1. VÍAs férreas definicióN



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Capítulo 1 Texto Guía Vías Férreas





1.VÍAS FÉRREAS


1.1.DEFINICIÓN

Un ferrocarril se define como el camino provisto de perfiles paralelos denominados rieles, sobre los que se deslizan una serie de vehículos movidos por tracción eléctrica, motores eléctricos o motores diesel - eléctricos.



1.2.CLASIFICACIÓN

En la actualidad no se cuenta con una clasificación unificada de las líneas del ferrocarril, debido a que las mismas presentan una gran variedad en sus características. Tomando en cuenta algunos puntos de vista, se pueden clasificar en:



1.2.1.LÍNEAS PRINCIPALES Y SECUNDARIAS

Las líneas principales son aquellas que forman las grandes líneas tróncales, y las líneas secundarias las que complementan la red formada por las anteriores dando así un sistema completo de líneas férreas.



1.2.2.LÍNEAS DE VÍA ANGOSTA Y VÍA ANCHA

Esta clasificación corresponde al nivel de servicio que prestan las líneas férreas, sin tener en cuenta si es una línea principal o secundaria, es decir que una línea principal no necesariamente debe ser de línea ancha o que una secundaria sea de línea angosta, ya que ello dependerá de los aspectos de servicio que son relacionados a la construcción. El ancho de la vía, definida como trocha de vía, es la separación entre rieles, como se muestra en la figura 1.1.



Fig. 1. 1. Trocha de la vía.1


1.2.3.LÍNEAS DE TRANSITO GENERAL, URBANAS Y SUB - URBANAS

Esta es una clasificación relativa al servicio publico que prestan. Así se tiene que las líneas de tránsito general corresponden al servicio nacional o internacional de larga distancia. Las líneas suburbanas son aquellas que comunican una población con sus zonas de influencia cercanas. Las líneas urbanas son las que prestan servicio dentro de las poblaciones, ya sean estos servicios efectuados sobre la superficie, como los tranvías, subterráneos o elevados, y como los metropolitanos.


Existen también líneas de servicio particular que corresponden a las líneas dedicadas exclusivamente al servicio de algunas empresas de carácter privado, tales como las líneas mineras.
A pesar que el estudio del trazado geométrico de la vía, no ha sido considerado en el presente tomo de libro, es necesario introducir al menos el análisis del peralte de la vía, como un criterio practico, ya que al no satisfacer este criterio, no se aseguraría ciertas condiciones en el calculo de la seguridad, donde este peralte tiene influencia indirecta.

1.3.PERALTE

Se denomina peralte a la diferencia de cota entre los dos rieles de la vía en curva, para una sección normal al eje de la vía. Se proporciona mediante la elevación gradual del riel exterior sobre el interior, manteniendo esté a su nivel original en la recta. Las principales misiones del peralte son:




  • Producir una mejor distribución de cargas en ambos rieles.

  • Reducir la degradación y desgaste de los rieles y del material rodante.

  • Compensar parcial o totalmente el efecto de la fuerza centrífuga con la consiguiente reducción de sus consecuencias.

  • Proporcionar confort a los viajeros.


Fig. 1. 2. Análisis del peralte.2

1.3.1.PERALTE TEÓRICO

Este peralte debe considerarse solo como teórico, ya que en la practica el peralte que se puede dar a la vía se encuentra limitado por la coexistencia de trenes rápidos y trenes lentos; en estos últimos, que se encuentran con exceso de peralte, el apoyo de las pestañas con el riel interior, agravado por la resultante de las fuerzas de tracción, origina el desgaste de tales elementos y, sobre todo, aumenta notablemente la resistencia a la rodadura, hasta el punto de hacer difícil el arranque en caso de parada imprevista en curva. Debe observarse que, por efecto del peralte, la presión del vehículo sobre los rieles aumenta.


[1. 0]

1.3.2.PERALTE PRáCTICO

Se tomara al peralte practico a los 2/3 del valor del teórico.


[1. 0]
[1. 0]
Donde:
h = Peralte teórico.

h1 = Peralte práctico.

V = Velocidad.

R = Radio de curvatura.

s = Ancho de vía mas dos veces el semiancho de la cabeza del riel.

g = Ancho de la cabeza del riel.
El límite del peralte se encontrara entre:

y [1. 0]

1.4.SUPERESTRUCTURA E INFRAESTRUCTURA

Como partes esenciales en la constitución del camino de rodadura que se ofrece a los trenes, se consideran la infraestructura y la superestructura. La primera es la parte que da origen a la línea, con sus cortes y terraplenes, viaductos, puentes, alcantarillas, túneles, y en general, con todas las obras de arte y de fábrica necesarias para el establecimiento de la superficie sobre la que se asienta la vía. La superestructura es la vía propiamente dicha, con el balasto, los durmientes, los rieles, los aparatos de vía, y también los elementos precisos para asegurar la circulación de los trenes, como las señales, y enclavamientos.



1.5.RIEL

A la vía, cuando en España se empezó a tratar de ferrocarriles, se le llamó camino de fierro o riel de hierro. Se daba este nombre de camino, porque el riel es el perfil de hierro que sirve de huella a las ruedas de un carro.



Fig. 1. 3 Antiguos rieles de vientre de pez, sobre dados de piedra.3

A las barras de hierro se las llamaba riel, tomando del Inglés y del Francés esta palabra, que tiene su raíz en la latina regula, que quiere decir regla. En la actualidad, lo corriente es llamar riel a las barras de acero que se asientan sobre los durmientes. En los primeros ferrocarriles ingleses, la vía estaba constituida por rieles apoyados en dados de piedra. Con el empleo de las locomotoras, los rieles tuvieron su parte inferior en curva, en forma llamada de vientre de pez, como se muestra en la figura 1.3. Hacia 1835 se abandonó el sistema de base pétrea, y, en lugar de dados, se utilizaron apoyos metálicos para después empezar a emplear durmientes de madera.
Los rieles después de diversas formas en su sección transversal han venido a quedar representadas en dos formas; la de doble cabeza (tipo Stephenson) y la de base plana (tipo Vignol). Los primeros se conocen también por riel de cojinetes, como se ilustra en la figura 1.3, por que se monta sobre cojinetes, que son los que aseguran su estabilidad; se empleó mucho en el continente Europeo. Debido a no estar tan extendido por el mundo como el de base plana, en lo que sigue sólo habremos de referirnos a rieles tipo Vignol.

Fig. 1. 4 Sección del riel y cojinetes.3

El riel que en Europa se conoce por el nombre de Vignol, porque el inglés Carlos Vignoles lo introdujo en el viejo continente, fue ideado por el Americano Stevens, uno de los grandes ferroviarios de tiempos pasados. Este tipo de riel tiene tres partes, que son: cabeza, alma y pie. Al pie solemos llamarle patín (Figura 1.4).
La cabeza tiene una forma apropiada para que sobre ella se acomoden las ruedas de los vehículos. La cara superior del riel, que es la superficie de rodadura, se ofrece plana o ligeramente abombada, con objeto de hacer frente a los desgastes recíprocos del riel y de la rueda. Los planos inclinados que unen la cabeza al alma además de servir para sostener aquélla, sirven de apoyo de las bridas, elementos que unen los rieles consecutivos cuando estos no están soldados. El alma del riel debe tener una altura en relación con el ancho del patín, a fin de resistir lo mejor posible los esfuerzos transversales. Esta relación se acerca cada vez más a la unidad, con esto y con el aumento de ancho del alma se tiende a establecer una proporción entre las masas de la cabeza, alma y patín, como mejor medio de evitar tensiones interiores y de proporcionar al riel mayor estabilidad y resistencia a los esfuerzos que lo solicitan. El patín se une al alma por planos inclinados, sobre los que se apoyan también las bridas de unión de rieles. El ancho del patín debe ser suficiente para asegurar la estabilidad del riel y para resistir los esfuerzos transversales que tienden a inclinarlo.

Fig. 1. 5 Sección transversal del riel4


El peso de los rieles, varia en razón del tráfico y de las condiciones de explotación de la línea, como son, la velocidad de los trenes y peso de locomotoras y vehículos. Este peso del riel, va siendo cada vez mayor, por lo mismo que va siendo mayor la velocidad de los trenes y el peso de locomotoras y vehículos. Por lo general, los países Europeos poseen rieles de pesos elevados debido al alto rendimiento que se espera de ellos, por ejemplo en España los rieles más pesados, son de 45 Kg/m. En otros países se emplean rieles más pesados, como los de 52 y 57 Kg/m, del Estado Belga, y otros que llegan a 60 y 70 Kg/m. En el caso de nuestro país la red ferroviaria esta conformada por rieles de 60, 65 y 75 lb/yd, lo que equivaldría a 30, 32 y 35 Kg/m. Con el peso del riel se aumenta la resistencia de la vía, en la que también influye de modo principal, el número de durmientes y el espesor de la capa de balasto.
El procurar un exceso en la masa metálica del riel es también necesario si se tiene en cuenta el desgaste que el uso produce, sobre todo en la cabeza. La circulación de los trenes ocasiona, en efecto, cierto desgaste de la cabeza del riel. La presión de las ruedas y el roce que ejercen, sobre todo en las curvas; el efecto de las frenadas; los golpes de las ruedas, cuando la vía presenta alguna desigualdad, cosa que más frecuentemente ocurre en las juntas; los golpes que producen también las ruedas cuando los ejes de los vehículos no están en debidas condiciones o el sobreancho de la vía es excesivo; la acción de los agentes atmosféricos, y otras causas de menor importancia van reduciendo la altura y el ancho de la cabeza del riel. Naturalmente que estos motivos de desgaste, en su mayoría, crecen al aumentar el número, velocidad y peso de los trenes. Cuando el desgaste pasa de cierto límite, como 15 ó 18 mm para rieles de mediano peso, 20 ó 25 para los de gran peso, los rieles deben ser renovados, y como la sustitución aislada de algunos de ellos no es conveniente, se suele hacer la renovación completa, para dejar una nueva vía de rieles homogénea, utilizando el gastado en vías de estaciones o de líneas de menor importancia.
Los rieles tienen longitudes diversas, y se procura que sean las mayores posibles para reducir el número de juntas y hacer más eficaz la resistencia al deslizamiento longitudinal y a los esfuerzos transversales. Las juntas de los rieles son los puntos débiles y conviene que su número sea el menor posible. El máximo de la longitud viene fijado por la posibilidad del laminado y por la separación entre rieles para el juego de dilatación, separación que no pasa de 20 mm. Por otra parte, la conveniencia de facilitar el transporte pone también un límite a la longitud de rieles. La longitud se toma usualmente de 12 a 15 m y para los rieles más pesados se emplea de 18 m de largo.

1.5.1.SUJECIÓN del riel

Las sujeciones del riel son elementos que hacen posible la continuidad estructural de la vía. Las funciones de las sujeciones, son:




  • Fijar los rieles a los durmientes

  • Asegurar la invariabilidad del ancho de la vía

  • Facilitar la transferencia de las cargas estáticas y dinámicas del material rodante.

Fig. 1. 6 Tirafondo5

Un elemento importante de las sujeciones es la placa de asiento, que reduce la presión específica transmitida por el riel protegiendo así al durmiente.
Entre los tipos de sujeciones, los más comunes son:


  • Las sujeciones rígidas clásicas, que son elementos clavados, como las escarpias o atornillados como los tirafondos, como se ilustra en la figura 1.6. por uno de sus extremos y por el otro sirve de sujeción sobre el patín del riel.

  • Clavos elásticos, que combinan la sencillez de los elementos clavados con la ventaja de la elasticidad, incrementando su conservación y facilitando su montaje. Entre este tipo de sujeciones se tiene a Calvos Dorken, T-flex, Elastic flex, J-flex, etc.

  • Sujeciones elásticas de lámina o grapa, que presenta una chapa de acero elástico, denominado grapa o lámina elástica que es unida a otros elementos como una chapa de gaucho, casquillo aislante de plástico, mediante un tornillo de acero o tirafondo en caso de tener durmiente de madera. Entre los principales tipos de estas sujeciones, están las sujeciones RN, CIL, C4, Heyback , etc.

  • Sujeciones elásticas de clip, que cuentan con un elemento soporte de diferente forma para poder sujetar el patín del riel. La principal sujeción de este tipo es la Pandrol, como se muestra en la figura 1.7.

  • Otros tipos de sujeción son la sujeción de cuña y cojinete, sujeciones elásticas de lámina o grapa, etc.



Fig. 1. 7 Sección transversal del riel6


1.5.2.Juntas de los carriles.

Una junta viene a ser la unión longitudinal de dos rieles consecutivos. Se efectúa por medio de piezas denominadas bridas. Las juntas mas recomendadas son las que se encuentran suspendidas, es decir, cuando la junta se encuentra entre dos durmientes, esto produce menor desgaste en los extremos del riel ya que se considera como una junta elástica, trabajando a flexión.


La función de las bridas es la de unir los extremos de los rieles de manera que sus ejes longitudinales coincidan. Se proyecta la brida de manera que el par de bridas en la junta, produzcan el mismo momento de inercia del riel. Las bridas se fijan entre sí y a los rieles, por medio de tornillos que tienen la cabeza en forma de pico de pato, que no permite el aflojamiento y son asegurados utilizando arandelas elásticas.
Es necesario en las juntas que exista un juego u holgura, para lo cual se puede dividir las los tipos de juntas en dos:


  • JUNTA tipo a

Son las vías en las que se cuenta con sujeciones de gran eficiencia, como los clavos elásticos, sujeciones o grapas elásticas, que vienen provistas con chapas de gaucho, etc. La holgura de las juntas para este tipo de vías esta dada por la ecuación [1. 5].



[1. 0]

  • Junta tipo B

Son aquellas vías donde las sujeciones son rígidas y generalmente sin elementos que mejorarían la eficiencia de la sujeción. La holgura esta dada por la ecuación [1.6]



[1. 0]

donde:


L2rieles = Longitud de dos rieles [m]

L3rieles = Longitud de tres rieles [m]

t = variación de temperatura en grados



J = Holgura de la junta [mm]

1.5.3.NATURALEZA Y VIDA DEL RIEL

El riel, que empezó siendo de hierro, es de acero hace ya bastantes años. La composición química del acero de los rieles es variable, y en relación con esta composición están los resultados de dureza, fragilidad, resistencia a la deformación y al desgaste. Los pliegos de condiciones definen las proporciones de los componentes, que esencialmente son el carbono, manganeso, silicio, fósforo y azufre, estos dos últimos resultan nocivos, especialmente el fósforo. A continuación se mostrara la tabla 1.1 con la composición química del acero según los pliegos de condiciones para rieles fabricados en Europa y América.


Con mayor cantidad de carbono se aumenta la dureza, y con la de manganeso; la resistencia al desgaste. Una excesiva proporción de fósforo aumenta la fragilidad, pero favorece la resistencia al desgaste.

Tabla 1. 1 Composición química del acero para rieles.7

El acero es fabricado por el procedimiento Bessemer, o por el Martín-Siemens. El lingote debidamente saneado; se pasa a los trenes de laminación, y a la salida final de ellos se despuntan los rieles para suprimirles las posibles segregaciones, que son impurezas que se presentan también, previamente, en la obtención del lingote, a la solidificación del metal fundido. Al producirse la solidificación, por contracciones, se suelen originar también cavidades en las puntas del lingote, que se llaman rechupes. El corte de las barras a la salida del laminador y el acabado de los extremos, taladrado y marcado son las operaciones finales en la fabricación del riel.
La vida del riel depende de su desgaste y de las roturas. Estas son debidas, además de a la calidad, a la defectuosa colocación y a las temperaturas extremas del invierno. El desgaste es de varios órdenes: el normal, por la acción del paso de los trenes, y otros especiales, como el muy frecuentemente observado en el plano de rodadura de la cabeza, que es el llamado desgaste ondulatorio, y produce unas desigualdades que se nota al paso del material móvil ligero.
Entre los ensayos que se practican durante la fabricación y recepción de rieles, se encuentra uno que se lleva a cabo en la explotación ferroviaria, para deducción de las causas de roturas, y es el llamado de obtención de macrografias, que son imágenes de la sección del riel que revelan defectos de la estructura en la composición química del metal, que denuncian la existencia de excesos temibles de algunos componentes, como el azufre y el fósforo, y sobre todo, que enseñan si esos excesos se acumulan en puntos o zonas que constituyen las segregaciones. Son representaciones gráficas del mismo tamaño de la sección por tal motivo la denominación de macrografía.
Para obtener las macrografías se emplean diversos procedimientos, que en el fondo se basan en el mismo principio de reacciones químicas. A continuación se presenta uno de los procedimientos mas comunes: Pulimentada la sección, sobre ella se aplica un papel al bromuro de plata, el mismo que sirve para las diapositivas fotográficas y que previamente se ha humedecido con agua y ácido sulfúrico. Al contacto de la sección y del papel así mojado, contacto que se prolonga varios minutos, el azufre y el fósforo, a los cuales se trata de descubrir en el metal, dan lugar a sulfhídrico y fosfaminas, que con las sales de plata del papel, producen en éste el mismo efecto que la luz en la fotografía y dan lugar á una coloración oscura y a las manchas negras que denotan la existencia de las segregaciones.

1.6.DURMIENTES




1.6.1.DURMIENTES DE MADERA

Los durmientes que mayormente se emplean son los de madera. Para las vías Bolivianas tenemos en general las siguientes dimensiones 200 cm, y su sección transversal es un rectángulo de base 24 cm y 12 cm de altura. No se precisa, sin embargo, una sección perfectamente escuadrada, sino que la cara inferior sea plana y la superior ofrezca también una superficie plana de al menos 21 cm de ancho, que servirá de asiento para el patín del riel. En la figura 1.8 y la tabla 1.2 se tienen los tipos de secciones transversales y sus dimensiones para durmientes de madera en RENFE.



Fig. 1. 8 Tipos de secciones transversales de durmientes de madera en RENFE.8

Tabla 1. 2 Dimensiones de las secciones transversales de los durmientes de madera en [mm].8


Las maderas más corrientemente empleadas en la fabricación de durmientes son las de quebracho, cuchi, haya, pino, eucalipto. Es de recomendar que, como para cualquier explotación de un bosque, la tala se haga en el momento de paralización de la savia, e igualmente beneficioso es que se sequen bien los durmientes después de obtenido el tronco. El secado resulta necesario para la impregnación a que se las debe someter, porque sin esta operación los durmientes duran mucho menos.
Los durmientes, como todas las piezas de madera, se pueden secar al aire, procedimiento natural y primitivo, o por distintos sistemas de estufa, estos son procedimientos en los que se utiliza el fuego para calentar el aire o producir vapor con que se trata a las maderas, reduciendo el tiempo de su desecación. Después de esta previa operación se deberán impregnar de alguna sustancia antiséptica, que generalmente se introduce a presión en la madera. La sustancia que generalmente se emplea es la creosota, obtenida de la destilación del alquitrán de hulla; también se emplea el cloruro de zinc. El procedimiento de aplicación de la creosota, es el de inyección Ruping, que consiste en someter previamente los durmientes a la presión del aire en un autoclave9 para abrir los canales de la madera, introduciendo luego la creosota caliente y elevando al doble la presión anterior, para que la creosota penetre en dichos canales.
Para el apoyó de los rieles sobre los durmientes, se hacen unas entalladuras, formando como una caja10 en la que entra el patín del riel (figura 1.9), y se da a la superficie de apoyo una cierta inclinación, para que a su vez, la sección del riel no quede completamente vertical, sino con inclinación hacia el interior, inclinación que en casi todos los ferrocarriles viene a ser de 1/20 y 1/40.


Placa de asiento

Cajeo

Fig. 1. 9 Apoyo del riel sobre el durmiente.11

Entré el durmiente y el patín del riel se coloca generalmente una placa metálica, llamada placa de asiento (Fig. 1.9), que tiene por objeto aumentar la superficie de apoyo del riel y también aumentar la resistencia al desplazamiento transversal del riel. Permiten suprimir o reducir la importancia del cajeo del durmiente. Los durmientes se asientan sobre el balasto, presionando éste bajo ellas con golpes de bate, a lo que se llama el bateado. Para el asiento de la vía se pueden emplear procedimientos mecánicos, por medio de los cuales se efectúan todas o parte de las operaciones: preparación de durmientes, cajeado y perforación, bateado, etc. Se ensaya incluso, y a veces se utiliza, el procedimiento de montar la vía fuera de la explanación, y luego trasladar a ésta tramos armados con rieles y durmientes.

Fig. 1. 10 Vía férrea para un ferrocarril con durmientes de madera.12

La distancia entre durmientes es variable. Reduciendo esta distancia y aumentando el número de durmientes se aumenta la fortaleza de la vía. En la figura 1.10, se ilustra una vía férrea con durmientes de madera los cuales se encuentran con una separación de 50 cm entre ellos.

1.6.2.DURMIENTES METÁLICoS Y DE HORMIGÓN.

Hay también durmientes metálicos, huecos, que han dado buenos resultados, a pesar de ello, no se han generalizado mucho, como se ilustra en las figuras 1.11 y 1.12. Están colocadas hace unos cincuenta años en las líneas del país. El uso esta restringido, ya que allí donde él balasto es de piedra caliza ó silícea duran mucho; no así cuando hay carbonilla o tierras con yeso, que atacan al palastro de acero de que están formadas.


Fig. 1. 11 Sección longitudinal y planta de un durmiente metálico.13

Sus extremos están doblados; de modo que bajo el durmiente queda aprisionado el balasto, el cual sujeta e impide el desplazamiento longitudinal y transversal. Por otra parte la unión del riel al durmiente es también muy fuerte por intermedio de placas de asiento; un tornillo sujeta el riel y la placa al durmiente, aventajando en esto al tirafondo del durmiente de madera.
Al ser mas pesado, el durmiente metálico compite menos con el de madera porque en elasticidad no la iguala, ya que la vía con durmiente metálico resulta más rígida y desde luego, más sonora al paso de los trenes. La elasticidad que el balasto y el durmiente de madera proporcionan no se obtiene con el metálico, sin contar con que la conductibilidad de éste lo hace impropio en líneas que tengan equipo de señalización con circuito de vía, y aun en las de tracción eléctrica.
Bastantes limitaciones se presentan para el empleo de los durmientes metálicos, por su alto costo de inversión. Estos durmientes son más bien propios de líneas secundarias, en las cuales, la conservación resulta verdaderamente económica, porque su duración puede ser muy grande, su colocación rápida y su manejo fácil.

Fig. 1. 12. Riel sobre durmiente metálico.14

En la figura 1.13 y la tabla 1.3 se muestran las dimensiones básicas de la sección de un durmiente metálico.

Fig. 1. 13 Sección transversal de un durmiente metálico.15


Tabla 1. 3 Dimensiones básicas de un durmiente metálico.16


Existen también durmientes de hormigón armado, que empezaron por ser prismáticas y por lo tanto, sumamente pesadas, como se ilustra en la figura 1.17. En la figura 1.18 se muestra una línea férrea con durmientes de hormigón armado. Después han sido ideados diversos tipos, incluso una combinación de partes metálicas y partes de hormigón.

Fig. 1. 14. Durmientes de hormigón.17



Fig. 1. 15. Línea férrea con durmientes de hormigón.18

Se ensayan también tipos compuestos de hormigón y madera, como el de la Fig. 1.16, propuesto en Inglaterra, y que está constituido por dos tacos de hormigón armado con metal, unidos por un tabloncillo de unos 25 cm de ancho por 6,5 cm de espesor. Estos durmientes, no se usan en vías comerciales, a pesar que con este tipo se aprovechan las ventajas de la madera y se reduce su consumo, que vendría ha ser el principal fin de la fabricación de nuevos tipos de durmientes, ante la escasez cada vez mayor de este material.

Madera

Concreto

Fig. 1. 16 Vía sobre durmientes mixtos de madera y hormigón.19


Entre otros durmientes mixtos, son frecuentes los de tacos de hormigón, uno por debajo de cada riel, unidos por una barra o angular de hierro. En la figura 1.17 se ilustra los durmientes mixtos de hormigón y acero, muy usados en Francia.


Barra de acero

Bloques de hormigón

Riel

Fig. 1. 17. Durmiente mixto de acero y hormigón.20


1.7.BALASTO

El balasto es la capa de piedra partida que se tiende sobre la explanación o plataforma y sirve de asiento a los durmientes. Se reconocen en el balasto las siguientes funciones.




  • Repartir uniformemente sobre la plataforma las cargas que recibe del durmiente de forma tal que su tensión admisible no sea superada.

  • Estabilizar vertical, longitudinal y lateralmente la vía.

  • Amortiguar mediante su estructura pseudo - elástica las acciones de los vehículos sobre la vía.

  • Proporcionar una rodadura suave a los vehículos y un notable confort a los viajeros.

  • Proteger la plataforma de las variaciones de humedad debidas al medio ambiente.

  • Facilitar la evacuación de las aguas de lluvia.

  • Permitir la recuperación de la calidad geométrica de la vía mediante operaciones de alineación y nivelación.



Riel

Durmiente

Balasto

Plataforma

Altura de balasto entre 30 a 50 cm

Fig. 1. 18. Distribución de presiones en la capa balasto.21

Para cumplir estas funciones los materiales utilizados como balasto en las vías férreas deben poseer ciertas características entre las cuales hace referencia fundamentalmente su curva granulométrica que se muestra en la figura 1. 19.

Fig. 1. 19. Curvas granulométricas de los tipos de suelo para capa balasto.22

Las condiciones que debe reunir el balasto, para cumplir con los fines mencionados, son:




  • La capa de balasto, debe ser de suficiente espesor para que reparta las presiones sobre una base más ancha, según las cargas que los durmientes reciban. Esta altura del balasto, esta relacionada con la velocidad, peso y número de los trenes, también con la naturaleza del terreno y con el clima del país. En la figura 1.18, se ilustra una distribución de presiones en el balasto, para distribuir esta en la plataforma considerando una base más amplia para soportar los esfuerzos. La altura del balasto23 varía de 30 a 50 cm, por debajo de los durmientes.

  • Deben ser las piedras de arista viva, pues los cantos rodados no sujetan tanto los durmientes.

  • No deben ser las piedras muy pequeñas, porque entre ellas quedaría poco espacio para el drenaje y además, se perderían y desgastarían más fácilmente; ni ser muy grandes, pues se reduciría aristas al apoyo del durmiente y se dificultaría el bateado. Un tamaño de 3 a 6 cm es recomendable. Se comprende la conveniencia de la regularidad de los tamaños, de la uniformidad de las dimensiones.

  • Las piedras deben ser de roca dura, que se oponga a quebraduras y desgastes: pórfido, basalto, cuarcita, caliza y granito.

Reuniendo estas condiciones, el balasto se coloca sobre la explanación o plataforma, como se ilustra en la sección transversal de la vía de las figuras 1.20. y 1.21. La superficie de la explanación, sobre la cual el balasto se coloca, debe tener cierta inclinación, en sentido transversal, para dar salida a las aguas, vertiéndolas por uno o dos lados. Se coloca el balasto en capa de buen espesor y dimensiones al ancho que, naturalmente, varían con el de la vía y la categoría de la línea.


Fig. 1. 20 Sección transversal de la vía.24



Fig. 1. 21 Sección transversal de doble vía en recta.24

Se hace penetrar el balasto, bajo el durmiente, por medio del bateado, de manera que al compactar la piedra, se afiance sobre el balasto el durmiente en que se apoyan los rieles; entre éstos, el balasto queda más suelto bajo el centro del durmiente, y más presionando en los extremos. No es sólo el ahorro de trabajo lo que limita el bateado persistente a estos extremos, sino las razones de conveniencia a que más adelante aludimos.
Entre los rieles, el balasto puede cubrir o no los durmientes, hay partidarios de una y otra solución. Dejando descubierto el durmiente se facilita su vigilancia, en la figura 1.22 se muestra la diferencia entre estas soluciones, la primera para una vía en recta y la segunda en el caso de tener una vía en curva.
Nos hemos referido en cuanto antecede al tipo corriente de balasto, al de piedras de tamaño uniforme. Puede también emplearse el formado por piedras de distinto tamaño; en el fondo las grandes, y en la superficie las pequeñas; disposición razonada, pero costosa y dificultosa.

Fig. 1. 22 Secciones transversales de vía, con durmientes al descubierto, en el primer caso, y cubiertas por el balasto en el segundo.25



1.8.PLATAFORMA

Es la superficie de terreno que se ofrece para que sobre ella se coloque la superestructura. Su anchura depende, como es natural, de que se establezca una o más vías, y del ancho de éstas. Esta superficie de plataforma tiene cierta inclinación transversal, a una o dos aguas para el debido saneamiento, es decir con inclinación para el drenaje, como se muestra en las figuras 1.23 y 1.24 respectivamente, inclinación que suele ser de 3%. En caso de terrenos muy húmedos y arcillosos, el saneamiento tiene que ser especial, utilizando carbonilla, arena, piedras gruesas, placas de hormigón y aun tubos de drenaje. Recientemente se ha empleado para algunos de estos casos, y en vía ya establecida, inyecciones de cemento, en forma parecida a lo que se utiliza para reforzar la cimentación de las construcciones.



Plataforma

Durmiente

Balasto

Fig. 1. 23 Plataforma de la vía con una sola inclinación.26


El establecimiento de una plataforma rígida ha sido objeto de diversas pruebas y aplicaciones parciales en estos tiempos de empleo de un material como el hormigón, que tan bien se presta a diversas soluciones; pero resulta limitado el campo de su utilización, por su costo elevado y sobre todo, porque para las velocidades algo crecidas, la elasticidad de la vía con balasto y durmientes de madera es, hasta ahora insustituible.


Plataforma

Durmiente


Balasto

Fig. 1. 24 Plataforma de la vía con dos aguas.26



1.9.APARATOS DE VÍA

Los aparatos de vía tienen por objeto realizar bien el desdoblamiento o el cruce de las vías (figura 1.25), aún cuando adoptan formas variadas, derivan todas ellas de los aparatos fundamentales: el desvío, que permite el paso de los vehículos de una vía sobre otra y la entrevía, que permite realizar la conexión entre dos vías.


Fig. 1. 25. Aparatos de vía (Sapo).27


En el desvío los ejes de ambas vías se juntan tangencialmente mientras que en la entrevía dichos ejes se cortan. Para efectuar la separación o el cruce de unas y otras filas de los carriles se emplean dos elementos, llamados cambios de vía y cruzamientos. Así en un desvío sencillo o de dos vías, y a partir del origen común de las vías, se encuentran sucesivamente el cambio, en el que se separan ambas filas de la izquierda y ambas filas de derecha; los rieles o agujas de unión, y el cruzamiento, en el que las dos filas interiores, una de derecha y otra de izquierda, se cruzan.

Fig. 1. 26. Cruzamiento doble o entrevía oblicua.28


En una entrevía oblicua se encuentran sucesivamente: un cruzamiento sencillo, análogo al anterior, en el que se cruzan filas de rieles de distinto nombre, es decir, la fila de la derecha de la vía izquierda con la fila de la izquierda de la vía derecha; rieles intermedios de unión; un cruzamiento doble, frente a la intersección de los ejes de ambas vías, compuesta sobre cada vía por un doble cruzamiento, llamado también cruzamiento obtuso, en el que se cruzan filas del mismo nombre; nuevos carriles de unión; finalmente, un cruzamiento de salida análogo al cruzamiento de entrada como se muestra en la figura 1.26.

1.10.CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA FERROVIARIO EN BOLIVIA

El actual sistema ferroviario en Bolivia es administrado por el sector privado, de acuerdo a contratos suscritos por el Estado Boliviano con la Empresa “Cruz Blanca” que concesionó los servicios de la red oriental a la Empresa “Ferrocarriles de Oriente S.A.” (FCOSA) y en la Red Andina a la Empresa “Ferrocarril Andino S.A.” (FCASA). Estas dos empresas operan en forma independiente. Según la modalidad actual de operación, el Estado mantiene la propiedad de todas las vías e instalaciones fijas, además de percibir las tasas impositivas por la concesión, licencia y el alquiler de material rodante. Por su parte la empresa adjudicataria se compromete a administrar los servicios de acuerdo a las necesidades estipuladas en el contrato, satisfaciendo las regulaciones de la Superintendencia de Transportes.



1.10.1.EXTENSIÓN DE LA VÍA

La longitud de vía de las redes esta especificada en la tabla 1.4. tanto la red andina como la oriental no se encuentran en explotación en su longitud total.





Red

Kilómetros de vía

Red Andina

2,275.00

Red Oriental

1,377.00

Total

3,652.00

Tabla 1. 4 Extensión de la vía. 29

1.10.2. DISTANCIAS DESDE FRONTERA HASTA PUERTOS OCEÁNICOS

Los servicios de tráfico internacional en la red Andina durante la gestión 1997 correspondieron 63 % al puerto de Antofagasta, 20 % al Puerto de Arica y 14 % al Puerto de Guaqui. Existen conexiones con trafico muy limitado como la línea Uyuni – Villazón hacia la Argentina. Con respecto a la red Oriental, las principales vías son Santa Cruz – Quijarro y Santa Cruz – Yacuiba, que conectan al país con el Brasil y Argentina respectivamente. En la tabla 1.5. se muestra las salidas hacia los puertos marítimos, tanto al Océano Pacífico y Atlántico, desde las fronteras de nuestro país donde llegan las vías férreas locales.




País

A través de

Destino

Distancia [Km.]

Sobre el Atlántico










Argentina

Villazón

Rosario

1527

Villazón

Buenos Aires

1907

Yacuiba

Rosario

1549

Yacuiba

Buenos Aires

1929

Brasil

Quijarro

Santos

1788

Quijarro

Paranagua

2212

Sobre el Pacífico










Chile

Charaña

Arica

206

Avaroa

Antofagasta

444

Perú

Guaqui

Matarani

700

Tabla 1. 5 Distancias desde las fronteras hasta los puertos oceánicos.30

1.10.3.DESCRIPCIÓN FÍSICA DE LA VÍA




1.10.3.1.Trocha de un metro EN TODA LA EXTENSIÓN DEL SISTEMA





  • Zona Montañosa:

Altitud: De 2,800 a 4,350 metros sobre el nivel del mar

Sinuosa. Radios máximos de 72 m. Gradientes elevadas con pendientes hasta de 38.5 o/oo.




  • Meseta Altiplánica:

Altitud promedio: 3,700 metros sobre el nivel del mar.

Largas tangentes. Radios máximos de 100 m.




  • Llanos Orientales:

Altitud promedio: 400 metros sobre el nivel del mar

Largas tangentes. Radios amplios hasta de 250 m. Pendientes máximas de 33.3 o/oo



Fig. 1. 27. Mapa de la actual red ferroviaria de Bolivia.31


1.10.4.CARACTERÍSTICAS DEL RIEL





  • Peso del riel: 37.5 kilos promedio por metro.

  • Número de durmientes: 1,460 unidades por kilómetro

  • Soporte de la vía: 15 toneladas por eje.



1.10.5.ENLACE DE LAS REDES

Hace 10 años se ha proyectado la construcción del enlace Cochabamba - Santa Cruz, que permitirá desarrollar una verdadera estrategia del sistema de transporte ferroviario, que integre las regiones del Altiplano, Valle y Llanos Orientales del territorio nacional, vinculando en línea directa dos polos fronterizos nacionales: Charaña en La Paz y Puerto Suárez en Santa Cruz a través de 1,858 [Km.] de línea férrea. Además de contar con el importantísimo Corredor Internacional Bioceánico desde Santos en el Brasil hasta Arica o Antofagasta en Chile y Matarani en el Perú.


Las características del enlace proyectado para ese entonces, son las siguientes:


  • Extensión 388 Km aproximadamente.

  • Trocha métrica en toda su extensión.

  • Radios mínimos de 132.3 m promedio.

  • Pendiente máxima entre 1.2 % y 2 %

  • Velocidad directriz, 45 a 65 Km/h.

  • Tangente mínima, 30 m.



1.11.VEHÍCULO TRACTIVO (LOCOMOTORA)

Entre los principales vehículos de tracción podemos citar a los más comunes como ser las locomotoras a vapor, diesel-eléctricas y eléctricas. En cuanto a 1as locomotoras de vapor , como la figura 1.28, que son las locomotoras mas antiguas entre las tres mencionadas, su capacidad de tracción queda limitada por la capacidad de la caldera.


Asimismo la capacidad de las locomotoras eléctricas queda limitada por la capacidad de la línea de transmisión que a pesar de ser una fuente exterior casi ilimitada, presenta la gran desventaja de la necesidad de construir líneas de transmisión e instalar subestaciones eléctricas, lo que eleva el costo de las mismas. Las locomotoras eléctricas, mostradas en la figura 1.29, son muy útiles en las zonas montañosas ya que pueden ejercer la fuerza total de tracción a velocidades más elevadas comparadas con las velocidades de las locomotoras Diesel-Eléctricas.

Fig. 1. 28 Locomotora a vapor.32

El empleo de las locomotoras diesel - eléctricas y de las eléctricas en las líneas del ferrocarril (principalmente 1as primeras por ser más económicas), ha eliminado hoy día, prácticamente, a las locomotoras de vapor. Esta preferencia es debida, principalmente, a la gran fuerza de tracción de baja velocidad que tienen las locomotoras diesel - eléctricas y además, a la economía en el funcionamiento de las mismas. La potencia normal de la máquina viene dada por la clasificación del fabricante.

Fig. 1. 29 Locomotora eléctrica.32

Las locomotoras diesel - eléctricas tienen tres partes principales:


  • El motor diesel.

  • El generador.

  • Los motores de tracción.

El motor diesel es el que produce la energía, la cual es transformada por el generador, conectado directamente al motor diesel, en energía eléctrica, la cual es trasmitida a los motores de tracción para así accionar las ruedas motrices a través de un tren de engranajes llamado caja de grasas. El generador está proyectado para que pueda producir, simultáneamente, tanto corriente continua para los motores de tracción, como corriente alterna para iluminación, compresor de aire, motores eléctricos, etc.

Fig. 1. 30 Locomotora Diesel-Eléctrica.33



1.11.1.LOCOMOTORAS DIESEL-ELÉCTRICAS Y ELÉCTRICAS

Se construye en la actualidad una gran cantidad de locomotoras diesel - eléctricas. El método mas usual para describir es siguiendo dos reglas básicas. La primera es que las ruedas no se identifican individualmente y la segunda es que a los ejes locos34 o de arrastre se le asignan números, en cambio a los ejes motrices se los designa con letras. La letra o el número hacen referencia al numero de ejes del boguie.


En la figura 1.31. se ilustran locomotoras con ejes B-B, que simbolizan boguies motrices con ejes acoplados, Bo-Bo y Co-Co, que son los tipos de locomotoras diesel-eléctricas mas frecuentes. Así, la locomotora 1-Bo-Bo-1 representa una locomotora con cuatro boguies, el primero tiene un eje loco, seguido de dos boguies con dos ejes motrices cada uno en el centro del automóvil y un ultimo boguie que tiene un eje loco al final del vehículo. En la figura 1.32 se ilustran las locomotoras Bo-Bo y Co-Co respectivamente.

Fig. 1. 31. Tipos de boguies usuales en las locomotoras.35

En la tabla 1.6. están representadas las principales características de las locomotoras diesel-eléctricas de la G.E. Universal.

Fig. 1. 32. Locomotoras Bo-Bo (dos boguies con dos ejes) y Co-Co (dos boguies con tres ejes).36



Tabla 1. 6 Principales características de las locomotoras diesel-eléctricas de la G.E. Universal.37

1.12.EL MEDIO AMBIENTE Y EL FERROCARRIL

Estudios efectuados por la Junta de Recursos del Aire (California - CARB), en junio de 1990, revelaron que los ferrocarriles producen menos del uno por ciento de toda la contaminación del aire. Esto se debe a mejoras en la tecnología de las locomotoras, cambios en la operación ferroviaria y significativas mejoras de eficiencia en el consumo de combustible.


"Mas trafico en los ferrocarriles, menos contaminación en el aire".

"Mayor capacidad de transporte sin utilizar mas suelo".

"Menos combustible por tonelada / kilómetro de carga transportada".


1 Elaboración Propia

2 Fuente: Referencia [14]

3 Fuente: Referencia [15]

4 Ver dimensiones y propiedades en la Tabla 5.5 del Capitulo 5.

Fuente: Referencia [15]



5 Fuente: Referencia [14]

6 Fuente: Referencia [20]

7 Fuente: Referencia [15]

8 Fuente: Referencia [14]

9 Autoclave, recipiente metálico de paredes resistentes y cierre hermético que sirve para esterilizar o hervir por medio del vapor a presión.

10 Recibe el nombre de cajeo al procedimiento de crear las entalladuras en los durmientes.

11 Fuente: Referencia [15]

12 Fuente: Referencia [21]

13 Fuente: Referencia [15]

14 Fuente: Referencia [21]

15 Fuente: Referencia [14]

16 Fuente: Referencia [14]

17 Fuente: Referencia [16]

18 Fuente: Referencia [16]

19 Fuente: Referencia [15]

20 Fuente: Referencia [16]

21 Fuente: Referencia [15]

22 Fuente: Referencia [18]

23 Para la determinación de la altura de balasto ver Capítulo 6

24 Fuente: Referencia [15]

25 Fuente: Referencia [15]

26 Fuente: Referencia [15]

27 Fuente: Referencia [16]

28 Fuente: Referencia [8]

29 Fuente: Referencia [7]

30 Fuente: Referencia [7]

31 Fuente: Referencia [7]

32 Fuente: Referencia [16]

33 Fuente: Referencia [16]

34 Se denomina eje loco a los ejes sin tracción que sirven para el guiado de los ejes motrices, especialmente en las curvas

35 Fuente: Referencia [17]

36 Fuente: Referencia [16]

37 Fuente: Referencia [3]






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