una prácticamente una “U” invertida, o sea, hueco, garantiza un muy buen anclaje en el balasto, siendo el que mejor limita los desplazamientos longitudinales y transversales de la vía. Su uso Al no ser prácticamente usados para su función específica, normalmente se dirigió su uso a la estabilización de taludes, es decir, la construcción de tablestacados para estabilizar obras de arte, taludes de terraplén de vía, taludes de rampas de cargas y bretes, topes de vía, etc. Ing. Roberto Vilches

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DURMIENTES DE HORMIGON Y MIXTOS Los durmientes de hormigón han sido utilizados en nuestro país en muy baja medida. Por ejemplo fueron utilizados en la vía electrificada de la Línea ex – Ferrocarril Gral. Roca, en una longitud aproximada de 80 Km. a partir de la Estación Constitución (Cap. Federal). Las principales características de estos durmientes se describen a continuación. Geométricas y Estructurales La geometría básica de los durmientes de hormigón y mixtos se indican en las Figuras D4, D5 y D6. En las mismas se puede notar que la idea común a ambos tipos es que se aumenta la superficie en planta de los durmientes en correspondencia con la zona de apoyo del riel (platina) para distribuir las cargas en mayor superficie a los efectos de transferir dichas cargas al balasto. Y se disminuye la sección transversal del durmiente en la zona intermedia de la vía (trocha) para garantizar la flexibilidad del durmiente para la absorción de los esfuerzos de flexión a que es sometido por las cargas activas y reactivas. En el caso particular de los durmientes mixtos la transferencia de cargas al balasto se realiza exclusivamente a través de la zona de influencia de apoyo del riel sobre el durmiente, lo cual implica que dicha superficie de apoyo es menor que la correspondiente superficie de los durmientes de hormigón (no mixtos). Las medidas de estos durmientes varían según la calidad de la vía (vía de la red troncal, red principal, secundaria, etc.), la carga por eje, la velocidad directriz, la frecuencia y tipo de tránsito, etc. Para trocha ancha su longitud aproximada es de 3000 mm. Los durmientes mixtos, al tener una barra de acero en su zona intermedia, presentan mayor flexibilidad que los de hormigón completo. Es necesario destacar que la flexibilidad del durmiente es una buena característica en la medida de poder contar con un balasto de buena resistencia y gran uniformidad de deformaciones. Para ello el balasto debe presentar una adecuada curva granulométrica (fundamentalmente constituida de piedra partida), una adecuada compactación y uniformidad en la distribución granulométrica de la masa de balasto. De producirse lo contrario, o sea, asentamientos diferenciales del balasto, el durmiente se ve solicitado fundamentalmente a una flexión significativa en su tramo medio, circunstancia que puede originar en el durmiente de hormigón una importante fisuración en su tramo medio y la consecuente corrosión de las armaduras expuestas. En los durmientes mixtos la barra de acero trabaja fundamentalmente a tracción debido a las cargas horizontales transversales Ht. Actualmente los durmientes de hormigón se materializan con sección transversal uniforme (por simplicidad constructiva) de forma rectangular o trapezoidal. Ing. Roberto Vilches

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Físicas El hormigón constitutivo del durmiente se elabora con características similares al usado para elementos estructurales prefabricados y pretensados (Ej.: viguetas), es decir, las características principales son: Cantidad Mínima de Cemento:

450 Kg/m3

Relación Agua / Cemento:

0,25 – 0,30

Vibrado:

Mecánico

Árido:

De origen basáltico (alta resistencia al desgaste) Tipo: piedra partida

Granulometría:

max = 1“ (según las dimensiones del durmiente) Material pasante T200 < 10 % Curva granulométrica suave

Resistencia Hormigón:

adm > 400 Kg/cm2

Asentamiento Máximo:

2,5 cm (según Cono de Abraham)

Acero (Armadura): Acero torsionado y estirado en frío

rot = 5000 Kg/cm2 Acero (barra):

Similares características al acero del riel

La barra de acero del durmiente mixto no es conveniente que esté en contacto con el balasto para evitar la corrosión prematura y un adecuado trabajo estructural de la misma. DETALLE

Eje de Simetría

Figura D4 Esquema de durmiente de hormigón (sin escala)

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Figura D5 – Detalle de Unión Riel - Durmiente (sin escala)

Platina

Durmiente Riel

Clepe

Eje de Simetría

Vista en Planta

Barra de Acero

Figura D6 Esquema de durmiente mixto (hormigón y acero)

Vista Lateral

Notas (p/ las Figuras D4, D5 y D6)  En las Figuras D4 y D6, en las cuales se esquematiza la geometría de durmientes de hormigón y mixtos, puede notarse que no se ha marcado la Plantilla ya que estos normalmente no la presentan.  Lo indicado en el párrafo precedente implica que la Unión Riel – Durmiente se materializa por medio de una Platina de asiento del riel (ver Figura D5).  El detalle de este tipo de uniones riel – durmiente puede verse en el Item Unión Riel – Durmiente.

CARGAS ACTIVAS SOBRE EL DURMIENTE Esquemas

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P

Hl2

Hl1 P

Figura D7 Vista en 3D Cargas sobre el durmiente

Ht

Va1

Figura D8 Corte longitudinal vertical del durmiente

Va2

P

Figura D9 Distribución 3D de la Carga P sobre el durmiente

Descripción de las Cargas Activas (en el durmiente) Carga P: Transferencia de las Cargas Verticales Activas del Riel sobre el durmiente. Nótese en la Figura D9 su distribución espacial, la cual varía en función del movimiento del vehículo en su marcha. En la Figura R6 se esquematizó el caso en que la llanta del vehículo se encuentre en el punto medio entre dos durmientes consecutivos. Carga Ht: Transferencia de las Cargas Horizontales Transversales del riel al durmiente, la cual puede manifestarse en forma directa a través del patín del riel al durmiente Ing. Roberto Vilches

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por su plantilla; o en forma indirecta a través del tirafondo dependiendo de la profundidad de la plantilla del durmiente (en este caso sería nula la misma). Carga Hl: Transferencia de las Cargas Horizontales Longitudinales del riel al durmiente, la cual se produce a través del elemento de unión riel – durmiente (el tirafondo), de ahí su desdoblamiento en Hl1 y Hl2, correspondientes a ambos tirafondos de uno de los rieles de la vía. Carga Va: Debido a las Cargas Ht sobre el riel, y el posible vuelco del riel que las mismas implican, es que se generan las cargas Va sobre le durmiente, manifestadas como fuerzas de adherencia entre tirafondo y durmiente. Las cargas Va1 y Va2 no son simultáneas, es más la más común de ambas es la correspondiente al tirafondo interior (Va2), que es el que sujeta el posible vuelco del riel (por las Ht) hacia afuera de la vía. Esquema de reacciones sobre el durmiente Se esquematizarán aquí las reacciones del balasto sobre el durmiente, de tal manera que se estarán indicando también las acciones del durmiente sobre el balasto (es cuestión de invertir el sentido de las reacciones). Esquema

a b

c

Figura D10 – Diagramas de Reacciones del Balasto s/ el Durmiente

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Notas:  En la Figura D10 se esquematizan posibles Diagramas de Reacciones del Balasto sobre los durmientes, dependiendo los mismos de las características tanto de durmientes como del balasto.  La tensión  a puede ser nula dependiendo del material constitutivo del balasto. Puede considerarse nula si el material del balasto presenta alta plasticidad. También en el caso de durmientes mixtos.  Para los diagramas correspondientes a  b se presentan algunas alternativas, las cuales dependen del material del balasto. En particular los dos primeros corresponden a considerar el balasto actuando en régimen plástico. La tercera se corresponde con un suelo granular. La cuarta corresponde a un diagrama simplificado de la tercera opción.  Todas las reacciones hasta aquí indicadas corresponden a las cargas verticales P.  Las reacciones  c del balasto sobre el durmiente se producen como reacción ante las cargas Ht. Tales cargas Ht sólo se producen (por las causas que las originan) sobre uno de los rieles en correspondencia con un durmiente específico, por lo tanto en un durmiente estará presente como reacción del balasto uno sólo de los diagramas triangulares indicados.  Diagramas de reacciones sobre el durmiente similares al anterior se producen en la cara vertical longitudinal del durmiente, como reacción del balasto ante las cargas Hl.  Todos los diagramas de tensiones indicados son en realidad volúmenes de tensiones.

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UNIÓN RIEL – DURMIENTE

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UNION RIEL - DURMIENTE - Ref.: Norma Técnica de Vía y Obras Nº 11 La Unión Riel – Durmiente es también denominada en la jerga ferroviaria como fijación o clavadura. MISIÓN Se indicó anteriormente, en el apartado de “Durmientes”, que algunas de las funciones del mismo eran mantener la trocha de diseño y recepcionar las cargas del riel y trasladarlas al balasto; pero el durmiente no puede cumplir dichas funciones por sí solo, necesita de la fijación para ello; fundamentalmente en cuanto al mantenimiento de trocha, es la manera de garantizar que la unión riel – durmiente se comporte como tal, es decir, trabajen en forma solidaria. TIPOS DE FIJACIONES Estas uniones pueden materializarse con una gran diversidad de formas, dependiendo de factores como:     

Los parámetros de diseño: en función de la categoría de vía (seguridad, economía, confort). La situación particular en el diseño de vía: vía recta o vía curva, estaciones y desvíos, pendiente longitudinal, interacción con obras de arte (puentes, alcantarillas, pasos a nivel, etc.), etc. El tipo de durmiente: materiales constitutivos del mismo. El tipo de rieles: largo normal o riel largo soldado. El tipo de fijación: rígida, elástica o doblemente elástica; con o sin silletas (placas de asiento).

En adelante se describirán los tipos más comunes de fijaciones correspondientes a durmientes de madera, por ser los usados en nuestra zona y casi con exclusividad en nuestro país, a saber: fijación rígida, fijación elástica (o semirígida) y fijación doblemente elástica (o elástica). Fijación Rígida (Ver Figura RD1)

La Fijación Rígida del riel al durmiente se materializa apoyando el primero directamente sobre el segundo, en una encaladura especialmente hecha para ese fin denominada “Plantilla”. Luego se coloca (rosca) el tirafondo en el agujero previamente realizado en el durmiente apretando hasta fijar (con la pestaña de la cabeza del tirafondo) el patín del riel al durmiente. Ing. Roberto Vilches

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En este tipo de fijación los movimientos relativos del riel respecto al durmiente sólo son posibles por tres causas: deformación de la madera del durmiente que posibilita muy pequeños movimientos del tirafondo, falla de la madera que permite el “arranque” progresivo del tirafondo y el giro del tirafondo (perdiendo su capacidad de sujeción) por lo movimientos relativos entre riel y durmiente longitudinales al riel por la variación de longitud del riel (efecto térmico) y por las acciones de frenado y aceleración de los vehículos ferroviarios. RIEL

Interior de Vía

Plantilla del durm.

Durmiente

h

Tirafondo

Figura RD1: Fijación Rígida Riel - Durmiente Detalle en corte (sin escala)

Notas :  h: altura del durmiente. El rango de h de durmientes para trocha ancha es de 12 a 15 cm, dependiente de la capacidad de carga de la vía en función del tránsito de proyecto.  La Plantilla es una acanaladura practicada en el durmiente (de madera), previamente a su colocación en la vía. Se realiza con una pendiente, dirigida hacia el interior de vía, que oscila entre 1 : 20 y 1 : 40. La profundidad de la Plantilla no debe ser superior a 1 cm., para no debilitar la resistencia a flexión del durmiente.  Los Tirafondos son de acero (con incorporación de fósforo) con tratamiento superficial de dureza. Antes de su colocación en la vía se engrasa el vástago para facilitar su roscado en el durmiente (de madera). Tiene dimensiones varias, la más común es con un diámetro (promedio) de 12,7 mm y un vástago de 127 mm de longitud. Estas dimensiones dependen del espesor de los durmientes, de la categoría de la vía, de la capacidad de carga de la vía, de la velocidad directriz y del tipo de riel. Ing. Roberto Vilches

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 En el detalle en corte sólo se ha indicado el tirafondo exterior, se ha omitido el interior para simplificar el dibujo.  Para otros tipos de fijaciones rígidas pueden consultarse en la Norma Técnica de Vía y Obras Nº 11, en sus Anexos.

Detalle de fijación rígida con tirafondos; nótese la disposición de los tirafondos desplazados respecto del eje del durmiente a los fines de la acción de reclavado (ver descripción en el Apartado de Durmientes). El estado del durmiente de la foto es regular, además de la maleza observable.

Detalle de fijación rígida materializada con tirafondo y clepe rígido. La unión corresponde a un aparato de vía (cambio).

Fijación Elástica o Semirígida (Ver Figura RD2)

Se materializa de la misma manera que la fijación rígida, sólo que aquí se interpone una Platina de Asiento entre riel y durmiente, es decir en correspondencia con la plantilla del durmiente. Tal platina suele ser de un polímero (normalmente neoprene) o de goma dura. El objeto de colocar tal elemento es que el mismo permita pequeños giros longitudinales y transversales del riel respecto del durmiente, optimizando la absorción de energía del efecto dinámico de las cargas. Por lo tanto los materiales constituivos de las platinas deben ser de alta respuesta en régimen dinámico. Normalmente la circunstancia anteriormente indicada otorga mayor suavidad al tráfico ferroviario; permitiendo un mayor confort para el transporte de pasajeros. La fijación elástica tiene un elemento de rigidización en la unión ante la acción de las cargas transversales a la vía, éste es el tirafondo, el cual permite deformaciones menores que las platinas. Por lo tanto los Tirafondos son quienes definen, en gran medida, la “elasticidad” de la unión en el sentido transversal. Por lo tanto se puede decir que este tipo de fijación es elástica fundamentalmente

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para el sentido longitudinal de la vía, no lo es tanto para el sentido transversal a la misma.

Plantilla del durmiente

Platina de asiento

Durmiente

Tirafondo

Figura RD2: Fijación Rígida Riel - Durmiente Detalle en corte (sin escala)

Fijación Doblemente Elástica (Ver Figura RD3 y Anexo 2 de NTVO Nº 11)

Se materializa similarmente a la fijación elástica. Sólo que en ésta se adiciona un elemento, interpuesto entre tirafondo y riel y entre tirafondo y durmiente, denominado CLEPE. Los clepes tienen la misión de brindar una guía y asiento parejo al tirafondo para su correcto roscado y brindar flexibilidad a la unión riel durmiente en el sentido transversal a la vía. De tal modo que se logra una mayor suavidad aún para el tráfico de los vehículos ferroviarios más pesados (cargas) y mayor confort para el transporte de pasajeros. Notas a la Figura RD3:  El Clepe es un elemento de vía que se coloca en la fijación riel - durmiente a los efectos de facilitar y dirigir la correcta colocación del tirafondo, y para sujetar los rieles (a los durmientes) a través de la pestaña del clepe. De tal forma, los movimientos verticales del riel (por la torsión que producen las fuerzas Ht) bajo las cargas de servicio son tomados por el clepe, el cual en su pestaña presenta una sección de menor rigidez otorgando flexibilidad a la unión. Esto se suma al efecto ya descripto para la platina de asiento, de ahí el nombre de este tipo de fijación.  También en este esquema se omitió el tirafondo interior. Ing. Roberto Vilches

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MISIÓN Se indicó anteriormente, en el apartado de “Durmientes”, que algunas de las funciones del mismo eran mantener la trocha de diseño y recepcionar las cargas del riel y trasladarlas al balasto; pero el durmiente no puede cumplir dichas funciones por sí solo, necesita de la fijación para ello; fundamentalmente en cuanto al mantenimiento de trocha, es la manera de garantizar que la unión riel – durmiente se comporte como tal, es decir, trabajen en forma solidaria. RIEL

Clepe Rígido

Interior de Vía

Plantilla del Durmiente

DURMIENTE

Platina de Asiento

TIRAFONDO

Figura RD3: Fijación Doblemente Elástica Riel - Durmiente Detalle en corte (sin escala)

En la figura indicada como Anexo 2, de Norma Técnica de Vía y Obras Nº 11, se observa una fijación doblemente elástica sin silleta con empleo de clepes flexibles. Nótese en dicha figura que se indican dos tipos de fijación según su ubicación, una fuera del sector de juntas (unión riel-riel) o en el sector de juntas; la diferencia esencial entre ambas es que en el sector de juntas no se emplean los clepes y se reemplaza la plaqueta de caucho (en realidad actualmente se emplean platinas de neoprene) por una placa de madera dura; en la práctica esto implica que en el sector de juntas la fijación es rígida. Tal disposición responde a dos razones: 

La primera es de carácter operativo: de colocar los clepes elásticos no podrían colocarse los elementos de la unión riel-riel (eclisas), en caso de rieles de largo normal.

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



La segunda es de carácter estructural: el sector de juntas de rieles, al romperse la continuidad estructural del riel, constituye el sector menos rígido (más deformable) de la superestructura de vía en las secciones de vía, de allí la necesidad de rigidizarlo eliminando los elementos que le otorgan flexibilidad (clepe y placa de neoprene) a los efectos de preservar la junta (unión riel – riel). En las zonas de juntas de rieles largos soldados existe la misma necesidad de rigidización de la superestructura de vía que en las juntas de rieles de largo normal, la diferencia entre ambas es la longitud de afectación.

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CLEPES DE VIA – Tipos Detalles en corte y planta Clepe Rígido (o semirígido)

Figura FRD4 Nota: Normalmente los clepes rígidos de vía se materializan en acero con contenido de fósforo y manganeso, a los efectos de otorgarles mayor rigidez y dureza superficial.

Clepe Elástico Figura FRD5 Notas: Normalmente los clepes elásticos de vía se materializan en acero con contenido de fósforo y manganeso, a los efectos de otorgarles mayor rigidez, con esto se pretende conferirles una mayor respuesta dinámica con bajas deformaciones. El Clepe Elástico garantiza una mayor flexibilidad en la unión; sólo hay que tener en cuenta que se deben emplear arandelas de presión (Tipo Grover) (entre tirafondo y clepe) para lograr un buen ajuste del Tirafondo al durmiente. Esta última circunstancia también es un factor que otorga flexibilidad a la unión.

Ver más detalles de clepes de vía y su forma de colocación en los anexos de la Norma Técnica de Vía y Obras Nº 11.

UNION RIEL – DURMIENTE (Con Anclas de Vía) Como ya se indicara el riel transmite al durmiente las cargas Hl, las cuales son productos fundamentalmente de las siguientes causas: dilatación y/o contracción del riel, la fuerza tractiva de los vehículos ferroviarios y la fuerza de frenado de los mismos vehículos. Ing. Roberto Vilches

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La unión riel – durmiente a través de las fijaciones (tirafondos) constituye una unión imperfecta para la absorción de tales cargas, por lo cual se complementa dicha unión con el empleo de ANCLAS DE VIA. Éstas tienen la misión básica de impedir el desplazamiento del riel respecto del durmiente por acción de las cargas Hl. Las anclas de vía van fijadas al riel (toman al patín) por presión y uno de sus planos laterales queda en contacto con la cara lateral del durmiente, según se indica en la Figura FRD6. Las anclas de vía son de acero con incorporación de fósforo y manganeso para otorgarles alta rigidez y dureza superficial. Las anclas presentan dos diseños básicos: la tipo “U” como la esquematizada en la figura F6; y la tipo “S” como la que se indica en la Figura F7. El ancla U corresponde a un diseño más moderno que la tipo S. En ambos casos las anclas se colocan mediante una acción de palanca por llaves de especial diseño al efecto. La colocación es normalmente manual por lo cual las llaves de anclas suelen tener un brazo de 2 m de longitud. Ancla de Vía Figura FRD6

La sección transversal del ancla tipo U es rectangular. La sección del ancla tipo S se esquematiza en la Figura FRD7 y presenta un nervio con el objeto de darle rigidez estructural al ancla.

Figura FRD7 - Vista lateral y corte transversal

La función estructural de las anclas de vía cobra especial importancia en zonas de pendientes longitudinales importantes, ya que aquí son mayores las fuerzas tractivas de los trenes que circulan en sentido ascendente y las fuerzas de frenado de aquellos que circulan en sentido descendente.

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Disposición de las anclas de vía

Figura FRD8 – Vista en Planta de Disposición de Anclas

Pendiente (+) Notas:  





Anclas de Vía En la Figura FRD8 se ha esquematizado una posible distribución de anclas de vía, en realidad pueden existir varias, cada una de ellas adecuadas a situaciones distintas de velocidades directrices, carga por ejes, pendientes, curvas verticales, curvas horizontales, sectores con cercanía a estaciones, desvíos, sectores de interacción con obras de arte, etc. La colocación de las anclas es discontinua, o sea no se realiza en correspondencia con todos los durmientes. En la Figura FRD8 se ha indicado una distribución para vía recta de cinco durmientes continuos anclados en el sentido ascendiente de vía (pendiente +). El segundo y cuarto durmientes se anclan doblemente por las dilataciones o contracciones. Luego se dejan cinco durmientes o más sin anclar (depende de los factores ya indicados), para volver a repetir la secuencia anterior. Normalmente no se disponen anclas en los durmientes más cercanos a las juntas de rieles. En vía curva el anclado de vía se adecua al diseño de alternancia de juntas que se produzca en la misma.

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EL BALASTO

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EL BALASTO MISION     

Evitar los desplazamientos del paquete ferroviario en dos planos, el horizontal y el vertical. En función del ítem anterior, transferir las cargas desde el paquete ferroviario al terraplén, distribuyéndolas lo más uniformemente posible en el plano de formación (cara superior del terraplén). Efectuar un rápido escurrimiento del agua que precipita sobre la vía, ya sea ésta de origen pluvial o nival, hacia el terraplén y de éste hacia la zona de vía. Evitar el desarrollo de malezas que puedan afectar la estabilidad de la vía. Debe facilitar las acciones de conservación en cuanto a remoción de malezas, movimiento de equipos y personal, y su reutilización en caso de obras de mejoramiento y/o renovación de vías. Por lo tanto debe ser “trabajable”.

PRINCIPALES CARACTERISTICAS Estructurales El material del balasto debe ser lo suficientemente resistente para poder trasladar las cargas de servicio al terraplén evitando las deformaciones de la vía (desplazamientos del paquete ferroviario) y minimizando la deformación de la capa de balasto propiamente dicha (material de baja plasticidad). Físicas La definición del material constitutivo de la capa de balasto depende de varios factores: carga por eje, velocidad directriz, calidad del terraplén, tipo de durmientes, etc. En general se trata de suelos que deben ser resistentes a las cargas que reciben (valor soporte), al desgaste, estables en el tiempo (no sufrir degradaciones por el factor climático y otros), presentar bajas deformaciones, no contener materias orgánicas. Se suelen usar como material de balasto: el suelo natural, el suelo natural mejorado (con incorporación de áridos), la piedra partida y el ripio de barranca (ambos con granulometría predefinida), las escorias de altos hornos mezclados con áridos (en caso de requerirse valor soporte alto). Se realizarán más adelante consideraciones más detalladas sobre el material empleado como balasto. Geométricas

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En la Figura B1 se indica la geometría de la sección transversal de la capa de balasto para una vía única. La pendiente pb depende del tipo de material de balasto, aunque usualmente se ubica entre 1:1 (50 %) y 2:3 (66 %). La dimensión b1 es muy importante porque se define en función de la resistencia al corte del suelo para poder absorber las cargas Ht. La dimensión hb también es muy significativa ya que se define en función del valor soporte del balasto para permitir la transferencia de las cargas P y Hl. Eje de Vía

b1

L

b 1 h hb

Bb

Plano de Formación

Donde: Balasto h: hb: pb: b1: L: Bb:

Durmiente

Altura del durmiente [~ 120 mm] Espesor de la capa de Balasto por debajo del Durmiente (s/ cálculo) [en mm] Pendiente de la cara lateral de la capa de Balasto (s/ material) [en %] Ancho del balasto medido a partir de la punta de durmiente [en mm] Largo del durmiente [en mm] (~ 2700 mm p/ trocha ancha) Ancho de la base de la capa de balasto [en mm]

La dimensión de la base de la capa de balasto (Bb) es: Bb = L + 2 b1 + (hb + h) pb La sección transversal de la capa de balasto (Sb) es: Sb = [ Bb + (L + 2 b1) ] (h + hb) / 2

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La Sb se emplea para realizar el cómputo métrico a los fines de la determinación de costos directos de obra. Normalmente en su cálculo no se descuenta el volumen del durmiente porque éste exceso compensa las pérdidas de material del balasto.

CARGAS ACTIVAS SOBRE EL BALASTO

Figura B2 Cargas Activas Hl (Vista en 3D) Balasto

Balasto

P Balasto

Balasto

Balasto

Ht

Durmiente

Figura B3 Cargas Activas P (Corte Longitudinal)

Figura B4 Cargas Activas Ht (Corte Transversal)

Notas: Planos de Corte Planos de Incidencia de la Carga Vertical

DESCRIPCIÓN DE LAS CARGAS ACTIVAS Y EFECTOS (s/ Figuras B2, B3 y B4) Figura B2 En esta figura se esquematiza la Carga Horizontal Longitudinal (Hl), que no es otra cosa que la presión que ejerce el durmiente sobre el balasto al tratar de desplazarse por la acción de las cargas Hl (tracción, frenado, etc.) que le transfieren los rieles. Figura B3

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Se esquematiza aquí la Carga Vertical (P), que no es otra cosa que la presión que ejerce el durmiente sobre el balasto por acción del peso de los vehículos ferroviarios y de ciertas cargas dinámicas (ver en Cargas en el Riel). Figura B4 Se esquematiza aquí la Carga Horizontal Transversal (Ht), que no es otra cosa que la presión que ejerce el durmiente sobre el balasto por acción de las cargas dinámicas que producen los vehículos ferroviarios (ver en Cargas en el Riel). Efectos (sobre el balasto) Las causas (cargas) descriptas y esquematizadas en las Figuras B2 y B4, se trasladan del durmiente al balasto produciendo en éste último esfuerzos de corte y también a través de esfuerzos de fricción entre la cara inferior del durmiente y el balasto. En otras palabras, ante la acción de las cargas Hl y Ht y para el dimensionado de la capa de balasto se considera su resistencia al corte (despreciando el aporte de la cohesión del suelo aún en casos de suelo limo arcilloso) y la fricción durmiente – balasto. En el caso de las cargas verticales P (Figura B3) se traslada la carga como esfuerzo de compresión sobre el balasto (en realidad el balasto resiste por la fricción interna entre sus elementos), y a través de una superficie de incidencia de las cargas que se va incrementando hacia abajo según planos que aproximadamente están a 45º respecto al eje de vía (éste ángulo depende del material del balasto). CONSIDERACIONES ADICIONALES SOBRE EL MATERIAL DE BALASTO Ya se mencionó anteriormente los posibles materiales constitutivos del balasto. Se realizará aquí un análisis más detallado sobre los mismos desde el punto de vista estructural y físico, siempre recordando que el parámetro básico en la definición del material de balasto es el económico, además de las condiciones resistentes en acuerdo con las características del tráfico ferroviario. Terreno natural El terreno natural puede tener muy variadas texturas, desde el rango de las arcillas hasta la roca natural. Aquí nos ocuparemos de los suelos que puede presentar cohesión (arcillosos y limo - arcillosos) y a los limo – arenosos, por ser los suelos más comunes de encontrar. En los ítems subsiguientes abordaremos otros tipos de materiales. Normalmente estos suelos presentan baja permeabilidad por lo cual suelen no cumplir una de las misiones del balasto (permitir el escurrimiento de aguas hacia el terraplén), y esto trae aparejado otro problema que es la posible acumulación de humedad bajo la cara inferior del durmiente acortando la vida útil del mismo (en durmientes de madera) por generación de colonias de bacterias nocivas para la madera. Esta acumulación de humedad también implica una mayor Ing. Roberto Vilches

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deformabilidad (consolidación) de la capa de balasto, siendo esto una de las causas más comunes de los llamados “golpes de vía” fundamentalmente en correspondencia con los durmientes aledaños a las juntas de rieles. La baja permeabilidad también hace que se pierda progresivamente masa de balasto por arrastre de suelos por la precipitación pluvial, circunstancia que afecta la misión estructural del balasto y en el tiempo produce el descalce del paquete ferroviario (se afecta la geometría del balasto perdiendo masa en los extremos de los durmientes). En lo estructural, estos suelos presentan bajo ángulo de fricción interna por lo cual hay que adecuar su perfil transversal (agrandarlo) a tal propósito para que puedan transmitir las cargas activas al terraplén. Además, y a través del tiempo, no evitan la formación y crecimiento de malezas en la vía, circunstancia que encarece los trabajos de conservación y favorece la pérdida de capacidad resistente del balasto. Por lo hasta aquí indicado es claro que no es el material más conveniente para emplear como balasto. Está especialmente contraindicado el uso de suelos con contenidos de materia orgánica como material de balasto, debido fundamentalmente a la alta plasticidad (deformabilidad) que los mismos presentan y que pueden afectar los perfiles longitudinales y transversales de vía. En nuestra región del sur de Mendoza la mayoría del balasto es de terreno natural. Originalmente esto funcionaba en forma más o menos adecuada dada la baja carga por eje de diseño (12 a 15 ton/eje) y a las relativamente bajas frecuencias de tránsito. En una explotación moderna de ferrocarriles, aún en las condiciones de nuestro país, es inviable y sólo sostenible por “teóricas” economías de transporte. El ángulo de fricción interna del terreno natural puede oscilar entre 30º y 45º. Terreno natural mejorado Según lo indicado en el ítem precedente es que se puede mejorar la calidad del suelo empleado para balasto mediante la incorporación de suelos con mayor ángulo de fricción interna y mayor permeabilidad (ripio o piedra partida). El porcentaje a incorporar dependerá de los parámetros estructurales requeridos para el balasto; si ese porcentaje supera el 50 % ya es conveniente pensar en otro suelo para construir la capa de balasto, aunque dicho porcentaje es variable en función de las distancias de transporte (costos de fletes) del material mejorador del balasto, lo cual puede implicar que con porcentajes menores ya sea conveniente modificar el material de balasto (en caso de disponibilidad en zonas cercanas al emplazamiento de las obras). Ripio de barranca Ing. Roberto Vilches

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En nuestra región un material muy conveniente para usar como balasto es el llamado “ripio de barranca”, de hecho se usó en la última obra de envergadura, la Renovación de Vía de Km. 0 al Km. 25 – Ramal Pedro Vargas a Malargüe. Es conveniente dado la abundancia del material en las zonas de los cauces de los ríos y arroyos de la región. Las características naturales del ripio de barranca regional (en el Río Diamante) presentan características generales de granulometría apropiada para el fin perseguido, con material que cumple con:    

Material que pasa el tamiz de 2,5” a 3”: máximo del 10 % de material en peso. Material entre tamiz de 2” y Nº 4: del orden del 20 %. Material que pasa tamiz Nº 4: máximo del 60 %. Material que pasa tamiz 200: máximo del 10 %. Nota: Además de estas condiciones, el material de Río Diamante, en su tramo desde aguas arriba del Puente Colorado hasta el Puente Nuevo, presenta un bajo rechazo (del orden del 10 al 15 %), constituyéndose en una provisión económicamente factible.

De hecho el ripio de barranca tiene mejoras notables respecto al terreno natural, quedando por analizar el porcentaje de material que pasa tamiz Nº 4 en cuanto a la proporción de material que pasa tamiz 200, ya que de ser ésta alta puede afectar la rápida evacuación de aguas que precipitan sobre la vía, aunque el ripio de barranca de la zona citada ya suele presentar una muy baja proporción de arcillas. Hay que hacer la salvedad, desde el punto de vista físico, que el ripio de barranca proviene en su mayoría de rocas graníticas y basálticas, es decir, de alta resistencia al desgaste, condición deseable para el balasto. El ángulo de fricción interna del ripio oscila entre 50º y 55º. Piedra partida La piedra partida, o sea proveniente de la molienda de rocas de mayor tamaño, es el material de base natural que mejores características presenta para ser empleado como balasto. Esta aseveración está lógicamente condicionada por algunos factores: 



La roca de base debe ser de origen basáltico o granítico por presentar las mismas alta resistencia al desgaste; no obstante esta propiedad debe ser corroborada a través del Ensayo de Desgaste de Los Angeles. Preferentemente se emplea roca basáltica. Debe evitarse el empleo de otro tipo de rocas, fundamentalmente las rocas areniscas y de origen calcáreo en general. Presentan una muy baja resistencia al desgaste y en consecuencia alta degradación frente a la acción de los agentes atmosféricos (sobre todo los ciclos de congelamiento

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

y deshielo). Es obvio que la degradación citada implica que se va generando en el tiempo material fino (pasante de Tamiz 200), pudiendo contener altos porcentajes de arcilla (producto de la exfoliación de las rocas calcáreas) que tienden a impermeabilizar la masa inferior del balasto impidiendo el libre escurrimiento de agua a través del mismo. El material ya molido debe presentar una curva granulométrica normal, con la salvedad que es deseable que no presente material pasante de Tamiz Nº 200, para lo cual debe ser lavado, y limitando a sólo el 10 % en peso el material pasante de Tamiz Nº 40.

El hecho de tratarse de material de molienda hace que las partículas del mismo tengan aristas vivas permitiendo la “traba” entre partículas y en consecuencia presente un alto ángulo de fricción interna (es del orden de 60º o superior); por lo tanto tendrá una alta resistencia al corte (por fricción), superior a los otros tipos de balastos citados con anterioridad. En nuestro país existían dos zonas de explotación y provisión de roca basáltica y piedra partida para el ferrocarril: las Sierras de San Luís y de Córdoba, cuya situación geográfica es apropiada para reducir costos de transporte a los probables sitios de colocación (el resto de la red ferroviaria del país). Obviamente no son las únicas zonas explotables, se trata en todo caso de ubicar regiones con similares características geomorfológicas y realizar las prospecciones necesarias para determinar la potencia de los yacimientos (factibilidad económica de explotación). Mejoradores de balasto En el ítem precedente “Terreno natural mejorado” ya se hizo referencia al empleo de ripio de barranca y de piedra partida como materiales mejoradores de la calidad del balasto. También pueden ser empleados otros materiales que aporten cualidades como: alta resistencia al desgaste, buen ángulo de fricción interna y que mejoren la permeabilidad natural de la capa de balasto. La escoria de alto horno ha sido usada con esos fines mezclada normalmente con suelos naturales de baja permeabilidad y capacidad portante; pero esto está condicionado a la disponibilidad de cantidad suficientes de escoria y a su localización cercana a las obras a ejecutar o en ejecución, fundamentalmente por los altos costos que representa.

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EL TERRAPLÉN

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EL TERRAPLEN MISION 

   

Recepciona las cargas del balasto y produce el traslado de las mismas al terreno natural, debiendo presentar para ello una capacidad portante adecuada al proyecto de vía (fundamentalmente en lo relativo a Vd y a carga por eje). Es el elemento de la infraestructura de vía que reproduce el perfil longitudinal y transversal de base (plano de formación) del proyecto de vía. Garantiza la estabilidad general de la vía (del paquete ferroviario y el balasto) debiendo constituirse con materiales y técnicas constructivas que minimicen las deformaciones del terraplén. Debe facilitar un rápido escurrimiento del agua de precipitación pluvial y/o nival, alejando a las mismas del plano inferior (plano de base) del terraplén. Debe facilitar las acciones de conservación en cuanto a remoción de malezas y movimiento de equipos y personal, evitando la formación de malezas.

PRINCIPALES CARACTERISTICAS Estructurales El material constitutivo del terraplén normalmente proviene de zonas de aportes muy cercanas a la vía, es decir, se trata del terreno natural presente en las inmediaciones de la obra, fundamentalmente por economía de movimiento de suelos. Normalmente exige en su construcción de procedimientos de compactación (por capas de ~ 30 cm de espesor, con ensayos de compactación y de consolidación en caso de suelos limo arcillosos y/o limo arenosos) que garanticen el valor soporte indicado por el cálculo respectivo y las mínimas deformaciones posibles (asentamientos). Está especialmente contraindicado el uso de suelos con contenidos de materia orgánica como material de terraplén, debido fundamentalmente a la alta plasticidad (deformabilidad) que los mismos presentan y que pueden afectar los perfiles longitudinales y transversales de vía por la producción de asentamientos diferenciales. También la materia orgánica del suelo favorece la formación de malezas dificultando las operaciones de conservación de vía. Cuando las raíces de dichas malezas adquieren tamaños importantes generan zonas de menor capacidad portante del terraplén por disminución de la sección transversal del mismo e interrupción de las líneas de descarga (isopiezas) al suelo natural; otra circunstancia desfavorable es que alrededor de las raíces se genera un mayor contenido de humedad que en el resto de la masa del terraplén lo cual también trae aparejado una disminución de capacidad portante y mayores deformaciones asociadas (asentamientos diferenciales). Ing. Roberto Vilches

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Las circunstancias indicadas condicionan el perfil transversal del terraplén, básicamente las pendientes de las caras laterales, ya que se define el plano de base (su ancho) del terraplén según las condiciones resistentes del suelo natural en correspondencia con el emplazamiento de la vía. Físicas El material constitutivo del Terraplén puede ser muy variado, dependiendo de los suelos naturales adyacentes a la zona de emplazamiento de la vía. En general se trata de áridos con preponderancia de material fino (arenas, limos y arcillas). En general se trata de suelos que deben ser resistentes a las cargas que reciben (valor soporte), al desgaste, estables en el tiempo (no sufrir degradaciones por el factor climático y otros), presentar bajas deformaciones, no contener materias orgánicas y como condición deseable que presente bajo contenido de humedad. Se suele usar como material de terraplén: el suelo natural, el suelo natural mejorado (con incorporación de áridos), la piedra partida y el ripio de barranca (ambos con granulometría predefinida). Estas dos últimas opciones no son muy comunes de encontrar dado que normalmente involucran altos costos de construcción (material y fletes). Sí es más común la incorporación de ripio o piedra partida al suelo natural para mejorar sus condiciones resistentes; estas opciones comúnmente están asociadas a dos causas: suelo natural de baja capacidad portante y alta plasticidad (suelos con alto contenido de arcillas) y la imposibilidad de otorgarle al terraplén las dimensiones mínimas (altura y ancho del plano de base) requeridas por las cargas activas por limitaciones relativas al perfil longitudinal de vía (proyecto de vía). Está especialmente contraindicado el uso de suelos con altos contenidos de arcillas expansivas, fundamentalmente cuando hay posibilidad de saturación parcial o total de la masa del terraplén por precipitaciones o por los niveles de las napas freáticas. Piedraplén En zona montañosa, y para reproducir el perfil longitudinal y el transversal de proyecto de vía, es normal tener la necesidad de realizar importantes movimientos de suelos (desmontes y terraplenamientos). Tales movimientos pueden implicar la voladura de roca (desmonte) y su posterior empleo como material de relleno (terraplenamiento), constituyendo lo que se conoce en la jerga ferroviaria como Piedraplén. Al provenir de voladura el material es roca fracturada (aristas vivas) de diversos tamaños y tipos de rocas. Esta circunstancia se presenta en nuestra región en el cruce ferroviario de la Sierra Pintada, en el paraje conocido como la Cuesta de los Terneros, y en una longitud aproximada de 12 Km. La roca que normalmente se presenta a lo largo de la traza del ferrocarril en la zona es calcárea y areniscas, es decir roca degradable. No obstante se puede observar un muy buen comportamiento del Ing. Roberto Vilches

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piedraplén a lo largo de su vida (el ramal P. Vargas a Malargüe fue habilitado en 1948). El ángulo de fricción interna de la roca partida (de voladura) es del orden de 70º o superior, pudiendo disminuir por efecto de la degradación de la roca constitutiva del piedraplén. Geométricas En la Figura T1 se indican los elementos geométricos constitutivos del terraplén. Plano de Formación

Eje de Vía

Plano de Base Caras laterales o faldones

Figura T1 – Sección Transversal

Notas sobre Figura T1: 

 



El llamado Plano de Formación o cara superior del terraplén en realidad está constituido en general por dos planos que se intersecan en el eje de vía y cuyas pendientes son del 3 al 5 %. Estas pendientes permiten la evacuación del agua precipitada sobre la vía y que ha escurrido a través de la masa permeable del balasto. El llamado Plano de Base es en realidad la superficie del terreno natural sobre la cual se construye el terraplén. Los Faldones del terraplén presentan pendientes que tratan de “copiar” el ángulo de fricción interna del suelo empleado para el terraplén. En muchos planos y croquis ferroviarios es común ver que se le asigne a los faldones pendientes de 2:3 (2 en altura y 3 en horizontal) o 1:1, fijas; esto es debido a que muchos suelos naturales (limo arcillosos) de la pampa húmeda presentan un ángulo de fricción interna próximo a la primera pendiente. No es necesariamente la situación en buena parte de nuestra región del Sur de Mendoza, en todo caso es conveniente medir el ángulo de fricción interna del suelo. La pendiente de los Faldones también depende del grado de compactación definido en las Especificaciones Técnicas.

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En general la geometría de la sección transversal del terraplén está condicionada y consecuentemente queda definida por:    

El perfil longitudinal del proyecto de vía comparado con el perfil longitudinal del suelo natural. El perfil transversal del proyecto de vía también comparado con el perfil del suelo natural. La intersección del perfil longitudinal de vía con accidentes naturales como: ríos, arroyos, arroyos secos, cauces aluvionales, rutas y caminos, etc. La necesidad de realizar obras de estabilización de taludes con elementos tales como: muros de sostenimiento, tablestacados, drenajes para deprimir napas, canalizaciones paralelas a la vía, canalizaciones centrales en la vía (en caso de vías múltiples), etc.

En las Figuras T3 y T4 anexas se indican otras posibilidades de sección transversal de terraplén, fundamentalmente para el caso de vías múltiples. En la Figura T2 se indican las dimensiones que permiten calcular el ancho del plano de formación y el ancho del plano de base del terraplén, ambos para el caso de vía única: d

c

b a

L

P1

P2

H

Eje de vía

Figura T2 - Dimensiones

Donde: L: longitud del durmiente a: ancho de la cara superior del balasto desde extremo de durmiente b: ancho de la base de la cara lateral (faldón) del balasto c: medio ancho remanente del plano de formación del terraplén d: ancho de la base de la cara lateral (faldón) del terraplén P1: pendiente del faldón del balasto P2: pendiente del faldón del terraplén H: altura media del terraplén Ing. Roberto Vilches

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El Ancho del Plano de Formación (A) del Terraplén estará dado por: A = L + 2.a + 2.b.P1 + 2.c

en [m]

El Ancho del Plano de Base (B) del Terraplén estará dado por: B = A + 2.d.P2

en [m]

La Sección Transversal (S) del Terraplén será: S = (A + B) . H/2

en [m2]

La sección S es una de las bases para el cálculo de movimientos de suelos necesarios para reproducir el proyecto de vía, y para la determinación de los costos directos del ítem. Por tanto el Volumen Unitario (Vu), por metro lineal, del movimiento de suelos será: Vu = S . 1m

en [m3]

el cual depende para cada metro de la sección S respectiva.

Lo usual en las obras desarrolladas en longitud es medir y definir perfiles transversales a intervalos de 50 m (puede ser c/ 25 m en zonas de fuerte ondulación del terreno natural), determinar su sección transversal “S” y así calcular el Vu correspondiente a esos intervalos, no unitario. El Volumen Total (Vt) será la sumatoria de los Vu parciales: Vt = Σ Vu

desde n=0 a n=x, siendo “n” las progresivas de proyecto, usualmente medidas cada 50 m en correspondencia con los perfiles transversales.

TERRAPLÉN EN VÍA DOBLE En las en Figuras T3 y T4 se han esquematizado las situaciones posibles y más comunes de diseño de Terraplenes en vía doble. Ambas situaciones planteadas son posibles tanto para el desarrollo de vía en las Secciones de Vía como en Estaciones y Desvíos de Cruce. Figura T3 En esta figura se ha esquematizado un Terraplén de vía doble con drenaje central y descarga lateral a través de un conducto transversal al eje de vía. El drenaje central implica tener una masa de material filtrante superior y alrededor del conducto de drenaje para captar el agua precipitada y asentada sobre un Ing. Roberto Vilches

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lecho impermeable al efecto de conducir el agua hacia el conducto. Este conducto debe ser perforado y contar con filtros que impidan el acceso de partículas de suelo al conducto, en caso de ser enterrados. Una variante es que sean superficiales materializados como canaletas impermeabilizadas. El conducto puede ser materializado enterrado en la masa del terraplén (tal cual se indica en la Figura T3) como conducto cerrado o desarrollarse al nivel de vía (durmientes) por medio de una canaleta impermeabilizada. Esta forma de construcción de drenajes es muy onerosa en Secciones de Vía, pudiendo ser viable su desarrollo en Estaciones y Desvíos de Cruce. En caso de Estaciones y Desvíos la variante de canalizaciones abiertas (drenajes y conductos) puede dificultar las tareas del personal (de Transporte) afectado al movimiento y formación de trenes. Por lo cual no se la aconseja. La “huella” indicada en la figura justamente se constituye en las Estaciones para facilitar el tránsito del personal de transporte, tratando que halla la mínima diferencia de nivel entre la misma y la capa de balasto; esta huella es incompatible con el drenaje central abierto. EJE DE VIA

P3

Min. 4,50 m Huella P1

Balasto

Balasto

P2

Terraplén

Descarga Lateral

Drenaje Central

Terreno Natural

Figura T3 – Corte Transversal Terraplén de Vía Doble (Con drenaje central y descarga lateral por conducto)

Referencias: P1: Pendiente cara lateral del Balasto P2: Pendiente cara lateral (faldón) del Terraplén P3: Pendiente del Plano de Formación Figura T4 En esta figura se ha esquematizado un Terraplén de vía doble con descarga lateral a través del Plano de Formación. Esta situación es más común y menos onerosa que la de Figura T3. Ing. Roberto Vilches

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Una circunstancia deseable es que el balasto esté constituido por material permeable (ripio, piedra partida) para garantizar la rápida evacuación de las precipitaciones sobre la vía, a través de la pendiente del plano de formación del terraplén. Sobre este criterio este tipo de solución presenta una situación más estable en el tiempo y requiere de menor trabajo de conservación que la de Figura T3, siendo más aconsejable su uso en Secciones de Vía. La “huella” indicada se constituye con material de balasto, es decir, que presente el mismo índice de permeabilidad que aquel. EJE DE VIA Min. 4,50 m P3 P1

Balasto

P2

Hu ell a

Balasto

TERRAPLEN

Terreno Natural

Figura T4 – Corte Transversal Terraplén de Vía Doble (Con descarga lateral a través del Plano de Formación)

Referencias: P1: Pendiente cara lateral del Balasto P2: Pendiente cara lateral (faldón) del Terraplén P3: Pendiente del Plano de Formación La diferencia más significativa entre ambos tipos de perfiles transversales, en cuanto al aspecto constructivo, está dada por el perfil del plano de formación. En obra normalmente es más simple de construir el perfil de Figura T4, aún cuando el mismo represente más volumen de material de aporte para constituir el perfil de proyecto del terraplén. La resolución de los drenajes en Estaciones y Desvíos de Cruce es una problemática más amplia que lo esquematizado en Figuras T3 y T4, dependiendo de factores tales como: 1. 2.

Topografía del terreno natural del predio destinado a Estación o Desvío. Condiciones del suelo natural en el cual se proyecta el emplazamiento de la Estación o Desvío.

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3. 4.

Proyecto planialtimétrico de la Estación o el Desvío. Planialtimetría del terreno circundante a la Estación o Desvío, para analizar las posibilidades concretas de evacuación de aguas fuera del Cuadro de Estación. 5. Uso y destino de canalizaciones de riego existentes o proyectadas en la zona de emplazamiento de la Estación o Desvío: viabilidad del vuelco de aguas en las mismas. 6. Proyecto de vías de la Estación: cantidad, categorías, longitudes. 7. Proyecto de instalaciones complementarias: edificios, servicios, rampas, playas de acopio y de estacionamiento, etc. 8. Interacción con otros modos de transporte. 9. Nivel freático. 10. Disponibilidad de recursos: tecnológicos, humanos, económico – financieros. 11. Otras. Nota: Otras configuraciones geométricas de la sección transversal de terraplenes para vía única y múltiple pueden consultarse en las Normas Técnicas de Vía y Obras Nº 2 para rieles de largo normal y Nº 9 para rieles largos soldados (terraplenes reforzados).

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APARATOS DE VÍA

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APARATOS DE VIA (AV) Al tratar el apartado de Estaciones y Desvíos de Cruce se indicó que una de las razones de ser de aquellos era la de permitir el “cruce de trenes” que marchan en sentido contrario por secciones de vía con vía única, realizando el desvío de alguno de ellos a otras vías (vías auxiliares) de la estación o el desvío de cruce; también se produce esa acción por la necesidad de realizar la carga y descarga de productos y por el “armado” de las formaciones de trenes, entre otras. Los Aparatos de Vía o Cambios son, justamente, los elementos físicos que permiten dichas acciones, de allí que merezcan un apartado especial por la trascendente función que cumplen en la Infraestructura de Vía.

MISION 

Concretar uno de los aspectos de la flexibilidad del servicio ferroviario al posibilitar el desvío de los vehículos ferroviarios de una vía a otra, permitiendo tanto el cruce como la formación de trenes en Estaciones y Desvíos de Cruce y la derivación de vehículos ferroviarios hacia los Desvíos de Servicio y Particulares.

PRINCIPALES CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS GEOMÉTRICAS - PARÁMETROS DE DISEÑO Los aparatos de vía presentan tres partes constitutivas (ver Figura AV1): 

 

En un extremo el cambio propiamente dicho, en el cual se instalan los componentes móviles del cambio: las agujas, que son los elementos que posibilitan que los vehículos ferroviarios continúen en la vía directa o se deriven a la vía desviada, es decir los que otorgan flexibilidad al modo ferroviario de transporte. La parte central del AV, en el cual se instalan los rieles de unión, denominados rieles intercalarios. En el otro extremo el cruzamiento o cruce, donde se presenta el cruce de las vías directa y desviada; no presenta elementos móviles. El cruzamiento está constituido a su vez por: el cruzamiento propiamente dicho por elementos aislados unidos por elementos de unión, en cuyo caso de lo denomina cruzamiento ensamblado; o

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Cambio

Rieles de Unión (intercalarios)

Cruzamiento

Figura AV1

Figura AV2

A. Necesidades básicas de Diseño A.1. Ubicación: se define la ubicación general (Estación, Desvío, Progresiva) y la particular dentro de las estaciones o Desvíos de Cruce. Ver Figuras E1 y E2. A.2. Función específica: se define la vinculación de vías que establece el cambio indicando desde que vía a cual otra se produce la desviación (Ejemplos: de vía 1º a 2º, de vía 3º a vía a tope, etc.). La función puede implicar establecer la categorización de los cambios, incluso dentro de una misma Estación, pudiéndose adoptar distintos tipos de tangentes según distintas velocidades directrices para las distintas vías presentes en el diseño del Cuadro de Estación. A.3. Velocidad directriz (de diseño) máxima : en Estaciones y Desvíos de Cruce normalmente queda definida por la velocidad de tránsito máxima admitida (usualmente 20 Km/h). Cuando se colocan sobre vía general se puede establecer Ing. Roberto Vilches

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la velocidad máxima de tránsito en el sector comprendido por el cambio. Ejemplo: 40 Km/h. A.4. Carga por eje: se adopta la misma que la definida para calcular la infraestructura de vía en general en las secciones de vía que involucran al cambio. Ejemplo: 24 ton/eje. A.5. Desviación: según la ubicación particular y función específica adoptadas para el cambio queda definida la desviación del cambio, pudiendo ser: derecha, izquierda o centrada. La desviación de un cambio se reconoce situando a un observador en la punta del cambio de frente al mismo, mirando hacia el eje de la vía directa, y determinando hacia que mano se produce la abertura del ángulo de la vía desviada. Ver Figura AV2. A.6. Tangente: la adopción de la tangente del cambio (ángulo de la desviación) es función básicamente de la velocidad directriz y categoría del cambio (ver Apartado A.2). Remitirse a Tabla 1. A.7. Longitud: según sea el diseño general del Cuadro de Estación o Desvío de Cruce, la ubicación particular y las tangentes adoptadas quedará definida la longitud general máxima admisible para el cambio. En el diseño del cambio propiamente dicho la longitud general, a su vez, se define a través de longitud de agujas, longitud de rieles intercalarios, longitud del corazón de cruce y longitud de las patas del cambio. A.8. Radio: la adopción de tangente y longitud general del cambio definen el radio central del cambio. Aunque hay que hacer la salvedad que en un cambio hay tres radios diferenciados (ver Plano GVO 914 anexo): Radio de transición: se presenta en la punta correspondencia con el primer tramo de las agujas.

del

cambio

en

Radio central: curva circular que involucra la longitud de la Aguja Curva más la longitud del Riel Intercalario. Radio en el CC: tiende a infinito, ya que la zona del cambio comprendida por el corazón del cambio (CC) en realidad es un tramo recto tanto para la vía directa como para la vía desviada, con el objeto de no introducir o disminuir la influencia de fuerza inerciales (centrífugas) en un elemento que puede admitir muy bajas deformaciones. B. Inferencias de Diseño Se indicarán aquí otros parámetros de diseño que se infieren o derivan de las necesidades básicas de diseño citadas y permiten completar el diseño de un aparato de vía: B.1. Trocha: un aparato de vía, y en correspondencia con los radios presentes, reconoce tres zonas con trochas diferenciadas (ver Plano GVO 914 anexo): Ing. Roberto Vilches

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Punta del Cambio: desde el inicio del cambio hasta la punta de agujas la trocha es la misma que la de la vía directa (Ej.: 1676 mm p/ trocha ancha). Centro del Cambio: desde la punta de agujas hasta el inicio del CC la trocha varía entre las de vías directas y desviadas (1676 mm p/ trocha ancha) en los extremos hasta alcanzar su valor máximo en el centro de este tramo incorporando el sobreancho (1686 mm p/trocha ancha). Corazón del Cambio: en toda la longitud del CC, incluida las patas del cambio, la trocha vuelve a ser la correspondiente al valor normal de trocha (Ej.: 1676 mm p/ trocha ancha). B.2. Sobreancho en Curva Circular: como se indicara en el ítem precedente la Curva Circular (tramo central del cambio) presenta sobreancho, el cual se logra en forma progresiva aumentando la trocha (p/ t. ancha), desde 1676 mm hasta 1686 mm, de durmiente en durmiente con un incremento del orden de 1 a 1,5 mm por durmiente dependiendo de la longitud de las agujas y de los rieles intercalarios. Para el caso del cambio esquematizado en el Plano GVO 914 la variación de trocha es de 1 mm por durmiente. B.3. Longitud y Distribución de Durmientes: para ser más claros nos referiremos al Plano GVO 914. En el mismo se puede notar la variación progresiva de longitud de los durmientes desde la punta del cambio (2700 mm) hasta las patas del cambio (4750 mm) y en la medida que el cambio se va “abriendo”; esta variación es función del ángulo de desviación (tangente) del cambio. En el Plano citado también se puede notar como es la distribución de durmientes agrupados por longitud, y además la densificación de los apoyos que implican los durmientes en tres puntos críticos del cambio: la junta de la punta del cambio, la junta del talón de las agujas y la junta del talón de las contra agujas. En estos puntos normalmente se anula la luz libre entre durmientes con el objeto de otorgar alta rigidez a la unión riel – riel. B.4. Unión Riel – Riel: en general se materializan con el conjunto normal de eclisas, tornillos, tuercas y arandelas. En un cambio se da la particularidad que se rigidizan dos partes del mismo: el talón de las agujas a través de un taco rigidizador, ya que es el punto de giro de las agujas que permite materializar el accionamiento y movilidad del cambio; y en toda la longitud del CC a través de rieles suplementarios interiores a las vías directa y desviada, que actúan como rigidizadores que pretenden asegurar la indeformabilidad del CC. B.5. Unión Riel – Durmiente: en general se materializa del modo normal en la mayor parte de la longitud del cambio en cuanto a los elementos empleados (ver Tipos de Fijaciones Riel – Durmiente). Existen en un cambio tres particularidades: En ciertos durmientes colocados en correspondencia con el inicio de los rieles intercalarios (a partir de la junta con las agujas) se mejora la capacidad portante ante las cargas Ht (fuerza centrífuga) de la unión colocando silletas que reproducen una plantilla con pendiente mayor que Ing. Roberto Vilches

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en el tramo de las agujas y efectúan una mejor transferencia de las cargas Ht a los durmientes. En el caso del Plano GVO 914 se indica la colocación de silletas en los durmientes Nº 22 y 23 y para los rieles correspondientes a la vía desviada y tirafondos de 135 mm de longitud de vástago. La 2º particularidad es relativa a las plantillas de los durmientes (excepto aquellos que llevan silletas) para lo cual existen dos zonas normalmente diferenciadas: la zona correspondiente a agujas y contra agujas en la cual los durmientes presentan una plantilla con igual pendiente (hacia adentro) que la vía directa fuera del cambio (1:20 en Plano GVO 914); y otra zona en correspondencia con rieles intercalarios y el CC para la cual los durmientes no presentan plantilla. En este último caso y en Plano GVO 914 se ha indicado como “Fijación Vertical (sin silleta)”. La 3º particularidad es relativa al mayor diámetro de los tirafondos ( 26 mm) en correspondencia con los durmientes (en Nº de 7 en GVO 914) vinculados a los Contra Rieles Rigidizadores del CC; el criterio es la coherencia estructural de la rigidización del CC. B.6. Dimensiones y Colocación de Durmientes: en el ítem B.3 ya se indicó lo relativo a longitud y distribución de durmientes. Aquí se indica las dimensiones de la sección transversal de los durmientes del cambio, la cual es normalmente (p/ trocha ancha) de 240 mm (ancho) por 150 mm (alto). Nótese que en los cambios se emplean durmientes de mayor capacidad resistente que en las vías que vincula el cambio, en las mismas la altura normal de un durmiente es de 120 mm. En cuanto a la colocación de durmientes, los mismos se disponen normales a la bisectriz del aparato de vía a lo largo de toda su longitud con el propósito de realizar una distribución equitativa de las cargas en ambos rieles. La bisectriz de un cambio es la curva que une los puntos medios entre los rieles exteriores del mismo. En el Plano GVO 914 se indica la misma. B.7. Desviación de la punta de Aguja Curva: la curva de transición o curva de empalme entre vía directa (recta) y curva circular de la vía desviada del cambio, en su traza teórica excede la posición física del riel recto (CAR) prolongándose fuera de la vía, esto implica que la aguja curva (AC) forme un ángulo pequeño al tomar contacto con la CAR, es decir presenta una desviación en la punta de la AC respecto a la CAR. En Plano GVO 914 se ha indicado esto en el “Esquema del Cambio” presentando en ese caso la AC una desviación de 1,111111 grados respecto de la alineación de la vía directa. B.8. Desplazamiento de Unión Riel – Riel: en los casos de las uniones entre agujas y rieles intercalarios y entre contra agujas y rieles exteriores se produce un desplazamiento entre ambas con el propósito de no establecerlas en la misma sección transversal del cambio; se pretende evitar así que se produzca una sección de menor rigidez transversal justo en una de las partes más delicadas del cambio que es el talón de las agujas, en el cual hay que garantizar la mínima deformabilidad posible del paquete ferroviario del aparato de vía.

Ing. Roberto Vilches

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B.9. Punto Teórico del Cruzamiento (PTC): el corazón de cruce está formado por dos tipos de elementos: las alas del CC en cantidad de dos y el alma del CC en cantidad de una y con forma de “v” cerrada. El alma es la que reproduce el ángulo de desviación (tangente) del cambio. Por razones de diseño y de protección del CC, el alma presenta una punta roma, la cual no coincide con la intersección de la líneas de rodamiento de las vías directa y desviada; ésta intersección define el PTC. En el caso esquematizado en Plano GVO 914 la distancia entre la punta del alma y el PTC es de 130 mm. Tabla 1: Tangentes y Desviaciones del Cambio (Ver Figura AV2) Tipos de Tangentes 1:6

Angulo de la Desviación en [º] / [rad] 10,513691 / 0,1835

1:8 1:10 1:12 1:16 1:20 1:24

7,916685 / 0,1382 6,345103 / 0,1107 5,292935 / 0,0924 3,973705 / 0,0694 3,180450 / 0,0555 2,651049 / 0,0463

Tipo de Desviación

Observaciones

Izquierda – Derecha Central Idem Idem Idem Idem Idem Idem

Tabla 2: Listado de Materiales constitutivos de un Cambio (s/ GVO 914) Nº Descripción

01 Corazón del Cambio (CC) 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

Aguja Recta (AR) Aguja Curva (AC) Contra Aguja Recta (CAR) Contra Aguja Curva (CAC) Riel Intercalario Recto (RIR) Riel Intercalario Curvo (RIC) Riel Exterior Recto (RER) Riel Exterior Curvo (REC) Contra Riel Recto (CRR) Silletas Tirafondos (1)

13 Tirafondos 14 Tirafondos (2) 15 Eclisas 16 Tornillos (bulones) Ing. Roberto Vilches

Tipo Ensamblado o Monoblock U50 U50 U50 U50 U50 U50 U50 U50 U50 – T4D 50-S11 Cab. T1 Cab. T1 Cab. T1 Tipo Barra U50 – 4 Aguj. Cabeza Cuadrada

Cantidad 1

Dimensione s

1 1 1 1 1 1 1 1 2 4 8

S/ tipo y desviación 9000 mm 9000 mm 11100 mm 11100 mm 11465 mm 11540 mm 15805 mm 15670 mm 4000 mm S/ tipo 23 / 135 mm

164 28

 23 / 125 mm 26 / 133 mm

22

S/ tipo

44 122

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23 / 175 mm 17 Tuercas rosca paso medio

Cabeza hexagonal Tipo Grover Qº Bº

44 44 2

20 Durmientes

Qº Bº

4

21 Durmientes

Qº Bº

5

22 Durmientes

Qº Bº

3

23 Durmientes

Qº Bº

3

24 Durmientes

Qº Bº

4

25 Durmientes

Qº Bº

5

26 Durmientes

Qº Bº

14

27 Durmientes

Qº Bº

7

Tipo L 450x 450x8 mm

2

18 Arandelas de presión 19 Durmientes

28 Barras de protección de agujas 29 Barras y dispositivos varios de accionamiento del cambio (agujas y barras de protección)

23 23 4750x240 x150 mm 4500x240 x150 mm 4250x240 x150 mm 4000x240 x150 mm 3750x240 x150 mm 3500x240 x150 mm 3250x240 x150 mm 3000x240 x150 mm 2700x240 x150 mm 5000 mm

S/ cambio

Notas:  En el listado precedente no se incluyen los dispositivos de accionamiento externos al aparato de vía (marmitas, marcos de palancas, señales, etc.).  Ver Figuras AV1 y AV2 anexas.  (1): Los ocho (8) tirafondos cuyo vástago es de 135 mm van colocados en correspondencia con las silletas, es decir, en Durmientes Nº 22 y 23 de GVO 914.  (2): Los veintiocho (28) tirafondos de f 26 van colocados en correspondencia con los Durmientes Nº 38 al 44 de GVO 914.

CARACTERISTICAS FÍSICAS Los elementos constitutivos de un Aparato de Vía ya han sido descriptos en los otros elementos del paquete ferroviario, por lo tanto remitirse a Características Físicas de Rieles, Durmientes, Unión Riel – Riel y Unión Riel – Durmiente. CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES Las principales características estructurales de los cambios ya han sido indicadas al desarrollar las Características Geométricas, por una razón de unidad descriptiva. Ing. Roberto Vilches

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Ferrocarriles

Si queda por describir las Protecciones Especiales de un aparato de vía, que son básicamente dos: 

Barras de Protección de Agujas: estas barras son perfiles ángulos cuya misión es proteger la punta de la AC y la AR ante la circulación de los vehículos ferroviarios por el cambio. Las barras van adosadas a los rieles de la vía directa previo ingreso a la punta del cambio y con dispositivos de accionamiento para permitir su desplazamiento hacia la punta de las agujas. Ver Figuras AV1 y AV3 anexas.



Traba del Cambio: los cambios tienen dispositivos para trabar el accionamiento de los elementos móviles (agujas y barras de protección) del aparato de vía propiamente dicho. Esto permite dejar el cambio en una posición fija (normalmente habilita el tránsito por la vía directa) ante eventualidades como fallas, reparaciones y reemplazos de elementos del cambio o en el caso de inhabilitación de Estaciones y Desvíos de Cruce, en cuyo caso se deja habilitada sólo la vía general. Esta traba se materializa a través de dos dispositivos: uno que impide el movimiento de las barras de accionamiento de las agujas y que va montado en la vía, y otro que inmoviliza la marmita del cambio (exterior al cambio).

Figuras del apartado de Aparatos de Vía Figura AV1: Remitirse a Figura E3, E4 y E5 en Anexos del apartado de Estaciones y Desvíos de Cruce. Figura AV2 – Desviaciones

Desviación Derecha

Desviación Izquierda

Desviación Centrada

Figura AV3 – Barra de Protección

Ing. Roberto Vilches

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Aparato de Vía montado en obrador – Listo para su traslado a frente de obra Notas:

Ing. Roberto Vilches

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Detalles: Corazón de cruce ensamblado (CCE), durmientes de hormigón y unión rieldurmiente con silletas. Nótese el entramado metálico (cama) sobre el cual se ensambla el aparato de vía.

Ing. Roberto Vilches

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DESGASTE DE LOS ELEMENTOS DE LA VÍA

Ing. Roberto Vilches

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DESGASTE DE LOS ELEMENTOS DE LA VÍA Desgaste de Rieles por el uso Para realizar un Diagnóstico adecuado a los fines de efectuar tareas de conservación de la infraestructura de vía y/u obras de mejoramiento de vía (Renovación o Mejoramiento de Vía) hay que prestar especial atención al estado de conservación del elemento más costoso del paquete ferroviario, el RIEL. En los rieles se presentan básicamente dos tipos de desgaste por el uso: del Plano Lateral del Hongo y de la Superficie Superior del Hongo.

DESGASTE DEL HONGO DEL RIEL (ver Detalles 1 y 2) Este tipo de desgaste se presenta siempre en el interior de vía, por lo tanto pueden implicar posibles modificaciones de los valores de trocha, con el peligro de descarrilamientos que ello conlleva. Si este tipo de desgaste se observa en el exterior de vía significa que ese riel ha sido dado vuelta (en un plano horizontal) a los efectos de aprovechar en el interior de vía el plano lateral no desgastado del hongo del riel. Esta circunstancia indica que ya se han realizado acciones importantes (movimiento de rieles) de conservación de vía, lo cual limita seriamente la vida útil del tramo de vía con ese tipo de desgaste y posiblemente la estabilidad estructural del paquete ferroviario. Volviendo a lo citado en el primer párrafo, el desgaste en el plano lateral del hongo del riel producido en el interior de vía reconoce ciertas causas que hay que ponderar a los efectos de la toma de decisiones respecto a las posibles obras de mejoramiento de vía a ejecutar. Para evaluar las causas hay que distinguir si el desgaste se produce en vía recta o curva. Desgaste en Vía Recta En general este tipo de desgaste se produce por tres causas bien definidas: (a) disminución de la trocha teórica; (b) defectos pronunciados de alineación longitudinal de vía; (c) defectos serios de nivelación transversal de vía (existencia de peralte en recta). En el caso (a) normalmente se puede observar el desgaste en ambos rieles, siempre en el interior de vía, ya que se incrementa considerablemente el rozamiento entre pestaña de la llanta y el hongo del riel. La variación de trocha comienza a ser un problema en este sentido cuando disminuye 4 mm o más. En el caso (b) se puede observar el desgaste del hongo en uno o en ambos rieles, pero en el segundo caso normalmente se da el desgaste en forma alternada entre ambos rieles ya que la pestaña de la llanta aumenta el rozamiento Ing. Roberto Vilches

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contra el hongo del riel por el movimiento de vaivén horizontal del material rodante (tractivo y traccionado) producido justamente por los defectos de alineación longitudinal de la vía. En este caso los defectos de alineación longitudinal producen el desgaste prematuro de los rieles cuando se sitúa en el orden de 5 mm/m o mayor. El caso (c), como ya se indicara, implica la existencia de peralte en vía recta, situación por demás indeseable. El peralte en recta produce la inclinación (vuelco) del material rodante, el cual carga más a uno de los rieles de la vía; esta circunstancia produce en el riel más alto el desgaste del plano lateral interior del hongo por la acción de “esmerilado” de la pestaña de la llanta sobre el mismo, al estar la pestaña inclinada respecto de su posición normal (por el vuelco del material rodante) (ver Figura c); y sobre el riel inferior produce el aplastamiento de las fibras de la superficie superior del hongo por el asiento de la llanta sobre casi la totalidad de tal superficie (ver Figura c).

Llanta

Aplastamiento de la cara superior

Llanta

Hongo

Hongo

Esmerilado de la pestaña en la cara lateral del Hongo Riel Inferior

Riel Superior

Figura c Desgaste en Vía Curva Este tipo de desgaste, en general, se presenta por causas tales como: (a) (b) (c) (d)

Disminución de la trocha teórica Defectos pronunciados en la alineación curva de vía Defectos por el hecho de ser vía curva Defectos por la existencia de peralte en curva.

Para el caso (a) idénticas consideraciones a las hechas en Desgaste del Plano Lateral del Hongo del riel. La única salvedad que podríamos citar aquí es que hay que tener presente que en vía curva existe el “sobreancho”, por lo tanto la trocha teórica no es la misma que en vía recta, es mayor. Ing. Roberto Vilches

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En el caso (b) se pueden hacer similares consideraciones a las de Desgaste del Plano Lateral del Hongo del riel. Además se puede decir que en el caso de vía curva esta causa es más pronunciada que en vía recta (por lo que se menciona en apartado (c) más abajo) por lo cual el rozamiento de la pestaña de la llanta contra el plano lateral del hongo se incrementa respecto a la vía recta. En el caso (c) la causa fundamental de desgaste prematuro es que al ser vía en curva y los rieles tener la misión básica de “conducir” a los vehículos ferroviarios, hace que las pestañas de las llantas puedan tener permanente y pronunciado rozamiento con el plano lateral del hongo del riel superior (riel exterior de la curva) de la vía curva ya que cualquier vehículo ferroviario tiende por inercia a continuar circulando en recta, generando en curva la fuerza centrífuga característica de todo movimiento curvilíneo, en particular el movimiento circular. Justamente para disminuir este efecto indeseable de desgaste y por la causa indicada es que se establece el sobreancho en curva, el cual mitiga el efecto de desgaste. En el caso (d) y en curva siempre se presenta peralte, éste se define y calcula a los efectos de centrar la recta de acción de la resultante de las cargas activas (en curva) en el eje de vía (ver Figura d) a los efectos de repartir cargas en forma equitativa entre ambos rieles. El peralte teórico, en acuerdo con el radio de la curva, se calcula sobre la base de la Velocidad Directriz determinada para el ramal en estudio como se detalla en Apartado de Figura d.

Fc

P

R



 Eje de Vía Figura d-a (esquema en corte)

Ing. Roberto Vilches

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Vt

Fc Ac

r

Vehículo ferroviario

CC Vía curva

Figura d-b (esquema en planta) Análisis de las Figuras d-a y d-b En ambas Figuras, d-a y d-b, precedentes se indican las cargas activas que actúan sobre la infraestructura de vía en curva, a saber: P: el peso propio del material rodante más sobrecargas dinámicas Fc: la fuerza centrífuga del movimiento curvilíneo R: la fuerza resultante de ambas El peralte p se establece para que la recta de acción de R intercepte al plano de vía en su eje, de tal forma de trasladar R/2 en ambos rieles. Es válido aclarar que Fc se calcula para la Velocidad Directriz (Vd) determinada para el ramal o sección de vía bajo estudio, es decir, para una sola velocidad y tomando las expresiones características del movimiento circular que en tal sentido indican la relación directa entre Fc y Vd2, como sigue: La Fuerza Centrífuga Fc está dada por: Fc = M . Ac

Siendo: Ac =  2 . r

y

 = Vd / r

Por lo tanto: Fc = M . Vd2 / r Y considerando que: Ing. Roberto Vilches

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R2 = Fc2 + P2 tg  = Fc / P

Siendo: P = G + k . S  = arc tg (Fc / P)

=>

Llegamos a determinar la expresión del Peralte p, en función de  (ver Figura e): sen  = p / t p = t . sen  Donde: M: Masa del material rodante [kg] r: radio de la curva circular (también puede ser el radio instantáneo en las curvas de transición) [m] Ac: Aceleración Centrífuga [m/s2] : Velocidad angular instantánea (cte. para el movimiento circular) [rad/s] Vd: Velocidad Directriz, es la velocidad tangencial (Vt) de diseño del movimiento curvilíneo [m/s] G: el Peso Propio del material rodante [ton] o [Kg] o [N] S: Sobrecargas actuantes sobre el material rodante [ton] o [Kg] o [N] k: Coeficiente de participación de S, que es < 1 [adimensional] P: Carga Total actuante [ton] o [Kg] o [N] : Angulo instantáneo de inclinación de la curva, medido en [rad] t: Trocha, medida en [mm] p: Peralte, medido en [mm] Kg: Kilogramo Fuerza kg: Kilogramo Masa Hongo del Riel

t p

 Figura e Aclaración: Los valores más comunes de la Trocha t [mm] son: Trocha Ancha = 1.676 mm Trocha Media = 1.435 mm Trocha Angosta = 1.000 mm Trocha Decauville = 750 mm Ing. Roberto Vilches

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La situación real (la experiencia) indica que la mayoría de los trenes van a circular a una velocidad distinta de Vd (por encima o por debajo de ella). Esta circunstancia es justamente la que va a provocar situaciones de desgaste prematuro de los rieles en curva, con dos casos en particular: d1. Cuando se circula a menor velocidad que Vd: Al ser la Vt < Vd, la Fc será menor haciendo que la recta de acción de R se desplace hacia el interior de la curva (el material rodante tiende a volcarse hacia el interior de la curva), cargando en mayor medida al riel inferior (interior de la curva). Esta causa originará que el riel interior sufra aplastamiento de las fibras de la superficie superior del hongo y el riel exterior sufrirá el desgaste del plano lateral interior del hongo (por esmerilamiento de la pestaña de la llanta). En la Figura c se ha esquematizado esta situación con las posiciones relativas de llantas y hongos de los rieles interior (inferior) y exterior (superior) en curva. d2. Cuando se circula a mayor velocidad que Vd: Al ser la Vt > Vd, la Fc será mayor haciendo que la recta de acción de R se desplace hacia el exterior de la curva (aquí el material rodante tiende a volcarse hacia el exterior de la curva), cargando por lo tanto en mayor medida al riel exterior (superior) de la curva. De esta manera se invierten las deformaciones (por aplastamiento o desgaste) sobre los hongos de los rieles exterior e interior, con respecto a lo descripto en d1. Donde: Vt: Velocidad Tangencial (real y variable) EJEMPLO DE CALCULO DE PERALTE 

 

Se tomará para el cálculo la circulación en vía curva de trocha ancha, de una Locomotora Diesel Eléctrica cuyo peso es de 90 ton., por ser el vehículo ferroviario más pesado, y por lo tanto el que puede producir más desgaste en los rieles de la vía curva. Se considera la locomotora circulando por una curva circular de 800 m de radio. Se realizará el cálculo del peralte tomando una Velocidad Directriz (Vd) de 80 Km/h. Y se calculará el mismo también para las velocidades de 60 y 100 Km/h, a los efectos de poder comparar los valores de peralte resultante.

A priori podemos decir que, basándose en las expresiones desarrolladas para el cálculo del peralte, mientras mayor sea la velocidad de circulación, mayor será la Fuerza Centrífuga (Fc), mayor será la inclinación de la Fuerza Resultante (R), y por lo tanto mayor el peralte necesario para la curva. Algunos datos ya definidos: G = 90.000 Kg = 882.000 N Ing. Roberto Vilches

M = 90.000 kg 133

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r = 800 m

t = 1.676 mm

La sobrecarga S actuante, debida al régimen dinámico de las acciones, puede ser estimada con aproximación en un 25 % de G en este caso (ver Nota 4), o sea k es de 0,25, por lo tanto: k x S = 0,25 G = 220.500 N

=>

P = 1.102.500 N

Los resultados del cálculo se indican en la siguiente Tabla, a los fines comparativos: V [km/h]

V [m/s]

Fuerzas [N] P Fc

Fc / P

 [mm]

pt [mm]

P [mm]

60

16,67 1.102.550

31.262

0,0284

1,627

47,579

50

80

22,22 1.102.500

55.554

0,0504

2,885

84,363

85

100

27,78 1.102.500

86.819

0,0787

4,500

131,495

130

Referencias: pt: Peralte Teórico p: Peralte Físico (valor redondeado a reproducir en el terreno) CONCLUSIONES Nótese la notable diferencia de peraltes para variaciones de velocidad de circulación que efectivamente pueden producirse en la realidad. En este caso la Vd (velocidad directriz, de diseño) es de 80 Km/h, a la cual le corresponde un peralte de 85 mm. Pero en la misma curva pueden circular trenes (de carga) a 60 Km/h, para los cuales 85 mm es un peralte mayor del necesario, por lo cual el vehículo volcará mayor peso en el riel inferior (riel interno) produciendo el aplastamiento de las fibras de la superficie superior del hongo del riel. Y posiblemente también se produzca el esmerilamiento de la cara lateral del hongo del riel superior (riel externo) por parte de la pestaña de la llanta exterior si es que en la curva se ha disminuido el sobreancho en curva. También un vehículo (de pasajeros) puede circular a mayor velocidad, a 100 Km/h, siendo el peralte de diseño (85 mm) inferior al requerido (130 mm), por lo cual el vehículo “volcará” su peso mayormente sobre el riel externo (superior). De esta manera se producirá el efecto inverso al descripto para una velocidad de 60 Km/h. Notas: 1. Las velocidades consideradas son adecuadas a una explotación ferroviaria como la que se da actualmente en nuestro país. Ing. Roberto Vilches

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2. Obviamente, todas las consideraciones realizadas en el ejemplo son válidas en un marco de adecuado mantenimiento (conservación) de la infraestructura de vía, de tal forma que los vehículos ferroviarios puedan circular a las velocidades consideradas. 3. Si la conservación es inadecuada, afectándose la seguridad de la marcha de trenes, es muy probable que deban imponerse limitaciones a la velocidad de circulación con el objeto de preservar la seguridad de personas y cargas transportadas. En otras palabras, y ante defectos graves en la vía, puede imponerse una velocidad límite de hasta 12 Km/h, muy por debajo de la mínima considerada (60 Km/h), circunstancia que agrava el problema del desgaste prematuro de los rieles en curva. 4. En realidad el Coeficiente K es variable, dependiendo su valor de la velocidad de diseño (Vd) (Códigos Europeos), y de la Vd y el diámetro de las llantas (Código EEUU). El K adoptado en el problema representa un valor medio que aproximadamente puede adoptarse para una Vd de 80 Km/h. Para los Códigos tomados de referencia y en general, se tiene que: 0 < K S < 0,6 G 5. Los valores de peralte calculados corresponden a la curva circular, por lo tanto son valores uniformes a lo largo de toda su longitud. Pero hay que recordar que las curvas normalmente se componen de tres tramos: dos curvas de transición (a la entrada y salida de la curva) de empalme entre vía recta y vía curva (radio uniforme, curva circular) y la curva circular propiamente dicha. En las curvas de transición los peraltes varían de 0 mm (vía recta) al valor calculado para vía circular (85 mm en el ejemplo y para Vd). 6. Los Peraltes Físicos indicados en la Tabla del Ejemplo son valores redondeados a un valor mínimo de 5 mm, ya que éste valor es el mínimo posible de reproducir en el terreno dado los elementos tecnológicos empleados para lograr el peralte (gatos de vía). 7. Para otros vehículos ferroviarios de menor masa (vagones, chatas, tanques, etc.) son válidos los peraltes calculados ya que la relación adimensional Fc/P se mantiene constante, es decir, es independiente de la masa de los vehículos, a saber: Fc / P = ( M . Vd2 / R ) / ( 1,25 . M . g ) = Vd2 / (1,25 . R . g )

Ing. Roberto Vilches

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Desgaste de rieles por el uso (Detalles en Sección Transversal)

Desgaste de Plano Interior del Hongo del Riel por esmerilado de la pestaña de la llanta

Interior de Vía

Detalle 1 (sin escala) Fibras aplastadas de la superficie superior del hongo del riel

Rebaba

Interior de Vía

Detalle 2 (sin escala)

OTROS TIPOS DE DESGASTE DE RIELES DESGASTE EN EL ALMA DEL RIEL En el alma del riel el desgaste se debe prácticamente a una sola causa de servicio: por acción de la sujeción entre rieles. Ing. Roberto Vilches

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En las juntas de rieles los elementos de sujeción (conjunto de eclisas y bulones) actúan como instrumentos de transferencia de cargas de un riel a otro (en la medida que avanza un tren). El elemento puntual que produce dicha transferencia ejerciendo acción sobre el alma del riel es el bulón. Esta acción genera deformación de los orificios por los bulones pasantes por la acción de transferencia del esfuerzo de corte (para las cargas verticales) y del esfuerzo normal (para las cargas horizontales longitudinales, frenado) de un riel a otro. La deformación citada produce el aplastamiento de las fibras del alma alrededor de los orificios. Este tipo de deformación no altera significativamente la sección transversal del riel pero puede producir un “juego” (movimiento relativo, cabeceo) indeseable en la junta, el cual siempre termina generando una fuerte acción de impacto de la llanta contra el hongo del riel al pasar de un riel a otro cuando avanza el tren. También este hecho trae aparejado una fuerte deformación de los bulones con grandes posibilidades de colapso (ruptura frágil) por una acción combinada de corte y flexión; el colapso de los bulones va a implicar el colapso de la junta, es decir, la separación de hecho entre rieles, que es una causa segura de descarrilamiento de todo tren rodante y de vehículos menores (zorras) destinados a la conservación de la infraestructura de vía.

HONGO

ALMA

Orificio p/ el Bulón Pasante Deformado por aplastamiento (formación de rebaba metálica)

PATIN Vista Lateral del Riel (en la junta)

DESGASTE EN EL PATIN DEL RIEL Se debe normalmente a dos causas bien diferenciadas: deformación por fatiga del acero de la base del patín en correspondencia con el asiento sobre los durmientes, y por la sujeción riel – durmiente (tirafondos). Si bien las causas son diferentes, los signos físicos se asemejan en el sentido que en ambos casos se visualizan las “marcas” correspondientes:  En el primer caso aquellas que producen los durmientes (base del patín); se trata de una zona rectangular del ancho del patín “aplastada”, es decir en esa zona el patín presenta su espesor disminuido por efecto de la fatiga del material del riel por acción de la transferencia de cargas verticales de riel a durmiente.  En el segundo caso se observan las marcas semicirculares “alargadas” de los tirafondos (cara superior del patín) en la zona de contacto de la pestaña de la Ing. Roberto Vilches

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cabeza de los tirafondos con el patín del riel. El alargamiento de la marca se debe a los desplazamientos relativos del patín respecto de los tirafondos por la acción de transferencia de las cargas horizontales longitudinales (aceleración, frenado, variaciones de velocidad en general). DESGASTE DEL RIEL POR CORROSION (General) El material constitutivo básico de los rieles es un acero especial, cuya composición varía según las normativas que se adopten, siendo los materiales más comúnmente usados los indicados en la siguiente Tabla: Normas de Referencia

Materiales Constitutivos del Acero (%)

Carbono IRAM SOMISA Acero Inglés al Mangan. Acero Inglés Carburado EEUU Promedio Europeo U.I.C.

Manganeso

Silicio

Fósforo

Azufre

0,50 – 0,65

0,95 – 1,25

0,35

0,05

0,05

0,50 – 0,60

0,90 – 1,20

0,10 – 0,30

0,05

0,06

0,45 – 0,55

0,70 – 0,90

0,10 – 0,30

0,06

0,06

0,67 – 0,80

0,70 – 1,00

0,10 – 0,23

0,04

---

0,40 – 0,60

0,80 – 1,20

0,10 – 0,30

0,07

0,06

0,40 – 0,55

0,80 – 1,20

0,35

0,05

0,05

Notas: 1. Los porcentajes indicados se completan al 100 % con el Hierro, que es el material constitutivo mayoritario del acero. 2. Se indican rangos de variación en los casos que puede variar la composición. 3. Los porcentajes indicados representan la participación de los materiales en el peso total del riel. Referencia: Tabla tomada del Apunte de la Cátedra “Ferrocarriles”, UBA – Facultad de Ingeniería – Departamento de Transporte – 1974.

En zonas en que los rieles pueden estar sometidos a altos porcentajes de humedad en forma permanente (túneles, subterráneos) se puede magnificar el problema de la corrosión. En esos casos se suelen utilizar rieles con incorporación de cobre (0,25 a 0,40 %), lo cual le confiere al material del riel de mayor resistencia a la corrosión, aunque los costos de fabricación de incrementan en forma significativa. A los rieles, además de los materiales constitutivos citados, se les hace un tratamiento superficial en el hongo del riel con el objeto de conferirle mayor dureza superficial (resistencia al desgaste) a la capa de rodadura. Para lograrlo se realiza un depósito electrolítico de cromo – vanadio o cromo – vanadio – Ing. Roberto Vilches

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manganeso, de espesor aproximado entre 0,3 a 0,5 mm. Este tratamiento superficial además le confiere al hongo del riel mayor resistencia a la corrosión. Son frecuentemente usados los llamados Rieles Largos Soldados (RLS), es decir presentan soldaduras de empalme de tramos menores. Estas soldaduras suelen ser realizadas “in situ” con un proceso de aporte de material usando aluminio como fundente (soldadura aluminotérmica). En estas uniones soldadas pueden presentarse problemas específicos de corrosión; es uno de los puntos a verificar especialmente en toda actividad de relevamiento de vía destinada a la conservación de la infraestructura. En casi todo el país son usados rieles de 36 m de longitud, que en realidad son dos tramos de 18 m, por que ésta última longitud era la capacidad de maquinado de los trenes de laminación de rieles en nuestro país (Talleres del Ferrocarril de La Plata). Un riel de 36 m puede lograrse (a partir de dos de 18 m) básicamente por dos procesos: soldadura por impacto en caliente o la soldadura aluminotérmica ya indicada. Es ésta segunda la que puede originar problemas de corrosión, aunque no se descartan en la primera si no se ha ejecutado correctamente la unión (puede quedar presencia de “nidos” en el material), dando lugar a un proceso de corrosión electroestática. Otro aspecto a tener en cuenta es cuando la vía atraviesa zonas con presencia de sales en el suelo, las cuales pueden atacar al riel produciendo corrosión. En este particular hay que prestar especial cuidado a los posibles procesos de corrosión en el patín del riel, que es la parte del riel que puede estar en contacto con suelos agresivos. Tal circunstancia se trata de prevenir en el diseño de vía con la adopción de una capa de balasto apropiada, normalmente constituida con material de aporte de otra zona (sin sales no solubles, duras). Esta capa de balasto también tiene la misión de impedir o al menos retardar el crecimiento de vegetación en la vía ya que la humedad que pueden acumular las raíces de las plantas puede atacar al acero del riel produciéndole fenómenos de corrosión. Las zonas de sujeción entre distintos elementos de la vía (unión riel – riel, unión riel – durmiente, unión vía – superestructura de obras de arte) también constituyen posibles “focos” de corrosión al poder acumularse en ellas humedad y/o agentes agresivos para el acero. Son puntos críticos y a los cuales hay que prestar atención en el relevamiento de la infraestructura de vía. No obstante todo lo indicado, en nuestra región los fenómenos de corrosión son la causa menos frecuente de fallas en la infraestructura de vía, lo cual no quiere decir que deba descartarse. Debe necesariamente contemplarse en toda acción de relevamiento destinada a la conservación de vía, es decir para desarrollar acciones preventivas de mantenimiento de la infraestructura.

DESGASTE EN OTROS ELEMENTOS DE ACERO DE LA VIA

Ing. Roberto Vilches

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Las consideraciones realizadas para los rieles, fundamentalmente a las causas de posibles fallas de origen mecánico (movimientos, deformaciones y transferencia de cargas) y por la corrosión, son válidas para otros elementos metálicos (acero) de la vía como ser: eclisas, bulones, arandelas, tirafondos, clavos de vía, silletas, clepes, barras de protección, barras y palancas de accionamiento, rigidizadores, marcos de palancas (p/ cambios), etc. Obviamente cada elemento de los citados cumple una función distinta, fundamentalmente en lo relativo a su función estructural, por lo cual se presentan en cada uno de ellos distintas composiciones constitutivas del material y distintas causas mecánicas de falla y en consecuencia de deformaciones. Se describirán escuetamente a los elementos más importantes de los indicados, discriminando: función estructural, deformaciones más comunes y causas de falla. Eclisas Las eclisas materializan la unión entre rieles y por lo tanto actúan como agentes de transferencia de cargas riel – riel. En particular transfieren las cargas verticales a través de su capacidad de absorber esfuerzos de corte, cargas horizontales longitudinales (a la vía) a través de su capacidad para absorber esfuerzos normales, y cargas horizontales transversales (a la vía) a través de su capacidad para absorber esfuerzos de corte (en una dirección normal al de las cargas verticales) y torsión (en menor medida). Las deformaciones y desgastes más comunes en las eclisas se deben a dos causas: se producen “marcas” en la eclisa en correspondencia con la junta de unión de los rieles por la transferencia del esfuerzo de corte ya descripta (movimiento relativo entre los extremos de los rieles concurrentes a la junta); el otro efecto es la deformación de los orificios para los bulones de la unión riel – riel (similar a la del alma del riel). La causa más común de falla en realidad no corresponde a la eclisa sino a la unión propiamente dicha, y se traduce en un juego de la junta por deformación de los bulones y la pérdida de capacidad de ajuste del conjunto de tuercas y arandelas de presión (tipo grover). Bulones (tornillos), Arandelas y Tuercas Los llamados “bulones” en la jerga ferroviaria en realidad son tornillos, es decir presentan en su conformación tres partes bien diferenciadas: la cabeza que puede ser redonda tipo casquete esférico (los más antiguos) o piramidal de base cuadrada (los más modernos); el cuello que es la parte no roscada inmediata a la cabeza, el cual puede ser de sección circular o cuadrada (en este caso el orificio de la eclisa también debe serlo en parte; y un vástago roscado de sección circular uniforme. La misión estructural es la de servir de elemento de ajuste a las eclisas, siendo parte constitutiva indisoluble de las juntas con aquellas. Los bulones son los Ing. Roberto Vilches

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elementos que realizan la efectiva transferencia de cargas entre rieles y eclisas, a través de su capacidad de absorber esfuerzos de corte. La carga activa que más deformación produce sobre los bulones es la Hl, justamente la acción de los bulones en este sentido es la que produce la deformación de orificios de rieles y eclisas ya descriptos. Las arandelas pueden ser planas o de presión (tipo grover), siendo preferible el empleo de las segundas ya que pueden mantener en el tiempo la presión de ajuste original. Suelen emplearse ambos tipos de arandelas en forma combinada. El principal defecto de las arandelas de presión deviene de la fluencia del material que hace que en el tiempo descienda su capacidad de ajuste y se produzca en consecuencia un juego en la junta. En las vías modernas los bulones y tuercas se engrasan previo a su colocación para facilitar su manipulación y ajuste. Tirafondos / Clavos de Vía Son los elementos que materializan el vínculo riel – durmiente, ajustando el patín del riel al durmiente. En el apartado UNIONES se han esquematizado los distintos tipos de uniones riel – durmiente. En ellos se observa la característica geométrica de los tirafondos, los cuales presentan cuatro partes: la cabeza tronco piramidal de base cuadrada en la cual se realiza la acción de ajuste (tirafondeado); la pestaña de la cabeza de base circular que es que realiza el ajuste del patín; el cuello tronco cónico de sección circular; y el vástago tronco cónico de sección circular y con la helicoide de ajuste (tornillo sinfín) al durmiente. Los tirafondos sufren particularmente la acción de las cargas Ht, ya que éstas tienden a volcar el riel hacia el exterior de vía, de tal forma que son los tirafondos interiores de la vía los que están más solicitados a un esfuerzo combinado de flexión compuesta (fundamentalmente corte y tracción sobre el cuello). Esta circunstancia origina dos efectos básicos: la torcedura del cuello del tirafondo disminuyendo la capacidad de ajuste de la junta; y la acción de arranque del tirafondo respecto del durmiente por falla en las fibras de la madera del durmiente. Clepes de Vía En la unión doblemente elástica riel – durmiente aparecen los clepes de vía como elementos de ajuste del patín del riel; en este caso no es la pestaña del tirafondo quién realiza dicho ajuste. En la descripción de este tipo de uniones se han esquematizado dos tipos de clepes: rígidos y elásticos. En el caso de los clepes rígidos y dada su alta rigidez (alto contenido de manganeso del acero) pueden presentar rotura frágil ante el vuelco del riel por acción de las cargas Ht. Esta circunstancia es grave ya que implica el colapso de la junta riel – durmiente. Ing. Roberto Vilches

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En el caso de los clepes elásticos su principal defecto se debe a la fluencia del material que produce la pérdida de elasticidad del mismo disminuyendo su capacidad de ajuste del patín del riel. Uniones Riel – Durmiente Ya se ha explicitado lo que puede suceder con los elementos individuales de estas uniones. Pero en general hay que comprender cual es una de las misiones básicas de estas uniones y en particular de los durmientes: es la de establecer la sujeción del riel a los efectos de conservar uniforme la trocha. Por lo tanto cualquier defecto en alguno de los elementos constitutivos de la unión puede implicar variaciones significativas de la trocha, lo cual es una causa probable de descarrilamientos de los vehículos ferroviarios, de ahí su posible gravedad y cuidado en las acciones de conservación de la infraestructura de vía. Anclas de Vía Las anclas de vía establecen otro tipo de unión riel – durmiente, con el objeto que el riel no se desplace longitudinalmente respecto del durmiente por acción de las cargas Hl. Van colocadas normalmente bajo el patín del riel, ajustadas al mismo y en contacto con la cara lateral del durmiente. El ancla de vía se coloca por presión ejerciendo una acción de palanca y su ajuste al patín del riel se produce por la fuerte rigidez de su material constitutivo (acero con alto contenido de manganeso). Los defectos más comunes en las anclas se deben a las siguientes causas: rotura frágil en la colocación debido a su alta rigidez (baja ductilidad); rotura frágil por acción de las cargas Hl y por efecto de la temperatura ambiente (dilataciones propias del ancla o bajas temperaturas); desplazamientos del ancla respecto del durmiente (no presentan contacto) que hace que deje de cumplir su función estructural. Notas El listado de los elementos constitutivos de la infraestructura de vía es mucho más amplio que los descriptos. El objeto del presente trabajo es indicar y analizar aquellos de presencia más significativa y común en la infraestructura de vía. A los indicados pueden agregarse elementos tales como: silletas, rigidizadores longitudinales y transversales, barras de protección, contrarrieles, barras de accionamiento de cambios, platinas de asiento, juntas especiales de rieles, agujas, contra-agujas, corazones de cambio, etc.

DESGASTE DE DURMIENTES Se describirán las situaciones de desgaste más comunes en durmientes de madera, por ser los de mayor uso en nuestro país, y los exclusivamente empleados en nuestra región del Sur de Mendoza. Ing. Roberto Vilches

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Tendremos presente en adelante la característica esencialmente dinámica de las cargas activas, más allá que se las halla representado esquemáticamente a través de tres componentes estáticas equivalentes: P, Hl y Ht. Las causas más comunes que originan desgaste en los durmientes de madera son: 1. Aplastamiento de las fibras de la plantilla: por ser las cargas dinámicas implica que siempre se presentará un movimiento relativo (“juego”) entre los elementos de la vía. El riel presenta este juego respecto del durmiente e implica que el riel “impacta” sobre el durmiente ante el tránsito de los vehículos ferroviarios (por la transferencia de P) produciendo el aplastamiento de las fibras de la madera en la zona de la plantilla. Esta circunstancia produce el progresivo deterioro de la plantilla del durmiente, pudiendo variar la inclinación del riel y transfiriendo mayores cargas a las fijaciones (sobre todo las Hl). 2. Desgarramiento de las fibras por los tirafondos: en el esquema de reacciones del durmiente ya se indicó la presencia de las reacciones Va1 y Va2, que responden a cargas de arrancamiento del tirafondo por la acción de las cargas activas Ht. El helicoide (rosca) del tirafondo está sujeto a la madera y por lo tanto puede producir el desgarramiento de las fibras de la madera disminuyendo notoriamente la eficiencia de la junta riel – durmiente. 3. Fallas por flexión (defectos de compactación en el balasto): los defectos de compactación del balasto producen una reacción sobre el durmiente desigual a lo largo de su longitud. Tomando esta reacción como carga invertida sobre el durmiente, y considerando que éste estará apoyado sobre los rieles, pueden presentarse importantes solicitaciones de flexión en el durmiente, para las cuales no ha sido dimensionado y en consecuencia producirse la rotura frágil del durmiente. 4. Fallas por impacto de las llantas: las llantas de los vehículos ferroviarios solo pueden impactar en los durmientes ante una situación de descarrilamiento, obviamente esto produce la rotura del durmiente. 5. Hongos y otros microorganismos (por presencia de humedad): la humedad en las cercanías de un durmiente (en caso de balastos de suelos poco permeables) y las altas temperaturas de la temporada estival se conjugan para favorecer el desarrollo de hongos y otros microorganismos. Esto normalmente se traduce en orificios en la madera y en el resecamiento prematuro de las fibras exteriores de la madera, ambas circunstancias van en desmedro de la capacidad resistente del durmiente. 6. Envejecimiento de la madera (por agentes atmosféricos): con el paso del tiempo y ante los procesos cíclicos naturales de día y noche y de congelamiento y deshielo, las fibras exteriores de los durmientes van perdiendo contenido de tanino (quebracho colorado) o de creosota (quebracho blanco y lapacho) y en consecuencia la pérdida de la humedad natural de la Ing. Roberto Vilches

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madera. Esto implica que tales fibras se resecan y pierden su capacidad resistente disminuyendo la sección transversal resistente del durmiente. También este fenómeno afecta a la capacidad de la fijación (tirafondo), siendo necesario producir el reagujereado del durmiente para relocalizar los tirafondos o eventualmente sustituir el durmiente afectado. 7. Por acción de las anclas de vía: las anclas transfieren parcialmente al durmiente las cargas Hl. Cuando el durmiente no es debidamente contenido por el balasto, se atraviesa respecto del riel (ya su eje no es normal al riel) produciendo deterioros en la plantilla del durmiente y en las clavaduras y produciendo variaciones de la trocha (normalmente disminución).

DEFECTOS Y DESGASTES DEL BALASTO Se describirán las situaciones de defectos y desgastes más comunes en los materiales empleados como balasto, para aquellos de mayor uso en nuestro país, y los presentes en nuestra región del Sur de Mendoza. Tendremos presente en adelante la característica esencialmente dinámica de las cargas activas, más allá que se las halla representado esquemáticamente a través de tres componentes estáticas equivalentes: P, Hl y Ht. Las causas más comunes que originan defectos y desgaste en el balasto son: 1. Arrastre de material fino por las precipitaciones sobre la vía: las precipitaciones sobre la vía, sobre todo las pluviales (tormentas estivales), suelen producir arrastre de las partículas más finas del material de balasto (limos y arcillas) provocando pérdida de masa del balasto, y en consecuencia disminuyendo la capacidad portante ante la acción de las cargas activas. 2. Porcentajes elevados de humedad: en el caso de balasto de suelo natural y suelo natural mejorado, y en concordancia con el ítem 1, puede quedar agua retenida en la masa de balasto incrementándose el porcentaje de humedad del suelo y pudiendo presentar en consecuencia mayores deformaciones ante la acción de las cargas activas. En estos casos el balasto presenta indicios de plastificación en la zona de contacto con la cara inferior del durmiente lo cual implica que el balasto no recupera sus deformaciones como sí lo hace el paquete ferroviario, quedando en consecuencia una luz entre durmiente y balasto; cuando esta luz es importante (> 1cm) y se produce a lo largo de unos pocos durmientes consecutivos puede dar lugar a “golpes de vía”. 3. Presencia de malezas: en el caso de balastos constituidos con alto porcentajes de suelos finos (limos y arcillas) suelen crecer malezas (llegan a la vía por transporte eólico), cuyas raíces insertadas en el balasto van creciendo progresivamente (si no se las erradica) generando zonas de concentración de humedad y menor capacidad portante.

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4. Pérdida de material por descalce del terraplén: (ancho de plano de formación y obras de arte) si el ancho del plano de formación del terraplén es limitado puede suceder que (ante incrementos del espesor de la capa de balasto) el plano lateral de la capa de balasto llegue al límite del plano de formación, circunstancia que producirá muy probablemente la pérdida de material de balasto por erosión y por la acción de las cargas activas, disminuyendo la capacidad portante del balasto fundamentalmente ante la acción de las cargas Ht. Similar circunstancia puede presentarse en correspondencia con los muros de contención frontales y laterales de las pilas de las obras de arte. Tales circunstancias también pueden originar golpes de vía. 5. Alteraciones del perfil transversal por acción de las cargas: (por acción de la carga Ht y P) La acción de la carga Ht puede producir desplazamientos laterales de la capa de balasto perdiendo el contacto entre punta de durmiente y balasto con lo cual no se produce la transferencia de las cargas Ht, circunstancia que permite el desplazamiento transversal prácticamente libre del paquete ferroviario pudiendo originar torceduras de vía. Las cargas P, combinadas con efectos como los indicados en los ítems 2 y 4, favorecen la formación de golpes de vía. 6. Alteraciones del perfil longitudinal por acción de las cargas: (por acción de las cargas Hl). La acción de las cargas Hl puede provocar el desplazamiento longitudinal (a la vía) desigual de los durmientes (éstos normalmente pierden su perpendicularidad respecto al eje de vía) por falla en la respuesta de las anclas, lo cual trae aparejado una desigual transferencia de las cargas P y Ht al balasto. Puede suceder que las puntas de dos durmientes consecutivos lleguen a estar en contacto con lo cual existirá una concentración importante de las cargas P en correspondencia con uno de los rieles produciendo una mayor deformación (descenso) en la capa de balasto para ese riel. Similar circunstancia se presenta con las cargas Ht produciendo el desalineado longitudinal de la vía (desplazamientos transversales) al concentrarse la transferencia de dichas cargas en una sección más reducida de balasto. 7. Degradación del material por los agentes Climáticos: los agentes climáticos, en particular los ciclos de congelamiento y deshielo característicos de climas semiáridos y áridos, provoca la eventual ruptura de las partículas gruesas e intermedias del balasto (en caso de ripio de barranca o piedra partida) alterando la composición granulométrica del balasto y dando lugar a pérdidas en la capacidad portante del balasto, y más importante aún la pérdida parcial de “elasticidad” del balasto, es decir la capacidad del mismo de recuperar sus deformaciones acompañando el movimiento del paquete ferroviario, dando lugar a efectos como los descriptos en los ítems 2, 4 y 5. 8. Defectos y Degradación del balasto por sustancias peligrosas: de producirse accidentes de vía (descarrilamientos) de trenes de cargas que transporten sustancias peligrosas y nocivas puede verse afectado el material del balasto. Por ejemplo: los elementos viscosos como petróleo y lubricantes Ing. Roberto Vilches

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pueden ejercer una acción de “impermeabilización” del balasto y en consecuencia éste deja de cumplir o cumple parcialmente una de sus funciones, la de permitir la rápida evacuación de las aguas precipitadas sobre la vía; los ácidos, sobre todo el sulfúrico, pueden degradar el suelo constitutivo del balasto, sobre todo si en él hay presencia importante de partículas cuyo origen sean rocas areniscas y calizas.

DEFECTOS Y DESGASTES DEL TERRAPLEN Se describirán las situaciones de defectos y desgastes más comunes en los materiales empleados como terraplén, para aquellos de mayor uso en nuestro país, y los presentes en nuestra región del Sur de Mendoza. Tendremos presente en adelante la característica esencialmente dinámica de las cargas activas, más allá que se las halla representado esquemáticamente a través de tres componentes estáticas equivalentes: P, Hl y Ht. Las causas más comunes que originan defectos y desgaste en el terraplén, considerando que el diseño estructural y geométrico del mismo es adecuado, son: 1. Arrastre de material por precipitaciones sobre la vía: la precipitación pluvial sobre la vía, más allá que el balasto cumpla o no con una de sus funciones, suele producir arrastre del suelo de las caras laterales del terraplén y de los extremos del plano de formación, formando unas características “estrías” sobre el terreno. Si esta circunstancia no se atiende (aportando material) la erosión del terraplén progresará hasta afectar su capacidad portante. 2. Presencia de Malezas: aquí caben similares consideraciones que las realizadas para el balasto, siendo las zonas más afectadas el plano de formación y las caras laterales del terraplén. 3. Altos contenidos de humedad por infiltración de agua retenida por el terraplén: cuando los contenidos de humedad del suelo del terraplén superan el 30 % en peso pueden originarse deformaciones por plastificación del suelo modificando el perfil longitudinal y transversal de vía y en consecuencia originando golpes y torceduras de vía (sí el defecto es localizado). 4. Socavaciones por cauces paralelos a la vía: la presencia de cauces aluvionales cercanos a la base del terraplén pueden originar la pérdida de masa y por tanto afectar la estabilidad del terraplén. 5. Socavaciones por cauces transversales a la vía en obras de arte: similares consideraciones al ítem anterior estando aquí normalmente vinculado a fallas o mal diseño de los cabezales y/o pilas de las obras de arte (entre ellas una elección inadecuada del tipo de obra de arte.).

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6. Asentamientos por defectos de compactación: la variación, a lo largo de la traza, del índice de compactación del terraplén seguramente provocará asentamientos diferenciales, tanto en el sentido longitudinal a la vía como en el transversal, modificando los perfiles longitudinales y transversales de diseño con los consecuentes efectos negativos en la seguridad y confort de marcha de los vehículos ferroviarios. Esto puede originar, también, golpes y torceduras de vía si esos defectos son localizados. 7. Asentamientos diferenciales por defectos en el Balasto: las fallas en la capacidad portante del balasto dan lugar a una transferencia inadecuada de las cargas al terraplén, dando lugar a deformaciones diferenciales en el mismo, pudiendo producir los efectos descriptos en ítem 6. 8. Asentamientos por el Nivel Freático: para los suelos más comúnmente empleados como terraplén (suelos finos) y cuando el nivel freático (1º napa) llega a interesar a la masa del terraplén eleva normalmente el contenido de humedad del terraplén pudiendo llegar hasta la saturación del mismo y, obviamente, reduciendo notoriamente la capacidad portante del mismo. Teniendo presente el carácter dinámico de las cargas pueden presentarse fenómenos localizados de licuefacción de suelos; de más está decir que es una circunstancia por demás indeseable y que puede originar accidentes de vía. En nuestra zona se presenta tal fenómeno en la Llamada “curva de la draga” cercana a la Estación Goudge del Ramal Monte Comán – San Rafael. También se presenta, por citar otro ejemplo, en el inicio del Ramal P. Vargas – Malargüe, afectando la curva de salida de la Estación P. Vargas y la vía recta que se dirige a la Estación C. Montoya. 9. Asentamientos diferenciales por la acción de las cargas (evolución en el tiempo): en los suelos, y con el transcurrir del tiempo, se presentarán asentamientos por consolidación del suelo. Al tratarse de un material incoherente es muy probable que se produzcan asentamientos diferenciales, con las posibles consecuencias citadas en ítem 6. 10. Por la acción animal (roedores): la acción de animales de pequeño porte (su ingreso a la zona de vía no es impedido por alambrados y guardaganados), como ciertos roedores, puede afectar la estabilidad del terraplén toda vez que los mismos pueden “construir” sus madrigueras en la masa del terraplén, generando una suerte de laberinto de galerías; obviamente esta circunstancia afecta seriamente la estabilidad y capacidad portante del suelo llegando a producir su colapso. En nuestra región este hecho se produce con bastante asiduidad en el Ramal Monte Comán – Batavia, obligando a eventuales remoción de masa de terraplén (para eliminar la madriguera) y aportes de material para reconstituir el perfil longitudinal de vía y transversal del terraplén.

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ANALISIS TECNICO DE LA INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

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ANALISIS TECNICO DE LA INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA Introducción En el servicio de transporte ferroviario la infraestructura es un elemento indispensable, esto es obvio, ya que sin ella no sería posible el desarrollo de este medio de transporte terrestre; en definitiva, y en la infraestructura de vía, son los rieles los encargados de “conducir” a los vehículos ferroviarios (tractivos y traccionados o remolcados). Precisamente el desarrollo de la infraestructura de vía es por demás costoso. Para tener una idea aproximada de los Costos Directos involucrados en la construcción de vía nueva y única, se pueden estimar los mismos entre $ 1.000.000 y $ 1.500.000 por kilómetro de vía. La variación dependerá de parámetros tales como: existencia de grandes obras de arte (puentes, túneles, alcantarillados múltiples, etc.), geometría de la sección transversal de la infraestructura de vía (en función de los perfiles longitudinal y transversal de vía), capacidad de carga de la vía (carga por eje), necesidad de desvíos de cruce de vía (por los accidentes geográficos naturales), necesidad de gran número de obras de arte menores (para drenaje de aguas pluviales), número de intersecciones de la vía con caminos (cruces a nivel y a desnivel), etc. Hay que hacer la salvedad que las grandes obras de arte pueden magnificar aún más los costos directos. Téngase como ejemplo el caso de los túneles (para vía única), los cuales y dependiendo de la geomorfología de los macizos rocosos a atravesar, pueden presentar un costo del orden de 2.000 a 4.000 u$s/m, o sea, 2.000.000 a 4.000.000 u$s/km. Las estimaciones de costos realizadas son relativas a las secciones de vía, por lo tanto no incluyen los costos de construcción de estaciones. Los costos relativos a Estaciones son muy variables dependiendo fundamentalmente de la cantidad de vías secundarias, desvíos, infraestructura edilicia y movimiento de suelos (recordar que las estaciones se desarrollan sobre le parámetro que las vías tengan un perfil longitudinal con pendiente nula). Por ejemplo y según el número de vías secundarias y desvíos presentes, será el número de cambios (aparatos de vía) a disponer, con un costo de los mismos que oscila entre los 30.000 a 45.000 $ para cambios ensamblados, y según tangente del cambio.

Relevamiento Técnico de Ingeniería Por lo expresado en la Introducción es más que importante las acciones dirigidas a la preservación (mantenimiento) y mejoramiento de la infraestructura existente. Para llevar a cabo acciones sistemáticas de conservación de vía y para la detección de defectos que puedan dar origen a obras de mejoramiento de la Ing. Roberto Vilches

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infraestructura, es razonable comenzar por contar con un buen Diagnóstico, para lo cual es necesario definir los Parámetros Generales del Relevamiento.

A. PARÁMETROS GENERALES DEL RELEVAMIENTO 1. 2. 3. 4. 5.

Definición de los Objetivos del relevamiento Qué es lo que se va a relevar Porqué se lo va a relevar Quiénes son los encargados de llevarlo a cargo Establecer la descripción de los elementos constitutivos de lo que se va a relevar 6. Establecer la función general de lo relevado 7. Actuar en función de parámetros generales predefinidos en la Normativa Técnica respectiva. 8. Sistematizar los registros del relevamiento, estableciendo la necesaria clasificación del material de vía (Normas Técnicas) y de otros. 9. Llevar a cabo el procesamiento y análisis de lo relevado (construcción del diagnóstico) a los efectos de la toma de decisiones. 10. En función de la decisión adoptada establecer los pasos a seguir para la concreción de las acciones de mejoramiento de la infraestructura de vía existente, entre ellos la identificación de posibles fuentes de financiamiento. A partir de los Parámetros Generales del Relevamiento de Diagnóstico se hace la descripción del relevamiento de infraestructura de vía existente, en particular los ítems 1, 2, 3, 5 y 6 enunciados.

B. OBJETIVOS DEL RELEVAMIENTO B.1. OBJETIVO GENERAL  Poder contar con información relevante del estado general y particular de la infraestructura ferroviaria existente (diagnóstico) a los efectos de definir las acciones de conservación y/o mejoramiento y/o abandono de la misma.  Determinar la capacidad de carga real (en ton. x eje), la velocidad directriz real y la frecuencia real del tráfico ferroviario, en toda la extensión de la infraestructura objeto del relevamiento, y para que el tránsito se desarrolle en condiciones de seguridad. En definitiva se trata de tener en claro el PORQUE y PARA QUE es necesario efectuar el Relevamiento Técnico. Aquí caben aclarar algunas cosas para comprender los alcances de los términos empleados: ¿Qué se entiende por INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA en general?

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El término infraestructura normalmente se lo asocia con todos aquellos aspectos físicos, aunque realmente constituye el conjunto de medios usados para cumplir con un objetivo definido de antemano. Según esta última acepción la infraestructura ferroviaria comprende elementos tales como: planificación y administración del transporte, venta y administración de servicios, vías, edificios, zonas de seguridad, obras de arte, telecomunicaciones, recurso humano, material tractivo y traccionado, equipos en general, mobiliario, procedimientos operativos en general, conservación y mantenimiento en general, interrelación con otros modos de transporte, administración en general, etc. (listado sin asignación de prioridades). ¿Cuál es el alcance que se le da al término INFRAESTRUCTURA en el presente trabajo? Aquí al hablar de INFRAESTRUCTURA nos estamos refiriendo a todos los elementos físicos necesarios para garantizar la circulación de los vehículos ferroviarios (tractivos y traccionados). De contar con información precedente, es decir con diagnósticos previos, se puede tomar la decisión respecto de la extensión del Relevamiento, es decir acotar el objetivo del relevamiento, pudiendo ser el mismo: General: es decir extendido a toda la infraestructura ferroviaria, tanto en cantidad (total) como en calidad (todos los rubros o ítems). Localizado: o sea extendido a una parte de la infraestructura ferroviaria, ya sea por rubros (vía, estaciones, obras de arte, etc.), o por porcentajes de rubros, o una combinación de ambas modalidades. B.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS (METAS)  Obtener información relevante de la Infraestructura de Vía, clasificada por secciones de vía y/o por tramos de vía (sectores con problemas especiales).  Idem anterior respecto a las Estaciones Ferroviarias, Desvíos de Cruce y Desvíos Particulares.  Idem anterior respecto a la Zona de Vía.  Idem anterior respecto a las Obras de Arte. En definitiva las metas se fijan para tener en claro QUE relevar para cumplir con el Objetivo general que nos hemos propuesto. De acuerdo a las metas perseguidas con el relevamiento quedan definidos los ITEMS GLOBALES a considerar en la construcción del Diagnóstico del Estado General de la Infraestructura Ferroviaria, a saber: B.3. ITEMS GLOBALES A CONSIDERAR I. II.

Relevamiento del Estado General de Conservación de Vías (sin considerar Estaciones ni Desvíos de Cruce o Particulares) Relevamiento General de Cuadros de Estación y Desvíos de Cruce y Particulares

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III. IV.

Relevamiento del Estado General de Conservación de la Zona de Vía Relevamiento del Estado General de Obras de Arte

A continuación se realiza la descripción en detalle de los ITEMS GLOBALES indicados en el apartado B.3.

I.

RELEVAMIENTO DEL ESTADO GENERAL DE CONSERVACIÓN DE VÍAS

(sin Estaciones ni Desvíos) Ítems a considerar I.1.- Paquete Ferroviario (conjunto de rieles, durmientes y fijaciones). I.2.- Sub-base de Vías (capa de balasto). I.3.- Base de Vías (terraplen). I.4.- Estado Geométrico de Vías (traza, perfiles longitudinales y transversales). I.5.- Estado Estructural de Vías (estabilidad y seguridad). I.6.- Estado de Aparatos de Vía (cambios). I.1- Relevamiento del Paquete Ferroviario (Vías) Rieles

Descripción de: tipo de rieles (clase y peso unitario), antigüedad de uso. Estado de conservación (clasificación): desgaste de hongo (trocha), alma y patín, oxidación, fisuración, desgaste de orificios de juntas (juego), uniones soldadas. Fiabilidad actual, seguridad. Juntas Descripción de: tipo de eclisas, bulones, arandelas; antigüedad de uso; estado de conservación: alineación vertical y horizontal. Determinación de la necesidad de compactación puntual (golpes) y tratamiento de juntas (realineado, reajuste, reemplazos). Fiabilidad actual, seguridad. Durmientes Descripción de: tipo de durmientes, dimensiones. Estado de conservación (clasificación): general (desgaste, depredaciones), asiento de rieles (plantilla), clavaduras (¿reclavado? => entarugado). Determinación del estado de compactación general (bajo durmientes). Fiabilidad actual, seguridad. Sujeciones de Descripción de clavos y/o tirafondos: tipo, dimensiones Durmientes (diámetro, longitud, paso, cabeza). Estado de conservación: general (desgaste), oxidación, reusados, etc. Fiabilidad actual, seguridad. Fijaciones Descripción y Clasificación (tipo): rígida, elástica y doblemente elástica. Estado general de la fijación y de sus elementos constitutivos. Rigidizadores Descripción y Clasificación (tipo). Estado general de longitudinales rigidizadores. Indicar necesidad de reemplazos por igual u otro y tipo de rigidizadores. Ing. Roberto Vilches

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transversales I.2- Relevamiento de la Sub-base de Vías (Capa de Balasto) Material

Descripción: suelo fino (natural), ripio de barranca, piedra partida. Indicar tamaño de áridos (promedio) y granulometría de corresponder (curva granulométrica). Geometría Descripción de: ancho promedio, espesor bajo durmientes, espesor total, pendientes de faldas laterales. Estado de Descripción de: antigüedad de uso, tránsito recibido (en Ton.) y Compactac. frecuencia del mismo. Grado de Compactación (descriptivo). Estado de Descripción de: Dispersión relativa al terraplén. Grado de Conservación erosión, existencia de malezas, antigüedad. Estabilidad. Seguridad. Otros I.3- Relevamiento de la Base (Terraplén) Material

Descripción de: tipo de material: terreno fino (natural), piedraplén, ripio, etc. Geometría Descripción de: dimensiones: alto, ancho base, ancho coronamiento. Pendientes de faldones, pendiente transversal de cara superior, pendiente longitudinal. Sobreancho en curvas y en derivaciones y/o desvíos. Estado de Descripción de: antigüedad de uso, tránsito recibido (en Ton.) y Compactac. frecuencia del mismo. Grado de Compactación (descriptivo). Estado de Describir: Grado de erosión, existencia de malezas, antigüedad, Conservación dispersión de constituyentes. Estabilidad. Seguridad. I.4- Relevamiento del Estado Geométrico de Vías Rectas

Estado planialtimétrico: pendiente longitudinal y transversal, alineación, orientación. Amojonamiento. Puntos de control de vía (balizamiento). Determinar necesidades de rectificación. Curvas Estado planialtimétrico: radio, longitud, ángulo central de la curva circular. Curvas de transición: longitud, radio equivalente. Pendiente longitudinal, flechas, peraltes (pendiente transversal), estacas de control (de flechas y peraltes), rieles de transición (longitud), sobreanchos. Balizamiento. Determinar necesidades de rectificación. Aparatos de Similar descripción a la indicada en Item I.6. Aquí sólo se Vía (cambios) indicaran aquellos cambios ubicados en las Secciones de vía, analizándolos desde el punto de vista geométrico. Clasificación Descripción por tramos ó sectores de vía que reúnan similar General condición geométrica (muy buena, buena, regular, mala).

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I.5- Relevamiento del Estado Estructural de Vías Rigidizadores Evaluación de los elementos rigidizadores (balasto, obras de Longitudinal. arte, curvas, cambios, pasos a nivel, etc.) como distorsionadores de la alineación longitudinal y transversal de vías. Rigidizadores Idem anterior, pero evaluando fundamentalmente la función de la Transversales capa de balasto en este sentido. Clasificación Descripción por tramos ó sectores de vía que reúnan similar General condición estructural (muy buena, buena, regular, mala). IMPORTANTE Las Clasificaciones Generales explicitadas en los Item I.4 y I.5, en conjunto, brindarán una idea global del Estado de Vía General (exceptuando Cuadros de Estación). Tales clasificaciones deberán contemplar también los resultados del relevamiento realizado en los ítems I.1, I.2 y I.3.

I.6- Relevamiento del Estado de Aparatos de Vía (Cambios) Corazón del cambio

Descripción de: tipo (armado ó monoblock), tangente. Estado de conservación: desgaste del hongo y otros, juego en fijaciones (a durmientes y a rigidizadores) y juntas, oxidación. Rieles Descripción de: tipo (clase y peso unitario), longitud. Estado de Intercalarios conservación: desgaste de hongo, alma y patín, trocha. Fiabilidad actual, seguridad. Agujas Idem anterior. Control de perfil transversal, alineación, trocha y contacto con contra-agujas (cierre del cambio). Barras de Descripción (tipo). Dimensiones. Estado de conservación Protección de general. Estado de Accionamiento: seguridad de la protección. Agujas Clasificación. Contra-agujas Idem anterior. Patas de Idem anterior. cambio Durmientes Idem a “Durmientes” de Item I.1, considerando además sujeciones y dimensiones especiales de los durmientes de cambio (longitud y sección transversal). Rigidizadores Descripción de: tipo (nomenclatura) y estado de conservación del Transversales rigidizador y de las sujeciones (bulones y arandelas). Platinas de Descripción de: platinas de asiento de agujas, contra-agujas, asiento rieles y rigidizadores: existencia y estado de conservación. Accionamien. Descripción de: Tipo (in situ, a distancia). Estado de del cambio conservación de: palancas, barras, marmitas, cerrojos, chavetas y uniones abulonadas. Los accionamientos de cambios accionados a distancia se describirán en Cuadros de Estación (marcos de palancas). Geometría del Control general de dimensiones y comparación con las teóricas. cambio Control de alineación del aparato de vía con respecto a las vías que conecta. Idem para estado altimétrico.

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II -

RELEVAMIENTO GENERAL DE CUADROS DE ESTACIÓN, DESVÍOS DE CRUCE Y DESVIOS PARTICULARES

Ítems a considerar II.1.- Relevamiento del Estado General de Vías (principal, secundarias y desvíos) II.2.- Relevamiento del Estado General de Aparatos de Vía (Cambios) II.3.- Relevamiento del Estado General de Señales II.4.- Relevamiento del Estado General Edilicio (Edif. Estación, Galpones, otros, instalaciones, accesos) II.5.- Relevamiento del Estado General de Playas de Estación (terreno, obstrucciones) II.6.- Relevamiento General de Servicios II.1.- Relevamiento del Estado General de Vías (Principal, Secundarias, Desvíos y Vías de Escape) Vía Principal Vías Secundarias Desvíos (a tope y a brete) Vías de Escape

Idem al análisis de Item I.1. Idem al análisis de Item I.1. Idem al análisis de Item I.1. Función del Desvío (a tope, a brete). Estado de Conservación: de topes y bretes. Características constructivas de los topes y bretes (materiales). Seguridad. Idem anterior. Indicando también longitud y pendientes y situación geográfica (estaciones). Describir en particular el estado del tope y de la cama de arena (freno).

II.2.- Relevamiento del Estado General de Aparatos de Vía (Cambios) Aparatos de Idem a análisis de Item I.6. Vía (Cambios) II.3.- Relevamiento del Estado General de Señales Señales de Acceso a Playa de Estación Señales de Acceso a Vías Secundarias y Desvíos Señales de Cambios Otras

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Describir por Estación: tipo, características, dimensiones, ubicación. Estado de conservación. Necesidades de reemplazo. Idem anterior.

Idem anterior. Idem anterior.

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II.4.- Relevamiento del Estado General Edilicio Edificio de Estación

Galpones Básculas

Viviendas Edificios de Servicios Casillas Varias Otros

Describir: planimetría y cortes, ubicación en la Playa, accesos, servicios. Estado de conservación general. Estado de conservación y de ocupación actual. Necesidades de reparaciones. Indicar eventuales cambios de función (destino del edificio o parte de él). Idem anterior. Idem anterior. Operatividad de la báscula. Control de accionamiento y mecanismos. Necesidades de calibración. Indicar necesidades de reemplazo por mayor capacidad de carga y posibles reemplazos por sistemas de medición de cargas por ejes y ruedas (portátiles). Idem anterior. Necesidades de cambios de destino. Idem anterior: para edificios de Servicio de Agua, Mecánica, Señales, Servicio de Telecomunicaciones, etc. Idem Edificio de Estación. Idem anteriores.

II.5.- Relevamiento del Estado General de Playas de Estación Terreno Forestación Obstrucción de operatividad Malezas

Planialtimetría: dimensiones y niveles. Existencia de derecho de riego. Características, ubicación, superficie, riego (tipo), etc. Describir ubicación de: depósitos de chatarra, camas de rieles, acopio de ripio y material suelto, otros. Vías obstruidas. Describir: ubicación, dimensiones y tipo.

II.6.- Relevamiento General de Servicios Provisión de Agua Potable Provisión de Energía Eléctrica Provisión de Gas Natural Evacuación de Aguas Servidas Transporte Público de Pasajeros Servicio de Irrigación Ing. Roberto Vilches

Describir: existencia, conservación actual. Idem anterior.

tipo,

ente

proveedor.

Estado

de

Idem anterior. Idem anterior. Describir: existencia. Empresa servidora, frecuencias. Idem anteriores.

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III.-

RELEVAMIENTO DEL ESTADO GENERAL DE CONSERVACIÓN DE LA ZONA DE VÍA

Ítems a considerar III.1.- Relevamiento General de la Seguridad III.2.- Relevamiento General del Balizamiento de Vía III.3.- Relevamiento General del Estado del Sistema de Comunicaciones III.4.- Determinación de Zonas de Riesgo III.5.- Relevamiento del Estado General de Pasos a Nivel y a Desnivel III.1.- Relevamiento General de la Seguridad Alambrados Guarda ganados Trampas Señalización

Visibilidad

Describir: características de: postes, alambres, tensores, etc. Estado de conservación actual. Describir: existencia, ubicación, características constructivas, estado de conservación. Idem. anterior. Describir: El estado de señales ferroviarias en zona de vía y en los caminos que la intersecan (indicadores de límite de velocidad, pendientes y longitudes, etc.). Lo demás ya ha sido considerado en Playas de Estación, Desvíos y Pasos a Nivel. Describirla para la circulación ferroviaria y para la circulación vehicular, basándose en “rombo de visibilidad” (según normativas viales y ferroviarias). Indicar ubicación y características de obstáculos visuales en Pasos a Nivel (fundamentalmente aquellos que se encuentren dentro del “rombo de visibilidad”).

III.2.- Relevamiento General del Balizamiento de Vía Mojones Kilométricos Postes de Vía Otros Puntos Fijos

Describir: existencia, posición, tipo, estado de conservación actual, confiabilidad, etc. Idem anterior. Idem anteriores.

III.3.- Relevamiento General del Estado del Sistema de Comunicaciones Postes de Vía Describir: existencia, posición, tipo, estado de conservación actual, indicadores de kilometraje y Nº de poste, tensores (estabilidad). Cruces Describir: existencia, tipo, estado de conservación actual. (soportes de aisladores) Líneas (hilos) Idem anterior. Ing. Roberto Vilches

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Telegráficas Accesorios (aisladores)

Idem anterior.

Nota: Este Item se incluye con el objeto de relevar el grado de depredación de las instalaciones ferroviarias, aunque en el proyecto a elaborar se puede considerar su reemplazo por formas alternativas y de mayor eficiencia de servicio de comunicaciones (enlace por radio, microondas, satelital, etc.).

III.4.- Determinación de Zonas de Riesgo Zonas Anegables

Describir: ubicación y magnitud probable de zona anegable, posibles causas (aluvionales, precipitación pluvial, desborde de cauces, etc.). Indicar necesidad de limpieza de obras de arte y/ó complementarias existentes ó construcción de nuevas para prevención de accidentes. Idem anterior.

Zonas de Revenimiento de Napas Freáticas Zonas de Describir: ubicación, magnitud probable. Derrumbes necesidad de obras de prevención. Zonas de Idem anterior. Ejemplo: “Volcanes”. Suelos Inestables

Existencia

y/ó

III.5.- Relevamiento del Estado General de Pasos a Nivel y a Desnivel (Cruces) Clasificación Cruce Estado Geométrico Estado Estructural Señalización

Protecciones Visibilidad

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A Nivel ó en Desnivel. Con Ruta (Nac. ó Prov.), indicar Nº de ruta; camino vecinal, huella, etc. Características: camino pavimentado, estabilizado, enripiado, de tierra, etc. (indicar sólo en relación al cruce). Relevamiento planialtimétrico del Paso a Nivel ó Desnivel: dimensiones, niveles, perfil transversal (a vía) y longitudinal. Describir: grado de compactación (de vía y camino), estado del camino y de la vía (en relación al cruce). Describir: tipo de Señales existentes (ferroviarias y camineras) y distancia respecto del Cruce. Estado de conservación de las mismas. Necesidad de otras según normativa técnica ferroviaria y vial. Describir: existencia y tipo de Barreras y Señales Fonoluminosas, otras. Estado de conservación de las mismas. Idem a Item III.1. Se describe para Pasos a Nivel.

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IV.-

RELEVAMIENTO DEL ESTADO GENERAL DE OBRAS DE ARTE

En este ítem general hay que prestar especial cuidado ya que las Obras de Arte en general son costosas y su estado de conservación está estrechamente vinculado a la seguridad del tráfico ferroviario. Ítems a considerar IV.1.- Relevamiento del Estado General de Puentes IV.2.- Relevamiento del Estado General de Alcantarillas IV.3.- Relevamiento del Estado General de Obras de Arte Menores (sifones, conductos, drenajes, etc.) IV.4.- Relevamiento del Estado General de Obras de Contención (malecones, muros de sostenimiento, tablestacados, defensas, etc.)

IV.1.- Relevamiento del Estado General de Puentes Ubicación y Dimensiones Tramos

Describir: ubicación del eje (kilómetro), luz total, altura intradós, ancho, planialtimetría. Describir: tipo estructural, material, luz libre, luz entre apoyos, ancho y alto, estado de conservación estructural (barras y uniones). Indicar necesidad de reparaciones y/ó reemplazos. Prestar especial atención a la superestructura metálica de puentes en cuanto a su estado de oxidación y de las uniones. Apoyos de Describir: tipo (simple, doble, etc.), material, dimensiones, estado Tramos de conservación. Indicar necesidad de reparaciones y/ó reemplazos. Pilas (apoyos Describir: tipo estructural, material, número y ubicación relativa, centrales) dimensiones, estado de conservación. Indicar necesidades de reparaciones. Cabezales y Describir: idem anterior. Alas Defensas Describir: idem anterior. Identificar (gabiones de piedra, muros de hormigón y/ó mampostería, patas de gallo, etc.). Estado general de conservación. Necesidad de reparaciones. Nota: Para todos los ítem: Si el material es hormigón prestar especial atención al estado de fisuración, indicando si hay armaduras expuestas. Si es mampostería atender al estado de fisuración y degradación. Si es acero (perfiles y/ó rieles) verificar estado de oxidación y desgaste (degradación). Todo lo descripto indicará la necesidad de reparaciones y/o reemplazos. Se considera Puente (desde el punto de vista ferroviario) a toda obra cuya luz entre apoyos sea mayor ó igual a 5,00 m. Para luces inferiores considerar en Item IV.2 ó IV.3.

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IV.2.- Relevamiento del Estado General de Alcantarillas Ubicación y Dimensiones Tipo Función Tramo

Apoyos de Tramos Cabezales y Alas Defensas

Describir: Idem Item IV.1. Alcantarilla Simple o Múltiple. Describir: si se encuentra sobre canal ó hijuela de riego, si es para drenaje, si está sobre cauce aluvional (arroyos secos), si es para desagüe de aguas pluviales, otros. Describir: Idem Item IV.1. Si la estructura resistente está constituida por paquetes de rieles, indicar cantidad y disposición constructiva. Estado general de conservación. Necesidad de reparaciones. Describir: Idem Item IV.1. Describir: Idem Item IV.1. Describir: Idem Item IV.1.

Nota: A los efectos del relevamiento se considera Alcantarilla a toda obra cuya luz libre sea inferior a 5,00 m y cuya sección transversal sea superior a 1,00 m2. La excepción a esta regla serían las Alcantarillas Múltiples, las cuales se relevarán en este mismo ítem.

IV.3.- Relevamiento del Estado General de Obras de Arte Menores Ubicación y Dimensiones Tipo y Característic. Función Cabezales Defensas

Describir: Idem Item IV.1. Describir: Tipo: caños, sifones, drenajes, otros (material: hormigón, mampostería, acero, durmientes, piedra). Describir: Idem Item IV.2. Describir: Idem Item IV.2. Describir: Idem Item IV.2.

Nota: Se incluirán en este Item sólo las Obras de Arte menores a 1,00 m2 de sección transversal. Las mayores se incluirán en Item IV.2.

IV.4.- Relevamiento del Estado General de Obras de Contención Muros de Sostenimien. Estabilizador. de Terraplén Represas Otras

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Describir: función (en relación a la vía u obras de arte), tipo estructural, material constitutivo, estado de conservación. Describir: idem anterior. Describir: idem anterior. Indicar si cumple alguna otra función. Describir: Idem anterior.

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Notas: Para todos los ítems: Si el material es hormigón prestar especial atención al estado de fisuración, indicando si hay armaduras expuestas. Si es mampostería atender al estado de fisuración y degradación. Si es una combinación de acero (perfiles y/ó rieles) y madera (durmientes u otras) verificar estado de oxidación, desgaste (degradación) y contaminación (existencia de hongos y/o bacterias en la madera). Todo lo descripto indicará la necesidad de reparaciones y/o reemplazos.

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MEJORAMIENTO DE VÍA OBRAS TIPO

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MEJORAMIENTO DE VIA - OBRAS TIPO El Relevamiento Técnico descripto, como ya se indicara, tiene por objeto construir un Diagnóstico General del Estado de Conservación de la Infraestructura Ferroviaria y establecer la Clasificación de los Elementos de la Infraestructura Ferroviaria. Dentro de las mismas, y en particular, el estado de conservación de las vías es un objetivo prioritario por su estrecha vinculación con la seguridad del tráfico de los vehículos ferroviarios. Se tendrá aquí en cuenta este hecho para determinar las necesidades de conservación y/o mejoramiento de la infraestructura de vías. Aquí se debe tener en cuenta la posibilidad de alteraciones significativas en el tráfico ferroviario futuro en cuanto a: carga por eje, número promedio de vehículos (o ejes) por día, porcentaje relativo de transporte de cargas y de pasajeros, velocidad directriz, perfil longitudinal y transversal, interacción actual y potencial futura con otros modos de transporte; entre los más significativos. Sobre el particular, y como dato indicativo, se describirán sucintamente los diversos tipos de obras que pueden realizarse y sus costos aproximados para vía general única. En general los tipos de obras más comunes para el mejoramiento de vías existentes, son:   

CONSERVACIÓN DE VÍA RENOVACIÓN DE VÍA MEJORAMIENTO DE VÍA

CONSERVACION DE VIA La Conservación de Vía no es una obra, al menos en el sentido técnico, ya que no presenta características tales como: fecha de inicio, fecha de terminación, objetivo particular definido y extensión acotada, entre otras. Presenta las siguientes características generales:   

Es una tarea de desarrollo planificado y continuo en el tiempo y mientras permanezca en servicio una o varias secciones de vía y las correspondientes estaciones. Un objetivo general definido: el mantenimiento de la infraestructura de vía en condiciones de operatividad preestablecidas. Metas particulares para cada periodo de trabajo (Ej.: año calendario) y para cada sección o sector de vía, y concordantes con el Objetivo General. Es

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 

conveniente formular las metas y posteriormente evaluarlas con la metodología de proyectos orientada a procesos. Una extensión sólo limitada por las secciones de vía y estaciones necesarias para la explotación del modo de transporte. Asigna los recursos necesarios para cumplir con los objetivos definidos.

TIPOS DE CONSERVACION DE VIA Los Tipos de Conservación de Vía pretenden establecer una suerte de clasificación fundada en la magnitud y complejidad de los trabajos necesarios para mantener la infraestructura de vía en condiciones de transitabilidad predefinidas, siempre y cuando los mismos no requieran de acciones de mayor envergadura como lo son las Obras de Renovación o Mejoramiento de Vía. Conservación Liviana Se desarrolla en vías que presentan un estado general muy bueno. Normalmente se trata de tareas repetitivas como: desmalezado de vía y zona de vía, control de la infraestructura de vía en general, rectificaciones menores (Ej.: reapretado de tornillos y tirafondos) que usualmente no implican reemplazo de elementos. Se realiza con las cuadrillas fijas y con empleo de equipamiento liviano. 

Equipos y Herramientas empleados más comunes: zorra de traslado de personal y equipos, desmalezadoras, tirafondeadoras, abulonadoras, llaves de vía, picos, palas, barretas, etc.

Conservación Media o Mediana Se desarrolla en vías que presentan un estado general bueno. Se realiza con las cuadrillas fijas y con empleo de equipamiento liviano y eventualmente con equipamiento semipesado. 

Equipos y Herramientas empleados más comunes: zorra de traslado de personal y equipos, desmalezadoras, tirafondeadoras, abulonadoras, agujereadoras, llaves de vía, picos, palas, barretas, matisas chicas, trenes p/ descarga de balasto y traslado de durmientes, rieles y elementos de unión, etc.

Conservación Pesada Se desarrolla en vías que presentan un estado general regular. Se realiza con cuadrillas especiales (fijas y volantes) y se recurre al empleo de equipamiento liviano y semipesado.

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

Equipos y Herramientas empleados más comunes: zorra de traslado de personal y equipos, desmalezadoras, tirafondeadoras, abulonadoras, agujereadoras, llaves de vía, picos, palas, barretas, matisas chicas, trenes p/ descarga de balasto y traslado de durmientes, rieles y elementos de unión, etc.

Conservación Localizada Se desarrolla en vías que presentan un estado general regular o malo en un sector de vía bien definido y acotado (normalmente menor a una sección de vía), es decir que no presenta una envergadura tal que justifique económicamente la realización de Obras de Mejoramiento o Renovación de Vía. Normalmente hace referencia a conservación media o pesada. Se realiza con cuadrillas volantes. Notas  Si el estado general de vías es malo y extendida tal situación a toda una sección de vía o varias de ellas, ya empieza a ser recomendable analizar la posibilidad de realizar Obras de Mejoramiento o Renovación de Vía.  Nótese que los equipos y herramientas indicadas para conservación mediana, pesada y localizada es básicamente la misma. La diferencia está en el objetivo de cada una de ellas, es decir, en la extensión de los trabajos y tiempos asociados.

IMPORTANTE   

 

Se ha indicado en la conservación de vía, y en materia de recursos humanos, que los trabajos pueden ser realizados con cuadrillas fijas y volantes. Las cuadrillas fijas son aquellas que operan en un tramo determinado de vía (Ej.: dos secciones de vía). Las cuadrillas volantes son aquellas que no tiene asignado un tramo determinado de vía y que pueden actuar reforzando la dotación de las cuadrillas fijas de acuerdo a los requerimientos de trabajo (normalmente cuando es necesario realizar conservación media o pesada). El trabajo en cuadrillas fijas y volantes hace referencia a un concepto histórico de organización del trabajo, el que aplicaba Ferrocarriles Argentinos, empresa del Estado. Es más conveniente emplear una organización del trabajo más flexible y basada en dos figuras:  Equipos de Inspección de Vía: normalmente constituidos por dos personas y que tienen asignado un tramo definido de vía para relevar y producir rectificaciones menores y eventuales (reapretado de tornillos y tirafondos, reemplazo de anclas, etc.). Estas personas deben estar especialmente capacitadas para efectuar el relevamiento y diagnóstico del estado de vías.  Cuadrillas Volantes: actúan en función de los requerimientos de conservación definidos por el relevamiento de vía sin tener asignados una extensión particular de vías. Deben tener una alta capacidad de respuesta ante emergencias (Ej.: descarrilamientos) y estar equipadas en consecuencia. En países avanzados en cuanto a tecnología y explotación

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

del medio ferroviario, estas cuadrillas ante emergencias suelen ser trasladadas al lugar de los hechos en helicóptero. La organización flexible planteada es razonable en la medida que el estado general de vías a conservar sea al menos bueno, en otras palabras, que demande de reparaciones y/o rectificaciones menores.

LISTADO DE TAREAS DE CONSERVACION MÁS COMUNES A los efectos de ser más claros en cuanto a lo que implica físicamente la conservación de vía, se enuncian las tareas más usuales discriminándolas en: secciones de vía, estaciones y desvíos (de cruce y particulares), cruces a nivel y obras de arte. En Secciones de Vía          

Control directo de los elementos de la infraestructura de vía. En juntas riel – riel: reapretado de juntas con eventual reemplazo de elementos (eclisas, tornillos y arandelas). En juntas riel – durmiente: reemplazo de tirafondos, clepes y arandelas, platinas, cambio de clavadura (entarugado, agujereado de durmiente y tirafondeado). Cambio de durmientes y ejecución de clavaduras. Desmalezado de vía y de zona de vía. Reparación de alambrados de zona de vía. Alineación de vía recta: preventivo en general y preventivo o correctivo en particular en zonas sensibles a la producción de torceduras de vía (acceso a curvas, a obras de arte, a cambios, a cruces a nivel). Alineación en vía curva: para mantenimiento de curva circular (control por estacas de curvas) y de curvas de transición (en éstas se producen normalmente los mayores desplazamientos horizontales de vía). Compactación de durmientes: preventivo o correctivo, en especial en correspondencia con las juntas riel – riel, para evitar o corregir golpes de vía. Rectificación de perfiles de balasto y terraplén.

En Estaciones y Desvíos  

Control de cambios y eventual reemplazo de elementos, sobre todo agujas, barras de cambio, accionamientos, barras de protección y clavaduras. En el caso de los cambios el control del accionamiento (movilidad del cambio) es una tarea muy importante. No sólo hay que revisar el aparato de vía en sí mismo, sino todos los dispositivos de accionamiento y señalamiento respectivos, ya sea local o a distancia (marmitas, marcos de palancas, cables para accionamiento a distancia y guías, trabas del cambio, barras de protección, señales) y la accesibilidad a los mismos. Se produce la reparación y eventual reemplazo de los mismos.

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  

Control particularizado de juntas riel – riel y riel – durmiente del cambio y en los extremos del mismo. Reapretado de las mismas y reemplazos necesarios. Control de compactación de balasto y rectificaciones necesarias. Para los elementos existentes en vías (general, auxiliares y desvíos) se puede referir el trabajo de conservación a los ítems indicados en Secciones de Vía.

En Cruces a Nivel    

Compactado de balasto. Control y reapretado de juntas aledañas al cruce. Normalmente se evita la colocación de juntas riel – riel en los cruces. Control de rieles rigidizadores del cruce, y eventual reemplazo de rieles y clavaduras. Articulación de acciones con DNV, DPV´s o Municipios para el tratamiento de carpetas de pavimento y señales carreteras ferroviarias. Reparación y/o reemplazo de losetas de hormigón (en caso de estar materializado así el cruce).

En Obras de Arte  

Control comparativo de alineado de vía respecto de la superestructura de la obra de arte, y eventual rectificación del alineado de vía. Control y eventual rectificación de elementos rigidizadores de vía (rieles y otros). Notas:  La mayoría de las acciones indicadas pueden ser preventivas, pero circunstancia dependerá de la seriedad y secuencia de los controles de (relevamiento y diagnóstico).  El listado de acciones no está ordenado por prioridades. Estas dependen estado de la infraestructura de vía en un momento dado y de la “historia” sector (acciones de conservación precedentes, accidentes, etc.).

tal vía del del

RENOVACION DE VIA Este tipo de obra de mejoramiento implica la realización de las siguientes tareas centrales:

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1. Relevamiento Técnico de Ingeniería según la descripción realizada en el apartado correspondiente. 2. Elaboración del diagnóstico de situación general y particular (por rubros). 3. Toma de Decisión respecto al tipo de obra de mejoramiento más apropiada para la problemática descripta por el diagnóstico: implica la evaluación económica – financiera considerando el probable flujo de caja producto del tráfico estimado y la estimación del plazo de amortización en función de la vida útil de las alternativas de obras posibles. Aquí se decide el tipo de obra de mejoramiento de vía a ejecutar si el resultado del diagnóstico indica que no es posible resolver los problemas detectados con acciones de conservación de vía y de obras de arte. 4. Relevamiento Planialtimétrico de la o las secciones a renovar. 5. Elaboración del proyecto de vía para secciones de vía (perfiles y materiales), zona de vía, obras de arte e instalaciones. 6. Ídem anterior para estaciones, desvíos de cruce y todas sus instalaciones complementarias; de estar comprendidas dentro de las acciones a ejecutar en función del diagnóstico realizado. 7. Planificación general de la obra que involucra la definición de aspectos tales como: recursos necesarios (humanos, equipos y económico – financieros), evaluación y definición de tiempos (cronograma de tareas), organización de recursos (roles, funciones y responsabilidades), etc. 8. En el aspecto jurídico institucional evaluar alternativas de contratación y definir la misma. 9. En obra implica: 9.1. Ubicación de Obrador: puede ir cambiando su ubicación en función del avance de obra y del desarrollo longitudinal de la obra (extensión). 9.2. Limpieza de Obra: es una tarea progresiva en el tiempo en la medida de avance de frente de obra e implica el desmalezado de vía, de zona de vía y cauces de obras de arte, y eventual remoción de suelos. 9.3. Replanteo de obra: es una tarea progresiva en el tiempo en función del avance de obra. 9.4. El cambio total del paquete ferroviario existente (rieles, durmientes y fijaciones riel - durmiente y riel - riel) por material nuevo. 9.5. El reemplazo total del material de balasto existente por material nuevo. 9.6. La rectificación del plano de formación y el eventual refuerzo y estabilización del terraplén existente. 9.7. La rectificación consecuente de obras de arte existentes o su reemplazo y/o complementación por otras nuevas (por cambios en el estado de la obra de arte en sí misma, por el proyecto de vía, por alteraciones geomorfológicas, geotécnicas o de perfiles de cauces existentes). 9.8. La construcción de obras de arte nuevas. 9.9. La rectificación y estabilización de cauces en el entorno de las obras de arte. 9.10. La adecuación del sistema de señalización y balizamiento de vía, estaciones, desvíos en estaciones, desvíos de cruce, vías de escape, construcción de refugios, cruces carreteros a nivel, etc.

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10. Limpieza de Obras: puede ser realizada en forma progresiva con retiro del material de vía extraído, su acopio y posterior envío para su reutilización o desguase. 11. Entrega de Obras: puede ser realizada por tramos y en forma progresiva. No obstante cuando las obras involucran a más de una sección, también se hace entrega de obras para secciones completas. Los Cortes de Vía Normalmente estas obras se ejecutan en vías en servicio, es decir se desarrollan bajo tránsito. En vía única esto implica introducir una condicionante muy significativa respecto a la productividad en obra, ya que las tareas en obra de reemplazo del paquete ferroviario indicadas deben realizarse en tiempos muy limitados mediante la metodología de cortes de vía. El corte de vía significa tener liberada la sección de vía (sin tránsito) donde se realizará el corte de vía durante un periodo de tiempo limitado, normalmente entre 5 y 8 horas (depende del volumen de tránsito). La asignación de este tiempo la realiza la empresa explotadora del servicio ferroviario, a través de su Dpto. de Transporte, a la empresa encargada de la obra. Los tiempos asignados deben ser respetados en forma estricta; su no cumplimiento ocasiona seguramente el cobro de multas (tal circunstancia está contemplada en los Pliegos de Condiciones Generales). Un corte de vía siempre implica los reemplazos indicados de un tramo de vía acotado, normalmente un múltiplo entero de la longitud de riel empleado. Al término del corte de vía debe entregarse la vía en condiciones de transitabilidad. Normalmente ocurre que en el tiempo asignado no es posible realizar las tareas de aporte de material de balasto y su compactación, por lo cual deben fijarse restricciones a la velocidad de circulación en el tramo comprendido en el corte de vía, usualmente comprendido entre 12 y 20 km/h. El aporte de balasto y su posterior compactación se realiza con vehículos que “ocupan” la vía; el aporte se hace con una formación de tren (locomotora y tolvas) y la compactación con un vehículo llamado matisa en la jerga ferroviaria; por lo tanto implican ambas el establecimiento de nuevos cortes de vía en el mismo tramo de vía. El trabajo en obra de un corte de vía puede realizarse básicamente de dos formas: 1. Una de carácter más artesanal que implica: el desarmado de la vía existente produciendo el retiro por elementos de la vía; y el armado “in situ” de la vía nueva, o sea con traslado y colocación de elemento por elemento que previamente ha sido estibado al costado de la traza de vía. 2. Otra de carácter mecanizado que implica: desempalme y retiro de tramos completos de vía existente (paquete ferroviario); y la colocación de tramos completos de vía nueva, previamente armados en obrador. La primera forma se practica cuando hay limitaciones en la disponibilidad de medios mecánicos pesados, recayendo el peso del trabajo en la mano de obra y Ing. Roberto Vilches

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en elementos mecánicos livianos (agujereadoras, tirafondeadoras, sierra de rieles, abulonadoras, matisas chicas, herramientas de vía, etc.). La segunda forma se practica cuando hay disponibilidad de medios mecánicos pesados (grúas en obrador o puentes grúas, grúas “in situ” y montadas sobre vagones, cargadoras frontales, motoniveladoras, retroexcavadoras, matisas grandes, etc.), medios mecánicos livianos ya descriptos y mano de obra especializada. Obviamente la segunda forma otorga mayor eficiencia en cuanto a cortes de vía en particular, y en general a la obra de renovación de vía. Aclaraciones: 







La llamada “matisa chica” es un vehículo ferroviario con tracción propia que produce sólo el compactado del balasto. Para tener una idea aproximada es un vehículo del tamaño de un auto mediano y con un peso aproximado de 1500 kg. El levante de vía con gatos de vía se hace previamente al ingreso de la matisa al sector de obra; luego de la operación de compactado se realiza el alineado de vía (lo hacen las cuadrillas con barretas) y el perfilado manual del balasto. Estas matisas tienen una perfomance de 250 a 400 m/día de compactado de vía. Ver Anexo de Compactado de Balasto. La llamada “matisa grande” es en realidad una máquina del tamaño de una locomotora que produce las siguientes acciones: levante de la vía, alineado de la vía mediante dispositivo de apunte láser, compactado del balasto previo volcado del mismo y perfilado del balasto. Normalmente se la incluye en una formación de tren constituida por: locomotora, tolvas y matisa. En otras palabras, el volcado de balasto se produce en forma simultánea a las acciones propias de la matisa. La formación (matisa incluida) puede tener una perfomance de 0,8 a 1,5 km/día, para todas las acciones descriptas. En ambos casos la importante variación en cuanto a eficiencia está sujeta a factores tales como: espesor de la capa de balasto, calidad del trabajo de corte de vía (alineado de la vía), longitud de vía recta y curva involucrada en el trabajo, idoneidad del personal a cargo de las operaciones, calidad del mantenimiento de equipos, planificación adecuada de los trabajos, disponibilidad de tiempos de ocupación de vía (cortes de vía), etc. El término “matisa”, incorporado a la jerga ferroviaria para identificar equipos de compactación de balasto, hace referencia en realidad a una marca particular de estos equipos que data de principios del Siglo XX.

Dependiendo de la incidencia de los factores indicados los costos directos de la Renovación de Vía pueden oscilar entre $ 60.000 y $ 120.000 por kilómetro de vía y para la infraestructura de vía propiamente dicha. En algunos kilómetros el costo puede ser mayor dependiendo de la importancia de reparaciones y adecuaciones al proyecto de vía en obras de arte. En el caso de tener que producir reemplazos significativos y/o construcción nueva de obras de arte existentes (por su deficiente estado general), es conveniente tomar tales trabajos como proyectos en sí mismos, es decir, separados de la Obra Ing. Roberto Vilches

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de Renovación de Vía; y realizarlos previamente a la renovación de vía en acuerdo al proyecto de la misma. ANEXO - COMPACTADO DE BALASTO Se indicará aquí esquemáticamente como se realiza el compactado de balasto mediante el uso de matisas. Ver Figuras O1 y O2.

Figura O1 – Palas Compactadoras en Planta

Matisa Chica

VIA Balasto

Palas Compactadoras

Plano de Formación

Figura O2 – Vista Lateral de Matisa La acción de compactado la realizan las palas de la matisa, las cuales se hincan en el balasto por accionamiento hidráulico con un ángulo de ~ 15º respecto a la vertical (hacia afuera), llegando sus puntas a aproximadamente 20 cm por debajo de la cara inferior de los durmientes. A partir de ese momento las palas van ejerciendo una acción vibratoria sobre la masa de balasto y simultáneamente van girando hacia adentro (Figura O2) hasta llegar a un ángulo de ~ 15º respecto de la vertical (hacia adentro). Producido esto se retiran las palas y se avanza al próximo

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durmiente, o sea, se compacta el balasto durmiente por durmiente en un proceso que dura ~ 1 a 1,5 minutos.

MEJORAMIENTO DE VIA El Mejoramiento de Vía reconoce en general las mismas etapas de desarrollo que las citadas para la Renovación de Vía, con algunas excepciones que se indican en Nota. Y también es necesario su desarrollo a través de la metodología de cortes de vía descripta. Puede clasificarse en general en dos tipos:  

Mejoramiento de Vía – Tipo 1 Mejoramiento de Vía – Tipo 2

MEJORAMIENTO DE VIA TIPO 1 Implica el reemplazo completo de rieles existentes por rieles usados reperfilados en ambas caras laterales del hongo (para restituir su perfil transversal original), el reemplazo de durmientes existentes hasta en un 60 % aproximadamente (eventualmente se puede optar por el reemplazo del 100 % según el estado de los durmientes existentes), el reciclado del balasto existente con posible aporte de material de balasto nuevo y el reemplazo de elementos de sujeción riel – durmiente. Dependiendo de la incidencia de los factores indicados los costos directos del Tipo 1 pueden oscilar entre $ 350.000 y $ 500.000 por kilómetro de vía.

MEJORAMIENTO DE VIA TIPO 2 Implica el reemplazo completo de rieles existentes por rieles usados reperfilados en una de las caras laterales del hongo, el reemplazo de durmientes existentes hasta en un 40 % aproximadamente (eventualmente se puede optar por un porcentaje mayor de reemplazo según el estado de los durmientes existentes), el reciclado del balasto existente sin aporte de material nuevo y el reemplazo de elementos de sujeción riel – durmiente por una mezcla variable de material nuevo y usado en buen estado. Dependiendo de la incidencia de los factores indicados los costos directos del Tipo 2 pueden oscilar entre $ 250.000 y $ 350.000 por kilómetro de vía. Nota Ing. Roberto Vilches

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

En ninguno de ambos tipos se hacen cambios sobre el terraplén existente, sobre las obras de arte y sobre el sistema de señalizaciones, en general. En esto ítems sí puede haber acciones puntuales ante la evidencia de deterioros graves sin posible recuperación de los elementos afectados.

TOMA DE DECISIONES La toma de decisiones implica, en general, adoptar alguno de los tipos de obras descriptos para producir el mejoramiento y adecuación a nuevas exigencias de tráfico de la infraestructura de vía existente. En función de optimizar costos puede decidirse, para secciones de vía o ramales o conjunto de ramales, implementar acciones diferenciadas por tramos según el estado de vía existente. Es decir, se pueden combinar distintos tipos de obra de los hasta aquí descriptos. En el caso del Mejoramiento de Vías (Tipo 1) si el diagnóstico indica reemplazos importantes que hacen que los costos de las obras a encarar se acerquen a los de Renovación de Vías, posiblemente sea conveniente adoptar esta última y no la primera. También dependerá esta decisión de la disponibilidad de materiales de vía (fundamentalmente rieles, durmientes y uniones) adecuados a cada caso, ya que estos materiales son escasos y no se producen a escala comercial. Los costos directos indicados corresponden a valores promedios. Pueden sufrir alteraciones significativas en algún kilómetro de vía (tomado éste como parámetro de comparación) de las secciones o ramales involucrados en las obras de mejoramiento si existe la necesidad de efectuar acciones puntuales muy significativas (reparaciones mayores) en elementos de la infraestructura de alto costo asociado, como ser: Puentes de gran luz (mayor a 50 m): reparaciones importantes en la infraestructura o la superestructura del puente, por estados de fisuración significativos, asentamientos de cabezales y/o pilas, estados de corrosión generalizados que involucren reemplazos de elementos estructurales y de unión, etc. Túneles: en cuanto a estabilización de rocas (por fisuración) o de los elementos de estabilización (cabezales o bóvedas de hormigón), o rectificaciones importantes de acuerdo a proyecto altimétrico de vías. Alcantarillados Múltiples: Idem a puentes. Muros de Sostenimiento: por estados de fisuración graves, alteración de estabilidad (por pérdida de capacidad portante del suelo), modificación geométrica y estructural del muro por las modificaciones del proyecto de vías, etc. Estabilización del Terraplén: en zonas de ciénagas o anegables a través de zanjas de drenaje y/o pozos de drenaje con estaciones de bombeo para deprimir la napa freática. Ing. Roberto Vilches

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Entre otras. Para las decisiones que se adopten en materia de obras de infraestructura de vía no solo deben ser evaluados los costos directos (pormenorizadamente), sino también evaluar otros ítems como ser: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Costos indirectos, externalidades e intangibles. Gastos generales. Cargas impositivas. Costo de oportunidad. Evaluación de Beneficios Flujo de Caja para el Horizonte de Proyecto (vida útil) Evaluación Económica, con indicadores económicos, como ser el VAN y la TIR, relación beneficio/costo, etc. 8. Identificación de fuentes de financiamiento. 9. Evaluación financiera. 10. Ingeniería financiera del proyecto. En otras palabras llevar a cabo la Evaluación Económico Financiera del Proyecto de obra, y sobre parámetros comparativos con obras de similar índole y significación en cuanto a la explotación integral ferroviaria. Si la explotación ferroviaria es parte de un Sistema Integrado de Transporte, deberá además realizarse la ponderación de costos y los otros ítems indicados del sistema en su conjunto a fin de la toma de decisiones, fundamentalmente en lo relativo a la oportunidad de ejecutar las obras proyectadas en el contexto macro y microeconómico.

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