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DINÁMICA DEL TREN EN CRUCEROS A NIVEL
Velocidad, Frenado y Distancias Recorridas
UBICACIÓN Y TIPO DE CRUCEROS PARA UNA OPERACIÓN SEGURA
INTRODUCCIÓN
La operación de los trenes en las zonas urbanas determina una convivencia
que requiere de una aplicación de normas y reglas seguras, tanto para el
movimiento de los trenes como para el tránsito vehicular citadino, la protección
de personas e instalaciones marginales.
La operación del tren tiene características poco flexibles en cuanto a longitud,
frenado, aceleración y cambio de dirección que no son nada comunes a las de
un vehículo que transita por caminos pavimentados.
CARACTERÍSTICAS DE LA DINAMICA VÍA TREN QUE DEBEN TOMARSE
EN CUENTA.
La longitud de un tren de camino con 80 carros será de 1800 metros,
incluyendo las dos locomotoras que lo arrastran, si este tren lleva solo carros
cargados tendrá una masa de 9845 toneladas, que estarán desplazándose a
una velocidad de 20 KPH en las ciudades y de 60 KPH fuera de las zonas
urbanas, estos altos valores requieren de una fuerza de frenado alta, que en el
caso de los trenes se aplica mediante zapatas directamente presionando todas
las ruedas de todos los carros, en el caso de una aplicación de frenado en
emergencia la presión ejercida será de 100 a 110 libras por pulgada cuadrada.
Sin embargo pese a esa presión el frenado instantáneo no existe, como
tampoco existe en la carretera ya que todos los vehículos tardan en frenar
totalmente según el tiempo de reacción del operador/chofer/maquinista y en el
caso del tren a la longitud del tren, ya que los últimos carros tardarán algunos
segundos en recibir la aplicación del freno, lo que los lleva a seguir empujando
por inercia al resto del tren.
Normalmente se piensa en una operación ideal, en la que las condiciones del
equipo, furgones y locomotoras están en optimas condiciones, la visibilidad en
los cruceros tanto de tren a vehículo y viceversa están libres de obstáculos, la
vía está a nivel y el camino también lo está por lo menos en la longitud del
vehículo carretero que lo cruza, los señalamientos tanto de silbato para el tren
como el de alto total para la carretera son perfectamente visibles y es con esas
condiciones que se presentan más adelante los cuadros de frenado.
Todo lo anterior nos debe llevar a revisar las condiciones de interacción entre
los trenes y los vehículos de carretera, con la finalidad de diseñar y construir
cruceros seguros y mantener las zonas urbanas por donde transitan los trenes
libres de obstáculos que impidan la visibilidad de tren a vehículo y viceversa, a
mantener franjas seguras a cada lado de las vías libres de ocupaciones
habitacionales o comerciales no relacionadas con la operación ferroviaria, ya
que la posibilidad de un accidente siempre estará presente.
FRENADO DE TRENES
Para explicar el frenado de los trenes es importante conocer una serie de
definiciones y conceptos que se incluyen en los apartados siguientes de teoría
del frenado y distancias de parada:
El concepto del frenado clásico (por zapatas) se basa en conseguir un trabajo
resistente (por rozamiento de las zapatas) sobre la periferia de las ruedas.
La idea básica se ve mejor con la siguiente figura:
siendo:
Q = esfuerzo ejercido por las dos zapatas sobre una rueda en rotación.
P = peso ejercido por la rueda sobre el riel.
fz = coeficiente de rozamiento entre la zapata y la rueda.
ϕ = coeficiente de adherencia entre la rueda y el riel.
f = coeficiente de rozamiento al deslizamiento entre la rueda y el riel.
E = esfuerzo de tracción sobre la rueda.
T = reacción tangencial del riel sobre la rueda.
La ecuación fundamental es la siguiente:
con:
Q · fz = esfuerzo retardador del frenado.
Conceptos útiles para la comprensión del frenado de los trenes:
1- Peso freno ficticio instantáneo P1:
1.1- El peso freno en el caso de un tren de carga se calcula con la siguiente
fórmula:
γ = coeficiente que varía entre 0.8 y 1.1
Esos conceptos se han aplicado en la tabla siguiente DINATREN.XLS en la
que ya se consideran todos los factores que intervienen en la dinámica vía tren.
DINAMICA DEL MOVIMIENTO DE TRENES
TIPO DE MANIOBRA: (1) ACELERACION, (2) DESACELERACION, (3) FRENADO DINAMICO, (4) FRENADO
CON AIRE
CARACTERISTICAS DEL TREN, LA VIA Y LA OPERACION
LOCOM OTORAS
TRAZO DE LA VIA
UNIDADES
RES UL TADOS
TONELAJE
0.00 Tn.Fren.Ope.
2 PENDIENTE
POTENCIA
3,000
PESO
EJES
170.0 OPCION
6 V INICIAL
Nº Fren.Ope.
O P ERCI O N
4 HP/Tonelada
25
9,505
120.1
82
0.6
CARROS
NUMERO
PESO
P. CIL. FRENO
PESO DEL
80
120
105
FORMACION
TREN
9,845.0
RESULTADOS
VELOCIDAD
DISTANCIA
TIEMPO
82
UNIDAD
Km/Hr
Metros
Minutos
6,451
RESISTENCIA ESTATICA
ENERGIA
FUERZA AD
VELOCIDAD
FUERZA
DEL TREN
HERENTE
ADHERENTE
FRENADO
1,350,000
ACELERACION
0
0.0
0.00
102,000
DESCELERACION
0
0.0
0.00
22.1
F. DINAMICO
0
0.0
0.00
29456.7
F. DE AIRE
0
38.0
0.18 DINAMICA DEL MOVIMIENTO DE TRENES
TIPO DE MANIOBRA: (1) ACELERACION, (2) DESACELERACION, (3) FRENADO DINAMICO, (4) FRENADO
CON AIRE
CARACTERISTICAS DEL TREN, LA VIA Y LA OPERACION
LOCOM OTORAS
TRAZO DE LA V IA
UNIDADES
2 PENDIENTE
POTENCIA
3,000
PESO
EJES
170.0 OPCION
6 V INICIAL
RES ULT ADOS
TONELAJE
-1.00 Tn.Fren.Ope.
Nº Fren.Ope.
OP ERCION
4 HP/Tonelada
60
9,505
120.1
82
0.6
CARROS
NUMERO
PESO
P. CIL. FRENO
PESO DEL
80
120
105
FORMACION
TREN
9,845.0
RESULTADOS
VELOCIDAD
DISTANCIA
TIEMPO
ENERGIA
FUERZA AD
VELOCIDAD
FUERZA
DEL TREN
HERENTE
ADHERENTE
FRENADO
82
UNIDAD
(91,999)
RESISTENCIA ESTATICA
1,350,000
ACELERACION
Km/Hr
Metros
Minutos
0
0.0
0.00
102,000
DESCELERACION
0
0.0
0.00
22.1
F. DINAMICO
0
0.0
0.00
29456.7
F. DE AIRE
0
347.6
0.63
RIESGOS DE LA OPERACIÓN.
Limitar la velocidad del tren permite frenar en una distancia menor, pero para la
operación ferroviaria tiene el inconveniente de permitir el abordaje de los
furgones por personas que dañan el equipo por robo de partes, vandalismo o
robo de la carga, por otro lado una baja velocidad del tren provocará en
algunos caso embotellamientos y caos vial en calles que cruzan las vías o
están en las cercanías de las mismas; un tren de 82 unidades tiene una
longitud de 1800 metros por lo que una velocidad de 20 km por hora tardará 5.4
minutos en pasar un crucero y en algunos casos los cruceros estarán tan cerca
unos de otros que el efecto se multiplicará.
Intentar ganarle el paso al tren puede tener consecuencias fatales, por lo que
se debe crear conciencia en la población y entre los choferes de vehículos
carreteros sobre todo los de transporte de pasajeros, para que se entienda que
la dinámica de un tren debido a su masa y a la baja adherencia de fierro a
fierro, entre ruedas y rieles impiden un frenado rápido.
Aparte de ello la ingeniería vial debe tomar en cuenta las necesidades del
tránsito carretero, el transporte público, las vialidades en las poblaciones y la
necesaria interacción con el ferrocarril.
El transporte de carga por via terrestre por ferrocarril representa el 17.4%,
enfocándose principalmente a grandes volúmenes y a grandes distancias, es
decir es complemento del transporte y coadyuva al descongestionamiento de
las carretera.
Las construcciones dentro del derecho de vía, deben limitarse a las de usos
industriales relacionados con el transporte ferroviario, mantener en todos los
casos una franja libre de no menos de 15 metros a cada lado de la vía, para
evitar que un percance ferroviario se convierta en un accidente de gran
magnitud con pérdida de vidas.
CONCLUSIONES
Se propone que los proyectos de cruces viales con el ferrocarril sean
consensados con los concesionarios del servicio ferroviario nacional cuando
estén a nivel de anteproyecto, con el fin de lograr la mejor solución,
conjuntando las necesidades ferroviarias, las necesidades viales y sobre todo
la seguridad de la población.
Se propone que en primer lugar se piense en un cruce a desnivel, ya sea paso
superior o inferior y que en los lugares de baja intensidad de tráfico se utilicen
cruceros que permitan un rápido paso y garanticen un mantenimiento efectivo y
duradero a la superficie de rodamiento tanto de la via como de la carretera,
calle o camino.