Libro Tecnica Ferroviaria

Alejandro Álvarez Stein

Técnica ferroviaria

Datos de catalogación bibliográfica: TÉCNICA FERROVIARIA Alejandro Álvarez Stein alvarezstein@movístar.es EDITORIALTÉBAR, S.L, Madrid, año 2012 ISBN: 978-84-7360-481 -9 Materias: 625: Técnica de las vías de comunicación 656: Ferrocarriles-organización y gestión Formato: 165 x 240 mm. Páginas: 400

www.editorialtebar.com

Todos los derechos reservados. Queda prohibida, salvo excepción prevista en la Ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de esta obra sin contar con la autorización expresa de Editorial Tébar. La infracción de estos derechos puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y siguientes del Código Penal). TECNICA FERROVIARIA

© 2012 Editorial Tébar, S.L. C/Toboso, 117 28019 Madrid (España) Tel.: 91 550 02 60 Fax: 91 550 02 61 pedidos@editorial tebar.com www.editorialtebar.com ISBN: 978-84-7360-481-9 Depósito legal: M-34633-2012 Diseño editorial: AnnalisaTantini Diseño de portada: AlvaroTebar Imprime: Publiequipo INDICE ÍNDICE

1. La Vía 13 Historia 14 La vía y sus componentes 20 Estabilidad de los trenes en las vías 52 Vías sin balasto 59

Trazado 87 Mantenimiento de la vía 98 Soldadura de los carriles 111 Engrase de los carriles 116 Aparatos de vía 117 Inspección de las vías 126 2. Electrificación 135 Ventajas 137 Inconvenientes 137 Evolución de las instalaciones eléctricas 138 Motores 141 Suministro eléctrico a los convoyes 144 Generación -Transformación 146 Potencia de las subestaciones 149 Ubicación de las subestaciones 149 Seccionad ores y disyuntores 150 Líneas aéreas y de contacto 154

Conductores más habituales 157 Postes 166 Cimentaciones 169 Sujección del poste en la cimentación 172 Ménsulas 173 Pórticos 175 Compensación 178 Aparatos de compensación 180 Secciona miento 182 Puntos fijos 183 Agujas aéreas 184 Atirantados 190 Variación de vanos 192 Brazos de atirantados 193 Reacciones dinámica 194 Cable de guarda 195 Altura del hilo de contacto 196 Tirantes de anclaje 198

Pequeño material: Grifas 199 Péndolas 200 Aisladores 201 Aisladores de sección 203 Montaje, equipos 204 Catenaria rígida 210

3. El Material móvil 227 Órgano de rodadura 228 Aparatos de tracción y choque 243 Frenos 249 4. Instalaciones de seguridad 255 Sistemas de señalización 260 Aparatos 266 Circuitos de vía 275

Alimentación eléctrica de las instalaciones 280 Nuevas tecnologías en señalización 280 Lnteroperabilidad 281 Conducción automática 283 Anexo 1. Tranvías y metros ligeros 289 Los vehículos 292 Mercancías 296 Ruedas 298 Corredores 299 Trazado 301 Carriles 304 Vías 306 Mantenimiento 316 Comportamiento de los tranvías en curva 322 Límite del desgaste de carriles de garganta 326

Vías para tranvía- tren 328 Anchos de vía 330 Aparatos de vía 330 Aparatos de maniobra de desvíos 331 Electrificación con catenaria 336 Otras formas de electrificación 337 Sistema APS 338 Talleres y cocheras 353 Talleres 353 Cuartos y dependencias de talleres 363 Vía y obras 366 Cocheras 367 Otras instalaciones 371 Plano ejemplo 372 Anexo 2. Alta Velocidad 375

Calidad 376 Otros condicionantes 376 PAETy PB 382 Proceso constructivo 390

PROLOGO El propósito de este, no sé si llamarlo libro o apuntes, es facilitar el ingreso en el mundillo ferroviario a cualquier profano de su tecnología mecánica que sienta cierta vocación o interés por el tema. Está escrito para quienes hayan adquirido ya un cierto grado de formación, que puede ser tanto académica como autodidacta. Está pensado para aclarar conceptos, procurando cierto grado de amenidad, con la esperanza de haberlo logrado. Por ello se ha procurado no poner un excesivo número de símiles matemáticos, ya que estos, por lo general, responden a cuatro categorías: 1) Nos dan un resultado que no refleja la realidad. 2) Nos dan un resultado que ya sabíamos intuitiva o empíricamente. 3) Para aplicarlos, se necesitan parámetros muy difíciles de obtener. 4) Son ciertos, prácticos y verdaderamente necesarios. Se expondrán entonces solamente los que vengan al caso y

ios de la categoría cuatro. En la exposición de los distintos temas se trata de huir de un excesivo academicismo, muy corriente en nuestros días y que difumina, a veces, los temas más apasionantes. Está pensado para quien tenga que participar en obras ferroviarias y necesite tener claros algunos conceptos, ta y como se ha dicho. Me dirijo también a todos los que, absortos en sus pensamientos y que, caminando por una vía, tropiezan con un tirafondo mal colocado y rumian una palabra mal sonante. Se ha estructurado por razones didácticas en forma de un cuerpo principal que trata sobre la construcción y el mantenimiento de las líneas férreas convencionales, incluyéndose en este apartado las líneas de metro que, salvo en lo tocante a la infraestructura y a alguna particularidad, son de tecnología muy semejante. Este cuerpo principal se ha dividido en cuatro capítulos bien diferenciados que tratan respectivamente de: La vía propiamente dicha, su historia, las diferentes partes que la forman, los componentes y aparatos de la vía, la estabilidad de los trenes, el trazado de la vía, las vías sin balasto, el mantenimiento de la vía, etc. 2) La electrificación de la vía, ¡os tipos de suministro eléctrico a los trenes, la generación y transformación de la corriente, potencia y subestaciones, las líneas aéreas de contacto, su diseño y montaje (incluyendo los diferentes componentes y equipos, etc.), la catenaria rígida, ventajas del sistema, componentes, equipos, diseño y montaje. 3) El material móvil, entendiéndose como, éste los órganos y elementos que permiten la circulación por la vía de los diferentes tipos de vehículos, y a su internación con ésta (centrándose principalmente en los órganos de rodadura, forma y tipos de ruedas y ejes, tipos de bogies, tipos de suspensión, etc.), Sos aparatos de tracción, de choque, los diferentes tipos de enganches, de frenos, etc. 1)

Las instalaciones de seguridad, sus principios básicos, los sistemas de seguridad, los aparatos de señalización, circuitos de vía, la alimentación eléctrica de éstos, la interoperabilidad entre diferentes redes, etc. y la conducción automática. 4)

Además se han incluido en este libro dos anexos destinados a ofrecer una visión general sobre las particularidades de los otros dos tipos de líneas ferroviarias, las líneas de tranvías y las líneas de alta velocidad. El primero de ellos tiene como finalidad dar a conocer las ideas básicas sobre las vías, los vehículos y los talleres de los tranvías urbanos especificando sus diferencias respecto al ferrocarril convencional. Su objeto es transmitir experiencias que sirvan para establecer nuevas líneas y ayudar a mejorar las existentes y en él se explican los diferentes tipos de vehículos, el trazado, los tipos de vía, el mantenimiento, las formas de electrificación, los talleres y cocheras y su ubicación. El segundo de los anexos es un breve análisis sobre las diferencias existentes entre una línea férrea convencional y una proyectada para calificarse como de Alta Velocidad. En él-se trata sobre las particularidades de calidad, trazado y señalización de este tipo de vías, de su proceso constructivo y de las infraestructuras necesarias para su construcción. Sólo falta insistir en la importancia que la tecnología ferroviaria está tomando en nuestros tiempos por ser el sistema de transporte terrestre más eficiente, por economizar combustible y espacio, que funciona con todo tipo de energía (sin olvidar su respeto al medio ambiente), al que no le importan las condiciones atmosféricas y siendo también el más seguro. Me queda entonces por agradecer a Don Leandro Estévez Suárez, gran ferroviario, gran conocedor de esta tecnología y hombre de una paciencia casi infinita, más autor que yo mismo de este libreto por las veces que lo corrigió. Además hombre bueno, que es lo mejor que se puede decir de

alguien. Y a mi hijo Alejandro Oscar que me ayudó mucho.

1. LA VIA INTRODUCCION Al comenzar cualquier guía o manual sobre la tecnología de las líneas ferroviarias es obligado empezar por el primero y más importante de los elementos del binomio vía-vehículo que forma un ferrocarril, nos referimos evidentemente a la vía ya que es ésta la que define un ferrocarril. Existen vehículos que circulan sin vía o calzada propia como son los barcos y aviones, otros, como el automóvil las utilizan normalmente pero pueden circular sin ellas, pero no existe ferrocarril que pueda circular sin algún tipo de vía que lo guíe. Este primer capítulo del libro trata de la vía como camino físico por el que circulan los trenes, más concretamente, y ya que el espacio disponible en un libro es limitado, nos vamos a centrar en las vías de tipo convencional usadas para ¡a circulación de los trenes convencionales y de los metros urbanos. Hemos dejado aparte, en sendos anexos, las vías para trenes de alta velocidad y las destinadas a la circulación de tranvías y metros ligeros ya que por sus particularidades se diferencian bastante y merecen su propio capítulo. Tampoco se tratan aquí otros tipos de vías experimentales, como son las utilizadas para circulación con neumáticos o las de tipo monorraíi, que son de uso prácticamente anecdótico y quedan fuera del ámbito de este libro. En este capítulo vamos a realizar un amplio recorrido por la tecnología utilizada en la construcción de este tipo de vías,

tras un rápido recorrido histórico, analizaremos las partes componentes de una vía, la estabilidad de los trenes y qué condiciones debe tener el trazado de ésta, haremos un repaso de los diferentes tipos de vía sin balasto, también veremos cómo debe realizarse su mantenimiento y finalmente veremos los diferentes tipos de aparatos de vía. La intención de este capítulo es que sirva de guía para que todas aquellas personas que estén Interesadas en el tema o tengan que participar en obras ferroviarias, tanto en construcción como en mantenimiento, y deseen aclarar conceptos o adquirir una visión global de la tecnología empleada én este tipo de vías. HISTORIA Existe la presunción de que las vías, como camino de rodadura que a su vez guía a los vehículos, tienen su origen en la antigüedad. En la excavación del canal de Suez se encontraron barras de bronce, presumibles carriles empleados en las obras de construcción del primitivo canal que unía el mar con el río Nilo. En la antigua Grecia existía un carruaje sobre carriles destinado a transportar embarcaciones para cruzarlas por el istmo de la península del Peloponeso. (6 Km) Esta especie de ferrocarril, aunque debería llamársele "lito carril" en vez de ferro, pues sus carriles eran de piedra, fue construido por los griegos durante el gobierno de Periandro (658 - 588 a.C.) y transportó barcos hasta el año 395. Fue restaurado por los bizantinos y volvió a funcionar hasta el siglo IX. Su parentesco con el actual ferrocarril consiste en que, como en éste, la vía guiaba a los vehículos. Su nombre griego era "diolkos" (Fotografía 1-1).

En las calles de pompeya pueden verse pavimentos de piedra con profundos surcos destinados a guiar las ruedas de los carros, aunque esto todo lo más podría ser considerado como una proto-vía". La vía que conocemos actualmente nace probablemente en el siglo xvi en las minas de Alemania. Es fácil imaginar que sacar carbón o mineral por la galería de una mina arrastrando

un saco, o una carretilla o carrito rodando por un suelo embarrado y chocando con las entibaciones de un estrecho túnel, casi a oscuras, tenía que llevar tarde o temprano a las ocurrencias de ponerle al carrito un camino de rodadura mejor que el barro, y ingeniar una solución para que el carrito no se saliera de este camino. Probablemente el documento gráfico más antiguo que se tiene de ia existencia de vías es un grabado en madera, ilustración de la obra "Cosmographiae Universalis" de Sebastián jnster impreso en 1550, en la que se describen trabajos en minas, y en donde se puede ver una vagoneta rodando por un camino guiado (Figura 1-2).

figura 1-2: Grabado sobre madera que ilustra la obra de Sebastián Munster "Cosmographie Uníversalis”. Las primeras vagonetas rodaban sobre carriles de madera y utilizaban ruedas del mismo material y ya disponían de pestaña. Sin embargo el uso de ésta quedó localizado sólo en algunas explotaciones del sur de Alemania, pero, por la precariedad de las comunicaciones de aquellos tiempos, la idea no se difundió. Otras instalaciones prefirieron poner las

pestañas en los carriles y la idea de las pestañas en las ruedas se perdió para volverse a inventar en tiempos más cercanos (1789) (Figura 1-3).

Figura 1 -3: Vagoneta sobre raíles de madera des siglo XVI. Curiosamente lleva rueda con pestaña, que luego fueron reinventadas.

Algunas vagonetas de estas épocas se conservan/una de ellas se exhibe en un museo de Linz, Austria (Parte superior de la Figura 1 -4). Durante el siglo XVIII hubo una importante emigración de mineros alemanes a Inglaterra y éstos llevaron consigo sus tecnologías, entre ellas la de la vía. Debido a que las vías de madera se desgastaban rápidamente a medida que los transportes de mineral se hacían más importantes, pronto surgió la idea de sustituir la madera por el hierro, sobre todo cuando éste pudo obtenerse en estado líquido y moldearse, gracias a los primeros altos hornos. Llegados a este punto debemos hacer notar que ya en aquel entonces se conocía y se participaba de la gran ventaja de hacer rodar un vehículo con ruedas de hierro sobre un camino del mismo material. Así, para mover una barcaza por las aguas tranquilas de un cana!, por cada tonelada a muy poca velocidad por cierto, bastaba con ejercer una tracción de

aproximadamente 1 Kg, mientras que para mover la misma carga sobre un carro rodando por un camino de tierra se necesitaba ejercer una tracción del orden de los 25 ó 30 Kg. Usando una vía de hierro este último esfuerzo de tracción se podía reducir a solo 2,5 ó 2,85 Kg multiplicando por 9 ó 10 el rendimiento en el trabajo que era capaz de hacer un caballo. Así empezaron a clavarse sobre los carriles de madera barras de fundición con perfil en forma de L (pestaña en las vías) y a fundirse ruedas (Dibujo inferior de la Figura 1 -4).

Figura 1-4: Primeros vehículos sobre raíles

El gran paso de la madera al hierro se dio cuando Reinolds, propietario de altos hornos, r encontró sin pedidos y para no tener que apagarlos se puso a fundir tiras de hierro para; erlas como forros para los carriles de madera de las minas del entorno. Esto ocurrió en ~ 5 en Coalbrockdale. Para entonces se habían generalizado los carriles con reborde y las ruedas sin pestaña, carriles tenían el inconveniente de llenarse de polvo y barro que no era fácilmente reajado por el paso de las ruedas y así aumentaba el esfuerzo necesario para empujar se .vagonetas. Fue en 1789 cuando a W. Jessop se le ocurrió quitar los rebordes a los carriles y ponérselos a las ruedas. Con esta solución los raíles se limpian por si solos. No obstante los carriles con borde siguieron utilizándose varios años más. No debemos olvidar que la primera : motora de vapor, la del Sr.Trevitick, remolcó en 1804 un tren con viajeros y mercancías :: estas vías (Figuras 1-5 y 1-6).

FIGURA 5 instalaciones ferroviarias de notable remolcado por importancia por primerizas, en las que la vía está con cortas barras fundidas reposando sobre dados de piedra. Las ruedas carecen de está en los carriles (Inglaterra alrededor del 840-1850).

Figural-6: Acuarela inglesa ilustrando el primer tren una locomotora, la del Sr. Trevithick en el temprano año de 1804.

Carriles o raíles (de "rill", regla, en francés arcaico) evolucionaron más o menos de la siguiente manera (en Figura 1-7): a) e les de fundición con reborde destinados a ser clavados sobre largueros de madera. b) Railes les de fundición moldeados con un perfil variable para soportar esfuerzos flectores sin necesidad de reposar sobre un larguero de madera llamados "vientre de pez", c) Como los anteriores pero ya sin reborde, encajados en soportes fundidos que a su vez reposaban sobre dados

de piedra.

Como los carriles referidos en b) y c) se quebraban con suma facilidad, el paso siguiente fue hacerlos forjados en vez de fundidos. CONPESTASA

INGLATERRA 1790/1800

CRRIL “VIENTRE DE PEZ” CON PESTAÑA INGLATERRA 1800

Los primeros carriles laminados lo fueron en 1808, de sección rectangular, se sujetaban con clavos a un larguero de madera. El primer perfil que se laminó fue de sección rectangular, lo que hoy Slamamos"pasam,ano"y comoera lo único que se laminaba fue también empleado como carril, un ejemplo de ello es el ferrocarril de Baltimore & Ohío en los EEUU que utilizaba una vía de madera con pasamano de hierro reforzando su superficie de rodadura (Figura 1-8). Posteriormente ya se comenzaron a laminar perfiles especiales para vías. Uno de ellos fue el carril Barlow, que pretendía tener una base de apoyo lo suficientemente ancha

como para no tener que necesitar traviesas. Solo requería unas riostras a intervalos, para mantener el ancho de vía. Tenía el inconveniente de no quedar bien asentado hasta que se llenaba su parte hueca de tierra (no se utilizaba balasto) y llenar este hueco era una operación Laboriosa. Se dejó de laminar a partir de 1860. Como dato curioso se apunta que equipó la primera línea de Barcelona a Zaragoza vía Manresa (Figura 1-8.2). En 1837 el americano Robert L. Stevens inventó el perfil en

cuya sección distinguimos cabeza, alma y patín y es el que se emplea mayoritariamente en nuestros días. El inglés Vignoletrajo la idea a Europa y desde entonces se le conoce como carril Vignole (Figura 1 -8-5). En 1838 se comienzan a laminar los carriles de doble cabeza simétrica y diez años después les de doble cabeza disimétrica, (Figura 1-8-3) que aunque ya casi no se instalan, todavía pueden verse colocados en numerosas vías en servicio de Europa y especialmente en las islas Británicas. El carril Bruñe! se colocaba sobre largueros de madera y equipaba la vía del Great Western Railway, de 2,13 m de ancho de vía (S.E. de Inglaterra). Este carril ha seguido laminándose hasta hoy para emplearlo en la fabricación de diversos aparatos de vía (Figura 1 - 8.4). En 1847 Adams inventa la brida o eclisa de unir carriles, tai como la conocemos hoy en día. Hoy en día se laminan los carriles Vignole y Fénix ó Broca (Figuras 1-8.5 y 1-8.6), el último exclusivamente para uso en vías que van embutidas en un pavimento (puertos, tranvías, etc.) aunque siguen experimentándose nuevos perfiles. USA 1830

Carriles que se laminan actualmente

LA VIA Y SUS COMPONENTES Carriles laminados El carril constituye el elemento fundamental de la estructura de la vía y actúa como calzada, dispositivo de guiado y en algunos casos de elemento conductor de la corriente eléctrica, debe tener, por lo tanto, las siguientes características: • Resistir directamente los esfuerzos que recibe del material rodante y transmitirlos, a su vez, a los otros elementos que componen la estructura de la vía. • Realizar el guiado de las ruedas en su movimiento. • Servir de conductor de la corriente eléctrica para la señalización, y la tracción en las líneas electrificadas. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL CARRIL Dado el papel desempeñado por el carril, elemento clave de los componentes de la vía, se comprende que haya sido objeto de numerosos estudios teóricos y trabajos experimentales, con el fin de establecer las características fundamentales que debe cumplir. Dichas características son de índole tanto técnica como económica y presentan, en ocasiones, exigencias contradictorias, como se verá a continuación, por lo cual algunas veces es preciso renunciar total o parcialmente a algunas de ¡as propiedades que serían deseables. En primer lugar, resulta necesario, como consecuencia dei carácter de calzada de! carril, que ¡a superficie de rodadura sea lo más lisa posible, así como que la deformación bajo carga de ésta sea de tal naturaleza que sus características geométricas se encuentren dentro del intervalo que delimita una calzada de buena calidad. En este sentido es del mayor interés que los carriles tengan una elevada rigidez. Sin embargo, para evitar su rotura se necesita un material capaz

de absorber energía transformándola en deformación elástica. Por otro lado, si bien desde un punto de vista técnico la robustez del carril, y por tanto su peso, es deseable, al objeto de garantizar la rodadura y el guiado de los trenes con grandes cargas por eje y elevadas velocidades, sin embargo desde el punto de vista económico sería preferible un carril de poco peso, debido a que su repercusión en el coste del kilómetro de vía es importante. Por lo que se refiere al aspecto de la adherencia ruedacarril, se comprende fácilmente el favorable efecto de disponer de una superficie rugosa, por ei contrario, una pérdida mínima de energía durante la marcha de los vehículos exige una superficie lisa. Dado que es inevitable la existencia de acciones dinámicas entre el vehículo y la vía, y que éstas tienen lugar a través de los carriles, interesa que éstos tengan cierta elasticidad, lo que resulta difícil de conseguir de un modo general, como consecuencia de los elevados esfuerzos que tienen lugar en la reducida zona de contacto rueda-carril, y que pueden oñainar deformaciones plásticas en éste. Una vez expuestas estas ideas elementales que podrían compendiar las prestaciones ideales de un carril que por razones evidentes son imposibles de alcanzar de forma simultánea, al tener que moverse dentro del mundo real de la técnica y de la economía, se considerarán a continuación las características de naturaleza más concreta y significativa que lo definen: el material, la forma y e! peso. Existen numerosas hipótesis de cálculo para elegir el tamaño de carril más adecuado a las necesidades que puedan tenerse, sobre todo en lo que respecta a la carga máxima por eje que. deban soportar. Las más conocidas son en primer lugar la de Wlnkler, que supone una viga de longitud infinita (carril) descansando sobre apoyos rígidos (traviesas) y soportando varias cargas móviles (ejes). En segundo lugar la de Zimmermann, que supone el carril apoyado sobre un lecho elástico con un determinado valor de proporcionalidad entre

carga y hundimiento. Estas dos hipótesis son complicadas de aplicar porque exigen el conocimiento de numerosos parámetros de los que a menudo no se dispone y nunca se consideraron prácticas por los encargados de la explotación/construcción de un ferrocarril. Después de numerosas discrepancias y discusiones se llegó, en una Conferencia Internacional celebrada en El Cairo a consensuar una fórmula muy simple, conocida desde entonces como "fórmula de El Cairo" que establece la siguiente relación: P=2.5*Q Siendo: P = Peso del carril en Kg por metro de longitud. Q = Carga por eje en toneladas.

LA INCLINACION DE LOS CARRILES Un tema muy controvertido es la necesidad y conveniencia de inclinar los carriles. Sabido es que, generalmente, los carriles se montan sobre las traviesas con una inclinación de 1:20 hacia el interior de la vía. Esto se hace porque las ruedas, aparte las pestañas, no se tornean cilindricas sino cónicas con la misma inclinación. Se logra así eliminar deslizamientos, pues en una curva la rueda que se desplaza sobre el carril exterior de la vía recorre un camino mayor, mientras que la que lo hace por el hilo interior recorre un camino menor, ¡o cual es evidente considerando el radio de cada uno de los círculos de rodadura exterior e interior. Consecuentemente, a igual número de vueltas, como quiera que ambas ruedas son solidarias a un eje común se produce, automáticamente, un efecto tal que el par de ruedas tiende a centrarse en la vía en la posición de "no deslizamiento". Para que esto pueda suceder se han de cumplir dos

condiciones: Ia) Tiene que haber una holgura suficiente entre pestañas y carriles para que el par de ruedas pueda situarse libremente en la posición de no resbalamiento (Origen del sobre ancho en las curvas). 2a) El conjunto ruedas-eje tiene que tener un grado de libertad para facilitar su giro según un eje vertical que pase por su centro. Ahora bien, la 2a condición, que antiguamente se daba en todos los coches y vagones, menos en la locomotora, ahora sólo se cumple en algunos casos, solamente en aquellos vagones de dos ejes o en determinados tipos de bogies generalmente antiguos, y sólo cuando existe una holgura entre placas de guarda y caja de grasa que permita este grado de libertad (Figura 1-9).

Figura 1-9 los ejes se orientan radialmente Sin embargo, cuando dos ejes están montados paralelamente en un bogie moderno no existe ningún grado de libertad para orientarse independientemente cuando actúan sobre ellos momentos de giro, respecto a un eje vertical, que pueden ser de signo contrario en cada eje (Figura 1-10). Esto puede producir en el bogie una marcha zigzagueante, desacompasada, errática, y de efectos peligrosos cuanto

más aumenta la velocidad. Para evitar estos efectos, a lo largo o 1 tiempo, fueron aplicándose diferentes soluciones, como por ejemplo las siguientes: • Algunos anchos de vía se estrecharon para reducir la posibilidad de zigzagueo de los boaies. Así en la década de 1950 en España e! ancho de RENFE pasó de 1674 mm a los actuales 1668mm. • El empate de los bogies fue incrementándose a lo largo del tiempo. • Se introdujeron materiales rodantes con ruedas independientes, por ejemplo en el material Talgo. • En algunos países como Alemania, la inclinación que se da a los carriles es de sólo 1:40 en lugar de la habitual de 1:20.

Figura 1-10: En un bogie moderno los ejes no tienen libertad

para orientarse radialmente. Estas medidas anulan o reducen las pretendidas ventajas de inclinar los carriles, lo que lleva a plantearse la pregunta de si valdría la pena hacerlo si hubiese que proyectar un ferrocarril totalmente nuevo, que no prevea conectarse con los ya existentes.

Traviesas (Durmientes En Hispanoamerica) Su función es mantener el ancho de vía, y transmitir y repartir las cargas verticales a los carriles, y de éstos al balasto y de allí al terreno. Las tradicionales son de madera, las modernas de hormigón, y pueden ser también de hierro. En ¡os orígenes del ferrocarril fueron además de piedra o de fundición gris. A título de

curiosidad, en la Figura 1-11 pueden verse las traviesas fundición llamadas "tortugas", por su similitud con caparazón de estos quelonios, que equiparon tramos de primera vía existente entre Barcelona y Valencia.

montaban sin balasto.

de el la Se

Figura 1-7 7: Traviesas de fundición llamadas "tortugas" Equiparon la primer vía Barcelona - Valencia. Las características más convenientes de una traviesa, por orden de importancia, son: Durabilidad. Resistencia al esfuerzo. Peso. Menor precio.

Traviesas de maderas En Europa suelen ser de haya, roble o pino. También se usan traviesas de maderas nobles, que se reservan para aparatos de vía. Las maderas nobles más utilizadas son akoga si provienen de África y quebracho si provienen de Sudamérica. Recientemente han salido al mercado traviesas de material compuesto a base de madera. Las maderas corrientes han de ser sometidas a tratamiento pues de otra manera se pudrirían. E! más corriente de estos tratamientos es el creosotado que consiste en impregnar las traviesas con creosota (alquitrán de carbón) líquida y a alta temperatura mediante inmersión en autoclave. El proceso

consiste en extraer el aire de todos los alvéolos de la madera, sometiéndola al vacío y posteriormente rellenándolos con creosota aplicando presión al baño. Esta secuencia se repite sucesivamente hasta lograr la penetración, o impregnación deseada. Últimamente se Ha remplazado la creosota por sucedáneos por considerarla insalubre, Estas maderas necesitan también ser zunchadas en sus extremos para que los tornillos de sujeción de carril no las abran. Para controlar su duración se les suele clavar una chincheta con el año de su fabricación. En la Figura 1-12 podemos ver una "S", que es una alternativa al zunchado. Esta pieza se clava por su lado afilado en las puntas de las traviesas y así impiden que las fibras de la madera se separen al clavarse las fijaciones de carril.

Figura 1-12: “S” METALICA DE ZUNCHADO

Las dimensiones de las traviesas de madera para ancho ibérico son las indicadas en la Figura 1-13 (preparadas para placas de asiento para carril U1C 54. Se alternan una con dos tirafondos por fuera del carril y otra con uno). Su peso suele rondar los 80 Kg. Duran normalmente, al menos, 30 ó 40 años. Las traviesas de maderas nobles suelen reservarse para usos especiales, como por ejemplo montar sobre ellas aparatos de vía. No necesitan ni tratamiento ni zunchado. Su duración es casi ilimitada y su peso ronda los 105 Kg.

TRAVIESA DE MADERA PARA PLACA Y CARRIL 54Kg. ANCHO 1.66S Y PLACA. INTERMEDIA 2A.2B figura 1-13: traviesa de madera (ancho iberico)

TRAVIESAS DE HIERRO

Están formadas por un perfil laminado con forma de "U" invertida y tienen sus puntas dobladas hacia abajo para incrustarse en el balasto y así crear una resistencia al desplazamiento transversal de la vía. Tienen dos inconvenientes: pesan poco, (50/70 Kg), lo que las hace poco aptas para ser montadas con carriles sin juntas, y son huecas por debajo. Como para trabajar bien tienen que estar llenas de balasto, la operación para que esto suceda así es engorrosa y exige bateados suplementarios cuando se montan por primera vez. Sus ventajas son su gran resistencia y su duración que prácticamente es eterna. Por su gran resistencia se las prefiere a cualquier otro tipo de traviesas cuando se montan vías con cremallera. En según qué países y circunstancias, su coste puede ser otra ventaja. En la Figura 1-14 se pueden ver las dimensiones de una traviesa de hierro para vía métrica.

Figura 1-14: traviesas tipo “ suisse” para ancho metrico, de hierro laminado

TRAVIESAS DE HORMIGÓN

Las hay de dos tipos: bibloque y monobloque. Las primeras que se ensayaron fueron traviesas monobloque de hormigón de sección rectangular con armadura pasiva, con sus

aristas paralelas. Resultaron muy frágiles en acopio, difíciles de manejar y con la fijación con tirafondos mal resuelta. Las traviesas monobioque que siguieron a continuación, con formas mejor resueltas, dejaban todavía mucho que desear, pues si se proyectaban para resistir, momentos fléctores positivos, se quebraban con facilidad, cuando por defectos de asentado tenían que soportar un momento fiector negativo. Para evitar todos estos inconvenientes, surgió en Francia la idea de hacer traviesas uniendo dos bloques de

hormigón armado, con armadura también pasiva, unidas con una riostra de hierro laminado. Además en vez de tirafondos enroscados en espigas de madera embebidas en ei hormigón, como se había hecho hasta entonces, se les proyectaron unos huecos para pasar pernos que anclaban en la riostra de hierro de unión. Se ¡a liamó traviesa Vagneux, nombre de su proyectista.

Figura 1-15: traviesa bibloc o vagneus

Actualmente se las conoce como traviesas bi-bloc y son las que han permitido, con éxito, el uso de hormigón para hacer traviesas (Figura 1-15). x Han ido sufriendo numerosos perfeccionamientos en cuanto a forma y tipo de fijación del carril y son las que equipan las vías de alta velocidad francesas. Tienen la ventaja de no asentar sobre el balasto por su parte central y así, cuando están bien dimensionadas, sólo lo hacen por debajo de cada carril, abarcando la parte que se batea. Otra de sus ventajas es que ante una fuerza lateral que tienda a ripar la vía presentan dos superficies en contacto con el lecho de balasto, en vez de una como ocurre con las traviesas enterizas. Pesan aproximadamente 190 Kg. Desde que fueron inventadas se les ha ido aplicando numerosos perfeccionamientos en cuanto a forma y tipo de fijación del carril y son las que equipan las vías de alta velocidad francesas, lo que de por sí es ya una garantía de su buen comportamiento. Se les achaca el inconveniente de no poder estar embutidas en el balasto hasta su cara superior, pues en ese caso queda cubierta la riostra que une ambos bloques y consecuentemente mantiene más humedad y se deteriora con mayor facilidad. Además entonces no es visible, por lo que

cuesta más conocer su estado. Se designan con el nombre de traviesas de hormigón monobloque las que difieren de las anteriores por el hecho de estar formadas por un único bloque de hormigón. Estas traviesas pueden dividirse en dos tipos: pre-tensadas y postensadas. Las pre-tensadas se fabrican vertiendo hormigón en unos moldes atravesados a lo largo por varios cordones de cable de acero sometidos a un esfuerzo de tracción. Una vez que el hormigón ha sido vibrado y a continuación ha fraguado, al sacar las traviesas de sus moldes, estos cables se cortan a ras del hormigón. En la parte de ellos que queda embebida en el hormigón estos cables, al no poder contraerse, quedan sometidos a un gran esfuerzo tractor. Este esfuerzo, combinado con la compresión que es capaz de resistir el hormigón, otorga a la traviesa una gran resistencia a la flexión. Las pos-tensadas difieren de las anteriores principalmente por su método de fabricación. Para hacer éstas se vierte hormigón en unos moldes similares a los anteriores, pero que en vez de cordones llevan a lo largo cuatro moldes que, una vez el hormigón ha fraguado, pueden extraerse. La traviesa queda así conformada con cuatro agujeros que la recorren en toda su longitud. Se introducen posteriormente dos varillas dobladas en forma de U en los cuatro agujeros y por sus extremos libres se las somete a una importante tracción y a continuación se anclan mediante una tuerca contra el hormigón. Finalmente se rellenan los huecos que hayan podido quedar en los extremos. Ei comportamiento en la vía de estas traviesas, pre y post tensadas, es prácticamente idéntico independientemente del método con que hayan sido fabricadas. Son las preferidas cuando se desea incorporar a la vía un peso importante para oponerse a la tendencia a que la vía se ripe lateralmente, cuando ésta se equipa carriles soldados en toda su longitud, pues su peso ronda los 300 Kg por unidad. . En la Figura 1-16 pueden verse las dimensiones de una

traviesa monobloque de hormigón postensada, para AD1F para un ancho de vía de 1668 mm. Hoy en día se siguen estudiando nuevos tipos de traviesas, las hay de conglomerados de madera, llamadas a veces de "madera sintética", de hierro y de hormigón, estas últimas en forma de "Y" y de "H" pero por el momento están en fase de ensayo, por lo que no se considera necesario tratarlas en detalle. En la actualidad, aparte de las ya mencionadas, siguen estudiándose y proponiéndose nuevos tipos innovadores de traviesas.

Figura 1-16: traviesa monobloque de hormigón

El balasto El balasto, en una vía férrea, tiene dos funciones; una es la de repartir el peso de vía y tren desde la cara inferior de las traviesas al terreno sobre el que se asienta la vía. El reparto de la carga, se produce a través de un balasto de buena calidad, en forma de pirámide cuyas caras laterales tienen una inclinación de 1:1,35, en vertical/horizontal (Figura 1-17). Faltaría agregar que la carga de un eje o rueda suele repartirse entre varias traviesas, pero saber entre cuantas y en qué proporción es complejo pues dependerá de distintas

flexibilidades y elasticidades; del carril, de la traviesa, la fijación y el grado de compactadón del suelo. Una forma conservadora de suponer tal reparto es atribuir un 50% de la carga a la traviesa que esté justo debajo del eje y 25% a c/u de las dos traviesas colaterales. De esta manera, al repartir las cargas sobre el terreno, el balasto evita no sólo que las traviesas puedan hundirse en un terreno poco resistente, sino también que la vía pierda su nivelación, y consecuentemente, permite el tendido de vías férreas por terrenos que, sin tal reparto, no serían capaces de soportarlas.

En cuanto a su forma las piedras han de proceder de

machaqueo para que presenten unas aristas vivas que faciliten el encaje entre ellas. No valdría por ejemplo un balasto de canto rodado porque sus piedras no tienen aristas.

Para que el balasto se comporte correctamente es necesario que cumpla ciertas condiciones. Las piedras que lo componen han de tener una forma y tamaño adecuados, han de ser muy duras y la capa de balasto ha de tener el espesor conveniente. En cuanto a su forma las piedras han de proceder de machaqueo para que presenten unas aristas vivas que faciliten e! encaje entre ellas. No valdría por ejemplo un balasto de canto rodado porque sus piedras no tienen aristas. En cuanto a su tamaño, las Administraciones Ferroviarias lo tienen muy estudiado y lo especifican en sus pliegos de condiciones para el suministro, muy detalladamente. Se suelen pedir piedras tales que su medida mayor tenga del orden de los 6 centímetros. En cuanto a su dureza se buscan piedras graníticas, ofíticas o similares. Su dureza se evalúa con el ensayo al desgaste de Los Ángeles. La segunda función de! balasto, menos importante que la primera, pero de todas maneras necesaria, es ¡a de mantener todos ¡os componentes de la vía secos. En efecto, ¡a lluvia se filtra entre las piedras que lo componen facilitando el rápido secado de carriles, fijaciones y traviesas evitando degradaciones por corrosión. Al balasto se leachaca el inconveniente de que por tratarse de un componente sólido, pero granular en su conjunto, permite un lento deterioro de los parámetros geométricos de la vía. Sin embargo este hecho está también directamente relacionado con algunas de sus ventajas, a saber: • Permite correcciones rápidas, precisas y fácilmente mecanizables de la geometría de vía. • Permite, con relativa facilidad, hacer cambios en la geometría de la vía, como por ejemplo aumentar peraltes, y

alargar transiciones o acuerdos verticales. • Facilita incorporar o retirar de la vía aparatos, sin necesidad de hacer grandes obras y ocupaciones de vía prolongadas. • Permite ripar la vía. • Al no requerir tiempo de fraguado, como sería el caso, por ejemplo, en una vía en placa, permite actuaciones en la vía con tiempos de corte de circulación reducidos, sin tener que suprimir ni desviar trenes. El espesor de la capa de balasto más conveniente es aquel con el que se obtiene un mejor reparto de las cargas sobre el suelo. Con un espesor menor no se alcanza un reparto homogéneo y con un espesor mayor no se mejora la homogeneidad alcanzada con el reparto justo. Esto puede apreciarse gráficamente en la Figura 1-18, donde además se incluye la fórmula que facilita el cálculo del espesor de balasto más adecuado. Cabría agregar que no siempre se puede conseguir un buen balasto. Por ejemplo en la isla de Mallorca no hay canteras ofítrcas o graníticas y sería poco justificable transportar piedras en barco, por lo que se ha optado por piedras calizas, cosa que no se admitiría en otros lugares. En otros tiempos se emplearon otros materiales con la intención de sustituir un balasto que a veces había que traer desde muy lejos, como por ejemplo escorias de alto horno o "conchilla", mezcla de arena gruesa y conchas de marisco rotas recogidas en alguna playa, sirva esto únicamente como referencia anecdótica. Antiguamente se prefería cubrir las traviesas de madera con balasto para evitar que las cenizas incandescentes de las locomotoras a vapor las quemasen, pero eliminado este riesgo y considerando que esta práctica dificulta conocer el estado de traviesas y fijaciones, así como detectar su posición cuando se batea con máquina, actualmente se recomienda que ¡a cota superior del balasto sea ligeramente inferior a ¡a de la

cara superior de las traviesas. Esta práctica adquiere gran importancia en vías para alta velocidad, pues es una de las maneras de dificultar el arrastre del balasto por el viento que producen los trenes veloces.

Fijaciones

Se llaman así los clavos o tornillos destinados a fijar los carriles en las traviesas. En una terminología más ferroviaria llamaremos a los clavos escarpias y a los tornillos tirafondos. Incluiremos en el siguiente apartado las placas de asiento y otros accesorios (bridas, anclajes, etc.) que se emplean en la

vía. Las fijaciones pueden ser rígidas o elásticas. Las rígidas son las tradicionales, un tirafondo o una escarpia que fijan rígidamente el carril. Este tipo de fijación, usado durante 'i 20 años, adolece del defecto de que, pasado cierto tiempo, y debido a la corrosión y vibraciones que sufre el carril, acaba degradándose, lo que origina cierta libertad para que los carriles se desplacen longitudinalmente. Esto produce que los esfuerzos de dilatación térmica del carril no sean correctamente transmitidos a las traviesas. Este hecho es desfavorable cuando se pretenden soldar los carriles para obtener una vía sin juntas. Por ello no deben emplearse fijaciones rígidas en las vías sin juntas. Las fijaciones elásticas transmiten la fuerza de apriete de la escarpia o el tirafondo por intermedio de algún elemento elástico de acero templado, ya sea una pequeña plancha, o un resorte o "clip" de alambre redondo o cuadrado. De esta manera''-se garantiza que, aunque el carril o la fijación se gaste u oxide, el carril siempre estará soportando una fuerza de apriete que frenará sus desplazamientos longitudinales. En la Figura 1-19 se han representado las típicas escarpias usadas para sujetar carriles. La dibujada arriba es para insertar en un agujero practicado en la traviesa. La de abajo tiene un filo para cortar las fibras de la madera en sentido transversa!, cuando no se hacen agujeros, así, cuando se clava, no tiende a abrir las fibras de la madera. En la Figura 1-20 se ha representado una escarpia elástica, destinada a garantizar una fijación elástica. Las escarpias solo se usan en países que disponen de maderas buenas y baratas, (Estados Unidos, por ejemplo) pero en Europa no se utilizan. Nuestro continente no dispone de maderas buenas y baratas en cantidad y por otra parte la opinión es más exigente en cuanto a ¡a calidad de las vías. Por eso se utilizan tirafondos, que garantizan una mejor fijación en cualquier ciase de madera. En la Figura 1 -21 puede verse

un tirafondo de tamaño medio corriente. Por sus ventajas y su mayor resistencia a la extracción, su utilización se está generalizando en el sentido de remplazar las escarpias. Puede observarse que en su cabeza sobresalen, en este dibujo, las letras "RN" de Red Nacional. Estas letras tienen la finalidad de impedir que algún contratista u obrero inexperto pretenda colocarlo a golpes en vez de atornillándolo. En ese caso las letras sobresalientes se verían aplastadas y delatarían el mal trabajo.

En la Figura 1-22 pueden verse los tipos de fijaciones elásticas más corrientes, de plancha o de varilla, con o sin tirafondos.

Otras piezas de la vía: placas de asiento

Las placas de asiento solo tienen la finalidad de aumentar la superficie de apoyo entre el carril y la traviesa. No son necesarias si se trata de traviesas de maderas nobles y por supuesto tampoco en traviesas de hormigón o de hierro. Solo

se ponen, por consiguiente, cuando un carril se coloca sobre traviesas de maderas normales con el propósito de aumentar la superficie de contacto sobre ellas y evitar así que poco a poco el carril vaya incrustándose o aplastando la traviesa de una madera de dureza normal.

Las placas de asiento pueden catalogarse según estén concebidas para utilizar una fijación rígida o una fijación elástica; y según tengan o no incorporada la inclinación de 1:20 que se suele dar al carril. Cuando no tienen esta inclinación, las traviesas deberán cajearse con la inclinación y cuando si la tengan, las traviesas podrán cajearse planas o podrá evitarse su cajeo._ Finalmente se dividirán según sean de fijación directa o indirecta. Se llaman de fijación directa a las placas de asiento que quedan fijas por los mismos tirafondos o escarpias que sujetan el carril y de fijación indirecta a las placas que están atornilladas o clavadas directamente a la traviesa y a su vez, tienen elementos de fijación para sujetar el carril directa y únicamente a la placa. En la Figura 1-23 pueden verse: una placa de asiento para fijación rígida, que no tiene inclinación y es de fijación directa, y una placa de asiento para fijación rígida que tiene incorporada la inclinación para el carril y de fijación indirecta.

Figura 1-23: placas de asiento

Bridas o eclisas

Las bridas {las llamaremos así pues el nombre de eclisas es poco utilizado en España) son piezas para unir entre si los carriles mediante tornillos. De una longitud entre 30 y 50 centímetros, según e! tipo de carril, (tienen 4 6 6 agujeros, dos o tres por carril). Se utilizan por parejas, una por cada cara del alma del carril, y se fijan mediante tornillos y tuercas. Estas piezas se fabrican por laminación, como el carril, y su sección está adaptada al tipo de carril al que van destinadas. Cumplen siempre con ciertas características o condiciones que son las siguientes:

Su apriete contra el carril se hace por sus bordes superior e inferior, inclinados, de tal manera que así la brida encaja en-forma de cuña contra el carril, aprisionada entre la cabeza y el patín, sin tocar el alma. De esta forma la fuerza de apriete del tornillo aumenta considerablemente (Figura 1-24 a). Para que esto suceda así la posición del tornillo ha de ser la correcta y estar en equilibrio entre los bordes considerando sus respectivas inclinaciones, deforma tal, que la brida no tenga tendencia a cerrarse más por su flanco superior que por su flanco inferior o al contrario. •

Las bridas disponen de unas estrías que impiden girar a ¡as cabezas de los tornillos (también especiales) de manera que no sea necesario impedir su giro cuando sus tuercas son apretadas. No obstante esas estrías no deben impedir apretar libremente las tuercas contra la brida. •

Las bridas se montan por parejas, una a cada lado del carril. Han de ser iguales cuando se trata de carril Vignole, pero normalmente son diferentes cuando se usa carril de garganta.

Algunos ferrocarriles prefieren incrementar la sección de las bridas hasta lograr que el par alcance una sección, y una

forma tal, que el momento de inercia de dos bridas sea igual a! momento de inercia del carril. Se pretende así que las juntas dejen de ser, en cierta medida, el punto débil de una vía (Figura 1-24 b). En la actualidad, las bridas cada vez se utilizan menos debido a que la tecnología permite montar vía soldando los carriles, lo que las hace menos necesarias en número. No obstante sor. Imprescindibles por diversos motivos: Hay vías cuyas características de robustez, tipo de fijación, etc. no permiten el uso de barras largas soldadas (B.L.S.). •

En vías secundarias a veces no es práctico soldar los carriles. •

Según el método de trabajo con el que se monten vías nuevas o renovadas puede ser necesario montarlas con bridas antes de poder soldar los carriles. •

Las uniones de carriles mediante bridas siempre han sido puntos débiles de la vía y los lugares por donde los carriles empiezan a degradarse a causa del inevitable golpeteo que producen las ruedas a su paso. En estos puntos también las traviesas tienden a hundirse o descalzarse, por eso modernamente se procura suprimir las uniones mediante juntas embridadas en vía general Se calcula que un 70 % de las roturas de carril se originan en las juntas embridadas. Resta decir, a propósito de las bridas, que algunas administraciones las engrasan periódicamente. Esta práctica retrasa su deterioro y el de su tornillería y facilita las labores de mantenimiento y reapriete cuando éste es necesario. Anclajes de carril

Son dispositivos que se usan para evitar que los carriles

puedan deslizarse longitudinalmente. Sobresalen por debajo de éste, y si se mueve, hacen tope en la traviesa más próxima frenando su desplazamiento (Figura 1-25). Estos anclajes se ponen en los lugares donde Son trenes acostumbran a frenar siempre con el mismo sentido de marcha, y en las pendientes importantes. Los anclajes de extremo solo se colocan si las fijaciones son rígidas. Las fijaciones elásticas no tos necesitan pues frenan los desplazamientos de carril mucho más eficazmente que los anclajes.

Anclaje de traviesa Los anclajes de traviesa son planchas metálicas, generalmente galvanizadas, que se fijan a las traviesas y quedan enterradas en la capa de balasto (Figura 1-26). Tienen por finalidad aumentar la resistencia de la vía al desplazamiento lateral o al rípaco. Suelen colocarse en curvas cerradas, donde el paso de los trenes tiende a mover lateralmente la vía debido a la fuerza centrífuga. Deben estar colocadas en una posición que no estorbe las operaciones de bateo. Algunos ferrocarriles prefieren improvisarías utilizando carriles en desuso, en vez de anclas fabricadas expresamente para tal fin, como puede verse en la parte de de abajo de la figura.

Contracarriles Se llaman así los carriles que se colocan por la parte interior de las vías. Su finalidad es que las fuerzas laterales que pueda ejercer un tren sean soportadas por ¡as pestañas de las dos ruedas de cada eje y así sea más difícil que se produzca un descarrilo que si son soportadas por una sola de las pestañas. Pueden utilizarse en puentes y allí donde se desee hacer más remota la posibilidad de un descarrilamiento, y además en pasos a nivel, para proteger el pavimento que se coloca entre los dos carriles de la vía. Su principal justificación está en las curvas, donde la fuerza centrífuga del tren al ponerse es, con contracarril, soportada por las dos pestañas de cada eje, o lo que es lo mismo por el carril exterior de la curva y el contracarril, al 50% cada uno.

Las ventajas de usar contracarril son entonces las siguientes: • Un descarrilo se hace más improbable, sobre todo en curvas de pequeño radio. • El carril exterior de la curva se protege de esfuerzos importantes. • Su duración aumenta. • La vía aumenta su rigidez longitudinal. Frente a estas ventajas, sin embargo, muchos ferroviarios son contrarios al uso de contracarril. A tal fin argumentan las siguientes razones: • Las pestañas de las ruedas se gastan así por un lado que de otra manera quedaría intacto.

•

Los contracarriles aumentan el trabajo de cambiar un

carril. Aumentan ligeramente el coeficiente de rodadura y por lo tanto el esfuerzo de tracción. • Cuestan dinero. . Los contracarriles deben. colocarse junto al carril interior de las curvas con una separación de su cara activa del orden de 50 mm para que puedan apoyarse en él las pestañas por su lado interior. Esta separación se llama "huella". Su uso más específico es junto al carril interior de ¡as curvas de pequeño radio. La polémica entre los detractores y los promotores del uso de contracarril se ha saldado, en algunos ferrocarriles, aumentando la huella aun valor de aproximadamente 100 mm. Así las pestañas no tocan el contracarril y, éste sigue, en principio, cumpliendo con la condición de aumentar la seguridad al descarrilo. Cuando los contracarriles tienen una huella pequeña que los hace entrar en contacto con las pestañas se denominan "contracarriles activos" y cuando la huella es suficientemente grande, para que no trabajen, se llaman "contracarriles pasivos". Los contracarriles pueden materializarse de varias maneras. La más tradicional es la de colocar junto al carril otro carril Vignole atornillado al primero cada 1, 1,5 ó 2 metros. Para mantener una medida correcta y constante de la huella se coloca entre cada carril y en cada tornillo una pieza fundida llamada almohadilla (Figura. 1-27). Esta solución tiene el inconveniente de necesitar muchos agujeros en ambas almas de carril, y para no estorbar la fijación del carril de rodadura, requiere que se corte parte del patín del contracarril cuando coincide con una fijación del carril. En la Figura 1-28, se ha dibujado un perfil especial para acoplar un contracarril a un carril Vignole, transformándolo así en similar a un carril de garganta. Una solución más moderna es la que se representa en la Figura 1-29. Se trata de un carril con perfil especial para •

contracarriles conocido por la denominación de "U 69". Va sujeto independientemente del carril de rodadura por lo que este no necesita taladrarse y tampoco estorba a las fijaciones de este último. También existen carriles que son a la vez carril y contracarril. Es el caso de los carriles Fénix, también llamados "de garganta"'. Se usan sobre todo en ¡as vías para tranvías porque estas tienen radios tan pequeños que hacen imprescindible el contracarril. También se usan en vías ferroviarias cuando estas discurren por una superficie pavimentada, como por ejemplo en los puertos. En estos casos se trata de un carril de garganta ferroviario (no tranviario) puesto que su garganta ha de ser más grande para alojar ¡as pestañas del material ferroviario, de mayor tamaño que las tranviarias. Algunos ferrocarriles tienen esto reglamentado. Se suelen poner cuando los radios son inferiores a 200 '0 250 m.

Carriles soldados o sin juntas, llamados barras largas soldadas (BLS) antecedentes Tradicionalmente los carriles que se montaban en la vía tenían una longitud determinada, Los más antiguos del orden de los 6 metros que fueron aumentando con el tiempo a 8, 10, 12, hasta alcanzar los 18 metros (si de procedencia anglosajona, longitudes similares pero no métricas). Estos carriles se unían entre sí, para dar continuidad a la vía, mediante bridas. Estos carriles de igual longitud reciben el nombre de "barras elementales". En cada unión o brida se dejaba entre carril y carril una pequeña holgura o separación llamada "cala" para que cada carril pudiera dilatarse libremente en función de la temperatura ambiente. Esta fue la práctica aceptada durante más de 140 años. Como se ha dicho anteriormente, estas juntas eran, evidentemente, la principal causa de la degradación de la vía por el inevitable golpeteo que producen las ruedas al pasar de un carril a otro, pues los extremos de los carriles tienden a hundirse. Esto afecta a su cabeza que tiende a aplastarse, de tal suerte que la mayoría de las fisuras y roturas por fatiga se originan en la proximidad de las juntas. También ha de considerarse el perjuicio ocasionado respecto a las condiciones de confort de Los trenes de viajeros. Después de la Segunda Guerra Mundial los ferrocarriles europeos tuvieron que reconstruirse en gran parte, y fue entonces cuando comenzaron tímidas tentativas para montar vías sin juntas soldando entre si los carriles. Las primeras se colocaron dentro de túneles largos, considerando que allí los esfuerzos de dilatación serían limitados porque la temperatura ambiente se mantiene más

uniforme que en el exterior y porque no hay calentamiento de los carriles por radiación solar. A continuación Los técnicos se atrevieron a soldar vías de tranvías considerando que al estar confinados sus raíles por el pavimento tampoco se calentarían demasiado y, en caso de calentarse tampoco podrían pandear pues el pavimento opondría una fuerte resistencia a esto último. Así se llegó poco a poco y paso a paso al montaje de vías sin juntas. Comportamiento de las sin juntas

En la Figura 1-30 se han representado unos ejes en los que las abscisas representan la longitud de un carril determinado (O-C) y ¡as ordenadas (O-P) las fuerzas actuantes. La recta O-D representa el freno que el conjunto de traviesas de la vía opone al desplazamiento del carril hacia la izquierda, así cuanto más cerca se está del punto o, menos traviesas hay oponiendo resistencia a su desplazamiento. La recta C-E representa lo mismo, pero referido a la resistencia que oponen las traviesas al desplazamiento del carril hacia la derecha.

Si se supone que se ha montado un carril más largo de lo habitual y posteriormente ha aumentado de temperatura respecto a la que tenía cuando se montó, las tensiones internas de compresión a las que estará sometido quedan representadas por la línea O-A'-B'-C El valor P' será el esfuerzo a que está sometido el carril para dilatarse, cosa que entre A' y B' no puede hacer porque Pues inferior a la resistencia que oponen un conjunto de traviesas en cada extremo. En cambio entre O-A' y B'-C la resistencia que oponen las traviesas es menor que el esfuerzo que hace el carril y por lo tanto éste sí se dilata. De estos planteamientos pueden deducirse las siguientes conclusiones: 1) A partir de cierta longitud, las tensiones internas que acumula el carril (P'} son independientes de la longitud que éste pueda tener. La recta A'-B' tiene una posición variable en altura, en el dibujo, según el valor de P' 2) El valor de P' es variable y depende de la diferencia de temperatura del carril entre la del momento de su colocación y la del momento que se está considerando. 3} Considerando los extremos del carril, éstos son susceptibles de moverse por dilatación y el incremento de longitud dependerá del carácter variable de P', (Líneas O-A y

B-C). Para calcular el esfuerzo Pues necesario aplicar la ley de Hooke que dice:

Figura 1-31: Barras largas soldadas-zonas

P'= E - S - a • At Siendo: P' Fuerza de dilatación en dN. (decaNewtons) a Coeficiente de dilatación del acero (= 0,00001096) E Módulo de elástico del acero {= 2.100.000 daN/cm S Sección del carril en cm2 (Peso / m x 1,284) At Diferencia entre la temperatura de colocación del carril y la del momento considerado. (tc-t°) En la Figura 1-31 se repiten los conceptos hasta aquí explicados. En el tramo B de la Figura el carril no se puede dilatar pues queda confinado entre los tramos A y C que le hacen de tope Por ello aparecen tensiones internas según la ya citada ley de Hooke, que son proporcionales a la diferencia de temperaturas entre el momento de colocación y el momento que estamos considerando. La longitud de este tramo no influye en el valor de la tensión acumulada y puede ser, por lo tanto, cualquiera. En los tramos A y C hay un número de traviesas suficiente para frenar el esfuerzo que hace el carril para dilatarse en el

tramo B. El número de traviesas necesario para frenar la fuerza P'(Figura 30) varía según la magnitud de la misma (y el tipo de traviesas empleadas). Por lo tanto la longitud de los tramos A y C es variable y en ellos los carriles se dilatan hacia el extremo libre. El comportamiento del carril será el mismo si en lugar de calentarse se enfría, solo que en tal caso las tensiones internas que sufrirá serán de tracción en vez de compresión. Peligros Como se ha visto hasta aquí, una vía sin juntas puede estar sometida a grandes esfuerzos de tracción ó de compresión, según haga más frío o más calor que el que hizo cuando los carriles fueron colocados. Si el esfuerzo detracción es muy grande a causa de un intenso frío el carril puede romperse, por contracción y dejar una cala entre los dos extremos rotos. Este tipo de avería es preocupante, pero de importancia relativa. Es difícil que un tren descarrile por encontrarse un carril en tales condiciones. Además si la vía esta señalizada por medio de circuitos de vía, la avería será detectada de inmediato y podrá ser reparada rápidamente. Si en cambio la vía está sometida a un gran esfuerzo de compresión a causa de un calentamiento excepcional de los carriles, entonces pandeará. Si se produce un pandeo lateral puede considerarse que esta avería es muy grave. Lo más probable es que el primer convoy que acometa ese tramo de vía descarrile y se produzca un accidente. Generalmente estos pandeos se producen súbitamente y al paso del último vagón de un tren. E! tren que !o desencadenó no sufre las consecuencias, pero el siguiente será el que se encuentre la vía fuera de

lugar. Por estas razones, cuando se establezca una vía sin juntas se han de tomar todas las precauciones posibles para evitar o alejar el peligro de pandeo por calentamiento, incluso si con tales precauciones aumentamos el peligro de una rotura de carril por tracción. Se ha de tener presente que un carril puede calentarse a una temperatura muy superior a la ambiente. Por reflejo solar no es extraño que alcance temperaturas del orden de entre unos 20 ó 25° C más elevada que la ambiente, y puede que llegue en total a 70° C, sobre todo si no hay viento que lo refrigere, o una trinchera con sombra, por ejemplo. Para imaginar mejor este fenómeno piénsese en como uno puede quemarse la mano si en verano coge inadvertidamente una herramienta de acero que haya estado expuesta cierto tiempo al sol. Liberación de tensiones Para mantener controlados los esfuerzos de tracción y compresión que vaya a soportar el carril del que nos ocupamos, es muy importante, según lo razonado hasta ahora, que también se tenga controlada la temperatura de su colocación. Esto quiere decir que cuando se fijan los extremos la temperatura ambiente debe estar entre ciertos límites. Esto, evidentemente, a menudo no es posible, porque no se puede elegir ese momento en función de unas variables tan aleatorias como las meteorológicas. Los carriles se habrán de montar en el momento en que esto se haya programado o que convenga a las condiciones de explotación de la línea. Una vez colocados, en una operación aparte, se procederá a fijarlos con las tensiones de tracción que correspondan al caso hipotético de que se hubiesen podido colocar a la temperatura deseada. Esta operación se llama "liberación de tensiones". Para llevar a cabo esta operación hay que elegir un momento en el que el carril esté a una temperatura inferior a la que se haya elegido

como temperatura ideal de colocación. Esto es así porque se puede alargar el carril pero no se puede hacer que se contraiga. Si se supone que se ha colocado un carril a una temperatura cualquiera que/por ahora, no viene al caso y se ha de liberarlo para que quede fijado a una temperatura, por ejemplo, de 28° C (con la tolerancia en más y en menos que fijen las administraciones, que por ejemplo se supondrá que es de 3o C). Lo primero que se ha de conocer es la temperatura del carril cuando se va a liberar. Si la temperatura es menor de 28°-5° = 23° C. se ha de hacer que el carril se alargue hasta alcanzar una longitud equivalente a la que tendría a 28° C. Si la temperatura es mayor de los 28° no se podrá liberar porque no hay forma de hacer que el carril se contraiga. Para que el carril se alargue se puede calentar o estirar por tracción. El procedimiento de calentarlo se utiliza a veces, aunque no es muy corriente. A tal fin se utiliza un carrito, con numerosos sopletes de gas que se desplaza por la vía calentando el carril. No resulta exacto pues cuando se calienta un extremo del carril, si el tramo a opuesto ya se ha enfriado. El utilizado, en la actualidad, es mediante unos gatos hidráulicos. El procedimiento para liberar menos el siguiente:

liberar es largó, el extremo sistema más comúnmente el de estirar los carriles un carril puede ser más o

1} Ante todo se deberá determinar la temperatura de liberación, esto es la temperatura a la que el carril no estará sometido a ninguna tensión, ni de tracción ni de compresión. Esta temperatura suele estar fijada por la administración ferroviaria. De no ser así, para determinarla, será necesario conocer la mínima probable en la zona {obtenible en un observatorio meteorológico) y la máxima por reflejo solar en el carril. Esta última es más difícil de averiguar. Puede ser la correspondiente a la temperatura más alta que se pueda

alcanzar, a la que habrá de sumársele de 20 a 25 ° por calentamiento por reflejo solar. Para hallar la temperatura de liberación más conveniente se tomará la media entre las dos y se le agregará entre un 5 y un 10 % de la diferencia entre las temperaturas máxima y mínima. Cuando se tenga determinada la temperatura de liberación, se establecerán las tolerancias en más y en menos. Se tendrá entonces una franja de temperaturas de liberación. Estas tolerancias (del orden de los 3°C) suelen también estar fijadas por la administración ferroviaria. 2)

Las temperaturas a considerar serán entonces las siguientes: 3)

t+ Temperatura máxima que puede alcanzar el carril. tl+ Tolerancia en más de la temperatura de liberación, ti Temperatura de liberación. te Temperatura del carril en el momento de la liberación, ti- Tolerancia en menos de la temperatura de liberación, t- Temperatura mínima que puede alcanzar el carril. Cuando esté decidido donde hacer la liberación se tomará la temperatura del carril con un termómetro colocado en el alma del mismo y por el lado de la sombra (tienen un imán para sujetarse). Si la temperatura estuviese entre t+ y tl+ la liberación no se puede hacer. No se ha acertado con el día o la hora. Si la temperatura está entre tl+ y ti- el carril se puede liberar, pero no hará alta estirarlo. Si la temperatura está por debajo de ti- el carril se estirará con la ayuda del tensor hidráulico que se utiliza para ello. Elegido el tramo de carril que se desea liberar, la longitud máxima en recta puede ser hasta del orden de 600 m a cada lado del punto en el que se desee hacer el corte del carril. 4)

Cuando el tramo tenga curvas las longitudes de liberación serán menores, en función de los radios. Esto puede estar determinado en las normas, que deberán ser consultadas. En el tramo, se aflojarán en é! todas las fijaciones y se levantará ligeramente el carril, lo suficientemente como para poder introducir entre él y sus apoyos unos rodillitos para que se deslice mejor. Estos rodillitos pueden consistir en trozos de redondo de acero de diámetro aproximado de 1 8 - 2 0 mm. Pueden colocarse cada varias traviesas mientras el carril no toque más que los rodillitos. Si existiesen entre carril y traviesas suelas de goma, estas se retiraran al poner los rodillitos. 5)

Se comprobará nuevamente la temperatura del carril.

Se hacen dos marcas a ambos lados de donde se va a cortar el carril. 6)

7) Se corta el carril, y a continuación se golpea en toda su longitud para que las vibraciones que en él se crean, faciliten que se estire con libertad. Para golpearlo pueden utilizarse mazas de madera dura.

Se toma la medida de la cala que ha quedado después del corte y ¡os golpes (utilizando para ello las marcas del párrafo 6) 8)

9) Conviene, en este momento tomar nuevamente la temperatura del carril. Si resulta estar entre ti+ y ti- se procede a soldarlo y se considera que ya está liberado.

Si la temperatura del carril está por debajo de la temperatura ti- habrá de ser estirado con tensor. El estiramiento (ó acortamiento de la cala) E que se le habrá de dar en milímetros será el que nos dé la siguiente multiplicación: 10)

E = L-T-0,00001096

Siendo L la longitud total a liberar por los dos lados en mm y T la diferencia entre la temperatura de liberación ti, y la actual del carril etc. Se estira entonces el carril con el tensor comprobando su estiramiento entre las marcas a las que se refiere el punto 6). Si la cala queda pequeña, se retoca para que ésta tenga la holgura que requiere la soldadura. 11)

Se efectúa la soldadura aiuminotérmica.

Se quitan los rodillitos y se aprietan las fijaciones comenzando por las más próximas a la soldadura. E! carril ha quedado liberado. Algunas normativas exigen tomar medidas del desplazamiento del carril a distancias de /a, Vá y % partes de la longitud de cada carril, para así poder controlar que su desplazamiento durante el estiramiento ha sido proporcional. Finalmente se levantará un acta donde consten todos los datos significativos de liberación: fecha, lugar, personas, temperaturas, etc. 12)

Suele tenerse que rellenar una planilla preparada a propósito por la administración ferroviaria donde constan todas las casillas de datos a rellenar. Hay otra manera de conocer cuándo se ha estirado suficientemente el carril sin medir el acortamiento de la cala.-Se trata de conocer la fuerza que se ejerce entre los dos extremos de carril a ambos lados de la cala, lo que puede saberse mediante un manómetro que mida la presión hidráulica del aparato de estirar y un coeficiente multiplicador para conocer la fuerza de estiramiento en función de la presión hidráulica. Esta tendrá que ser: P = E • S • a • (te - T°)

Siendo: P Fuerza detracción ejercida por la prensa. E Coeficiente de elasticidad del carril (2.100.000 deN/cm2). S Sección del carril (Peso / metro x 1,284 = cm2). a. Coeficiente de dilatación del acero (0,00001096). Se debe tener presente que hay vías en las que, a pesar de estar formadas por carriles continuos soldados, tampoco es necesario hacer en ellas ninguna liberación de tensiones. Esto sucede en los casos siguientes: Cuando una vía está dentro de un túnel, ya sea natural o artificial, siempre que dicho túnel tenga una longitud superior de 0,7 Km. Esto es así porque en el interior del túnel la temperatura es más uniforme y además no hay posibilidad de calentamiento del carril por reflejo solar. •

Cuando una vía esta embebida en el pavimento, puesto que éste la preserva en parte, protegiéndola, de grandes cambios de temperatura e impide que el sol caliente la totalidad de la superficie de sus carriles. Además el pavimento constituye un confinamiento que se opone a cualquier tendencia al pandeo. Este es el caso de muchas vías para tranvías. •

•

En muchos casos de vías en placa o sin balasto.

Hay que ser cauto en cuanto a esta última afirmación, a causa de las variadas propuestas de vías en placa de distintos tipos y de la poca experiencia acumulada sobre las mismas. Por ultimo hay que tener en cuenta que no se pueden soldar los carriles de cualquier vía, sino que esta ha de cumplir ciertas condiciones para permitirlo; Estas condiciones son ¡as siguientes:

La trama de traviesas ha de ofrecer cierto grado de resistencia al pandeo de la vía. Esta resistencia es, si no totalmente pero si en gran medida, proporcional al peso de las traviesas. De ahí la preferencia por utilizar traviesas de hormigón en vías de carriles soldados. No obstante se han tendido vías con carriles continuos sobre traviesas de madera, con éxito. La trama de traviesas y la sección de los carriles han de guardar cierta proporción. A continuación se incluye un ejemplo: Considerando que el peso de las traviesas se opone al pandeo de la vía por dilatación de ios carriles, puede establecerse un coeficiente comparativo que relacione el esfuerzo de dilatación (proporcional, entre otros parámetros, a la sección del carril, y por lo tanto a su peso por metro) con el peso de traviesas y fijaciones por metro de vía. A este coeficiente podría llamársele "coeficiente de peso anti-pandeo"(CPA) y adaptaría ¡a forma: CPA= pmt/pcm Siendo: pmt = peso de traviesas y fijaciones por metro lineal de vía. pcm = Peso del cárril utilizado, por metro Utilizando algunos ejemplos, resultarían los siguientes valores: • Vía de RENFE con traviesas monobloque de hormigón DW en número de 1600 por Km y carril de 54 Kg x m • Vía para alta velocidad con traviesas monobloque de hormigón en número de 1600 por Km y utilizando carril de 60 Kg x m

493 CPA = -4^- =8,33 60 CPA=499.68/54 = 9.25 • Vía de los Ferrocarriles de Mallorca con traviesas monobloque de hormigón VM 54 en número de 1500 por Km y utilizando carril de 54 Kg x m Cuanto menor es el CPA existe más riesgo de pandeo en la vía en días de calor extremo. Se citan como ejemplo los FF CC de Mallorca porque pandearon varios tramos de sus trayectos con carriles soldados entre las estaciones de Empalme y Manacor en el verano de 2003, esto podría indicar que el valor CPA de 5,16 resultó bajo. Por lo ya expuesto es necesario añadir que no se debe elegir siempre el carril de mayor peso porque es preferible que este guarde proporción con los demás componentes de la vía. De acuerdo con esta buena práctica es preciso señalar que si en Mallorca se hubiesen montado sus nuevas vías con carril de 45 su CPA hubiese aumentado a 6,19 y con carril de 40 sería de 6,96, prácticamente 7, y esta vía hubiese resultado mucho más estable en días de. Intenso calor. Como ya se ha dicho, resulta muy necesario que toda vía con carriles soldados esté dotada de fijaciones elásticas, para que cada una de sus traviesas contribuya a frenar los esfuerzos de contracción o dilatación. De los carriles. Finalmente se podrirá valorar el calentamiento solar de un carril entre 20 y 25° C sobre la temperatura ambiente máxima del verano. Juntos de dilatación El desarrollo de las vías sin juntas trajo consigo el de las juntas de dilatación que son capaces de absorber importantes desplazamientos longitudinales entre sus dos extremos (del orden de unos 30 cm las más corrientes). Al principio en estas

vías las juntas se colocaban a intervalos regulares para tener confinados los esfuerzos actuantes en tramos de vía de longitudes limitadas. Hoy en día esto no se considera necesario y su utilización se limita a los siguientes casos: Puentes metálicos sin balasto, en el que los carriles estén fijados al entramado del puente. También en puentes con balasto han de analizarse los esfuerzos debidos al carril para que en el tramo no se sumen a los propios del puente y puedan alterar las cargas previstas. Antes y después de desvíos y otros aparatos de vía que no estén fabricados para aguantar grandes esfuerzos de tracción y compresión en sus carriles. En el caso de España estos son los desvíos tipo "A". Todos los demás desvíos normalizados, son capaces de absorber dichos esfuerzos. Se colocan donde un trazado con vía de carriles continuos soldados enlaza con otro de vía embridada, de barras elementales. En viaductos, especialmente si están en curva, para que no se produzcan en ellos reacciones transversales y longitudinales producidas por las dilataciones de carril. ESTABILIDAD DE LOS TRENES EN LAS VIAS Las pestañas de las ruedas de un vagón, coche de viajeros o locomotora son las que impiden que este material se salga de la vía, si bien en cada momento es una sola de las pestañas de cada par de ruedas la que realiza esta función, puesto que no 'trabajan' las dos simultáneamente a excepción de las vías con contracarril. La fuerza que trata de "sacar" un tren de la vía es la fuerza centrífuga en las curvas. .En este apartado se tratarán de evaluar tanto las fuerzas que retienen un tren en la vía como las que intentan descarrilarlo. El propósito de esta evaluación es que se adquiera cierta conciencia de la magnitud de estas fuerzas, y de cómo interactúan los diferentes parámetros utilizados habitualmente para limitar los márgenes dentro de los cuales

se consideran estas fuerzas admisibles. Se plantea para ello que un tren virtual que recorre, por ejemplo, un tramo en curva que tiene un radio de 500 metros y peraltada con 150 mm. Estará entonces sometido a una fuerza centrífuga proporcional a la velocidad que lleve. Si esta velocidad es excesiva pueden producirse tres tipos de accidentes: • Vuelco del tren. • Descarrilamiento. • Que el tren saque de su sitio la vía. Vuelco del tren En la Figura 1-32 se han representado las fuerzas actuantes. Según los cálculos que se recogen a continuación, para que un tren alcance su velocidad límite o de vuelco la resultante F ha de pasar por el punto M, plano de rodadura del carril exterior. Se eligen entonces unos valores que permitan desarrollar el cálculo: Siendo: G Altura del centro de gravedad (1,25 m). S Separación entre carriles (1,668 + 0,07 = 1,738 m). ^ R Radio de la curva (500 m). h Peralte (0,15 m). g Aceleración de la gravedad (9,81 m/s 2}. H Vector vertical. B Vector horizontal. , V Velocidad del tren.' al Aceleración lateral centrífuga. H = G - — = 1,25- =1,175 22

m

Descarrilamiento

En la Figura 1-33 se han dibujado las fuerzas que intervienen en la fórmula de Nadal que es la más usual para determinar la fuerza lateral que descarrila un tren, aunque hay otras varias como las de Lafftte y de Wagner, por ejemplo.

La fórmula de Nadal viene dada por la igualdad: X=P Cuando el valor de la fuerza X supera al resultado de la expresión situada a la derecha del signo de igualdad, la pestaña de ¡a rueda puede montar sobre el carril y provocar, por tanto, el descarrilamiento. Puesto que algunos valores de los parámetros de ¡a fórmula

son en la práctica difíciles de obtener o medir, el autor aconseja, si no se conocen, adoptar los siguientes valores:

8 = 60° f = 0,25 ~ 0,27 (Rozamiento acero / acero) Adoptando para f un valor intermedio =0.26 se puede simplificar la formulación anterior que quedaría: X = P x 1.0149 Siendo P la carga vertical de la rueda contra el carril. La velocidad límite de descarrilamiento valdrá entoncesV = 3,6 VRg.1.0149 = 254 Km/h A esta velocidad y el radio de curvatura adoptado, la aceleración lateral total será de:

Parte de esa aceleración queda compensada por el peralte adoptado (0,15 m) Acelcompensada= Recordando que h es el peralte, S el ancho de vía + 70 mm y g la aceleración de la gravedad.

Restando esta última cifra de la total, la aceleración transversal que pondría e« tren al límite a el descarrilamiento, valdría por lo tanto 9,103 m/s2

Ripado o desplazamiento de la via Los Ferrocarriles Franceses han hecho una campaña de ensayos para averiguar que magnitudes de fuerzas eran necesarias para descarrilar un tren, o sea una aplicación práctica de lo expuesto en el apartado anterior. Para hacer estas pruebas utilizaron un vagón lastrado de tres ejes cuyo eje central podía desplazarse lateralmente siendo posible también medir la fuerza que se ejercía sobre él (Figura 1-34).

A! principio se pensó que este eje descarrilaría y así podrían validarse resultados como los de la fórmula de Nadal, pero sucedió que en vez de descarrilar, el eje móvil desplazaba la vía. A raíz de esta circunstancia se prosiguieron los ensayos, pero ahora dirigidos a averiguar el valor de las fuerzas capaces de desplazar lateralmente una vía cargada, es decir, con un tren encima. Resultado de estos ensayos es la fórmula empírica siguiente: F=1.5+ Fueron obtenidos en una vía con traviesas Vagneux sobre balasto, bateada con maquinaria pesada. En esta fórmula F es la fuerza necesaria para que la vía se

desplace lateralmente y P la carga sobre el eje intermedio que se desplazaba. Si suponemos que pasa un vehículo que carga 20Ton. Por eje, el valor de F será entonces de 8,17Ton., y para producir esta fuerza será necesaria una velocidad de:

La aceleración lateral producida por esta velocidad valdrá entonces para este caso, como en los anteriores:

Los cálculos anteriores, de aceleraciones laterales necesarias para volcar, descarrilar, o mover la vía, permitirán entonces efectuar una comparación con las aceleraciones laterales no compensadas o aceleración centrífuga, que se admiten normalmente en los trenes, y así se podrá ver cuán

lejos está de valores susceptibles de producir un accidente en la marcha normal de los trenes. Así por ejemplo se ha visto que para que un tren de ancho ibérico (1668 mm) vuelque, en las condiciones elegidas de radio 500 m, peralte 150 mm, y el centro de gravedad a 1,25 m del plano de rodadura, hará falta una aceleración lateral de 8,09 m/s2 que se alcanza a V= 229 Km/h. Para que ese mismo tren descarrile la aceleración deberá alcanzar los 9,103 m/s2 a una v = 254 Km/h. Y para que el mismo tren ripe la vía la aceleración lateral deberá alcanzar una aceleración de 4 m/s2 equivalente a una V=161 Km/h. Compárense estos resultados con los admisibles normalmente: En España en la Red Convencional, se admite, como límite de confort, una aceleración de 0,65m/s 2, lo que equivale a pasar con una V=98 Km/h. En otras redes europeas, se admite una aceleración de alrededor del,2 m/s2, lo que permite pasar a una V= 115 Km/h. De lo expuesto hasta aquí pueden señalarse algunas observaciones. La primera sería que las aceleraciones sin compensar y las velocidades a las que.se producen, admisibles por confort, están bastante lejos de los valores susceptibles de producir un accidente. La segunda es que la aceleración sin compensar que se admite en RENFE como límite de confort, de 0,65 m/s 2 es un límite bastante restrictivo si se compara con los límites admitidos casi universalmente y penaliza inútilmente las velocidades alcanzadles.

Puede entonces plantearse la siguiente pregunta: Si los límites admisibles se basan en condiciones de confort ¿por qué aplicarlos a los trenes de mercancías, en los que el confort no cuenta? Las respuestas serian varias:

Difícilmente se intenta que los trenes de mercancías sean más veloces que los de viajeros. Indudablemente podrían superar los límites de aceleración sin compensar admitidos por confort sin peligro, pero ello no sería práctico, antes lo contrario pues exigiría locomotoras muy potentes. Tampoco conviene que la vía esté sometida a los esfuerzos que esto produciría, porque disminuiría su vida útil. Lo que si es cierto es que por curvas de pequeño radio un tren de mercancías puede pasar a mayor velocidad que uno de viajeros. Vías sin balasto Con la nominación "vía en placa" puede entenderse toda vía férrea cuyo elemento más singular, aparte de sus carriles, sea una losa o placa. Puede o no llevar traviesas, que en caso de existir estarán embebidas en la placa propiamente dicha, pero no llevará nunca balasto, por lo que estos tipos de vía son llamados también "vías sin balasto". Ocasionalmente llevan balasto sobre la placa, pero en estos casos el balasto tiene como función absorber el ruido y nunca está relacionado con el reparto de cargas sobre el terreno. La placa puede ser continua, de ejecución in situ, o compuesta de elementos prefabricados de dimensiones fijas, alineados convenientemente. Si la placa es continua puede descansar directamente sobre el terreno, convenientemente preparado, sobre una base de un material distinto al del terreno, o sobre una solera como puede ser la de un viaducto o la de un túnel. Si la placa es discontinua o de elementos prefabricados, generalmente descansará sobre una placa continua o "placa base" si se asienta sobre un terreno natural, o puede no necesitarla si se asienta sobre una estructura preparada de antemano para soportarla. Cuando los elementos prefabricados se apoyan sobre la placa base por intermediación de elementos elásticos interpuestos, se dice que la losa es "flotante". Se tratará por lo tanto de una "vía en placa de losa flotante". La losa flotante no tiene por que estar necesariamente compuesta por elementos prefabricados,

aunque esto sea lo más corriente. Puede o no estar construida in situ. Se estima que lo expuesto hasta aquí es suficiente para definir lo que puede considerarse como "vía en placa" aunque esto no sea demasiado sencillo, por ser esta una tecnología que en estos momentos se encuentra en constante evolución a causa de las importantes expectativas actuales en Europa relacionadas con la construcción de nuevas líneas de alta velocidad o adaptación a ésta de líneas existentes. El hecho es que numerosos grupos constructores o industriales desean ser innovadores, Y patentar una determinada tecnología propia.

Esto hace que con gran frecuencia se estén proponiendo nuevos tipos de vía en placa, sobre todo en Alemania, que es el país en el que sus técnicos demuestran tener más iniciativas en torno a este tipo de vías. El entusiasmo despertado se justifica con la expectativa de que se trata de vías con tendencia al "mantenimiento cero". En esta amalgama de nuevas ideas e intereses han surgido también proposiciones de vías en las que el balasto es remplazado por un pavimento asfáltico ejecutado con una tecnología derivada de la de construcción de carreteras, y sobre esta capa se asientan las traviesas. Esta vía, aunque es sin balasto, no puede ser considerada estrictamente como una vía en placa, aunque se la considerara como tal a falta de otras subdivisiones. En cuanto al material empleado en la construcción y en el proyecto de vías en placa, carriles aparte, se limita casi exclusivamente al hormigón en sus distintas variantes; en masa, aireado, con fibra, hidráulicamente fraguado, etc. Excepcionalmente se emplean mezclas asfálticas en algunas placas base, o emulsiones de asfalto-cemento como material de relleno o calado. Cuando el constituyente principal de la vía es un

elemento de hormigón prefabricado, se arma mediante armaduras pasivas, armaduras pre-tensadas, post-tensadas, o una combinación de dos o de las tres. Las placas continuas o placas base se suelen armar también mediante alambres longitudinales o mallazos, casi siempre pasivos. Por supuesto que en el conjunto de una vía en placa entrarán también, en menor medida otros materiales, en referencia a los elementos para fijación de los carriles, elastómeros, etc. Primeras aplicaciones La primera instalación conocida de una verdadera vía en placa concebida como tal, destinada a suplir una vía convencional y tendida sobre un terreno natural, se realizó en los Estados Unidos, poco antes de la Segunda Guerra Mundial. Se la conoce como "vía Forrestier" (Figuras 1-35 y 1-36). Estaba formada por placas prefabricadas de hormigón armado mediante armaduras pasivas, de 2,15 m de anchura y 6 m de longitud. En su cara superior presentaba dos ranuras longitudinales dispuestas para contener sendos largueros de madera en toda su longitud. En estas ranuras, que en sección tenían, cada una, sus paredes laterales formando una cola de milano, se encajaban los largueros y quedaban fijados a la placa mediante un relleno de asfalto vertido entre madera y hormigón a ambos lados de cada larguero (Figura 1-35). Sobre estos largueros, y directamente apoyados sobre ellos, se colocaban los carriles de la vía. Las placas, por su cara inferior, tenían, junto a sus aristas laterales, dos salientes en toda su longitud. Estas estaban destinadas a incrustarse en el terreno, y así otorgar a la vía una resistencia al ripado o desplazamiento lateral. Las placas, en sus cuatro vértices disponían de unas ménsulas de hormigón de 30 cm de longitud, cuya función es la de facilitar la nivelación de cada placa mediante gatos. Las placas descansaban en

un terreno previamente nivelado y compactado (plataforma) en el que se habían practicado dos pequeñas zanjas paralelas para dar alojamiento a las aristas laterales de las placas. El peso de la vía y tren era transmitido al terreno por la parte inferior plana de las placas. Estas se nivelaban y alineaban primero, y luego el hueco entre placas y terreno se rellenaba con arena, una vez las placas perfectamente niveladas. Para rellenar se impulsaba la arena con aire comprimido, para que quedase bien compactada y llenase todos los intersticios entre placa y terreno. El ensayo de este tipo de placa no tuvo continuidad, en parte por la Segunda Guerra Mundial y en parte porque resultó cara. Sin embargo vale la pena analizar las causas de su abandono y también las enseñanzas que aportó, i En primer lugar -se detectó la siguiente ventaja: Las cargas transmitidas al terreno no superaban 0,6 Kg/cm2, mientras que las transmitidas por los pesados trenes americanos por las vías convencionales podían alcanzar entre los 3 y 4 Kg/cm2. Esto otorgaba una notable estabilidad a la vía y reducía sus necesidades de mantenimiento. Como inconvenientes, un mayor coste en comparación con una vía convencional de entonces, además de que si bien su nivelación había quedado bien resuelta con la inyección de arena, su alineación era algo más compleja. La fijación de los carriles tampoco estaba bien resuelta, pues si bien se utilizaban tirafondos en vez de las escarpias utilizadas hasta entonces en los Estados Unidos, el hecho de tener que incrustar en la placa una traviesa ocasionaba dificultades para cambiarla cuando se degradaba, lo que finalmente era un inconveniente. Además estas maderas, debido a su confinamiento, cuando absorbían humedad, secaban mal.

Figura 1-35: Anclaje de carri! en vía Forrestier

Figura 1-36: Sección completa de vía Forrestier Ventajas e inconvenientes

Una de las ventajas que se adjudican a las vías en placa es su durabilidad. Su adopción no se justifica por una razón cualitativa pues la calidad geométrica lograda mediante vías convencionales, (por las que ya se ha circulado a 574,8 Km/h) no es fácilmente mejorable. Para que la condición de durabilidad pueda cumplirse, tienen también que cumplirse ciertas condiciones, como por ejemplo una correcta cimentación, que los materiales que ¡a componen no sean fácilmente degradadles, y un fácil reemplazo de la parte que sufre desgaste: los carriles, sin que

el hecho de cambiarlos altere. la geometría de vía. A una vía en placa estas cualidades se le suponen, y aunque si bien la durabilidad del hormigón está contrastada, no es el caso del conjunto que forma éste con los demás componentes; aceros, elastómeros, etc. Se considera que una vía convencional suele durar entre 25 y 50 años en buenas condiciones, si ha recibido un correcto mantenimiento. Una vía en placa debe, para remplazaría con éxito, durar sin degradarse, y con un mantenimiento mínimo, bastante más allá de 50 años. Sin embargo no existen actualmente vías en placa tan antiguas como para asegurar que esta condición se cumple. De todas maneras, no existe otra manera de innovar que no sea la búsqueda de un objetivo, aun sin la absoluta certeza de lograrlo. . Otra característica de las vías en placa es la necesidad de una excelente y definitiva geometría de vía desde el momento mismo de la concepción de un nuevo trazado. A diferencia de lo que ocurre con las vías convencionales, una vez construida la vía en placa, su geometría no admitirá correcciones o las admitirá muy limitadamente actuando entre fijaciones y placa. Así pues, alabeos, peraltes y curvas de transición habrán de estar debidamente proyectados con anterioridad, pues no existirá posibilidad de poderlos corregir posteriormente. Los estudios necesarios no están exentos de dificultades pues tienen que haber previsto velocidades, tendencias y posibilidades con una anticipación del orden de varias décadas ya que él. Inconveniente de las vías en placa es su carácter de "obra fija". No se nos ocurre otra palabra para definir su inmovilidad. Una vez construida una vía en placa, si fuese preciso intercalar un aparato de vía, nos enfrentaríamos a una. Operación que resulta complicada y muy costosa sobre todo en factor tiempo. La solución obligaría a construir una variante con la problemática de demoliciones, tiempos de fraguado, etc. La misma operación en una vía convencional

puede realizarse en unas pocas horas sin alteración apreciable en la programación de trenes. Experiencia Las vías férreas en general se encuentran mayoritariamente situadas sobre terreno natural, "a campo través" utilizando un lenguaje más corriente. En un porcentaje mucho menor está tendido sobre obras de fábrica, tales como puentes, viaductos o túneles con solera. En la experiencia disponible sobre vías en placa hay muchos más kilómetros de vías sobre estructuras que los que hay sobre terreno natural. Este hecho se produce porque quien proyecta o promueve que determinado tramo de vías sea construido con tecnología de vía en placa, tiene más o menos asegurado el éxito si tal vía asienta sobre una base firme, mientras que si Se ha construido sobre un terreno natura!, cuya consistencia puede variar en función de que contenga más o menos humedad, de asentamientos, y otras circunstancias análogas, no tiene la certeza de que su obra vaya a obtener un resultado tan satisfactorio como en el caso anterior. Para obtener un criterio cierto sobre el comportamiento de determinado modelo de vía en placa es determinante el factor tiempo, transcurrido el mismo pueden extraerse conclusiones fiables sobre durabilidad, necesidades de-mantenimiento y gastos que éstos ocasionan. En resumen, para conocer el comportamiento como camino de rodadura de una vía en placa, se precisa un período de entre 25 y 50 años. En menos tiempo no se pueden obtener conclusiones definitivas. Por las razones hasta aquí expuestas, valorar las ventajas e inconvenientes de una vía en placa en comparación con las vías convencionales, es difícil puesto que si bien de las primeras existen más de 150 años de experiencias, de las segundas existen solamente unos pocos lustros. Esta circunstancia puede conducir a expresar juicios de

valor no suficientemente contrastados, aunque este es un riesgo difícil de eludir siempre que se desea hacer algún análisis. Por otra parte, la tecnología básica del conjunto carriles + traviesas + balasto se ha mantenido constante desde casi el origen del ferrocarril, con evoluciones muy paulatinas en el material de las traviesas, en las formas de fijación del rail y en la técnica de eliminación de juntas. De alguna manera esto puede justificar que se busquen nuevas soluciones. Coste de establecimiento El coste de establecimiento o construcción de las vías en placa ha de ponerse en la fila de los inconvenientes, pues es mayor que para las vías convencionales. Dada la gran familia de tecnologías diferentes de vía en placa, como se verá más adelante, y la constante evolución de los métodos constructivos no es posible establecer una comparación fiable entre costes para la construcción de una vía convencional y una vía en placa. Nos atrevemos a suponer, no obstante, que la proporción puede variar entre 1,5 y 3 veces.

Mantenimiento

Las menores exigencias en necesidades de mantenimiento es la gran ventaja que se espera obtener de las vías en placa, al conservar su calidad geométrica mucho más inalterable que las vías sobre balasto. Los gastos necesarios para mantener una vía en buenas condiciones son muy inferiores. A este respecto resulta muy ilustrativo el gráfico de la Figura 1-37 relativo a un tramo deyía entre Colonia y Hamm, en Alemania, sobre terreno natural. En medio de este tramo

existen unos 1500 m de vía en placa. En el eje vertical del gráfico se dan valores de Q, que es un parámetro hversamente proporcional a la calidad geométrica de la vía. En el eje horizontal se han representados los puntos kilométricos, y en el eje en profundidad los años transcurridos. Se trata de una vía en placa tipo Rheda por la que circulan diariamente entre 50.000 y 60.000 toneladas entre trenes de mercancías y de viajeros, éstos últimos a velocidades comprendidas entre 200 y 250 Km/h.

Vibraciones y su amortiguación Lo que se expone a continuación procede íntegramente de

un estudio publicado por la RATP de París y ha sido traducido del francés. Se estima muy interesante por la claridad de sus exposiciones. "Por lo general las vías en placa se comportan algo peor que las vías sobre balasto en lo que se refiere a transmitir vibraciones a los edificios próximos a la vía, en valores comprendidos entre 25y 250 Hz., las más molestas. Por el contrario las vías en placa de losa flotante producen mejores resultados que las de balasto en cuanto a amortiguación de estas frecuencias. Es importante destacar ante todo que la amortiguación de vibraciones es de interés cuando se atraviesan núcleos urbanos, tanto en superficie como en túnel. En el caso de viaductos el camino que han de recorrer lasvibraciones hasta llegar a los edificios, al ser mayor, también es mayor la amortiguación que se produce naturalmente a lo largo del mismo. No es importante, en cambio, que una vía concebida para ser tendida en pleno campo amortigüe bien las vibraciones. En las ciudades que poseen un Metro, que cada vez son más numerosas, y en las aglomeraciones urbanas en general que son atravesadas a nivel o en subterráneo por una vía férrea, se detecta un crecimiento de la sensibilidad de sus habitantes por las molestias vibratorias o sonoras, como hecho sociológico reciente. La imagen de marca de ¡as compañías explotadoras obliga a estas a reducir las molestias de manera eficaz y rápida. En casi todo el mundo, pero sobre todo en Europa, estas empresas suelen ser de titularidad pública, y su buena imagen tiene también connotaciones políticas. En las líneas férreas el generador de vibraciones es el rodamiento o contacto rueda-carril. Las características de las emisiones varían según se trate de tranvías, metros o ferrocarriles convencionales Los tranvías generan pocas vibraciones pues al poseer ruedas elásticas de muy poca masa no suspendida, tienden a que ¡as deformaciones de las superficies en contacto generadoras de las vibraciones sean amortiguadas por las ruedas y no se transmitan a la vía.

Los metros son grandes generadores de vibraciones porque: 1°) Su tránsito es muy intenso y repetitivo. 2o) Su trazado tiene curvas de pequeño radio impuestas por la trama urbana. 3o) Sus carriles padecen, con harta frecuencia, desgaste ondulatorio. Si bien su velocidad máxima es moderada, las características anteriores concurren a que cualquier defecto de rodamiento se agrave rápidamente y su percepción aumente. Enumeradas ya algunas de las causas que pueden generar vibraciones en una vía férrea urbana, es necesario hacer algunas precisiones que ayuden un poco más a valorar el problema en su correcta magnitud. Para ello lo primero que ha de estimarse es cuando una determinada vibración comienza a detectarse y, lo que es más importante, cuando se convierte en molesta. Esto resulta muy difícil y subjetivo, más aun tratándose de vibraciones y no de ruido. Las vibraciones y la energía que pueden transportar y disipar son difíciles de medir, sobre todo porque las generadas por una vía férrea están compuestas por una mezcla de frecuencias, direcciones de vibración y amplitudes, que para medirse con precisión tendrían que ser separadas y medidas individualmente, lo que resulta muy difícil y poco práctico. Por otra parte, la percepción molesta de vibraciones dentro de un edificio depende, además de la sensibilidad de quien las percibe, del "medio ambiente vibratorio". Revisaremos a continuación algunas situaciones: • La vibración producida en edificios contiguos a un tren metropolitano puede no ser percibida de día, confundida entre otras muchas y ruidos de múltiples orígenes, y ser en cambio objeto de numerosas quejas de los vecinos durante la noche.

•Puede pasar desapercibida en edificios situados junto a una calle con circulación rodada, y si un día esa calle se transforma en peatonal, originar quejas. * Puede no molestar a quien lleve muchos años en una vivienda y en cambio resulta molesta para un inquilino reciente. •Por otra parte, el terreno, portante de las vibraciones puede comportarse de muy diferente manera según sus condiciones circunstanciales: una simple subida de su nivel freático puede transformarlo de amortiguador en transmisor. De todo esto puede deducirse la extrema relatividad de la noción de molestia vibratoria, aunque pueda calibrarse midiéndola donde se genera, en la vía, o donde se percibe, en las estructuras muy próximas a la vía. Como se ha planteado anteriormente, los factores que intervienen en su generación son tan complejos e in terreí acción a dos, que, no es posible determinar de antemano la cantidad de energía vibratoria que podrá generar una circulación. Esta energía dependerá de factores tan diversos como el estado de la superficie de rodamiento de los carriles, de la de las ruedas, de su diámetro, de las masas no suspendidas, de la amortiguación propia de la vía, de la velocidad de circulación, etc. Como ejemplo pueden citarse mediciones efectuadas por la R.A.T.P. en las que un simple reemplazo de carriles usados por otros nuevos no produjo variación alguna en las vibraciones emitidas con una frecuencia de 40 Hz. Mientras que se detectó una significativa reducción de 13 db. En la frecuencia de 63 Hz. Por lo expuesto hasta aquí se evidencia que es muy difícil medir que grado de atenuación o absorción de vibraciones se puede atribuir a determinada configuración o modelo de vía en placa. Pueden, no obstante, obtenerse datos por comparación, aunque eso también es complicado. Es fácil medir la atenuación de vibraciones que se produce en una vía cuando a la misma se le aplica una mejora, pues la medición de antes y de después se pueden hacer en las mismas condiciones, lugar, circulaciones, velocidades, etc. En cambio

cuando se trata de una vía en placa de nuevo diseño, tendida en un nuevo lugar, falta la medición comparativa. No obstante es de esperar que una vía diseñada con el propósito de no transmitir vibraciones al suelo, cumpla en mayor o menor grado con su función, y que aunque esta no pueda medirse con exactitud o de manera totalmente fiable, debe ser evaluada de algún modo. Esta evaluación requiere prudencia y personas experimentadas. El elemento patrón será siempre una vía convencional, con carriles del mismo tipo, sobre traviesas de madera, sin elementos elementos amortiguadores entre traviesa y fijaciones y descansando sobre un lecho de balasto de entre 25 y 30 cm de espesor, si fuese posible en la misma línea en la que se construye la nueva vía para que circulaciones, velocidades y entorno sean lo más semejantes posible. La experiencia en este campo conduce a no considerar como emisoras de energía a todas las frecuencias situadas fuera de la gama comprendida entre 32 y 125 Hz. Las frecuencias inferiores a 32 Hz. no son transmitidas por el terreno y las superiores a 125 Hz. No suelen llegar a él por ser amortiguadas generalmente por los componentes de la vía. Si se tiene en cuenta que la frecuencia propia de los edificios suele tener valores próximos a los 60 Hz., se puede tomar este valor como la punta de frecuencia más importante para amortiguar. La forma más eficaz de evitar su transmisión, de la vía al terreno, consiste en intercalar una masa flotante en su camino. De aquí surge la creación del concepto de "vía en placa flotante". De lo anterior puede deducirse, simplificando, que el aumento de la masa flotante, por un lado, y la disminución de la rigidez de los elastómeros, por otro, producen el efecto de desplazar la impedancia de transmisión de vibraciones hacia las bajas frecuencias disminuyendo la amplitud de la emisión, y en consecuencia ¡a energía transmitida.

La magnitud de masa flotante actúa sobre todo en el desplazamiento de la banda de frecuencias que atraviesa o no el sistema, y la rigidez elástica, en mayor o menor grado de amortiguación. La viscosidad o histéresis de los vínculos elásticos tiene también influencia en las impedancias. Aumentando entonces la elasticidad de estos vínculos elásticos, se pueden mejorar considerablemente los resultados de la amortiguación en una vía en placa flotante. El valor de esta mejora es ¡a necesidad de mantener dentro de ciertos valores la geometría de vía. La escasa experiencia disponible hasta el momento (dada la proliferación de sistemas propuestos en las dos últimas décadas) parece indicar que las mayores amortiguaciones se obtienen cuando, al paso de un tren, un carril se desplaza verticalmente hacia abajo entre 3 y 7 mm repartiéndose este movimiento a partes más o menos iguales entre carril-tosa y losa-solera. Un desplazamiento menor significaría que los vínculos elásticos son demasiado rígidos, si por el contrario es superior resulta desaconsejable por aumentos importantes en las solicitaciones a las que se somete a los carriles, lo cual puede producirles una fatiga prematura y ser fuente de fisuras internas y posteriores roturas. De las experiencias con los modelos actualmente existentes de vía en placa puede estimarse que las propiedades antivibratorias, según tipos o modelos, pueden ser las que se relacionan en el cuadro n° 1, siempre teniendo como patrón de comparación una vía convencional con traviesas de madera y balasto. Algunas vías en placa flotante pueden exigir alturas importantes entre el plano de rodadura y la solera-base, lo que se traduce en un sobrecoste importante en obra civil cuando se trata de vía en túnel, que por esta razón han de construirse de mayor gálibo. Las vibraciones pueden ser atenuadas por la concepción de la vía, pero también puede actuarse en el medio generador de las mismas, evitando que las ruedas tengan pianos y los carriles irregularidades. El amolado de carriles desgastados suele rebajar en 3 o 4 db. La intensidad de las vibraciones.

Si con el amolado se elimina un desgaste ondulatorio, la mejora será entonces del orden de 10 db. La utilización de vías en placa-muy amortiguadoras suele justificarse solamente por la proximidad de una línea férrea próxima a lugares muy sensibles a las vibraciones, como por ejemplo salas de concierto, hospitales, iglesias, bibliotecas, cierto tipo de laboratorios, etc.

TIPO DE VÍA EN PLACA

VALORES DE REDUCCIÓN DE ENERGÍA VIBRATORIA

Vías en placa no 0 db (incluso valores concebidas como negativos). antivibratorias. Vías con Alrededor de 7 db. Máx. 18 amortiguación entre db para el Huevo de fijación y placa. Colonia {entre 63 y 80 db). Vía en placa con Del orden de los 11 db. bloques embebidos en losa con intermediación de elastòmero entre Vías en placa con Del orden de los 20 db. traviesas en bandeja y elastòmero traviesabandeja y bandejaVías en piaca sobre Entre 20 y 30 db. 1 losas flotantes. Elastòmero entre bloque o traviesa y Cuadro n°1

OBSERVACIONES

Vías cuya única amortiguación es la suela entre carriles Existen muy numerosos modelos propuestos. Tipos Stedef, Coopsette, y Van De Weijden, por ej.

Tipo Stedef sobre cazoletas flotantes (M-de París, Lisboa Viena, Milán). Tipos I.P.A., Eissemann, Coopsette en placa GERB, etc.

(*) En el caso de montar sobre vía en placa flotante aparatos de vía se han utilizado placas de hormigón en forma de recipiente llamadas "bandejas”. Las traviesas del aparato de vía, de hormigón y sobre elastòmero son fijadas en estas bandejas mediante un mortero de calado, mientras que las bandejas reposan sobre la solera con intermediación de un elastòmero. Por extensión también se llaman así los elementos de hormigón que en vía sencilla se sitúan entre el elastòmero de las traviesas y el situado sobre la solera.

Ruido El ruido del paso de un tren se genera en su mayor parte en los puntos de contacto entre rueda y carril. Para disminuir esta emisión solo es posible hacer que las superficies más próximas sean lo más irregulares posible. Las vías en placa, que por lo general ofrecen una cara superior de hormigón, rígida y lisa, se comportan mal respecto al ruido, puesto que lo reflejan. En este sentido resultan mucho peores que las vías convencionales. Esto no resulta importante en un túnel ni a pleno campo. Eliminar este ruido, en cambio, es muy importante cuando el trazado ferroviario pasa por las proximidades de zonas habitadas. Para evitarlo se pueden articular tres tipos de medidas: 1) Evitar que la placa refleje el ruido. 2>Colocar barreras anti-ruido a los costados de la vía. 3) Colocar barreras anti-ruido en los vehículos (práctica usual en tranvías pero no en ferrocarril). Para evitar que la placa refleje el ruido se han ensayado varias soluciones, todas consistentes en hacer que la placa

muestre una superficie irregular y porosa. En unos casos se ha recubierto la placa con balasto; en algunas placas prefabricadas se han moldeado superficies concebidas absorber el ruido. En otros casos se ha preferido adosar a la placa paneles horizontales especiales con la misma finalidad (Fotografía 1-38).

Finalmente, en los casos en que el clima lo favorece, se ha preferido extender sobre la placa una capa de tierra vegetal y plantar césped, que es un excelente absorbente de ruido además de ofrecer un aspecto muy "ecológico". Todas estas soluciones han sido probadas con éxito en diferentes circunstancias. Poco se dirá respecto a colocar barreras anti ruido a uno o a ambos lados de la vía. La técnica es muy conocida por su aplicación en autopistas antes de ser aplicada en ferrocarril, así como también los materiales que ofrece el mercado. Colocar barreras anti ruido en los vehículos es bastante eficaz, aunque esto solo puede hacerse en el caso de que siempre sean los mismos trenes los que transiten por ¡a vía en cuestión, es decir, en los casos de metros o tranvías o quizás de algunas unidades automotoras. Tipos de vía en placa En este apartado se hace un intento de clasificar las vías en placa de una manera más o menos coherente, separándolas por familias o grupos y subgrupos, etc. según su forma

constructiva: en una primera clasificación, ios tipos existentes pueden dividirse en dos grupos: Sin traviesas. b. Con traviesas. El grupo de las sin traviesas podría subdividirse, en: a.1. Con fijaciones de carril a intervalos regulares. a. 2. Con el carril apoyando de forma continua. A su vez, el grupo con traviesas puede subdividirse en: b. l. Con traviesas bibloque. b.2. Con traviesas monobloque. El tercer nivel de división podría ser el siguiente, en la vía sin traviesas: a.1, 1. Placa continúa con fijaciones. a.1.2. Placa de elementos prefabricados. a. 2.1. Placa continúa sin fijaciones. En cuanto a la vía con traviesas, la clasificación sería: b. 1.1. Bibloque con riostra vista, y el hormigón embebido en solera. b.1.2. Bibloque sin riostra, y bloques embebidos en solera. b.1.3. Bibloque sin riostra, en placa prefabricada. b.2.1. Monobloque embebida en solera. b.2.2. Traviesa sobre solera asfáltica. a.

A su vez las vías en placa también podrían clasificarse según lleven ninguno, uno, o dos elementos elásticos interpuestos entre los carriles y el suelo, ya sea éste natural o formando parte de una estructura. Las vías de los tipos a.1.1. y a.1.2. Pueden no llevar ningún elemento elástico (no se considerará aquí elemento elástico la simple suela acanalada entre carril y placa de asiento) o llevar un elastòmero interpuesto entre placa de asiento y el hormigón de la losa. Para resolver la colocación de este vínculo elástico existe una amplia oferta de fijaciones de carril que incluyen una capa de elastòmero.

También puede utilizarse la fijación mediante Corkelast, que envuelve el carril en un medio elástico, sujetándolo sin necesidad de fijaciones. En las vías tipos b.1.1. y b.1.2. se suele colocar el elastòmero entre el bloque o media traviesa, y la placa principal. La tercera opción es colocar un segundo elastòmero por debajo de la placa principal, entre esta y una solera perteneciente a una obra de fábrica cualquiera. Es el caso de las llamadas "vías de losa flotante", ya comentado anteriormente. Para colocar este segundo elastòmero, por lo general, suelen elegirse vías de placa prefabricada.

Por supuesto que la clasificación -de este apartado sólo lo es a "grosso modo", ya que puede haber numerosas variantes a ¡a misma, mucho más cuando gran parte de las constructoras presentan su propia propuesta. El propósito de lo expuesto no es más que orientar sobre modelos posibles o existentes. Ajuste fino Se ha de tener en cuenta que las vías en placa son construcciones en hormigón y, por lo tanto están sometidas a las reglas habituales propias de este material. Las precisiones en las obras de hormigón son centimétricas, (excepto quizás, algo superiores, en piezas prefabricadas) mientras que los carriles exigen precisiones milimétricas. Por ello es necesario que entre la parte construida con hormigón de una vía en placa y el posicionamiento de los carriles/haya siempre un colchón de material en el que se pueda realizar un ajuste fino, con precisión milimétrica. En las vías formadas con bloques o semitraviesas, por ejemplo, estos se cuelgan de los carriles, y una vez estos

están perfectamente alineados y nivelados, se vierte el hormigón que ha de rodearlos. Por ello se le llama "hormigón de calado". De esta manera se logra el llamado "ajuste fino". En ¡as vías en las que los carriles están rodeados de Corkelast, dentro de ranuras en la losa o placa de hormigón, a través de este elastòmero se logra el ajuste fino. Es muy importante, para el técnico que tenga que optar por una determinada propuesta de vía en placa, saber por dónde va a poder realizar su ajuste fino, pues existen determinadas tecnologías que no tienen bien resuelto este ajuste. Es verdad que existen posibilidades de cierto nivel de ajuste entre los carriles y sus fijaciones a base de suplementos, a veces propuestos por el mismo fabricante de las fijaciones, pero su gama de ajuste raramente supera los 8 mm. Además es conveniente reservar esta posibilidad de corrección para cualquier necesidad que pueda presentarse cuando la vía en placa ya lleve tiempo en uso. Transiciones Cuando se pasa de una vía en placa a una vía convencional, o viceversa, siendo la primera generalmente más rígida que la segunda, puede suceder que ¡a convencional tenga alguna tendencia a asentarse creando así un defecto de nivelación. Esto también puede suceder cuando se pase de una vía en placa flotante, con dos niveles de elastòmero, a una vía en placa con un solo nivel de elastòmero.

La forma más tradicional de resolver este problema es fijando carriles o vigas suplementarias a la vía, a caballo de! punto de transición, de tal forma que rigidicen la flexibilidad de los carriles en tal punto. Otra solución es empapar el balasto con algún aditivo en la

zona de transición, para hacerlo más indeformable. Comercialmente se proponen algunos productos con esta finalidad, como por ejemplo, el llamado "Kriorite". E! inconveniente de esta solución es que el efecto cohesionador desaparece cuando ¡a vía es bateada. Algunas de las alternativas de vía en placa, desarrolladas comercialmente, proponen también su solución particular para las transiciones. Vías en placa ofertadas comercialmente Empresas de distinta índole, constructoras, de prefabricados de hormigón, fabricantes de fijaciones para carriles, constructoras, etc., proponen uno u otro modelo de vía en placa. En este apartado se recoge un breve resumen de los tipos más corrientes, clasificados según lo establecido en el apartado anterior. Vías sobre placa continúa sin fijaciones. (Tipo a.2.T): este modelo consiste en construir una sección en hormigón con la forma adecuada utilizando máquinas de encofrado deslizante, que reparten el hormigón a medida que van avanzando, dejando perfectamente conformado el perfil transversal definitivo de la placa, lo que garantiza altos rendimientos. En la Figura 1-39 la máquina perfiladora está realizando un perfil de hormigón con la forma adecuada para alojar los carriles en sendas ranuras y fijarlos en ellas mediante un elastómero. Si en vez de ello se desease construir una vía en placa continua, pero con fijaciones, es decir del tipo a.1.1. Se puede utilizar la misma máquina para que conforme el perfil de hormigón, aunque con unas dimensiones adaptadas al nuevo propósito. Una vez construida la placa deben colocarse sobre ella las fijaciones para el carril a intervalos regulares, más o menos a igual distancia con que se separan las traviesas en una vía convencional.

Existen máquinas qué realizan esta labor mecánicamente, como puede verse en la Fotografía 1-40. Es importante que antes de optar por uno de estos sistemas, conocer por donde se va a realizar el ajuste fino de geometría de vía.

Otros sistemas prefieren dejar huecos o ranuras en la superficie de !a placa y, en ellos, montar los carriles y sus fijaciones con una geometría de vía de precisión milimétrica. Las fijaciones han de disponer de unos pernos salientes (a menudo llamados también "insertos") por debajo de su plano de apoyo. Estos salientes son los destinados a quedar fijados por un mortero de calado que se vierte en los huecos o ranuras mencionados anteriormente. De esta manera se tiene

garantizado el ajuste fino de la geometría de vía (Figura 1 -41).

En estos montajes, para lograr posicionar correctamente cada carril, y darle su inclinación transversal, suelen emplearse traviesas provisionales que, colocadas cada 2 m más o menos, garantizan el ancho de vía y la inclinación de los carriles. Hechas con perfiles laminados son de fácil montaje y uso repetitivo. Estas vías pueden montarse con fijaciones con o sin elastòmero entre placa de asiento y hormigón, según el grado de amortiguación deseado. El mercado de ¡as fijaciones de carril ofrece un gran número de éstas, adaptadas a la construcción de este tipo de vías. Como referencia más reciente se puede mencionar vía de la línea 9 del FCMB, actualmente en construcción. Vías de placas prefabricadas (Tipo a.1.2.). Están formadas por una sucesión, de placas prefabricadas que en su cara superior disponen de salientes dispuestos para ofrecer un apoyo a los carriles, a modo de placa de asiento, con una funcionalidad similar a la cara superior de las traviesas de hormigón. Estas placas suelen tener armaduras importantes, a veces pretensadas en sentido longitudinal y postensadas en sentido transversal. A diferencia de la vía en placa continua, resulta imprescindible una cimentación o placa base sobre la que asentar las placas prefabricadas. El ajuste fino en estas vías suele hacerse entre placa prefabricada y placa base, nivelando la prefabricada con los carriles ya colocados y luego inyectando un mortero líquido de asfalto-cemento entre la placa prefabricada y su apoyo en la placa base. Este tipo de vía tiene su origen en Japón y puede ser montada fácilmente como placa flotante si en las fijaciones de carril hay intercalado un elastòmero, intercalando otro elastòmero más entre placa prefabricada y placa de base. Estas vías suelen necesitar un dispositivo o un elemento que impida todo desplazamiento horizontal entre placa prefabricada y placa base. Generalmente se le da el nombre de "stoper". Si esta vía está concebida con placas largas, de más de dos

metros, tiene el inconveniente de que para conseguir alabeos correctos, hay que suplementar los apoyos de carril, y también de que se requieren un gran número de placas especiales para curvas y transiciones. Una de estas vías, propuesta por la casa I.P.A. de Italia, fue instalada en la línea 2 del FCMB entre las estaciones de Sant Antoni y Sagrada Familia. Vías en placa continua y sin fijaciones (Tipo a.2.1.). Estas vías en placa están concebidas comolasviasen placa continua con fijaciones, (a.1.1) pero en ellas el carril no lleva fijaciones, sino que apoya sobre la placa en toda su longitud. La constructora inglesa Me. Gregor promociona la construcción de una de las múltiples variantes de esta vía, de tal forma que la losa se construye mediante una máquina de encofrado deslizante y los carriles apoyan directamente sobre la misma con intermediación de una suela acanalada a todo lo largo. Quedan sujetos a intervalos regulares por fijaciones que garantizan su posición lateralmente y contra movimientos hacia arriba. Esta vía es profusamente utilizada en el metro de Londres. En RENFE se montó un tramo de esta vía en las proximidades de la estación de Calatorao, en Aragón, aunque a los pocos años tuvo que ser demolida por haber colapsado y perdido su geometría, además, este tipo de vía no tiene bien resuelto su ajuste fino. La más generalizada de ¡as vías en placa sin fijaciones utiliza como elemento de fijación e! "Corkeiast". Este producto consiste en una resina de dos componentes que a! solidificarse adquiere una consistencia elástica similar a ¡a del caucho. A esta resina se ¡e agregan gránulos de corcho para que adquiera la propiedad de poderse comprimir sin que su volumen tenga que mantenerse constante. La vía Corkeiast se construye conformando una losa de sección rectangular con dos ranuras para los raíles en su cara superior. En estas ranuras se introducen los carriles y se nivelan y alinean cuidadosamente. Una vez hecho esto se vierte el Corkeiast, u otro elastòmero similar aunque con otro nombre comercia!, ya mezclado pero todavía sin fraguar, es

decir en estado líquido, en los huecos entre carril y ranura (Fotografía 1-42).

Al poco tiempo el carril quedara fijado en su posición por el elastòmero. Este tipo de vía, es propuesta por la firma holandesa Edison, también se la conoce como Van Der Weijden, nombre de su creador (Fotografía 1-43).

Si esta vía se monta en tramos prefabricados de placa, de longitudes limitadas del orden de los 5 m es relativamente fácil conseguir una vía en placa flotante apoyando sobre elastómeros los tramos prefabricados. Esta vía es profusamente empleada en vías para tranvías por la facilidad que presenta para enrasar la cota de placa y de rodamiento, con la del pavimento.También es empleada en ferrocarriles. Los suministradores del Corkelast también suministran suplementos elásticos para nivelar y alinear los carriles, que al ser elásticos no importa que queden dentro del elastómero una vez vertido este producto. También se suministran tubos de P.V.C. y sujetadores para colocar estos tubos contra el alma de los carriles y así ahorrar volumen de elastómero. Otras veces esto se hace adosando al carril piezas prefabricadas de hormigón. Esta vía fue uno de los seis tipos seleccionados para su montaje sobre terreno natural, en la zona de pruebas de Benicasim, en la línea de ADIE que une Barcelona con Valencia. Dentro de esta familia de vías en placa podría incluirse la promovida por ¡a firma inglesa Balfour Beaty, Parece inspirada en la anterior, pero con la diferencia de que requiere unos perfiles especiales de carril. Su empleo no es aconsejable, en primer lugar por requerir perfiles especiales de carril, en segundo, lugar por no parecer concebida por técnicos con probada experiencia ferroviaria y finalmente por no disponerse de datos sobre su comportamiento. Vías con traviesa bibioaue v riostra. (Tipo b.1.1.). Este tipo de vía en placa está formado por traviesas compuestas por dos bloques de hormigón armado unidos por una riostra de perfil laminado, es decir traviesas del tipo Vagneux. La parte inferior de estas traviesas, por debajo de la riostra, se ha conformado de forma distinta a las habituales

previstas para apoyar sobre balasto, pues sus caras laterales no son verticales, sino que tienen una ligera inclinación que hace que sus dimensiones disminuyan hacia abajo. Esta parte de las traviesas va recubierta con lo que se podría llamar un envoltorio o capuchón de caucho. En la base de cada bloque se coloca, entre ia cara inferior plana del bloque de hormigón y el mencionado capuchón, una esterilla o lámina de elastómero, de unos 2 cm de grosor, cuya finalidad es atenuar el efecto de las vibraciones. Estas esterillas contienen en su interior pequeñas burbujas para favorecer la disminución de volumen al comprimirlas. Montando carriles sobre estas traviesas se logra el emparrillado de una vía. Una vez que esta vía se ha nivelado y alineado con la precisión requerida, puede hormigonarse constituyendo la "placa" propiamente dicha, que a su vez será simultáneamente el mortero de calado, Este hormigón ha de verterse hasta un nivel que no sobrepase el borde superior del ya mencionado capuchón, para que no quede anulado el puente elástico. También es necesario que por debajo de las traviesas ya niveladas quede espacio suficiente para que penetre el hormigón de calado creando así un correcto apoyo. Se conoce esta vía, en España, con el nombre comercial de "Stedef" (Figura 1 -44). Se comenzó a utilizar en el metro de París y se ha utilizado profusamente en metros de España {Barcelona, Bilbao, Valencia, FGC, etc.). En líneas de ADIF se ha montado en muchos túneles y soterramientos. Esta vía fue otro de los seis tipos seleccionados para montar sobre terreno natural, en la zona de pruebas de Benicasim, en la línea de ADIF que une Barcelona con Valencia.

Vía sobre bloques sin riostra (Tino b.1.2.1. Este tipo de vía es muy similar al anterior con la única diferencia que los bloques que se utilizan no están arriostrados. Para montaría hace falta componer un emparrillado de la vía, con traviesas y carriles, con la ayuda de traviesas provisionales que aseguren el ancho de vía y la inclinación 1:20 de los carriles.

Por supuesto que estas traviesas provisionales o falsas traviesas pueden reutilizarse cuantas veces se desee. Este tipo se conoce en España con el nombre comercial de Coopsette (Figura 1-45).

Ha ido suplantando poco a poca la anterior, pues aunque sus características técnicas son prácticamente las mismas, la

carencia de riostra hace más fácil la limpieza de la vía y también la hace transitable con más comodidad para inspecciones y cualquiera de las otras operaciones que exigen que un hombre pise la vía. También evitan e! problema de corrosión de ¡a riostra, y el de que un eje descarrilado inutilice todas las traviesas que recorre, al torcer sus riostras. Otro tipo de vía en placa de bloques sin riostra es el llamado de bloques Edilón. Se trata de un bloque de hormigón que en su parte inferior va metido dentro de otra pieza de hormigón, esta, en forma de bandeja. Esta bandeja rectangular tiene un hueco en su cara superior en el que entra el bloque, pero con gran holgura, unos 2 cm por cada una de las 4 caras perimetraSes y el fondo. Esta holgura se rellena, en fábrica, con el producto llamado Corkelast, ya comentado. Esta vía se monta de la misma manera que la Coopsette, con falsas traviesas, y sus prestaciones son muy similares. El hormigón de calado ha de embeber únicamente la mencionada bandeja. A diferencia de las vías de bloques cuyo el astómero esta sujeto por medio de un capuchón de goma, en estos bloques de Corkelast no puede penetrar agua, pues el elastòmero queda pegado al bloque y a la bandeja por todas sus caras. Por ello es preferido por algunas administraciones en aquellos casos en los que el agua es abundante, o en montajes al aire libre en zonas muy frías, en ¡as que sí penetrase agua en las cavidades donde se encuentra el elastòmero, esta podría congelarse produciendo daños en ellos. En España este tipo de vía se ha montado profusamente en el Metro de Madrid y se está montando en AD1F y en los FGV. Vía sobre bloques sin riostra en placa prefabricada (Tipo b.1.3.). En este tipo de vías la versión más conocida es la de la vía tipo Coopsette, pero que en vez de reposar sobre una placa hecha in situ, lo hace sobre placas prefabricadas para 3 traviesas, o sea seis bloques. Estas placas se apoyan sobre 4 elastómeros distribuidos en 3 puntos de apoyo, para así evitar

cualquier apoyo en falso debido a fallos de plano de la solera, constituyendo así, las placas prefabricadas, una masa flotante'. El ajuste fino se logra entre los bloques Coopsette y los seis huecos existentes en las placas prefabricadas, que son lo suficientemente grandes como para que en ellos quepan los bloques-semitraviesa con su elastòmero con la holgura necesaria para realizar el 'ajuste fino', quedando luego fijada la vía mediante un mortero de calado (Figura 1-46).

12345678-

Bioaue Elastòmero bajo bloque Losa prefabricada flotante Mortero de calado Eiastómeros bajo losa Centrador ("stoper") Hormigón de soiera Drenaje

El posicionamiento de las placas prefabricadas exige ¡a colocación de unos centradores o"stopers"en el centro de las

mismas. Estos centradores consisten en un cuerpo cilindrico que se atornilla en la solera. Este cuerpo entra a modo de macho en un cojinete que iteva la placa prefabricada. Este cojinete entra holgado en un agujero de la placa para permitir el 'ajuste fino y se fija también con mortero. ¡ Han de colocarse en todas las placas en curva y en una de cada 3 o 4 en recta. Este tipo de vía se ha montado en túneles de los FCG y del FCMB en zonas particularmente sensibles a las vibraciones. En España ia firma Tranosa representa esta tecnología, junto con la de los bloques Coopsette. Es necesario aquí mencionar a la empresa GERB de Alemania que propone una vía en placa antivibratoria en la que ios eiastómeros se han remplazados por muelles helicoidales. La empresa alemana fabrica y utiliza sus muelles, pero en cuanto a la vía en placa propiamente dicha se limita a asesorar sobre dimensiones, resistencias y otros parámetros necesarios para su proyecto y construcción. El sistema es ingenioso pues permite la utilización de placas flotantes tanto prefabricadas como fabricadas in situ y además es regulable. No hay todavía aplicaciones en España. Vía con traviesas monobioaue embebidas en una losa de hormigón (Tipo b.2.1 Esta técnica consiste en montar una vía corriente, con traviesas de hormigón, y luego de nivelarla v alinearla, extender bajo la misma una losa de hormigón armado que las aprisione en su sitio. Con tal finalidad, en Alemania se han concebido unas traviesas especiales para ello. El primer lugar donde se montó una vía de este tipo fue en un tramo de vía de la D.B. en las proximidades del pueblo de Rheda. Por ello se conoce este tipo de vía como vía Rheda. Esta vía suele construirse con traviesas preparadas para recibir una fijación 10ARV, que lleva un elastòmero entre placa de asiento y carril (Figura 1-46). La vía no suele llevar más amortiguamiento. La placa que se construye bajo las traviesas va fuertemente

armada, puesto que ¡as traviesas llevan 14 agujeros que permiten pasar, a través de cada uno, una gruesa barra de armar de acero corrugado, paralela a los carriles, por la parte que queda cubierta por el hormigón que forma la losa. En consecuencia ésta no necesita juntas transversales. La primera de estas vías que se instaló en España lo fue en el soterramiento de la estación de Terrassa de ADIF.

Más recientemente se resolvió construir estas traviesas sin hormigón en su parte central, de tal forma que tienen el aspecto de dos bloques de hormigón unidos entre sí por una armadura con sus cercos. Toda esta armadura debe quedar dentro del hormigón que forma la losa, con lo que la unión traviesa-losa. Queda mucho más compacta. Para distinguir este nuevo tipo del anterior, se la ha

llamado"Rheda2000"(Fotografía 1 -48).

Esta vía fue otro de los seis tipos seleccionados para montar sobre terreno natura!, en ¡a zona de pruebas de Benicassim, en la línea de ADIF que une Barcelona con Valencia. Vía con traviesas monohioaue sobre solera asfáltica tipo b.2.2.). Estas vías se han montado con profusión en Alemania y Suiza. La técnica consiste en construir una pista de asfalto en varias capas utilizando casi los mismos procedimientos, maquinaria y tecnología que si se tratase de una carretera. Una vez hecho esto se monta por encima una vía convencional de traviesas monobioque de hormigón.

Estas vías necesitan algún dispositivo centrador que evite que puedan ríparse con facilidad. Para lograrlo se han empleado varios procedimientos. El más corriente es el de conformar la superficie de asfalto de forma que tenga un pequeño recrecido longitudinal que centre las traviesas, que han de estar preparadas para que en ellas encaje tal estacionamiento. Un sistema de vía análogo fue elegido como uno de los seis a experimentar en pruebas

en el tramo ya mencionado de la línea de Barcelona a Valencia. Se denomina ATD (Figura 1-49). No tiene prevista una capa de ajuste fino, por lo que la última capa de asfalto ha de extenderse con la mayor precisión. En estas vías) escalón elástico está en las fijaciones, que son del tipo IOARV 300 (Fotografía 1-47).

En el mismo tramo de vía de pruebas se construyó una vía muy similar a ésta, de la que solo difiere en la forma en que quedan ancladas las traviesas en la capa asfáltica. En ésta se disponen unas oquedades en la superficie de asfalto en la posición de cada traviesa, y salientes en la cara inferior de las mismas traviesas. En esas oquedades se inserta el saliente de hormigón que impide desplazamientos de la vía respecto a! asfalto. Esta vía se denomina GETRAC (Fotografía 1-50).

En ambos tipos de vía, ADT y GETRAC se cubrieron las partes vistas del asfalto con una capa de balasto, como protección térmica contra los rayos solares. Cálculos

El cálculo de una placa, o solera para vía en placa, resulta complicado. No es que sea difícil aplicar determinado modelo matemático que permita dimensionaria, sino que lo difícil es conocer todos los parámetros necesarios para e! cálculo, y que los resultados que se obtengan tengan un valor práctico, sobre todo teniendo en cuenta que a medida que se avanza por una obra lineal las características del suelo pueden ir

cambiando. Como aproximación puede utilizarse la hipótesis de Zimmermann que supone un cuerpo que apoya sobre un medio elástico continuo y es sometido a cargas puntuales por su cara superior según lo expone D. José María García Lomas y Cossío en la pag. 240 de su

Tratado de Explotación de Ferrocarriles. A esta hipótesis habría que restarle los esfuerzos que pueden absorber por si mismos los carriles. También podrían hacerse intervenir en el cálculo unas cargas puntuales en diferentes puntos de la placa, equivalentes al impacto que pueda producir una rueda que descarrile, etc. El profesor Josef Eisemann de la Universidad de Munich ha perfeccionado el cálculo con hipótesis más recientes. Se podrán obtener aproximaciones, y quizás justificaciones, pero la dificultad de hacer intervenir todos los innumerables parámetros que hay que tomar en consideración pueden hacer poco práctico el cálculo. Resulta algo así como calcular una botella de vino; si se calculase el grosor que ha de tener el vidrio de la botella en función del peso del vino y de su presión, saldrían unas botellas que se romperían casi todas en el primer transporte. Al grosor ideal del vidrio para hacer una botella de vino se llega combinando los conocimientos empíricos del bodeguero, el transportista y el fabricante de botellas. A veces se recurre al cálculo de la solera suponiendo un tramo sin suelo bajo la misma para que trabaje como un tablero de puente con empotramiento por sus dos extremos, fijando arbitrariamente la luz del hueco (Tranvías de Dublín).

Trazado

La calidad de una vía férrea depende, además de süs características mecánicas, como se ha visto hasta aquí, de las geométricas, lo que se suele entender como "trazado". A veces, incluso pequeñas modificaciones de trazado, que pueden en algunos casos hacerse sin siquiera salir de los límites parcelarios del ferrocarril, pueden incidir de manera muy importante en la mejora de una línea férrea. Es por ello que, cuando se ha de acometer la reforma o renovación de una vía es necesario conocer las características de su trazado, pues quizás este mantenga parámetros del siglo XIX aunque tal vía haya sido renovada más de una vez.También es necesario conocer cuáles son los parámetros dé trazado vigentes hoy en día por si el antiguo es susceptible de ser mejorado. Al proyectar una nueva línea el conocimiento de los parámetros que son exigibles o. considerados óptimos es un factor determinante en su trazado. La geometría de la vía se materializa por una línea de referencia que se sitúa justo en la mediana de los dos carriles que forman la vía y a la misma altura que el piano de rodadura de los carriles o del carril más bajo en las curvas con peralte. Si se trata de una renovación, el primer escalón o nivel de información será el que se pueda obtener en los archivos de la Empresa Explotadora del Ferrocarril: perfiles longitudinales, planos en planta, parcelarios, pianos de estaciones. El segundo escalón será conseguir la cartografía más completa posible y en 3D. Un escalón intermedio puede ser, por ejemplo el encargar un vuelo con restitución cartográfica a escala 1:500 en 3 D. El escalón de mayor precisión es sin duda un levantamiento topográfico.

Si se parte de la premisa de que siempre es interesante aumentar la velocidad posible de los trenes, en el caso de las renovaciones de vía, muy a menudo pueden introducirse mejoras de trazado que permitan aumentos significativos de velocidad conservando unas condiciones de confort aceptables para los viajeros. En cambio, si se trata de una-vía que pasa por la ladera de una montaña, cualquier mejora de trazado estará muy limitada, a menos que se deseen acometer obras muy costosas. De todas maneras siempre convendrá analizar el trazado de la vía que se va a renovar, pues es muy posible, como ya se dijo, que mediante pequeñas variaciones de su eje en planta, se mejoren notablemente sus características. El trazado en planta Cualquier trazado en planta se compone de tres elementos geométricos: rectas, curvas de radio constante y curvas de enlace o transición, en las que el radio no es constante. Este último elemento puede no existir en un trazado antiguo que no haya sufrido modificaciones posteriores. Curvas de redio constante y peralte Sabido es que las curvas, en planta, constituyen un obstáculo importante a ia velocidad; para minimizarlo se procurará aumentar en lo posible su radio y peraltarías. Para peraltar una vía es necesario inclinar su plano de rodadura hasta un determinado valor en función de! límite establecido por la normativa. Este valor varía según los criterios de cada Administración. Así en España, en ¡as líneas convencionales, el peralte se limita a un máximo, para un ancho de vía, 1668 mm, de 160 mm.

En Francia, en cambio, se aceptan peraltes máximos de mayor valor. Con el ancho internacional de 1.435 mm, el peralte máximo es de 190 mm. Puede considerarse que un valor máximo del peralte muy razonable o "conservador" se obtiene dividiendo por 9 el ancho de la vía que se trate. En grados corresponde a una inclinación del plano de rodadura próxima a 6,38° (sexagesimales). Un mayor peralte dificultaría la estabilidad del perfil de la cama de balasto, y puede crear una tendencia en ¡a vía a riparse hacia e! interior de la curva, además de causar incomodidades en un tren detenido accidentalmente en la curva. La máxima velocidad a la que puede pasarse por una curva peraltada viene dada por la fórmula:

En la que: V Velocidad del tren en Km/h. h Peralte en mm. S Separación entre ejes de carriles en mm (ancho de vía + 70 mm). asc. Aceleración transversa! sin compensar admisible en m/s 2. g Aceleración de la gravedad en m/s 2 y. R Radio de la curva en m.

De todos estos parámetros, el único que dependerá de! criterio de quien aplique ¡a fórmula es la aceleración sin compensar que puede admitirse. Algunas administraciones ferroviarias imponen su valor. Cuando no es así debe saberse que: "Las aceleraciones transversales pueden provocar en los viajeros problemas de equilibrio, que son mejor soportadas que las náuseas producidas por las aceleraciones verticales relativamente elevadas, se encuentra incluso una cierta satisfacción en la velocidad, a condición de que las aceleraciones transversales aleatorias sean reducidas y de que la velocidad de variación de la aceleración transversal este asimismo limitada. En este sentido y de acuerdo con ensayos efectuados por los Ferrocarriles Franceses, para una vía en excelente estado, lo que implica ausencia de aceleraciones transversales aleatorias, el valor ¡imite confortable de la aceleración transversal casi estática es de 0,15 g o 1,5 m/s2 Sin embargo, en la práctica, y aun con un buen estado de la vía, aparecen aceleraciones transversales aleatorias-.que, aunque pequeñas, aconsejan disminuir el valor anterior hasta 1,2 m/s2" Los párrafos anteriores en cursiva se han tomado de una conferencia de D. Francisco Martín Gálvez impartida con motivo de un semanario sobre "El incremento de la velocidad comercial en el ferrocarril" La fórmula (f 1) será ¡a que pos indicara la velocidad máxima confortable a la que se puede pasar por determinada curva, sin embargo no nos señala la velocidad mejor para la vía. Otra fórmula, esta empírica, nos indica la velocidad para la cual los carriles sufrirán menos esfuerzos transversales, y por lo tanto menos desgastes.

Respecto a la constante de ¡a fórmula que vale entre 0,66 y 0,75. Puede ser una buena idea considerar el valor más bajo para vías por las que solo pasen trenes de mercancías y reservar el más alto para las demás. No siempre habrá que peraltar las curvas para que por ellas se pueda pasar a la máxima velocidad posible. Si por ejemplo se dispone de trenes que pueden alcanzar una velocidad máxima de, póngase por ejemplo, 160 Km/h, en una curva de gran radio no interesará entonces poner un peralte máximo que les permita franquearla a 200 Km/h. Tampoco los trenes tienen grandes capacidades de aceleración y deceleración como para poder pasar cada curva a la velocidad más conveniente. Si, por ejemplo, un trazado es sinuoso y ¡as curvas están próximas unas de otras, conviene generalmente adoptar una velocidad de paso uniforme en todo el tramo sinuoso para que un tren no tenga que estar acelerando y frenando constantemente, lo que produciría un elevado consumo de energía (eficiencia energética) y desgaste de zapatas, etc. Esa velocidad uniforme estará limitada entonces por la curva de menor radio con el máximo peralte, (según la f 1) y las demás curvas del tramo tendrán peraltes adecuados a la velocidad que esa curva de menor radio permita. Para el cálculo de los peraltes inferiores al máximo conviene utilizar con preferencia la fórmula empírica f 2 en vez de la f 1, si el radio de la curva así lo permite. Curvas de alcance o transacción Se llaman así las que enlazan una recta con una curva de radío constante. Son curvas de radio variable en las que este va disminuyendo paulatinamente comenzando en infinito, junto a la recta, hasta alcanzar el mismo radio de la curva de radio constante con la que ha de enlazar. Las hay de varios tipos, aunque la más perfecta y más utilizada en la actualidad es la espiral de Cornú, llamada comúnmente clotoide. En esta la disminución del radio es proporcional al

desarrollo de la línea clotoide, partiendo siempre de! punto donde el radío es igual a infinito, que es el que enlazará con la recta. Su ecuación es: L*R=A2 Siend o: L Longitud de la línea (Es la que ha de figurar en los planos de trazado) R Radio (igual al de la curva con que ha de enlazar) A Parámetro (define su tamaño) Cuando se desee establecer la longitud que habrá de tener una curva de enlace, entrarán en juego dos parámetros puramente geométricos: El radio de la curva de radio constante con la que se desee enlazar. 2) El peralte que se le haya asignado a esta curva. 1)

Alabeo Puesto que al inicio de una clotoide, si esta enlaza con una recta, el peralte ha de ser cero y al final ha de ser igual al de la curva radial, el plano de rodadura determinado por los dos carriles dentro de ésta queda distorsionado, pasando de ser plano a ser una superficie helicoidal. A esta distorsión se la ¡lama alabeo y se mide en mm de elevación de un carril respecto al otro por cada metro de longitud del eje de trazado.

Puesto que cualquier vehículo ferroviario se apoya en los carriles por lo menos en cuatro puntos, (4 ruedas) que en estado de igual carga en los muelles de suspensión definen un

plano único, la distorsión producida por el alabeo deberá ser compensado por la flexibilidad de la suspensión. Esto supone un límite al alabeo que se puede admitir, y por lo tanto condiciona la longitud de la curva de transición. Los alabeos máximos permitidos varían desde los 2,5 mm/m para ferrocarriles, que es el que se suele tomar como límite máximo, hasta los 4 mm/m para tranvías, aunque las Administraciones, en muchas ocasiones, imponen sus propias recomendaciones y límites. La longitud de una transición deberá entonces cumplir con ¡a siguiente condición respecto al alabeo:

En la que: Le. Longitud de la cíotoide (m) al. Alabeo (mm/m) hPeralte (mm) Sin embargo, en algunos casos, cuando no se puede dar a las transiciones, por razones de espacio o límites en el terreno, la longitud que corresponde, se admite que la rampa del peralte penetre parcialmente por un extremo en la recta que precede a ésta y por el otro continúe un poco más allá del punto de inicio de la curva de radio constante, aunque esto es a evitar en la medida de lo posible. La razón de esto es que el límite al alabeo es el que más rígidamente ha de respetarse pues sobrepasarlo puede provocar un descarrilamiento, mientras que el incumplimiento de otros límites o parámetros solo puede producir una reducción de confort. Longitud de las transacciones en función de la velocidad En el cálculo de la longitud que han de tener las curvas de enlace intervienen también factores dinámicos, será por lo

tanto función de ia velocidad a la que se pretenda que pasen los trenes. Puesto que se admite que en las curvas de radio constante el tren tenga una cierta aceleración lateral, o aceleración sin compensar, (sin compensar por el peralte) y en las rectas esta tendrá un valor nulo, la aceleración sin compensar aumentará paulatinamente a ¡o largo de la transición. Este aumento suele medirse en m/s J y se denomina sobreaceleración sin compensar. Suele limitarse a un valor máximo de 0,4. Para que este valor no se sobrepase, la longitud de la transición, tendrá entonces que tener un valor superior a:

En la que: Le. Longitud de la clotorde (m). sasc. Sobre-aceleración sin compensar, (m/s 3). ase. Aceleración sin compensar. (m/sh. V. Velocidad del tren (Km/h). Además de estas dos fórmulas, para determinar que longitud debe tener una curva de transición, algunas Administraciones imponen otras fórmulas más, que en realidad no tienen más que una finalidad redundante, ya que solo sirven para afinar los conceptos que determinan las dos anteriores y alejar más la posibilidad de errores en el cálculo o confirmar y hacer más certeros los resultados . Estas condiciones suelen ser las siguientes: • Límite a la velocidad vertical (velocidad vertical a la que asciende la rueda que transita por la rampa de peralte). Este límite suele establecerse en 50 mm/s. La longitud de la transición quedará entonces establecida por la ecuación:

En la que:

Le. Longitud de la clotoide (m). h. Peralte (mm). Vh. Velocidad vertical (mm/s). V. Velocidad del convoy (Km/h). . Variación máxima del ángulo vertical de giro (velocidad de giro del tren respecto a su longitudinal, que se produce al subir las ruedas de un lado por la rampa de peralte y no hacerlo las del otro lado). Este límite suele establecerse entre 0,033 y 0,04 radiánes/s. La longitud de la transición vendrá dada entonces por: En la que: ' Le. Longitud de ¡a clotoide (m). Vg. Velocidad-de aíro (rad/s). h. Peralte (mm). 1 V. Velocidad del convoy (Km/h). Puesto que cada una de las fórmulas que se apliquen para determinar la longitud de una misma transición puede dar un valor de ésta diferente, lo correcto será escoger la que dé el mayor valor, con lo que se asegurará el cumplimiento de todas las demás condiciones mencionadas. Algunas veces suele remplazarse el valor de aceleración sin compensar expresado en m/s2 por el valor de "insuficiencia de peralte" expresado en mm. Ambos valores se refieren a! mismo concepto. Baste con saber que están relacionados entre sí por la siguiente ecuación:

En la que: asc. Aceleración sin compensar (m/s 2). i. Insuficiencia de peralte (mm). g. .Aceleración de la gravedad (m/s 2). S. Separación entre ejes de carriles (mm). (Ancho de vía

+70). El trazado en alzado

En lo que respecta a trazado en alzado las modificaciones que pueden hacerse para mejorar un trazado existente son pocas y por lo general carecen de importancia. Sin embargo, a veces, pueden caber algunas mejoras, por ejemplo en un trazado que sigue exageradamente las sinuosidades del terreno, a veces es conveniente elevar la vía en los puntos más bajos. Se disminuyen y unifican de este modo pendientes o rampas logrando sacar más partido a la potencia de tracción disponible. En otras ocasiones, si se trata de un trazado muy antiguo que nunca fue modificado, pueden incorporarse acuerdos verticales, si no existían. De todas maneras a continuación se indican algunas regias muy simples respecto al trazado en alzado. Los elementos geométricos son solo dos: Rectas de gradiente uniforme y curvas de enlace entre las rectas de gradientes diferentes. Las curvas de enlace pueden ser de dos tipos: de radios constantes ó parabólicos. A efectos prácticos resultan similares debido a que el ángulo de enlace es muy pequeño. También se deben evitar gradientes singulares de valor superior a las medias pues basta una sola pendiente mayor que ¡as demás para limitar la capacidad de tracción de todo un trayecto, a menos de que sea de una longitud inferior a la de un tren normal de mercancías. El radio o parámetro mínimo de un acuerdo puede determinarse con la siguiente ecuación:

En la que: V. Velocidad del convoy (Km/h). R. Radio o parámetro del acuerdo vertical (m).

Av. Aceleración vertical (m/s 2). Como valores límite de aceleración vertical, suelen tomarse 0,588 para acuerdos cóncavos y 0,49 para acuerdos convexos. Estos son los valores límite en cuanto al confort percibido. Cuando se deseen enlazar dos rectas de pendiente uniforme cuyos gradientes no difieran entre sí más de 2,5 milésimas, no es necesario plantear ningún acuerdo vertical, excepto para velocidades muy altas. Los valores de rampas y pendientes más corrientes pueden ser de 12 a 15 milésimas para trenes de mercancías, de hasta 35 o 40 milésimas para vias por donde circularán solo trenes de viajeros, y de 2,5 milésimas en vías para apartar trenes o material remolcado. Ancho de vía El ancho de vía, o sea Ja separación existente entre los dos carriles, es la característica que más diferencia a ¡os ferrocarriles entre sí. Existe un ancho predominante sobre todos los demás, es el que eligió Jorge Stephenson, considerado padre del ferrocarril, para sus construcciones. Este es de 1435 milímetros, es el más extendido por ¡o que se le llama ancho internacional. Sin embargo existen otros muchos, mayores y menores. Incluso existió hasta 1892 un ancho de 2013 mm en el sur de Inglaterra, el promovido por Isambard K. Brunei. El III Reich tuvo muy avanzados los proyectos para dotar a Europa de una red de alta velocidad para la cual se había previsto un ancho de 3 m. El ancho dé vía debe medirse siempre entre las caras interiores de la cabeza de los carriles, a 14 mm por debajo de! plano de rodadura. Esta profundidad de la toma de medición se ha definido a causa de que las caras interiores de los carriles no son siempre paralelas en sentido vertical y además porque la cara horizontal, de rodadura, enlaza con la vertical, o cara activa, con una curva.

Puesto que entre las pestañas de las ruedas y siempre debe haber una cierta holgura o conveniente recordar que este se establece en ¡as en la vía, que debe llevar el ancho que la define. A contnuaciór, se incluye una relación de actualmente existentes y de su reparto aproximado:

los carriles juego, es ruedas y no los anchos geográfico,

Anchos principales existentes: en mm 381 Inglaterra, Ferrocarril de Hite Dymchurch& New Romney y líneas turísticas. 500 Vagonetas de minas. 600 Vagonetas de minas y ferrocarriles de uso general. 750 F.C. en cortos ramales, Austria, Balcanes, Argentina, etc. 762 Algunas ex colonias británicas. 802 Suecia, Algunos cremalleras en Suiza. 914 Colombia, Centro América, etc. En España F.C. de Sóiler. 1000 Es el ancho más extendido después del internacional: Sudamérica, india, Brasil, África francófona, Etiopía,Tailandia, etc. En España FEVE, FGC, FCGV, FC Mallorca, Metro Bilbao; etc. 1050 Oriente medio, indonesia; etc. 1067 Sudáfrica, Japón y ex colonias británicas (llamado ancho del Cabo o también métrico inglés}. Muy pocos anchos intermedios entre el anterior y el internacional. (Solo casos testimoniales). 1435 Ancho internacional. 1524 Ex Unión Soviética, Mongolia y Finlandia. 1596 Irlanda, Brasil, Australia. 1668 Península Ibérica (proviene del ancho 1676). 1676 India, Argentina, Sri Lanka, Pakistán, Bangladesh, Chile. Como reflexión de cuál es el ancho mejor a elegir para un

nuevo ferrocarril, se pueden apuntar los siguientes criterios: El ancho de los ferrocarriles próximos existentes con los que algún día se podrá enlazar. •Tratar de no elegir un ancho raro pues el material rodante se encarecería. • Tener en cuenta que el ancho de un vehículo puede ser de hasta el triple del ancho de vía. • Un ancho estrecho será conveniente si se plantea una línea de montaña, sinuosa, pues en ella se pueden acometer mejor las curvas. • Si se piensa en velocidad elegir el ancho internacional. • SI se trata de mover graneles cualquier ancho es válido con preferencia a los iguales o mayores de 1000 mm. • Para transportar contenedores puede valer cualquier ancho a partir del de 750 mm, y con preferencia a partir de! de 1000 mm. •

Las velocidades lógicas suelen oscilar alrededor de los centímetros del ancho de vía pasados a Km/h, aunque esto no constituya ninguna regla fija que impida velocidades mayores.

MANTENIMIENTO DE LA VÍA. Como se ha visto ya en capítulos anteriores, una vía sobre balasto va paulatinamente degradándose con el paso de ¡os trenes. En este apartado nos referiremos a la degradación respecto a su geometría. Existe también una degradación mecánica o desgaste de sus

componentes, pero no se considerará, pues alargaría demasiado la extensión de este libro. . En la Figura 1-52 se han representado los tres principales movimientos destinados a devolver a una vía su geometría correcta u original. Io) Hay un movimiento hacia arriba, de nivelación, que se consigue mediante los proce dimientos de bateo o recalce. 2o) Un movimiento de giro alrededor del eje de vía que está destinado a lograr ia nivelación transversal deseada, que se consigue con un bateo o recalce mayor en un carril que en el otro. 3°) Un movimiento lateral, de alineación, también llamado ripado que se consigue forzando la vía a desplazarse lateralmente. No existe un movimiento correctivo hacia abajo. EL MOVIMIENTO HACLA ABAJO DEBE

CONSIDERARSE EXEPCIQNAL (SOLO POSIBLE EN RENOVACIONES O

CORRECCIÓN DE NIVELACIÓN

MOVIMIENTO HACIA ARRIBA QUE SE

El bateo El bateo consiste en levantar la vía hasta la cota deseada y a continuación asegurarse de su apoyo colocando debajo de cada traviesa una porción de las piedras que forman el balasto. Es necesario conocer como se hacía manualmente (y todavía se hace en muchos ferrocarriles) para comprender fácilmente como se hace mecánicamente. En primer iugar ei encargado dei trabajo, capataz o sobrestante, elegía "a buen ojo" dos puntos altos de un tramo de vía a niveiar, distantes entre sí no más de unos 40 m y colocaba dos referencias en tales puntos que le permitiesen trazar una línea visual entre ellas. Mediante una regla o "niveleta"colocada sobre cada una de las traviesas situadas entre los dos puntos altos antes mencionados se media e! hundimiento de cada una de ellas respecto a la línea visual La línea visuai se establecía originalmente a simple vista, más tarde se utilizaron para ello aparatos ópticos que dieron mayor precisión a este trabajo. E¡ procedimiento de "bateo" se representa en la Figura 1-53.

En primer término se desguarnecen de balasto los costados de la traviesa a batear y se levanta la vía hasta la cota deseada mediante un gato,, y después se rellena el hueco que queda debajo la traviesa con piedras del balasto mediante un bate. Esta herramienta es parecida a un pico, con ia diferencia respecto a éste, de que tiene uno de sus extremos romo, apto para empujar las piedras que forman el balasto. La operación se repite traviesa por traviesa y carril por carril a razón de ocho puntos donde incrustar piedras por traviesa, a cada lado de ios dos carriles y a cada lado de la traviesa. El bateo manual es una labor sumamente lenta y agotadora y por ello está, al día de hoy, totalmente mecanizada, aunque no en todas partes. Para describir como se realiza el bateo mecánicamente, ver la Figura 1-54, en ésta se ha dibujado un cabezal de máquina

bateadora. El cabezal de ia bateadora esta montado en un bastidor que puede subir y bajar y generalmente tiene ocho pares de bates, por cada lado de cada carril y por cada lado de cada traviesa. En su parte superior los bates están conectados mediante unas bielas a una excéntrica central que gira a gran velocidad (Figural-54).

Esta excéntrica transmite a los bates un movimiento vibratorio que facilita su penetración en la capa de balasto.

El funcionamiento es como sigue: medíante unos rodillos de eje vertical, la máquina bateadora levanta la vía hasta la cota deseada. A continuación baja el cabezal hasta que la parte inferior de los bates penetra en el balasto y se sitúa por debajo de la cara inferior de las traviesas. Entonces un tornillo o un pistón hidráulico aproxima los bates entre si y así comprime parte del balasto en la cara inferior de ¡a traviesa tratada. Acabada la operación los bates se separan nuevamente y suben hasta su posición inicial. Las bateadoras modernas son máquinas muy completas automatizadas y además de niveiar la vía pueden alinearla.

y

Pueden trabajar con referencias topográficas relativas detectando y nivelando los puntos bajos de la vía o con referencias topográficas absolutas a partir de puntos fijos predeterminados, todos esos datos son transmitidos a la máquina mediante programas informáticos avanzados (Fotografía 1-55).

El recalce Es una operación sustitutiva dei bateo. Consiste en llenar con gravilla el hueco que queda bajo la traviesa, al levantar la vía. El recalce manual se hace mediante una pala - embudo, llena de gravilla, que sostiene el operario, situándola de manera tal que su boca de salida apunte a! hueco de debajo de la traviesa. Cuando ésta está en esta posición, el operario, mediante una palanca, mueve unas lengüetas situadas dentro del embudo, que impulsan la grava hacia el hueco (Figura 1 -56).

Si previamente se ha medido-la cantidad de gravilla que se deposita en el embudo, en función de la altura a la que se desea que suba la vía, mediante un dosiíicador graduado, se le llama "Recalce dosificado". El recalce es igualmente mecanizable, como el bateo, con la única diferencia que la máquina, ha substituido los bates por unos tubos rectangulares huecos con una abertura en su parte lateral inferior dirigida hacia donde está la traviesa, y es por esa abertura por donde la gravilla es impulsada mediante aire comprimido al hueco que ha quedado entre traviesa y balasto, al nivelar la vía. Ambos sistemas, bateo y recalce, tienen la misma finalidad, nivelación de la vía, pero cada uno de ellos tiene sus defensores y sus detractores. Cuando el trabajo se ha de hacer a mano, las ventajas del recalce son indiscutibles, ya que: libera al hombre de un trabajo agobiante y además se logra una mayor precisión en menos tiempo. En cambio existen distintas opiniones cuando se trata de hacerlo a máquina. Los partidarios del bateo sostienen, en contra del recalce, que: • La máquina de recalce es mucho más pesada y voluminosa que una bateadora debido a la importante carga de gravilla que ha de llevar consigo. • Una vía nivelada mediante recalce queda menos sujeta lateralmente a su plataforma que una nivelada mediante bateo. Por el contrario, los partidarios de! recalce sostienen que: • Nivelaciones sucesivas mediante bateo aceleran la degradación del balasto. • Una vía nivelada mediante recalce tarda más en perder su correcta nivelación que lo que tarda una vía bateada. Ripado de la vía o alineación

Consiste en la operación de mover la vía lateralmente para corregir sus defectos de alineación. Antiguamente se hacía a mano una vez desguarnecida la vía del balasto que estaba por encima de la cara inferior de las traviesas. Entonces grupos de 4 a 6 operarios, clavaban una pica y hacían palanca contra el carril y, a una voz del capataz o sobrestante, daban un fuerte tirón al unísono logrando así desplazar un corto tramo de vía hacia uno de los lados unos cuantos centímetros (Figura 1-57). La bola situada en el extremo superior de la herramienta del dibujo sirve para golpear la traviesa y hacer que ase asiente bién en el balasto. Las operaciones de ripado correctivo las hacen hoy en día las máquinas bateadoras o recalzadoras como una operación más. Si el ripado no es correctivo, sino que se trata de cambiar de lugar la vía, entonces se utilizan unas máquinas pequeñas que circulan por la vía deteniéndose en el lugar indicado donde, levantan la vía, y gracias a sendos gatos laterales que pueden moverse a derecha e izquierda en un plano transversal a la vía, desplazan ésta hacia el lugar deseado volviendo a depositarla sobre el balasto. Pueden desplazar la vía unos 60 cm en cada movimiento. Estas máquinas también son llamadas"posicionadoras".

Otras

máquinas para trabajos de vía

Hasta aquí se ha descrito sucintamente la maquinaria más utilizada en trabajos de vía. Hay otras muchas a las que a continuación se pasará revista, aunque la lista se limitaré a ¡as máquinas utilizadas más frecuentemente, de. serie, es decir todas aquellas que se pueden ver fácilmente en las obras ferroviarias. Existen otras

máquinas sumamente especializadas, que por tai motivo, no se describirán, como por ejemplo maquinas que sirven para trasladar por una plataforma desvíos de gran desarrollo para alta velocidad totalmente montados o máquinas para cambiar tableros de puentes, etc.

Desguarnecedoras Entre la maquinaria de vía, estas máquinas (Fotografía 1-58) se utilizan para retirar el balasto de una vía sin tener que desmontarla. Están constituidas por un vehículo autopropulsado que tiene una cadena de cangilones que pasa por debajo de las traviesas. Esta cadena va retirando el balasto de la vía a medida que la máquina avanza lentamente, y lo arrastra hacia la parte superior de la misma. Seguidamente pueden hacerse dos cosas con ese balasto: - Una es cribarlo para separar las piedras de la tierra, así como de los finos y piedras de tamaño no adecuado, la máquina devuelve entonces el balasto útil a la vía y descarta todo lo demás. - Otra es desechar totalmente el balasto que se retira para remplazario luego por otro nuevo.

Con los materiales que la máquina retira hay dos posibilidades: pueden verterse a un lado de la vía por medio de una cinta transportadora para ser abandonados allí o puede verterse en vagones tolva que forman tren detrás de la máquina (Fotografía 1 -59).

Estos vagones incorporan cada uno de ellos una cinta transportadora en su parte superior para que los desechos puedan trasladarse a lo largo del tren y así se puedan llenar todos los vagones tolva. Las desguarnecedoras generalmente deben ser ayudadas en su avance por una locomotora. Cuando han de remolcar tras de sí un tren de tolvas, esto resulta imprescindible. Actualmente, por cuestiones medioambientales, cada vez es más raro que se permita verter los desechos a un lado de la vía. Las máquinas desguarnecedoras, para llevar a cabo su función requieren disponer de !a vía cierto tiempo pues antes de iniciar su trabajo es necesario que se haya desguarnecido a mano un tramo de

vía para pasar la cadena por debajo de esta. Además, para pasarla, se ha tenido que cortar y volver a empalmar esta cadena, tareas que fácilmente consumen una hora y otro tiempo similar, aunque algo más breve, al final del trabajo. Por ello estas máquinas no pueden emplearse en cortes de vía poco extensos en el tiempo, ni para desguarnecidos de poca longitud, en cuyo caso resulta más práctico retirar un tramo de vía mediante grúas y el balasto mediante "buldózer". Cuando una desguarnecedora, después de haber pasado y agotado el tiempo de corte de vía, deja la vía directamente apoyada sobre la capa de suelo restante, previo arreglo de

los puntos de transición con la vía no tratada, puede autorizarse, por ¡o general, el paso de trenes a muy poca velocidad, hasta que en un corte posterior se vierta nuevo balasto y se nivele y alinee la vía. Últimamente los fabricantes especializados en este tipo de máquinas han sacado al mercado máquinas desguarnecedoras que retiran además del balasto, capas más profundas de tierra, hasta 60 o 70 cm bajo las traviesas. Su utilización es todavía muy reciente. Perfiladoras Son vehículos destinados a colocar correctamente el balasto existente en medio y a los lados de la vía dejándolo según, el perfil teórico que figura en los planos. Funcionan de una forma similar a las moto-niveladoras; mediante unas cuchillas o arados que pueden disponerse a voluntad en diferentes ángulos, tanto vertical como horizontalmente. í Son incluso capaces de trasladar balasto de un lado de la vía donde esté sobrante al otro lado donde puede faltar. Llevan también un cepillo giratorio similar al de una barredora pero que en vez de pelos está formado por trozos de manguera flexible

para poder barrer el balasto situado sobre las traviesas, cosa muy importante en las líneas de alta velocidad, ya que al paso de las composiciones el balasto se levanta golpeando la parte inferior de los trenes con la consiguiente degradación de las mismas (Fotografía 1-60).

Amoladoras Son vehículos provistos de un gran número de muelas giratorias dispuestas de manera tai que pueden mecanizar o "amolar" la cabeza

de los carriles de una vía por su parte superior y por su cara activa dejando además la curva que une estas dos caras dei carril en un perfil prácticamente igual a la curva original. Esta máquina se utiliza para eliminar ei desgaste ondulatorio en los. ferrocarriles convencionales y para tratar todos los carriles en las vías para alta velocidad.

Es la última labor a realizar en la vía antes de la inauguración de la línea para eliminar pequeños defectos producidos en los carriles durante su laminación, defectos estos casi imperceptibles pero que pueden obedecer a ligeras excentricidades de ¡os cilindros de laminación o causas similares, defectos indetectables a velocidades inferiores a los 220 Km/h (Fotografía 1-61).

Estabilizadoras dinámicas

Son vehículos que recorren una vía de nueva construcción haciéndola vibrar enérgicamente. Las vibraciones se generan mediante masas excéntricas que giran velozmente dentro de la máquina y que transmiten tales vibraciones al carril mediante rodillos retráctiles que se elevan cuando la máquina ha de desplazarse (Fotografía 1 -62).

La finalidad de estas máquinas es en realidad la de ganar tiempo. Cuando no existían y se deseaba autorizar una vía para velocidades elevadas, la autorización no se producía hasta que por ella no había circulado un importante número de toneladas (unas 200.000) de

trenes que garantizasen que la vía había quedado bien asentada sobre e! balasto y este sobre las diferentes capas en que se apoya.

Dresina Es un pequeño vehículo ferroviario motorizado que sirve para transportar un reducido número de personas y herramientas de mano por la vía a una velocidad similar a ¡a de un tren. Sirve para transportar operarios a un punto de trabajo, para recorrer la vía en labores de inspección, etc. A veces se da este nombre también a vehículos en los que se han montado mecanismos de medición de los parámetros geométricos de la vía, o de detección por ultrasonidos de defectos no visibles en los carriles. El nombre de "dresina" viene de Von Drais, inventor alemán del velocípedo, antecesor de ¡a bicicleta, en 1817.

Minitren Es un vehículo motorizado para circular por la vía, a semejanza de la dresina, pero concebido para transportar principalmente carga, en la medida en la que puede transportarla un camión de mediano tonelaje Consiste en una plataforma a cota más baja que el piso de un vagón corriente, que en un extremo lleva una cabina para 7 ó 9 personas. Es corriente que lleve también una grúa como las que se instalan en los camiones y puede remolcar tres o cuatro plataformas concebidas

especialmente para el minitren, con el piso a la misma altura que éste.

Máquinas varias Hasta aquí se han descrito las máquinas más comunes montadas en un vehículo típicamente ferroviario. Sin embargo existen otras máquinas adaptadas al uso ferroviario que por ser más pequeñas no se disponen en un vehículo a propósito. La más polivaiente de todas ellas es la típica retroexcavadora sobre neumáticos. A esta máquina se le pueden acopiar ocasionalmente cuatro pequeñas ruedas de acero con pestañas para que pueda circular por la vía, mientras la tracción permanece en sus ruedas neumáticas que, bien rozando e! carril, o bien rozando unos tambores adosados a las ruedas con pestaña, le otorgan movilidad por la vía. Resulta así una máquina notablemente polivalente ya que puede funcionar como retroexcavadora, (abriendo, por ejemplo, hoyos para las cimentaciones de los postes de electrificación), como martillo rompedor y como grúa. También puede estar provista de una cuchara bivalba para cargar tierras o escombros, o de un electroimán para recoger chatarra, llncluso se usa a veces como elemento tractor para remolcar vagonetas por la vía. Otra maquina a considerar son ios llamados "pórticos". Estos tienen la forma de la letra griega TI (pi). Están concebidos para rodar sobre carriles depositados sobre los hombros de balasto a cada lado de la vía. Frecuentemente se aprovechan los carriles dejados allí para una futura renovación de los que forman la vía, o los retirados de una vía ya renovada.

Estos aparatos están motorizados, tienen un pequeño asiento para un conductor y un pistón hidráulico en su centro, que hace de grúa. Los pórticos se utilizan en pareja, y rodando por esos carriles exteriores, pueden transportar tramos de la vía que se desea desmontar para depositarlos fuera del tajo, igualmente sirven para depositar en la plataforma tramos nuevos de vía premontados con sus traviesas. En cuanto a máquinas pequeñas, portátiles, las más corrientes son las destinadas a taladrar el alma del carril, bien para colocar bridas o bien para conectar cables. Taladran el alma mediante una fresa que corta una corona cuyo diámetro exterior es el del agujero que se desea hacer. Estas máquinas se fijan a! carril mediante un tornillo y son accionadas por un pequeño motor de explosión. Otras máquinas tienen un husillo vertical y sirven tanto para taladrar traviesas como para apretar o aflojar tirafondos. La máquina esta montada sobre una viga que tiene en un extremo un motor de explosión y en el otro el husillo, de forma que ambos se contrapesen. El operario que la maneja la mueve así fácilmente ya que además la máquina va montada en un carrito con rodillos para poder desplazarse a lo largo de la vía y puede situarse para trabajar en uno u otro carril. Las más perfeccionadas disponen de uña regulación del par de apriete para que cuando se utilizan para atornillar tirafondos lo hagan con una fuerza limitada, evitando así que estos puedan, literalmente, pasarse de rosca.

SOLDADURA DE CARRILES

Como se ha expuesto en el capítulo anterior dedicado a las "Barras Largas Soldadas" (BLS) hoy en día las vías férreas se montan con los carriles soldados entre sí y sin juntas. Las siderúrgicas donde se laminan, sin embargo, no los pueden hacer más que de una longitud determinada, como máximo, actualmente, 90 m. Los carriles que, por alguna razón, han de transportarse por camión en alguna parte de su recorrido hasta el iugar de su montaje, (para una línea de metro por ejemplo) deben ser cortados en barras de 18 m de longitud. Estas son llamadas "Barras elementales". En cambio, si su traslado se hace por ferrocarril en todo su recorrido la longitud de ¡as barras se incrementa al máximo posible, de modo que una vez laminados, los carriles si fuese necesario, pasan.a una planta donde son soldados en barras largas para después ser transportados en trenes llamados "carrileros" hasta e! lugar de su montaje. Generalmente estas barras largas tienen 288 m que es 16 veces la longitud de una barra elementa!. Se deduce, por tanto, que los carriles pueden ser soldados, entre sí, en dos lugares: en la planta donde se preparan las barras largas y/ó en la vía, una vez colocados. Hay tres formas de soldar carriles: la soldadura eléctrica a tope, la soldadura eléctrica con electrodos y ia soldadura aiumlnotérmica. Soldadura eléctrica a tope Se realiza con una máquina de soldar sujetando a tope entre mordazas de cobre los extremos de los carriles a soldar. Las dos puntas se acercan una hacia otra hasta tocarse, al mismo tiempo que se hace pasar entre ellas una corriente eléctrica continua. De inmediato se separan ligeramente mientras se genera un arco voltaico entre ¡os dos carriles. Este arco calienta ¡as puntas de ios carriles hasta una temperatura cercana al punto de fusión del acero. Cuando se llega a esa temperatura, ia máquina aprieta fuertemente un carril contra el otro, y así quedan soldados.

Una gran ventaja de este tipo de soldadura es que no necesita material de aporte, que siempre puede diferir de ¡a composición del acero de los carriles. Otra ventaja es que solo se consume electricidad, por ¡o que el coste de cada soldadura es comparativamente bajo. Las máquinas de soldar a tope generalmente son fijas, sin embargo desde hace un tiempo existen máquinas de este tipo que pueden circular por las vías y hacer soldaduras . Sin embargo su utilización tropieza con el inconveniente de que para soldar tienen que poder mover los carriles uno respecto ai otro longitudinalmente, es decir poder mover uno de ellos por lo menos, por lo que su utilización queda limitada a ciertos trabajos donde esto es posible, y esta posibilidad no se da siempre. Soldadura eléctrica al arco Este procedimiento consiste en presentar un carril frente al otro dejando entre ambos una separación del orden de 10 - 12 mm. Mediante un equipo de soldadura eléctrica convencional y utilizando electrodos más o menos convencionales se va rellenando el espacio entre los dos carriles hasta que quedan completamente soldados. Esta soldadura suele resultar más barata que la aiuminotérmica, aunque tiene también sus inconvenientes ya que requiere un soldador muy experimentado y también un molde a colocar contra el carril y con la forma de éste por el lado opuesto al que se esta soldando para evitar que caiga el material de soldadura recién aportado. Por supuesto que los electrodos y regulación de la máquina de soldar han de ser las estrictamente necesarias según las características del carril. La máquina de soldar ha de ser preferentemente del tipo rotativo, puesto que las masas inertes del rotor entregan una

corriente más uniforme y menos sensible a variaciones según sea la resistencia ohmica entre electrodo y carriles. Este tipo de soldadura es muy poco utilizado debido a que los responsables del ferrocarril consideran, por lo general, más fiable el procedimiento aluminotérmico y por ello suelen poner inconvenientes al empleo de esta soldadura. Soldadura aiuminotérmica La soldadura aiuminotérmica se basa en una reacción química. Consiste en mezclar, en proporciones adecuadas, polvo de aluminio y óxido de hierro, también en polvo. Al producirse la ignición de esta mezcla, el aluminio se combina con el oxígeno del oxido de hierro dejando líbre este último elemento. La reacción se produce con gran desprendimiento de calor, tanto es así, que el hierro libre alcanza temperaturas que superan los 2.000 grados, y se presenta por ¡o tanto en estado líquido. La mezcla lleva varios aditivos con el fin de obtener un acero de composición lo más semejante posible a la de los carriles a soldar. E! proceso de soldadura se realiza de! siguiente modo: Se enfrentan los dos extremos de los carriles a soldar a una distancia de unos 2 cm. Esta separación se llama “cala". Se monta a continuación un molde de material refractario que envuelve los extremos de ambo carriles, cuidando de tapar bien cualquier rendija por la que pudiera escapar la colada, mediante una masilla también refractaria. Hecho esto, mediante un soplete de gasolina o de gas se calientan las puntas de los carriles dentro del moide hasta que alcancen el rojo cereza. Retirado el soplete se sitúa sobre el molde un crisol con la mezcla aiuminotérmica en polvo y se provoca su ignición. (Esto puede hacerse con una simple bengala como ías de fuegos

artificiales). Iniciada la reacción es necesario tapar el crisoi con un protector de chispas para seguridad de quien se encuentre próximo. La reacción química se propaga dentro de! crisoi de arriba hacia abajo, y cuando ésta llega al fondo del crisol funde un tapón de hojalata que impedía que e! polvo aluminotérmico saliese por el agujero de colada. El acero líquido se precipita entonces en el molde y funde parcialmente las puntas de los carriles, soldándolos. A partir de este momento soio queda esperar unos pocos minutos para retirar el moide refractario con la colada ya sólida, retirar le escoria, cortar los trozos de material de aporte sobrantes ("mazarota") y amolar los carriles, para que la soldadura esté terminada. Este procedimiento sueie ser el preferido para soldar in situ porque garantiza un alto nivei de calidad en la soldadura y puede ejecutarse en un tiempo breve, del orden de 1/2 hora. Requiere un equipo de un ofcial soldador homologado y tres ayudantes como mano de obra, y ios correspondientes materiales de aporte. Resulta algo más caro que los otros procedimientos. La Figura 1-63 puede ayudar a entender mejor el proceso.

Este tipo de soldadura ha ido mejorándose constantemente por quienes fabrican la mezcla y el equipo. Por ejemplo: • Los crisoles que se debían limpiar después de cada uso son ahora de un solo uso, • La temperatura a la que había que calentar las puntas de los carriles ha disminuido notablemente y con ello se ha diminuido también el tiempo necesario para completar la operación. • ES material de aporte sobrante que antes se quitaba de la cabeza dei carril con golpes de mayo y tajadera, hoy se corta con una pequeña prensa hidráulica, etc.. CONDICIONES QUE UNA VÍA HA DE CUMPLIR PARA QUE SUS CARRILES PUEDAN SOLDARSE Si bien en el apartado de B.L.S. ya se ha tratado el tema del comportamiento de los carriles cuando se sueldan entre sí con una longitud indefinida, se estima que no está de más puntualizar cuales han de ser las condiciones de la vía para que esto pueda realizarse. Es posible que entre lo escrito anteriormente y lo que se expone ahora, el lector encuentre cierta redundancia, sin embargo, se estima que, no está de más insistir en un tema tan delicado. Para soldar ios carriles de una vía estableciendo BLS, es decir, vía sin juntas deben cumplirse ciertas condiciones para dar estabilidad a la

vía a lo largo del tiempo, considerando las diferentes condiciones medio-ambientales a las que esta sometido un trazado ferroviario. Es condición imprescindible que los carriles estén dotados de fijación elástica. Esta condición puede cumplirse, sin embargo, con muy diferentes grados de calidad, pues puede ir desde una fijación elástica de las que se utilizan en Europa, con o sin placa de asiento, según se emplee con madera u hormigón, a un simple clavo o escarpia elástica, para utilizar en madera y sin placa de asiento.El empleo de anclajes de carril no sustituye satisfactoriamente las fijaciones elásticas. Es conveniente cumpürtambién otras condiciones, aunque éstas no sean necesariamente imprescindibles, como la anterior, y pueden combinarse entre sí para alcanzar un buen nivel de eficacia. Ei uso de BLS sobre traviesas de madera es posible y en muchos casos se ha logrado con éxito, aunque no deja de ser arriesgado. Esto es así porque el peso de carril con traviesas de madera es lo único que se opone a un pandeo lateral o vertical de la vía y en su conjunto es notablemente menor que cuando se utilizan traviesas de hormigón (no se menciona e! balasto, pues este opondrá la misma resistencia para traviesas tanto de madera como de hormigón). Para hacer posible una vía de BLS sobre traviesas de madera habrá que tener en cuenta, con mucha prudencia, ios siguientes parámetros: • De qué clase de madera se trata. Hay maderas como ei pino con densidades inferiores a 0,5 y como el quebracho o la akoga con densidades superiores a 1,2. . Del número de traviesas por unidad de longitud de vía. . Del peso de los carriles, ya que a mayor peso mayor sección, y a mayor sección ¡os esfuerzos de dilatación y contracción serán mayores.

. Las condiciones atmosféricas locales, es decir las temperaturas máximas que puede alcanzar un carril por reflejo solar, y las mínimas que pueden producirse en invierno. . En función de los datos anteriores, bien contrastados, es preciso determinar con el mayor cuidado ¡a temperatura de liberación. - Establecer con un correcto criterio cuales serán los radios mínimos en los que soldar los carriles. Por último cabe señalar que no existen cálculos que establezcan de forma clara una frontera entre el si o el no en el uso de BLS sobre traviesas de madera. Únicamente es aplicable la experiencia adquirida y el sentido común. Sin embargo pueden adoptarse diversas medidas que tiendan a prevenir ¡os peligros de ripado en vías con traviesas de madera: • Ha da tenerse en cuenta que es mucho más peligroso en la vía un exceso de calor que un exceso de frío. Por exceso de Calor en una vía se pueden producir "garrotes", o lo que es igual, puede pandear, y así provocar un descarrilamiento que puede tener consecuencias catastróficas. Sin embargo, con un frío intenso la vía colapsa por la rotura de un carril y esta circunstancia no suele tener consecuencias graves, y además es detectable si hay circuitos de vía. Estos extremos han de tenerse en cuenta a! elegir ¡a temperatura de neutralización. * Hay varias formas de aumentar la resistencia al pandeo latera! de una vía; o de evitar los "garrotes". Aumento y recrecido de tos hombros de balasto. Utilización de anclajes en las traviesas; Impregnado de ios hombros de balasto con algún producto que cohesione e! mismo. Es necesario recordar que también deben considerarse otros detalles como por ejemplo ios siguientes: Colocar juntas de dilatación en la entrada y salida de las estaciones que no dispongande desvíos capaces de soportar grandes esfuerzos longitudinales en sus carriles, Colocarlas también a la entrada y salida de puentes metálicos sin balasto, o utilizar en ellos un tipo de fijación especial.

Deberán remplazarse todas las juntas aislantes normales por juntas encoladas. Los tramos sin balasto también requerirán una atención especial. La transformación de una vía con juntas en una vía sin juntas requiere una mayor inversión inicial pero, posteriormente, requerirá un mantenimiento menor.Mantener las juntas no supone optar por una vía de inferior calidad geométrica, sino por una vía que requiere algo más de mantenimiento y vigilancia, puesto que sabido es que entre un 60 y 70 % de ¡as roturas de carril se producen en las juntas.Finalmente debe apuntarse que en una vía conjuntas, el estado de éstas, puede acer imposible su soldadura, ya que si están "machacadas" empleando un lenguaje vulgar pero , Preciso, ias puntas de carril no podrán soldarse sin ser cortadas o remplazadas por cupones. En caso contrario es preciso poner de manifiesto que se tendrá una mala vía con o sin juntas.

ENGRASE DE CARRILES El objetivo es siempre la reducción del desgaste de los carriles y de los órganos de rodadura permitiendo así la prolongación de su vida y la reducción de los costes originados por las renovaciones de vía. Cuando un tren toma una curva tiende a seguir en línea recta y es el carril exterior de la mencionada curva la que le obliga a través de las pestañas a seguir la línea curva. Este hecho origina fuerzas antagónicas entre la pestaña y ¡a cara activa del carril. Estas fuerzas obedecen a la aceleración sin compensar que empuja al tren hacia la parte exterior de la curva, a estas fuerzas se le ha de sumar la producida por el ángulo de ataque de la rueda contra el carril. Consecuentemente se pueden superar fácilmente los 1.500 Kg en cada pestaña, y más en ferrocarriles que admiten grandes cargas por eje como los de los Estados Unidos, por ejemplo. Para minimizar estas fuerzas se aplican dos soluciones muchas veces simultáneamente: Una de ellas es la instalación de un contracarril cuyo efecto es dividir esta fuerza en dos y compartir el esfuerzo de guiado entre el citado contracarril y la cara activa del carril exterior.

La otra es engrasar la cara activa del carril exterior. Cuando los carriles en curva no se engrasan su desgaste lateral es mucho más rápido que en una vía recta y por lo tanto su duración es menor. Para engrasar los carriles hay muchos modelos de aparatos. Los más sencillos están formados por una fina lámina metálica que se coloca contra la cara activa del carril antes de la curva, incorporan una pequeña bomba de grasa que es accionada por el paso de cada rueda presionando un pedal que queda junto al carril, del lado de la cara no activa. Esta grasa que proviene de un depósito de unos 10 ó 15 litros, que forma un mismo cuerpo con las demás partes del engrasador, dispensa una pequeña cantidad de grasa que ¡a bomba impulsa entre la lámina metálica y la cara activa. Esa grasa se pega a la pestaña de la rueda que pasa en ese momento, y ésta la reparte a lo largo de la cara activa en toda la longitud de la curva. Existen también sistemas de engrase más sofisticados, como los que impúlsan contra el carril unas gotas de lubricante con la ayuda de un gas comprimido, o engrasadores que funcionan eléctricamente. Actualmente la tecnología de la lubricación funciona con grasas ecológicas y alimentación por energía eléctrica de origen fotovoltaico si la instalación está donde no se dispone de suministro eléctrico convencional.

Para dar una idea de la importancia de engrasar los carriles en las curvas se recogen a continuación datos facilitados por la casa sueca Ciclomatic, fabricante de engrasadores, aue indica textualmente que: "El servicio de Vía y Obras de los Ferrocarriles Suecos (SJ) ha lieaado a la conclusión que el desgaste de la cara activa de los carriles en curva se ha reducido hasta un 98 % con un leve aporte de grasa estimado en 17 gramos por cada 1000 ruedas. También se ha podido detectar,que el desgaste de las pestañas de las ruedas de los

convoyes aue árculanpor vías con engrasadores se reduce en un 50 %. La vida de los contracarriles y agujas también aumenta considerablemente con un engrase adecuado. La lubricación de curvas esta aconsejada para radios inferiores a 400 m. La práctica de lubricar curvas también reduce notablemente ruidos molestos." APARATOS DE VÍA Se llaman así todos los dispositivos que se colocan en la vía y que no son los carriles: Por ejemplo desvíos, cruces de vías, plataformas giratorias, carros transbordadores, toperas, calces, etc. Nos referiremos a continuación a los desvíos, pues son los más comunes y necesarios de todos los aparatos de vía: Desvíos Aun cuando no se considera necesario definir un desvío, sin embargo, podría decirse que es un aparato en forma de "Y" que por uno de sus extremos es susceptible de conectarse con una vía, mientras que en sus dos ramales superiores se desdobla en dos vías. Tiene partes móviles que hacen que un tren que llegue a é! por el extremo único, sea dirigido a derecha o a izquierda. Un desvío corriente tiene tres partes: e! "cambio"que es la parte donde están las agujas, las partes móviles que según su posición dan paso de la vía única hacia una de las otras dos. El "cruzamiento" que es la zona en la que se cruzan los carriles Los "carriles de enlace" que es la parte intermedia que une las dos anteriores. En la Figura 1-64 se nombran todas las partes de un desvío corriente. En la misma figura, más abajo, se indica como se ha de dibujar un desvío para intercalarlo en planos donde solo se representan ejes de vía.

Las agujas En ia Figura 1-65 puede verse que existen tres tipos de agujas desde el punto de vista puramente geométrico. Si se construyesen agujas perfectamente tangentes a los carriles a los que se acoplan, (contracarriles) estas resultarían demasiado largas y con sus puntas muy afiladas, y por lo tanto debilitadas. Para acortarlas y hacerlas más robustas, se han empleado tres métodos. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE UN Uno de ellos es el de hacer las agujas rectas, que ya está en desuso. DESVIO Otro consiste en que la línea generatriz de la aguja sea secante a la PARA UTILIZAR EN PLANTAS EN del carril recto. El tercero consiste en que la línea generatriz de ¡a LAS QUE aguja sea tangente a la del carril recto, pero dando a ¡a aguja un radio mayor que el radio del carril a lá que está conectada. Con

cualquiera de estos tres métodos se consigue acortar las agujas y hacerlas más resistentes. Estas tres generatrices geométricas de las agujas son las que se utilizan en los desvíos corrientes. No es el caso para los desvíos de alta velocidad, en los que la geometría de la aguja del carril exterior de ia vía desviada está generada por una clotoide, que en su inicio (donde R=0), que corresponde a la punta de la aguja, es tangente a la contraguja o carril que sigue. Por esto estas agujas son de una notable longitud, tanto que para moverlas se emplean hasta siete motores repartidos en toda su longitud. Las agujas de desvíos convencionales también pueden ser articuladas o flexibles. Las articuladas se unen con el carril al que dan entrada, con unas bridas que se dejan flojas. Este método ha caído en desuso.

Las agujas flexibles tienen una parte debilitada, en la que se ha recortado su patín, para quefiecten por allí.

El cruzamiento Los cruzamientos de ios desvíos pueden ser construidos mediante carriles atornillados entre sí, o de acero moldeado. En España suelen ser casi exclusivamente de acero moídeado. En estos casos se utilizan aceros al manganeso de cristalización austenítica, muy duros y que endurecen más aun su superficie a medida que esta es laminada por el paso de las ruedas. También existen cruzamientos mixtos, en ¡os que la punta es de acero moldeado y las patas de liebre de carriles atornillados.

En los desvíos para alta velocidad ha sido necesario eliminar la "laguna" (Figura 1-64) que es un punto donde la superficie de contacto entre ruedas y carril disminuye notablemente y por ello se gasta más rápidamente que el resto del cruzamiento produciendo un defecto vertical del plano de rodamiento, inadmisible para velocidades superiores a los 200 Km/h. Consecuentemente se utilizan cruzamientos móviles, que suprimen la huella o entretalle entre punta de cruzamiento y patas de liebre, para eliminar esta "laguna" debe ser móvil la punta dei cruzamiento, o bien las patas de liebre. Esto se logra mediante 26 3 motores de aguja que actúan simultáneos con ios que mueven las agujas. Los desvíos corrientes pueden ser de cruzamiento curvo o de cruzamiento recto. En los desvíos de cruzamiento recto la curva de la vía desviada abarca la aguja y los carriles de enlace, mientras que ei cruzamiento está en recta. En ios de cruzamiento curvo abarca la aguja, los carriles de enlace y el cruzamiento, hasta el final del desvío. Los desvíos de cruzamiento curvo, a igual radio, dan una mayor tangente, comparados con los de cruzamiento recto, o lo que es lo mismo, a igual tangente permiten un mayor radio lo que hace que puedan ser utilizados para circular a mayor velocidad por su vía desviada. Hay casos en los que no pueden ser montados desvíos de cruzamiento curvo. Cuando se desea montar una diagonal o escape entre dos vías paralelas, si la entrevia (E entre ejes de vía) es menor que dos veces la separación entre ejes de vía a la salida de los desvíos (A), í se han de montar de cruzamientos rectos. Esto último puede comprenderse con mayor claridad viendo la figura pues si se intentase se tendrían que solapar o unir los extremos de los dos

desvíos que forman la diagonal teniendo curvas de signo opuesto y la unión no resultaría geométricamente correcta (Figura 1-66). No conviene enfrentar dos desvíos con dos curvas divergentes si son desvíos de cruzamiento curvo (diagonales o escapes).

Curvatura de desvíos Cuando se hace necesario curvar la vía directa un desvío para intercalarlo en una vía en curva, se alterará también ei radio de su vía desviada. Si la vía desviada sale hacia adentro del radio de ¡a vía general o directa, el radio de la desviada disminuirá, y en caso contrario aumentará. La fórmuía que nos permitirá calcular el nuevo radio que tendrá ¡a desviada es:

R, ± R2 Siendo:

R,

Radio de la vía directa una vez curvada.

R2

Radio de la vía desviada antes de curvar el desvío.

&

Radio final de la vía desviada.

Los signos del divisor serán (+) cuando la desviada sea hacia el interior de la curva, y {-) cuando sea hacia el exterior. En la misma Figura i-67 se encuentra una explicación de porqué es mucho más conveniente escoger un desvío de cruzamiento curvo, cuando se ha de curvar su vía recta. La razón es que si se curva un cruzamiento de ramas rectas, una vez curvado, las dos ramas tendrán el mismo radio, cosa que no sucede con e! conjunto del desvío como lo puede demostrar la fórmula anterior. La directa o la vía desviada tendrán así una geometría incor¬recta. Esto no sucede si se escoge para curvar, un desvío de cruzamiento curvo. De todas maneras ei proyectista deberá evitar, en lo posible, proyectar la instalación de desvíos en vía general con sus dos ramas en curva, aunque a veces no se puede evitar por razones de espacio.' Ello es así porque entonces a la vía general, en varios casos, no se le podrá dar, el peralte más conveniente y se estará por ello penalizando ia velocidad de los trenes que por ella han de pasar, o en otros casos se penalizará la vía desviada con un contraperalte. En la Figura 1-67 se aprecia que en ei caso del desvío de la parte superior, si se le da un peralte justo a la vía general, este no resultará el correcto para la vía desviada. Aun peor es el caso del desvío dibujado en segundo lugar, pues en este caso, si se da a la vía genera! un peralte correcto, la desviada quedará con uno hacia el lado contrario.

Denominación de desvíos

NO ES CONVENIENTE INTENTAR ADAPTAR CRUZAMIENTOS RECTOS PARA DESVIOS CURVADOS PUES QUEDAN CON RADIOS IGUALES PARA AMBOS CARRILES Y ELLO NO ES ASI EN EL DESVIO.

EN CAMBIO, SI SE UTILIZAN CRUZAMIENTOS CURVOS PARA LOS DESVIOS A CURVAR PUEDEN QUEDAR RADIOS QUE COINCIDAN CON LOS QUE REQUIERE EL DESVÍO UNA VEZ CURVADO.

En España, los fabricantes de desvíos y las Administraciones Ferroviarias han adoptado una notación para nombrar los diferentes tipos de desvíos. Este sistema de notación facilita mucho el referirse a un determinado tipo de desvío en toda clase de documentos, incluso

en planos. El sistema es el siguiente: Supóngase por ejemplo un desvío designado: DSÍ-HP-BI - UIC54- 500- 0,09-CC: DSI: DS Indica "desvío" y la letra siguiente el ancho de vía, en este caso DS! ancho internacional. DS: ancho ibérico y DSM: ancho métrico TUD Indicaría travesía de unión doble, etc. HP: Indica sobre qué se asienta el desvío, en este caso sobre hormigón en placa, la H sola indicaría sobre traviesas de hormigón. La carencia de estas letras indicaría que ha de montarse sobre traviesas de madera. B1: Es un indicativo de la calidad de construcción; A: antiguos, B: buenos C: calidad, P: polivalentes AV: alta velocidad, etc. UIC54: Indica el tipo de carril con el que está construido. 500: Radio en rh del eje de la vía desviada. 0,09: Tangente del ángulo de salida entre ejes de vía directa y desviada. CC: Indica cruzamiento curvo. CR indica cruzamiento de ramas rectas. CM cruzamiento móvil. A veces existe una letra más al final, que indica una característica especial del desvío, como por ejemplo S, que querría decir simétrico.

. Este sistema de notación facilita mucho referirse a un determinado tipo de desvío en toda cíase de documentos sin necesidad de tener que utilizar una compleja descripción del aparato o incluir un dibujo. Lo mismo sucede en planos que reflejen numerosos desvíos. Finalmente se ha de apuntar que últimamente se han aportado numerosas innovaciones que han perfeccionado en gran medida los desvíos. Una de ellas es la resistencia longitudinal de sus carriles, que ha permitido intercalar desvíos en vías de carriles soldados (BLS), pues son suficientemente resistentes como para soportar grandes tracciones y compresiones debidas a diferentes temperaturas. Los tipo A son ios únicos que carecen de esta resistencia. Esto ha sido posible debido en partea ¡a posibilidad de soldar carriles en los cruzamientos fundidos. Esto no era posible hasta hace pocos años debido a ¡a incompatibilidad entre el acero austenítico de los cruzamientos y el acero al carbono de los carriles, pero se comenzó a hacer con éxito en el pueblo austríaco de Zeitweg, desde entonces a este tipo de soldadura se la conoce con el nombre de este pueblo. Otros aparatos Como se dijo anteriormente el término "aparatos de vía" engloba todos ios tipos de aparatos que se pueden colocar a lo largo de una vía y que tienen que ver con esta. Pueden ser toperas, calces, placas giratorias, juntas de dilatación, encarriladoras, cruzamientos, etc., aunque alguno de estos aparatos, como las placas giratorias, se encuentren hoy en desuso. Si bien no se cree necesario describir todos ellos, sin embargo sí se hará con algunos aparatos de vía bastante utilizados actualmente. Estos son las "travesías de unión doble" (TUD) que permiten las mismas maniobras que permitirían dos desvíos enfrentados por sus juntas de contraaguja, pero ocupando menos espacio. (TUS con "S" de simple se denominan cuando tienen enlace curvo por un solo lado, disposición poco frecuente).

Estos aparatos suelen montarse a la entrada/salida de grandes estaciones cuando ha de pasarse de numerosas vías a solo las generales en un espacio limitado y manteniendo múltiples opciones de itinerarios diferentes (Figura 1 -68). Son más caros y complicados que dos desvíos enfrentados. Suman 8 agujas en vez de cuatro y cuatro cruzamientos en vez de dos (dos agudos y dos obtusos) pero a veces hay que recurrir a su instalación por razones de espacio.

Ferrocarriles con cremallera El uso de la cremallera puede hacerse de tres maneras diferentes: 1) Toda cremallera es cuando en el ferrocarril los carriles solo sirven de apoyo a las ruedas, que se montan locas, y el esfuerzo de tracción y frenado solo se hace a través de la cremallera. Se trata por lo general de ferrocarriles turísticos, aunque frecuentemente

también deben llevar carga para abastecer las instalaciones de la cumbre a la que acceden. 2) Ferrocarriles de adherencia v cremallera. Se utilizan para lo mismo que los anteriores pero la cremallera solo se monta en los tramos que superan cierta pendiente. Los trenes sueien tener dos mecanismos de tracción, independientes, uno actúa en las ruedas y

otro en ei engranaje. Pueden selectivamente, es decir uno u otro.

actuar

simultáneamente

o

Ayuda de cremallera: Cuando en un determinado tramo de un ferrocarril convencional, tramo de pendiente mayor que los normales, se monta una cremallera, para que locomotoras con cremallera, ayuden a subir o bajar a ios trenes normales cuando tengan que franquearlo. Este caso es muy similar técnicamente al anterior, aunque no conceptualmente, porque se trata de la incorporación de un tramo con cremallera en una línea normal de adherencia. En los dos primeros casos las pendientes en los tramos con cremallera pueden llegar a las 300 milésimas. En e! tercer caso se suelen montar las cremalleras para pendientes entre 50 y 140 milésimas. El primer ferrocarril de cremallera lo implantó Marsh en 1866 para subir a! Monte Washington, Estados Unidos, y todavía funciona, y con tracción vapor. La idea de Marsh fue adoptada enseguida por el ingeniero suizo Riggenbach que mejoró la cremallera de Marsh, que tenia los dientes formados por pernos de sección circular, que cambió por pernos con sección de dientes de engranaje evolvente. Esta cremallera esta formada por dos perfiles en "□"atravesados y unidos por los pernos que constituyen los dientes. Hoy en día, aparte de las cremalleras de Marsh - Riggenbach existen tres tipos más que son la cremallera Abt, la Strub y la Locher. En ia Figural-69 se pueden ver los cuatro tipos.

La cremallera Abt consiste en barras de acero de sección rectangular con dientes tallados por su borde superior. Estas barras siempre se colocan dobles, con los dientes al tresbolillo. En un solo caso se han colocado triples, en el Ferrocarril Transandino Central, actualmente fuera de servicio. La cremallera Strub consiste en un carril tipo Vignole, con la cabeza alargada en sentido vertical para que en ella se le puedan tallar los dientes. La cremallera Locher es muy singular. Consiste en una plancha de acero o "Pletina" dispuesta horizontal, en la que los dientes han sido

tallados por ambos costados. Los engranajes, por lo tanto, han de ir en número de dos y ser de eje vertical, atacando uno por cada lado de la cremallera. Esta cremallera se proyectó así para salvar grandes pendientes, en ¡as que se temía que utilizando una de las otras, el engranaje pudiese montarse sobre los dientes. Sólo se ha aplicado en un ferrocarril, el que asciende al monte Pilatus en Suiza, y salva gradientes de 480 milésimas. Como dato anecdótico apuntemos que este es el único ferrocarril del mundo cuyas ruedas tienen las pestañas por fuera de los carriles. INSPECCIÓN DE LAS VÍAS Cuando un técnico tenga que decidir sobre el estado de una vía, de la velocidad a la que esta se pueda recorrer sin peligro o en condiciones de confort y sobre las actuaciones a las que sea necesario someter a esta última para mantenerla en óptimas condiciones o mejorar las que tiene, y decidir entre mantenimiento o renovación, tiene que comenzar por conocer el presente estado de ta! vía. Esto se hace mediante una inspección o lo que suele llamarse comúnmente una auscultación. Existen cuatro formas de auscultación que son las siguientes: 1) 2) 3) 4) 5)

Auscultación visual Auscultación geométrica Auscultación por aceleraciones Auscultación por ultrasonidos Auscultación visual.

Esta tiene por objeto discernir sobre el estado de las partes que forman la vía y su plataforma, y se realiza generalmente recorriendo la vía a pie. La persona encargada de ¡a inspección visual deberá tener un concepto claro y experiencia de cuáles deben ser las observaciones a realizar y, deberá igualmente tener un criterio para valorar el resultado de tales observaciones. También de las precauciones a tomar cuando recorra la vía, tales como no ir solo, llevar chaleco

reflectante, que se conozca por parte de la administración que está realizando ese trabajo, etc. Este criterio le debe servir para determinar sobre todo el grado de importancia de cada defecto observado en la vía, y de cómo puede solucionarse. Los apartados a continuación tienen por objeto orientar sobre este tema. . En la plataforma o infraestructura. Los defectos que puede tener la plataforma y que pueden ser perjudiciales para ia vía son los siguientes, por orden de importancia: • Estrechez. Suele acaecer cuando se ha ido mejorando la vía a lo largo de los años, agregando balasto, corrigiendo alineaciones y todo ello sin ampliar la plataforma original. El talud del balasto coincide y hasta supera entonces el de la plataforma si se trata de un tramo en terraplén, o el balasto invade las cunetas en las trincheras. • Defectos de drenaje. Pueden ser por drenajes inexistentes, obstruidos, cunetas anegadas o rotas y tajeas cega-das o insuficientes, .etc. Este es un defecto grave para la plataforma pues tiene como consecuencia su ablanda-miento por colmatación de agua, a ¡o que sigue la contaminación del balasto. También puede favorecer derrumbamientos o corrimientos de tierra. • Desprendimientos. De tierras o rocas, en taludes situados a una cota superior a la de la vía. Pueden producirse por una inestabilidad del terreno, un defecto de drenaje, falta de cuneta de coronación o una pendiente inadecuada. Hay numerosas formas de prevenirlos con muros de contención, muros de gaviones, gunitado, recubrimiento con mallas metálicas, etc. Quien realice ia Inspección prestara su atención a rocas sueltas o en situación aparentemente poco estable, ya pequeños desprendimientos que pueden ser preludio de uno mayor. • Corrimientos de tierra. Pueden producirse en los taludes de terraplén. Son difíciles de prevenir. Postes o árboles inclinados y pequeños hundimientos de la vía pueden ser síntomas previos aun corrimiento de tierras. Lo mejor es acudir a los archivos del ferrocarril para saber dónde se han

producido corrimientos, y así tener acotados ¡os tramos donde son probables o posibles. • Vegetación. Cuando esta invade el gálibo pueden producirse problemas de visibilidad a maquinistas y viajeros, aunque este problema no es demasiado importante. En la vía o superestructura puede perjudicar seriamente el lecho de balasto. • Defectos en el balasto. Son de dos tipos: mal balasto o mal estado de! mismo. El mal balasto puede ser por el tamaño de sus piedras: muy pequeñas, muy grandes o mezclas de diferentes tamaños. También por su forma, pueden no tener aristas vivas. Y finalmente por su calidad, puede estar formado por piedras no lo suficientemente duras. En cuanto a su mal estado, pueden ser detectados durante la visita los siguientes defectos: contaminación por arcillas o tierras. Se produce generalmente de abajo hacia arriba cuando en una plataforma mal drenada se forma barro que ofrece un mal apoyo al balasto. Este, con el movimiento y cargas que le transmiten ¡os trenes, va incrustándose en ese barro que a su vez asciende entre las piedras. Un balasto contaminado de esta forma, se convierte en un material pastoso y poco apto para ser bateado. Las zonas de balasto contaminado se detectan a simple vista por las manchas de arcilla que afloran en la cara Superior, llamadas en argot ferroviario "palomitas." También puede estar contaminado presentando limpias, lavadas por la lluvia, las piedras superiores visibles. Cuando se sospeche tai situación, se comprobara escarbando una pequeña cata. ES balasto puede contaminarse también de arriba abajo por desprendimientos de tierra o descuidos durante las obras. E! siguiente defecto del balasto es estar invadido por ia vegetación. Esta contaminación se previene con riegos herbicidas, pero si se ha generalizado o es muy densa, no habrá más remedio que remplazar el balasto. Otro defecto puede producirse cuando la vía se desguarnece de balasto, este se desparrama y sustenta mal un tramo de vía. Puede suceder por defectos de la plataforma o por un paso incontrolado y persistente de personas o animales.

Finalmente, e! peor defecto del balasto es tener una altura insuficiente. Por tai se entiende la que hay entre cara inferior de traviesa y plataforma. Un sencillo cálculo basado en el ancho de las traviesas y su separación debe indicar cuál es su altura óptima. • Defectos en las traviesas de madera. Estar podridas. Esto puede detectase a simple vista o también con un pincho metálico (lo suficientemente largo como para no tener que agacharse cada vez). Pueden también estar podridas por dentro, lo que se detecta por sonar a hueco cuando son golpeadas. Estar quemadas. Solían quemarse cuando circulaban trenes a vapor. Ahora no suele suceder. En cualquier caso esto se ve. Estar rajadas. Puede ser por rotura o falta de! zunchado. Es problemático si su rajadura afecta a la fijación de carriles. Presentar defectos de fijación. Esto es cuando ios agujeros en los que se atornillan los tira¬fondos se han agrandado. Se detecta por simple observación, si se ven tirafondos o escarpias medios salidos. Según su grado de deterioro estas traviesas pueden salvarse tapando sus agujeros con estaquillas encoladas y abriendo luego nuevos agujeros, o mediante ia inserción de canutillos de plástico, o enroscando en sus agujeros una nueva rosca helicoidal metálica, que a su vez forma rosca para los tirafondos. Los defectos en las traviesas adquieren gravedad cuando se presentan en varias traviesas sucesivas. Quien realice las observaciones tendrá en cuenta esto último. • Defectos de asentamiento. Finalmente hay que señalar el problema de las traviesas que no asientan bien sobre el balasto. Esto no es un problema de malas traviesas, sino de falta de bateo, pero io señalamos en este párrafo porque afecta a las traviesas. Se detecta por el ruido hueco y falta de rebote cuando una traviesa se golpea con la herramienta adecuada (generalmente una barra a propósito). Este defecto puede resultar muy engañoso; una vía puede estar apoyada correctamente en una de, póngase por caso, cada cinco, seis o siete traviesas y aparentar así una geometría que no es la real. Cuando sobre esta vía circule un tren cargado, las traviesas que "flotan" suspendidas de los carriles, se hundirán hasta apoyar en el balasto que tienen debajo y esta será la verdadera geometría vertical de la vía, mucho peor que ia aparente o la medida con aparatos de poco peso. Esto puede ser particularmente peligroso en

curvas porque estos hundimientos pueden superar los límites de seguridad de alabeo. . Traviesas de hormigón. Las traviesas de hormigón, por tratarse de elementos fabricados en serie y moldeados, no suelen ofrecer al observador signos visibles para juzgar su estado de conservación. Casi siempre podrán detectarse defectos tales como rajaduras o grietas transversales, sobre todo en su parte central. Si estas muestran manchas de óxido significa que la rajadura liega a ios hierros del pre o pos tensado. Sin embargo no es esto suficiente para justificar su reemplazo. Si los bordes de la rajadura están descascarillados, significa que la traviesa mueve por allí, y entonces sí se considerará mala. Habrá que fijarse también si tiene degradadas las superficies en las que apoya el carril. Si así fuese, probablemente ¡as traviesas son inadecuadas o escasas para las cargas que soportan. »Fijaciones rígidas. Es e! tipo de fijaron clásico de placa de asiento y tres tirafondos en España. En otros países puede ser con escarpias y con o sin placa de asiento. Solo se utiliza en traviesas de madera. No debe emplearse con carriles en barras largas soldadas. Quien ausculte la vía soto podrá observar en ellas que su apriete sea firme y/o el estado general de envejecimiento de estos elementos. • Fijaciones elásticas. Las fijaciones elásticas aprietan el carril por intermedio de un elemento elástico o resorte que garantiza que en todo momento éste está sufriendo una presión contra su apoyo. Estas fijaciones ofrecen por ¡o tanto una resistencia al deslizamiento longitudinal del carril respecto a ia traviesa que resulta imprescindible cuando se desean soldar los raíles en barras largas. Las traviesas de hormigón llevan siempre este tipo de fijaciones y las de madera, a veces. Existen dos familias de fijaciones elásticas que se distinguen según sus resortes, comúnmente llamados "clip", sean de plancha, o de varilla o alambre de acero. Cuando los resortes son de plancha, por lo general aprietan el carril transmitiendo e! esfuerzo que sobre ellos ejerce e! tirafondo, mientras que los tipos de varilla suelen apretar con una fuerza fija y

calibrada, independiente de ia que sobre ellos hace e! tirafondo, o no se sujetan mediante tirafondo. Quien inspeccione la vía deberá observar en las fijaciones con clip de plancha su grado de apriete. Aunque esto no puede distinguirse fácilmente a simple vista, en algunas fijaciones esto puede medirse mediante unas lengüetas graduadas. En general, se deberá verificar: la correcta posición del clip, grietas, fisuras o roturas en el clip o falta de este y que todos los elementos que componen la fijación estén en su posición correcta. En fijaciones que se aprietan mediante una tuerca, como esta enrosca en un tornillo cabeza de martillo, hay que vigilar la correcta posición de este último. Esto se logra viendo la marca que tienen en su extremo superior, que debe quedar paralela a! carril. Las fijaciones con clip de varilla suelen requerir menos atención que las anteriores. Se debe vigilar: ia posición de ios clips, que no estén rotos o falten, que todos los elementos de los que se compone la fijación estén en su sitio y en la posición correcta. Algunas fijaciones incluyen tirafondos especiales que se distinguen de los demás en que sus cabezas son rectangulares en vez de cuadradas con objeto de que solo sean manipulados con las herramientas especiales para ellos. La mayoría de las fijaciones mantienen lateralmente la posición del carril mediante un tope de plástico. Estos se construyen de diferentes medidas con objeto de poder dar diferentes sobreanchos en las curvas. Las diferentes medidas se distinguen por el color del plástico con que está hecho el tope. Para saber si se han colocado bien es preciso por lo tanto conocer el código de medidas-colores de la fijación. • En los carriles. La parte más importante y sensible de toda vía férrea son sus carriles por ser los que están en contacto directo con el material rodante y primeros receptores de sus cargas estáticas y dinámicas. Es por lo tanto la parte de la vía a la que se debe prestar mayor atención. Los carriles podrán dejar de estar en buenas condiciones por cuatro motivos: desgaste normal. Desgastes anormales.Torceduras. Roturas. • Desgaste normal.

Los trenes, al rodar sobre los carriles, los gastan. A medida de que este desgaste aumenta, puede llegar a ser de una magnitud tal que sea aconsejable cambiar el carril. Los carriles se gastan por su plano de rodadura y lateralmente por su cara activa. Este último desgaste se produce sobre todo en el carril exterior de las curvas. No hay una razón técnica que fije un máximo desgaste para ios carriles, pero si puede haber una normativa de la administración de la vía que se esté examinando. En general se admiten como normales desgastes verticales de 12 a 16 mm. En la ca¬ra activa se suelen admitir desgastes hasta de 8mm (medidas a 14 mm bajo el plano de rodadu¬ra). No obstante, como el desgaste de un rail puede ser irregular, este suele perder su calidad geométrica antes de llegar a los límites mencionados, lo cual puede aconsejar su reemplazo antes de que llegue a tales límites, porque una línea con transito moderado de trenes puede tener que superar el siglo para que sus carriles alcancen los desgastes mencionados. La persona que visite la vía prestará especial atención a estos detalles. Podrá medir el desgaste de ¡os carriles cada vez que juzgue que estos se encuentren próximos ai límite. Pero lo más importante es que sepa discernir si las irregularidades de la vía que pueda apreciar a simple vista se deben a un desgaste irregular de ios raíles o a defectos de nivelación / alineación. • Desgastes anormales. El peor, más perjudicial y más corriente de todos es el desgaste ondulatorio. Se produce por una entrada en resonancia de las ruedas de ios vehículos con períodos de vibración propios del conjunto de ¡a vía (Balasto + traviesas + fijaciones + carril). Las leyes por las que se rige este fenómeno no se conocen y por ello no puede evitarse. Únicamente puede corregirse cambiando carriles o amolándolos. Quien visite la vía tomará nota del porcentaje de tramos en los que pueda detectarse este fenómeno, teniendo en cuenta que, aunque sea muy incipiente en determinado lugar, si ha comenzado, se va a agravar. Otros desgastes anormales pueden producirse en las juntas embridadas que estén flojas, por el martilleo y consecuente aplastamiento de las puntas de carril. También por patinaje prolongado de una rueda con tracción que no avanza, aunque estos últimos casos son poco corrientes.

• Torceduras. Pueden ser consecuencia de un descarrilamiento posteriormente al cual no se revisaron los carriles correctamente. El que ausculte la vía los detectara a simple vísta. • Roturas. Las roturas de carril suelen tener origen en su fabricación misma. Pequeñas y hasta microscópicas impurezas de escoria, burbujas en la masa líquida de acero fundido, y otras anomalías que generan defectos de homogeneidad en el material del carril. También por un enfriamiento más rápido de lo conveniente o un tratamiento térmico no adecuado, se generan fuertes tensiones internas. Estas tensiones junto con las externas que sufre el carril en su vida útil hacen que se concentren esfuerzos en ¡a periferia de ¡as impurezas, y ello puede ser embrión de una fisura que cada vez se va agrandando más alrededor del punto en que se ha generado, hasta que el carril rompe. Esto puede comprobarse observando roturas donde, alrededor del punto donde se originaron, aparecen señales de círculos concéntricos, según ¡a fisura se fue extendiendo. Las roturas de carril suelen ofrecer dos diferentes superficies, una de grano grueso y más obscura y otra más clara y pulida, porque en ella las superficies rozaron entre sí con movimientos microscópicos. La más obscura es por donde el materia!, debilitado, rompió. Un rail sometido a un esfuerzo mayor que el que puede soportar se dobla o deforma, si se rompe, es por una razón como las señaladas. El lugar donde ios carriles son más vulnerables es en las puntas embridadas, a causa del continuo golpeteo que sufren. Por esta razón es donde se producen un 60 o 70 % del total de las roturas. Las roturas son, en general, tanto más frecuentes cuanto peor es la geometría de vía o cuanto peor consolidada esté. También influyen las características (ductilidad) del acero empleado y las condiciones térmicas del emplazamiento. Las roturas de carril se pueden dividir, grosso modo, en tres tipos; de junta embridada, longitudinal y transversal. Quien ausculte visualmente la vía, poco puede hacer respecto a roturas de carril en gestación. Su prevención solo puede hacerse mediante control ultrasónico o un método similar. Todo lo más, es posible que detecte una fisura que le permita prever una futura

rotura. Si encuentra una rotura, deberá valorar su peligrosidad y actuar en consecuencia. Lo que si deberá haber hecho, antes de la visita de la vía, es enterarse, revisando datos y archivos del explotador ferroviario, qué estadísticas, frecuencias, lugares, y cuantos datos pueda obtener respecto a las roturas de carril en la línea que inspecciona. • En las juntas embridadas. Las juntas embridadas son la parte más débil de la vía y, como ya se ha comentado en párrafo anterior, donde se producen la mayoría de las roturas de carril. La persona que recorra la vía debe prestarles mucha atención verificando los siguientes detalles: •Tornillos. No deben faltar. Deben ser ios adecuados a las bridas. No deben estar flojos. Sus tuercas no deben estar agarrotadas. La cabeza de los tornillos debe estar en la posición correcta tuercas no deber; estar rotas o faltar. Algunos ferrocarriles engrasan bridas y tornillos con objeto que ni la brida quede agarrotada contra el carril, ni las tuercas contra los tornillos, y siempre puedan ser reapretadas con facilidad. Esta es un práctica aconsejable, pues a condición que se vigile el apriete, aumenta la vida útil de carriles y bridas. Las bridas deben apretar el carril en cuña por sus caras inferior y superior. Si una brida ha estado floja mucho tiempo puede haberse gastado y no poder acuñarse más. Para solucionar este problema se fabrican suplementos especiales a intercalar ente brida y carril. Todos esos detalles son los que deben inspeccionarse, especialmente el estado de las puntas de raíles y la coincidencia del plano de rodadura. • Calas. En las vías con carriles embridados, estos pueden correrse por efecto de frenadas o arrancadas y fuertes pendientes, y las juntas perder cala en todo un tramo. Esto puede ser peligroso pues ante un aumento de temperatura, ia vía puede pandearse. Si en un tramo se produce habitualmente este fenómeno habrá que evitarlo colocando anclas al carril (si las fijaciones son rígidas).

Es por lo tanto importante vigilar las calas en las vías con juntas. • Soldaduras. El verdadero control de una soldadura se efectúa inmediatamente de ser está ejecutada, o en .todo caso en el momento de recepcionarse un tramo de vía renovado. Este control requiere ser hecho por un operario muy experimentado en el tema, por lo tanto no se puede incluir en una auscultación general. Quien realice ¡a inspección se limitará por lo tanto a observarlas intentando descubrir en ellas alguna fisura, preludio de una futura rotura. Hará bien en llevar consigo un espejito que le permita verlas por debajo. La persona que vaya a realizar una inspección visual de un trayecto portará consigo un perfil longitudinal y plantas del tramo, que previamente habrá conseguido en ¡a administración del ferrocarril en cuestión. Esto le ayudara mucho a situarse y le dará muchas informaciones útiles para componer una visión general de sus conclusiones. 2} Auscultación geométrica. Como su nombre lo indica, la auscultación geométrica de la vía tiene por objeto conocer ios parámetros geométricos de la misma, tales como ancho, nivelación, radios, alabeos, alineación, y a veces hasta peraltes. Puede efectuarse con un vagón auscultador enganchado a un tren cualquiera, puede hacerse con una dresina adecuada a tal fundón y también pueden utilizarse según que bateadoras para realizar estos trabajos. Hasta hace pocos, años los vehículos destinados a estos trabajos captaban las medidas de la vía a base de paipadores que, en contacto con ambos carriles, transmitían los datos captados a una banda de papel que se desplazaba en forma proporcional al desplazamiento del vehículo por la vía. En esa banda hay que puntuarlos pasos por los puntos kilométricos para luego, cuando se examinen los datos recogidos, saber a qué lugar de la vía corresponde.

En la actualidad los paipadores han sido remplazados por rayos láser y sus transmisiones Mecánicas a las plumas trazadoras sobre el papel han sido remplazadas por sistemas electrónicos que plasman sus mediciones en soportes también electrónicos. Existen incluso programas informáticos que calculan, según los datos recogidos, un factor de calidad de vía, útil para comparar, para determinar velocidades de circulación seguras, y evaluar necesidades de mantenimiento correctivo o renovaciones (valor generalmente designado por la letra Q). Habrá que tener muy en cuenta el peso del vehículo auscultador a causa del fenómeno de las traviesas que no asientan correctamente sobre el balasto, ta! como se ha explicado en e| párrafo anterior. Auscultar la vía con un vehículo de poco peso puede dar medidas falsas, sobre todo en nivelación, mientras que si se hace con un vehículo con un peso suficiente como para hundir la vía hasta un apoyo total sobre el balasto, proporcionará datos más reales. 3} Auscultación por aceleraciones. Esta modalidad consiste en medir y registrar las aceleraciones que sufre un vehículo circulando por la vía, ai mismo tiempo que se registra su velocidad de paso. Mediante múltiples acelerómetros situados principalmente en las cajas de grasa de ios ejes, pero también en otros puntos estratégicos de la estructura de! vehículo, se registran las aceleraciones verticales y transversales que este sufre causadas por ¡as imperfecciones de la vía. Conociéndose su valor, su amplitud y la velocidad del tren cuando se produjeron estas aceleraciones se puede incluso determinar la forma geométrica de la imperfección que las han producido. Estas aceleraciones pueden registrarse utilizando un vagón especial adaptado a ello y enganchado a un tren veloz o también dotando de acelerómetros un tren que realice viajes comerciales por la línea a auscultar, ya que estas instalaciones de medición no son particularmente voluminosas en cuanto a requerimiento de espacio a propósito.

Esta es ¡a forma preferida de auscultación periódica que se suele utilizar para conocer en forma casi permanente el estado de las líneas de Alta Velocidad y así poder, con prontitud, acudir a mejorar cualquier tramo con defectos detectados. 4) Auscultación por ultrasonidos. Este tipo de auscultación permite detectar fisuras internas de los carriles, generalmente producidas por fatiga del material, que no son visibles a simple vista.Se trata de instalar en un vehículo ligero, tipo dresina, un palpador emisor y receptor de ultrasonidos. La onda emitida choca en las fisuras y se reflejan en el captador de forma diferente que cuando el carrii está sano. Se pueden visualizar en una pantalla de rayos catódicos y según sea su señal saber si la fisura detectada es horizontal, transversa! al carril o inclinada. Por supuesto también pueden memorizarse en soporte electrónico, siendo necesario, como en todos los otros casos de auscultación de vía, de grabar también una referencia a! punto kilométrico por el que se pasa para poder luego ubicar el defecto registrado. Este tipo de auscultación suele reservarse para casos puntuales, como por ejemplo cuando en una determinada vía se han producido numerosas roturas de carril. Finalmente se desea hacer hincapié en que una fuente de información muy importante se encuentra, si se está tratando de una renovación, en los archivos de la empresa ferroviaria. Allí se encontrarán: • Perfiles longitudinales de ia línea, con gran número de datos de planta y alzado, nombres de lugares, caminos de acceso, obras de fábrica, etc. • A veces existen unas llamadas "Hojas 2 Km". Donde se encontrarán los mismos datos, pero más detallados y con referencias topográficas.

• Píanos parcelarios, donde queda constancia de los límites de las propiedades de la empresa ferroviaria y algún dato de las colindantes. • Plantas de estación donde se encuentran datos de aparatos de vía, obras de fábrica, etc. de cada estación.

2.

ELECTRIFICACIÓN

INTRODUCCIÓN En este segundo capítulo trataremos un tema que también es de gran importancia en las líneas de ferrocarril actuales: la electrificación de las vías. Ya a principios del siglo XX, las compañías de ferrocarril se dieron cuenta de ¡as grandes ventajas que podría tener la electrificación de las redes ferroviarias, especialmente en. Las líneas urbanas donde la ausencia de emanaciones facilitaba en gran medida la circulación por túneles. Posteriormente la electrificación fue abriéndose paso, primero en líneas espe-

cialmente complicadas, después en las líneas principales con gran frecuencia de circulación, hasta ¡legar a la situación actual en la que, por lo menos en Europa, con su alta densidad de población es difícil encontrar otro tipo de tracción si no es en líneas muy secundarias o para trenes de mercancías. Caso diferente es el de otros países como EEUU o Australia, en los que las especiales características geográficas y de explotación impiden su implantación. Este capítulo pretende transmitir unos conceptos resumidos sobre el tema de la electrificación ferroviaria ya que dada la extensión de esta tecnología,, las ideas que se pueden exponer son inevitablemente generales. En primer lugar se da una visión general de la electrificación, los tipos de corriente empleados, la generación-transformación de ¡a corriente, la potencia de las subestaciones y los elementos de control de potencia. En segundo lugar se profundiza bastante más en lo concerniente a la mecánica de las catenarias convencionales, a los componentes de esta, se explican los seccionamientos o las agujas aéreas y se dan unas útiles recomendaciones sobre el montaje de la catenaria. Finalmente se explican los fundamentos de la catenaria rígida y los elementos que la componen.

VENTAJAS DE LA ELECTRIFICACIÓN La electrificación de una línea férrea tiene importantes ventajas frente a los otros sistemas de tracción posibles. Estas son más o menos las siguientes: Descartada ia tracción a vapor, que puede funcionar con cualquier combustible, la otra forma de tracción distinta a la eléctrica es la basada en el motor Diesel. Esta funciona casi exclusivamente, dejando aparte los biocombustibles cuya importancia podemos considerar embrionaria, con derivados del petróleo. Basta con leer periódicos para estar a! tanto de la cantidad de problemas, entre los que destaca el derivado de la contaminación, que el uso de este combustible esta provocando en nuestros días. La tracción eléctrica, puede, en cambio alimentarse con cualquier fuente de energía, ya sea esta proveniente del mismo petróleo, o del gas, carbón, eóiica, fotovoltaica, hidráulica, geotérmica, atómica, o con una mezcla de todas ellas. La tracción eléctrica permite mayor potencia específica en los vehículos, es decir mayor potencia con motores más pequeños y ligeros. Esto ha hecho posible los trenes de alta velocidad. Es perfectamente limpia en lo que se refiere a ¡a tracción del tren ya que no produce ninguna dase de emanaciones. Facilita tanto ¡a circulación por túneles urbanos como en ei caso de los ferrocarriles metropolitanos o por largos túneles como por ejemplo bajo e! Canal de la Mancha.

El mantenimiento que requieren los equipos de tracción es significativamente menor que ei necesario para mantener otros sistemas de tracción, por lo que su disponibilidad es mayor y por lo tanto para un mismo trabajo son más eficientes. El rendimiento, es decir la relación entre energía consumida y energía entregada es más favorable que en otros sistemas de tracción, sobre todo si se utilizan sistemas de recuperación de energía en frenado y bajadas.

INCONVENIENTES DE LA ELECTRIFICACIÓN Todos ellos se basan en el hecho de que la tracción eléctrica necesita unas instalaciones que una vez construidas, después se han de mantener. Consecuentemente la utilización de la tracción eléctrica adquiere justificación cuando por una vía circula un número importante de trenes, que justifique la rentabilidad de las instalaciones. No sería posible justificarlo, por ejemplo, para una vía por la que pasen solamente uno o dos trenes al día en cada sentido. EVOLUCIÓN DE LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS Se considera como primer ferrocarril eléctrico el que montó empresa Siemens &Ha!ske en la Exposición industrial de Berlín 1879 (Figura 2-1 ). Hacía un pequeño recorrido de 300 m y alimentaba mediante un tercer carril conductor situado en el eje la vía.

la de se de

Anteriormente hubo algunos ensayos para mover vehículos ferroviarios mediante la electricidad en ios Estados Unidos, pero sin éxito. Se intentaba hacerlo mediante baterías y ni estas ni los motores estaban todavía suficientemente perfeccionados. El primer ferrocarril eléctrico abierto ai público fué un tranvía de Berlín. Partía de la estación de Litcherfeide Oeste hasta alcanzar la Escuela Militar. Comenzó a funcionar en 1881. Se alimentaba mediante línea aérea de contacto. Es curioso que el que creemos segundo ferrocarril eléctrico aun esté en funcionamiento. Se trata de! "Volk's Electric Railway" Fue inaugurado en 1883 y recorre la playa de Brighton en el Reino Unido. Tiene un ancho de vía de 825 mm y funciona a 110 V. c.c. que llegan al tren medíante un tercer carril situado entre los de rodadura y descentrado. Su recorrido es ligeramente superior a los dos kilómetros (Fotografía 2-2).

El primer ferrocarril a electrificado en España fue un tranvía en Bilbao, en 1896. Antes de esta fecha ya se habían estado haciendo pruebas de tracción eléctrica en la región. El primer ferrocarril convencional electrificado en España recorría un tramo de la línea de Linares a Almería, tramo que tenía severas pendiente entre las estaciones de Gérgal y Santa Fe. Este tramo se electrificó en corriente trifásica y por lo tanto debía contar con dos hilos de contacto independientes. Esta electrificación estuvo en servicio entre 1911 y 1963 a una tensión de 6000 V. La segunda electrificación fue la del puerto de Pajares, en 1925, con tecnologías ya como . las actuales, a 3000 V. c.c. Curiosamente después, la compañía del Norte rebajó ia tensión de sus siguientes electrificaciones a 1.500 V. c.c. Al principio de las electrificaciones se suscitaron numerosas controversias acerca de las tecnologías que podrían aplicarse y de ios

motores más eficientes para ia tracción. Así surgieron diferencias importantes en cuanto a tensiones, corrientes continuas o alternas, frecuencias, e incluso número de fases. Tanto es así que ios ferrocarriles del Norte de Italia tuvieron que electrificarse con doble catenaria pues funcionaban con corriente trifásica, y esta situación persistió Hasta la década de 1960. Hoy en día siguen vigentes varios tipos de electrificación a causa de la pugna origina! entre distintas tecnologías. Eliminando casos aislados, la lista puede ser ia siguiente: En corriente continua: 600 V. Redes tranviarias y ferrocarriles del Sur de Inglaterra, también algunos metros. 750 V. Redes tranviarias más modernas. 800 V. Algunos ferrocarriles en zonas suburbanas, y alimentados con tercer carril., 1500 V. Redes del Sur de Francia ente otras. En España FEVE y otros ferrocarriles de ancho métrico, así como los ferrocarriles metropolitanos. 3000 V. Numerosas Redes Nacionales, como por ejemplo las de Polonia, Rusia, España, Italia, etc. En corriente alterna: En Centro Europa, Alemania, Suiza, Austria Suecia y Noruega, y otros países del entorno se ha generalizado la electrificación en alterna a 15000 V. pero con una frecuencia especial de 16 2/3 Hertzios. En los Estados Unidos, se utilizó una frecuencia de 25 Hz. con una tensión de 11000 V.

La tensión que se está generalizando hoy en día es la de 25000 V. a una frecuencia de 50 ó 60 Hertzios según sea la utilizada en la red eléctrica del país En todas las electrificaciones nuevas se utiliza esta tensión, a excepción de los casos en que se trate de ampliaciones de electrificaciones ya existentes de otros sistemas.

Existen líneas electrificadas a 50.000 V en c.a. pero son casos aislados. Generalmente se trata de líneas para transporte de minerales que no tienen penetración urbana. Las subestaciones en corriente alterna tienen ciertos condicionantes debido a que reciben corriente trifásica y han de "entregar"

monofásica. Esto puede solucionarse de diferentes maneras. La más simple consiste en tomar solo dos fases de la alimentación trifásica, pero esta solución no es siempre aceptada por las compañías eléctricas pues produce importantes desequilibrios entre fases en ¡as líneas afectadas. En algunos casos se acepta si varias subestaciones a lo largo de una línea férrea pueden ser alimentadas por la misma línea de alta tensión, en cuyo caso se alternan ias fases con ¡as que se alimentan distintas subestaciones y así el desequilibrio no es tan importante. Otra solución consiste arrollamientos especiales

en emplear transformadores con que reciben corrientes trifásicas y

"entregan" monofásicas. El más conocido transformador con arrollamiento Scott.

de

estos

es

el

Los.ferrocarriles franceses alimentan sus líneas de alta velocidad con subestaciones que entregan 50000 V. que luego son divididos mediante auto transformadores situados en el trayecto en +25000 V. y - 25000 V. alimentando distintos tramos de la línea. Este sistema permite distanciar más las subestaciones. Es de hacer notar que la electrificación en corriente alterna a 25000 V, puesta a punto per el genial ingeniero francés Louis Armand al acabarse la II Guerra Mundial, ha abaratado en porcentajes muy significativos el costo de las electrificaciones, pues: • Ha permitido distanciar entre sí las subestaciones mucho más que con los sistemas anteriores, lo que equivale a disminuir su número, en muchos casos, a menos de la mitad de las subestaciones necesarias para una electrificación en continua. • Las subestaciones a instalar resultan más simples que las de cc. pues no necesitan rectificar ni aplanar la corriente. « Las catenarias a instalar pueden ser de menor sección conductora, ¡o que permite importantes ahorros en materiales, especialmente cobre. • En contrapartida, en las electrificaciones con alterna, por el momento, no parece estar del todo resuelto obtener el ahorro de energía que puede conseguirse en las de continua mediante su recuperación en el frenado y descenso de pendientes.

MOTORES

El motor que, hasta la aparición de la electrónica de potencia, se mostró más apto para la tracción ferroviaria es el motor llamado comúnmente "universal" compuesto por un estator formado por dos o más electroimanes y un rotor de varios electroimanes o polos, alimentado mediante un colector de tantas delgas como polos el rotor, ambos, rotor y estator conectados en serie. En las Fotografía 2-4 puede verse un rotor desmontado. En la Fotografía 2-5 un estator sin el rotor, y en la Fotografía 2-6 un motor completo.Este motor tiene la particularidad de adaptar, a potencia constante, su velocidad de giro, al par que ha de vencer y por ello sus arranques son muy suaves y resulta muy apto para su

uso en tracción. La regulación de estos motores se hacía hasta hace poco alimentándolos de dos en dos, en serie o paralelo e intercalando resistencias para lograr puntos intermedios de marcha.

El único inconveniente de estos motores era la necesaria revisión y mantenimiento de su parte más delicada: el colector. El último perfeccionamiento aplicado a estos motores ha sido el "troceador"que consiste en un dispositivo electrónico de potencia que corta y vuelve a suministrar potencia a estos motores, en forma

de una onda cuadrada con períodos de fracción de segundo. El troceador permite alterar los porcentajes de tiempo en que se suministra potencia al motor, respecto a los cuales se ¡es mantiene sin suministro. De esta manera se logra una regulación gradual de su marcha, sin escalones como cuando se intercalaban resistencias, y sin las pérdidas que estas originaban transformando parte del trabajo entregado al tren en calor.

La electrónica de potencia ha permitido la concepción de nuevos tipos de motores, primero el sincrónico, superado poco después por el asincrónico. Tienen ía ventaja de no tener colector y dar mayor potencia en relación a su tamaño y peso que ios motores tradicionales. Además la carencia de colector ha permitido disminuir notablemente los trabajos de mantenimiento que requieren los motores que lo poseen.

SUMINISTRO' ELÉCTRICO A LOS CONVOYES Llevar la energía eléctrica a los convoyes en movimiento requiere de una tecnología muy propia del ferrocarril. Dado que la alimentación eléctrica es monofásica, necesita de dos conductores, ida y vuelta, uno de ellos siempre esta materializado por los carriles de la vía. El otro suele materializarse de dos maneras: mediante un tercer carril o mediante un hilo sobre la vía. Tercer carril Este sistema es apto para electrificar ferrocarriles con tensiones inferiores a 1000 V ya que una tensión mayor resultaría peligrosa a causa de la proximidad de partes de los convoyes con las que podría cebarse un arco. De todas maneras las tensiones inferiores a 1000 V. son ya de por sí bastante peligrosas, por ello esta forma de electrificación suele ser de aplicación en metros o electrificaciones

suburbanas de difícil acceso a la vía electrificada, aunque en algunos casos se ha utilizado también en largos recorridos, como es el caso de la compañía "Southern"que explotaba las líneas del Sur de Inglaterra, sistema que sigue en explotación. Se materializa en un carril colocado a un lado altura superior a la del piano de rodadura. Este aisladores cada 2,5 m más o menos (cada 3 o aisladores pueden estar sujetos a una traviesa soporte atornillado a una traviesa normal.

de la vía y a una carril reposa sobre 4 traviesas). Estos más larga o a un

El tercer carril puede estar constituido por un carril normal, por un perfil especial de acero, o, más modernamente, por un perfil de aluminio recubierto por una lámina de acero inoxidable en la parte que ha de rozar contra los captores del convoy. El rozamiento de los captores puede hacerse en la parte superior del tercer carril, o por debajo del mismo. Se prefiere rozar por debajo si se trata de una instalación al aire libre, en un clima en el que en invierno puede formarse una capa de hielo en la parte superior del tercer carril. Los terceros carriles deben interrumpirse en pasos a nivel y en desvíos, por lo que deben comenzar y terminar con rampas que faciliten la entrada y salida de los captores de los trenes. Asimismo y por idéntica razón los convoyes deben de poseer captores repartidos a intervalos a lo largo de todo el tren e interconectados en toda su longitud, para que siempre por lo menos uno de ellos este en contacto con un tramo de! carril electrificado. Los terceros carriles suelen estar protegidos de contactos accidentales; los más antiguos con tablas de madera y los más modernos mediante perfiles de material plástico aislante adaptados al perfil de aluminio, por supuesto allí por donde no pasan los palpadores o captores.

CAPÍTULO 2: ELECTRIFICACION La electrificación mediante tercer carril resulta particularmente peligrosa en talleres, pues en ellos no pueden instalarse terceros carriles electrificados debido al ir y venir de los operarios. Los trenes, por lo tanto, han de remolcarse, o moverse alimentados mediante cables aislados sueltos, y conectados mediante una pinza a los pedales captadores, lo cual suele ser bastante peligroso. Línea aérea de contacto Uno de los polos de la corriente de tracción llega al convoy a través de un cable situado a una altura algo superior a la de los techos de los vehículos, en el eje de la vía. En el techo de los vehículos se sitúa un dispositivo que hace contacto con tai cable. Generalmente se trata de un "pantógrafo", aparato muy conocido que tiene por misión tomar contacto con el hilo de contacto de la llamada "catenaria" rozándolo por debajo y compensando las diferencias de altura y alineación que éste pueda tener. Puesto que dicho hilo de contacto no puede tener partes sobresalientes en la superficie por donde ha de ser rozado, es por lo que se fabrica con dos ranuras o estrías laterales para poder ser sujetado dejando libre su parte inferior. Pero un hilo de cobre tendido así sobre la vía es apto solo para alimentar un convoy que no sobrepase una velocidad de 80 Km/'h. Ello es así porque todo hilo tensado entre dos sujeciones tiende, a causa de su peso propio, a adoptar una curva hacia abajo. Esta curva adopta una forma llamada catenaria, la que adopta una cuerda o cadena sujeta por sus dos puntas. La sucesión de estas curvas entre apoyos o postes y ¡as inflexiones que se forman entre una y la sucesiva hacen que un simple hilo solo

sea apto para ser recorrido por un palpador a velocidades inferiores a ia anteriormente citada, por tranvías, por ejemplo. La horizontalidad o nivelación dei hilo de contacto mejora cuanto más próximos estén los puntos en que se sujeta y mayor sea la fuerza de tracción a la que se le somete. Para lograr esto sin aumentar el número de postes se tiende un cable que no importa que no esté horizontal, y de este se sujeta a cortos intervalos el hilo de contacto. Se logra así una figura similar a ¡a de un puente colgante en el que ios cables de los que cuelga ei tablero siguen una curva catenaria mientras que el hilo de contacto tiene una forma similar a la del tablero dei puente. El conjunto de cables e hilos que forma tal sistema de contacto se denomina catenaria.

TÈCNICA FERROVIARIA GENERACIÓN - TRANSFORMACIÓN Generación La energía eléctrica que alimenta las electrificaciones ferroviarias proviene generalmente, hoy en día, de la red eléctrica del país. En otras épocas se construyeron centrales generadoras expresamente para tracción, cuando las redes nacionales no estaban todavía suficientemente desarrolladas, y sobre todo cuando la corriente eléctrica que se necesitaba para tracción debía tener frecuencias especiales, 25 o 16 2/3 Hertzios. Algunas de estas centrales siguen funcionando, pero por lo general se recurre actualmente a ¡as redes de distribución o transporte del país o incluso a interconexiones internacionales. De estas líneas se alimentan las subestaciones de tracción, casi siempre con corriente trifásica de ente 25000 y 100000 V. a la misma frecuencia de la red nacional.

Subestaciones Algunas administraciones ferroviarias prefieren llamarlas subcentrales, para distinguirlas de otras subestaciones que no estén destinadas a suministrar energía para tracción. Estas instalaciones son pues las destinadas a transformar la corriente que reciben, en otra apta para la tracción, ya sea rebajando su voltaje, rectificándola, pasándola de trifásica a monofásica o variando su frecuencia. Las subestaciones se dividen por ¡o general en tres unidades: el parque de alta, el edificio de la subestación propiamente dicha y el parque de tracción. El parque de alta consiste generalmente en una superficie de terreno acondicionada y con cerramiento perimetra! en ¡a que se establece una red de cables en altura que se conectan con los cables que traen la energía de las líneas exteriores a las instalaciones de la subestación. Se reciben generalmente dos líneas trifásicas de tensiones que pueden oscilar, como ya se ha dicho, entre 25000 y 100000 Voltios. Este parque exterior está dispuesto para albergar las siguientes instalaciones y equipos: En primer lugar, cada cable que liega a la subestación estará protegido por una auto- válvula o pararrayos. Se trata de aparatos con entrada y salida de cables que mantienen aislados entre sí a las tensiones para las que están fabricados. Si tal tensión aumenta más allá de un límite, el aparato se vuelve conductor, caso de un rayo por ejemplo, de ahí su nombre. Al volverse conductor conecta la línea a la que protege con tierra y descarga a tierra cualquier rayo que haya caído en cualquier parte de la línea aérea que trae la energía

CAPITULO 2: ELECTRIFICACION

a la subestación, de esta manera evita que tales descargas puedan estropear o simplemente destruir Los demás aparatos A continuación se encuentran una serie de seccionadores que permiten aislar cada una de las líneas de alta que ¡legan del exterior y permiten también componer diferentes caminos para que pueda elegirse de cual de las líneas que acceden, se toma ia energía que se necesita. Un número de disyuntores igual a! de los cables que llegan permitirá cortar Sa corriente de alta tensión del suministro ante cualquier eventualidad o para permitir efectuar maniobras con los seccionadores, sin carga. Si en la subestación hay más de un transformador, otra combinación de seccionadores permitirá alimentar cada uno de ellos con cada línea de las que acceden, permitiendo todas las combinaciones posibles. Por supuesto que. si la subestación es alimentada por cables subterráneos, carecerá del parque de alta. Sus instalaciones estarán entonces en el edificio principal, excepto ios pararrayos, que en este caso no serán necesarios. El edificio de la subestación propiamente dicha contiene ios siguientes equipos: -Los transformadores, destinados a rebajar el voltaje de la corriente eléctrica con que se alimenta la subestación y adaptar ésta a las necesidades de tracción. Son los aparatos más voluminosos y pesados y deben preverse para ellos facilidades para situarlos o retirarlos de los lugares en los que han de ¡r colocados (como por ejemplo raíles por el suelo). --------Rectificadores, si la alimentación de ia catenaria ha de ser en corriente continua. --------Bobinas de aplanado. Estas bobinas tienen por objeto "aplanar" la corriente continua generada, es decir, dar una tensión con la mayor uniformidad posible, aplanando sus picos de voltaje. Suele haber también un transformador más pequeño¡para servicios auxiliares, es decir para obtener de él corriente eléctrica para usos generales.

Las demás instalaciones de la subestación tienen todas finalidades de mando, control y seguridad, por ejemplo: -Medidores de corriente recibida por la subestación. Medición de la corriente consumida por ia tracción. -Interruptores o disyuntores llamados usualmente "extrarrápidos" si son para corriente continua, para interrumpir el suministro a las catenarias ante cualquier eventualidad. -Medición de intensidad, medición de tensión, medición de consumo. -Equipos que analizan la situación de las catenarias antes de volver a ponerlas en tensión. -Equipos de telemando, que permiten estar informado y manejar la subestación a distancia. -Equipos de telecomunicaciones que permiten estar en contacto con personal de mantenimiento, cuando este se encuentre en la subestación, etc. A veces a los grandes transformadores se prefiere situarlos en ei exterior, en ei parque de alta. Por supuesto que si la subestación es para una electrificación en corriente alterna no necesitará rectificadores ni bobina de apianado. Separado del edificio de la subestación, generalmente, es donde se coloca el Parque Exterior de Tracción (Fotografía 2-7).

Coincide con el Parque de Alta en que también es una superficie de terreno acondicionada y cercada, aunque más reducida que en el caso anterior. Dispone de un pórtico al cual llegan los cables (suelen ser llamados feeders positivos) que provienen del edificio y llegan desde los interruptores extrarrápidos. El primer aparato con el que se encuentran es un pararrayos o autoválvula para cada uno. Estos aparatos tienen el mismo propósito que los situados en el Parque de Alta, que no es otro que impedir que cualquier descarga atmosférica o rayo se introduzca en el edificio destruyendo equipos e instalaciones, solo que en este caso se trataría de un rayo que cayese en la catenaria, en vez de en las líneas de alta que alimentan la subestación. En el pórtico antes mencionado una serie de seccionadores combinados con unas barras de cobre transversales llamadas "barras ómnibus" permiten conectar cualquiera de Los cables que desde la subestación alimentan el pórtico con cualquiera de los que salen de dicho pórtico a alimentar las diferentes catenarias. Finalmente, a este Parque de Tracción entran los cables que traen el otro polo de la

corriente de tracción, los llamados "feeders negativos". Estos provienen de ios carriles y pasan directamente a los transformadores, si se trata de una electrificación en corriente alterna, o a los rectificadores si se trata de corriente continua. Los carriles de la vía, es decir los que hacen de feeders negativos no llevan intercalado ningún aparato ni interruptor ni seccionador entreellos y cualquier aparato y están conectados a un pozo de tierra que será ei que garantice que los carriles de la línea electrificada no tendrán nunca una importante diferencia de potencial respecto a tierra. POTENCIA DE LAS SUBESTACIONES

La potencia que habrá que suministrar a las subestaciones dependerá de una serie de parámetros, de los cuales los más importantes son los siguientes: • Perfil de ¡a línea a electrificar. • Potencia de los convoyes o locomotoras. • Número de trenes que han de circular simultáneamente. • Trenes con o sin recuperación. • Relación con otras subestaciones colaterales y distancia a las mismas. • Sección conductora de la catenaria. Este cálculo es complicado, sobre todo porque si se trata de una línea a electrificar, generalmente no se conocen ¡as previsiones detalladas de tránsito futuro. Es habitual y comprensible también que nadie quiera comprometerse fijándolas. Las grandes empresas, generalmente ferrocarriles o multinacionales fabricantes de material ferroviario eléctrico, han desarrollado programas informáticos que permiten valoraciones a partir de fijar valores a los parámetros antes reseñados. La forma más segura de establecer una aproximación fuera de los citados programas informáticos es la comparación con consumos y potencias instaladas de las líneas existentes más similares a la que se proyecta, aplicando después porcentajes de corrección en función de (as diferencias que puedan existir entre lo existente y lo proyectado. O entre la potencia instalada y la realmente consumida. UBICACIÓN DE LAS SUBESTACIONES Fijar ¡a situación de las subestaciones es aún más complejo que fijar su número y potencia pues dependerá, no solo de los parámetros indicados anteriormente sino de otros como pueden ser la conductividad de las catenarias, la disponibilidad de terreno, etc.

En este aspecto no habrá que olvidar otro condicionante muy importante: como se sabe donde hay líneas de transporte o distribución que puedan suministrar ¡a potencia a la subestación y,

una vez ubicadas, saber no solo sí tienen disponibilidad de potencia, sino también como transportarla. En la mayoría de los casos se deberá construir una nueva línea eléctrica que transporte la energía desde donde está disponible hasta donde se vaya a construir la subestación. Por supuesto que esta necesidad también condicionará, en mayor o menor grado, el lugar que se elija para ubicar la subestación. En todos estos condicionantes no solo intervendrá el técnico que este encargado del proyecto puramente ferroviario de la electrificación, sino que además deberán intervenir ios técnicos de las compañías eléctricas que estén en condiciones de suministrar la energía necesaria.

SECCIONADORES Y DISYUNTORES Seccionadores Los seccionadores son aparatos que sirven para impedir el paso de una corriente eléctrica separando entre si dos piezas metálicas, generalmente de cobre. De ahí que se les llame a veces interruptores de lámina de aire, pues es ei aire el que separa las dos piezas y el que impide ei paso de la corriente por su carácter dieléctrico o aislante. En la Figura 2-8 puede verse un seccionador en sus dos posibles posiciones, cerrado, y por lo tanto permitiendo el paso de la corriente, y abierto, en la figura de abajo, y por lo tanto impidiendo ei paso. En la Figura 2-9 se puede ver un seccionador de los llamados "con puesta a tierra" pues en cuanto impide ei paso de la corriente, conecta la parte que aísla con tierra, para mayor seguridad. En este caso el cable A es e! que trae la corriente, mientras que el cable B ha de ser e! que la recibe, o mejor dicho, el que lleva la corriente a la zona que se desea aislar. El cable C será ei que conecte ei B con tierra. Los seccionadores, sin embargo no están concebidos para interrumpir el paso de una corriente. Es decir, si en el momento en que son abiertos está pasando por ellos una corriente, en cuanto sus dos partes metálicas comienzan a separarse se puede formar (o "cebar") entre ellas un arco voltaico. El efecto de este arco será el

de calentar, hasta fundir, los puntos metálicos ente los que se ha cebado. Así, si un seccionador se usa para interrumpir una corriente, acabará degradado al cabo de unas cuantas utilizaciones. Los seccionadores son, por lo tanto, útiles para aislar instalaciones o tramos y para hacer y

deshacer diferentes combinaciones de conductores eléctricos, pero siempre que por ellos no esté circulando corriente alguna. Para mayor claridad se ilustrará esto en las Figuras 2-10 y 2-10 bis.

En esta figura se representa una locomotora situada en un tramo de catenaria que puede ser aislada por un seccionador. Puesto que la locomotora tiene el pantógrafo levantado, ello indica que esta consumiendo corriente que retorna por los carriles pasando por el seccionador. Aunque la locomotora no se mueva, puede consumir corriente para sus equipos auxiliares y por lo tanto no se debe abrir el seccionador.

En la Figura 210 bis puede verse que la locomotora tiene bajado ei pantógrafo. Por ¡o tanto no hay circulación de corriente y el seccionador puede abrirse, aunque sus partes estén en tensión. Existen, sin embargo unos tipos de seccionadores llamados "de apertura en carga" que en teoría pueden abrirse interrumpiendo una corriente. Llevan, además de las partes que ponen en contacto sus dos extremos, unas varillas de cobre, una por cada extremo, que se rozan entre sí. Estas varillas se separan, cuando se abre el seccionador, un poco después de que se hayan separado los contactos (o "cuchillas) del mismo, y por lo tanto, si ha de formarse un arco voltaico, éste se formará entre las mencionadas varillas. Por supuesto tales varillas se degradarán, pero son mucho más fáciles y baratas de remplazar que las cuchillas (Figura 211).

Por supuesto que no es conveniente utilizar estos seccionadores sistemáticamente, como interruptores. Su posible apertura en carga está prevista para casos de urgencia o para prevenir una avería de! aparato en caso de ser abierto por error. Ha de tenerse en cuenta que todos estos razonamientos precedentes se han hecho para aparatos de alta tensión. Los aparatos de baja tensión no suelen generar arcos voltaicos de poder destructivo. También ha de tenerse en cuenta que los arcos voltaicos generados por corriente continua son más difíciles de extinguir. Disyuntores (o interruptores) Los disyuntores son aparatos capaces, contrariamente a ios seccionadores, de interrumpir una corriente que esté circulando. Los más-' primitivos, llamados "de gran volumen de aceite" consistían generalmente en un seccionador sumergido en un recipiente lleno de aceite mineral puesto que ei aceite tiene unas características dieléctricas o aislantes mucho mayores que et aire; en esas condiciones, cuando ei dispositivo separaba las dos partes en contacto, no se producía arco eléctrico, o si se producía quedaba de inmediato extinguido por el aceite. Estos aparatos evolucionaron rápidamente a los llamados "de reducido volumen c aceite"en los que el aceite se limita a rodear ios contactos metálicos que se separan. Adem; suelen ser unipolares y

están mucho mejor diseñados en cuanto a sus partes mecánicas en especial, en el diseño de los mecanismos de accionamiento. El tercer tipo es el de los disyuntores de aire comprimido; en ellos una de las partes qui entra en contacto es un cilindro metálico macizo ("macho") que penetra en un tubo hueo para hacer contacto ("hembra"). El tubo hueco tiene en su parte interior aire comprimidc Cuando se abre e! disyuntor, y el macho sale del hueco del otro contacto, a la más mínim separación entre las partes, escapa una violenta corriente de aire comprimido que barr cualquier arco y desplaza las moléculas de aire ionizado. Existe una cuarta generación de disyuntores derivada de los de aire comprimido, per en vez de aire atmosférico utilizan un gas, más apto para ¡a función a la que está destinado. A estos se los conoce generalmente con ei nombre del gas que utilizan, en general "Exafiuoruro".

LINEAS AÉREAS DE CONTACTO En este capítulo se analizaran las lineas aéreas que se montan sobre ¡as vías y que tienen como propósito alimentar eléctricamente un vehículo ferroviario. Este análisis será más mecánico que eléctrico, pues las características eléctricas de una catenaria, se reducen a considerar su conductibilidad eléctrica y su grado de aislamiento, mientras que las mecánicas son de mayor complejidad y abarcan más variantes, como se verá a continuación. El capítulo se ha desarrollado en la hipótesis de que el lector tuviese que proyectar una catenaria nueva, es decir sin basarse en como son las francesas, españolas o portuguesas, etc. Se ha elegido esta forma de desarrollar el tema porque se considera más didáctica que limitarse a explicar como debe ser la catenaria de ADIF, por ejemplo, porque de esta manera se puede analizar o exponer mejor el porqué de las cosas. Por otra parte existen excelentes libros o manuales sobre cómo deben fabricarse y montarse las catenarias ya homologadas o unificadas y por lo tanto ese es un tema ya cubierto por tales publicaciones, generalmente editadas por los mismos Ferrocarriles y no puestas a disposición dei público.

La catenaria El propósito de quien proyecta es situar sobre una vía férrea un hilo eléctrico desnudo que pueda ser recorrido por debajo por un frotador situado en el techo de un vehículo

ferroviario, todo esto a! menor coste posible, pero cumpliendo unas condiciones que fundamentalmente son las siguientes: 1, Sección conductora suficiente. 2) Aislamiento suficiente. 3) Que no se produzcan despegues entre el frotador y el hilo a la velocidad máxima de circulación del vehículo ferroviario. Para cumplir estas condiciones, a primera vista, parecería suficiente con tender un hilo de cobre sobre la vía, con ía condición de que los elementos que lo sujetan no sobresalgan hacia abajo y puedan chocar con el aparato de captación que se desplaza con el tren. Esto es así en la realidad cuando las velocidades son limitadas (hasta aproximadamente unos 70 / 80 Km/h). Si tendemos un,simple hilo horizontalmente entre dos puntos, su peso propio le hace adoptar una figura geométrica en el plano vertical llamada "catenaria" (de cadena), Figura 2-12 y cuya ecuación es:

Esta ecuación no es exactamente ia de la catenaria sino que es la de la parábola. Se diferencian entre sí en que la ecuación de ía catenaria considera la carga uniformemente repartida en ia longitud del arco funicular, mientras que la ecuación de la parábola considera la carga uniformemente repartida según la proyección horizontal de la curva funicular. Se utiliza normalmente ¡a ecuación de la parábola con preferencia a la de la catenaria, por las siguientes razones: 1) Se parece más a la realidad puesto que se trata de un sistema compuesto por cable sustentador, péndolas e hilo de contacto, este último horizontal, y el conjunto reparte su peso de una manera que produce en el sustentador una curva más parecida a la de ia ecuación de la parábola. 2) Se tratá'de una fórmula mucho menos compleja y fácil de manejar. 3) En todo caso las diferencias que podrían resultar de la aplicación de una u otra fórmula resultarían en la práctica de magnitud inapreciable.

Es evidente que si se tiende un hilo sobre una línea férrea, por más que se aumente su tensión mecánica o se varíe su sección, acabará adoptando una curva catenaria más o menos pronunciada entre cada una de sus suspensiones, y, por lo tanto, no quedará horizontal. Este efecto produce el despegue del aparato captador cuando se supera una cierta velocidad y, en consecuencia, se producen arcos voltaicos entre éste y el hilo de contacto que poco a poco van destruyendo ambas partes en contacto. Como este efecto disminuye a medida de que se van acercando los puntos de suspensión del hilo, se trata de situarlos lo suficientemente cercanos como para que el hilo de contacto pueda adoptar una horizontalidad compatible con la captación. Puesto que e! hilo de contacto no es totalmente flexible como una cadena, sino que tiene cierto grado de rigidez que disminuyela tendencia a que en cada apoyo se produzca un punto de

inflexión entre la figura de una catenaria y la que le sigue o precede, la horizontalidad no resulta difícil de lograr. Para ello se han de acercar los puntos de apoyo del hilo de contacto, como ya se ha visto, pero no conviene aumentar el número, de postes y sujeciones por razones evidentes de estética y costes. Por eso se recurre a tender entre apoyos un hilo o cable auxiliar que por no tener que ser rozado por el captador no importa que esté o no horizontal, y de este se colgará a pequeños intervalos el hilo de contacto que sí se requiere que quede horizontal. Esto se puede lograr de varias maneras diferentes, como puede verse en la Figura 2-13. Cada uno de estos conjuntos se denomina "catenaria" por ia similitud de la curva que describe el cable superior con la figura geométrica de tal nombre. A continuación se estudiará la llamada Catenaria Simple por ser, como su nombre lo indica, la más simple, práctica, fácil de compensar y más utilizada universalmente. Definir las dimensiones y cargas de trabajo de un vano de catenaria es el primer paso a dar en el diseño de un sistema de captación, pues todo ¡o demás que se adopte o se proyecte a continuación será consecuencia en su robustez y dimensiones, del vano tipo de catenaria que se haya adoptado. El primer paso será determinar: Tipo de cable sustentador. Tipo de hilo de contacto. Tipo de péndola, su reparto en el vano, y sus accesorios de fijación en hilo y el sustentador. La suma de las conductibilidades eléctricas del sustentador y el hilo de contacto serán las de la catenaria. Este es uno de los primeros parámetros a tener en cuenta y se deberá saber si es o no suficiente para la intensidad que deberá soportar la catenaria que se va a proyectar. Saber esto será consecuencia de un complicado cálculo en ei que intervienen desde las características de los trenes previstos y sus frecuencias, hasta el perfil de la línea a electrificar. No se analizarán estos cálculos por alejarse del propósito de esta publicación, sobre las características puramente mecánicas de una catenaria tipo. Sin embargo cabe indicar que resulta mejor concebir una catenaria en defecto de secciones conductoras que en exceso.

Si se proyecta en defecto siempre se podrán agregar cables repartidores ("feeders") para suplir tal defecto en la medida de lo necesario y en los tramos que así lo requieran, mientras que si se proyecta en exceso se hará una inversión grande en materiales que ya no será práctico retirar o reducir. CATENARIA SIMPLE

CATENARIA COMPUESTA

CATENARIA COH SUSTENTADORES ALTERNOS

CONDUCTORES MÁS HABITUALES Ei cable sustentador puede ser de acero si no se precisa una alta conductibilidad (Caso por ejemplo de vías secundarias) y de cobre sí ésta es primordial. E! bronce se utiliza a veces como solución intermedia, mejor conductor que ei hierro y más resistente a tracción que el cobre. No conviene pensar en aluminio puesto que su coeficiente de dilatación es muy diferente al del cobre de los hilos de contacto y esto complicaría ios sistemas de compensación; también porque sería necesario emplear algún tipo de empalme bimetálico para evitar corrosiones por electrólisis entre aluminio y cobre en todos los contactos entre estos dos metales, encareciendo y complicando el sistema.

TÉCNICA FERROVIARIA

Otras veces en vez de cobre llevan tiras de grafito o de un sucedáneo. Esto hace que desgasten mucho menos ios hilos, sin necesidad de lubricación, y es recomendable, a pesar de que sufren desgaste mayor que las tiras de cobre, pues es mucho más fácil reponerlas que reponer el hilo de contacto. Los pantógrafos pueden tener una o dos mesillas. Cuando tienen dos estas están montadas mediante dos pequeños balancines para que ambas repartan por igual la fuerza contra el hilo de contacto. Cuando tienen una sola mesilla ésta puede estar articulada directamente en el brazo del pantógrafo, o puede en cambio estar sujeta a él por medio de dos pequeños resortes que se podrían llamar de "suspensión secundaria". Esta diferencia es importante, porque el mecanismo de elevación, si bien ejerce hacia arriba una fuerza de valor regulable y constante, tiene cierta inercia y no es capaz de seguir movimientos bruscos o variaciones con aceleraciones superiores a 0,6 g. aproximadamente. Los pantógrafos sin resortes de suspensión secundaria no son aconsejables para velocidades superiores a 120/140 Km/h., en cambio si la mesilla está suspendida con resortes secundarios, se habrá reducido, para movimientos de pequeña amplitud, su masa inerte a menos de una décima parte, y así la mesilla podrá seguir irregularidades del hilo de contacto, a mayores velocidades que en el caso anterior. *

Además una mesilla con suspensión secundaria puede inclinarse ligeramente en ios descentramientos del hilo ce contacto, y esta característica las hace más seguras y menos susceptibles de averías en las agujas aéreas, que son los puntos delicados del sistema (Figura 2-18).

CAPÍTULO 2: ELECTRIFICACIÓN Como ya se ha dicho, los pantógrafos deben ejercer hacia arriba una fuerza, y conviene que esta este normalizada y regulada para que todos la ejerzan de igual valor (del orden de ios 10-15 Kp). En la carrera de abajo a arriba del pantógrafo se distinguen cuatro alturas: -

Pantógrafo plegado,

-

Límite inferior de captación,

-

Límite superior de captación

-

Altura máxima a alcanzar.

Entre los dos límites de captación la fuerza ejercida hacia arriba ha de ser invariable, la misma a cualquier altura. Es evidente que el hilo de contacto ha de situarse dentro de estos límites. La fuerza de elevación de un pantógrafo la produce un resorte helicoidal cuya fuerza puede ser regulada de dos maneras: 1)

para que tenga un valor determinado

2)

para que este valor sea el mismo a cualquier altura.

Otro resorte antagónico y de mayor fuerza anula el primero y, entonces el pantógrafo baja por gravedad. El segundo resorte, el antagónico, puede a su vez ser neutralizado por una fuerza neumática. Entonces el primero queda libre de actuar y el pantógrafo sube y cierra contacto con la catenaria. ¿Por qué este accionamiento tan indirecto? En primer lugar porque se logra así que el esfuerzo ejercido contra los hilos de contacto sea completamente independiente de la presión del aire comprimido que comanda la maniobra. En segundo lugar porque se logra de esta manera alcanzar el concepto de "seguridad al fallo", pues la acción de una fuerza voluntariamente creada y dirigida como es el aire comprimido, produce la acción, que puede implicar peligro por poner el convoy o la locomotora en tensión, mientras que la dejadez de la acción baja el pantógrafo y corta tensión. Por "dejadez"

debemos.entender que cualquier "no acción" producirá a la larga la falta de aire comprimido, lo mismo que cualquier accidente que tenga como consecuencia la pérdida o escape de dicho aire. En la Figura 2-19 se ha hecho un dibujo esquemático para explicar esta disposición, aunque puede no coincidir en forma o disposición de las partes con la de la realidad, pero se ha procurado dar prioridad a la comprensión didáctica del mecanismo. El mecanismo tiene además unos tornillos que al comprimir el muelle de elevación permiten regular la fuerza que puede hacerse contra los hilos de contacto, y una serie de tornillos que permiten otra regulación fina para lograr que la fuerza anterior tenga el mismo valor cualquiera sea la altura a la que el pantógrafo está trabajando.

Los postes destinados a sujetar ias catenarias en altura pueden ser de madera, hierro u hormigón No es necesario entrar en el tema de su cálculo por ser éste muy sencillo. Solo conviene agregar que a la resistencia calculada habrá que agregar un valor empírico, de difícil determinación, debido a los esfuerzos generados durante las operaciones de construcción y mantenimiento.

De madera

Se pueden emplear, aunque su uso no es aconsejable. Para las cargas de una catenaria, muy descentrada respecto al eje del poste, sus dimensiones tendrían que ser importantes y, por lo tanto resultarían antieconómicas o habría que colocarlos a ambos lados de la vía a electrificar duplicando su número. La protección de su parte empotrada es compleja o requiere el uso de piquetes. En todo caso su empleo se limita a países con una abundancia de este material y larga tradición en el uso de la madera como puede ser por ejemplo EE. UU.

De hormigón

Pueden ser de sección anular, construidos generalmente por centrifugado, o rectangula¬res. E! pre o post tensado puede resultar conveniente para reducir volúmenes, aunque no está generalizado. Los postes de sección rectangular se adaptan mejor a la fijación de herrajes que los de sección circular, además su resistencia puede ser mayor ante solicitaciones transversales a la vía que longitudinales, lo que puede incidir en un ahorro de materiales respecto a los de sección circular. Otra solución puede consistir en utilizar postes que ya existan en el mercado para líneas de distribución, cuyas resistencias y dimensiones están tabuladas. Esto puede simplificar las tareas de proyecto y abaratar costes en la medida que lo hace la producción de los mismos en grandes series. Los modelos con huecos que permiten una fácil escalada y con agujeros que facilitan la sujeción de herrajes pueden resultar particularmente adaptados. Los inconvenientes de los postes de hormigón son varios: 1) Ante todo el estético, pues su mayor volumen y estructura maciza ocupan más el espacio dando una sensación de pesadez, aunque este argumento podría considerarse un juicio de valor. 2) Su mayor peso y fragilidad pueden complicar tareas de acopio y trasporte in sítu. 3) No pueden cortarse fácilmente para dejarlos a la altura deseada por lo que en muchas ocasiones acaba sobrando poste por arriba, hecho poco estético. 4) Como no son ni conductores ni aislantes, complican las puestas a tierra exigiendo el tendido de un conductor. 5) No se adaptan a poder fijarse en las cimentaciones mediante tornillos o varillas rosca¬das. 6) No se pueden prolongar fácilmente, cuando una necesidad no prevista inicialmente, así lo requiera. De acero Pueden dividirse en tres clases:

-

Tubulares De perfil laminado Reticuiados o de perfiles compuestos

Los postes de tubo de acero se usaron mucho en electrificación de ferrocarriles en Italia, y se usan casi exclusivamente en la electrificación de líneas tranviarias. No parecen tener especiales ventajas ni inconvenientes. Pasan más desapercibidos. TÉCNICA FERROVIARIA Por asemejarse a los postes de alumbrado. Los postes de perfiles laminados son los más usados en la actualidad, sobre todo en países desarrollados donde la relación del coste mano de obra / materiales es alta, pues son los que menos manipulación requieren en su construcción. El perfil preferido es el "Grey" o HEB aunque también pueden emplearse perfiles 1PN a condición de reforzar su resistencia en sentido paralelo a la vía, recurriendo para ello al cable de guarda. Los postes de perfiles laminados son también los de una apariencia más estética por ser los que dan a la catenaria una apariencia más ligera, menos cargada de hierro. Los postes de perfiles compuestos son aconsejables cuando la relación de costes mano de obra/materiales es baja, pues a cambio de emplear más mano de obra en su construcción, la cantidad de material necesario sueie ser menor que para los postes de perfil único. Las formas de postes compuestos más corrientes son las de la Figura 2-20.

Figura 2-20 Pueden ser de caras paralelas o pueden irse estrechando de abajo a arriba, a medida que disminuye su momento fiector. Finalmente cabe señalar que los postes de acero requieren un tratamiento contra la corrosión, a menos que en su construcción se emplee un acero resistente a la misma (cortén, por ej.). Generalmente se recurre al galvanizado en caliente. Pintarlos, solución muy empleada en el pasado, no se suele hacer ya puesto que requiere un importante gasto en mano de obra que se va repitiendo a lo largo de toda la vida útil de la instalación.

CIMENTACIONES Los postes se sustentan en el terreno mediante cimentaciones. Estas pueden ser masivas, pilotes o micropüotes. Las cimentaciones masivas consisten en un bloque de hormigón en masa dimensionado para que actúe o bien transmitiendo lateralmente al terreno los momentos flectores que le trasmite el poste, o bien descansando sobre una amplia base y pesando lo suficiente para que el momento flector que el poste le transmite no sea capaz de volcarlo. Es evidente que la relación resistencia-peso-precio del hormigón en masa convierte a este en el único material posible para este tipo de cimentaciones. Se prefiere construirlas con ángulos rectos cuando en su excavación se emplea una retroexcavadora o se hace manualmente. Otra posibilidad es construirlas cilindricas mediante el uso de una máquina giratoria de eje vertical que excava mediante una herramienta helicoidal de gran diámetro. A cambio de una fácil mecanización, estas últimas formas de cimentación no optimizan dimensiones y ahorro de hormigón. Las cimentaciones que trabajan por empotramiento en el terreno suelen calcularse por el método llamado suizo, pero a efectos prácticos, sus dimensiones se suelen tener tabuladas en función del momento al vuelco que han de ser capaces de resistir, para no tener que recalcularse para cada caso. Esta tabulación se hace considerando ios casos de terrenos de ¡as peores características, aunque a costo de un gasto mayor en hormigón. Cuando alrededor del poste no existe, tierra suficiente como para que la cimentación trabaje por empotramiento, (como en un terraplén por ejemplo) se opta por una cimentación que trabaje por vuelco, en la que a costa de una mayor cantidad de hormigón, se consigue un peso propio suficiente para aguantar el momento de vuelco que transmite el poste, aunque la cimentación esté únicamente apoyada en el terreno, sin apenas

tierra alrededor (Figura 21: a) por empotramiento, b), ai vuelco).

Como ejemplo de lo explicado anteriormente puede citarse la normalización de macizos de cimentación existente para las catenarias a 3000 V c.c. de los ferrocarriles españoles. En esta existen 13 tamaños de macizos para empotrar, según el momento al vuelco que pueden resistir (denominados con la letra "d" de desmonte) y 16 tamaños de macizos para trabajar al vuelco (denominados con la letra "t" de terraplén). Esta normalización indica en tablas todas las dimensiones de cada tamaño y tipo, así como el momento al vuelco que resisten. En la construcción de este tipo de cimentaciones se emplea siempre un hormigón en masa, de resistencia limitada (HM 15 corrientemente) sin armaduras ni vibrado. En grandes electrificaciones, la construcción de este tipo de cimentaciones puede mecanizarse en alto grado excavando desde un tren que transporte una retroexcavadora y vertiendo el hormigón igualmente desde una hormigonera transportada por la vía. Otro tipo de cimentación puede consistir en un pilote. De hecho así, por ejemplo, se han sujeto los postes de la línea de alta velocidad Madrid -Sevilla. No se desarrollará aquí el análisis del tipo de pilote más adecuado por tratarse de una especialidad ajena ai tema que se desea desarrollar. Baste decir que es suficiente, como resultado, que el pilote en su parte superior sea capaz de resistir un momento flector por lo menos de igual valor al que sea capaz de resistir el poste que ha de sujetar, en la dirección más desfavorable. Puesto que generalmente los pilotes están concebidos para soportar esfuerzos verticales, será necesario estudiar detenidamente su comportamiento en esta nueva necesidad, para elegir el tipo más adecuado. Si bien técnicamente la solución de utilizar pilotes es perfectamente válida, su coste, incluida la labor de hincarlo, no suele ser competitiva respecto a las cimentaciones masivas. En algunas electrificaciones se han empleado perfiles tipo "Grey" con punta en su extremo enterrado para facilitar su hincado, con una pletina soldada y con con cuatro agujeros en su parte superior, para atornillar el poste.

Estas piezas se hincan tal como se hace con un perfil de tablestaca. En estas soluciones deben tomarse muchas precauciones para evitar la degradación del perfil por electrólisis. Existe también la posibilidad de utilizar micropilotes como cimentación. Se trata de pequeños pilotes de un diámetro del orden de 120 mm que dispuestos generalmente de a cuatro por cimentación, sujetan el poste trabajando a tracción o a compresión. Se hacen efectuando primero una perforación en el terreno cuya profundidad dependerá de la resistencia de este último (entre 1 y 2,5 m). Se dispone a continuación una varilla de armado corrugada, en el eje de cada perforación. Para ello se utiliza un tipo de varilla cuya corrugación sirve como rosca, (tipo Diwidag por ej.) y a continuación se rellena al agujero con un mortero de cemento puro o mezclado con arena ñna. En cuatro de estas varillas situadas formando en planta un cuadrado o un rectángulo puede sujetarse el poste de catenaria, de forma que su

momento flector, si es hacia la vía, se traduzca en una compresión de los micropilotes más cercanos a la vía y una tracción de los más lejanos a ésta. Según, diámetro de las perforaciones conviene incluir alrededor de la varilla corrugada central una pequeña armadura helicoidal de alambre de 8 mm para dar más resistencia al hormigón. Si se desea puede rematarse una cimentación de este tipo construyendo una pequeña loseta armada que abarque los 4 micropilotes, llamada comúnmente encepado. Este tipo de cimentación es buena para terrenos muy duros o difíciles de excavar, no siendo tan recomendable para terrenos blandos, donde habría que dar a los micropilotes diámetros y/o profundidades importantes. Este tipo de cimentación tiene la ventaja de ser muy mecanizable (Figura 2-22).

Finalmente, y para concluir este apartado de cimentaciones, debe insistirse en que su posicionamiento correcto es una tarea fundamental en el montaje de una catenaria, porque la posición de las cimentaciones condiciona la de todo el resto de la instalación.

SUJECIÓN DEL POSTE EN LA CIMENTACIÓN Los postes se fijan en los macizos de cimentación de dos maneras: embebiéndolos en ei bloque de hormigón o atornillándolos mediante cuatro espárragos roscados insertos en el mismo. Para embeber el poste en el macizo generalmente se construye este último dejándole un hueco en el que pueda insertarse el poste. A continuación el poste se aploma correctamente sujetándolo mediante cuñas de madera contra los bordes del hueco, vertiendo nuevamente un mortero para fijarlo definitivamente. Otro procedimiento es situar el poste correctamente antes de verter el hormigón que forma el macizo de cimentación. Es más complicado pues obliga a sujetar el poste correctamente, logrando su verticalidad mediante tirantes.También debe situarse en altura haciendo que su peso descanse en los bordes de la excavación mediante el empleo de un travesado u otro montaje similar, pues no debe descansar en la tierra del fondo del hoyo. El sistema de embeber los postes en las cimentaciones es simple y elemental, pero tiene algunos inconvenientes entre los que cabe citar; •

El encofrado que se usa para conformar el hueco donde va el poste es una pieza compleja porque se ha de desmontar hacia adentro. Además debe disponerse de gran número de unidades y el encofrado no es de larga duración. • Es imposible corregir la nivelación de un poste una vez colocado. • No es posible cambiar un poste, lo que puede ser necesario por choque, rayo, óxido y otras muchas causas. • Imposibilidad de recuperar un poste que ha de desmontarse, para reutiiizarlo. • La fijación del poste por inserción en el macizo obliga a que, cuando un poste, por cualquier razón ha de ser remplazado, se construya un nuevo macizo al lado del existente para el nuevo poste, retirando el que se ha de suprimir cortándolo a ras de cimentación. Por todas estas razones puede considerarse un sistema más evolucionado el sujetar los postes mediante cuatro espárragos roscados insertos en el hormigón del basamento. A tal fin se colocan cuatro tuercas por debajo de la pletina que debe tener el poste en su base, y otras cuatro por encima de esta última, como se aprecia en la Figura 2-22.

Las tuercas de debajo ofrecen mejor apoyo que la superficie irregular del hormigón y además permiten una regulación perfecta del poste en cuanto a su verticalidad. En algunos casos se cubre después el conjunto pletina, espárragos y tuercas con un dado de hormigón. Esto es aconsejable solamente en casos en que el pie del poste sea susceptible de ser cubierto con tierras procedentes, por ejemplo, de desprendimientos en una trinchera, lo que puede acelerar su corrosión, en otros casos no se justifica. Se han de citar, finalmente, como ventajas de atornillar ios postes, la posibilidad de corregir cualquier flecha que hayan adquirido y una menor necesidad de altura (o longitud) de los postes. A veces es necesario situar postes en medio de un viaducto. En estos casos la solución a adoptar será atípica y dependerá no solo de la forma, resistencia y dimensiones de la obra

De fábrica sino también del criterio del proyectista. Cuando es posible se prefiere dotar a la obra de fábrica de los herrajes necesarios para facilitar el empleo de un poste de medidas unificadas. MÉNSULAS Su función es suspender el cable sustentador del poste (a 2,5 - 3 m) y ofrecer un punto de apoyo ai brazo.que atiranta el hilo de contacto hacia el poste o hacía el lado contrario a éste. Si la catenaria a montar es compensada, caso a prever, puesto que ¡as catenarias no compensadas pueden considerarse obsoletas, la ménsula estará sujeta al poste por medio de vínculos que permitan su giro respecto a! poste según un eje vertical. Así los extremos de estas más alejados del poste podrán describir un arco de circunferencia, ¡o que facilitara los movimientos de dilatación longitudinales de la catenaria con un mínimo de resistencia. Lo que debe procurarse en el diseño de una ménsula es simplicidad, economía y resistencia. Las ménsulas existentes en la electrificación de ferrocarriles pueden dividirse en cuatro clases o familias, a saber: 1) Ménsulas para poste corto. Quiere decirse que la altura del poste no es necesario que supere la del sustentador. 2) Ménsulas para poste largo. Cuando su altura debe superar la del sustentador. 3) Ménsulas aisladas del poste. A la misma tensión eléctrica de la catenaria. 4) Ménsulas sin aislar del poste. En estas la catenaria esta aislada de la ménsula, en el apoyo del sustentador y en el brazo de atirantado.

La combinación de estas cuatro opciones da lugar a cuatro tipos de ménsula, tai como se ilustra en la Figura 2-23. Las de poste largo tienen la ventaja de ser de una construcción muy sencilla y el inconveniente obvio de necesitar un poste más largo. Las ménsulas aisladas tienen la ventaja (rara vez aprovechada) de permitir trabajos en tensión, aislando los operarios de tierra y poniéndolos a tensión, a al vez que se los aleja de elementos que puedan estar a tensión de tierra, en este caso únicamente el poste. A veces se utilizan ménsulas para dos catenarias, por ejemplo cuando en una doble vía, por cualquier razón, solo puede colocarse un poste en un lado de la plataforma. En estos casos suele tratarse de una ménsula sin aislar, de poste largo y no giratoria, puesto que las dilataciones de las dos catenarias que sujeta no pueden conjugarse en un mismo valor de giro de la ménsula. En estos casos el sustentador se cuelga de la ménsula intercalando un aislador y una polea, que le permite desplazarse longitudinalmente en sus movimientos de dilatación. También puede hacerse que la ménsula gire según la arrastre la catenaria más alejada del poste, sujetando con una polea la otra catenaria.

Siempre que se pueda se evitarán las ménsulas dobles pues pueden hacer que la avería de una catenaria afecte a ¡a otra. Cuanto más independientes sean las dos catenarias de una doble vía, tanto mejor. En algunos ferrocarriles existen suplementos para alejar una ménsula unificada del poste, con objeto, por ejemplo de separar el poste de la vía en un andén, donde es necesario dejar espacio libre.

PÓRTICOS Hasta aquí se ha hablado de catenaria, postes y ménsulas y de aquello que es necesario para colocar postes junto a una vía a electrificar. Cuando esto no se puede hacer porque la existencia de un haz de vías no permite la colocación de postes entre ellas, o bien porque no se desee ocupar andenes con postes, en estos casos, se recurrirá a sujetar las catenarias mediante pórticos. Los pórticos pueden ser funiculares, semirrígidos o rígidos. En la Figura 224 están esquematizados los tipos más corrientes. Se han dibujado como si todos sujetasen tres catenarias en la misma posición, pero su número puede variar entre una y un máximo de seis u ocho.

El pórtico señalado con A es de los generalmente llamados funiculares por estar únicamente constituido por cables. Este es el tipo de pórtico más corriente por su simplicidad y economía. Suele estar compuesto por tres cables: el superior está destinado exclusivamente a contrarrestar el peso de las catenarias que de él cuelgan y recibe el nombre de cable funicular. El intermedio, que recibe el nombre de transversal superior, está destinado a mantener en su posición exacta los cables sustentadores de las catenarias. El más bajo se denomina transversa! de atirantado y está destinado a mantener en su sitio, y con sus descentra mi entos, el o los hilos de contacto. Estos tres cables suelen ser de acero galvanizado, de 72 mm2 de sección el superior y de 48 mm2 los otros dos. En uno de los extremos de cada uno de estos tres cables deben colocarse tensores de rosca para su regulación. Estos pórticos, como ya se ha dicho tienen la ventaja de su sencillez y por lo tanto bajo coste. Una vez colocados los postes que lo han de sujetar, se construyen muy fácilmente, sin otra complicación que la de cortar los cables a la medida e intercalar sus accesorios, tales como aisladores, tensores, etc. Estas operaciones son sencillas y pueden realizarse utilizando tan solo herramienta manual y una o dos escaleras. En contrapartida también tienen sus inconvenientes entre los cuales cabe señalar: a) Los postes han de ser bastante altos, como para permitir que el cable funicular tenga unas flechas suficientes como para no tener que estar excesivamente tensado. b) Los postes sufren un momento flector bastante grande y por ello han de ser bastante resistentes.

c) Las catenarias no quedan suficientemente independizadas y por ello un "enganchón" en una dé ellas puede repercutir en la inutilización de las demás. d) Como las catenarias se sujetan mediante un equilibrio de fuerzas, estable, pero equilibrio al fin, las consecuencias son que cualquier esfuerzo vertical contra una de las catenarias, repercute en un movimiento en las otras. Este hecho puede producir a veces averías. Por ejemplo si uno o más pantógrafos presionan las catenarias hacia arriba, una tercera puede bajar, y si esta última hace aguja con otra podría, en determinadas condiciones, producir un "enganchón" del pantógrafo que pasase por ella. El .pórtico funicular señalado con la letra B es de un tipo muy corriente en Suiza. Se diferencia del anterior en que el transversa! funicular está colocado por debajo de los sustentadores y por lo tanto no tira de ellos hacia arriba, sino que los empuja. Por lo tanto las barras A-S de la figura deben trabajar a la compresión y por ello están hechas con tubo en vez de con alambres o varilla. Su ventaja está en que permite utilizar postes más cortos y forma un conjunto más estético, pero solo pueden emplearse cuando se utilicen catenarias con una importante separación entre sustentador e hilo de contacto. En el pórtico funicular C se ha intentado evitar la situación de equilibrio de los anteriores formando una triangulación de cables que lo hace indeformable, lográndose así mayor seguridad, tal como se ha comentado anteriormente, evitando variaciones de equilibrio y por lo tanto de la altura de los hilos de contacto. El pórtico del esquema D no es funicular. Se podría calificar como semirrígido pues necesita hacer participar a los postes, para lograr la suficiente resistencia a la flexión, mediante tirantes. Son muy fáciles de construir, pues aparte de los tirantes, para su parte horizontal basta con dos perfiles laminados (generalmente perfil U). Sus ventajas respecto a los anteriores son:

aj Son capaces de independizar catenarias por ser suficientemente fuertes para resistir

tirones cuando una de las catenarias que sujetan sufre una avería o enganchón, permitiendo así que las demás catenarias que sujetan permanezcan en servicio. b) No mantienen las catenarias en equilibrio y así los movimientos de una no afectan a las otras. _ . c) Pueden establecerse con postes menos reforzados pues, si bien trabajan a la flexión que le imponen sus tirantes, ésta tiene un valor menor que cuando se montan pórticos funiculares, en los que los alambres tienden a acercar los postes entre sí. d) Pueden remplazar pórticos funiculares sin tenerse que cambiar los postes. El pórtico señalado con la letra E es un pórtico rígido y trabaja como una viga compuesta, a la flexión, apoyada sobre dos estribos que son los postes. En este caso estos trabajan principalmente como pies derechos, al pandeo. La sección ideal de este tipo de pórticos es la de un triángulo con un vértice hacia abajo, en el que dos perfiles en los vértices superiores trabajan a compresión y el perfil del vértice inferior a tracción. Estos tres perfiles, constituyen una estructura triangulada. Es frecuente que su sección sea rectangular. Es muy importante que el o los perfiles inferiores estén en su mayor parte libre de empalmes, nudo u obstáculos para que las piezas de fijación del sustentador o del atirantado puedan colocarse en cualquier posición a lo largo de todo el pórtico. Ventajas de

este tipo de pórticos: rigidez y seguridad. Por otro lado sus inconvenientes son: Mayor coste y mayores dificultades de montaje sobre todo cuando éste debe hacerse sobre vías en explotación. Para no aumentar las dificultades de montaje aún más es aconsejable huir de la tentación de colocar estos pórticos entre sustentador e hilo de contacto. Cuando las catenarias compensadas deben colgarse de un pórtico, su sustentador se cuelga mediante una polea (Figura 2-25) para que pueda desplazarse longitudinalmente en sus movimientos de dilatación. Hoy se considera una práctica más perfeccionada colocar en el pórtico un herraje hacia abajo como si fuese la parte superior de un poste, pero sujeto por su extremidad superior en el pórtico. En este herraje se puede montar entonces una ménsula como las que se colocan en cualquier poste, supliendo la antes mencionada oolea.

Se logra así un montaje de catenaria más homogéneo puesto que su forma de suspensión no sufre alteraciones al estar sujeta por postes en plena vía o por pórticos en una estación. COMPENSACIÓN Al principio las catenarias se tensaban desde un punto fijo a otro y su longitud no se limitaba. Esto tenía por efecto que quedasen poco tensadas en los días calurosos y muy tensas en los días fríos. En muchos ferrocarriles se organizaba una campaña de tensado en primavera y otra de aflojado en otoño, y aun así eran frecuentes las averías por defectos de tensado. Para que una catenaria esté siempre sometida a la misma fuerza de tracción y a la vez pueda dilatarse libremente, el procedimiento más simple es sujetarla por uno de sus extremos y colgarle un peso por el otro (Figura 2-26).

Es evidente que esta catenaria no podrá ser útil en toda su longitud pues en la parte donde esta el peso debe apartarse del gálibo. Para continuar la catenaria se establece un tramo en el que la que termina se solapa con la que empieza (Figura 2-27a). Para poder disminuir el número de estos seccionamientos a la mitad, se opta por la modalidad de hacer que un tramo, el doble de largo, pueda dilatarse por las dos puntas (Figura 2-27b).

En el punto medio de este tramo se establecerá un punto fijo con el objeto que las dilataciones se repartan hacia ambos extremos y de que el tramo de catenaria no pueda desplazarse levantando una pesa mientras que la del otro extremo baja. Este punto fijo puede establecerse sin necesidad de apartar la catenaria del gálibo y por lo tanto no es necesario un seccionamiento. De lo visto hasta aquí se deduce que es conveniente que el tramo de catenaria entre dos pesas sea lo más largo posible, pues cuanto más largo, menor será el porcentaje por unidad de longitud de aparatos de compensación (pesas y sus accesorios) y solapes de catenarias. Para establecer esta distancia han de conjugarse varios valores: • Coeficiente de dilatación de la catenaria. • Temperaturas extremas a considerar. • Recorrido posible de las pesas a lo largo del poste. • Relación del multiplicador de fuerza • Peso de las pesas. •Tensión de tracción en la catenaria. Como en las catenarias modernas lastensiones del h.c.ydel sustentadorson importantes, se intercala un multiplicador de tensiones, que puede ser de rueda o de poleas, entre pesas y catenaria. Su relación de multiplicación es generalmente de 1: 5 y a veces de 1:3. Como ejemplo, véase la determinación de una distancia entre seccionamientos basada en dar unos valores cualesquiera de los señalados anteriormente: El hilo de contacto y el sustentador están sometidos a una tensión de 1200 Kg c/u loque hace un total de 2400 Kg. Si el multiplicador es de relación 1: 5 las pesas deberán pesar.2400/5 = 480 Kg.

Si el recorrido que pueden hacer las pesas a lo largo del poste es de 3 m, la catenaria podrá dilatarse 3 m/5 = 60 cm. Si se supone que la catenaria es toda de cobre, y por lo tanto su coeficiente de dilatación vale 0,0000175 y suponemos una variación térmica de 60° C entre la temperatura máxima y mínima a que puede estar sometida la catenaria, entonces la longitud entre punto fijo y pesas deberá valer:

0,6 m

------------------------=o71 m 0,0000175 x 60° C Y entre pesas: 571 x 2 = 1142 m. Si a esta cifra se le resta la longitud del solape de las catenarias en un seccionamiento, se tendrá entonces la distancia que debe haber entre ejes de los mismos.

El valor de esta distancia no tiene por que ser exacta, sino aproximada, pues se dará prioridad a la longitud de los vanos que se hayan replanteado y se decidirá colocar el seccionamiento en el que coincida mejor con la cifra calculada.

APARATOS DE COMPENSACIÓN

También son llamados "equipos de contrapeso" (ECP). Estos aparatos se componen de contrapesos, multiplicador de tensión y, solo a veces, repartidor de tensión entre h. c. y sustentador. Otras veces se prefiere instalar un ECP para el h. c. solamente y otro para el sustentador solamente, por lo que no es necesario el repartidor de tensiones. Las pesas suelen ser generalmente de fundición gris pues es el material con mejor relación peso - volumen - precio. Algunas veces se ha utilizado el hormigón pero entonces resultan muy voluminosas. Cuando, por razones estéticas se desea esconder los contrapesos dentro de un poste tubular, en líneas tranviarias por ejemplo, se utilizan a veces contrapesos de plomo. Es importante que su recorrido sea guiado para que un viento fuerte no pueda balancear- los y golpearlos contra el poste. Actualmente se utilizan también equipos de compensación sin pesas, a base de resortes o gas comprimido. Pueden ser convenientes para tensar tramos de catenaria cortos, una diagonal o escape, por ejemplo. Los aparatos multiplicadores dores suelen ser de dos tipos: De ruedas y de poleas. Ambos funcionan correctamente, por lo que es difícil establecer una comparación cualitativa. El de poleas parece tener ciertas ventajas en lo que se refiere a cantidad de material, y por lo tanto a precio. En la Figura 2-28 pueden apreciarse las Diferencias entre los dos tipos.

Figura 2-28: compensación

Aparatos

de

a)

Con multipíicadcrde rueda

b) poleas

y c) Con multiplicador de

d} Aparato de compensación a resortes

Algunos aparatos' de rueda ¡levan ¡a de mayor diámetro dentada, como en la Figura 2-26. El propósito es que la rueda quede trabada si se corta alguno de los cables que tiran de la catenaria, evitándose de esta manera que caigan las pesas. La utilidad de este artilugio es muy relativa, puesto que no evita más que una caída de las pesas, cosa poco trascendente. El repartidor de tensiones puede estar formado por un simple balancín, de longitud de brazos inversamente proporcional a los esfuerzos a transmitir al hilo de contacto y al sustentador. Puesto que el balancín tiene un juego muy limitado, pues si se pusiese horizontal cargaría toda la tensión en uno de los hilos de la catenaria actualmente se prefiere colocar dos aparatos de compensación independientes, uno para el sustentador y otro para el hilo de contacto, por lo que no hay balancín. Además así los equipos de compensación trabajan con tensiones más moderadas.

SECCIONAMIENTO

En España se suelen nombrar, en electrificación, como"seccionamientos"dos cosas bien distintas: 1) El tramo de tres o cuatro vanos donde se solapan dos tramos de catenaria para que cada una de ellas pueda dilatarse libremente. 2) Un tramo de catenaria que puede dilatarse libremente por sus extremos, es decir entre dos seccionamientos según la 7 a acepción. De aquí en adelante, para evitar cualquier confusión, se nombrará como seccionamiento la primera acepción y como sección la segunda. En la Figura 2-29 se ha dibujado un seccionamiento de 3 vanos en planta y alzado. Si los vanos entre postes fuesen pequeños, puede hacerse de 4 vanos independientes.

El reparto de tensiones entre sustentador e hilos de contacto puede estar formado por un simple balancín de longitud de brazos inversamente proporcional a los esfuerzos a transmitir al hilo de contacto y al sustentador.

Los seccionamientos pueden tener dos finalidades diferentes: una será la de independizar mecánicamente un tramo de catenaria de otro, con la finalidad de que cada uno de ellos pueda dilatarse libremente. Otra será la de separarlos eléctricamente. Por lo tanto, según se combinen estas finalidades puede haber seccionamientos de un tipo, del otro, o con los dos propósitos a la vez. Generalmente solo se diferenciarán entre sí en que cuando se desee que la corriente eléctrica pase libremente de un tramo a otro, estarán puenteados mediante un cable flexible, mientras que cuando se desee lo contrario, tal cable no existírá.

Cuando una sección compensada debe empalmar con la siguiente, se montará un seccionamiento en el que las catenarias se solaparán cumpliendo las siguientes condiciones: Debe haber un tramo en el que los dos hilos de contacto coincidan a una misma altura para que el pantógrafo pase suavemente de roza-r contra el hilo de contacto de la catenaria que se acaba, a rozar con el de la que empieza. Fuera de este tramo, los hilos de contacto de las catenarias que en el seccionamiento comienzan o terminan han de estar ligeramente elevados descendiendo suavemente hasta la altura del tramo común antes mencionado. Es necesaria una buena homogeneidad de las dos catenarias en lo que respecta a su elasticidad vertical. También es necesaria la independencia completa de una catenaria respecto a la otra para que ambas puedan dilatarse libremente, sin impedimentos. Estas condiciones se logran siguiendo las reglas del buen proyectar y del buen hacer, La última se logrará suspendiendo cada catenaria de ménsulas independientes, separadas lo suficiente como para no interferirse en su movimiento giratorio alrededor del poste siguiendo las dilataciones de la catenaria que sujetan (Figura 2-29). El vano en el que las catenarias coinciden en altura ha de ser largo, preferiblemente superior a 45 m. De no ser esto posible, si hay vanos cortos por razón de una curva, por ejemplo, se utilizarán dos vanos en vez de uno para así disponer de una distancia suficiente para que los hilos de contacto bajen y suban con una suave pendiente hasta la zona de contacto simultáneo con el pantógrafo. Esto obligará a dotar de doble ménsula a tres postes sucesivos, a diferencia de los dos, en la Figura 2-29. El o los hilos de contacto no pueden elevarse bruscamente, además, porque la única fuerza que los Impulsa hacia abajo es su propio peso. Un cambio cóncavo brusco de su pendiente no es posible pues la tensión de tracción a la que están sometidos los impulsaría hacia arriba.

PUNTOS FIJOS

Para materializarlos e impedir que la catenaria pueda desplazarse longitudinalmente, bastará con sujetar el sustentador mediante un cable auxiliar anclado por ambas puntas a sendos postes en medio de un tramo, normalmente un cable de 48 mm2. de sección. En la Figura 2-30 puede verse gráficamente como se establece un punto fijo. Cuando una vía está en pendiente, el peso de la catenaria tiene tendencia a deslizar ésta hacia el extremo más abajo. No puede hacerlo a causa del punto fijo, pero la consecuencia de esto es que cuesta arriba de! punto fijo ¡as tensiones de los cables diminuyen y cuesta abajo aumentan. Esto puede corregirse, para pendientes importantes, aumentando ligeramente el peso de los contrapesos de arriba y disminuyendo el de los de abajo.

AGUJAS AÉREAS

Cuando en la vía férrea que se trata de electrificar se llegue a un desvío será necesario que tal desvío se repíta también en la catenaria. El montaje que se realiza recibe el nombre de 'aguja aérea'. En las agujas aéreas los o él hilo de contacto han de estar dispuestos de tal forma que cuando un pantógrafo se acerque a una aguja por el lado del talón, es decir por el lado en que hay dos vías que más adelante convergen en una sola, el hilo de contacto de la catenaria que se incorpora a la que recorre el tren, aborde la mesilla del pantógrafo lo más

suavemente posible, sin posibilidad de engancharse en ella y sin una toma de contacto brusca. Es de hacer notar aquí que un 70 % de las averías de catenaria se originan en ¡as agujas tomadas por talón. Para evitar esto último, además de tener bien sujetos y nivelados los hilos de contacto, cerca de la aguja, se ha de procurar que el hilo por el que el pantógrafo se acerca esté desplazado o descentrado hacia el lado del hilo que se ha de incorporar, para lograr de esta manera los siguientes efectos: Que el hilo activo, al estar desplazado hacia el lado del hilo que se incorpora, produzca en el pantógrafo una leve inclinación hacia abajo por este lado, que facilite la entrada en contacto con el nuevo hilo (Figura 2-31). Que el punto de cruce de los hilos (si se trata de agujas cruzadas, como se verá más adelante), esté cerca del punto en que el nuevo hilo es abordado por el pantógrafo. De esta manera se logrará que si el pantógrafo se acerca levantando levemente el hilo al que roza, este levantamiento se transmita más directamente al hilo que va a ser abordado. Estas dos condiciones se podrán comprender mejor a la vista de la Figura 2-32.

Esquema 1: Se supone que la banda de ancho "T" de la figura es ¡a superficie que barre la zona de trabajo de la mesilla de un pantógrafo cuando se desplaza. Si este pantógrafo avanza por la vía recta de A hacía C rozando el hilo 1, que se ha descentrado, como se indicó anteriormente, el pantógrafo utilizado se puede inclinar lateralmente, aunque sea levemente y así facilitará la incorporación suave de! hilo de la vía desviada, el hilo 2 en el punto E. Lo mismo viniendo de B hacia C, en el punto F. Además si el pantógrafo avanza levantando el hilo de contacto por el que viene rozando, puesto que el punto de cruce de hilos está muy próximo. Este ligero movimiento hacia arriba se transmitirá al hilo que ha de incorporarse haciendo que se sitúe sobre la mesilla de! pantógrafo, suavemente. Esquema 2: En éste no se ha descentrado el hilo por donde se acerca e! pantógrafo y en el puede verse que el primer contacto con el hilo 2 en E, se hace más lejos de! punto de cruce y necesariamente es mucho más brusco que en e¡ caso anterior. Lo mismo viniendo de B hacia C en el punto F. igualmente, si se admite que el pantógrafo que se acerca por A, lo hace levantando levemente el hilo de contacto N°1 que viene rozando, puede verse como en el esquema 1 también levanta el h. c. N°2 debido a la cercanía del punto de cruce D, mientras que en el esquema 2 este punto de cruce está más lejano y por ende el hilo N°2 puede no responder suficientemente ai cambio de nivel del hilo N°1, lo que haría más fácil o más posible un enganchón. Lo mismo ocurrirá (Esquemas 1 y 2) con respecto al punto F cuando un pantógrafo siga la dirección de B hacia C. De lo expuesto hasta aquí puede deducirse que el punto de cruce de los hilos de contacto (D) óptimo es un punto en el que la distancia P2 sea solo algo menor que el ancho útil de la mesilla del pantógrafo, o de la medida T de la Figura 2-32. Si se utiliza un pantógrafo que puede admitir descentramientos de 30 cm hacia cada lado, por ejemplo, el valor de T podrá ser de 60 cm.

Para poder montar los hilos de forma que se crucen en el punto D, coincidiendo con la medida P2, = 55 cm se tendrá que situar un poste donde dicha medida sea un poco menor, P1 en el esquema 1, por ejemplo 50 cm. Estas medidas P comúnmente llamadas "Puntos de aguja" pueden tomarse en los carriles, y así se situarán correctamente tanto el poste como el cruce de hilos en la catenaria. Se tomarán desde la cara activa del carril del lado de la vía directa a la cara activa del mismo lado del carril de la desviada. Puede verse en el esquema que el poste más próximo a la aguja sostiene dos ménsulas. Esto es para que las dos catenarias que sujeta puedan dilatarse libremente e independientemente. No obstante ha de procurarse que las dos sé dilaten en el mismo sentido. De lo contrario habría que separar más las ménsulas. En la Figura 2-33 se ha procurado esquematizar en planta las cuatro formas corrientes de montar una aguja aérea siguiendo aproximadamente los conceptos vertidos hasta aquí. En el primer esquema se ha representado en planta el desvío de la vía propiamente dicha, y los puntos "P" donde se toman las medidas de separación entre carriles para el correcto replanteo de la aguja aérea. En los siguientes lo representado es la catenaria solamente. Puede verse en este dibujo que se utilizan postes con doble ménsula, como en los seccionamientos, y es porque también en este caso ambas catenarias dilatan independientemente. No obstante, en los desvíos se procura que la catenaria de la vía desviada dilate hacia el mismo lado que lo hace la de la vía general, de tal manera que las ménsulas que van juntas giren o se desplacen hacia el mismo lado, aunque lo hagan con desplazamientos de diferente magnitud. Por ello no será necesario separarlas tanto como en los seccionamientos, en los que los desplazamientos de dos ménsulas de un mismo poste se desplazan en sentido opuesto.

Cuando se tengan dudas sobre tos descentramientos de la catenaria, lo mejor es reproducir el camino de hilo de contacto mediante un cordel, en el suelo.

En el caso 1 de la Figura 2-33 se ha representado en planta la forma más corriente de montar una aguja "cruzada" como la ya descrita. En este caso el hilo de contacto de ¡a vía desviada, después de cruzarse con el otro hilo, sigue junto a éste, paralelo, todo el vano siguiente en el que se va levantando suavemente hasta dejar de contactar con el pantógrafo, pero manteniendo su posición en planta. Pasado el siguiente poste, se aparta del eje de vía para ir a anclar en el poste siguiente (observar los esquemas de derecha a izquierda). En el caso 2 se ha montado la misma aguja, pero de una forma más económica. En el vano siguiente al punto de cruce, ¡a catenaria se eleva y se separa del eje de vía en el mismo vano. Esta forma de montaje ahorra materiales, pero es más insegura y más susceptible de averías. Únicamente puede montarse si el vano entre el poste de aguja y el siguiente es un

vano largo. El caso 3 es el de una aguja de las llamadas "tangenciales" donde los hilos no se cruzan, por lo menos en la zona en que los pantógrafos los rozan. Este tipo de montaje tiene la ventaja de que nunca un pantógrafo tendrá que bajar para salvar el grosor de un hilo de contacto que cruce por debajo del hilo por el que viene captando energía. Es por ello el preferido para las agujas susceptibles de ser franqueadas a velocidades importantes. El caso 4 es el de una aguja montada en una zona en la que en vez de postes las catenarias están sujetas por pórticos, y en los que éstos no están situados en el punto ideal. Se parece al caso 2. Puesto que los pórticos se montan para sujetar las catenarias de haces de vías, no siempre se puede hacer que coincidan con los 'puntos de aguja'. Sin embargo la posibilidad que ofrecen de poder sujetar cables y herrajes en cualquier posición deseada transversalmente a las vías, facilita el montaje de! punto de cruce de hilos en el lugar deseado. Igualmente ocurre para agujas tangenciales. El cruce de hilos, en las agujas cruzadas, se materializará montando una pequeña llamémosle jaula u ojal en el hilo que cruza por debajo, que siempre será el de la vía con mayor circulación, por dentro del cual cruza el hilo de la otra catenaria, con una cierta holgura para que puedan deslizarse uno respecto al otro. Este montaje permite libertad de movimientos longitudinales a ¡os hilos y sujeción firme entre ellos, verticalmente (Figura 2-34).

En las agujas aéreas los sustentadores se cruzan sin sujeción alguna entre sí, pero ambas catenarias deberán estar bien conectadas eléctricamente para evitar chisporroteos destructivos. Esto se consigue mediante conexiones de cable de cobre flexible entre ambos sustentadores. Las travesías de unión doble requieren un montaje especial para las agujas aéreas, puesto que en ellas el pantógrafo puede recorrer cuatro bandas de barrido diferentes que no pueden ser cubiertas por solo dos hilos cruzados. Para cubrir estas cuatro bandas a la vez es necesario duplicar uno de los dos hilos de contacto que se cruzan. Puede observarse en La figura 2-35. Se ve en esta figura que al construir un rombo con el o los hilos de una de las catenarias, pueden cubrirse todas las zonas de barrido por los pantógrafos. En los dos puntas donde se crucen los hilos de contacto se montarán ojales como el de la Figura 2-34.

Si ambas catenarias tienen un solo hilo de contacto, uno de ellos debe duplicarse en la longitud necesaria para poder hacer el rombo. Si e! hilo de contacto con el que se constituye el rombo es único, es importante que las bridas o grifas con las que se solidariza a este hilo el suplementario para nacer e! rombo, tengan gran resistencia al deslizamiento longitudinal, pues, si se desea que la figura quede correctamente centrada, allí la tensión del hilo se dividirá en dos, y si por ejemplo, esta tensión es de 1400 Kg, las bridas sufrirán un esfuerzo

tendente a desplazarlas de 700 Kg. La catenaria del rombo será la que cruce por debajo del hilo único. En la Figura 2-36 puede verse la pieza que se utiliza en las catenarias españolas para separar los dos hilos de contacto y así formar el mencionado rombo.

ATIRANTADOS

Las catenarias se deben colocar haciendo un zig-zag con respecto al eje de la vía, es decir descentrándolas en cada poste o suspensión, alternando un descentramiento hacia un lado con otro hacia el otro lado. Estos descentramientos, cuyo valor está en relación con las dimensiones de la mesilla del pantógrafo, (normalmente entre 20 y 30 cm a cada lado del eje de vía) tienen la doble finalidad de: • No desgastar las mesillas de los pantógrafos en un punto único, haciendo incluso un surco, sino de igual modo, a todo lo largo de la zona de trabajo de la mesilla. • Mantener la catenaria más sujeta lateralmente. Las catenarias pueden descentrarse de tres maneras diferentes, como muestra la Figura 2-37: Caso a: Hacia un lado y otro en postes alternos, en este caso no llevan atirantado los postes donde la catenaria no queda descentrada. Caso b: Descentrada en todos los postes hacia un lado y otro alternativamente. Caso c: Descentrada en todos los postes, pero hacia el mismo lado, en caso de curvas de pequeño radio.

Figura 2-37

La práctica más habitual descarta actualmente el primer caso porque atirantándola en todos los postes queda más sujeta lateralmente y por lo tanto es menos sensible a desplazamientos por viento lateral.

En el tercer caso la buena práctica aconseja que los descentramientos hacia el interior de la curva, en medio del vano, (F2 en el esquema) sean algo menores que los hacia fuera. (F1 en el esquema) Las razones son las siguientes: • En medio del vano la catenaria queda menos sujeta que donde lleva atirantado. • Los trenes tienden a inclinarse hacia fuera en las curvas por la "souplesse" de sus suspensiones. Se fijará por lo tanto para F2 un valor un 20% menor que F1. Se desprende de lo expuesto hasta aquí que los valores correctos de F1 y F2 dependerán del radio de la curva y de la distancia a la que estén los postes (vano). Esta relación responderá a la siguiente fórmula basada en el teorema de Pitágoras:

En la que V es el vano R el radio de la curva y F los descentramientos. Si se obtuviese un resultado de V mayor que el vano máximo, habría que pasar a atirantar la catenaria como en el caso 2 de la Figura 637. Cabe aquí recordar que el eje de catenaria, a partir del cual se han de medir los descentramientos, es perpendicular a una línea que une los dos carriles por su piano de rodamiento (Figura 2-38). VARIACIÓN DE VANOS

Cuando por esta, u otra razón cualquiera, se tenga que proyectar un vano de longitud inferior al vano máximo calculado al inicio del proyecto, este vano más corto y sus péndolas se dimensionarán como se indica en la Figura 2-39.

Figura 2-39

Si el vano máximo estudiado o calculado al principio es el vano ABCD, el vano más corto será el EFGH de modo que la curvatura del sustentador no varíe, porque no han variado los parámetros de la ecuación que la generó. Las longitudes verticales o altura de catenaria, A- B, E-F, G-H, y C-D, han de tener siempre el mismo valor para que vanos de diferente longitud puedan acoplarse entre sí sucesivamente sin problemas. Es evidente que al variar la longitud del vano varía el número de péndolas, su longitud y posición. Algunas Administraciones sostienen que para mantener una homogeneidad elástica en las catenarias nunca debe pasarse de un vano largo a otro excesivamente corto y establecen límites a las diferencias de longitud entre un vano y el contiguo. Estas máximas diferencias suelen establecerse en 10 m generalmente, pero en casos más recientes se han reducido a 5 m y hasta 2 m en alta velocidad. Lo cierto es que no se ha hallado una justificación teórica suficiente para esta norma, que sin embargo, se acata escrupulosamente, se supone que por razones empíricas.. El descentramiento del cable sustentador se consigue simplemente descentrando las piezas de las que cuelga o en las que se apoya, mientras que el del hilo de contacto se descentra con la ayuda de brazos de atirantado. Ambas piezas, soporte de sustentador y brazo de atirantado, tienen que poderse correr transversalmente al eje de catenaria para poder así regular exactamente los descentramientos deseados.

BRAZOS DE ATIRANTADO Hay muchos modelos, por ello se hará una descripción grosso modo para luego analizar ¡as reacciones que pueden provocar en los hilos de contacto. En primer lugar se han de distinguir dos tipos: Con aislador para sujetarse en ménsulas con tensión de tierra. Sin aislador para sujetarse en ménsulas que están a tensión de catenaria. De esto último puede dar alguna idea la Figura 2-23 (tipos de ménsulas). Un brazo de atirantado muy corriente y unificado para las catenarias de ADIF a 3000 V c.c. v doble hilo de contacto es el de la Figura 240.

Consta de una varilla o tubo montado horizontalmente que por un extremo va sujeto al sustentador mediante dos péndolas dispuestas en "V" y por el otro al cuerpo de la ménsula con intermediación de un aislador. En el tubo horizontal se inserta una pieza de la que penden dos brazos de atirantado. Esta pieza puede desplazarse a la largo del tubo para regular cuanto se atirantan los hilos de contacto. En este dibujo el atirantado es hacia el poste. Si fuese hacia fuera del poste

todo sería similar, excepto que el tubo horizontal estaría anclado en el extremo opuesto al poste, es decir en la ménsula, y los dos brazos de atirantado, que siempre trabajan a la tracción, también. Otros brazos de atirantado son más simples, de una sola pieza, sujetos por un extremo a! hilo de contacto y por el otro a una ménsula o un pórtico, con o sin aislador (Figura 2-41). Cuando se atiranta un h. c. generalmente se hace con un determinado ángulo A (Fig. 2-41). Si el hilo tira en sentido opuesto al atirantado con una fuerza F3, la reacción será una fuerza de valor F1 que tiende a levantar el h. c. Es Importante que el valor de F1 sea pequeño porque.se sumará al empuje hacia arriba que ejerce el pantógrafo. Si el valor de esta suma es importante, al paso del pantógrafo, el hilo de contacto puede elevarse más de lo deseado.

En tramos de curvas de radio pequeño el hilo de contacto puede tirar mucho y la fuerza R tener un valor tal que eleve el hilo aún sin paso de pantógrafo pues a este hilo no lo tira hacia abajo más que su peso propio y éste es moderado. En tal caso habrá que colocar un brazo de atirantado como el de la fig. 2-41, pero con la articulación del extremo opuesto al hilo de contacto más baja que este hilo, para que la reacción F1 tenga sentido opuesto, hacia abajo. En tales casos habrá que dimensionar el brazo de atirantado y su posición cuidadosamente, para que la mesilla del pantógrafo no pueda Impactar con la articulación mencionada. Si se menciona esta posibilidad de montaje incorrecto, es porque se da algunas veces. REACCIONES DINÁMICAS

Estáticamente lo ideal sería equilibrar un brazo de atirantado de tal modo que su peso propio compensase la reacción F1. Dinámicamente esto puede no ser conveniente, si se sitúa en el hilo una masa inerte. Cuando un pantógrafo avanza, lo hace elevando el hilo de contacto en la medida en que se equilibran la elasticidad propia de la catenaria con e! empuje hacia arriba del pantógrafo. Cuando se inicia este movimiento hacia arriba se produce una aceleración vertical en la catenaria. A velocidades muy grandes de avance del pantógrafo, estas aceleraciones normalmente muy pequeñas pueden empezar a ser importantes, y para que no ¡o sean, conviene que las masas inertes puntuales solidarias con el hilo de contacto sean de la menor magnitud posible. Una de estas masas son los brazos de atirantado, y por lo anterior conviene que tengan el menor valor posible. Por ello, para las líneas de alta velocidad, se emplean en su construcción tubos de aleaciones de aluminio. En algún caso se ha llegado a exigir que su peso sea inferior a 1 Kg. CABLE DE GUARDA En toda electrificación, las superestructuras deben estar puestas a tierra, con excepción, por supuesto, de las partes que estén en tensión. A veces pueden exceptuarse también de esta regia los pequeños herrajes que queden en partes altas, como por ejemplo un herraje de suspensión colocado en la clave de un túnel. Las puestas a tierra pueden ser directas o indirectas, en los casos en que esto se haga a través de picas en el terreno o conectadas al retorno por los carriles.

No es propósito de esta publicación estudiar las consecuencias eléctricas de una modalidad u otra, sino la forma material de colocar las tierras. Antes cada poste de catenaria se dotaba de una puesta a tierra individual materializada en una pica hincada junto a su cimentación. En la actualidad, la práctica común es unir todos los postes con un cable de tierra llamado también cable de guarda. Este cable llevará a intervalos regulares unas tomas de tierra más cuidadosamente resueltas que en el caso anterior, de una simple pica. El cable de guarda se suele tender por la parte exterior de los postes y a una altura siempre algo superior a la del hilo de contacto. Aparte de su justificación eléctrica, el hecho de unir todos los postes con un cable de acero o de aluminio-acero, les otorgará una mayor resistencia a flexionarse en sentido paralelo a la vía, que es el sentido en el que los postes suelen tener menor resistencia. Igualmente un cable de guarda tendido entre pórticos rígidos o semirrígidos puede aumentar la capacidad de éstos para aguantar el tirón de una catenaria enganchada en un pantógrafo, y así lograr que el pórtico continúe soportando otras catenarias. El cable de guarda tradicionalmente utilizado en España es un cable de acero galvanizado de 7 hilos que suman 60 mm 2 de sección, aunque últimamente se estén prefiriendo cables de aluminio-acero. ALTURAS DEL HILO DE

CONTACTO

No deben confundirse los términos de 'altura del hilo de contacto que es la altura a la que se suspenden los hilos de contacto respecto al plano de rodadura, con la altura de catenaria' que es la distancia vertical con que se separan los ejes de los hilos de contacto respecto al cable sustentador donde ésta es mayor, es decir, entre dos vanos, en la suspensión.

Evidentemente, la altura a la que se situarán los hilos de contacto sobre el plano de rodadura estará limitada por las alturas máxima y mínima a la que pueden trabajar los pantógrafos. La altura máxima posible es a la que deben colocarse los hilos donde hay pasos a nivel. Generalmente 6 m. La mínima, cuando haya obstáculos por encima de la vía. Puentes, túneles, etc. que pueden datar de antes de la electrificación (en España 4,60 m). Se habrá de escoger una altura intermedia entre estas dos que se considere como altura normal para tender las catenarias donde no concurran los anteriores supuestos (en España, 5,38 m). Si en toda una línea no hay pasos a nivel, como las de Metro o las de Alta Velocidad, por ejemplo, no habrá altura máxima, sino solo normal y mínima. Cuando haya obstáculos por encima que puedan obligar a bajar la catenaria, si son estrechos, se procurará que queden en medio de un vano, que es donde el sustentador está más bajo. Algunas formas de pasar bajo un obstáculo bajo podemos verlas en la Figura 2-42.

Cuando un obstáculo es más largo que una fracción de vano, como puede ser el caso de un túnel la forma de colocar las catenarias puede requerir otras soluciones. Si el túnel es corto, menor de 100 m por ejemplo, es conveniente que la catenaria siga siendo compensada, y por ello el sustentador se colgará de ruedas acanaladas que permitan su deslizamiento longitudinal, caso similar al de la Figura 2-25. Cuando un túnel tenga mayor longitud no será necesario instalar una catenaria compensada puesto que dentro de él las variaciones de temperatura serán pequeñas y además estas no aumentarán por reflejo solar. En estos casos habrán de colocarse seccionamientos a la entrada y a la salida del túnel para pasar de catenaria compensada a no compensada y viceversa. Otra posibilidad es anclar el sustentador de la parte exterior en la boca del túnel y, a efectos de replanteo exterior considerar la boca del túnel como punto fijo. La falta de espacio vertical en un túnel puede obligar a concebir una catenaria de menor "altura de catenaria" que la originalmente concebida. Si se mantienen, como es de desear, las características originalmente adoptadas para ésta, tensión en el sustentador, etc. podrá reducirse la altura acortando los vanos (Figura 2-43)

Si el vano máximo originalmente adoptado es el ABCD, el vano EFGH es un nuevo vano más corto y de catenaria de menos altura, pero las características de la curva catenaria se mantienen. Siguiendo este principio las catenarias españolas tienen normalizadas alturas de: -1400 mm (vano normal máximo de 60 m). 853 mm (y vano máx. de 45 m). 452 mm (y vano máx. de 30 m). 263 mm (y vano máx. de 20 m). Excepcionalmente altura de 219 mm.

Para pasar de una catenaria de la altura máxima proyectada a otra de menor altura, se seguirá el principio anteriormente mencionado de no variar las características de la curva catenaria originalmente adoptada. Puede verse en la Figura 2-43 que si ABCD es el vano máximo proyectado, ABGH puede ser un vano de transición donde varían las alturas de catenaria, correspondiendo AB, a los vanos de altura normal y GH a los cortos y de altura reducida dentro del túnel. De esta manera la curva del sustentador no ha variado, y por lo tanto tampoco su tensión de tracción. Dentro de! túnel, donde la catenaria ha de mantener su poca altura para caber, los vanos tendrán todos las dimensiones EFGH. Se ha de recordar, no obstante, que los vanos de transición en altura tendrán una longitud fija que será función de la mencionada reducción. Si no se dispusiese de una herramienta informática para calcular los vanos de las figuras 32 y 33 esto puede hacerse fácilmente si en un papel milimetrado se dibuja la curva catenaria adoptada según la fórmula de la parábola, y a continuación en un papel transparente e1 vano deseado completo, excepto el sustentador. Haciendo deslizar el papel transparente sobre la parábola (o sustentador) se encontrarán fácilmente los puntos de coincidencia y SE podrán medir las longitudes de péndolas necesarias para ese vano. Puesto que en este apartado se han mencionado los túneles, cabría agregar que la: catenarias dentro de túneles no se compensan a causa de las pequeñas variaciones de temperatura que allí se producen. En aras de la máxima perfección, si se hace en las línea: de Alta Velocidad. Cuando se desee cambiar la altura de los hilos de contacto respecto a la vía, se recomienda no hacer variaciones que superen el 2 por mil de la distancia, o el 3 por mil pero con vanos intermedios que no varíen más que el 1,5 por mil. TIRANTES DE ANCLAJE

En varias partes de esta publicación se ha mencionado la poca resistencia que tienen los postes en sentido paralelo a la vía. Siempre que a un poste se le someta a un esfuerzo suplementario en tal dirección deberá datársele de un tirante de anclaje para que lo pueda soportar. Estos tirantes se colocarán entre el punto del poste que está

soportando el esfuerzo excepcional y el terreno, donde ha de anclar en un macizo de hormigón a propósito. El tirante se colocará formando un ángulo de aproximadamente 45° entre el poste y el suelo, y estará formado por un redondo de acero laminado, normalmente de 25 mm. Los macizos donde ancla el tirante suelen tener dimensiones normalizadas, de igual modo que los de cimentación de postes. Tirantes y macizos de anclaje han de colocarse en todos los postes que soporten un esfuerzo extra longitudinal a la vía, tanto si se trata de! anclaje de una cola de catenaria como el de un cable de guarda, anclaje de feeders, etc. Cuando este tirante no pueda colocarse por cualquier razón, estética (estar en un andén) o la existencia de un obstáculo cualquiera, podrá remplazarse por un poste colocado de modo que su mayor resistencia esté en dirección paralela a la vía. En casos en que la tensión que ha de soportar el poste sea muy importante, es usual colocar dos de estos tirantes paralelos entre sí, uno bajo el otro. Cuando por razones de montaje se necesite un tirante que luego no hará falta, se recurre generalmente a atar mediante un cable la parte del poste que recibe el esfuerzo, y este cable se sujeta por su otro extremo a la base be! poste más próximo.

PEQUEÑO MATERIAL:

GRIFAS Cuando el nivel de desarrollo del proyecto haya superado lo expuesto hasta aquí, ha ¡legado el momento en que es necesario resolver detalles de montaje y tener perfectamente definidas las piezas que se utilizarán para unir cables e hilos, para aislarlos, pendolarios, etc. Muchos de los accesorios necesarios podrán encontrarse en el comercio, especialmente aisladores, grifas, seccionadores, auto válvulas y pararrayos, preformados, aprieta hilos, etc., todos ellos empleados en líneas aéreas de distribución en alta tensión. No obstante un cierto número de piezas serán específicas para catenarias ferroviarias, especialmente ¡as relacionados con el hilo de contacto. Para dar una idea de ¡a variedad de piezas posibles, en la Figura 2-44 se han representado distintos tipos de grifas de péndola.

Para las demás no exclusivamente ferroviarias existirán catálogos y servicios de venta y asesoramiento a los que recurrir. Son específicamente ferroviarias las siguientes piezas: • Las grifas a utilizar para unir un hilo de contacto con una péndola. • Las grifas a utilizar para unir un hilo de contacto con un brazo de atirantado. • Las piezas necesarias para empalmar dos hilos de contacto entre sí. • Las piezas necesarias para traccionar un hilo de contacto por sus extremos (empalmar hilo de contacto con cable de acero). Otras piezas pueden existir en el comercio o quizás no, como puede ser el caso de las que se relacionen con el cable sustentador. PÉNDOLAS Como se sabe, sujetan el hito de contacto a partir el cable sustentador. Las hay de varios tipos: Fijas, rígidas, articuladas, y las llamadas "equipotenciales" (Figura 2-45). Las fijas están constituidas por un trozo de fleje de acero o cobre y trabajan tanto a ¡a tracción como a la compresión. Puesto que io que se pide a una péndola es que sujete al hilo por tracción, este tipo de péndola ya casi no se usa. Las rígidas consisten en un alambre de cobre, doble que da una media vuelta a! cable sustentador y se sujeta por sus dos extremos inferiores al hilo de contacto mediante una grifa. Se utilizan para longitudes cortas entre hilo y sustentador (alambre generalmente de 5 mm). Limitan la separación entre hilo de contacto y sustentador, pero no la reducción de ésta. Las articuladas son hechas con el mismo material que las anteriores, pero con una o más articulaciones. Se utilizan cuando han de ser más Figura 2-44: Grifas péndola a hilo de contacto (<

largas que las anteriores (+ de 600 mm).

Las equipotenciales (también llamadas flexibles) se llaman así porque facilitan el paso de la corriente entre sustentador e hilo de contacto. Evitan así tener que unir eléctricamente estos dos conductores a intervalos regulares. Están construidas con un cable extra flexible de cobré de 12 mm2 de sección, en España, y mediante dos latiguillos que sobresalen por sus extremos se garantiza un buen contacto con sustentador e hilo de contacto y gracias a ello se ha podido prescindir, como se ha dicho, de los puentes que antes se tenían que colocar cada 3 ó 4 vanos para asegurar tal contacto. Estas péndolas son las más utilizadas en la actualidad. Las péndolas se fabrican en obra y a distintas longitudes según e! vano a! que van destinadas. Una vez construidas se atan en un paquete y se les coloca una etiqueta que indique claramente para que vano están confeccionadas, o en su defecto para que longitud de vano y qué altura de catenaria. Si están previstas para vanos excepcionales como pueden ser lo de transición, elevación, etc. no suelen hacerse anticipadamente sino para el vano en cuestión. El hecho de suministrarías para su montaje en paquetes con las longitudes y cantidad controlada suele facilitar la labor de quienes las colocan y además evita errores y confusiones. Las de varilla de cobre requieren para hacerse un utillaje relativamente complejo, mientras que las flexibles precisan una herramienta muy simple. AISLADORES

Los aisladores en genera! suelen, ser principalmente de tres materiales: vidrio, cerámica y resinas sintéticas. En lo que se refiere a los aisladores empleados en catenarias hay que distinguir ios que están destinados a trabajar a tracción, y los que lo están a compresión. Por lo general y salvo algunas excepciones, en cuanto a los aisladores que están destinados a trabajar a tracción, suelen escogerse ¡os que existen y son utilizados en líneas de alta tensión. Son fabricados en grandes series, lo que abarata su precio. Con ellos se pueden formar cadenas de más o menos elementos en función de la tensión, y elegir el tamaño de los elementos en función de los

esfuerzos de tracción que han de soportar. Además existen infinidad de accesorios para componer tales cadenas y empalmarlas a cables y herrajes. La opción entre vidrio o cerámica estará decidida más que nada por coste pues no existen claras ventajas de un material respecto a otro. Los aisladores que trabajan a la compresión muchas veces tienen que ser fabricados especialmente para aplicaciones en catenaria, pues en líneas de alta no es frecuente su uso. En las ménsulas aisladas del poste siempre ha de ser colocado uno de estos aisladores. Generalmente suelen ser cerámicos. Existen también aisladores de resinas sintéticas. Estos se emplean cuando han de tener formas determinadas o han de ser parte de un aparato, pues pueden moldearse con formas especiales y con mayor precisión que los anteriores. Una cuarta familia podría ser la de los aisladores de fibra de vidrio, que son utilizados cuando es preciso transmitir grandes esfuerzos de tracción mediante un elemento aislante de poco peso y no voluminoso. En cuanto a los cables aislantes cabe indicar que se trata de cables de fibras de kevlar u otras similares que pueden soportar importantes tracciones pero no conducen la electricidad. Su empleo es bastante reciente. Estos cables se utilizan sobre todo en instalaciones tranviarias, cuando hay que sujetar catenarias o hilos de contacto pero se desea disimular en lo posible su presencia, por lo que no conviene que haya objetos voluminosos (como los aisladores) colgando de los cables aéreos en zona urbana. En la Figura 2-46 se han reproducido aisladores utilizados en ¡as catenarias españolas.

Figura 2-46: Aisladores

Los a), c), y e), son aisladores cerámicos destinados a trabajar a tracción. El b) es un aislador triple que trabaja sosteniendo el sustentador en su parte central mientras es sujeto por sus extremos, se llama en argot "diábolo". Trabaja por lo tanto a flexión, por lo que su eje es de acero. El d) esta concebido para soportar un sustentador en cabeza. Los g) y h) trabajan a compresión, mientras que los f) y j) son de fibra de vidrio para trabajar a tracción. Por último, el i) es un vulgar aislador cerámico de los llamados de "nuez" destinados a aislar Un cable de acero por cualquier punto.

AISLADORES DE SECCION En la electrificación de una línea férrea cualquiera se suelen presentar casos en los que es necesario aislar en una catenaria un tramo del siguiente, sin disponer de una distancia suficiente como para poder montar un seccionamiento. Estos casos suelen darse en: • Las diagonales o escapes de una vía doble, • Vías destinadas a cargar mercancías, donde conviene dejar sin tensión la catenaria si se va a utilizar una grúa para la carga. • Vías de talleres, donde algunas catenarias deben dejarse sin tensión para poder trabajar en los techos de los vehículos, etc. En todos estos casos y otros muchos que podrían presentarse se intercalará en ei hilo de contacto un aislador de sección, que es un aislador que puede ser recorrido por un pantógrafo por su parte inferior. Para ello el aislador de sección ha de ofrecer por su parte Inferior un piano que el pantógrafo pueda recorrer sin topar con ningún obstáculo. Por supuesto que por encima de este aislador debe haber otro que interrumpa también el paso de! fluido eléctrico por el sustentador. Este puede ser un aislador corriente, aunque generalmente se opta por un aislador de poco peso, de fibra de vidrio, para alterar mínimamente la curva catenaria. Existen varios tipos de aisladores de sección, generalmente concebidos por

diferentes fabricantes de material para catenarias y posteriormente aprobados por las Administraciones Ferroviarias. Es importante que en los aisladores de sección que, cuando la mesilla del pantógrafo deje de hacer contacto con uno de los extremos electrificados,Deje de hacerlo contra una parte del aparato de fácil sustitución, un trozo de hilo de contacto por ejemplo, pues es allí donde se formarán los arcos voltaicos y por ende esta pieza será de duración limitada. En la Fotografía 2-47 puede verse un aislador de sección (A/S) montado en una catenaria. Fotografía nº 2-47: Aislador de sección

MONTAJE/EQUIPOS Una vez terminado un proyecto comienza la fase de ejecución, que a su vez empieza con un replanteo en cuyos detalles no es necesario entrar por ser tal operación de soty; conocida por los técnicos a quien va dirigida esta publicación. Baste decir que lo habitual e ir escribiendo en el alma del carril del lado donde han de excavarse los macizos, el tipo CE macizo y la señal de su posición exacta a lo largo de la vía. Materialmente la obra comenzará por la excavación para las cimentaciones. La máquina ideal para esta labor será una retroexcavadora sobre neumáticos dotada de dyploris para poder desplazarse por la vía, si ésta existe ya. Esta máquina podrá depositar tierra excavada en un remolque con bordes si no pudiese esparcirla en las proximidades de la vía (Fotografía 2-48).

Fotografía n° 2-48: Retroexcavadora con dyploris

Una vez concluidos los huecos para las cimentaciones deberán comenzar las operaciones para el hormigonado de éstas, pero no

debe pasar mucho tiempo entre la excavación y el hormigonado pues las excavaciones de bordes verticales se deterioran rápidamente, sobre todo si el tiempo resulta inclemente. Las formas de hormigonar variarán si hay vía o si ésta todavía no se ha montado, si e hormigón se transporta en contenedores sin movimiento o en mezcladoras, por lo que puede hacerse a mayor distancia. Las circunstancias del lugar y el momento serán las que decidan. En la Fotografía 2-49 puede verse una hormigonera sobre vagón. En lo que si conviene hacer hincapié es que el posicionamiento de las cimentaciones ha de ser lo más cuidadoso posible, pues de la calidad de su geometría dependerá la de toda la instalación. La parte de hormigón sobresaliente de las excavaciones deberá ser encofrada. Si los postes han de ser embebidos en el macizo habrán de sujetarse en su posición mediante

complicados utillajes mientras se vierte el hormigón o, más corrientemente, se construirá un macizo con un"noyo" o encofrado interior para dejar un hueco vacío en la cimentación en el que colocar el poste y fijarlo posteriormente mediante un nuevo hormigón después de nivelarlo y aplomarlo con precisión.

INCLUDEPICTURE "H:\\..\\Desktop\\media\\image2.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "H:\\..\\Desktop\\media\\image2.jpeg" \* MERGEFORMATINET

Si la colocar

idea es la de postes atornillados a los macizos, se habrá de disponer de Fotografía n° 2-49 un laje que fije la posición de los pernos antes de verter el hormigón. Este utillaje tendrá que

darse en el suelo, en los bordes de la excavación, y mantendrá los pernos en una posición: al que permita que éstos queden embebidos en el hormigón del macizo. Para algunas obras de gran envergadura se han utilizado incluso trenes que son una danta completa de hormigón, con silos para el cemento y los áridos, tanques para el: gua, dosificadores y una mezcladora de la que se vierte directamente el hormigón en las e «lavaciones para los macizos. Una vez terminadas las cimentaciones la operación 5 siguiente será el reparto, izado y aplomado de los postesEl reparto puede hacerse desde un tren de plataformas, dejando los postes al costado de la vía. Para el izado y plomado podrá utilizarse una grúa sobre neumáticos: abre plataforma ferroviaria o rodando sobre carriles mediante dyploris. Esto dependerá de los tiempos de corte de que se disponga, pues una grúa sobre plataforma ferroviaria tarda menos tiempo en llegar al tajo y en coartarse que si se desplaza por medios propios. En la Ortografía 2-50 puede verse una grúa como la mencionada izando un poste. Operación siguiente consistirá en tender y fijar el cable de guarda. Puesto que este va por la parte de fuera de los

Fotografía nº 2-50

postes, esta operación puede hacerse de varias maneras. Una de ellas es remolcando una bobina de este cable por el campo paralelo a la vía si hubiese lugar para ello. Otra es des: - una bobina fija tirando del cable por punta. También se puede tirar de él por punta pe desde un vehículo circulando por la vía, en cuyo caso es necesario desenganchar el cable de tiro frente a cada poste para poder pasarlo por detrás. Siempre que se tienda un cabe de guarda por punta habrá que utilizar poleas para proteger su galvanizado o su superficie exterior de daños por roces. Es importante que en los postes donde comienza o termina el tendido del cable es guarda estén ya colocados los tirantes de anclaje. En caso contrario habrá que colocar ur: provisional.

Las siguientes operaciones de montaje, que pueden ser las que a continuación se señale' no importando demasiado en qué orden se ejecuten. Dependerá de la disponibilidad CE materiales, vehículos de montaje y operarios especializados en el momento de hacerlo. La: más importantes, entre otras, son: • Montaje de tirantes de anclaje. • " " ménsulas. • " " pórticos. • " " equipos de contrapeso. • " " seccionadores • " " pararrayos. • " " tomas de tierra, etc.

Se debe recordar que cuando se hayan montado las ménsulas, éstas deben ser frenada; provisionalmente en su movimiento de giro alrededor del poste, con alguna pieza c artilugio que luego se retirará, pues, de no ser así, antes de que se hayan tendido los cable; de la catenaria, el viento puede jugar con ellas hasta producirles algún daño, además de dificultar el tendido de cables. En la Fotografía 2-51 puede verse como desde un camión adaptado a circular por vía, se están montando ménsulas.

Después de todo esto puede seguirse con otras operaciones que éstas si deben seguir cierto orden. Estas serán: • • • • • • • •

Montaje de puntos fijos. " " equipos de contrapeso o compensación. Tendido del cable sustentador. " " o los hilos de contacto. Pendolado. Montaje de los brazos de atirantado. Orientación de las ménsulas. Afinados.

Por orientación de las ménsulas debe entenderse colocarlas, respecto a la catenaria, en un punto tal en el que su movimiento de giro, el que acompaña los alargamientos y acortamientos de la catenaria debidos a su dilatación, sea igual hacia un lado para la temperatura considerada como límite de frío, como hacia el otro lado con la considerada como límite de calor. Para el cálculo de esta posición se dispondrá de tablas en las que se considere tanto la temperatura ambiente en el momento de la orientación, como la distancia al punto fijo de la ménsula que se esté orientando. La altura de los contrapesos de los equipos de compensación también han de regularse con los mismos criterios. Por"afinados"suelen entenderse todas las tareas de comprobación de la obra ejecutada, incluso regulaciones en altura y descentramiento, con especial cuidado en las agujas aéreas. -

Las máquinas y equipos más necesarios para una electrificación, en una breve reseña, pueden ser las siguientes: Para excavar los macizos: Una retroexcavadora sobre neumáticos dotada de dyploris para poder circular sobre vía. Una vagoneta con bordes para poder retirar de la vía las tierras de la excavación, en caso de no ser posible esparcirlas junto a la excavación. La misma retroexcavadora puede emolcarla.

Para hormigonar los macizos: El aparato más útil será una mezcladora montada sobre vagón o dyploris para poder meter el hormigón en los hoyos. En caso de tratarse de una vía con gran accesibilidad, estos podrán hormigonarse directamente desde el camión hormigonera que lo sirve desde la danta. Lo mismo si se hacen obras de electrificación antes de montar la vía. -

Para izar y aplomar los postes: La misma retroexcavadora utilizada para excavar los macizos, pero utilizada como grúa.

- Para tender catenarias: El equipo más simple puede estar compuesto por: • Una vagoneta dotada de porta bobinas con freno regulable. • Un castillete para elevar el cable que se está desenrollando y

transportar a los operar :B que van colocando tal cable en sus soportes, que pueden ser definitivos o provisionales • Un vehículo motorizado que pueda dar tracción a los dos anteriores. Un equipo más sofisticado puede tender de una vez todos los cables que componer catenaria, y hacerlo con una tensión predeterminada, además de soltar los cables en altura que facilite al máximo su colocación en las ménsulas. En la Fotografía 2-52 puede verse una vagoneta a la que se le han adaptado dos porta-bobinas con freno. Puede transportar los equipos a montar y además disponen de cesta y grúa.

Fotografía n° 2-52 - Para pendolar: Puede bastar con una escalera en forma de V invertida. En la proximidad del vértice pueden estar de pié o sentarse dos operarios tal como se ve en la Fotografía 2-53. Además lleva ruedas en su parte inferior para poder desplazarse por la vía. Otros equipos pueden preferir un castillete ligero. Estos vehículos suelen estar preparados para que dos o a lo sumo tres operarios puedan descarrilarlos y apartarlos al final de la jornada o si ha de pasar un tren. Puesto que con estos equipos tan simples se necesitan tres hombres, dos para trabajar arriba pendolando, y uno para ir empujándolo por la vía de péndola en péndola, algunos fabricantes los han desarrollado con movimiento eléctrico con baterías con lo que puede sustituirse el operario que empuja. De todas maneras cualquier vehículo dotado de castillete puede servir para esta labor

Fotografía n° 2-53: Escalera para pendolar

Comprobaciones y ajustes: El aparato que más ayuda a dejar una catenaria en óptimas condiciones es el pantógrafo de medir. Es un instrumento que, apoyándose sobre ambos carriles de la vía permite leer la altura de los hilos de contacto y su descentramiento. Suele ser de madera, pero como estos resultan un poco pesados y por lo tanto molestos de transportar, se han hecho también de aluminio o fibras sintéticas. Es primordial que sean aislantes para poder hacer mediciones en catenarias en tensión. También es conveniente que no shunten (Figura 254). También los hay ópticos, miden con igual precisión, aunque algunos operarios prefieren los de madera pues dicen que más fácil equivocarse con los ópticos. También pueden construirse con un medidor de distancia láser (altura) desplazándose por una regla graduada apoyada sobre los dos carriles (descentramientos). La breve descripción de todos estos equipos requiere insistir en una medida de seguridad: todo aparato capaz de llevar hombres a altura de catenaria debe estar aislado de la vía, aunque no sea para trabajar en tensión. Si, aunque con todas las precauciones tomadas, puestas a tierra, seccionadores con candado y picas a tierra o carril, en un tajo ejano se realiza una maniobra torpe o equivocada que ponga en tensión la catenaria, los aisladores de castillete resultarán ser el último eslabón de

la cadena de protecciones para los operarios que estén tocando la catenaria. Para que esto sea así, se vigilará que tampoco haya ningún vínculo conductor entre la parte aislada y la no aislada, como por ejemplo el cable de una portátil, o algo similar. El montaje de una electrificación tiene también un importante porcentaje de trabajo en

taller, desde la fabricación de péndolas, al montaje de conjuntos o pre-montaje de para labor que se realiza con mayor comodidad y rendimiento en taller, más que en la vía.

CATENARIA RIGIDA OBJETO A continuación se tratan las características de la llamada "catenaria rígida “indicando en qué casos es ventajoso su empleo y en qué casos no lo es. También se establecen unas reglas de correcto replanteo y montaje o "normativas", aunque nno se deba darle tal nombre por no estar oficializadas, pero, en realidad es lo que son.

La catenaria rígida tiene el propósito de conseguir una instalación óptima en su rendimiento y mínima en cuanto a sus necesidades de mantenimiento.

Antecedentes

La primera instalación completa, es decir de un tramo que incluía varias estaciones e "istalaciones diversas, de catenaria rígida realizada en España, se hizo en 1992 en el tramo 5agrada Familia - Paralelo de la línea 2 del FCMB (Ferrocarril Metropolitano de Barcelona). Es de destacar que el éxito de esta instalación, en cuanto a minimizar necesidades de -antenimiento y reducción de averías, ha sido tal, que a partir de este primer montaje -je pasándose a este sistema la electrificación de la totalidad de las líneas de Metro de :Brcelona. Hoy ya son un recuerdo los demás sistemas de electrificación existentes hasta Entonces en este ferrocarril: Mediante un tercer carril Vignole en la línea 1, mediante catenaria convencional en la línea 4 y mediante un tercer carril especial de aluminio/acero ti el resto de las líneas. Posteriormente el sistema fue adoptándose en otros Ferrocarriles Metropolitanos de España, en tranvías, y en ADIF y FEVE, etcétera. En la actualidad se han pasado a este sistema codas las líneas de ADIF que pasan soterradas por Barcelona, incluso las de Alta Velocidad. El perfil de catenaria rígida y sus accesorios estaban amparados por patentes a favor de 3 firma francesa Delachaux, en 1992, cuando se instaló en la línea 2. Poco tiempo después a es patentes prescribieron y hoy se fabrica en otros países, incluso España.

Metro de Madrid creó su propio perfil de aluminio, que está instalando en sus líneas. La tecnología de catenaria rígida es válida cuando sobre las vías a electrificar hay un •echo, ya sea por estar dentro de un túnel o en un soterramiento, y en tales casos son muy - ^merosas sus ventajas. No es válida, en cambio, para ser instalada en tramos que discurren aire libre por exigir ser soportada cada 12 metros.

Tecnología

La catenaria rígida se basa en un perfil de una aleación de aluminio construido por - E'usión, en el que se ha estudiado una sección que otorgue el mayor momento de inercia EN cal y un cierto valor suficiente para el momento de inercia horizontal, compatibles i-oos con una razonable sección transversal. Este perfil está abierto por su parte inferior. Las aristas de esta abertura están dispuestas

en forma de tenaza de tal manera que entre ellas puede colocarse un hilo de contacto ne cobre de una sección de las normalmente usadas en catenaria.

Esos bordes o aristas encajan en las dos ranuras de las que van provistos los hilos cfc contacto. El perfil de aluminio ejerce contra el hilo una determinada presión (Figura 2-55

INCLUDEPICTUR E "H:\\..\\Desktop\\ media\\image8.jp eg" \* MERGEFORMATIN ET INCLUDEPICTURE "H:\\..\\Desktop\\ media\\image8.jp eg" \* MERGEFORMATIN ET

INCLUDEPICT URE "H:\\..\\Deskto p\\media\\ima ge9.jpeg" \* MERGEFORMA TINET INCLUDEPICT URE "H:\\..\\Deskto p\\media\\ima ge9.jpeg" \* MERGEFORMA TINET

Perfil + hilo de contacto Perfil + bridas de empalme.

Este perfil tiene en su parte inferior y a cada lado, unos salientes que forman un camir: de rodadura para un carrito. En su parte inferior estos salientes tienen unas ranuras pe las que ruedan unas poleas, del mencionado carrito, destinadas a separar las aristas que aprisionan el hilo de contacto.

Este carrito es, por lo tanto, una herramienta que se hace correr a lo largo del perfil de aluminio, y a medida que avanza separa las dos aristas de la anteriormente mencionad; tenaza. De esta manera, con su ayuda puede, o bien colocarse un hilo de contacto en e perfil de aluminio, o bien retirar uno desgastado para luego ser remplazado por otro nueve (Fotografía 2-56).

Para colocar el hilo de contacto este carrito se remolca por el mismo vehículo que lleva a bobina de hilo de contacto que se está instalando, y de esta manera queda colocado en un tiempo breve. El perfil, junto con el hilo de contacto, forma una viga que sujeta a intervalos regulares y se comporta como una viga hiperestática de múltiples apoyos.

VALORES MECANICOS

La viga mencionada anteriormente tendrá los siguientes valores mecánicos (sin el hilo de contacto): Sección transversal.........................................2214 mm2 • Peso por metro lineal.....................................5,8 Kg/m • Momento de inercia x - x.................................339 cm4 • Momento de inercia y - y.................................113 cm4 • Módulo resistente (W) x - x..............................67,3 cm3 • Modulo resistente (W) y - y 26,6 cm3 • Módulo de elástico...................................69000 N/mm2 •............................................................................ Coeficiente dilatación....................................................0,0000238 •Tensión máxima de trabajo.............................160 N/mm2

de

El perfil de aluminio y su hilo de contacto se han de colocar entonces en la misma oosición en la que se colocaría el hilo de contacto de una catenaria convencional, es decir, .-obre la vía que se desea electrificar y a la altura necesaria para ser palpado correctamente oor el pantógrafo de los trenes. El perfil de aluminio se comercializa en barras de 12 m de longitud, excepcionalmente ;e fabrican también barras de 14 m para, cortándolas a medida, poder corregir pequeños errores que se hayan podido ir acumulando entre distintos tramos. Para que las flechas que se producen en una instalación de catenaria rígida estén :entro de valores aceptables, los soportes de los que ha de ser suspendido el perfil han de :olocarse separados un máximo de 12 m, es decir uno por barra. Las barras se unen unas a : tras mediante bridas que van colocadas por su parte interior.

Puesto que, como ya se dijo, las barras embridadas sucesivamente forman una viga ; jjeta por sus soportes a intervalos regulares, es decir hiperestática, sus momentos flectores -láximos se producen con valor negativo en los puntos de sujeción, y con valor positivo en la parte media entre de dos soportes. Las bridas de unión entre barras es aconsejable entonces que queden en el lugar donde los momentos cambian de signo, es decir donde las: bridas no tiene ningún momento flector. Esto se produce a aproximadamente 3,5 m a ambos todos de cada soporte para las barras de 12 m. Se calcula que cumpliendo todos estos requisitos, más los expuestos en las condiciones: de montaje y replanteo que siguen, se logra una correcta captación hasta velocidades de

120 Km/h. Sin embargo el sistema puede adaptarse a velocidades mucho mayores incorporándole soportes con cierto grado de elasticidad y otras mejoras. Por lo descrito hasta aquí, sobre todo en cuanto a la necesidad de colocar un soporto cada 12 m, ha quedado en evidencia que este es un sistema de electrificación solo apto paro instalar cuando sobre las vías hay un techo del que colgar los soportes, y muy poco apt: cuando las vías están al aire libre. Sin embargo, cuando tal techo existe, este sistema de electrificación ofrece grandeo ventajas comparadas con una catenaria convencional, como se apunta a continuación.

Ventajas del Sistema 1) Reducción de gálibo en altura. En las catenarias normales se ha de contar con: a) La curva que adopta el cable sustentador, a la cual se habrá de agregar la longitud de la péndola mínima. b) Una cierta tolerancia en la distancia de aislamiento de aire, por tratarse de un sistema flexible. c) La altura necesaria para instalar el herraje de suspensión. Por todo ello la altura necesaria de obra civil a sumar a la cota mínima de captación del pantógrafo, suele rondar los 450 mm.

La catenaria rígida, para su instalación sin problemas, no exige más que 250 mm.

Esta diferencia puede significar un ahorro en obra civil en túneles y soterramientos, o poder electrificar obras existentes de gálibo escaso. 2) Ausencia de colas y solapes. La rigidez del perfil de aluminio hace innecesarios los largos solapes de las catenarias convencionales en los seccionamientos y agujas aéreas y de las colas de anclaje, por lo que la instalación ofrece un aspecto mucho más limpio y sencillo. 3) Ausencia de esfuerzos de tracción. Al estar concebida la catenaria rígida como una viga sujeta a intervalos regulares, no necesita estar sometida a esfuerzos de tracción como las catenarias convencionales. No necesitará por lo tanto herrajes capaces de soportar tales esfuerzos ni los transmitirá a la obra civil. Las fuerzas actuantes no serán más que las debidas a su peso propio. 4) Mantenimiento reducido.

El único elemento de estas catenarias sometido a rozamiento, y por lo tanto a desgaste,

es el hilo de contacto. Si fuese necesario remplazado, esta operación puede realizarse mecánicamente, a una velocidad de 3 ó 4 Km/h. El hilo nuevo quedará estrictamente en la misma posición en la que se encontraba el remplazado y por ello no serán necesarios ajustes oosteriores. Tampoco habrá sido necesario, en comparación con una catenaria convencional, quitar. Volver a colocar: -Todas las grifas de las péndolas. -Todos los brazos de atirantado. - Las fijaciones de sus colas. - Las conexiones eléctricas. - Destensar y volver a dar tense al hilo de contacto.

Cuando un hilo de contacto ha quedado dañado en una longitud o punto determinado, LDIO es necesario cambiar estrictamente la longitud dañada por un tramo de hilo nuevo. Cuando se hace necesario empalmar hilos de contacto no es necesario utilizar una grifa re empalme. El perfil de aluminio cumple esa función. En comparación con una catenaria convencional, esta operación resulta notablemente más económica en tiempo y en material. 5) Reducido número de piezas de recambio. Un sistema de captación por catenaria rígida corriente, como para una línea de metro o -anvía, estará constituido únicamente por las siguientes piezas: Grifa de soporte del perfil de aluminio. Perfil de aluminio. Bridas de empalme del perfil de aluminio. Hilo de contacto. Aislador (Modelo único). Conjunto de punto fijo. Grifas para conexiones con cables (Fotografía 2-57). - Grifas de tope. No es necesario destacar que tan reducido número re piezas, en comparación con las necesarias para e mantenimiento de una catenaria convencional, -

: mplifica notablemente la gestión y almacenamiento re piezas de recambio. No se incluyen en esta lista, naturalmente, los erros necesarios para construir los soportes de la ratenaria rígida en la obra civil. 6) Gran sección conductora.

La sección conductora del perfil de aluminio es de 2214 mm2. Si le aplicamos el .□eficiente reductor para hacerla equivalente, en conductividad, a una sección de cobre se rotendría el siguiente resultado: 2214x0,6488 = 1436,44. El perfil de catenaria rígida tendrá r'tonces, sumando a la cantidad anterior los 107 mm2 de un hilo de contacto, una equivalencia

en cobre de 1543,44 mm2 de sección. Esta sección resulta seis veces mayor que la de t. catenarias usadas antes en Metro, de un sustentador de 153 mm 2 + un hilo de contacto de 107 mm2 = 260 mm2.

Soportes Para poder sujetar fácilmente la catenaria rígida en una obra civil, y permitir su ajuste e' altura y los descentramientos necesarios para darle un trazado en zig-zag se ha creado un soporte que llamaremos "barra unificada + pinza". La barra unificada consiste en un trozo de perfil ángulo de 50 mm de ala con dos agujeros en sus extremos Este perfil se sujeta a la obra civil mediante dos varillas roscadas, si queda a mencf de 30 cm de ésta, o a un herraje si queda a más distancia. La barra siempre se coloca transversalmente y centrada con el eje de catenaria. Se puede regular en altura mediante las tuercas que la sujetan en las varillas roscadas. Estas pueden sujetarse en la obra ci\ mediante fijaciones químicas, o en un herraje con dos tuercas por varilla. La "pinza" está formada por dos piezas de plancha que se ajustan a la barra mediante tornillo y tuerca. Mediante su apriete puede fijarse en cualquier posición a lo largo de la barra, permitiendo descentramientos de hasta 250 mm para cada lado. Las pinzas presentan un agujero para fijar el aislador que sujeta el perfil de catenaria rígida, como puede verse en la Fotografía 2-58. Si la obra civil queda separada más de 30 cm de la barra unificada, será necesario colocar un soporte para sujetar esta barra. Podrán entonces construirse sencillas ménsulas o portiquillos de perfil laminado, generalmente "L" de 60 mm de ala. En estos herrajes se sujetarán las varillas roscadas de la barra unificada.

Cuando un herraje de sujección esté concebido como ménsula se sujetará su extremo en voladizo mediante dos tirantes en "V" para evitar que las dilataciones de la catenaria le puedan imprimir un movimiento de giro. En los túneles de doble vía en recta, los soportes de cada vía se colocarán enfrentados. En las curvas no, para poder mantener un módulo de 12 m entre soportes. Los soportes se volverán a colocar enfrentados en la recta siguiente intercalando un vano más corto en una de las catenarias. Los soportes, barra unificada y la pinza se galvanizarán por inmersión. La tornillería por electrólisis. Se puede admitir, para simplificar los trabajos, construir los herrajes mediante perfiles laminados previamente galvanizados. En tal caso solo quedarán sin recubrir por el baño la parte interior de los taladros y los extremos

Fotografía n° 2-58 cortados. No se admitirán soldaduras, solo se empleara tornilleria.

Puesta a tierra

Solamente se pondrán a tierra (o al carril) los herrajes de catenaria que queden al alcance de la mano de un hombre que camine por las vías (como por ejemplo el mando de un seccionador). No será necesario hacerlo con los herrajes de las partes altas.

Aisladores

Los aisladores serán los que suministre el fabricante de la catenaria rígida, de un único modelo. Incluirán un cono o "sombrero" para evitar que se deposite sobre ellos polvo que adjudique sus condiciones de aislamiento (Figura 2-59).

Figura 2-59

Grifas

De los aisladores penderán las grifas destinadas a sujetar el perfil de catenaria rígida Estas grifas podrán girar libremente según su eje vertical. No deberán apretar el perfil da aluminio para permitir a éste libertad en sus movimientos de dilatación, es más, deberá' tener, en sus superficies en contacto con el aluminio, unas almohadillas de un material de bajo coeficiente de rozamiento para facilitar dichas dilataciones (Figura 2-60).

Seccionamiento

Los seccionamientos son tramos en que un perfil de catenaria rígida se interrumpe y el siguiente se inicia, estando ambos solapados unos 4 m aproximadamente (Figura 2-61).

Con rc.HViíuie

Figura 2-61: Seccionamiento

Como los de catenaria convencional, pueden tener una o dos finalidades: 1) Siempre sirven para que los dos perfiles puedan dilatarse por su extremo libre. Si sólo tienen esta finalidad deberán ser puenteados para no constituir un impedimento al paso: en la corriente eléctrica. El puenteado entre una y otra barra se hará de tal forma que los es que las unan no supongan ninguna resistencia mecánica al movimiento longitudinal re dilatación. 2 La segunda finalidad puede ser la de aislamiento eléctrico. En tal caso serán en todo: 2 es a los anteriores, excepto en que no estarán puenteados. La finalidad, permitir: naciones, se dará en todos los casos. Cuando se replanteen estos seccionamientos, se determinará en primer lugar donde ircen colocarse los que aíslen un tramo de otro, lo que quedará determinado por el - : _ema eléctrico que se haya proyectado. El resto de los seccionamientos, es

decir los que : : Cenen la finalidad de permitir dilataciones, se replantearán de tal forma que la longitud rr de cada perfil de catenaria rígida entre extremos no supere los 252 m (21 barras de 12 - o que equivale a una distancia de 248 m entre ejes de seccionamiento. Los puntos fijos se colocarán en medio de cada tramo (Fotografía 2-62). _as barras de aluminio de los extremos de cada tramo entre seccionamientos serán reciales, pues tendrán una curva en el plano vertical para permitir una entrada o salida 5 . r. e del pantógrafo. Esta curva ha de venir hecha de fábrica. En los tramos solapados debe haber 4 soportes, dos por catenaria, y han de poderse regular independientemente en altura y alineación para poder suavizar al máximo el paso es pantógrafo de un tramo a otro. -

Fotografía n° 2-62: Punto fijo

Cuando entre dos seccionamientos no se de una longitud que sea múltiplo de 12 y pelo tanto haya que intercalar una barra más corta, no se colocará ninguna menor de 6 m. Sera preferible cortar dos para que puedan superar tal longitud. Se recomienda disponer en obra de más o menos un suministro de un 3 % de barras más largas, de 14 m, con el objeto de poder corregir cualquier error de replanteo, acumulador de pequeños desfases, o cualquier otra contingencia que pueda solucionarse intercalando una barra algo mayor de las corrientes de 12 m.

Curvas

Los perfiles de aluminio de catenaria rígida pueden seguir las curvas de la vía de hasta 120 m de radio sin ningún problema ni preparación. Cuando hayan de montarse con radios menores han de encargarse pre-curvados. Nunca conviene curvarlos"puntoa punto" porque pueden perder la fuerza de apriete que sujeta el hilo de contacto.

En los radios pequeños, es decir menores de 120 m, es muy posible que los soportes de la catenaria rígida colocados cada 12 m dejen el perfil de aluminio demasiado flexible verticalmente entre dichos soportes. En tal caso, se agregará un soporte intermedio, una vez comprobado lo antedicho.

AGUJAS AEREAS En las agujas aéreas, es decir sobre los desvíos, una barra de catenaria pasará de largo y otra tendrá su origen en ese lugar. Normalmente pasará de largo la correspondiente a la vía directa, y se originará en la aguja la correspondiente a la vía desviada. Para replantear correctamente una aguja, se procederá de la siguiente forma: El primer soporte de la barra que tiene allí su origen, se situará en el punto donde la vía desviada se haya separado 35 cm respecto a la directa (medidos entre caras activas), y centrado con la vía desviada. El segundo soporte se situará donde esta separación alcance 55 cm, también centrado con la vía desviada. En la barra que pasa de largo, los soportes se situarán al lado de los anteriores, un poco decalados para que no se estorben ente sí, y centrados respecto al eje de la vía directa. La barra que tiene su comienzo en la aguja tendrá rampa de entrada, como en los Leccionamientos. La barra que pasa de largo se descentrará respecto al eje de vía unos 150 o 200 mm hacia el lado de la barra que hace aguja. La barra de la desviada deberá quedar paralela a la que pasa de largo, separada unos 110 -im entre su origen y su primer soporte. Las barras de las agujas siempre irán puenteadas eléctricamente (Figura 2-63) WTOJ5mv

PUNTO 55 cm.

Figura 2-63: Replanteo aguja

221

Descentramientos Todos los soportes se colocarán de manera que el perfil laminado llamado "barra unificada" quede centrado con el eje del plano de rodadura. De esta manera permitirán e descentramlento hada ambos lados de la barra de catenaria rígida. Entre dos seccionamientos se contará el número de soportes y, cada 4 ó 5 más o menos se descentrarán uno para un lado y otro hacia el otro para darle así a la catenaria su zigzague: típico. Los soportes intermedios se centrarán procurando conseguir una línea recta entre e descentramiento hacia un lado y hacia el otro.

Hilo de contacto

La tarea de posicionar el hilo de contacto no se realizará hasta que no se hayan concluido en su totalidad las tareas de montaje del perfil de aluminio. Para evitar problemas de corrosión por electrólisis al contacto entre aluminio y cobre, las dos ranuras de sujeció" del hilo de contacto han de ir rellenas, en el momento de su colocación, de una grasa a propósito que previene este fenómeno. Se inyecta a través de un manguito especial pe' dentro del cual se hace pasar el hilo de contacto. Este manguito precede el carro que incrusta o posiciona el hilo en el perfil. El fabricante de la catenaria rígida puede suministrar los manguitos, los equipos de impulsar la grasa, y la grasa especifica para esta operación (Figura 2-64).

Generalidades Finalmente, se desea en este apartado dejar constancia de algunas precauciones a tomar, y también de otras formas o posibilidades de utilización de la catenaria rígida: Es necesario prever un elemento bimetálico (arandela, manguito, etc.) en todas las conexiones eléctricas entre aluminio y cobre. Si bien se ha dicho que la catenaria rígida explicada hasta aquí permite velocidades de hasta 120 Km/h, puede haber otras formas de montaje que permitan velocidades superiores, a base de suspender el perfil de brazos articulados elásticos y aislantes, semejantes en su ‘orma a brazos de atirantado, reducir distancias entre soportes, etc. El montaje descrito en esta memoria puede valer para tensiones de 1500 V y según con que aisladores, para 3000 V. Para tensiones superiores es necesario pensar en otro tipo de Osladores y soportes que ya han sido experimentados en España con éxito en vías del AVE. Si bien la catenaria rígida está concebida para electrificar vías férreas soterradas, se han censado algunas soluciones para tenderla al aire libre. Esto sería razonable para no cambiar ce sistema de electrificación cuando exista, por ejemplo, un tramo al aire relativamente corto, entre dos soterramientos. En casos así puede sujetarse mediante postes separados por vanos de 36 m, con ayuda ce cables que sujetan dos soportes intermedios. Existe un perfil de plástico especial, aislante, para cubrir el perfil de aluminio en zonas conde sea necesario protegerlo de caídas de agua o lluvia, pasos superiores de peatones, Etc (Figura 2-65).

Figura 2-65

La catenaria rígida permite el montaje de "catenarias escamoteables", es decir ir catenarias que pueden automáticamente retirarse del lugar que ocupan sobre el tren. Estos montajes son muy útiles en talleres en los que por encima de los trenes han OT moverse puentes grúa o en vías de levante de caja. De otra manera estas vías no se puece electrificar y los convoyes que se quieren situar en ellas no pueden hacerlo por sus prop : medios, sino remolcados. Existen accesorios especiales para solucionar transiciones entre catenaria rígida catenaria convencional. En algunos casos puede ser conveniente diseñar un soporte como ménsula giratoria. En un caso así es necesario colocar dos topes a los lados de la grifa de la que cuelga e perfil en dicha ménsula, para que esta última siga los movimientos de dilatación. Cuando un tramo de catenaria rígida sea muy corto (< 80 m por ej.) no vale la pena instalarle un punto fijo, será suficiente con colocar dos topes a cada lado de la grifa que este más cerca de su punto medio (Figura 2-66).

Figura 2-66: Topes

En las páginas siguientes se adjunta un plano de la llamada "barra unificada" con su pinza, aislador y grifa, y se muestran las dos formas en que puede ser montada según la altura disponible sea escasa o no (Figura 2-67). A continuación, y por si puede servir como orientación, se muestran varios modelos de soportes para sujetar dicha barra unificada a la obra civil, que fueron diseñados en varios casos y según la forma del túnel (Figura 2-68).

3.

EL MATERIAL MOVIL INTRODUCCION

C

omo ya comentamos en la introducción del primer capítulo, el ferrocarril como sistema de transporte, está formado por dos elementos: la vía y el material que rueda sobre ella. Valga ésto para subrayar el carácter indisociable de los conceptos vía-tren justificar así esta tercera parte. En este capítulo vamos realizar un recorrido básico por los tipos y características del material móvil que circula por la vía, entendiendo éste como el conjunto de órganos y e ementos que permiten la circulación por la vía de los diferentes tipos de vehículos y a su nteracción con ésta. Procederemos a explicar los principales órganos de rodadura, ruedas, e es, bogies, suspensiones, así como los aparatos de tracción y choque, enganches, y frenos, centrándonos principalmente en su geometría, estructura y funcionamiento. En esta parte no se tratará específicamente de material motor, pues para entrar correctamente en ese tema sería necesario triplicar por lo menos la extensión de lo tratado. En lo concerniente a temas de generación de potencia y transmisión de la misma, pueden encontrarse en tratados más especializados y no tan circunscritos a la tecnología ferroviaria en sí misma. Finalmente se debe aclarar que en términos ferroviarios se designa como "coche" todo .ehículo remolcado destinado a transportar viajeros y "vagón" el destinado a transportar mercancías.

ÓRGANOS DE RODADURA Se designan de esta forma los ejes y las ruedas. Las ruedas ferroviarias han evolucionan: partiendo de las ruedas que se han desarrollado en cada uno de los momentos en C-.e fueron necesarias; comenzando por las de los carros. Por esta razón las primitivas eran CE radios de madera con una llanta de hierro comprimiendo el conjunto. Posteriormente se construyeron de fundición, pero imitando las formas de las anteriore: Al principio las ruedas se montaron "locas" en sus ejes, como en la mayoría de los carros CE toda la historia de la Humanidad, aunque hubo excepciones como por ejemplo los carrc: gallegos en los que el elemento que gira es el eje. Con el paso del tiempo las ruedas fueron evolucionando por la necesidad de hacerse cada vez más resistentes. Pasaron primero a ser construidas con radios de hierro forjad: después a ser de radios fundidos, y ahora son generalmente enterizas. Quizás la futura evolución sea la rueda elástica, en las que la llanta esta separada de resto de la rueda por un elemento elástico con el fin de minimizar las masas no suspendida: y disminuir ruidos. Así son ya las ruedas de los tranvías y las de algunos metros. RUEDAS Y EJES Cuado se comenzaron a utilizar ruedas con pestaña se puso de manifiesto la necesidac de mantener cotas exactas ente las pestañas de ambas ruedas de un mismo eje, y así, para poder eliminar las holguras entre dos ruedas locas y su eje común, se solidarizó todo e conjunto y se adoptó el eje giratorio. Ayudó también en esta evolución el advenimiento de las locomotoras a vapor, que pe su diseño necesitaban que las ruedas de cada lado fueran solidarias entre sí. En la Figura 3-1 se pueden ver los tres tipos de rueda que son o fueron más corrientes. La Figura a) es una rueda de radios forjados. Se utilizaron profusamente, aunque hoy ya casi no se ven excepto en museos o en algún olvidado vagón. Se fabricaron más o menos hasta 1900. En la Figura b) se representa una rueda corriente de radios, fundida en acero. Generalmente estas ruedas se diseñan con un número impar de radios, y esto es así para que las fuerzas de contracción del material fundido, cuando este se enfría, tengan un reparto más homogéneo. En la figura podemos ver que la fuerza f3 se equilibra con las fuerzas f1 y f2. Si el número de radios fuese par la fuerza f3 tendría una única fuerza directamente opuesta y el reparto de

esfuerzos seria más imperfecto. Puede también verse que la rueda tiene una llanta postiza. Esta práctica permite cambiar esta última cuando ya se ha gastado lo suficientemente como para no aceptar un nuevo torneado, y así aprovechar el resto de la rueda.

Las llantas se fijan en las ruedas calentándolas para que dilaten y luego dejándolas contraerse al enfriar. Para mayor seguridad llevan también una virola que les impiden salirse de lugar. Esto es necesario porque el efecto de laminación al que las somete el carril, hace que las llantas a veces aumenten de perímetro y por lo tanto de diámetro, y se aflojen. Este tipo de ruedas, obligaban como precaución, a que en las oaradas importantes de los trenes de viajeros, un operario recorriese el tren en toda su longitud provisto de un martillo con el mango muy largo. Con esta herramienta golpeaba la llanta . según el ruido producido podía deducir si esta estaba bien apretada contra el resto de la rueda, o si se nabía aflojado, ("clinc"= bien, "cloc''= mal, floja) en cuyo caso había que -etirar de la composición el coche en el que estaba montada.

LLANTA

INCLUDEPICTURE "H:\\..\\Desktop\\media\\image19.jp eg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "H:\\..\\Desktop\\media\\image19.jp eg" \* MERGEFORMATINET

La rueda de la Figura c) es una -jeda enteriza, son comúnmente amada "monobloque". Es de una sola pieza, fundida en acero y laminada por rotación. Casi todas las que se mbrican hoy en día son así. Puede aberlas también con llanta separada,

LLANT A

ajnque hay una cierta tendencia a - acerías de una sola pieza por razones ce seguridad y de automatización en Figura 3-1: Ruedas ferroviarias : J construcción. Puede observarse, en e dibujo de la sección, que el velo no recto, se hace ondulado para lograr así que al enfriarse el metal fundido no se originen -acciones o compresiones importantes en el material, solución parecida al caso de los adiós de número impar. Los dos pequeños agujeros que pueden verse en el velo de la .rueda de esta figura son para facilitar su arrastre cuando se tornean. Casi todas las fabricadas: y en día son así. ES

En la Figura 3-2 puede verse en d) una rueda elástica. En ésta la llanta está separada del resto de la rueda por un anillo elástico de goma o de algún material sintético similar. Se logra así disminuir notablemente la masa no suspendida, que se limita a la llanta, también se eliminan ruidos. En el dibujo las formas se han simplificado para mejor -prensión. Puede decirse también que se ha representado una de las más corrientes, pues hay numerosos modelos, con distintos tipos de"silen-bloques" incorporados en su diseño. Las -cas elásticas ofrecen grandes ventajas, sobre todo por la ya mencionada disminución de

su masa no suspendida, y por ello son bastante silenciosas y de utilización casi universal e* tranvías modernos. En ferrocarriles convencionales no son utilizadas pues su robustez n: se considera suficiente por muchos técnicos responsables de la explotación. En Alemania en los DB (Ferrocarriles alemanes) se montaron en trenes de alta velocidad (ICE) con la desgraciada experiencia del accidente de Enschede, el 3 de julio de 1988, en el que sa produjo un descarrilamiento por la rotura de una rueda elástica, que costó 101 vidas. Desde entonces no han vuelto a utilizarse en ferrocarriles convencionales. En el juici: posterior al accidente se consideró culposo que estas ruedas se instalasen sin haber sic: suficientemente probadas. No obstante, futuras exigencias de alta velocidad, que van a la par de la necesidad de disminuir al máximo las masas no suspendidas, pueden no descartar definitivamente esta: tecnología y seguir, por lo tanto, experimentando prudentemente con ella con el objetivo: de perfeccionarla. Para terminar, se puede mencionar un quinto tipo (Figura 3-2 e).

Se trata de una rueda enteriza que lleva sujetas a su velo unas masas metálicas. Estas masas se fijan al velo en forma "flotante" es decir a través de elementos elásticos que oroducen en la rueda el mismo efecto que si una persona aplica su mano en una campana :ue acaba de ser percutida: apaga completamente su vibración y por lo tanto la emisión se sonido. La finalidad de tales masas es por ello evitar en lo posible que las ruedas emitan ionido. En cuanto una vibración se genera en ellas estas masas detienen su propagación en r tiempo. Este tipo de ruedas es muy utilizado en ferrocarriles metropolitanos. Los elementos de rodadura están compuestos por dos ruedas y un eje. Hay excepciones, romo por ejemplo el caso de los trenes Talgo en los que cada rueda es independiente de a que le hace pareja y los ejes son independientes para cada una de las ruedas, pero la extensión de este libro no nos permite entrar en singularidades. Se tendrá en cuenta, entonces, lo más corriente: un par de ruedas solidarias en un eje. _os ejes suelen estar formados por una barra cilindrica y maciza de acero al carbono de un námetro entre 110 y 150 mm y las ruedas se "calan" en ellos. Esto quiere decir que disponen :e un agujero con un diámetro ligeramente inferior que el de dicho eje. El eje se hace renetrar en dicho agujero con la ayuda de una prensa hidráulica, prensa que sirve también

rara desmontar el conjunto cuando es necesario. A diferencia de la colocación de llantas, rita operación se hace sin intervención del calor. Eje y ruedas quedan entonces formando _n conjunto solidario. Generalmente los ejes sobresalen por fuera de las ruedas y es en esa parte donde se rooyan los vehículos ferroviarios. Estos apéndices, donde se colocan los cojinetes o cajas re grasa, se llaman manguitos. Finalmente ha de recordarse que las ruedas ferroviarias, rara vía de ancho normal suelen tener un diámetro de rodadura de 800 o 900 mm, y r ue un conjunto ruedas-eje puede pesar alrededor de 1400 Kg. Se han hecho ensayos de r geramiento empleando ejes huecos, pero la idea no parece haber prosperado. El conjunto ruedas-eje resulta ser así un conjunto solidario, que, a causa de trabajar : -ando, es muy sensible a los fenómenos de fatiga. Por ello en su diseño resulta fundamental T :ar los puntos donde puedan concentrarse esfuerzos, los generados por concentración :■= líneas de fuerza. Estas concentraciones pueden ser el origen de fisuras microscópicas, : _e se van extendiendo aceleradamente a medida que el eje gira, dando lugar finalmente a j~a rotura que puede producir la consiguiente catástrofe. En la Figura 3-3 se han dibujado dos ejes, uno mal diseñado (arriba) y el otro correcto, ioajo) con la intención de explicitar gráficamente como en un caso hay concentración de reas de fuerza y en el otro se han evitado. En el eje de arriba puede verse como en los puntos 1 y 4 se concentran esfuerzos debido : a disminución brusca del diámetro del eje, sin transición alguna, mientras que en los : _otos 2 y 3 hay una transición brusca ente la parte cilindrica que no está sometida a la rresión que ejerce en su perímetro la rueda calada, y la parte que sí esta siendo presionada :: - la rueda fuertemente calada. En la Figura 3-4 se describe gráficamente el caso de un problema de mal diseño que í'ia como consecuencia que los ejes motrices de unas dresinas de RENFE fabricadas por s ñrma Conorsa se partiesen muy a menudo. El autor de este libro propuso como solución t m'nar un trozo de tubo y un cojinete, que tenían como efecto concentrar los esfuerzos

flectores del eje en un punto. Esa modificación funcionó, los esfuerzos ya no se concentrare' y los ejes no rompieron más.

Puede verse en la Figura 3-4 (arriba) que las fuerzas actuantes contra la pestaña de a rueda (P) se transmitían al eje como un momento flector. El tubo que rodeaba al eje entre la caja de engranajes y la rueda, por su rigidez, obligaba a que estos momentos se concentrasen en la sección del eje señalada con (1). La consecuencia de esta concentración e'a que dichos ejes rompieran por allí por fatiga, con bastante frecuencia. La solución fue suprimir ese tubo entre la caja de engranajes y la rueda (figura de abajo). De esta manera los esfuerzos flectores en el eje se repartieron a lo largo del mismo entre a rueda y la caja de engranajes (A en el dibujo). Se eliminaron entonces concentraciones de esfuerzos y los ejes no volvieron a romper. Finalmente, y para concluir este apartado dedicado a los elementos de rodadura, se ocluye la Figura 3-5, donde puede verse el perfil corriente de una rueda ferroviaria con restaña y sus medidas. Para mejor comprensión se ha incluido en el dibujo una sección de "3 en su correcta posición respecto a la banda de rodamiento suponiendo que se circula en recta.

Figura 3-5: Perfil de torneado de rueda, y carril en su posición normal en recta

CAJAS DE GRASA

Se llaman así las cajas que contienen el cojinete que permanece en contacto con : ejes durante su giro y que a su vez transmiten a estos últimos el peso de los vehículos. Se les da este nombre por ser cajas de acero fundido y estar llenas de grasa, en su vers : - más primitiva. Por dentro tienen un encaje para el cojinete y por fuera unas ranuras pa-; deslizarse entre las placas de guarda y un punto de apoyo para la suspensión. Las más primitivas, que todavía siguen en uso en muchos ferrocarriles, llevaban dentr: un cojinete de bronce, recubierto en su parte en contacto con el eje, con una aleación ant fricción llamada comunmente "metal blanco".

En su parte inferior llevaban una madeja de hilos llamada "estopa" embebida e lubricante. La estopa, que quedaba impregnada por capilaridad, como una meche lubricaba el eje que, al girar, llevaba este aceite hasta la parte donde rozaba con el me:; blanco por el que descansaba el peso del vehículo, estableciéndose así una microscopio Este tipo de cajas de grasa es muy primitivo y por ello requiere muchos cc- dados. Fallan con relativa frecuencia, r: lubrican bien, y en consecuencia puede'' sufrir un calentamiento que puede lleva' a la rotura del eje o destrucción de la ce : de grasa, e incluso, en algunos casos, al incendio de un coche o vagón de madera. Al principio el problema era más grave por que no se usaban aceites minerales los que se empleaban eran mezclas e' las que intervenían fundamentalmente los aceites de ballena y de ricino. Cuando se comenzaron a empleare aceites minerales la lubricación mejore notablemente, aunque aún así, hab a que comprobar la temperatura de las cajas de grasa aprovechando detenciones del tren en estaciones, con el fin de tener la seguridad de que la lubricación estaba efectuándose C) CON RODAMIENTOS

Figura 3-6: Cajas de grasa

película cante entre manguito y cojinete.

Para mejorar la lubricación de las cajas de grasa se inventaron las de "cucharilla" o isotérmos". Estas ya no llevan estopa, sino aceite líquido en su parte inferior. La punta del eje tiene atornillada una plaquita metálica (o cucharilla) de forma tal que, según va dando vueltas, recoge unas gotas de aceite por debajo del eje y a continuación las vierte en una oequeña canalización que lleva el cojinete en su parte superior y que conduce el lubricante a la superficie de metal

antifricción en contacto con el eje. Con este tipo de cajas de grasa se lograron evitar los calentamientos (Figura 3-6 b).

Hoy en día todas las cajas de grasa que se fabrican son de rodamientos. Van engrasadas con grasa consistente, y prácticamente no requieren mantenimiento (Figura 3.6 c).

Tienen además la gran ventaja de cambiar rozamientos por rodamiento, lo que diminuye desgastes y ahorra energía. En la Figura 3-7 se han representado los tres tipos de rodamientos que suelen emplearse en ejes ferroviarios: cónicos (3-7 a), en forma de tonel (3-7 b) y cilindricos (37 c). Los cónicos; empre deben ser montados a pares para contrarrestar reacciones axiales.

vagones de

Suspensión en dos ejes

Por "suspensiones" se entienden todos los órganos elásticos intercalados entre cajas de grasa y el bastidor de coches y vagones cuya finalidad es amortiguar las imperfecciones de la vía.

En los coches las suspensiones sirven para limitar sobre todo las aceleraciones vértice e y dar mayor confort al viajero, mientras que en los vagones su finalidad principal es que n: se transmitan al bastidor golpes bruscos que puedan producir o acelerar roturas por fatiga del material e incluso de los componentes de la vía. Son necesarias para garantizar los puntos de apoyo de las ruedas contra los raíles cuanc: estos no están en un plano, como en las zonas donde hay alabeo, por ejemplo. En la Figura 3-8 se ha representado la disposición más típica de montaje de un eje ferroviario en el bastidor de un vagón de dos ejes. Puede verse en esta figura que el bastic: lleva soldadas (antes remachadas) dos placas llamadas "de guarda" que tienen por obje:: fijar la posición de las cajas de grasa respecto a dicho bastidor. También lleva soldados c: apéndices para sujetar los extremos de un muelle de ballesta, con la BASTIDOR intermediación de une ; INCLUDEPICTURE "H:\\..\\Desktop\\media\\image29.jp eslabones especiales. eg" \* MERGEFORMATINET Esta construcción, tip- camente INCLUDEPICTURE europea, e; la utilizada en "H:\\..\\Desktop\\media\\image29.jp vagone; de dos (y a veces tre; eg" \* MERGEFORMATINET ejes. Es esta la única disposición actual e* la que los ejes puede' orientarse radialmente per efecto de la conicida: de sus ruedas. Debido a que existe cierta holgu ra entre placas de guare; y las cajas de grasa, por la disposición de : eslabones que sujeta' los extremos del muel e el eje tiene una cierra libertad de movimient: Debido a esta libertad INCLUDEPICTURE sa facilita que cada eje puec "H:\\..\\Desktop\\media\\image30.j orientarse radialmente e- los peg" \* MERGEFORMATINET tramos de via en curva gracias a INCLUDEPICTURE la conicidad de par de ruedas. "H:\\..\\Desktop\\media\\image30.j Es conveniente recordar que esto peg" \* MERGEFORMATINET solo es posible con este tipo de suspensiones y no lo TS cuando los ejes están rígidamente guiados

entre sí y respecto al bastidor o al bogle, y por lo tanto no tienen libertad para posicionarse radialmente.

Bogies

Bogie es una palabra, de origen francés, ("carretón" en castellano,) pero seguiremos .sando bogie porque esta palabra ya forma parte de la terminología ferroviaria. Los orígenes de la idea del bogie son confusos. Lo que si es cierto es que se adoptaron resde casi el principio en los ferrocarriles norteamericanos. Apoyar un bastidor sobre dos rr'ritos giratorios de cuatro ruedas, constituye una disposición que permite adaptarse con - jcha más flexibilidad a vías geométricamente defectuosas.

Considerando que en los primeros tiempos de la revolución industrial los norteamericanos oortaban el acero de Inglaterra, y trataban de ahorrar el máximo posible, construían vías ::n carriles endebles y INCLUDEPICTURE por er je con no muy buena "H:\\..\\Desktop\\media\\image31.jpe geometría, consecuentemente re'a ellos g" \* MERGEFORMATINET el bogie resultó INCLUDEPICTURE -orescindible porqué evitara "H:\\..\\Desktop\\media\\image31.jpe descarrilamientos, sobre g" \* MERGEFORMATINET :do por defectos be alabeo. Poco a poco y con el correr re tiempo, el uso de bogies _e adoptándose también en í.ropa y el resto del mundo. -

Desde temprano los bo- : es se agruparon en dos :rregorías: para coches de cajeros y para vagones de -ercancías. Los tipos que -as se fabricaron a lo largo re

BOGIE TIPO DIAMANTE INCLUDEPICTURE SOLO MERCANCÍAS

"H:\\..\\Desktop\\media\\image32.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "H:\\..\\Desktop\\media\\image32.jpeg" \* MERGEFORMATINET

BOGIE TIPO PENSILVANIA

dibujo la sencillez de su diseño. En la misma figura, el tipo "Pensilvania"es el bogie típico para coches de viajeros. En la Figura 3-10 puede verse, un bogie que resulta la versión moderna del tipo Diagrama (sup.). Es fundido en vez de estar hecho con perfiles tipo pasamano laminados y remachac: como el original. La misma Figura, abajo, representa un bogie tipo internacional. Es la versión europea ce bogie que fue más corriente para material rodante de viajeros.

Modernamente se ha prescindido de los diseños clásicos y ya no se fabrican bogies siguiendo modelos tradicionales. Hay infinidad de nuevos tipos innovadores, sobre todo para coches de viajeros. En la Figura 3-11 podemos ver dos, para viajeros (sup.) y para mercancías, (inf.) usados ambos en coches y vagones europeos. El bogie para viajeros de este dibujo no corresponde a ningún modelo en concreto puesto que en la actualidad hay infinidad de ellos. Solo se ha dibujado como orientación pues puede verse como se ha prescindido de las placas de

guarda, remplazándolas por unas bielas que guían las cajas de grasa, y la suspensión secundaria está formada por un balón inflado que otorga una suspensión notablemente suave.

Figura 3-11:8ogles modernos

MERCANCÍAS

Suspensión en los bogies Por lo general los bogies para vagones de mercancías tienen una sola etapa de 5 -spensión, y ésta no está pensada con propósito de obtener confort, sino de evitar a la vía y el vagón golpes bruscos que puedan deteriorarlos. En cambio los bogies para material de ajeros tienen por lo general dos etapas de suspensión. La primera etapa la constituyen los -uelles o resortes intercalados entre ejes y bastidor del bogie y la segunda los intercalados T~:re bogie y coche. Esta suspensión, sí está diseñada con el objeto de lograr el mayor : -fort posible. Los bogies para material de viajeros tienen además sistemas de suspensión -: solo de amortiguación vertical de los defectos de vía, sino también para amortiguar ¡regularidades transversales, es decir defectos de alineación de la vía. El más clásico de eses sistemas de suspensión transversal es el que se logra mediante la llamada "traviesa :a adora". En la Figura 3-12 puede verse como va montada una traviesa bailadora en un bogie.

La traviesa bailadora esta compuesta en realidad por dos traviesas o travesanos, c distinta altura. Entre las dos se montan los resortes de la suspensión secundaria del bogie (en el dibujo se han representado resortes tipo ballesta). El travesaño inferior cuelga de bogie, es decir del cuerpo o bastidor del bogie, mediante cuatro bielas, de tal modo que puede tener un movimiento pendular en sentido transversal al eje de vía. En el travesaño superior se disponen los elementos que soportan el peso del coche (pivote de bogie A). De este modo se logra que el coche de viajeros tenga un cierto movimiento lateral respecto a sus bogies, con efecto de llamada

centrador y limitado por la holgura existente entre los extremos del travesado superior y los costados del bastidor del bogie. Si las bielas se disponen inclinadas, tal como están dibujadas, se logra además un cierto efecto "pendular" en el coche. Es decir que si la aceleración transversal sin compensar hace desplazarse al coche hacia el exterior de una curva, respecto a sus bogies, este tiende a nclinarse hacia el interior de la curva. En la actualidad se utilizan sistemas más sofisticados que el de la traviesa bailadora, jtilización de suspensiones neumáticas combinadas con amortiguadores y otros diseños más novedosos. Sin embargo numeroso material remolcado para viajeros por todo el mundo sigue equipado con traviesas bailadoras, por lo que el conocimiento de su finalidad disposición no puede ser ignorado.

Resortes de suspensión

Es sabido que los vehículos concebidos para desplazarse por vía o carretera deben :¡sponer de un sistema de suspensión que permita aminorar las desigualdades del camino rermitiendo así una marcha confortable. Todas las suspensiones se basan principalmente en intercalar entre vehículo y los elementos de rodadura alguna pieza elástica, o mejor :¡cho elásticamente deformable. Estas piezas deformables elásticamente se comportan de diversas maneras según su concepción. Hay elásticos que al extenderse hacen la misma fuerza que la que fué necesaria z a r a comprimirlos, mientras que otros absorben una pequeña cantidad de energía y solo revuelven parte de la fuerza que los comprimió. Hay también elásticos cuya carrera es Erectamente proporcional a la fuerza que contra ellos se ejerce, y los hay que, al contrario, no obedecen a tal proporcionalidad. Si se emplea una suspensión elástica que no absorba energía se puede correr el riesgo rué el vehículo entre en resonancia, esto equivale a decir que generado

un movimiento ce compresión del muelle se produce a continuación su reacción de expansión, si estos movimientos se repitiesen un número elevado de veces, aún cuando suelen hacerlo en mrma decreciente, se produciría un efecto que no dejaría de ir contra la idea más elemental :e confort. Para evitar este fenómeno es para lo que se han inventado los amortiguadores. Pueden c' de fricción, que oponen siempre la misma resistencia al movimiento, o hidráulicos, que roonen una resistencia proporcional a la velocidad del movimiento que han de amortiguar. En la Figura 3-13 se han representado los modelos de resortes o elásticos de uso más rcuente en material rodante ferroviario. Junto a cada uno se ha dibujado también unas ::ordenadas en las que la escala vertical esta indicada la carrera del resorte o muelle, y en la Ti cala horizontal el esfuerzo necesario para comprimirlo (ciclo de histéresis).

En el resorte de ballesta, el trabajo devuelto es inferior al trabajo entregado, debido a rozamiento entre las láminas que lo componen. Esto tiene como consecuencia que actúe- implícitamente como un amortiguador, y por lo tanto no lo necesiten de modo adicional. En el resorte helicoidal, (Fig. 3-13 b) la proporcionalidad y la falta de histéresis está ndicando que con él se corre el riesgo de que el vehículo entre en resonancia, y por lo tanto, 3 se quiere emplearlo en coches de viajeros se tendrá que añadirle un amortiguador. Caso de instalarlo en un vagón, no sería necesario puesto que ninguna mercancía puede ceteriorarse por entrar en resonancia por un corto período de tiempo. Conviene recordar además que es mucho más fácil que se genere una resonancia si un resorte tiene una relación carrera/fuerza proporcional, que si no la tiene. Por esta razón; se inventaron los resortes helicoidales cónicos, que si bien no absorben energía en su stéresis, en su carrera no hay proporcionalidad carrera/fuerza (Fig.3-13 c).

Aparatos de tracción y choque

Desde un principio los vehículos ferroviarios, incluso los existentes antes de la tracción -ecánica, se concibieron para formar un tren. Esta palabra tiene su origen en usos militares, e decía que"iban en tren" o "formaban tren" cuando un número determinado de vehículos e acoplaban unos con otros para que cada uno de ellos fuera remolcado por el precedente, or ejemplo un carro con artilleros, que a su vez remolcaba a otro con munición, que a su *ez remolcaba un cañón, etc. Probablemente la palabra venga de "trainer", arrastrar, en ~ancés. Puesto que todos los vehículos ferroviarios deben estar preparados para poder Engancharse entre sí y soportar grandes esfuerzos que tienden tanto a separarlos como a atarlos, es por lo que en sus extremos han de disponerse órganos ó elementos a propósito zara soportar tales esfuerzos. Estos órganos o "aparatos" pueden ser de varios tipos, y se : asifican de la siguiente manera:

a) Aparatos laterales de choque o topes, cara soportar únicamente esfuerzos de choque o compresión. Se trata de los típicos :oes laterales situados en las caras frontales de cualquier vehículo ferroviario de origen o : ¡incepción europea (Figura 3-14). b) Aparatos centrales de tracción para soportar únicamente esfuerzos de tracción. Se E :a del típico gancho centrado en todas las caras frontales de cualquier vehículo ferroviario. - -niguamente consistían en un gancho del que se colgaban algunos eslabones de cadena. -:. están formados por dos eslabones que pueden alargarse o acortarse mediante un r'sor de tornillo. De esta manera se pueden evitar holguras entre vehículos que de otra - Enera producen golpes fuertes durante el arranque o frenado. Estos aparatos deben ir siempre juntos pues, entre ambos, se completa su doble -"dón de tracción y choque, como resulta obvio.También es necesario que estén sujetos i oastidor del vehículo con intermediación de elementos elásticos y amortiguadores para = :ar choques bruscos en las maniobras de enganche, frenado y arranque.

c)

choque. son los Figure están eje del dispone emplea'

Aparatos centrales de Estos aparatos semejantes a topes de la anterior, pero situados en el vehículo. Se uno por cabecera. Se casi

exclusivamente en ferrocarriles de vía estrecha y siempre deben ir acompañados de aparatos de tracción. Los aparatos de tracción pueden colocarse a ambos lados del tope en número de dos, como en la Figura 3-15 a) o uno solo y por debajo del tope como en la Figura 3-15 b). d) Aparatos de tracción y choque combinados. Estos aparatos son los que en un mismo elemento combinan ambas funciones. Los más antiguos son los representados en la Figure 3-15 c), que consistían en un tope con una ranura en su centro en la que se podía inserta- un eslabón sujeto por ambos lados por un perno pasante vertical. Estos aparatos aún se emplean especialmente en material tranviario.

e) Aparatos de tracción y choque automáticos. Son aparatos que enganchan por sí solos y desenganchan mediante el accionamiento re una simple palanca. Existen numerosos modelos. Los aparatos de tracción y choque .lómáticos tienen numerosas ventajas sobre los descritos anteriormente. La principal - Hue son mucho más seguros para el personal ferroviario que opera con ellos, porque -: necesita enganchar, ni tiene necesidad de colocarse entre dos vehículos para desencinchar. Otra ventaja es que son capaces de soportar esfuerzos de tracción varias veces superiores: s que pueden soportar los de gancho. Por otra parte los aparatos de tracción y choque e'trales, es decir sin topes laterales como en el caso de la Figura 3-17 ejercen sobre los: stidores de los vehículos unos esfuerzos de tracción o compresión alineados con su eje de

simetría y por lo tanto, para una misma resistencia, permiten un diseño mucho más sim: ~ y resistente del bastidor, y así estos pueden fácilmente construirse más robustos con mer:: peso y menor gasto de materiales.

INCLUDEPICTURE "H:\\..\\Desktop\\media\\image54.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "H:\\..\\Desktop\\media\\image54.jpeg" \* MERGEFORMATINET

ESFUERZOS DE TRACCION Y CHOQUE COAXIALES POR ELLO SU DISEÑO ES MÁS SENCILLO, BASADO EN UNA ÚNICA VIGA CENTAL

Figura 3-16: Aparatos automáticos detracción y choque

En la Figura 3-14 c) vemos que un bastidor de vehículo ferroviario previsto para lleva- topes laterales tiene que ser capaz de resistir unos esfuerzos de compresión no axiales de 50 Ton. (según normativas) que tienden a descuadrarlo, mientras que en los aparatos centrales automáticos puede verse que todos los esfuerzos se ejercen en un mismo eje.

Esta última ventaja es compartida también con los sistemas de tracción y choque centrales aunque no sean automáticos. En la Figura 3-16 a) se representa el aparato automático llamado "de balda", uno de los automáticos más primitivos, que fue utilizado en España en casi todas las líneas férreas de vía estrecha.

Sin embargo, el más corriente de los aparatos automáticos es el Janney, de origen - órteamericano, más corrientemente conocido por"Alliance"e implantado en numerosos : 3Íses, además de los Estados Unidos. (Fig. 3-16 b, c y d). Este tipo de enganche puede verse i copiado en la Figura 3-16 b. En esta misma Figura puede verse que dos de estos aparatos, : jando están acoplados, pueden formar entre sí un ángulo de hasta 14 ° para facilitar el paso : or curvas. Esto último tiene la ventaja de dar más flexibilidad al sistema y el inconveniente :e hacer más difícil extender el acoplamiento automático a mangueras y cables. En la Figura 3.16 c) pueden verse como tienen que presentarse los enganches, uno centra el otro para quedar enganchados. Una de las mordazas, por lo menos, tiene que estar :: erta. En la Figura 3-16 d) puede verse la cabeza del pasador que, con un tirón hacia arriba, r'oduce el desacople de los enganches.

Para facilitar esta operación, los coches y vagones tienen en sus cabeceras una palar : con el fin de que la operación de desacoplar pueda ser hecha desde fuera del gálibo. Nc e por lo tanto necesario que un operario se coloque entre dos vehículos para enganchar - para desenganchar, lo que hace las operaciones mucho menos peligrosas que con los tic: de enganches no automáticos y de topes laterales. El tipo de enganche automático más utilizado después del Janney es el "Willyson' Es el adoptado por la gigantesca red de los ferrocarriles de la ex Unión Soviética, Mongois p Finlandia. En la Figura 3-18 a) se ha dibujado en planta este tipo de enganche. LENGÜETA:

ENGANCHADO DESENGANCHADO

VISTA EN PLANTA

a) 4 ENGANCHE WILLISON VISTA FRONTAL b)

ENGANCHE SCHARFENBFRG VISTA FRONTAL

Puesto que estas redes se comunican con la europea, aunque sus anchos de vía respectivos

sean ligeramente diferentes, es el tipo de enganche que está previsto adopten las redes europeas cuando se decida sustituir el tipo de enganche actual con topes laterales por jno automático. Este cambio, dada la complejidad y magnitud de la operación, ha venido oosponiéndose en las últimas décadas, aunque sin embargo es normativo, que el nuevo material móvil, se fabrique ya preparado para la instalación del enganche Willyson. Cada elemento tiene una lengüeta retráctil (1) que es empujada hacia atrás cuando se oroduce el acople, y luego vuelve a su posición inicial por la fuerza de un resorte. Cuando se quiere producir el desacople, basta con empujar hacia atrás una de estas lengüetas mediante una palanca, para que éste se produzca. El enganche Willyson se diferencia del Alliance en que no permite esos 14° de diferencia de alineación y por lo tanto debe montarse en los bastidores de los coches y vagones con mucha más libertad de movimiento Horizontal que los Janney o Alliance, y es por ello que cuando anteriormente se dijo que el material nuevo debe adaptarse a este nuevo enganche, eso significa que en el bastidor debe haber una obertura que permita un mayor juego lateral. Este inconveniente se suple con una ventaja, pues al exigir una perfecta alineación, se le puede dotar de accesorios que oermitan también el acoplamiento automático de las mangueras de aire del freno y alguna otra conexión. Otros enganches automáticos bastante utilizados son los llamados Scharfenberg y Tomlison. Fig. 3-18 b y c. Estos son aparatos de gran precisión, y por ello permiten también el acoplamiento automático de mangueras de aire y de numerosos contactos eléctricos. Son por lo tanto empleados, casi exclusivamente, en vehículos ferroviarios con tracción distribuida y cabinas de conducción en los dos extremos del convoy (unidades de Metro, cor ejemplo, o unidades de tren en general) ó sea en todos los casos en los que entre un , ehículo y otro es necesario que queden conectados numerosos cables y mangueras. Al ser más precisos y complicados, sus maniobras no suelen ser manuales, sino que 55 hacen con ayuda de aire comprimido. No son usados casi nunca por material móvil convencional remolcado. Los tipos de enganche descritos no son los únicos que existen o han existido, pero sí los utilizados con mayor frecuencia.

250

FRENOS En los primeros tiempos del ferrocarril el sistema de frenado de los trenes era bastante -udimentario. El maquinista podía frenar la locomotora y nada más. Incluso, a veces, solo las -jedas del tender, pues las ruedas con tracción de la propia locomotora se consideraban lo suficientemente valiosas como para que no sufran desgaste alguno producido por las zapatas de freno. En el resto del convoy viajaban guardafrenos en algunos coches o vagones con frenos manuales de husillo intercalados en el tren. Estos operarios sentados al principio en unos pescantes, y posteriormente en pequeñas cabinas que sobrepasaban el

techo de los vagones, atendían las órdenes del maquinista que, expresadas mediante toques de silbato, les ordenaban apretar o aflojar los frenos del coche o vagón en el que viajaban. Este sistema de frenos, tan precario, pronto se manifestó insuficiente, sobre todo cuando ® comenzaron a aumentar las velocidades y también porque en los trazados con pendientes se hacía cada vez más difícil controlar la velocidad de los trenes en tas bajadas. Esta situación obligo a que se implantasen y ensayasen nuevos sistemas de freno que permitiesen: a) Ser accionados directamente por el maquinista. b) Frenar todos los vehículos del tren, si así fuese necesario, c) Frenar automáticamente cualquier vehículo o vehículos que por rotura de un enganche, o causa similar, se hubiesen separado de la composición. En el último tercio del siglo XIX surgieron soluciones, y dos sistemas diferentes se acabaron imponiendo e instalando en todos los ferrocarriles del mundo. Uno de ellos fue el freno de vacío, de inspiración británica, y el otro el freno de aire comprimido o "Westinghouse", de inspiración norteamericana. En el resto del mundo se fueron adoptando uno u otra según las influencias comerciales de uno u otro país. El freno de vacío tenía la ventaja de que el elemento para producir vacío empleando el vapor de las locomotoras de entonces, era muy sencillo, ei "exahustor", basado en el efecto Venturi y casi sin piezas móviles, sin embargo el compresor a vapor para el de aire comprimido era un aparato complicado. En cambio, la ventaja del freno de aire comprimido reside en que produce una acción mucho más simultánea en todos los vehículos de la composición aunque ésta tenga gran longitud. Otras ventajas del aire comprimido son que mientras que el de vacío trabaja con una depresión de 0,7 bar., el de aire comprimido suele trabajara 7 bar., es decir que comparados, el de aire comprimido ejerce la misma fuerza que el de vacío actuando contra un cilindro de sección diez veces inferior que la que necesita el de vacío para ejercer la misma fuerza. Puede por tanto ser más pequeño, más fácil de ubicar, etc. Ambos sistemas, con mayores o menores perfeccionamientos, continúan empleándose hoy en día. Sin embargo las preferencias se decantan por el de aire comprimido para su instalación en el material moderno. Algo conviene resaltar sobre los elementos de frenado; la zapata. Al principio, cuando se frenaba a mano en los primeros tiempos las zapatas eran de madera dura y actuaban contra la banda de rodamiento de las ruedas, pero

251

pronto pasaron a construirse de fundición gris, y así siguen siendo en su mayoría, las de los vagones de mercancías. A partir de 1950 comenzaron a utilizarse zapatas de materiales compuestos, tipo"Ferodo" para los coches de viajeros, por ser más silenciosas al presionar contra la banda de rodadura. En la actualidad las zapatas ya no actúan contra esta banda, puesto que la desgastan, En los trenes para velocidades altas, se prefieren los frenos llamados de disco, que actúan contra discos montados en el mismo eje que las ruedas.

Funcionamiento del freno de vacío En la Figura 3-19 se ha representado un esquema simplificado de un freno de vacío.

252

En la parte superior lo vemos en la posición de "tren desfrenado". Para que así sea, el maquinista ha de hacer el vacío en la tubería general que discurre a todo lo largo del tren.

Así, a través de la válvula de bola, el vacío se transmite a la parte inferior del pistón, a la superior de! mismo, y al depósito auxiliar. El pistón cae, por su peso, y los frenos quedan aflojados. En la parte inferior el maquinista desea frenar el tren, para ello deja entrar aire atmosférico en la tubería genera!. Este aire entra en la parte inferior del pistón y lo empuja hacia arriba apretando las timonearías de freno. El aire atmosférico no puede entrar en la parte superior del pistón ni en el depósito auxiliar pues se lo impide la válvula de bola, por lo tanto allí sigue habiendo vacío, lo que impulsa la subida del pistón. Si parte del tren se desenganchase, la tubería flexible que une la tubería general entre vagón y vagón se desacoplaría o se rompería permitiendo por allí la entrada de aire atmosférico, con lo que los vagones desprendidos quedarían inmediatamente frenados. Al resto de la composición le ocurriría lo mismo, con lo que el maquinista advertiría la incidencia. Si uno o varios vagones se han dejado en una vía secundaria frenados, y se desease desfrenarlos para hacer con ellos maniobras y lanzamientos, no hay más que tirar de una cadenita, generalmente situada debajo del bastidor. Esta abre la válvula de accionamiento manual, que deja entrar aire ai depósito auxiliary a la parte de arriba del pistón, que al tener igualadas las presiones arriba y abajo, cae y afloja los frenos.

Funcionamiento del freno de aire comprimido igual que para el caso anterior, en la Figura 3-20 se ha hecho un esquema simplificado para explicar su funcionamiento. Ei elemento clave de este sistema de freno es la "triple válvula", que actualmente y debido a sus continuos perfeccionamientos es más comúnmente designada como "válvula distribuidora". En Figura 3-20 (sup.) vemos el conjunto en la posición "tren sin freno". El maquinista ha enviado presión por la tubería general (a una presión de 7 atmósferas aproximadamente) y la triple válvula dirige el aire hacia el depósito auxiliar. Simultáneamente la válvula ha comunicado el cilindro con la atmósfera y el resorte del interior del cilindro ha posicionado el pistón en "frenos flojos". En la Figura 3-20 (inf.) el maquinista, para frenar ha dejado escapar el aire de la tubería general. La triple válvula se ha posicionado entonces de tal manera

253

que comunica el cilindro con el depósito auxiliar a la vez que tapa la salida del aire dei cilindro. Ei aire comprimido contenido en el depósito auxiliar pasa entonces al cilindro y acciona el pistón aplicando los frenos. Si se suelta un enganche, también este sistema reacciona como si ei maquinista hubiese dejado escapar el aire de la tubería general, y las dos partes segregadas quedan frenadas.

La triple válvula del freno Westinghouse tiene un mando que puede operarse tirando de unas cadenitas desde los costados de! bastidor del vagón, como en el de vacío, dejando en este caso escapar e! aire comprimido de! cilindro de freno y depósito auxiliar, para que se aflojen ios frenos de cualquier vagón aislado que se haya dejado en una vía secundaria, para poder realizar maniobras con éi. Es preciso recordar que el freno de vacío trabaja a unas -0,7 atmósferas mientras que el de vacío lo hace a unas + 7 atmósferas. En ia misma proporción, los tubos y pistones del freno de vacío han dé tener una superficie diez veces mayor para hacer e! mismo trabajo. La triple válvula es un mecanismo tan compiejo como un carburador, por poner un ejemplo, para que su funcionamiento se pueda comprender bien, en el esquema de la Figura 320 se han representado las dos diferentes

254

disposiciones como si un tabique se interpusiese entre la entrada y salida del aire dentro de la válvula, pero en realidad es un mecanismo más

complejo en el que los flujos de aire por la tubería general posicionan determinadas válvulas que determinan el camino que el aire debe seguir. Es importante saber que los vagones modernos llevan algunas sofisticaciones en sus sistemas de frenos que no se han explicado aquí para no complicar excesivamente este apartado, como por ejemplo dispositivos que distinguen entre vagón vacío y vagón cargado que permiten regular la fuerza de aplicación de los frenos según sea el caso. En Suiza han inventado una válvula que, aplicada al bastidor de un vagón, abre el paso de aire atmosférico a la tubería de freno provocando e! frenado del tren, sí sufre sacudidas violentas como las que produce un descarrilamiento. Todos los coches y vagones tienen un freno de mano que puede accionarse apretando un volante. Este freno, llamado también de estacionamiento, es débil y no sirve para frenar un tren en marcha. Su finalidad es frenar un vehículo aislado cuando está estacionado.

Peso-freno Los coches y vagones llevan inscrito en su bastidor un número que designa su capacidad de frenado, llamado "Peso-freno" (PF). Este número sirve para determinar la capacidad de frenado de determinadas composiciones. Se obtiene mediante pruebas prácticas para cada modelo de vehículo.

255

4. INSTALACIONES DE SEGURIDAD

INTRODUCCIÓN

E

S tema de las instalaciones de seguridad es tan complejo que, para tratar con un mínimo de idoneidad su evolución y analizar ei estado de las tecnologías en desarrollo, haría falta un verdadero tratado ya que éste es uno de los campos del ferrocarril en continua evolución al adoptar inicialmente la mecánica, luego la electricidad y combinaría actualmente con la informática, habiendo pasado por etapas intermedias hidráulicas y neumáticas. La transformación se está llevando a cabo con una inusitada rapidez, que contrasta con la habitual lentitud, muy propia del ferrocarril, para aceptar innovaciones. Tanto es así que muy a menudo en una misma Administración coexisten complejas instalaciones en las que no se emplea para casi nada ia electricidad, y en las que la lógica de programación se logra mediante barras de hierro que se cruzan y los movimientos de señales y desvíos lejanos se hacen a distancia sin otro aporte de potencia que la muscular del guardagujas, mientras que en otra instalación, a veces cercana, la lógica de programación se logra mediante un ordenador y las órdenes que se emiten a señales y desvíos son eléctricas o incluso vía radio y no necesitan mayor esfuerzo muscular que ei de apretar un botón. No debe olvidarse que el ferrocarril tiene ya más de 200 años de vida, y sus instalaciones de seguridad han pasado por las mismas etapas que el desarrollo tecnológico de la sociedad. Sus mecanismos se apoyaron primero únicamente en la mecánica, el esfuerzo muscular y las iuces de aceite y mecha. Luego utilizaron la hidráulica, pasando por una etapa intermedia en ia que se usó brevemente la neumática, para transmitir órdenes a distancia y ejecutarlas sin esfuerzo muscular. Posteriormente comenzó tímidamente a utilizarse la electricidad. Los programas materializados mediante barras de hierro que se cruzaban (enclavamiento) pasaron a realizarse mediante baterías de relés, y en la actualidad es la electrónica ia base de la programación. Su evolución actual despliega un amplio abanico de posibilidades todavía en fase de estudio y ensayo en cuanto a ¡a implantación de la señalización común ERTMS, en cuanto a control de trenes ETCS, sin olvidar ei bloqueo por radio RBC, o ios

256

módulos de transmisiones específicos STM con el fin de permitir la interoperabiiidad entre las redes europeas de transporte (TREN-T). A pesar de todo ello, se ha creído útil incluir este capítulo para presentar una técnica muy

propia del ferrocarril, sin la cual los trenes no podrían moverse, y que por lo tanto cualquier persona que se dedique a la actividad ferroviaria tiene que conocer, por lo menos en forma básica (que es la que se pretende presentar a continuación). El objeto de esta exposición es dar .al lector un panorama general sobre qué son y en qué consisten las instalaciones de seguridad ferroviarias y su importancia. La breve extensión de ésta no ha de permitirle, por supuesto, adquirir conocimientos para proyectar una instalación de seguridad compleja, pero se cree que es suficiente, por ejemplo, para seguir una reunión en la que se estén tratando estos temas y saber de qué se está hablando. También es útil para identificar ios diferentes objetos y aparatos que se pueden encontrar en una visita a unas instalaciones ferroviarias y su empleo. Finalmente le pueden servir como introducción si se desea profundizar sobre el tema.

Consideraciones generales El concepto tradicionalmente denominado "Instalaciones de Seguridad" se refiere básicamente a los sistemas de control de circulación de trenes, que constituyen el marco en el cual se desarrollan las actividades operativas y de gestión del movimiento de los trenes. Parte fundamental del control reside en el sistema de señalización. Los sistemas de control de circulación tienen por objeto aumentar la eficacia de la gestión ferroviaria/siempre dentro de una condición principal e imperativa de cualquier sistema de señalización que es garantizar la seguridad en la explotación. Los sistemas de señalización ferroviaria están compuestos por todos los elementos y materiales cuyo objetivo es que el movimiento de los trenes se

257

efectúe en condiciones máximas de seguridad, y sin ningún accidente ni incidencia. Los accidentes producidos por la circulación de los trenes pueden ser producidos por tres causas: a) Choque frontal entre dos trenes que circulan por una vía única en dirección contraria. b) Alcance de trenes, cuando dos trenes circulan por una vía única en la misma dirección. c) Convergencia, cuando dos trenes recorren simuItáneamente rutas que tienen distintos orígenes y algún punto común. Los sistemas de señalización tienen por objeto compatibilizar el movimiento de los trenes con el máximo de seguridad y con la mayor eficiencia. Por supuesto pueden existir otros accidentes ajenos a las instalaciones de seguridad, que pueden ser causados por defectos en las vías, corrimientos de tierra, obstáculos en la vía, o cualquier otra causa fortuita e imprevisible. Principios básicos Inicialmente, cuando la velocidad y la frecuencia de circulaciones no eran muy elevadas, los trenes circulaban por acuerdo mediante la entrega de un testigo primero y posteriormente por bloqueo telegráfico o telefónico entre las estaciones colaterales. Pero con el paso del tiempo y al complicarse las redes y la gestión ferroviaria, aparecieron las instalaciones de señalización que fueron concebidas y diseñadas con técnicas de"seguridad al fallo" (failsafe en inglés). Esta es una condición imperativa e imprescindible. Se basa en el principio de que cada acción permisiva se obtiene mediante la presencia de un estado activo (orden). Por ejemplo, un corte de corriente, la rotura de un cable, una bombilla fundida, etc., se han de traducir en señal de peligro o impedimento (ausencia de orden). La autorización de una señal a vía libre (verde o amarillo) requiere de la presencia de un estado activo (conformidad a libre). La señal no tiene prohibición, pues por definición tiene

aspecto rojo, a menos que exista una orden a verde o a amarillo. En los pasos a nivel automáticos, por ejemplo, las barreras bajadas es la situación norma! en ausencia de orden. La acción significará abrirlas al tránsito rodado y mantenerlas así. Consecuentemente unas barreras que no han recibido ninguna orden deben evitar el paso, y con orden, permitir el paso a los vehículos de la carretera. Es decir, que en cuanto al movimiento de los trenes, la pérdida de un estado activo (u orden) implica que el tren se detenga, lo que define un estado seguro. El circuito de vía se basa en los mismos principios, de tal forma que el comportamiento de ios equipos que lo componen respecto a una degradación paulatina de sus características o avería interna eventual, deberá ser tal que evolucione siempre hacia un estado de menor energía, es decir, análogo al obtenido en presencia de una circulación por la vía.

258

En consecuencia, cualquier fallo que se presente en los equipos de señalización, tales como: • Cortocircuitos. • Circuitos abiertos (rotura de cables) • Variaciones de frecuencias • Disminución o falta de tensión • Degradación de componentes eléctricos o electrónicos • Degradación de resistencias o condensadores • Fallos de aislamiento • Fallos de suministro • Fallos mecánicos provocará siempre una condición más restrictiva, originando la detención del tren o su movimiento con "marcha a la vista". Dado que los trenes son guiados por la vía, los cambios de dirección, adelantamientos y cruces se pueden realizar tan sólo por medio de los aparatos de vía. En consecuencia, una vez establecida la trayectoria (ruta o itinerario), el movimiento del tren posee un sólo grado de libertad: la velocidad, o sea la detención o el avance. El sistema de señalización con un muy reducido número de órdenes (aspecto de las señales) transmite estas instrucciones al maquinista. Es preciso no olvidar que el reducido coeficiente de adherencia rueda-rail implica considerables distancias de frenado y cuando las velocidades superan los 220 Km/h no da tiempo al maquinista a distinguir bien las señales en plena vía, por ello, en estos casos, es necesario repetir las señales en cabina. Considerando lo expuesto hasta ahora en relación con la seguridad en el ferrocarril, es evidente que los equipamientos que permiten controlar-la conducción del tren, también deben ser concebidos y diseñados bajo las técnicas de la seguridad intrínseca o "al fallo". Como se vera más adelante, en los últimos años ha habido diversas iniciativas para sistematizar los conceptos involucrados en los diferentes sistemas de control de tráfico, teniendo en cuenta los requerimientos operacionales y de seguridad, y el avance de las tecnologías disponibles.

Categoría de vías Las vías pueden clasificarse en tres categorías que son las siguientes: a) Vías generales: Son las vías destinadas a que los trenes circulen por ellas. En un trayecto entre dos estaciones todas las vías son generales, sean una, dos, tres o cuatro. En las estaciones son Generales las vías que conectan directamente con las generales de entrada y salida. Dentro de la estación estas vías no pueden tener ningún desvío que obligue a un tren directo, sin parada en dicha estación, a pasar por su vía desviada. Los desvíos situados en vías generales deben estar colocados de forma tal que den continuidad a estas siempre por su rama directa. Cabe señalar como

259

excepción el caso de estaciones con bifurcaciones ó aquellas otras en las que las vías de los trayectos colaterales no existan en igual número. En otros países las vías generales reciben el nombre de principales o permanentes. b) Vías secundarias señalizadas: Son las vías de estacionamiento, las que en las estaciones están destinadas a que un tren se aparte de la general para dejar paso a otro, o para apartarse por cualquier otra causa. Estas vías secundarias, salvo excepciones, no existen en los trayectos entre estaciones. Se denominan señalizadas cuando disponen de circuitos de vía que detectan en eiias la presencia de un tren, y cuando éste ha de obedecer las señales para moverse. c) Vías,secundarias sin señalizar: Son aquellas que no tienen relación alguna con las instalaciones de seguridad. Por lo general, vías de apartado para cargaderos, muelles de puertos y otras instalaciones donde los vagones deben poder moverse libremente sin producir peligro alguno para otros trenes. Estas vías raramente conectan directamente con una general, sino que lo hacen con una secundaria señalizada. Las vías secundarias pueden escapar a casi todas las reglas expuestas en el apartado "trazado" pues en ellas los trenes se mueven con lentitud y por ello no es necesario utilizar transiciones ni peraltes. Cuando una vía secundaria enlaza con la general se dispone un esquema de vías que solo permite que un tren acceda a vía general si las señales lo autorizan. En caso contrario es dirigido hacia una vía "muerta" que termina en una topera o es descarrilado por un calce o un dispositivo similar. A las vías secundarias se les limita ¡a pendiente, generalmente a 2,5 milésimas como máximo, para evitar que la gravedad o ei viento pueda originar el movimiento de coches o vagones que hayan sido dejados en ellas sin frenar, o que por una u otra razón pierdan freno. En las líneas de alta velocidad todo tren que haya de detenerse en una estación tiene que ser desviado a una vía secundaria. Las vías generales no tienen andén. No es concebible que un tren que no pare en una estación pase junto a un andén a 300 Km/h o más, pues ello resultará peligroso para ¡as personas que puedan estar en dicho andén.

SISTEMAS DE SEÑALIZACIÓN Circulación entre estaciones (o en trayectos) Como queda dicho, eí bloqueo telegráfico y luego el telefónico son ios sistemas de seguridad más antiguos y sencillos si se descartan los muy primitivos basados en el tiempo transcurrido entre circulaciones. Cuando dos estaciones están unidas por una vía única, se trata, de evitar que en el trayecto entre ambas haya un tren si se desea dar salida a otro desde una de las estaciones colaterales. De esta manera se evita que el primero pueda ser alcanzado por el segundo o choquen de frente si van en sentidos contrarios. Para esto se utiliza una simple conversación telefónica o telegráfica entre los dos jefes de las

260

estaciones colaterales. El que desea dar la salida a un tren pregunta al que lo ha de recibir si la vía está libre, es decir si no hay ningún tren en ella. Si es así le pide que la reserve para el tren que él ha de autorizar. Cuando recibe confirmación, da la salida a su tren. En cuanto el tren expedido llega a la estación receptora, se informa a la estación de procedencia que la vía queda nuevamente libre de trenes. Todas estas conversaciones se registraban en un libro en cada estación o quedaban grabadas si se utilizaba el telégrafo en vez del teléfono. Si se desea que.un tren pase por una estación sin detenerse, es suficiente que esta pida la vía a la siguiente y reciba la confirmación de que está libre con algunos minutos de antelación a la llegada del tren que no ha de detenerse. El sistema es también válido para vía doble. La ventaja de este sistema es su simplicidad y economía en instalaciones, sus inconvenientes son su vulnerabilidad a errores humanos y su limitada capacidad de tráfico pues soto puede haber un tren por vía y trayecto. E! sistema nunca debe considerarse obsoleto y ha de estar siempre a punto de ser utilizado, pues por su poco requerimiento de aparatos es al que se recurre cuando fallan los demás, ya que permite la circulación en situaciones provisionales, cuando nada funciona excepto el teléfono, debido a cualquier anomalía en el sistema de bloqueo, por más avanzado que éste sea. Otro sistema es el llamado bloqueo mediante testigo. Se llama testigo a un distintivo o algo similar, del que existe un solo ejemplar para determinado trayecto. La regla es que jamás un tren debe lanzarse a un trayecto sin estar en posesión del mismo. El inconveniente de este sistema, por otra parte muy seguro, es cuando se trata de que pasen dos o más convoyes en la misma dirección. En tal caso cuando el segundo tren llegue a la estación de salida, el testigo estará en la de llegada, y alguien del personal debe Llevarlo de una a otra estación. Por supuesto que existen soluciones alternativas para estos casos, aunque siempre más o menos imperfectas en cuanto a seguridad. El sistema de circulación con testigo se perfeccionó cuando se aplicó una comunicación eléctrica entre las estaciones colaterales al trayecto encuestión. Se inventó un aparato distribuidor de testigos que puede almacenar varios. Por cada trayecto hay dos distribuidores, (Fotografía 4-1) cada uno en una de las estaciones colaterales.

261

Estos distribuidores están conectados eléctricamente entre sí y cada uno contiene varias llaves o bastones, que sirven como testigo. Cuando de uno de de los distribuidores el persona! de una estación retira un bastón, los dos quedan bloqueados sin que se pueda retirar ningún otro bastón hasta que el retirado es vuelto a introducir en uno de los dos. El tren no puede acceder al trayecto sin uno de éstos y de esta, manera tampoco puede haber más de un tren por vía y trayecto. Los bastones tienen unos anillos distintivos para que no puedan ser introducidos en otros distribuidores que no sean los de ambos extremos del trayecto al que corresponden. Este sistema se diferencia del anterior únicamente en que permite tantos trenes seguidos en el mismo sentido como llaves o bastones tienen los aparatos distribuidores. Los trenes sin parada pueden devolver el testigo y recoger el del trayecto siguiente mediante aparatos que permiten que esta operación se efectúe en marcha. Este sistema es muy empleado en los ferrocarriles de origen británico. Su inconveniente principal, en la actualidad, es el alto valor que se da a la productividad, puesto que el sistema obliga a una presencia permanente de personal en todas las estaciones de un recorrido. El bloqueo eléctrico, con mayor o menor grado de automatización, es un sistema más moderno que los anteriores, que ha sido creado para permitir circulaciones con mayor frecuencia y menor intervención humana. Se basa fundamentalmente en una combinación de señales y circuitos de vía. Las señales son aparatos cuya finalidad es proporcionar información y/u órdenes al maquinista (información de tierra a tren) y Sos circuitos que permiten detectar donde se encuentra un tren (información de tren a tierra). Para aplicar un bloqueo a un trayecto ha de dividirse este en varios tramos distintos, que se denominan comúnmente "cantones". Será necesario que cada cantón tenga, al menos, una longitud mayor que la que necesita un tren para detenerse. En cada uno de ios extremos del cantón se sitúan dos señales, si la vía es única, una mirando hacia un extremo del trayecto. y la otra en sentido contrario. La combinación de los circuitos de vía y las señales ha de garantizar que entre dos trenes que circulan en la misma dirección, cuando el segundo tren advierta una señal de peligro o precaución, tenga siempre por lo menos un cantón libre por delante que Se garantice la distancia necesaria para detenerse. De esta manera, a diferencia del caso de los bloqueos anteriormente descritos, varios trenes pueden recorrer simultáneamente un trayecto entre estaciones, siempre que lo hagan en el mismo sentido, ya que solo se ha hecho referencia a una vía única. Aplicando el mismo sistema a una vía doble se puede lograr una capacidad de paso de trenes mucho mayor. Cuando en un trayecto de doble vía se colocan señales entre cantones mirando hacia ambos lados, se hace posible que por cada vía circulen trenes en ambas direcciones. Se dice entonces que se trata de un trayecto de vía doble"banalizado". Hay diferentes niveles de automatización de bloqueo eléctrico, con intervención de la mano humana o totalmente automáticos. Para todos rige el principio de que si dos trenes circulan en un mismo sentido, entre los dos

262

debe haber por lo menos un cantón libre de trenes, de forma que e! segundo tren no pueda entrar en él hasta que el anterior ya haya salido del mismo. Cuando una señal impide entrar en ese cantón, la señal anterior tiene que advertir al maquinista que la siguiente le obligará a detenerse, para así darle la posibilidad de reducir su velocidad.

Circulación dentro de estaciones Cuando una instalación ferroviaria se compone de varias vías y numerosos aparatos de vía, como por ejemplo una gran estación, tanto para viajeros como para mercancías, o cualquier otro tipo de instalación que agrupe vías y desvíos, es necesario instalar sistemas de seguridad más complejos que los utilizados en trayectos en plena vía. En estos casos es necesario considerar muchas más posibilidades de accidente o incidencia, por ejemplo: trenes que se crucen, que circulen por la misma vía, que rebasen el punto en el que deben detenerse, etc. Para ello, a la vista de un plano.o esquema de la instalación en cuestión, se redactará una "Consigna" (en España será serie A sí i a redacta la Dirección, serie AD si esta redactada por la Gerencia o serie C en caso de existir algún paso a nivel en la estación). En la Figura 4-2 se ha tomado al azar el plano esquemático de una estación cualquiera, en la que están situadas esquemáticamente señales y desvíos. A Sa vista del esquema es cuando se debe redactar la correspondiente Consigna de Servicio en ¡a que se indicará y relacionarán entre si la posición de cada señal y de cada desvío según el itinerario que se desee preparar para cada tren. La consigna ha de indicar, una vez se haya trazado el itinerario de un determinado tren,

en el esquema de las instalaciones, en que posición han de estar los desvíos que ese tren ha de abordar para poder seguir el itinerario escogido y también en que posición han de estar tanto las señales que autorizarán su marcha como las señales, y posición de desvíos, que le protegerán de la marcha de otros trenes que puedan estar moviéndose en o hacia su entorno.

263

Las consignas se elaboran a partir de un "cuadro de incompatibilidades". El cuadro de Incompatibilidades ha de indicar qué posiciones de desvíos y señaies son incompatibles con el itinerario escogido, o dicho de otra forma, en que posición han de estar para que se evite cualquier incidente (Figura 43). Las distintas columnas y grupos de! cuadro indican ¡o siguiente: En la primera columna izquierda está numerado el itinerario que se desea proteger. La segunda indica cual es ese itinerario: Entrada a...., Salida de... hacia....etc. El tercer grupo, en qué posición ha de estar cada desvío: En reposo o ausencia de actividad estarán en pos¡ción"normar'(+). Cuando se los mueva estarán en posición "invertida (-). Cuando el cuadro está vacío: Posición indiferente para el itinerario de que se trata. El cuarto grupo informa sobre cuáles deben ser las indicaciones que han de dar las señales (L = Vía libre, Círculo atravesado por una raya horizontal = Alto). El quinto grupo se refiere a los circuitos de vía que deben dar la indicación de libres, (L), o sea, no ocupados por ningún vehículo. Finalmente, ei último grupo indica cuáles son itinerarios incompatibles entre sí, así como el motivo de la incompatibilidad (aclarado debajo del cuadro). Para la confección de la Consigna se tendrán en cuenta ios siguientes principios: • Las señales tienen una posición llamada "normal" que es la de mínimo peligro, (indicando "parada") que es en la que han de permanecer en ausencia de actividad en la estación. • Los desvíos tendrán también una posición "de reposo" en la que habrán de permanecer en ausencia de actividad. Generalmente, y sobre todo en las vías generales, tal posición será la de "paso directo" por la rama recta de ios desvíos. En la consigna, para ¡os desvíos, esta posición "de reposo" se representa, como ya se ha dicho, con el signo (+) y se llama "normal". La contraria se llama posición "invertida" y se representa con el, signo (-). Esta última posición sólo debe permitirse cuando se muevan, o

se prepare el movimiento, de trenes en la estación. Para confeccionar la Consigna se trata de ir imaginando todos los caminos posibles o "itinerarios" que pueden seguir los trenes que llegan, salen o maniobran en ese complejo ferroviario e irlos anotando en el cuadro de incompatibilidades. Cada uno de esos itinerarios, para poder ser recorrido por un tren en forma segura, requiere que determinados desvíos estén en determinada posición, que ciertas señales den el "alto" a trenes que puedan aproximarse y/o interferir en e! itinerario que se desea recorrer. Los circuitos de vía habrán de indicar también que las vías del itinerario escogido están libres.

264

Todo esto requiere de una lógica o programa o mecanismo que impida autorizar dicho itinerario mientras no se cumplan todas esas condiciones. Esta lógica podrá establecerse una vez concluido el cuadro de incompatibilidades.Tal lógica, o mejor dicho, el mecanismo que la materializa, se llama"Enclavamiento". Una vez completado el cuadro de incompatibilidades podrá redactarse la consigna, y posteriormente se diseñará el enclavamiento. Los enclavamientos más antiguos eran exclusivamente mecánicos y estaban constituidos por topes y levas sujetos a una serie de barras cruzadas que a su vez estaban conectadas a los mandos de señales y desvíos. Esos topes y levas debían impedir movimientos incorrectos de las mencionadas barras. Los movimientos de estas barras estaban también condicionados por las ocupaciones de los circuitos de vía mediante cerrojos impulsados eléctricamente. Del movimiento a mano de señales, desvíos y barras se pasó a mover todo hidráulica¬mente o medíante aire comprimido, y posteriormente mediante electroimanes o motores. Después la lógica se materializó a través de cascadas de relés, logrando programar dichas incompatibilidades, y actualmente se aplican a tal fin programas informáticos.

265

Figura 4-3: Consigna correspondiente a la estación de ¡a fig.4-2 . • La curva de la víadesviada incluye transiciones (clotoides). • El cruzamiento es de punta móvil, de una longitud tal que requiere cuatro motores para su accionamiento. Puesto que así no tiene laguna, no son necesarios contracarriles para proteger la punta de cruzamiento. (A veces en algunos países se han construido de punta fija y patas de liebre móviles, para el mismo propósito). • Las agujas son de tal longitud que utilizan para ser movidas ocho motores, por supuesto conjugados con ¡os motores del cruzamiento. • Otra de las características de estos aparatos es que poseen unas traviesas .huecas, de acero, para alojar en su interior todas las timonearías y cerrojos para su accionamiento. De esta manera quedan protegidas de las piedras del balasto y además estas traviesas pueden ser bateadas como cualquier otra. Las traviesas más largas de estos desvíos van articuladas por su parte media para lograr un mejor asentamiento y no soportar momentos fiectores importantes.

Tolerancias de montaje En este apartado, para una más precisa información se han incluido tres cuadros: El cuadro n° 1 compara las tolerancias de montaje de vía en función de las velocidades previstas. El cuadro r¡° 2 nos da noticias de las diferentes tolerancias de montaje de una vía de Alta Velocidad sobre balasto para cada una de sus fases de montaje. El cuadro n° 3 da las tolerancias de montaje para vía en placa. 76

Estos cuadros se encuentran disponibles en www.editorialtebar.com, en el apartado "Técnica Ferroviaria".

77

Infraestructura Aunque no se trate del tema de esta memoria, que desea discernir sobre la superestructura de ios trenes de Alta Velocidad y los métodos de su construcción, no por ello ha de de¬jarse totalmente aparte lo relacionado con ios tratamientos a dar a las capas de terreno destinadas a soportar el balasto que es el primer elemento de la nombrada superestructura El terreno destinado a soportar una vía de Alta Velocidad debe tener algunas características determinadas. A menudo se piensa que debe ser capaz de soportar importantes cargas, pero en realidad no es así puesto que tanto e! lecho de balasto como las diferentes capas inferiores logran un reparto de fa carga tan grande que la carga específica contra eí terreno natural resulta relativamente pequeña. Lo que se busca con más interés a! construir esa especie de alfombra que debe haber entre balasto y terreno natural es en primer lugar homogeneidad, o sea que a lo largo de la traza sus características de deformación elástica sean lo más uniformes posibles. En segundo lugar se procura que la capa a lo largo del tiempo sea lo más uniforme posible también en cuanto a asentamientos o subsidencias, por lo que se han de cuidar los porcentajes de humedad para que varíen lo menos posible. Lo que suele hacerse normalmente es en primer lugar realizar una excavación que despoje e! terreno de cualquier vestigio de tierra vegetal, lo que en algunos sitios se logra excavando unos pocos centímetros y en otros se debe llegar al metro o más. Se obtiene entonces una explanada en la que conviene excavar un poco más para sanearla hasta que ofrezca un aspecto satisfactorio. Según las características del terreno, a veces se extiende sobre esta superficie un geotextil no tejido. Viene a continuación un relleno hasta alcanzar una altura inferior en Im - 0,9 m a la superficie del subbaíasto. Esta capa puede proceder de préstamos seleccionados. A continuación se colocará una llamada capa de fundación de 0,60 m de espesor de gravas y zahorras homogéneas con el porcentaje de arcilla imprescindible para poderla compactar. Luego vendrá una capa de 0,30 m de subbaíasto compuesta por grava arenosa + finos, muy compactable + un 30 % de piedra procedente de machaqueo. Ha de resultar poco permeable y repartir algo más las cargas que le transmite el balasto. La superficie del subbaíasto debe quedar con pendientes que faciliten la escorrentía de ¡as aguas de lluvia que lleguen a través del balasto. Se da para ello un 2 % de pendiente hacia ambos lados de la plataforma.

78

Para proteger el subbaíasto de los vehículos con neumáticos que han de pasar antes del montaje de las vías y a la vez hacerlo más impermeable, una vez perfectamente nivelado, se le da una capa de riego asfáltico. Al analizar estos temas no se deberá olvidar el proyecto de investigación llamado "Supertrack"que es eí nombre con el que se ha designado una investigación básica para ¡a Comisión Europea en la que participan organismos de España, Francia, Suecia y Noruega. Se trata de medir toda una gama de esfuerzos, vibraciones, ruido y desplazamientos que produce la circulación de un tren por una vía extendida sobre terreno natural sobre balasto y con traviesas de hormigón Para ello en un sótano del CEDEX, en el Parque del Retiro de Madrid se construyó un gran cajón de acero con medidas interiores de 5 m de ancho, 21,14 m de largo y 4 m de profundidad. Dentro de este cajón se montó un tramo de vía con todas las capas que permitió la profundidad del cajón {Súper + infraestructura). A la caja que contiene la vía de ensayo se le ha dotado de unos notables actuadores hidráulicos capaces de reproducir los esfuerzos que pude producir un tren en la vía con diferentes cargas y velocidades, superando incluso ¡as que actualmente pueden producirse, con ei fin de obtener parámetros de futuro (Figura 6-5).

Figura 6-5: Acusadores para reproducir los esfuerzos producidos por los trenes sobre el cajón de ensayos montado en los laboratorios deí CEDEX. Para conocer mejor estos esfuerzos, previamente, en un tramo de ia línea de Aíta Velocidad Madrid-Barcelona se instalaron equipos de medición para obtener valores de los fenómenos generados por el paso de diferentes trenes a varias velocidades.

79

Los instrumentos de medición utilizados, tanto en la vía Madrid - Barcelona como en el tramo de pruebas de! CEDEX fueron: Extensómetros para medir ei estiramiento o contracción de determinados materiales, especialmente carriles, lo que permite conocer a qué esfuerzos se les está sometiendo. Células de presión que consisten en unos discos flexibles que intercalados entre dos capas de material granular, son capaces de medir la presión actuante entre dichas capas. Transductores de desplazamiento. Consisten en aparatos capaces de medir ei desplaza¬miento de una varilla que pasa a través de estos y que a una determinada distancia va anclada a una pequeña plancha transversal que hace de ancla. Permiten así saber cómo se comprimen diferentes capas de la infraestructura o ei balasto. Aceíerómetros. Como su nombre indica miden aceleraciones y permiten conocer así la: vibraciones producidas al paso de los trenes. Geófonos. Su finalidad es la medición de vibraciones de frecuencias audibles, cómo \ dónde se generan y a qué distancia del eje de la vía. Todos estos instrumentos están colocados a distintas profundidades y más o meno: separados deí eje de vía para permitir conocer mucho mejor que actualmente los comporta mientos de la infraestructura y la superestructura de vía.

PROCESO CONSTRUCTIVO En este apartado sé tratará de! método de construcción de la superestructura de vías, método que no es necesario que sea el único posible, pero que si es el que sé está aplicando en la actualidad. Dejando fuera la parte correspondiente a la construcción de la infraestructura por no ser especialmente ferroviaria, puesto que puede ser muy similar a como se construye una carretera. Se tiene, pues, en el momento de comenzar los trabajos de superestructura, una traza preparada para comenzar a colocar las vías. En esta traza pueden estar ya colocados los postes de electrificación o pueden no haberse colocado todavía. Queestén ya colocados resultará favorable pues es en ios postes donde se colocan los pernos, última de las referencias topográficas, las más próximas a la vía. De no estar deberán remplazarse estas referencias por otras provisionales y el posicionamiento exacto de la vía o su eje resultará un trabajo algo más complicado. En la web www.editorialtebar.com, en el apartado dedicado a este iibro, el lector puede encontrar tablas sobre tolerancias de geometría de vía (valores límite) según la normativa europea, tolerancias vía balasto y tolerancias vía en placa.

80

Reparto de traviesas La primera operación consiste en el reparto de traviesas, que llegan a la traza en camión y se descargan en los laterales fuera de la franja que habrá de ocupar el balasto. También podrán llegar una vez extendida la primera capa de balasto, aunque e! paso de camiones puede deformar ligeramente la superficie de esta primera capa.

Primera capa de balasto

La primera capa de balasto se extiende por medio de una máquina extendedora que es un vehículo sobre orugas que se desplaza lentamente por la explanación. En su parte delantera tiene una tolva que es donde ios camiones que traen balasto, descargan (esta primera capa se trae en camión). La máquina, en su parte trasera, tiene una canaleta transversal abierta por su costado de atrás. Dentro de esta canaleta hay unos rodillos con aletas en forma de tornillos de Arquímedes, que reparten el balasto por toda su longitud. El balasto cae en la plataforma por la parte abierta de la canaleta, y deja sobre esta una capa de balasto de un espesor medio de unos 35 cm.

Posicionamiento de las traviesas Una vez completada la alfombra de balasto se comienzan a posiclonar las traviesas. Para elio se utiliza una grúa sobre neumáticos tipo "retro"que en el extremo de su pluma tiene un dispositivo especial para este cometido. Este dispositivo coge las traviesas en número de 7 u 8, juntas por sus caras laterales y ¡as deposita en ía traza. El dispositivo las ha levantado tomándolas por sus extremos. Una vez sobre el balasto el aparato suelta las traviesas una si y otra no alternativamente, de tal modo que las que quedan sobre el balasto ya quedan espaciadas en su situación definitiva, mientras que las que quedan en el dispositivo también lo están. La grúa las pone entonces a continuación de lasque ya ha depositado y de esta manera quedan todas lasque ha cogido con la separación entre ellas definitiva.para formar la vía. 81

Unos operarios, en número de 2 o 4, provistos de barras, pasan entonces a perfeccionar la alineación de la fila de traviesas y a corregir los pequeños defectos de escudaría que hayan podido quedar de su posicionamiento mediante la máquina.

Posicionamiento de los carriles Los carriles son transportados desde la base de montaje. En esta base cambian de tren puesto que han llegado en trenes de un ancho de vía ibérico y han de transportarse a punta de vía en vagones de ancho internacional. Estos carriles tienen una longitud de 270 metros y son cargados en el tren en número de 36 barras. El tren se desplaza por la vía ya montada empujado por una locomotora, hasta que llega a la punta de carriles, donde se detiene. Este tren tiene, en el extremo pordonde ha de ser descargado, dos vagones especializados para dar a los carriles el posicionamiento correcto para que salgan del tren en posición de- quedar sobre las superficies de asiento de las traviesas. Llevan también rampas para que es final de cada carril no caiga de forma brusca (Fotografía 6-6). Para tirar de los carriles hacia fuera del tren que los trae se dispone de una máquina especialmente adaptada. Se trata de una "retro"sobre orugas en la que se han modificado la posición original de estas orugas. Se han separado más, y se han bajado respecto ai chasis de la máquina para que esta pueda trasladarse sin que le estorben las traviesas ya alineadas por la plataforma y listas para recibir ios nuevos carriles (Fotografía 6-7).

82

Fotografía n' 6-6: Extremo del tren carrilero

Fotografía n° 6-7 83

Mientras tanto se han ido colocando a intervalos regulares unos rodillos para que el carril una vez colocado sobre las traviesas ruede sobre ellos sin resbalar y sin tocar las traviesas (fotografía 6-8)

Fotografía n°6-8 Cuando se comienzan a descargar ios carriles, la "retro" con las orugas anchas, se acerca al tren carrilero y mediante su pluma y un tramo de cable tira de uno de los carriles para hacer pasar su punta por ¡os dos vagones destinados a orientario a su correcta posición. Cuando la punta de este carril ha llegado a salir unos cuantos metros fuera del uitimo vagón del tren, el vagón orientador de su alineación, aunque a una distancia ta! que ia punta del carril no toque el suelo, ia retro lo deja allí y repite toda ia operación con otro carril hasta dejar las puntas de los dos carriles en un mismo lugar. Es entonces cuando ios dos carriles se enganchan al chasis de la máquina y esta comienza a tirar de los dos a la vez (Fotografía 6-9).

84

Fotografía n° 6-9

Una vez colocados los carriles en su lugar sobre las traviesas, en: toda su longitud, se procede a embridarlos con bridas tipo "C" con los carriles que formaban hasta entonces la punta de ia vía. A continuación no queda más que apretar las fijaciones, y un nuevo tramo de vía queda listo para que el tren carrilero pueda avanzar hasta la nueva punta de la vía y repetir la operación de descarga y colocación tal como se ha descrito hasta aquí.

Colocación de balasto Como puede apreciarse en las tres últimas fotografías, la vía ha quedado montada por encima de la capa de balasto, tal como ésta había quedado después de ser extendida en ia plataforma. Ha de completarse ahora el reparto del balasto faltante, que se trae en vagones tolva, combinado esta labor con ia puesta de la vía en su correcta posición en el terreno mediante sucesivos bateos y alineaciones. Llevar la vía hasta su posición definitiva se realiza mediante cinco etapas de bateo. De estas etapas las tres primeras se denominan de "levante" puesto que el trabajo principa! que se realiza es levantar la vía añadiendo balasto y bateándolo bajo las traviesas. Las dos siguientes pasadas e denominando "nivelación” puesenestas, lanivelación y la alineación de la vía son tas tareas primordiales. Se realiza así una sucesión de operaciones en la vía que son las siguientes: 1° Levante. Descarga de balasto y bateo de las vía hasta hacerle ganar altura en unos 42 mm aproximadamente, sobre la que tenía antes de este levante. A continuación se sueldan los carriles del tramo que se está tratando mediante procedimiento aiuminotérmico. Se pasa ia máquina estabilizadora que asienta la vía mediante vibraciones. En esta operación se suelen perder unos 12 mm de ia altura que se había alcanzado mediante el bateo, por lo que el carril ha subido 30 mm respecto a como estaba antes. 2° Levante. Este consiste en una nueva aportación de balasto y un nuevo bateo, sin más operaciones. La vía sube unos 52 mm aproximadamente. 3° Levante. Nueva aportación de balasto y bateo. La vía sube unos 30 mm aproximadamente. 1s Nivelación

85

Las.operaciones son las mismas que en ios casos anteriores, pero poniendo más atención a la nivelación y alineación de la vía para acercar su posición lo más posible a la teórica. En esta operación la vía sube unos 38 mm. A continuación se pasa ia máquina estabilizadora que al asentar la vía le produce un descenso de 8 mm, por lo que la vía habrá subido 30 mm respecto a su altura anterior. Es después de esta operación cuando puede procederse a la liberación de tensiones. 2a Nivelación. En esta operación se batea, con aporte de balasto si hiciese falta, y se alinea la vía con el propósito de lograr la mayor precisión posible en cuanto a dejaría en su posición fina!. Esta sube unos 32 mm. Pasa a continuación la máquina estabilizadora que asienta la vía unos 2 mm, con lo que la vía ha subido unos 30 mm respecto a su posición anterior. Finalizada esta etapa, la cara superior de la banqueta de balasto ha de quedar 30 mm más baja que la cara superior de las traviesas. Las operaciones finales a la que ha de someterse la vía antes de ponerla en servicio son un amolado del'plano de rodamiento y ia cara activa de los carriles con objeto de profundizar en la perfección del camino y perfilar la banqueta de balasto para que quede con sus hombros y taludes tai como se ha proyectado. Hay que insistir en cuanto a este perfilado en que no deben quedar piedras descansando en la cara superior de las traviesas.

Montaje, transporte y colocación de desvíos

Los desvíos, cuyas características se han descrito en páginas anteriores, se transportar de fábrica desmontados y con sus traviesas de hormigón listas para montarlos sobre lar mismas. En la base de montaje existe una superficie adecuada para montarlos. Se trata de un; superficie de hormigón perfectamente nivelada y dotada de rastreles. Sobre esta superficie pueden moverse hasta cuatro puentes grúa de 12 toneladas c/u que abarcan e! lugar de montaje y una vía para descargas las partes de los desvíos cuando llegan por ferrocarril, t para trasladarlos a su lugar de colocación ya montados. En ese lugar es donde se montan entonces los desvíos. Esta labor es generalment realizada por personal especializado perteneciente a ia misma empresa que construy estos aparatos de vía.

86

Una vez montado e! aparato, es cuestión de transportarlo hasta donde debe ser colocadc Para esta labor se emplean una serie de aparatos que se intentarán describir, y que con I ayuda de unas fotografías es de esperar que su funcionamiento resulte satisfactoriament explicado. En primer lugar se habrá de decidir si el desvío se transporta entero o separado en de o tres partes. Esto dependerá de su tamaño y de las condiciones del camino que deba recorrer, etc. La maquinaria para transportarlo se compone de dos tipos de aparatos: Pórticos Consisten en una serie de pórticos que pueden desplazarse por los carriles del desv recién montado y que a su vez pueden sujetarse firmemente a estos últimos. Estos pórtio tienen a ambos lados unas vigas retráctiles que pueden salir más o menos a cada lado de vía, accionados hidráulicamente. En el extremo de estas vigas horizontales hay otras barras de movimiento vertical que, apoyándose contra el suelo, pueden actuar como gatos hidráulicos levantando todo el pórtico y lo que este haya sujeto, en este caso el aparato de vía. Así pues la primer labor después de haber montado el desvío, o parte de éi, es poner sobre el mismo varios pórticos de los anteriormente descritos. Esta labor pueden realizarla los puentes grúa de que está dotada la explanación, como ya se dijo antes. Una vez hecho todo esto se accionan los gatos de los pórticos lográndose así que levanten el desvío hasta una altura suficiente como para hacer correr por debajo un tren de plataformas que será el encargado de transportarlo al lugar de colocación. Una vez el desvío descansando sobre el tren se contraen las vigas horizontales de los pórticos y los gatos de sus extremos para que estos puedan ser transportados junto con e! desvío. En la Fotografía 6-10 puede verse como el desvío acaba de llegar a las proximidades de su ¡ugar de montaje y los pórticos que han viajado con él lo han levantado nuevamente para que el tren de plataformas pueda retirarse (visible en la fotografía).

87

Fotografía n° 6-10 Carretones El aparato que complementa el equipo de posicionar desvíos es un carretón, o una serie de ellos, tantos como los pórticos. Estos aparatos son de un tamaño similar a un bogie, y están motorizados y sus desplazamientos por la vía están dirigidos por radio. Estos carretones tienen además, en su parte superior un soporte destinado a que en él se apoye una de las traviesas del des\ Este soporte puede subir y bajar y también desplazarse lateralmente a! eje de vía para alím correctamente el desvío. Estos movimientos se mandan también a través de ios mandos radio. En las Fotografías 6-11 y 6-12 pueden verse estos carretones con el soporte para traviesas del desvío.

88

Fotografías n° 6-11: Carretón motorizado Una vez que el tren que ha traído el desvío se ha retirado, los carretones se distribuye ío largo del mismo. Los pórticos descienden entonces el desvío, que pasa a reposar sobre carretones (Figura 6-12). Estos emprenden entonces el viaje lentamente hada el sitio dor el desvío ha de colocarse. Los pórticos viajan con el desvío, sujetos al mismo. Puesto que en el lugar donde el desvío ha de ser montado no hay vía, para dejar er lugar al mismo desvío, se hace necesario montar una vía provisional para que ¡os carretoi puedan trasladarse y depositar su cargamento donde ha de quedar. Se monta entonces una vía muy simple formada por unos cortos tramos de un carril rt semejante ai Brunel de unos 3 metros de longitud aproximadamente. En cada punto dor estos carriles se empalman ¡levan una riostra para mantener el ancho correcto.

Fotografía 6-12: Ei desvío es montado sobre los carretones Esta vía se monta hasta donde los carretones han de llegar (Fotografía 6-13). Una vez todo dispuesto en su sitio se vuelve a suspender el desvío mediante los pórticos. Los carretones quedan así liberados de su carga y se retiran empleando la vía provisional y pasando luego a la vía normal, se procede entonces a desmontar y retirar la vía provisional y el desvío es depositado en su lugar definitivo por los pórticos.

89

Si la distancia a recorrer entre e! lugar en el que se montó ei desvío y el lugar donde hay que colocarlo es moderada, puede presandirse del tren, confiando el transporte a los carretones. Es necesaria la utilización de una grúa para todas estas operaciones, carga y descarga de pórticos y de carretones del tren, etc.

Fotografía 6-13: Vía provisional Quedaría por hacer algún recuento de las instalaciones que debe de haber en la para hacer posibles estos trabajos. Estas pueden ser las siguientes: • Un edificio de oficinas, con sala de reuniones, despachos, sanitarios, etc. para el per: técnico y administrativo que interviene en la obra. • Para el manejo de los carriles hace falta una explanada que supere iigeramer longitud de ¡os que han de llegar. Esta explanada tendrá que estar dotada de une puentes grúa, todos coordinados entre sí mediante un mando único para que cu- muevan un carril, lo hagan todos al unísono, levantándolo o trasladándolo horizontaim Esta explanada habrá de estar separada longitudinalmente en tres zonas, a saber: 1) Una zona conteniendo una vía de recepción de carriles. 2) Otra conteniendo una vía para el tren de expedición de carriles ai tajo. 3) Una tercera zona de acopio de carriles, preferentemente dotada de rastreles trar sales. Por supuesto, los 20 puentes grúa habrán de abarcar las tres zonas. Para el montaje de desvíos u otros aparatos de vía hará falta una explanada cor anterior con la única diferencia que bastarán cuatro pórticos de 12 Ton. c/u y ios rasl sobre los que montar ¡os desvíos deberán ser longitudinales a la explanación. 90

Si, como en España el ancho de vía por el que llegan los materiales es distinto ai q: está montando, deberán emplearse vías mixtas o vías de ambos anchos. Finalmente habrá que contar con una amplia explanada para recibir materiales puedan llegar por carretera, y máquinas aptas para moverlos. Tendrá que haber alg vías del ancho de la línea en construcción para que diferentes contratistas puedan dej; sus máquinas. También una nave para el mantenimiento y cuidado de las locomotoras destinadas transportes dentro de la obra, generalmente será suficiente con una nave de maníenimi de tres vías en la que cada una de estas estará más o menos especializada en un tipo mantenimiento.

91