Requisitos para el cálculo de la marcha del tren y el tiempo de viaje. El cálculo de la marcha del tren puede realizarse por medios gráficos, utilizando diagramas o por medio de cálculos. Este último se realiza partiendo de la obtención de las resultantes, obteniéndose las longitudes que por cada tramo del perfil longitudinal transformado recorre el tren con la variación de la velocidad.
Como vimos anteriormente el régimen de marcha influye en la obtención del espacio recorrido y del tiempo en recorrer cada tramo.
Este cálculo se realiza con los valores promedios del intervalo de velocidades (5 o 10 Kph).
Lo primero que debemos hacer, es establecer las reglas que se utilizarán en el cálculo:
1. – Dividir el espacio a recorrer en tramos correspondientes al perfil transformado.
2. – Aumentar paulatinamente la velocidad según el intervalo que seleccionemos.
3. – Si al calcular la distancia entre dos puntos se obtiene un valor mayor que el real, se recalcula la velocidad final del tramo, realizando el cálculo a la inversa, es decir teniendo como espacio el que falta para llegar al final del tramo dado como dato.
4. – Al comenzar el siguiente tramo, la velocidad inicial será la velocidad final del tramo anterior.
5. – Si la velocidad final se alcanza antes de llegar al límite del tramo que se calcula, se continua con esta velocidad hasta llegar al límite.
6. – Cuando la resultante es negativa, esto significa que no podemos utilizar en el tramo analizado la velocidad final del intervalo, sino que debemos reducir la velocidad. Esto se realiza por dos métodos:
a. – en casos de rampas, reducimos la velocidad hasta que la resultante sea igual a 0 y la mantenemos hasta el final del tramo
b. – en caso de pendientes, pasamos a régimen de frenado, y seguimos con el régimen de regulador cerrado, disminuyendo la velocidad.
7. – Si en una pendiente la velocidad que se alcanza es mayor que la autorizada, frenamos o vamos a régimen de regulador cerrado hasta alcanzar la velocidad autorizada, posteriormente analizamos su comportamiento hasta el final del tramo analizado.
8. – Si la velocidad es uniforme el tiempo será igual al cálculo del espacio entre la velocidad.
El cálculo del espacio recorrido se realiza de la siguiente forma:
3.7. – Carriles cortos en las curvas. Causa del corte de los carriles en la banda interior en las curvas. En los ferrocarriles modernos, para la mecanización de los trabajos de vías, se ensamblan los elementos de la vía (campos o eslabones, unión de carriles y traviesas). Estos campos tienen sus carriles ubicados uno frente al otro por lo que al ser colocados en una curva, como la banda interior es más corta que la exterior, el carril de la banda interior se adelanta con respecto a los de la exterior provocando desigualdades en la colocación.
Por ese motivo se cortan algunos de los carriles para que las juntas queden lo más frontales posibles.
En los proyectos viales, el trazado se calcula por el eje de la vía. Por ello en las curvas la banda de carriles del exterior tiene una longitud mayor que la de la banda interior, debido a la diferencia de radios entre ellos.
Cálculo de los carriles cortos. El método de cálculo es como sigue:
Como ya vimos hay diferencia entre la banda de carriles del exterior de la curva con relación a la del interior. Por lo tanto el desarrollo o longitud de la curva para cada banda es como sigue:
El número de carriles de longitud normal debe ser mayor o igual a los que se van a acortar, de no ser así hay un error de cálculo.
La ubicación de los carriles cortos en la curva se determina mediante el cálculo en cada una de las ramas de la curva. Si es circular simple en un solo tramo pero si es en una curva con transición entonces se realiza en cada rama. Se confecciona una tabla que consta de 9 columnas y tantas filas como fuesen necesarias.
Para el cálculo se determina que cada vez que la suma de los acortamientos supere el valor absoluto de la mitad del acortamiento posible. A este valor le denominamos falsa escuadra, que no es más que la diferencia entre el carril de una banda y el carril de la otra.
Tabla 3.8. Muestra para el cálculo del carril corto en las curvas
CAPITULO IV. –
Diseño estructural
Fuerzas que actúan sobre la superestructura de la vía. Generalidades.
Sobre la vía actúan varias cargas, la carga vertical P, que provoca el peso de los equipos, la carga horizontal longitudinal L que se produce por dos causas, por la acción de la temperatura o por la acción del frenado y acelerado de las locomotoras que provoca que los carriles se desplacen longitudinalmente y en ocasiones arrastren junto con ellos a las traviesas y el balasto y la carga horizontal transversa H o Y, que se produce por el movimiento transversal que tienen los ejes de los equipos ferroviarios, debido fundamentalmente a la conicidad de sus ruedas, así como inducida por el corrimiento de los carriles
4.1.- Carga vertical P
Acción de la carga vertical P sobre la vía. La carga vertical debido al peso de los equipos al desplazarse se verá afectado por cargas adicionales debido al incremento de velocidad y las vibraciones que por ello se producen.
Se utilizan varios métodos de cálculo para hallar los esfuerzos dinámicos.
Método del Profesor Tishman.
Tabla 4.1. Valor de la rigidez de los resortes de los equipos.
Tabla 4.2 Coeficiente ( para el cálculo de la desviación media cuadrática
Tabla 4.3. Valor del módulo de soporte para vías de ancho internacional.
Esto es válido para vía en recta y sin irregularidades, así como para ruedas sin defectos..
En las curvas debido a que las cargas verticales no están aplicadas directamente sobre el eje del carril, la fuerza del bastidor de carácter horizontal transversal y ubicada en el eje del equipo provoca una sobre carga en el carril exterior y una descarga en el interior. El valor absoluto de la sobrecarga es:
Módulo de soporte, coeficiente de Winkler o coeficiente de balasto. Este coeficiente es la fuerza que se requiere aplicar en un área de 1 cm2 para que se deforme en 1 cm
C en KN/cm3
Módulo de elasticidad de la vía Uv. Es la carga distribuida que hay que aplicar al carril para lograr un hundimiento de 1 cm, se mide en KN/cm2 o en MPa, su valor oscila entre 1.5 – 5.0 KN/cm2 (15 – 50 MPa) para traviesas de madera y de 10 a 20 KN/cm2 (100 – 200 MPa).
Módulo de depresión(. Este módulo es igual a:
F – es el área de apoyo de la traviesa
b – es el ancho de la traviesa
u – espacio desde el extremo de la traviesa al eje del carril, es el espacio que se calza.
Características de diseño. Para diseñar una vía férrea debe conocerse la carga estática por eje de los equipos que se desplazarán por ella y seleccionar la de mayor valor, la velocidad máxima permisible y las características de esos equipos.
Con estos datos determinamos la carga dinámica y con ella los momentos flectores que se producen y las tensiones máximas permisibles para el tipo de vía que vamos a diseñar comparándola con la que hallemos, la cual deberá ser menor que la permisible.
Cálculo del carril a flexión
Esta expresión es válida para la sección que se encuentra directamente bajo la carga, pero esta carga afecta va las secciones aledañas, y si el equipo está formado por bogie que tienen más de un eje cada eje afecta a la sección analizada y a las aledañas.
No obstante, estos valores están dentro de la seguridad, pues la tensión de fluencia del acero para carriles es de 340 a 520 MPa
Tabla 4.4. Esfuerzos totales máximos que se producen en la vía .:
La probabilidad de que al mismo tiempo ocurra que todas las cargas estén presente es muy pequeña debido a:
1. – Los esfuerzos (2 y (3 raramente se produzcan con sus valores máximos.
2. – Es poco probable que los 4 esfuerzos se produzcan al mismo tiempo.
3. – La velocidad de circulación es tan alta que de darse el caso que los cuatro esfuerzos se produzcan al mismo tiempo, sería tan rápido que no producirían un efecto desfavorable.
como nota aclaratoria debemos decir que los valores de I y W deben tomarse de igual tipo de carril y de tener éste desgaste tomarse con el valor para este desgaste.
Esfuerzos sobre las traviesas. Cuando sobre el carril actúa una carga P por rueda, se produce en la traviesa una reacción de apoyo Q que no es más que el cortante del carril.
Según Zimmermann, esa fuerza es igual a:
Q – fuerza con que el carril presiona a la traviesa en KN
P – carga por rueda del vehículo en KN
d – distancia entre ejes de traviesas en cm
L – coeficiente de rigidez relativa entre el carril y la vía en cm.
Debido al efecto distribuidor de las cargas del carril, el valor de Q es menor que P, siendo dependiente de:
Módulo de elasticidad y momento de inercial del carril y la traviesa.
Ancho de la traviesa
Espaciamiento entre traviesas
Coeficiente de balasto o de depresión
Las cargas de las traviesas sobre el balasto pueden considerarse distribuidas.
De todos los parámetros sólo puede crear dudas el parámetro ""a""; que puede ser el ancho del patín del carril en caso de traviesas de madera colocados sin sillas o el largo de las sillas en caso contrario. El esfuerzo por flexión se determina como:
El método de cálculo de los soviéticos sólo chequea el esfuerzo por compresión en la traviesa debido a la carga vertical. Esto se compara con el esfuerzo admisible que depende del tipo de material.
Tabla 4.5. Resistencia a compresión de las traviesas
Esfuerzo sobre el balasto. La carga Q que trasmite el carril a la traviesa produce en su cara inferior o superficie de apoyo una presión aproximadamente uniforme que se denomina presión de traviesa y se calcula como:
Esta presión se distribuye a través del balasto hacia la explanada con un ángulo con respecto a la vertical entre 30º y 41º. En Cuba se utiliza 36º
Si el espesor de balasto fuese menor que el hallado en esta expresión, en la explanada bajo el centro de la traviesa se crea un espacio, como se muestra en la figura anterior, que provoca que la presión sobre el balasto sea igual a tensión bajo la traviesa y esto hace que la presión en la superficie de la explanada no sea uniforme.
Con la profundidad de balasto mayor que el espesor calculado en la primera expresión, puede ocurrir que la distribución de tensiones se intercepta por encima de la línea de base, en la línea X – X y la presión Se plantea que el espesor de balasto debe ser acorde con la distancia entre ejes de traviesas, los parámetros de velocidad y peso por rueda de los equipos, es decir según la clasificación de la vía, de ahí que se plantee, que el espesor de balasto es igual a:
La presión en el balasto depende fundamentalmente de la longitud de la traviesa y de la profundidad del balasto, mientras que diferentes anchos de traviesas no influyen, pues crean diferencias despreciables.
Debe evitarse grandes espesores y no utilizarse traviesas cortas.
Tabla 4.6. Tensión permisible sobre la explanada
4.2. Fuerzas que actúan en el plano horizontal.
Las fuerzas horizontales pueden ser transversales y longitudinales. Las primeras dirigidas en el sentido normal al eje de la vía y las segundas actuantes longitudinalmente al eje de la
Fuerzas transversales.
Fuerzas transversales actuantes a nivel del carril Las cargas horizontales transversales ocurren fundamentalmente por la conicidad de las ruedas que hace que al moverse por la vía el equipo realice un movimiento lateral ondulatorio en forma de sinusoide (zigzag) que provoca el impacto de las pestañas de las ruedas contra el borde de trabajo del carril.
Al entrar en una curva la pestaña de la rueda delantera impacta contra el borde de trabajo del carril de la banda exterior. Esto provoca que el bogie tenga un movimiento complejo alrededor de dos ejes, el eje de la curva y un punto ubicado en el eje longitudinal del bogie denominado centro de giro.
Pueden ocurrir tres casos:
1. – Cuando el radio de la curva es grande, el bogie se inscribe libremente por ella, sucediendo que solamente la pestaña de la rueda delantera impacte al carril exterior y el resto de las pestañas no se pegan a los carriles exterior e interior.
En este caso el centro de giro se encuentra en un lugar detrás del eje trasero. Esta inscripción se denomina libre.
2. – Este caso ocurre al inscribirse en la curva y la pestaña delantera impacta contra el carril exterior y la pestaña trasera se pega contra el carril interior. Esta inscripción se llama forzada, el centro de giro se encuentra en un punto ubicado entre los ejes traseros y delanteros cuya posición depende del radio de la curva.
3. – Este caso se produce cuando al inscribirse en la curva, más de tres ruedas topan con los carriles exteriores e interiores, este caso se denomina forzada encajada o de cuña y el punto o centro de giro se encuentra en el mismo centro del bogie en el caso de bogies de dos ejes y en el eje central en el caso de bogies de tres ejes.
En cualesquiera de los tres casos el contacto de la rueda y el carril provoca una fuerza de fricción entre ellos cuya componente se denomina H y una de impacto Y denominada fuerza de guiado o de encauzamiento que para contrarrestarla el carril produce una resistencia denominada fuerza lateral Y" cuyo valor es:
Y"= Y( H
Método utilizado en los ferrocarriles rusos.
Posición del centro de giro de la base rígida. El método ruso plantea que se producen dos grupos de fuerzas
Tabla 4.7. Valor del coeficiente de rigidez relativa en el plano vertical
P. P. Piedra picada G. Grava
Método francés. El método francés compara el valor que se obtiene de calcular la fuerza del bastidor a partir de parámetros que contienen la fuerza centrífuga no compensada y la superelevación o peralto y
Método de Shajuniantz.
Todos los elementos exceptuando l1 tienen los mismos significados utilizados anteriormente
l1 – es la distancia entre ejes de bogie.
Acción de la carga transversal en el vuelco del carril. Si la carga horizontal transversal supera la resistencia que le ofrecen las fijaciones periódicas, el carril puede ser volcado, como se muestra en la figura siguiente.
Y – carga horizontal transversal necesaria para volcar al carril en KN
P – carga dinámica vertical de una rueda en KN
h – altura del carril medida desde el punto de aplicación de la carga al patín (13 mm por debajo de la corona del carril) en mm
b – ancho del patín en mm
Fuerzas horizontales longitudinales. Las fuerzas horizontales longitudinales pueden ocurrir por dos causas: por causa de los efectos del frenado o acelerado de la ruedas de las locomotoras o por efecto de la temperatura.
La primera hace que la vía se desplace longitudinalmente de fallar la resistencia que le hacen las fijaciones o el balasto y las fijaciones, en el primer caso sólo el carril se desplaza provocando al encontrar resistencia en alguna de las mordazas que la vía se jorobe. En el segundo caso se desplazan el carril y las traviesas provocando además de lo que sucede en el primer caso que se pierda la posición de las traviesas. La segunda causa provoca una tensión interna en el carril que de fallar la resistencia de las fijaciones provoca que el carril se dilate o contraiga provocando pérdida de estabilidad transversal al dilatarse o cizallamiento de los tornillos de las mordazas al contraerse.
Comportamiento del carril bajo la acción de la temperatura. Al igual que cualquier barra de metal, el carril libre, sin elemento alguno que lo fije, al variar la temperatura varia de longitud; es decir, se contrae cuando baja la temperatura con respecto a la temperatura inicial o se dilata en caso contrario.
La variación de su dimensión varía según la expresión:
Como el carril colocado en la vía está fijado entre sí con otros carriles (juntas) y además con las traviesas le ofrece resistencia a la deformación térmica. La resistencia que ofrecen las fijaciones Rf = pl1, teniendo p el valor de 0.05 KN/cm de carril para traviesas de hormigón y 0.04 para traviesas de madera; así como la que ofrecen las mordazas Rm, hacen que aparezcan incrementos de temperaturas (lRm y (tRf que son necesarias para superar las resistencias y deformar al carril. Como el desplazamiento se ve restringido por las resistencias antes mencionadas, surgen tensiones internas en el carril, cuyo valor es:
Estabilidad de la vía.
Pero:
Cuando esto ocurre, si la temperatura aumenta loa carriles se topan y pierden estabilidad, es decir; el carril se dilata y se crea un esfuerzo interior de compresión para contrarrestarla.
Cuando la temperatura disminuye los carriles tratan de cizallar los tornillos de las mordazas, es decir se contraen y se crea en su interior un esfuerzo de tracción.
Situación de la cala: a – cala normal; b – cala contraída, abierta y c – cala dilatada o topada.
El mayor esfuerzo cuando se produce una variación de temperatura será:
Estas serían las máximas variaciones de temperatura que puede resistir el carril contrarrestando la acción de las fuerzas térmicas.
Tabla 4.8. Valor de los coeficiente A y ( para el cálculo del pandeo
Tabla 4.9 Valor de los coeficientes K para el cálculo del pandeo
Condición para la colocación del carril largo soldado (CLS).
CAPITULO V. –
Uniones y cruzamientos
5.1. Clasificación de las conexiones y los cruzamientos de las vías.
Para unir dos carrileras entre sí o unir una rama vial con otra; se utilizan conexiones o cambia vías. Estas conexiones pueden ser sencillas, dobles y cruzadas.
Las sencillas pueden ser simples, simétricas y asimétricas desviadas hacia un solo lado y hacia dos lados. Las conexiones dobles pueden ser simétricas y asimétricas, desviadas hacia dos lados y desviadas hacia un solo lado. Las conexiones cruzadas pueden ser sencillas y dobles. Para cruzar dos vía a un mismo nivel se utilizan los cruzamientos.
(Ver anexos)
5.2. – Partes componentes de las conexiones.
Las conexiones sencillas se componen de cuatro partes fundamentales, cuerpo o bloques:
1) bloque de las agujas con el mecanismo de cambia vías;
2) bloque de la rana con sus guardarranas;
3) bloque del tiro, parte que une a la rana con las agujas
4) juego de largueros o sustentaciones.
El cuerpo de las agujas se compone de dos carriles de guardia o contra aguja, dos agujas con la estructura del talón o culata y sus fijaciones.
La rana se compone de corazón y dos patas. La tangente del ángulo de la rana ((), determina el número de la rana y de la conexión; y se denomina 1/N donde N se conoce como el número de la conexión. El centro o punto matemático o teórico PT es el punto donde se cortan las aristas del corazón de la rana. Centro o punto práctico (PP) es el lugar donde termina el corazón de la rana, tiene un ancho de 9 – 12 mm. La sección donde la distancia entre los bordes de trabajo del corazón de la rana y las patas es la mínima se denomina garganta de la rana (lugar donde se comban las patas de rana.
El espacio desde la garganta hasta el punto práctico, en el lugar donde las pestañas de las ruedas no están guiadas, se denomina perjudicial. En este lugar las ruedas quedan libres del movimiento lateral que no es permitido por los guardarranas, razón por la cual este elemento es imprescindible en las conexiones con agujas no movibles.
La longitud teórica LT de las conexiones sencillas, es el espacio comprendido entre la punta de la aguja y el punto práctico de la rana medidos por la parte recta y la longitud total o práctica Lp, es la distancia entre la junta del carril de guardia y la culata de la rana.
El centro de desvío de las conexiones sencillas CD, y de las conexiones dobles CD1, CD2; es el punto donde se cortan los ejes de la recta y de los desvíos. Estos ejes se trazan paralelos a la rana y se prolongan hasta que se corten. Las conexiones asimétricas tienen dos centros.
Las conexiones dobles sustituyen a dos conexiones sencillas, aunque ocupan menos espacios. La longitud total de una conexión doble simétrica puede ser desigual a una sencilla en 1 ó 2 m.
Las conexiones cruzadas dobles también ocupan menos espacios aunque sustituyen a dos conexiones sencillas. Una conexión doble cruzada del tipo 1/9 tiene una longitud teórica de 30.5 – 31.5 m. Las conexiones sencillas de igual tipo tienen una longitud entre 25 – 26 m.
Las conexiones cruzadas sencillas sustituyen a un cruzamiento y una conexión sencilla, mientras que la estructura de las dobles y de las conexiones cruzadas es más compleja que las sencillas. En las conexiones dobles hay cuatro agujas y tres ranas y en dos conexiones sencillas hay cuatro agujas y solamente dos ranas.
Es aún más compleja la estructura de las conexiones dobles simétricas, además de ellas las que tienen el trazado recto en el centro, las ranas se encuentran ubicadas una frente a las otras, esto dificulta la colocación de los guardarranas necesarios para el guiado de las ruedas en evitación de un desplazamiento por tramos que no se corresponden con la dirección que lleva el vehículo, al circular desde las agujas hacia la rana por el lugar denominado espacio perjudicial. en las conexiones dobles cruzadas hay ocho agujas y cuatro ranas de las cuales dos son agudas.
Hay conexiones dobles cruzadas con las agujas ubicadas fuera del rombo que forman al cruzarse, lo que posibilita el aumento de los radios de curvatura y por ende permite una mayor velocidad de circulación por la conexión al circular por el desvío. De esta forma la cantidad de ranas agudas aumenta hasta seis, aumentando también considerablemente la longitud de la conexión, haciéndose más compleja su estructura.
Las conexiones más utilizadas en el mundo son las sencillas (97 – 98 %), especialmente las simples. En casos de suma necesidad se utilizan conexiones dobles cruzadas. El resto de los tipos de conexiones no son de mucha utilidad.
Para mantener la distancia entre las agujas, se utilizan barras de unión una o varias de las cuales sirven como barras de tiro o sea las que transmiten la fuerza del mecanismo de cambio para desplazar las agujas de un lado a otro según la necesidad de cambiar de dirección. El número de barras está en dependencia de la longitud de las agujas y por ende de la conexión.
El desplazamiento de las agujas puede realizarse mediante mecanismos mecánicos (manuales o telemecánicos), electrificados. Hay conexiones que poseen agujas con muelles insertados que permiten que las propias ruedas desplacen las agujas cuando salen de la conexión (desde la rana hacia la aguja).
En la zona del bloque de la aguja se colocan sillas o almohadillas especiales sobre los elementos de sustentación, donde son fijados los carriles de guardia y las agujas ruedan por su superficie. Para que el carril de guardia no se desplace debido al impacto de las ruedas se colocan lateralmente en los orificios previamente elaborados elementos de tope denominados puños o topes. Entre el carril de guardia y la aguja en evitación de que estas últimas se desplacen en demasía; se utilizan calzos, tornillos topes, grapas, etc. La forma de unir estos elementos son: los carriles de guardia se fijan mediante grapas o presillas y tornillos que se insertan en las almohadillas y éstas a su vez se unen a las sustentaciones a través de sillas o planchuelas de acero.
Entre el talón o culata y el carril de guardia se colocan unos elementos que tienen una configuración adaptable al tipo de unión que se utilice que se denominan entre dos, también se utilizan tornillos de tope.
Las ranas son elementos que permiten que las ruedas pasen a través del cruce de las dos carrileras.
Las ranas se diferencian por su estructura en: el ángulo con que se cruza, su construcción y su dirección.
El ángulo con que se cruzan las carrileras determina también el tipo o número de la rana, determinándolo como la tangente del ángulo 1/N, siendo N el número de la rana o tipo.
La construcción de la rana puede ser: ensamblada a partir de carriles; ensambladas con corazón monolítico y las totalmente monolíticas.
Las ranas pueden ser ensambladas con carriles del mismo tipo que el utilizado en el tramo donde se va a colocar, se construyen con elementos que sirven para fijar sus piezas y se componen de entre dos; tornillos pasantes y mordazas que constituyen un todo. Ellas no son suficientemente estables y se desgastan con facilidad en el proceso de explotación. Son fáciles de construir. Para aumentar la estabilidad de las ranas de este tipo se utilizan algunos productores las elaboran con carriles de sección especial y los elementos del corazón se sueldan.
Las ranas pueden ser también con corazón monolítico. Son más fuertes que las ranas ensambladas con carriles. Si el corazón y las patas se producen con acero aleado (rico en manganeso) duran mucho más. Se producen con corazón reversible o no.
Las ranas con corazón reversible, después de desgastarse una parte se invierte y se usa la otra parte. Los elementos que más se desgastan son cambiables. No poseen muchos elementos y garantizan una unión rígida por medio de cuñas, entre dos y tornillos entre el corazón y las patas. Se utilizan en vías de gran tensión de tráfico.
También pueden ser totalmente monolíticas que son producidas con aceros aleados y con tratamientos térmicos, son las mejores por la calidad de su elaboración y del material de que están compuestas, así como por su diseño.
Guardarranas. Sirven para conducir las pestañas de las ruedas cuando estas pasan a través de la garganta de la rana. Ellos empiezan a guiar las ruedas antes de que estas entren en la garganta de la rana. La longitud del guardarranas se determina según el número de la rana y oscila entre 3 y 10 m. Los guardarranas pueden ser construidos de carriles de igual tipo que el de la rana o con perfiles especiales. Se unen al carril por medio de entre dos y tornillos. Son fijados a los largueros por medio de sillas y topes que no permiten el desplazamiento lateral de las pestañas.
Cuerpo o bloque del tiro. En esta zona hay carriles de tiro curvo y carriles de tiro recto. Unen al cuerpo de la aguja con el cuerpo de la rana. Posee un radio constante en toda su extensión. En el tramo del desvío se recomienda colocar un espacio recto a continuación de la culata de la aguja y otro delante de las patas de rana.
Según sea el número de la rana así será el radio y la longitud de esta zona.
Elementos de apoyo. Las conexiones pueden, al igual que el resto de las vías; colocarse sobre sustentaciones de distintos tipos. Losas y traviesas de distintos materiales aunque de dimensiones variadas. Las traviesas varían desde la punta de aguja hasta detrás de la culata en un punto donde la distancia entre las dos vías de la conexión de la capacidad para dos traviesas de longitud común.
Estas traviesas se denominan traviesas especiales o largueros. Su longitud varía desde 2500 mm hasta 5000 mm, en vías cuya trocha o ancho entre bordes de trabajo de los carriles es de 1435 mm. Los largueros de madera tienen una sección igual que la de las traviesas comunes. , los de hormigón son de dos tipos; los que tienen orificios realizados en Plantas y los que se producen en el lugar donde va a ser ensamblada la conexión.
Los largueros metálicos son también utilizados en el ensamblaje de las conexiones, pueden ser laminados o a partir de carriles, uso que se ha extendido en Cuba para conexiones colocadas en vías no señalizadas.
La cantidad de largueros depende del número de la conexión.
(Ver anexos)
5.3 – Combinaciones más frecuentes.
Existen combinaciones para unir las conexiones, conformando la planta de los patios ferroviarios. Los elementos fundamentales para el cálculo de la ubicación de las carrileras se basan en las dimensiones de los parámetros siguientes:
E. – Entrevías, T. – tangente; b. – longitud desde el centro de desvío a la culata de la rana; R. – radio de la curva.; a. – longitud desde el centro de desvío hasta la junta delantera del carril de guardia.
Tabla 5.2. – Defectos de las partes metálicas de las conexiones.
Los defectos que se producen en las partes metálicas de las conexiones son principalmente desgastes producidos por el paso de los trenes, debido a impactos y resbalamiento. Otra serie de defectos se basan en la pérdida de cartabón principalmente en la zona de la rana.
El desgaste lateral de los carriles de guardia y de la aguja se mide a 13 mm de la superficie de rodadura, en la sección donde el espesor de la aguja no desgastada tiene 20 mm. El desgaste lateral del carril de guardia además, se comprueba en el comienzo de la aguja.
El desgaste del corazón de la rana se determina por su eje longitudinal y se mide con una regla colocada en el extremo de las patas, pero en las ranas fundidas hay que tener en cuenta que las patas tienen 1 mm por encima del corazón. El desgaste del corazón se mide donde el ancho de la rana es igual 40 mm, a 13 mm de altura del nivel de rodadura de la rana.
PARTE II.
Construcción y conservación de vías férreas
Capítulo I. Introducción.
1.1. – Organización y estructura de la actividad de vías férreas.
La organización de los ferrocarriles a escala mundial tiene disímiles formas, no obstante en todas ellas siempre habrá una actividad que se dedique al mantenimiento y reparación de las vías férreas, incluyendo en esto las obras de fábricas mayores y menores. En Cuba ha tenido variadas formas, unas con mando vertical de la actividad y otras con mandos horizontales.
Las actividades de Vías, Obras y Construcciones (VOC), Constructor de Vías Férreas (CONDOR), Planta de Soldar Carriles, El Centro de Infraestructura (CEDI) y la de Comunicaciones y Señalizaciones y Electrificación (COS y E) se dedican a la atención a las vías, obras de fábrica, las comunicaciones y las señalizaciones. Se ha establecido un vínculo permanente entre estas actividades, así como cada cual atiende una parte relacionada con la actividad de referencia.
Se dedican al mantenimiento de la superestructura de la vía y de las fajas aledañas a la vía, en una dirección que promedia de 15 o más metros a ambos lados del eje de la última carrilera. También realizan reparaciones medias y ligeras, cambios de elementos de la superestructura de la vía, mantenimiento y reparaciones a puentes y alcantarillas, así como a obras civiles y cambios del carril largo soldado (CLS).
La planta de soldar carriles suelda, repara y chequea los carriles soldados, construye pilotes, traviesas y largueros a partir de carriles. Los carriles los sueldan en planta y también in situ. El (COS y E) permite la comunicación interna del ferrocarril y mantiene y repara las señalizaciones, comunicaciones y el sistema de tracción eléctrica.
El CEDI controla el trabajo que realiza cada una de las anteriores actividades, así como atiende las inversiones que para cada una de ellas se realicen.
Capítulo II – Construcción de la superestructura de la vía.
2.1. – Clasificación de los trabajos de vías.
Como pudimos observar en el epígrafe anterior los trabajos de vías se clasifican según el volumen de operaciones y materiales que se utilicen.
Las operaciones generalmente son las mismas lo que cambia es el volumen a ejecutar. Los trabajos de vías se clasifican en:
Construcción. La ejecución de una nueva inversión para lo cual se construyen nuevos trazados de vías, construyéndose además de la superestructura una nueva infraestructura. El trabajo se realiza sobre la base de un proyecto ejecutivo, confeccionado de acuerdo a los parámetros de explotación, donde se tiene en cuenta el tipo de equipo rodante, (tractivo y de arrastre), la densidad de tráfico y la velocidad técnica.
Reconstrucción. En la ejecución de una superestructura sobre una infraestructura remodelada o rediseñada debido a la necesidad de ampliar los parámetros iniciales, de velocidad, carga por eje y densidad de tráfico. En la reconstrucción se amplía la corona de la explanación, se aumenta la potencia de la superestructura, se mejora los radios de curva, etc.
Reparación capital. Es el cambio total de la superestructura por una igual, nueva o por otra de mayor capacidad portante nueva o de uso. Se aumenta el espesor de balasto se repara los drenajes y se colocan señales nuevas o reparadas.
Reparación media. Son cambios de elementos en la superestructura de la vía, en una cantidad tal que no llega a ser una reparación capital. Se toma en cuenta la cantidad de traviesas, carriles y balasto en mal estado y se cambia un por ciento de ellos.
Reparación ligera. Es al igual que la media, cambio de los elementos de la superestructura de la vía, en una magnitud menor a la anterior, se tiene en cuenta los mismos elementos que en la media y se toma un % menor que el anterior.
Materiales a utilizar por kilómetro. Operaciones que se realizan.
Traviesas, 50% en mal estado, pero menos de 170. Las mismas que en la Media
Balasto 300 – 400 m3
Carril, 250 ml
50% de largueros en mal estado
Mantenimiento. Es el cambio aislado de elementos de la superestructura de la vía o una serie de operaciones que se realizan para evitar la pérdida de uno u otro elemento de la vía.
El mantenimiento comienza desde que una vía se pone en explotación, el seguimiento del comportamiento de cada elemento, la atención a tiempo de un defecto, el control constante sobre la vía ya es mantenimiento.
Con el chequeo periódico se trata de hacer un diagnostico de lea situación que ocurre, de los fenómenos que provoca el defecto y se determina la forma de combatir la formación o desarrollo de un defecto o desgaste en los elementos de la vía.
Los mantenimientos al igual que el resto de las reparaciones se planifican en un periodo de un año.
Cambio de carril normal. Este trabajo se realiza cuando un numero considerable de carriles se encuentran en mal estado y el resto de los elementos aun tienen la posibilidad de seguirse explotando por largo tiempo.
Puede realizarse un cambio de carril de igual tipo pero nuevo o de mayor capacidad portante nuevo o de uso.
Cambio del carril largo soldado (CLS). Ese trabajo se realiza cuando ha transcurrido un tiempo de explotación del carril normal, dado por la densidad de trafico, Este trabajo se realiza regularmente en vías de alta velocidad y permite que el trabajo se disminuya en un 33%, del utilizado en las vías con carril normal debido ala disminución de las juntas.
2.2. – Trabajos previos a la construcción de la superestructura de la vía.
Requisitos que deben observarse.
Antes del comienzo del montaje de la superestructura de la vía férrea una comisión técnica revisa el estado del acabado de la explanación, particularmente la corona.
Se corre un eje en el borde exterior de la corona a la derecha en orden ascendente de colocación cada 50m en rectas, en tramos curvos cada 20m. Se revisa el ancho de la corona y no se permite un estrechamiento mayor de 15cm, y se admite hasta 15cm de ancho por encima del proyecto. El corrimiento del eje por el extremo de la corona se realiza para que no estorbe en el momento de la colocación.
La corona presenta en su centro una elevación mayor que el de sus bordes en 10cm, se permite tener hasta 5cm de altura, pero no se permite que se sobrepase en mas de los 10cm establecidos.
Se comprueban los perfiles longitudinales, los radios de curvas, la compactación, los niveles de los fondos de las obras de fábrica y de drenaje, sus pendientes, los taludes, etc.
– Ventajas de la colocación de campos pre ensamblados.
El método de colocación de la vía con campos pre ensamblados tienen una gran ventaja sobre la colocación manual, por la rapidez con que se colocan los campos. Si de forma manual la construcción de km de vía se requiere de cientos de trabajadores y un tiempo de aproximadamente 10 días, hoy con la tecnología se es capaz de montar en un día hasta 10 km, existiendo maquinas tenedoras de vías capaces de colocar 300 m en 4 horas de trabajo.
La colocación de campos pre ensamblados permite la mecanización, tener todas todos los materiales necesarios acopiados mucho antes de que se comience la obra y por supuesto aumenta la calidad del acabado de la vía.
2.3. – Instalaciones de apoyo a los trabajos de vías.
Con la mecanización de los trabajos de vías se requiere de instalaciones que produzcan los elementos necesarios para el buen desarrollo de esta actividad.
Para ello se han construido Plantas de Ensamblaje de campos y conexiones, Plantas para soldar los carriles, y otras instalaciones que apoyan la actividad de Construcción y reparación de las vías férreas.
En este caso sólo nos referiremos a las Plantas de ensamblaje.
Selección de la zona de emplazamiento las plantas de ensamblaje.
Para la construcción de los campos es necesario tener un lugar adecuado donde poder ensamblar. Este lugar debe ser previamente seleccionado, pues de su buena ubicación depende la prontitud con que se haga la explotación de una obra.
Para esta ubicación debemos tener en cuenta dos cuestiones importantes, la topografía del terreno las condiciones socioeconómicas del área.
Desde el punto de vista topográfico el área debe concentrarse en un terreno llano o con pendientes promedios no mayores de 1‰; debe estar en un tramo recto o en curvas de no menos de 500m de radio, pero con la condición que el área donde se ubique la plantilla este en un área recta. Preferentemente debe ser un lugar con cierto desarrollo ferroviario.
Desde el punto de vista socioeconómico deberá estar ubicado cerca de centros poblacionales, en un área de fácil acceso automotor, con buena existencia de agua potable y con facilidad de obtención de energía eléctrica y comunicación telefónica, que existan centros asistenciales de ser posible. Ubicación cercana a canteras de piedra o a planta de traviesas, seria lo más racional.
Trabajos que se realizan en las plantas de ensamblaje.
En las plantas de ensamblaje se realizan varios tipos de trabajos:
1. Ensamblaje de campos con materiales nuevos o de uso en buen estado técnico.
2. Desmantelamiento de campos, seleccionándose los materiales que puedan ser recuperados.
3. Ensamblaje de conexiones con materiales nuevos o de uso.
4. Carga, descarga y almacenaje de los elementos que componen el campo y el propio campo después de ensamblado.
Desarrollo vial de una planta de ensamblaje.
Teniendo en cuenta todos los trabajos que se realizan en una planta de ensamblaje, el desarrollo vial de las mismas deben contemplar todas las carrileras necesarias para cada operación y para las maniobras internas en la planta.
Por ello deben contemplarse las siguientes vías:
Vía de la plantilla donde se ensamblan los campos. Esta plantilla tiene una longitud que depende de la producción diaria de la fábrica o planta.
Su longitud útil, es decir; la menor dimensión de la vía donde se ensamblan los campos será igual a:
Vía para el servicio de ensamblaje y maniobras. Aledañas a la plantilla cuya longitud útil es igual a la de la plantilla, se ubica dentro de la grúa pórtico.
Vía para el desmantelo.
Es donde se desmantelan los campos, debe ubicarse cerca de la grúa pórtico o debajo de ella.
Vía para el acopiadero de piedra.
Generalmente se construyen dos vías para este fin, en una se coloca la grúa que va a cargar los vagones y en otra los vagones vacíos (si la grúa es ferroviaria). Su ubicación dentro de la planta es siempre en el lado contrario a los vientos predominantes, para evitar la contaminación por el polvo.
La longitud útil de este acopiador, por carrilera; es como sigue:
Longitud útil del depósito de los equipos de la construcción.
En este lugar se colocan los equipos de construcción, tales como grúas, dresinas (equipo tractivo utilizado para la transportación de materiales para mantenimiento y reparación de las vías férreas, maquinas constructoras (CANRON).
Longitud útil para los campamentos de las brigadas.
Esta vía se construye para ubicar en ella los campamentos que tienen las brigadas de montaje y la brigada de equipos. Se ubica lo mas alejado posible del acopiador y lo más cercano posible a los vientos predominantes. En ellas tienen que ubicarse todos los trabajadores, por lo que su dimensión depende del mínimo de viviendas necesarias y de los vagones adicionales o de apoyo a la brigada.
Generalmente este tipo de brigada se compone de 60 a 80 hombres y cada casilla campamento tiene capacidad para 6 u 8 hombre, en dependencia de su longitud posee una cocina- comedor, un vagón cisterna para el agua, un pañol y almacén de piezas y lubricantes; un almacén de víveres, así como un vagón para el trabajo de los técnicos y el jefe de la brigada, este vagón algunas veces no se ubica en el lugar, puesto que el del almacén de piezas se puede dividir en dos partes.
Longitud útil de los carriles de la grúa pórtico.
Este carril tiene 100 m. más de largo que los carriles de la plantilla, dándole equitativamente 50 m a ambos lados de la misma.
Para hallar la longitud total de una planta de ensamblaje se debe conocer el ancho entre vías, entre cada uno de los carriles, el tipo de conexión que se posee y como se colocaran unas con otras.
El entrevías entre carriles de acopio de piedra es de 3.6 m de ancho, pero entre unas de las carrileras de acopio y la primera vía de la planta debe ser de 10.00 m.
Entre la grúa de pórtico y la carrilera de plantilla es de 3.70 m
Entre el resto de los carriles es de 5.30 m
Estas son las distancias mínimas.
Para hallar la longitud total debemos tener lo siguiente:
Para cualquier carrilera:
Desarrollo vial de la planta de ensamblaje: (ver anexos)
1. Vía de servicio a la plantilla o de maniobra.
2. Vías de la grúa pórtico.
3. Plantilla.
4. Vía de depósito de los equipos.
5. Vía de depósito del tren de montaje.
6. Vías de desmantelo.
7. Vías del acopiad ero de piedra.
Instalaciones de la planta.
a – área administrativa
b – taller de equipos
Tabla 2.1. Longitud de los equipos ferroviarios
Plantas de Ensamblaje. Clasificación de una planta de ensamblaje.
Las plantas de ensamblajes según la necesidad de permanencia en el lugar de ubicación, pueden ser temporales o permanentes.
Son permanentes si económicamente se justifican, es decir, cuando el volumen de trabajo de la planta satisfaga tanto las nuevas construcciones, como las reparaciones, sin que esto conlleve a la paralización temporal de la misma, o sea cuando tenga la capacidad saturada de forma ininterrumpida.
Por ello cuando se va a construir una planta de ensamblaje hay que tener en cuenta las vías del área, zona o territorio en explotación y el periodo entre reparaciones de estos tramos o de vías.
2.4. – Esquemas y secuencias del ensamblaje de campos. Ejemplos.
Ensamblaje de campos. Para el ensamblaje de campos previamente se debe conocer las características topográficas de la vía y las instalaciones existentes en el tramo a construir. El conocimiento de estos puntos garantiza que en las curvas se conozca donde ubicar los campos con carriles más cortos, para mantener la frontalidad de las juntas. También con esto se garantizan los campos cortos ubicados en los patios antes de llegar a una conexión. Los campos se marcan antes de ser trasladados al lugar de montaje. Este trabajo se realiza en cadena.
Ensamblaje de campos con traviesas de madera. Secuencia de montaje.
1. Carga y ubicación de los paquetes de traviesas (paquetes de 20 o 25).
2. Distribución de las traviesas en la plantilla.
3. Barrenado en el lugar que deben ser elevados, y tratamiento con antisépticos.
4. Colocación de sillas.
5. Colocación de carriles sobre las sillas.
6. Fijado de los carriles a las traviesas (clavado de una de las dos bandas y
después de llevado a cartabón clavar el otro carril).
7. Almacenaje de los campos. Si el almacenaje se realiza dentro del área de acción de la grúa se colocan 16 camadas y si es fuera del área no más de 11 camadas.
Ensamblaje de campos con traviesas de hormigón.
La secuencia constructiva es como sigue.
1. Carga y ubicación de los paquetes de traviesas.
2. Distribución de las traviesas en la plantilla.
3. Colocación de las fijaciones en las bandas de la traviesa y en el centro.
4. Colocación de las platinas bajo el área del carril.
5. Colocación del carril.
6. Ubicación de los pernos y elementos de fijación en los orificios de la traviesa.
7. Apriete de las tuercas.
8. Almacenaje de campos. Si el almacenaje se produce dentro del área de la grúa pórtico se permiten 15 camadas, si es fuera de esta solo 11 camadas.
Ensamblaje de conexiones.
Las conexiones se ensamblan en bloques. Si el equipo de izaje tiene una capacidad menor que 50 toneladas, tanto en la planta como en el lugar de colocación se divide en cuatro partes, si la capacidad de este es igual o mayor a 50 toneladas se ensamblan en dos partes.
Los bloques se ensamblan con largueros de madera de un largo menor de 45 m, los largueros de madera se ubican el lugar de colocación.
El bloque de la culata a la rana se ensambla con 14 traviesas normales.
Los bloques se ensamblan en plantillas especiales.
Bloque de la aguja.
Bloque de un desvío.
3. Bloque de la rana.
Bloque en la culata de la rana.
Al igual que los largueros se sigue una secuencia que comprende:
1. Colocación de traviesas y largueros sobre la plantilla.
La distribución se realiza haciendo que las cabezas de las traviesas queden para la parte recta en una misma línea para crear uniformidad y estética.
2. Se barrenan las traviesas y los largueros y se le aplican antisépticos.
3. Se colocan las sillas, planchuelas, los bloques, las fijaciones y las barras.
4. Se montan los elementos restantes entre dos.
Se colocan los carriles y se fijan en uno de los lados, también se montan las ranas, las guardarranas y se fija a cartabón el resto de los carriles.
6. Se cargan en equipos especializados o en góndolas.
2.5. – Carga de materiales de vía y su transportación. Carga y transporte de los elementos que componen la vía. Carga y transporte de campos, balasto y conexiones ensambladas. Ejemplos y cálculos para determinar el equipo idóneo.
Carga y transporte de los elementos que componen la superestructura de la vía. Los elementos de la superestructura de la vía, carriles, traviesas, fijaciones y balasto, se cargan a granel, desde los puntos de origen, generalmente puertos de embarque, almacenes generales ferroviarios o centros de carga, hacia los lugares donde van a ser utilizados, sean estas las brigadas y distritos de vías o las plantas de ensamblaje.
Los elementos de vías se cargan según sus características en paquetes o en contenedores según su longitud, volumen o peso.
Carriles. Los carriles al ser elementos sumamente largos se cargan directamente en vagones ferroviarios abiertos (planchas) y según su longitud en una, dos o varias planchas. Como todos los carriles no son de igual longitud y de igual calibre, para la utilización de equipo, debe conocerse el peso de cada elemento, en caso de haber paquetes de carriles de varios calibres, su longitud y su peralto. Además debe conocerse el tipo de vagón (según su capacidad)que hay en existencia, para este fin. Para la carga se utilizan grúas con electroimán o aditamento especial.
Los carriles se tratan de cargar en varias camadas y en forma piramidal, para hacer más estable su transportación. Entre camadas se colocan varillas de madera como separador, colocándose estos en no más de 1.0 m para evitar deformaciones por flexión.
El carril al ser cargado en planchas toma la configuración de la curva de la vía o forma una cuerda con relación a ella. En el mundo se utilizan carriles cuyo peso por unidad de longitud oscila entre 35 Kg/m hasta 75 Kg/m por lo tanto, la exigencia de que debe conocerse el peso de los carriles y la capacidad del equipo, nos permite conocer la cantidad de carriles que podemos ubicar en cada vagón.
Tabla 2.2. – Peso de los materiales que se utilizan en el ensamblaje de campos y en los trabajos de vía.
Traviesas de madera. Las traviesas de madera se cargan al igual que los carriles en planchas, pero también pueden ser cargados en cajones o góndolas. Las traviesas de madera se transportan en paquetes de 20 o 25 traviesas, unidas por un fleje.
Al igual que los carriles, las traviesas se cargan teniendo en cuenta su peso y su volumen y el tipo de vagón que se disponga. Una traviesa de madera tiene un peso que oscila entre 75 y 150 kg, según sea madera dura, semi-dura o blanda.
Traviesas de hormigón. Estas traviesas se cargan también en planchas ferroviarias, de la misma forma en que se cargan las de madera, tienen un peso de 250 kg, por lo que la cantidad depende del tipo de plancha. Se cargan en paquetes de 16 unidades. Se cargan con grúas con aditamentos especiales.
Carga de los elementos de fijación. Los elementos de fijación se cargan en contenedores, bidones, cajas de madera (guacales), etc. No requieren de vagones especializados, lo mismo puede cargarse en vagones cerrados (casillas), en góndolas o cajones o en planchas como en cualquier equipo automotor.
Estos elementos de fijación son de pequeñas dimensiones y su peso oscila entre 49 gramos y 18,8 kg por cada unidad.
Carga de campos. Los campos se cargan en planchas o en plataformas trineos, conocidas por trineo, que es una plancha que posee rodillos en su piso para permitir que el paquete de campo ruede por ellos.
Cuando la carga se efectúa en trineos, la primera camada se realiza colocando el carril con la corona hacia abajo y la traviesa hacia arriba, el resto se coloca de forma normal.
La cantidad de campos a cargar por plancha no solo depende del peso de los campos o la capacidad de la plancha o el trineo. Depende además del gálibo permisible y de la estabilidad de los equipos en movimiento.
Generalmente no se colocan más de 7 campos por planchas, sean con traviesas de hormigón como de madera. Cuando el tramo a recorrer entre la planta de ensamblaje y el lugar de montaje de la vía, es corto se permiten hasta 9 si la capacidad de la plancha lo permite.
Carga y transporte de balasto. El balasto para la vía se carga en equipos especializados. Son una especie de tolvas que se cargan por arriba y descargan por debajo. La descarga es regulada mecánica o neumáticamente según abran las compuertas inferiores que poseen.
La capacidad de carga de estas tolvas es de 33 a 36 m3. En Cuba para la vía se utilizan 3 tipos de balasto, piedra picada, que puede ser de dos clases, roca ígnea o roca caliza, rocoso o pizarra azul, material que se utiliza en vías de poca intensidad de tránsito arena que se utiliza muy poco.
En los patios la última capa que se riega es gravilla para facilitar el trabajo de los obreros de movimientos. En Cuba utilizamos dos tipos de equipos. El BK, tolva que regula la descarga por medio mecánico, permitiendo la salida mediante la apertura de las compuertas inferiores, controlando la caída por medio de cadenas y pernos colocados adecuadamente en los orificios que tienen la tapa.
El Hopper, que es un vagón que funciona mediante el aire comprimido que le produce la locomotora y por este medio, mediante un mecanismo confeccionado al efecto, se regula la apertura de las compuertas.
Este equipo es capaz de descargar en todas las secciones transversales de la vía o en lugares definidos de esta sección transversal.
Para determinar el número de equipos necesarios para la transportación de los materiales y la carga que se pueda transportar, se debe conocerse:
Peso unitario de cada elemento, en T.
Capacidad de carga del equipo, en T.
Tara del equipo en T
En caso de seguridad del movimiento, se requiere conocer la cantidad de elementos que se pueda cargar por equipo, independientemente de su peso.
Capacidad tractiva de la locomotora.
Pendiente dominante máxima del tramo por donde circulará el tren.
Resistencia unitaria del equipo tractivo y de los vagones que trasladarán las cargas.
El número de equipos necesarios para el traslado de carga es igual a:
.2.6.- Secuencia de trabajo para la colocación de la superestructura de la vía en tramos y estaciones. El éxito de la colocación y montaje de la vía férrea es reflejo de la buena organización del ensamblaje de campos, así como del control que se tenga sobre la carga de campos y elementos de la superestructura. Otro elemento que se debe tener en cuenta es la organización que se observe en el lugar del trabajo.
La forma en que sean cargados los campos, observándose todos los elementos geométricos de la vía a montar es de suma importancia, recuérdese que en los tramos curvos hay campos que deben ser acortados en su carril interior, para mantener uniformidad en las juntas frontales.
En los patios debe tenerse en cuenta en que lugar se colocaran las conexiones, la colocación de campos de menores dimensiones que los normales para no variar la geometría de la vía.
Teniendo todo esto en cuenta la secuencia de montaje de la superestructura es como sigue.
Después de realizado el replanteo por las comisiones de estudio, los equipos de izaje comienzan la colocación de los campos previamente numerados, ubicando el eje de las traviesas en el eje de la explanada previamente fijado.
Colocación y ensamblaje de la vía mediante campos y a manos.
Colocación de la vía mediante campos utilizando grúas ferroviarias de izaje. Antes de comenzar a realizar los trabajos de colocación y montaje se procede a preparar la organización de los trenes de obra y los equipos de construcción.
El trabajo como es normal en este tipo de operaciones se divide en tres etapas:
Trabajos preparatorios. Estos trabajos se realizan fundamentalmente cuando se ejecutan trabajos en vías en explotación o en una vía aledaña a la existente, con vista a disminuir el tiempo de cierre del tramo lo más posible.
Son trabajos preparatorios los siguientes:
a) Preparación de la superestructura de la vía y los trenes de obra en una rigurosa formación.
b) Replanteo del eje de la vía y ubicación de las conexiones con los patios y los enlaces.
c) Solicitud de ventanas, si se trabaja en tramos en explotación o de la construcción de una vía paralela a otra en explotación. También se piden ventanas si el trabajo se realiza en un ramal a una vía principal y durante un tiempo se requiere ocupar la vía principal.
Trabajos fundamentales. Estos trabajos son los que ocupan el tiempo de la ventana, son las vías importantes. En estos trabajos se realiza lo siguiente:
a) Colocación de los campos.
b) Reajuste del campo y unión con los otros campos, alineación.
c) Riego de balasto (primer riego) sobre los campos colocados.
d) Primer levante de la vía, alineando, nivelando, calzando con equipos (este levante se realiza dos veces con equipos TAMPER y una vez con Plasser).
e) Barredura y regulación del balasto y perfilado del prisma.
f) Segundo riego de balasto.
g) Segundo levante, realizándose todas las operaciones del inciso d).
h) Barredura, regulación del balasto.
i) Cancelación de la ventana de tiempo.
Trabajos de acabado. Terminación del apriete de los tornillos en las juntas y en las fijaciones del carril a la traviesa.
a) Regulación de las juntas.
b) Alineación final.
c) Regulación del prisma de balasto a mano.
2.7. – Secuencia de los trenes de obra y de los equipos de construcción.
a) Los trenes de obra tienen que estar bien ubicados unos detrás de otros, con vista a que uno no estorbe el trabajo de otro. El primer tren que sale es el tren colocador, llevando la cantidad de campos programados para el día. Este tren lleva trineos y una grúa de gran productividad (Platov UK 25/20) lleva los campos programados para varias jornadas.
b) El próximo tren es el de balasto. Este tren llevara la mitad de la cantidad total requerida para el tramo a montar. El riego se ejecutara desde el final del tramo a montar hacia el inicio de la obra y llegando a este lugar parten los equipos de construcción.
c) Los próximos equipos que salen son las máquinas alineadoras, niveladoras y calzadoras; estas máquinas realizan el primer levante de la vía, mediante dos pases al tramo. Frecuentemente trabajan dos equipos Tamper y en ocasiones se programan para que trabajen dejando una traviesa en el medio para que otra máquina la calce.
d) Al finalizar estas máquinas salen las barredoras y las reguladoras de balasto. Estos equipos recogen el balasto que sobra en un lado y lo llevan a los lugares donde faltan. Al terminar dejan la vía con un perfil definido.
e), f) y g) Estas tres operaciones son las mismas que la b, c y d; realizando el segundo riego, el segundo levante, perfilado, barrido y regulado final.
Colocación de la vía con materiales sueltos. La colocación de la vía con materiales sueltos requiere de mucho mas tiempo que la mecanizada, pues los materiales se van colocando paulatinamente y cada grupo de brigada se especializa en una o varias operaciones.
La preparación de la explanada al igual que en el caso de la colocación con equipos; es la misma, es decir se replantea el eje y se indican los puntos fundamentales de las conexiones en los patios.
Una brigada comienza a colocar las traviesas que son traídas con equipos automotores o ferroviarios hasta un lugar próximo al comienzo de la etapa.
Con posterioridad se vienen colocando las sillas si las traviesas son de madera y las platinas si las traviesas son de hormigón.
Otro grupo viene colocando el carril del lado derecho en orden ascendente del kilometraje y los van clavando si se trata de traviesas de madera o colocando las fijaciones y apuntando las tuercas si se trata de hormigón.
Otro grupo va fijando el carril de la otra banda, poniéndolo a cartabón.
En este tipo de trabajo no se requiere de acortar los carriles en el caso de los tramos curvos, en este caso no es preocupante la ubicación de las juntas, pues no se utiliza la mecanización.
Se regulan las juntas y se prepara la vía para el balastaje.
El balastaje se realiza igual que en la vía mecanizada, ya que el riego de balasto se puede ejecutar solo con vagones o tolvas especializadas.
El calzado, nivelado y alineado final se realiza a mano con herramientas mecánicas, electro – mecánicas o diesel, hidráulicas o neumáticos, según haya en existencia. También pueden utilizarse máquinas especializadas.
2.11. – Cálculo del gasto de fuerza de trabajo en el ensamblaje y construcción y montaje de vía. Para determinar el gasto tanto de materiales como de personal para el montaje de la superestructura de la vía hay que partir de la clasificación de la superestructura de la vía férrea establecida en Cuba.
Cálculo de los materiales necesarios para el ensamblaje de un campo con traviesas de madera. Los materiales se calculan teniendo en cuenta la clasificación de las vías.
Un campo de madera tiene 2 carriles.
2 pares de mordazas o bridas de la medida del carril.
12 tornillos de la medida del carril.
12 tuercas.
12 arandelas de presión.
Una traviesa de madera lleva:
2 sillas de la medida del carril.
6 clavos en rectas.
10 clavos en curvas.
Según la topografía de la vía, para tramos con traviesas de madera se le coloca elementos que protejan el corrimiento del carril y no permitan que puedan crearse jorobas, juntas topadas o demasiado abiertas debido a este fenómeno. Estos elementos se denominan anclas.
La distribución de las anclas es como sigue:
Tabla 2.3. – Distribución de las anclas.
Materiales para un campo de traviesas de hormigón. Al igual que con la traviesa de madera el campo requiere de:
2 carriles.
2 pares de mordazas del mismo tipo que el carril.
12 tornillos.
12 tuercas.
12 arandelas de presión.
Además si la traviesa es con taco plástico se requiere de:
4 tornillos tirafondo.
4 presillas elásticas o semi – elásticas.
2 platinas de gomas.
4 cojinetes de gomas.
Si la traviesa es con orificios y arandelas de sujeción requiere de:
4 tornillos con cabeza "T".
4 presillas elásticas o semi – elásticas.
4 cojinetes de goma.
2 platinas de goma.
Si el tramo esta electrificado o señalizado requiere además de:
4 bujes aislantes.
Cálculo de los materiales para la colocación y montaje de la superestructura.
La colocación y montaje de la superestructura se calcula a partir de campos previamente ensamblados y el balasto, ambos; según la clasificación de la vía.
2.9. – Colocación del carril largo soldado (CLS).
Requerimientos. Para colocar el CLS, también llamado carril sin juntas, se verifican las longitudes de los tramos. Las condiciones técnicas de sus elementos, las características de la zona (curvas, rectas, cambios de rasantes, puentes, etc.) y se elabora un proyecto de colocación.
En este proyecto se indica el inicio y el final de cada banda en explotación, las juntas aislantes para el sistema de bloqueo y el aumento del hombro de balasto hasta no menos de 25 cm.
Se requiere cumplir una serie de condiciones:
Los radios de curva mínimos deben ser:
En el tramo 500 m como mínimo, en el patio 180 m pero regando el balasto en el entrevías hasta el borde superior de la traviesa.
En los pasos a nivel permanentes se colocan juntas aislantes en los puntos donde se especifique. El carril sobre el paso a nivel se coloca de 25 o más metros y 4 carriles normales (de 12.5 m) a ambos lados del paso a nivel
4. – En los puentes con cama de balasto se permite la colocación del CLS; en camas abiertas no y la distancia mínima entre la cabeza o aproche del puente y la unión con el CLS deberá ser no menor que 150 m, y aquí se colocaran carriles de longitud normal.
5- No se permiten soldar carriles en menos de 150 m ni en más de 500 m. Para mayor longitud se suelda en el lugar.
En los patios para evitar las tensiones excesivas en las mordazas de las juntas aislantes, se colocan 4 campos con longitud normal (12.50 m) a ambos lados de cada junta, excepto en las conexiones donde se colocarán de un solo lado, 2 campos con carril normal en la culata de la rana y dos en la punta de la aguja.
7. En las curvas el carril interior debe ser acortado igual que en el caso de los campos de longitud normal, como vimos en la parte I..
El acortamiento se calculará de la siguiente forma:
En la curva circular:
En la curva de transición:
8. La temperatura máxima y mínima del intervalo de fijación del CLS será de 22(C y 37(C para el límite inferior y superior respectivamente.
9. Se neutralizan las tensiones del carril para que este tome la dimensión necesaria y a una temperatura conocida.
10. Para la colocación con calidad se deben calzar las traviesas, nivelar y alinear la vía, se corrigen las súper elevaciones en las curvas, se aprietan uniformemente las tuercas con un torque entre 1500-1800 kg/cm. Se sustituyen los elementos de fijación que presentan defectos o deterioros. Se alinea la vía.
11. La flecha máxima permisible en tramos rectos será de 5 mm siempre que esta variación sea paulatina y a razón de 1 mm por 1m de longitud.
Transportación y descarga del carril largo soldado (CLS). La transportación del CLS se realiza con equipos especializados consistente en un tren con planchas habilitadas al efecto, con rodillos, guías y dispositivos de anclaje. El vagón de cola tiene un dispositivo de anclaje y uno de descarga. Este ultimo dispositivo puede moverse para poder ubicar los carriles tanto en el centro de la vía como en la posición propia del carril y en el momento de la descarga no permite que el carril se flexe o cambie de posición con la consiguiente fractura del carril.
La descarga se produce fijando la punta del carril en la junta donde va a comenzar el cambio, mediante un dispositivo destinado para este fin y después de esta operación el tren comienza a moverse despacio y así el carril va cayendo suavemente en el centro de la vía.
Colocación del CLS. La colocación del carril se puede realizar de forma manual y mecanizada, utilizando la grúa UK 25/90 o 25/21. En Cuba el cambio se realiza de forma manual. El trabajo se realiza en tres etapas:
La etapa preparatoria comprende las operaciones siguientes: Establecimiento de una disminución de la velocidad de los trenes por el tramo a cambiar de 15 kph. El tramo a cambiar debe ser protegido a una distancia no menor de 500 m en ambos lados, colocándose un estandarte de color amarillo.
1. Distribución de los accesorios de vía utilizando una plancha de arrastre.
En cada junta se colocan 6 juegos de fijaciones ya ensambladas.
2. Se retiran 4 tornillos de cada junta en ambas bandas del carril dejando solo
2 (el 2 y el 5 en las mordazas). Comienzan el trabajo cuando el grupo anterior se aleje
unos 12.5 o más.
3. Se zafan los tornillos de las fijaciones con las traviesas utilizando apretador de tuercas vertical y sacando los tornillos de 2 de cada 3 traviesas. Se requiere de 8 operarios con 4 aprieta tuercas. Comienzan cuando el grupo anterior se aleje de 10 a 50 m
4. Se liberan las bandas de CLS, zafando las presillas que los sujetan, situado en los extremos de las bandas y retirando las fijaciones. Para este trabajo se requiere de dos operaciones y comienzan cuando el grupo anterior esté adelantando en otro carril.
5. Ocho operarios sustituyen los elementos de fijación y presentan las tuercas en los tornillos con excepción de los que tienen presillas cortas, las cuales son cambiadas por presillas largas. Cada operario se ocupa de un carril por su borde exterior o interior según le corresponda. Comienzan cuando el grupo anterior a pasado un carril.
6. Dos jefes de brigada con dos operarios toman la temperatura de ambas bandas (2 termómetros por banda, colocándose en la garganta del carril del lado que no de el sol), miden la longitud de la banda a esa temperatura.
La temperatura debe coincidir con la temperatura de neutralización.
La longitud del carril se mide en metros con aproximación de 3 cifras decimales. Además se mide la longitud de los carriles de muestrario (normales y soldados), una vez obtenidos los datos lo marcan en la garganta del carril.
Trabajos fundamentales.
1. Formalizar el establecimiento de una ventana de tiempo clausurando el paso por la vía. Se colocan a 800 m del comienzo y final del trabajo estandartes rojos. Se retiran los tornillos que quedan en la junta, utilizando cuatro operarios, retirando las mordazas de cada junta. Cada operario atiende una junta.
2. Se zafan los tornillos de las fijaciones que quedaron con la traviesa, con dos equipos aprieta tuercas verticales. Cada equipo se ocupa de una banda; trabajan cuatro operarios. Comienzan cuando el equipo anterior se encuentre a 12.5 m
3. Los operarios proceden a girar en 90° a las presillas restantes de ambas bandas. Comienzan 22 minutos después de haber comenzado el grupo anterior.
4. Retirar los carriles normales o de inventario, con 4 operarios, con barretas que simultáneamente los alejan hacia la parte exterior de la carrilera a no menos de 50 cm de la posición anterior y con la corona hacia arriba.
5. Acondicionar los accesorios. Dieciséis operarios repartidos en 2 grupos de a 8 por banda, procede a invertir las platinas, sustituir las defectuosas, limpiar las superficies de apoyo de las platinas y los cojinetes, sustituyen las defectuosas y colocan los bujes aislantes en los tornillos restantes, así como sustituyen las fijaciones completas de cada junta del carril normal por fijaciones completas con presillas largas. Comienzan cuando el equipo se aleje a 25 m.
6. Dos operarios con un gato de vía y una barreta sitúan en cada banda de carril largo soldado una mordaza, dejada en el centro de la vía por el grupo que sitúo los tornillos de las juntas, para facilitar el desplazamiento de las bandas hacia el lugar de ubicación sobre las traviesas. Comienzan 11 minutos después que el grupo anterior.
7. Cuatro operarios con barretas colocan simultáneamente ambas bandas de CLS deslizándolas sobre las mordazas que sirven de calzo. Comienzan 13 minutos después que el grupo anterior termine.
8. Cuatro operarios dos por cada banda proceden a girar las presillas a 90° para llevarlas a la posición normal. Comienzan cuando el grupo anterior se aleje 25 m.
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