PARTE 3 - Mecanica de La Via

FERROCARRILES Y TRANSPORTE GUIADO 4º CURSO - INGENIERÍA CIVIL

PARTE 3.- MECÁNICA DE LA VÍA

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Objetivos o Conocer las acciones y los esfuerzos sobre la vía. o Conocer la influencia de los tráficos sobre el estado de la vía. o Conocer el comportamiento de los diferentes elementos de la infraestructura (carril, traviesas, capas de asiento, plataforma) ante las enormes cargas o Calcular las cargas sobre la vía. o Calcular los elementos de la vía. 3

&È/&8/2'(/$9Ë$*(1(5$/,'$'(6 ‡ Condiciones generales del problema ‡ Métodos de resolución del problema ‡ Los esfuerzos del ferrocarril ‡ Parámetros de la vía ‡ Notas ‡ Fotografías

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CondicionesGeneralesdelProblema o Vía: conjunto de elementos con módulos de elasticidad y coeficientes de amortiguamiento muy diferentes. o Sometida a cargas dinámicas con muchos parámetros mal conocidos por fenómenos de interacción vehículo – vía. o Gran diferencia entre: • La vía teórica y la vía real (irregularidades, defectos, etc.) • El tren teórico y el tren real (ovalizaciones, planos de rueda etc.) 5

CondicionesGeneralesdelProblema o Métodos de cálculo: • Antes: Ecuaciones empíricas simplificados • Hoy: Método de los Elementos Finitos • Normas o Por lo general, se conoce: • Bien el comportamiento del carril • Mal el comportamiento de la traviesa • Bien el comportamiento de las capas de asiento (por MEF)

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Método de Resolución 1. Cálculo de los esfuerzos o Según los diferentes tipos 2. Comprobación de las secciones o Carril o Sujeciones o Traviesas o Capas de Asiento 3. Metodología de prueba y error

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Losesfuerzosdelferrocarril–0RYLPLHQWRV o Los trenes tienen seis grados de libertad: • 3 movimientos – Longitudinal – Transversal – Vertical

• 3 ángulos – Balanceo (según eje x) – Lazo (según eje y) – Galope o cabeceo (ségún eje z)

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Losesfuerzosdelferrocarril–0RYLPLHQWRV [ Galope o cabeceo

Vertical Lazo

Lateral

Z

Longitudinal Balanceo

Y

Dirección de movimiento

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Losesfuerzosdelferrocarril–Clasificación o Los esfuerzos se pueden clasificar: • Por dirección de acción – Longitudinal – Transversal – Vertical

• Por tipo de acción – Estáticos – Cuasiestáticos – Dinámicos

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Losesfuerzosdelferrocarril–Clasificación o Por dirección • Longitudinales: debidos a fuerzas de tracción y de frenado y a diferencias térmicas. Pueden provocar pandeo vertical u horizontal. • Transversales: por golpes de las pestañas contra el carril. Determinación de la velocidad máxima. • Verticales: por cargas de peso y fuerza centrífuga. Diseño de los componentes.

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Losesfuerzosdelferrocarril–Clasificación o Por tipo • Estáticos: Peso propio del tren. “En parado”. Bien conocidos. • Cuasiestáticos: Debidos a la velocidad, por la fuerza centrífuga. Bien conocidos. • Dinámicos: debidos a irregularidades, a impactos etc. Mal conocidos.

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Los esfuerzos del ferrocarril o Enteoría,sóloestáticosycuasiestáticos o En la práctica: • Movimiento de lazo Æ las pestañas golpean el carril. • Ancho de vía variable por defectos. • Irregularidades en alineaciones de vía siempre. • Material móvil tiene 2 suspensiones con frecuencias de oscilación propias Æ crea esfuerzos transversales y longitudinales 13

Losesfuerzosdelferrocarril–Esfuerzoscuasiestáticos o Debidos al efecto de la fuerza centrífuga en las curvas

Fuerza centrífuga

R R 14

Losesfuerzosdelferrocarril–Esfuerzosdinámicos o Son muy desconocidos o Dependen del estado del material móvil y del estado de la vía o Por lo general, se siguen fórmulas del tipo:

QG

QH ˜ f V

• QH:cargaestáticadelarueda • QG:cargaGLQiPLFDdelarueda • V: velocidad del tren

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Losesfuerzosdelferrocarril–Esfuerzosdinámicos o Siguen una distribución normal. o La dispersión crece con la velocidad y al empeorar el estado de vía y vehículo. o Tienen mucha influencia las cargas suspendidas y las no suspendidas

Cargas suspendidas

Cargas no suspendidas 16

Losesfuerzosdelferrocarril–Esfuerzosdinámicos o Masas suspendidas: por encima de las suspensiones: caja de viajeros. Frecuencias naturales entre 1 y 5 Hz. o Masasnosuspendidas:%RJLHV.Frecuencias naturalesentre20y50Hz. o Masas no suspendidas VRQ HO  GHO PDWHULDO PRWRU y 10% deO material remolcado, pero suponen 50% de las cargasdinámicas.

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Losesfuerzosdelferrocarril–Esfuerzosverticales o Cargaestáticadeaproximadamente20t/eje (10t/rueda). o Limitadaen ferrocarrilesdealtavelocidad (17t/eje)porefectosdinámicos. o Aumenta por fuerza centrífuga en el hilo alto. o Sonmuyimportanteslosgolpesenelcontacto rueda–carril,losdefectos,etc.

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Losesfuerzosdelferrocarril–Esfuerzostransversales o MUY IMPORTANTES o Pueden provocar descarrilo o vuelco. o Rectas: Movimiento de lazo más defectos en la interacción vehículo – vía. o Curvas: Por velocidad excesiva con poco peralte (el tren se sale). o Ripado y vuelco de la vía.

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Losesfuerzosdelferrocarril–Esfuerzoslongitudinales o Los menos importantes o Causas: • Esfuerzos térmicos por cambio de temperaturas • Fuerzas de tracción y de frenado • Deslizamientosentreruedas(p.eM.curvas) • Golpes de ruedas en juntas

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Parámetroselásticosdela vía o Módulo de vía k • Carga lineal uniforme dividida por el descenso z en el punto medio

k

r z

• r:cargauniformeenN/m • z:descensoen m • Varía entre 40 y 400 kN/m2

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Parámetroselásticosdela vía o Rigidez de la vía  • Carga puntual necesaria para tener un descenso unitario

ρ

Q z

• Q:cargapuntualen N • z:descensoen m • Varía entre 30 y 80 kN/m

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Parámetroselásticosdela vía o Coeficiente de balasto C • Carga puntual necesaria para tener un descenso unitario dividida por la superficie de traviesa

C

σ z

Q S z

• :presión • Q:cargapuntualen N • S: superficie de apoyo de la semitraviesa • z:descensoen m • Varía entre 10 y 500 N/cm3

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Parámetroselásticosdela vía o El coeficiente de balasto se considera como la densidad de un líquido equivalente sobre el que flotara el conjunto traviesa+carril. o Clasificación en función de C • C>180 N/cm3 Æ Vía buena • 100