El objetivo del presente trabajo es exponer y tratar las posibilidades reales para Cuba de construir en taller bandas de Carril Largo Soldado mayores de las que en la actualidad se sueldan. Con este propósito se exponen a continuación los tópicos a tratar, que constituyen incógnitas a resolver si pretendemos eliminar ¨el mal necesario¨ que deviene en junta entre carriles. Con esta idea realizamos además un análisis de los principales factores que verdaderamente limitan en la ampliación de las bandas en el riel largo soldado.
Para ello nos hemos basado en la revisión de varios libros tanto nacionales como internacional y revistas de igual tipo con el objetivo de identificar las tendencias actuales relacionadas con la soldadura de carriles.
El Ferrocarril en el mundo entero constituye un medio de transportación imprescindible si se desea economizar tiempo y recursos; por consiguiente necesitan de especial atención todos sus componentes para lograr un correcto desarrollo del sector. Con este fin es necesario garantizar: el confort de los viajeros, disminuir el tiempo de los viajes ya sea de pasajeros como de cargas y reducir el efecto dinámico que produce la rueda al pasar por la junta entre carriles. Fundamentalmente y a grandes rasgos si lográramos reducir el número de juntas por kilómetro de vía contribuimos a evitar el deterioro en el equipo rodante, así como en la infraestructura vial.
Una de las causas del deterioro de la vía está dado por la presencia de juntas, las cuales provocan que el asiento de las traviesas se erosione rápidamente a causa de los impactos de las ruedas, produciendo una degradación intensa de la nivelación de la vía; además los extremos de los carriles se deforman y deterioran aumentando el peligro de roturas en la zona de juntas, por todo esto la duración de los elementos en la zona de juntas disminuye, en especial la del carril, sujeción y traviesa y en menor grado la del balasto; los impactos de las ruedas en las juntas producen además un deslizamiento suplementario longitudinal de las carrilera y ocasionan ruido que afecta el confort de los viajeros.
2.1 Definición del Carril Largo Soldado.
Se dice que en un tramo se encuentra establecido carril continuo soldado cuando los carriles del mismo están unidos por soldadura, en una longitud tal que la parte central del tramo no experimenten ningún movimiento longitudinal a consecuencia de las variaciones de temperatura por su parte los doctores Ileana Cadenas Freixas y Wilfredo Martínez López del Castillo en su libro Vías Férreas llaman riel largo soldado (R.L.S.) a todo riel cuya longitud es tal que subsiste siempre una parte central fija que no sufre ninguna dilatación o contracción cualesquiera sean las variaciones de temperatura. Es en la zona central de los R.L.S., que queda prácticamente fija, en la que las tensiones de origen térmicas alcanzan los valores más elevados a las temperaturas extremas.
2.2 Ventajas de técnicas de las Vía Soldada.
Se reduce el número de juntas y por consiguiente el número de mordazas y sus elementos de unión al carril (ahorro de mordazas y tornillos de mordazas)
Se reduce el desgaste en los rieles y disminuye el ruido enormemente.
Se prolonga la vida útil de las ruedas y se puede circular a velocidades mayores
Mayor seguridad en la explotación dado a que la mayor parte de soldaduras en los carriles se produce en sus extremos.
Economía superior al 30% en el mantenimiento de la vía pues los gastos de conservación disminuyen en un 50%.
Facilidad en el rodaje, que se refleja en la conservación del material móvil.
Mayor confort para el viajero.
Se reduce el número de averías del carril en especial las que tienen su origen en los orificios para el paso de los tornillos de las mordazas.
Disminuye la resistencia a la rodadura.
Aumenta la duración de las traviesas; la vida de la plataforma y el balasto.
Presenta una mejor conductividad de los hilos de carril con mejor conservación de los circuitos de seguridad.
2.3 Proyecto de Carril Largo Soldado.
Antes de la preparación de las bandas de CLS se revisa el tramo donde van a ser colocadas, detectándose no solo los defectos e irregularidades, sino además los puntos donde por diferentes razones se deben acortar.
En los pasos a nivel, fundamentalmente en los que están señalizados con sistema de bloqueo automático o semi-automático se dejan a cada lado del mismo 2 carriles de longitud normal y se coloca un carril cuyo centro se encuentra en el eje del camino automotor. En los puentes de cama abierta se deja un espacio entre el aproche y la junta del CLS de 100 a 150 m.
Ya colocado el carril en la vía se procede a la Colocación del mismo la cual se puede realizar de forma manual y mecanizada, siendo en cuba esta última la más usada.
2.4 Proceso de fabricación de las tiras de Carril Largo Soldado.
En cuba las tiras de carril largo soldado se elaboran en la Empresa Constructora de Vías Férreas ¨Cdte Tony Santiago¨ la cual cuenta con una industria destinada para estos fines; las soldaduras se realizan con una máquina que suelda a tope los carriles por resistencia eléctrica, realizando las soldaduras en un tiempo entre 2 y 3 minutos. Los extremos de los carriles son tensados con un dispositivo hidráulico y con una fuerza de 125 toneladas. En este tipo de soldadura por contacto eléctrico y fusión, el calor se obtiene por efecto de Joule, poniendo en contacto bajo presión los extremos de los carriles por lo que se hace pasar una corriente de bajo voltaje y muy alta intensidad (hasta 6.5 Vol. y 10000 Amp). Ésta corriente se transmite a los carriles a través de unas mordazas con que cuenta la máquina y que a la vez proporciona la presión de contacto.
Los extremos de los carriles se calientan hasta altas temperaturas produciéndose hasta 1500º C; cuando ya el metal esta fundido se aplica una fuerza de 40 a 50 toneladas, producto de esta fuerza el metal liquido es arrojado a la superficie en forma de rebaba gruesa. Dicha rebaba se desbasta con un equipo especializado y las muelas liberan al carril concluyendo así el proceso de soldadura.
Cada ¨hilo¨ de carril largo soldado cuenta con una longitud de 150 – 300 m o sea entre 12 y 20 carriles de 12.5 m o entre 6 y 12 carriles de 25 m. A medida que se fabrica la junta de 150 o 300 metros éstas se van colocando encima de unas planchas especializadas llamadas¨¨planchas del tren especial¨ dotadas de rodillos, guías y dispositivos de anclaje las cuales,, cumplen la función de almacenaje y transporte del CLS.
2.5 Transportación del Carril Largo Soldado.
La transportación del CLS se realiza con equipos especializados, consistente en un tren con ¨planchas especiales¨ donde el vagón de cola tiene un dispositivo de anclaje y uno de descarga. Este último 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 mismo.
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.
2.6 Colocación del Carril Largo Soldado
Se Denomina Tmax a la mayor temperatura anual del lugar donde está colocada la vía y Tmin a la mínima. Ta a la amplitud de temperatura anual que es igual a
Se requiere cumplir además las siguientes condiciones:
Los radios de curva mínimos deben ser:
En el tramo 500 m como mínimo y en los patios 180 m pero regando el balasto en la entrevía 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.
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 colocarán carriles de longitud normal.
En los patios para evitar las tensiones excesivas en las mordazas de las juntas aislantes, se colocan 4 campos con longitud normal (12.5 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 2 en la punta de la aguja.
En las curvas el carril interior debe ser acortado igual que en el caso de los campos de longitud normal.
El acortamiento se calculará de la siguiente forma:
7. 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.
8. Se neutralizan las tensiones del carril para que este tome la dimensión necesaria y a una temperatura conocida.
9. Para la colocación con calidad se deben calzar las traviesas, nivelar y alinear la vía, se corrigen las superelevaciones 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.
10. 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.
2.7 Zonas donde se producen las tensiones
Para que las tensiones de compresión o de tracción queden dentro de límites admisibles es preciso fijar los R.L.S. a una temperatura conveniente y tomar precauciones especiales durante los trabajos de mantenimiento preventivo o de reparación, o de modificación de los R.L.S., a los efectos se recomienda que estos límites sean siempre respetados por parte del personal que de forma general labora en el tramo donde este tipo se riel se encuentra colocado.
De una y otra parte de la zona central, y en una longitud variable que no sobrepasa prácticamente 150 m a partir de los extremos de los R.L.S., los movimientos longitudinales están parcialmente impedidos. Estas zonas se llaman "zonas de respiración". Por consiguiente los movimientos más importantes se producen en los mismos extremos de los R.L.S.
2.8 Influencia del balasto y de su compacidad.
El anclaje de los durmientes en el balasto, tanto en el sentido longitudinal como también en el transversal, es el elemento preponderante de la estabilidad de las vías con R.L.S.; por ello es indispensable tomar precauciones especiales en ocasión de la ejecución de todo trabajo que afecta la estabilidad de la vía dígase: disminución de la compacidad del balasto o alteraciones del perfil del mismo entre otras.
2.9 Homogeneización local de tensiones.
Esta operación tiene por objeto uniformar las tensiones en una zona en la que las mismas han sido perturbadas, pero sin afectar su valor medio. La única zona donde se permite realizar esto es en la parte central del R.L.S., a no menos de 150 m de los extremos.
Para esta tarea no se requiere el corte del R.L.S., pero si deben aflojarse las fijaciones sobre la longitud de riel a considerar, colocando o no el riel sobre rolos según sea la misma superior o inferior a 150 m, dar algunos golpes de maza (constituida por material que no dañe al riel) sobre los rieles, y luego ajustar las fijaciones a temperatura sensiblemente constante. La homogeneización de tensiones debe ser efectuada sobre una vía estabilizada.
Definición de la Longitud a soldar.
Para nuestro país las longitudes a soldar en el CLS se encuentran acorde a diferentes aspectos ajenos a los estructurales del carril y si de otra índole como: longitud de los apartaderos, posición de los puestos de trabajo dentro de la industria o taller de soldadura, cantidad de planchas transportadoras del Carril Soldado, capacidad tractiva del equipo férreo, etc. A continuación abordaremos cada uno de estos aspectos con la única intención de llegar a una distancia acorde a las condiciones cubanas.
3.1 Longitud de los apartaderos.
El Carril Largo Soldado que se produce en el centro de Cuba está destinado mayoritariamente a la línea central y digo mayoritariamente porque en algunos casos se ha colocado en vías de vital importancia, ajenas a la de mayor importancia y que recorre el país desde la capital hasta la región oriental. Tal es el caso de la doble vía que une la Zona de Desarrollo Mariel con la cabecera nacional donde de un total de 110 km con que cuenta la estructura vial, en la actualidad de CLS se encuentra el 60%; continuando entonces con el tema que nos ocupa, a los largo de la vía central los apartaderos cuentan con longitudes que varían entre 640 y 720 metros, por lo que la misma no ofrece limitante alguna a la hora de situar las planchas transportadoras con la demás formación del tren.
3.3 Cantidad de planchas transportadoras.
La cantidad de planchas transportadoras influyen en la nueva longitud a concebir pues las mismas además de transportar el riel largo soldado fungen como almacén en la citada construcción y soldadura de un nuevo CLS. Con estos fines y en el caso de la industria cubana, antes de comenzar una nueva soldadura se coloca la formación para una vez que el proceso de juntas soldadas avance se depositen en dichas planchas las bandas soldadas.
En nuestro caso, la Empresa Constructora de Vías Férreas (ECVF) por sus siglas, cuenta con una formación total de 29 planchas, con un largo 13.60 m y un peso de 37 t.
Con esta cantidad de planchas, estamos en condiciones pues de definir una longitud de CLS, la cual no excedería por este concepto los 395 metros.
3.4 Capacidad del Equipo tractivo que transportará el nuevo CLS.
Transportar un tren de CLS no es una opción para algunos tipos de locomotoras, sobre todo por el peso que deben arrastrar en consecuencia con las pendientes de la vía férrea cubana, que aunque no son de grandes diferencias si es un factor a tener en cuenta.
En la actualidad la Unión de Ferrocarriles de Cuba (UFC) tiene a su disposición un grupo de locomotoras de procedencia china, del tipo DF7G-C y DF7K-C, las cuales son las encargadas de la trasportación del CLS una vez ya construido.
Para 12 bandas de CLS de longitud 395 m con carril P-50 el peso asciende a 244 t (ver tabla 1 del anexo), todo ello sin contar con el peso de las 29 piezas necesarias para trasladar esta longitud que alcanzarían las 1096 t (tabla 2 del anexo). Finalmente el peso total que deberá mover el equipo tractivo para bandas de CLS a 395 m complementa las 1340 toneladas.
Con el auxilio de las Tablas de Tonelaje para Locomotoras Diesel-Eléctricas comprobamos que para los dos tipos de locomotoras anteriormente mencionadas y en función de las pendientes imperantes en nuestra geografía, las cuales en su criticidad varían entre 10 y 12 %º ofrece limitante a la hora del traslado de las bandas de 395m solamente la DF7K-C con una potencialidad de arrastre de 920 toneladas; mientras que para el tipo DF7G-C con 1600 toneladas de capacidad tractiva figura como la candidata a trasladar los 2370 metros de carril largo soldado correspondientes a 12 bandas de 395 metros.
Después de expuesto lo concerniente a los aspectos básicos en cuanto a la soldadura de Carril Largo Soldado y analizado las principales limitantes para la ampliación de bandas mayores de 300 en Cuba arribamos a las siguientes conclusiones.
1-Es permisible construir longitudes de CLS mayor a los 300 y hasta 395 metros, limitadas solamente por la cantidad de planchas de transportación y almacenaje y por la capacidad del equipo tractivo.
2-Por las condiciones climáticas imperantes en nuestra nación es recomendable el aumento de las bandas de RLS a más de 300 metros pues las diferencias de temperatura así lo permiten.
3- No constituye un obstáculo las tensiones imperantes en el carril cuando la longitud aumenta si incrementamos la longitud de carril con el número de soldaduras.
4-Continúa siendo de vital importancia la correcta colocación del balasto en los cajones de las traviesas si la longitud del carril se ve incrementada a más de 300 metros.
5- Es de obligatorio cumplimiento respetar los intervalos de temperatura a la hora de la colocación del CLS cualquiera que sea su longitud.
-Aplicar el presente aporte investigativo en la Empresa Constructora de Vías Férreas ¨cdte tony Santiago¨ teniendo en cuenta su factibilidad con relación a otros tipos de soldadura en cuanto a costos, gastos y ganancias.
-Mantener el estado técnico de la línea de soldadura y las planchas de transportación y almacenaje.
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Manual Integral de Vías. Nuevo Central Argentino S.A. Octubre 2014
Tabla 1. Peso de la formación del tren para bandas a 395 m.
Tabla 2. Peso de las bandas de CLS a 395 m.
Tabla 3. Peso a trasladar por parte del equipo tractivo con bandas soldadas a 395 m.
Autor:
Ing. Civil. Oscar García Ledesma.
Maestrante en Vías de Comunicación Terrestres. Universidad Central ?Marta Abreu? de Las Villas. Cuba.