Tracción Ferroviaria

UBA - Facultad de Ingeniería Departamento Transporte

INGENIERIA DEL TRANSPORTE 68.07 Transporte Ferroviario

Estructura de Vía

Riel Fijación ( 45 cm )

Durmiente Balasto (posición,

 1 ) ( 60 cm )  (  1 : 1 A

30 cm

transmisión de esfuerzos, drenaje)

(2-3%)

Subrasante

Balasto Durmiente (en madera: 12 x 24 )

t

P

longitud = trocha + 1m. Densidad en vías principales entre 1100 y 1700 dtes/km (aprox. 60 cm entre si)

Zona sin compactar 

Otros materiales: hormigón armado y pretensado / metálicos

d = 90 cm

Long.durmiente

b

Durmiente Balasto: piedra granítica

h

de aristas vivas entre 20 y 60. Desgaste LA ≤ 25%. Entre 1700 y 3000 tn/km de vía según tipo trocha.

Pd = P / (b d)

30 cm

45°

Pd = P / [ (2h + b) d ] ≤

σadm

Rieles y fijaciones

Rieles y fijaciones PESO DEL RIEL (fórmulas empíricas):

p (kg/m) > Vmáx (km/h) / 2,2 2,5 P 31,046 T 0,2033

para V ≤ 160 km/h para P = peso del eje más pesado en ton para T = millones de ton brutas anuales

FIJACIONES

Directa

Rígida Clavo de vía Tirafondo Flexible Clavo flexible Clepe Indirecta Rígida Silleta y tirafondo Flexible Clepe sobre placa de asiento

Rieles y fijaciones

Elementos de la Vía Ferroviaria

Gálibo y Perfil de Obra

Normas básicas de trazado En llanura

: i≤ 5%

( ρ ≥ 1000 m)

En colina

: 5 % < i < 12 %

En montaña

: i ≥ 12 %

o

o

o

o

( ρ ≥ 150 m)

Técnicas de trazado para i terreno > id : » faldeo (apoyado en ladera) » lazo (faldeo con curvas horizontales) » zig-zag (con cambio de sentido de marcha) » hélice (rodeando el cerro)

Curvas Horizontales: Peralte

W=P R= G=t E=h

 Acción sobre el riel int. a causa del peso Pr = P sen α  Acción sobre el riel ext. por la F centrífuga Fc = F cos α Para α → 0 ⇒ tg α ≈ sen α = h / t cos α ≈ 1 Pr ≈ P h / t Fc ≈ F = (P/g) * (V2/ r)

Curvas Horizontales: Peralte

W=P R= G=t E=h

Pr ≈ P h / t Fc ≈ F = (P/g) * (V2/ r) h = t ((V2 / r)/g) h = t V2 / 127 r  con h,t y r  en m y V en km/h hadoptado = 2/3 h ≤ t /10 (para evitar sobrepresión en el riel interno con los trenes lentos)

Curvas Horizontales: Transición

TE

EC

CE

ET

Le = 10 h adop riel exterior  hadop 1%o TANGENTE

ESPIRAL

riel interior  CIRCULAR

ESPIRAL

TANGENTE

Curvas Verticales Se emplean parábolas Cóncavas: L (m) = 60 ∆i (% ) o

acoples traccionados

Convexas: L (m) = 30 ∆i (% ) acoples comprimidos o

SEÑALAMIENTO AUTOMÁTICO

ESTACIÓN EN VÍA SENCILLA

Tracción ferroviaria Fenómeno de rodadura M

r  F µTL

.

TL

Si : F≤ R y y F> R y y

R F

TL= Peso de la locomotora (ejes tractivos). M = Momento transmitido por el motor. R = Resistencia del tren. F = Fuerza en la llanta = M / r  µ = Coeficiente de adherencia rueda - riel. 0,33: Riel seco. 0,10: Riel húmedo.

F ≤ µTL F > µTL F > µTL F ≤ µTL

→ Inmovilidad (ni giro ni traslación). → Giro con resbalamiento sin traslación. → Traslación con resbalamiento. → Traslación sin resbalamiento.

Tracción ferroviaria Resistencias al avance • Resistencia al movimiento uniforme: Ro  –  –  –  –

Rozamiento en los ejes. Rodamiento rueda - riel. Movimientos anormales (sacudidad y oscilaciones). Fricción con el aire.

• Resistencias accidentales:  – De inercia (al cambio de velocidad tangencial): Ri  –  A las pendientes: Rp  –  A las curvas horizontales: Rc con R en kg  R = Ro + Ri + Rp + Rc = ( r o + r i + r p + r c ) ( T + TL) con r en kg/ton y T y TL en ton

Tracción ferroviaria Resistencia al movimiento uniforme Fórmula de Davis (1926, modificada en 1970): r o = 0,27 + 9 / w + 0,003 V + 0,175 k V 2 / n w donde: r o = Resistencia al movimiento uniforme en kg/ton P = Peso total (ton) w = Peso promedio por eje (ton) n = Nro. de ejes por vehículo k = Coeficiente de resistencia del aire = 0,07 (para vehículos convencionales) V = Velocidad en km/h

Tracción ferroviaria Resistencia de inercia Principio de inercia: R=ma En la práctica: Ri = [ ( P / g ) a ] β y r i = ( a / g ) β donde: r i = Resistencia de inercia en kg/ton P = Peso total (ton) a = Aceleración del tren (m/s 2) g = Aceleración de la gravedad (m/s 2) = Coeficiente de inercia de masas rotatorias (1,04 a β 1,08)

Tracción ferroviaria Resistencia a vlas pendientes Fuerza que se opone al movimiento

P sen α

P cos α α

Resistencias al rozamiento y al rodamiento

P

Para α → 0 ⇒ sen α ≈ tg α Rp = P tg α = P i y r p = i donde: r p = Resistencia a la pendiente en kg/ton P = Peso total (ton) i = Pendiente en por mil

Tracción ferroviaria Resistencia a las curvas horizontales Debida al rozamiento de las ruedas sobre los rieles (pestañas y llantas) para acomodarse al cambio de curvatura que hace que el externo sea más largo que el interno. Fórmula de Desdowitz: r c = 500 t / R donde: r c = Resistencia a la curvatura horizontal en kg/ton t = Trocha (m) R = Radio de la curva (m)

Tracción ferroviaria Fuerza en el Gancho TL LOCOMOTORA

T FG

F

FG = F - RL TL

TREN REMOLCADO

Tracción ferroviaria Fuerza tractiva de la locomotora (I) F

µTL

Curva de Fuerza Tractiva a Plena Potencia F = 270 P / V

donde: F = Fuerza en la llanta (kg) P = Potencia (HP) V = Velocidad (km / h)

Vc = Velocidad Crítica

V

Tracción ferroviaria Fuerza tractiva de la locomotora (II) Fuer za

µTL

F tractiva

R del tren

Fa = F - R

disponible para acelerar 

R > F → Sin movimiento

Vr = Velocidad

de Régmen

V

Rampa Máxima En la máxima rampa que puede subirse por simple adherencia: R = µTL = Ro + Ri + Rp + Rc si V = cte y es una una recta

⇒

Ri = Rc = 0

µTL = ( r o + r p ) ( T + TL) µTL = ( r oc + imáx ) ( T + TL) imáx = [ µTL / ( T + TL) ] - r oc

donde: r oc = Resistencia al movimiento uniforme para Vc imáx = Máxima pendiente que puede subirse por adherencia.

Rampa Determinante Velocidad de Régimen Continuo (VRC) Mínima velocidad a plena potencia que puede mantenerse por  tiempo ilimitado sin recalentamiento excesivo de los motores (dato del fabricante).

Rampa Determinante (id) Máxima rampa para máxima potencia y Velocidad de Régimen Continuo. Rampas mayores pueden salvarse a velocidades menores o por  inercia o corte del tren a velocidades menores que V RC. En general puede adoptarse i d

= 25 %o.

Longitud Virtual Longitud ideal en recta y horizontal que requiere el mismo consumo energético (trabajo mecánico) que el trazado en estudio: LV = W / Rrecta y horizontal = (Wpromedio por rampa ambos sentidos+ Wcurva) / [ r o ( T + TL) ] El trazado ferroviario se basa en minimizar la Longitud Virtual.

Trabajo mecánico en un trazado

El trabajo mecánico en una sección recta y horizontal de longitud “d”: W = R d = r o ( T + TL) d en rampa con i ≤ r o : Wsubida = ( r o + i ) ( T + TL) d Wbajada = ( r o - i ) ( T + TL) d Wpromedio = ( Wsubida + Wbajada ) / 2 = r o ( T + TL) d en rampa con i > r o : Wsubida = ( r o + i ) ( T + TL) d Wbajada = 0 Wpromedio = [ ( r o + i ) / 2 ] ( T + T L) d > r o ( T + TL) d (rampa nociva que requiere L > L en recta y horizontal) en curva horizontal con r c > 0 Wcurva = r c ( T + TL) d = ( 500 t / R ) ( T + T L) [( 2 π R ) (α / 360°)] = k ( T + T L) α