Vías sin balasto en tramos de alta velocidad Una

Vías sin balasto en tramos de alta velocidad
Una garantía de seguridad y confort
Prólogo
En todo el mundo cada vez adquieren más importancia los trenes
de alta velocidad como medio de conexión rápida entre áreas con
alta densidad de población y como alternativa para el transporte
aéreo, que suele estar sobrecargado y es menos sostenible. Teniendo en cuenta el crecimiento del tráfico, las críticas a los costes
de ciclos de vida y el aumento significativo de los requisitos impuestos a la disponibilidad de las vías férreas, crece la demanda
de sistemas que, con un ciclo de vida largo y menores costes de
mantenimiento y reparación, garanticen seguridad y confort para
los pasajeros.
La alta velocidad y el balasto
Debido al aumento de la velocidad de marcha o del peso por eje
se modifican los requerimientos de la ruta. La carga transportada
origina fuerzas inerciales y aumenta considerablemente la frecuencia de las fallas ocasionadas por el proceso de balanceo. Mecanismos de deformación alterados con estimulación dinámica
pueden causar grandes cambios en el grano de la pila de balasto,
lo que limita significativamente la funcionalidad de la vía con balasto y origina asientos irregulares y desplazamientos de vías en
la cama del balasto. Asimismo, a alta velocidad las partículas del
balasto son succionadas por los trenes (vuelo de balasto) y pueden dañarlos. Incluso cuando se seleccionan tipos de piedras más
duras para el balasto de tramos de alta velocidad, los costes de
mantenimiento son muy elevados. Generalmente, en un tramo en
el que los trenes alcanzan velocidades de entre 250 y 300 km/h
se duplican los costes de mantenimiento respecto de los de tramos en los que las velocidades son de entre 160 y 200 km/h. En
dichos tramos es necesario cambiar el balasto después de unas
300 millones de toneladas de carga (toneladas de carga = suma
del peso por eje), en lugar de después de más de mil millones
de toneladas de carga, como se hacía anteriormente. La cama
del balasto también es más sensible a las grandes impurezas que
pueden aparecer en el transporte a granel de minerales y carbón.
Visualización de vías sin balasto como pieza prefabricada (Tipo Bögl FFB) en el
túnel Katzenberg
visualización: bit-better visualisierungen / SSF Ingenieure AG
Las vías sin balasto (VSB) empleadas en el tráfico de alta velocidad ofrecen gran cantidad de ventajas frente a las vías tradicionales con balasto debido a sus menores costes de mantenimiento,
ciclos de vida más largos, mejor precisión de rieles y la estabilidad
de la marcha asociada.
Vías sin balasto sobre estructura de tierra en zona de desmonte
Tipo Bögl FFB sobre la nueva línea férrea Núremberg – Ingolstadt
Eje de vía
(dirección B)
Mástil de catenaria
de hormigón
Eje del tren
Distancia de rieles 4,50
5,10
4,77 en eje de drenaje profundo
4,40
40,0 mástil de catenaria
3,80
3,70 en borde guía del mástil de catenaria
3,25
2,80
1,625
Formation width 12,10
Sistema de vías sin balasto de
superestructura Bögl
Canalón de
cables tamaño II
Superficie de bordes y capa de
base ligada en forma hidráulica:
emulsión bituminosa (U70K)
Cobertura central según requisitos
(asfalto, hormigón y balasto)
Relleno lateral (balasto 32/56)
Mezcla de agregados minerales
(grava, arena, resistente a helada)
Mezcla de agregados minerales
(grava, arena, resistente a helada)
TE MZR DN 250 conf. a
cálculos hidráulicos
Capa anticongelante
Formación de suelo
Tolerancia
La penetración permanente de partículas finas hace que los componentes del balasto “floten”, fenómeno que debe ser combatido
mediante un mayor gasto en limpieza y apisonado del balasto.
Siendo un sistema de transporte continuo, ampliamente resistente a flexiones y tracciones, con condiciones de almacenamiento
claramente definidas y condiciones de rigidez homogéneas, la vía
sin balasto no presenta desventajas de este tipo y, por ello, es muy
adecuada para su uso en tramos de alta velocidad y bajo condiciones de aplicación especiales en el transporte de cargas pesadas.
Comparación entre vías con y sin balasto
Las vías con balasto se caracterizan por su bajo coste de producción. Asimismo, el mantenimiento de la vía se puede automatizar
en gran medida, efectuándose en intervalos nocturnos. La posición de la línea férrea puede ser regulada fácilmente. La desventaja es que el paso de los trenes modifica dicha posición, la cual
Soil formation PFA 21
Soil formation PFA 31/32
debe ser rectificada periódicamente. Este proceso de rectificación
causa una elevación de las vías, por lo que deben ser tendidas
desde el inicio con mayor profundidad que las vías sin balasto. En
este contexto se habla de una “reserva para compensar la elevación”. Los trabajos mecanizados con máquinas pesadas de mantenimiento también causan un impacto ambiental considerable
debido a emisiones de ruidos y polvo.
Las vías sin balasto, en las que el balasto de alto mantenimiento
se remplaza por una estructura sólida, garantizan una posición
adecuada duradera y el cumplimiento de los criterios de confort
más elevados, con gastos de mantenimiento reducidos. Comparada con las vías con balastro, la estructura sólida soporta mayores
fuerzas de aceleración lateral. El trazado puede ser más estrecho
y aumenta la velocidad en las curvas. Por otro lado, los tipos de
construcción estándar de las vías sin balasto poseen una altura
de base menor que los de las vías con balasto, lo cual es especialmente importante para reducir al mínimo las secciones transver-
Eje de vía
(dirección A)
Mástil de catenaria
de hormigón
5,075
4,77 en eje de drenaje profundo
4,40
40,0 mástil de catenaria
3,80
3,70 en borde guía del mástil de catenaria
3,25
2,80
1,625
Sistema de vías sin balasto de
superestructura Bögl
Canalón de
cables tamaño II
Riel UIC60
Fijación de riel Ioarv 300
Bloque prefabricado
Capa anticongelante
Tubo PE-HD multipropósito
de material filtrante (drenaje
balasto 8/16), revestimiento
de filtro de geotextil
Formación de suelo
Tolerancia
sales de los túneles o para los gálibos en túneles ya existentes. La
desventaja es que la renovación de las vías sin balasto no puede
ser ejecutada en intervalos nocturnos y que este tipo de construcción, en general, es muy sensible a diferencias de altura en el
sustrato, teniendo en cuenta las limitadas opciones de compensación de los puntos de apoyo de las vías. La inversión inicial es
considerablemente más elevada que cuando no se utiliza balasto.
gráfico: SSF Ingenieure AG
TE MZR DN 250 conf. a
cálculos hidráulicos
Funcionalidad
Resulta útil explicar la funcionalidad de las vías sin balasto comparándolas con el sistema con balasto. En este último, las dispersiones de los esfuerzos verticales y horizontales, y la consecuente
deformación de la línea férrea ocasionada por la creciente velocidad dependen de la calidad de la posición de la línea, la cual
es irregular a lo largo del eje de las vías debido a las diferentes
elasticidades de soporte del balasto y del sustrato. En las vías sin
balasto se forma un sistema de soporte de múltiples capas, ampli-
Tubería colectiva DN 500
y encastre de tuberías de
hormigón
amente resistente a la tracción y flexión, con diferentes placas de
soporte y sustratos libres definidos. La elasticidad necesaria en la
línea para distribuir las cargas del tráfico y amortizar los efectos
dinámicos se logra, a diferencia de en los sistemas con balasto,
casi exclusivamente a través de capas intermedias elásticas del
sistema de fijación de rieles o de sistemas de soporte de durmientes sobre apoyos elásticos. De esta manera, las vías sin balasto
ofrecen una gran homogeneidad en la rigidez vertical, con valores
definibles con precisión y de escasa variación, lo cual es sumamente importante para la interacción entre el vehículo y la vía en
el marco del tráfico de alta velocidad.
Subestructura de las vías sin balasto
Las vías sin balasto precisan de un sustrato que sea prácticamente resistente a alteraciones o asientos. En general, este sustrato
se debe preparar aplicando material de terraplén adecuado, apto
para los requisitos del caso y de calidad hasta una profundidad
de por lo menos 2,5 m bajo la placa de soporte. En caso de que
el suelo sea blando o pastoso y de baja capacidad de soporte, se
deben tomar medidas especiales para mejorar el sustrato a fin de
asegurar la estabilidad y aptitud de utilización y/o la estabilización
duradera de asientos del suelo.
bre una gran superficie antes de que tengan efecto los esfuerzos
dinámicos. En terraplenes, el sustrato libre subyacente a la capa
anticongelante consiste de relleno con comprobación especial
y en las zanjas el sustrato también debe presentar propiedades
comprobadas, siendo que puede ser necesario sustituir el suelo.
Actualmente, en las vías sin balasto sobre estructuras colocadas
sobre el suelo se asegura un soporte uniforme y de baja deformación a largo plazo para la superestructura mediante un sistema
de múltiples capas adecuadamente dimensionado y formado por
una base de soporte ligada en forma hidráulica o, alternativamente, una capa de asfalto, con una capa subyacente de protección anticongelante, y el sustrato inferior (plano del suelo) con
propiedades comprobadas. La base de soporte ligada en forma
hidráulica o la capa de asfalto protegen el sistema de múltiples
capas que sostiene las vías sin balasto al distribuir las fuerzas so-
Vías sin balasto sobre puentes
Por razones estructurales y de mantenimiento es conveniente
mantener el mismo tipo de vía sin balasto en el trayecto de vía
libre y sobre puentes. Además de la disipación de fuerzas longitudinales, la transición entre el puente y la vía libre, y también entre
trayectos separados del puente, es decisiva para el uso de vías sin
balasto sobre puentes.
El factor decisivo en la aplicación de vías sin balasto sobre puentes es la longitud del puente. Por ello se diferencia entre vías
Requerimientos de relleno y terraplén
Zona
Tamaño de grano
aceptable
Clasificación de suelos
conf. DIN 18196
Compactación
Capacidad portante
Requisitos especiales
KG 2 conf. a DBS 918
062 (normas ferroviarias
alemanas)
GW
Dpr ≥ 1,0
Ev2 ≥ 120 MN/m2 en borde
superior formación de tierra
kf ≥ 1 x 10-5 m/s
1.I
superestructura:
capa anticongelante
1.II
Subestructura
Espesor máx. ≤ 20 mm
capa de + relleno desp. de tratamiento de
de contrafuerte
material inicial
GU, GT, SU, ST
Dpr ≥ 1,0
Ev2 ≥ 60 MN/m2 en borde
superior formación de tierra
Mezcla aglomerante:
aglomerantes ≥ 5 peso% *)
capa superior anticongelante
espesor ≥ 0,3 m,
qu,M ≥ 0,8 MN/m2
qu,M ≥ 1,0 MN/m2
1.III
subestructura:
relleno
espesor máx. ≤ 20 mm
desp. de tratamiento de
material inicial
GU*, GT*, ST*, SU*, UL,
UM, TL (TM, TA) uso
conf. a UIG
Dpr ≥ 1,0
y nA ≤ 0,12
Ev2 ≥ 60 MN/m2 en borde
superior formación de tierra
Mezcla de aglomerante:
aglomerantes ≥ 5 peso% *)
capa superior anticongelante
espesor ≥ 0,3 m,
qu,M ≥ 0,8 MN/m2
qu,M ≥ 1,0 MN/m2
1.IV
subestructura:
relleno
espesor máx. ≤ 20 mm
desp. de tratamiento de
material inicial
GU*, GT*, ST*, SU*, UL,
UM, TL (TM, TA) uso
conf. a UIG
Dpr ≥ 1,0
y nA ≤ 0,12
Ev2 ≥ 60 MN/m2 en borde
superior formación de tierra
Mezcla aglomerante:
Aglomerantes ≥ 6 peso % *)
capa superior anticongelante
espesor ≥ 0,3 m,
qu,M ≥ 1,6 MN/m2
qu,M ≥ 2,0 MN/m2
1.V
Relleno subyacen- espesor máx. ≤ 20 mm
te al contrafuerte desp. de tratamiento de
material inicial
GU*, GT*, ST*, SU*, UL,
UM, TL (TM, TA) uso
conf. a UIG
Dpr ≥ 1,0
y nA ≤ 0,12
Ev2 ≥ 60 MN/m2 en borde
superior formación de tierra
Mezcla aglomerante:
Aglomerantes ≥ 5 peso % *)
capa superior anticongelante
espesor ≥ 0,3 m,
qu,M ≥ 0,3 MN/m2
qu,M ≥ 1,0 MN/m2
Contrafuerte de un viaducto con transición a estructura sobre suelo
Excavación parcial para
obra de contrafuerte
Ev2 ≥ 120 MN/m2
Pozo de construcción para contrafuerte
y obra de armadura
Hormigón delgado C8/11 subyacente a ala de
contrafuerte construido junto con relleno
Ev2 ≥ 45 MN/m2
Extracción de suelo superficial aprox.
0,50 m, terraplenado del terreno
longitud aprox. 5 m, compensación de
altura 1 a 1,5 m
Ev2 ≥ 45 MN/m2
Formación de suelo anterior
Vías sin balasto sobre estructura de tierra, en zona de terraplén
1:20
1:40
7,12
7,12
6,15
6,15
1:20
1:40
Ev2=120 MN/m2
Cobertura de terraplén
Ev2=60 MN/m2
1:20
Apuntalamiento de terraplén
conf. a directriz alemana Ril 836
,8
1:1
gráficos: SSF Ingenieure AG
1:20
Ev2=45 MN/m2
Borde superior del terreno existente
Extracción de suelo superficial aprox.
0,50 m, terraplenado del terreno
1:1
,8
Ev2 ≥ 60 MN/m2
créditos de las fotos: Photographie Wolfgang Seitz
Nueva línea ferroviaria Núremberg-Ingolstadt – Estación regional/de adelantamiento Allersberg
Vías principales: sistema sin balasto Bögl; estación/puesto de adelantamiento: vías con balasto
Detalles de transición entre puente y vía abierta. Viaducto Füllbach
Vías sin balasto Vías sin balasto
Estribo ∅14
Bloque de base
(11 a 14 cm)
3 anclas compuestas
Bloque de base
Sellado 1,0 cm
Contrafuerte
Transición tipo 30 conf. a dibujos
de directriz de DB M-ÜF 1931
Superestructura
Sellado
Relleno
HGT
gráficos: SSF Ingenieure AG
Bloque de base
Bloque de fibra
blanda bituminosa
Contrafuerte
Cuña de tierra estabilizada
con cemento
Piedras de filtro
sin balasto sobre puentes cortos y sobre puentes largos. Se consideran puentes cortos los que poseen una extensión de hasta
25 metros. Esta limitación de la extensión permite que las fuerzas
horizontales de los frenos y/o el arranque se disipen por la vía
soldada en continuo en dirección longitudinal (dirección x) sin superar la tensión de carril permitida de 92 N/mm2, siendo que para
ello dicha vía debe extenderse 40 metros más allá del extremo
del puente. Las vías sin balasto sobre puentes cortos se apoyan
básicamente en sentido longitudinal sobre un plano deslizante
que permite su movilidad. La dispersión de las fuerzas laterales
horizontales (dirección y) se obtiene por medio de rodamientos de
guía (guía lateral con rodamientos de elastómeros).
Se consideran puentes largos los que poseen una extensión de
más de 25 metros. Las placas de la superestructura de las vías
deben estar fijadas a la superestructura del puente a fin de que
la mayor parte de las fuerzas longitudinales de los frenos y/o el
arranque se disipe en la superestructura y, desde allí, en los rodamientos del puente. De esta manera se garantiza que la porción
de las fuerzas longitudinales que permanece en las vías no supere
las tensiones de carril permitidas (sistema combinado de puente
y vía). Básicamente, la placa de la superestructura de la vía está
unida firmemente a la superestructura del puente, es decir, apoyada en forma elástica y no desplazable en dirección longitudinal
o transversal. La disipación de las fuerzas laterales horizontales
se obtiene por medio de una unión por presión entre la superestructura de la vía y el puente, a través de una placa convexa en
la que la superestructura de la vía encaja mediante levas (también
llamadas “tapones”). Almohadillas elastoméricas simples se colocan en las superficies verticales de la placa convexa para disipar
las fuerzas de dirección “y” y “x”. Junto con las delgadas capas
de elastómero de las superficies horizontales de separación, esto
garantiza la compensación de los pequeños desniveles, torsiones
e inclinaciones. A fin de garantizar un mantenimiento óptimo de
las vías sin balasto sobre puentes, las placas de la superestructura se dividen en placas cortas de unos 4,50 a 5,50 m de longitud.
Tipos de estructuras
En la construcción de las vías sin balasto se distinguen tres formas básicas:
- Estructuras monolíticas Durmientes o bloques de soporte (p. ej.
sistema Rheda, Züblin) empotrados en una placa de hormigón
vaciado en el lugar, apoyada sobre una base de soporte ligada
en forma hidráulica
- Estructuras monolíticas Durmientes o bloques de soporte reves-
10 9
11 12
1 2 3 4 5 6 7 8
14 15
11
9
13
1Caños de drenaje PE-HD DN 250 / mezcla de minerales, resistente a heladas
(grava/arena); material KG1, Dpr. ≥ 0,98 / material resistente a heladas
2 Hormigón de grano simple 8/16 o mezcla de minerales 11/16
3 Sellado de superestructura, espesor = 0,01 m
4 Placa de base/hormigón de protección a, C20/25, espesor = 0,11 m
5 Placa de espuma rígida 0,05 m, Styrodur 5000 pegada
6Formación de superficie de deslizamiento, 2 rodamientos de papel bituminoso (150 g/m2) / 2 rodamientos de hojas de PE (de 0,245 mm cada una)
7Capa de base/compensación de hormigón b, C25/35, armado,
espesor = 0,17 m
8 Guía lateral para vías sin balasto
9 Capa de hormigón de protección, C20/25, no armado
10Rodamiento elastomérico 0,20 m x 0,10 m x 0,01 m; a = 1,0 m; sobre panel
de acero inoxidable espesor = 0,005 m
11 Capa de separación Styrodur, espesor = 0,01 m vertical y horizontal
12Mortero de lechada, espesor = 0,03 m para unir capa prefabricada y capa
ligada de forma hidráulica
13Placa para vías sin balasto, sistema de placas prefabricadas Bögl, C45/55,
ancho 2,55 m
14 Rieles UIC 60 / perfil de riel CHN 60
15 Fijación de rieles Vossloh Ioarv 300-1
tidos con capa elástica (p. ej. sistema LVT) empotrados en una
placa de hormigón vaciado en el lugar
- Estructuras con placas prefabricadas Piezas/placas de hormigón
prefabricadas (p. ej. sistema Bögl, Porr) con mortero de lechada,
apoyadas sobre una base de soporte ligada en forma hidráulica
- Estructuras con apoyo directo en el sustrato Capa de asfalto (p.
ej. sistema Getrac) o (con menos frecuencia) capa de hormigón
con vías apoyadas directamente e instalación de durmientes
individuales
puntos de fijación de rieles prefabricados, ya sea que se empleen
durmientes de bloque simple o doble, o placas prefabricadas/
bloques de soporte individuales.
Lo que comparten todos los tipos de construcción son los requisitos específicos de los trabajos de movimiento de tierras y el uso de
Los sistemas de vías sin balasto monolíticos y/o las estructuras con
placas prefabricadas se montan siguiendo el principio “de arriba
hacia abajo”. La posición exacta horizontal y vertical de los rieles
(generalmente, vías con placas) se define sobre las vías y/o sobre
las placas prefabricadas antes de que estas sean empotradas por
medio del hormigón vaciado en el lugar o el mortero de lechada.
Los tipos de construcción con apoyo directo en el sustrato se destacan sobre todo por la seguridad constructiva de las vías frente
visualizaciónes: bit-better visualisierungen / SSF Ingenieure AG
Visualización de vías sin balasto sobre puente corto (longitud < 25m). Tipo Bögl FFB
9 10
1 2 3 4
5
6
5
7 8
Visualización de vías sin balasto sobre puente largo (longitud > 25m). Tipo Bögl FFB
1 Balasto, parte superior (espesor = 0,10 m) pegado con Kryorit
2 Sellado de superestructura, espesor = 0,01 m
3Placa de base/hormigón de protección, espesor = 0,11 m, C25/35, armado
con estribo de unión a placa convexa
4 Placa convexa, C25/35, armado
5Manta de separación elástica, espesor = 0,0012 m sobre todas las superficies
horizontales de la placa
6Rodamiento elastomérico, espesor = 0,015 m, rodeando las superficies verticales de la placa convexa/tapones, absorción de cargas en dirección x e y
7Mortero de lechada, espesor = 0,03 m entre placa convexa y manta de
separación
8Placa para vías sin balasto, sistema de placas prefabricadas Bögl con tapones (Nocke), C45/55, ancho 2,55 m, longitud de placa 5,50 a 6,50 m, unión
transversal en áreas de placa convexa y tapones, ancho de unión 0,10 m
9Rieles UIC 60 / perfil de riel CHN 60
10 Fijación de rieles Vossloh Ioarv 300-1
a desplazamientos laterales y levantamientos antes y después del
pasaje del eje de un vehículo. En las estructuras monolíticas y
las estructuras con placas de hormigón prefabricadas, las vías se
mantienen fijas en su posición frente a efectos externos del tráfico de trenes y la temperatura, principalmente debido al propio
peso de la placa de base y al rozamiento con la capa de base
ligada en forma hidráulica. En las estructuras con “apoyo directo
de las vías sobre capa de asfalto”, en cambio, los durmientes se
colocan directamente sobre la capa de asfalto y se fijan de manera permanente y elástica por medio de bloques de anclaje de
hormigón fundido altamente resistente, el cual disipa las fuerzas
longitudinales y transversales. Las estructuras básicas presenta-
das anteriormente, asentadas sobre una capa de base ligada en
forma hidráulica, no requieren de ninguna diferenciación respecto
de los requisitos de terraplenado de la subestructura/cimientos.
La mayor rigidez de la placa de hormigón, con las consecuentes
tensiones menores y más uniformes cuando pasa el tren, contrasta con la mayor elasticidad de la capa de asfalto, que causa
menores cargas dinámicas en el sustrato, pero ambas son mucho
más convenientes que las estructuras con balasto.
Protección contra vibraciones y ruido estructural
Boceto del túnel Katzenberg (Plan 400 – LMFS)
En los tramos de túneles en áreas densamente pobladas se deben
6
8
5
1
11
7
1 2
13 14 15 16 17 18 19
3
10
9
12
4
1 Mezcla de minerales, resistente a heladas (grava, arena); material KG1,
Dpr. ≥ 0,98
2 Cobertura media impermeable al agua (asfalto u hormigón), espesor = 0,10 m
3 Acera
4 Relleno lateral con balasto; tamaño de grano 32/56, ancho de remate
0,40 a 0,70 m
5 Drenaje profundo: caños de drenaje PE-HD DN 250
6 Drenaje profundo: balasto, tamaño del grano 8/16
7 Drenaje profundo: cobertura de geotextil
8 Hormigón magro
9 Zanja adyacente a las vías con material rocoso de filtración
10 Canalón de cables prefabricado, ancho 0,40 m
11 Barrera contra el ruido de alta absorción montada sobre pilotes in situ
12 Tubería colectora con tubos de hormigón DN 400
13 Formación de tierra (capa libre inferior); Ev2≥ 60 MN/m2
14 Capa anticongelante (capa libre superior) ; material KG2, Ev2≥ 120 MN/m2 ;
espesor mín. = 0,50 m
15 Capa ligada en forma hidráulica, espesor = 0,30 m; ancho de remate 2,95 m,
ancho de contacto 3,25 m, inclinación lateral 2:1
16 Mortero de lechada, espesor = 0,03 m, para unir placa prefabricada y capa
ligada en forma hidráulica, ancho
17 Placa para vías sin balasto, sistema de placas prefabricadas Bögl, C45/55,
ancho 2,55 m
18 Rieles UIC 60
19 Fijación de rieles Vossloh Ioarv 300-1
reducir las vibraciones y el ruido aéreo secundario, tanto existentes
como esperados, originados en el tráfico de trenes a fin de cumplir
con los límites legales y, en especial, para no perjudicar la calidad
de vida de los residentes o los procesos de producción industrial.
El objetivo prioritario es reducir la energía de alta frecuencia. El
principio básico del sistema masa-muelle se deriva de la teoría
del oscilador de masa simple amortiguado lineal. Básicamente,
cada sistema masa-muelle está formado por dos componentes:
una masa rígida vibrátil m y un muelle blando elástico con rigidez
elástica c. En general, el sistema masa-muelle debe ajustarse con
la mayor precisión posible (con una frecuencia natural f0 tan baja
como sea posible).
La manera más efectiva de lograr este objetivo es mediante el uso
de sistemas masa-muelle, en los que la superestructura de las vías
sin balasto se coloca sobre una pesada placa de soporte con apoyos
elásticos. Estos apoyos elásticos causan un desacoplamiento entre
la superestructura y el sustrato, lo que reduce significativamente
las velocidades que origina el tráfico de trenes sobre el sustrato.
Los sistemas masa-muelle efectivos se basan en una placa de
masa sin junturas sobre la que se colocan las vías sin balasto, así
visualización: bit-better visualisierungen / SSF Ingenieure AG
Visualización de vías sin balasto sobre estructura en área de terraplén sin inclinación. Tipo Bögl FFB (placa prefabricada con mortero de lechada sobre capa
portante ligada en forma hidráulica)
Sección transversal de vías sin balasto como pieza prefabricada (Tipo Bögl FFB)
en túnel con sistema masa-muelle ligero para protección contra vibraciones
Elemento superficial fijo transitable, hormigón no
armado C30/37, clase de exposición XF1
Eje de vía
Caño de drenaje parcial DN 160 en lecho de mortero
Caño de drenaje completo bajo DN 60
Hormigón no armado
Eje de túnel
Elemento superficial extraíble transitable, hormigón no
armado C30/37, clase de exposición XF1
Chimenea de inspección
Placa para vía sin balasto, sistema Bögl
Hormigón no armado
Espesor de mortero de lechada = 3 cm
Hormigón de grano simple 8/16
Espesor del filtro de tela = 2,5 cm
Cables de la línea
(Enkadrain)
Placa portante de hormigón armado C20/35
Manta elástica de celda cerrada Sylodyn N23290
Lecho de mortero
Anilla de tubería - túnel
Piso hormigón no armado C8/10,
hasta – 0,78 m debajo del borde superior del riel
Eje de vía
Elemento superficial fijo transitable, hormigón no
armado C30/37; clase de exposición XF1
Chimenea de inspección
Eje de túnel
Sección transversal de vías sin balasto como pieza prefabricada (Tipo Bögl FFB)
sin sistema masa-muelle ligero
Elemento superficial extraíble transitable, hormigón no
armado C30/37; clase de exposición XF1
Caño de drenaje complete bajo DN 60
Hormigón no armado
Hormigón de grano simple 8/16
gráficos: SSF Ingenieure AG
Cables de la línea
Tubos de plástico
Placa para vías sin balasto, sistema Bögl
Espesor de mortero de lechada = 3 cm
Capa de base ligada en forma hidráulica
Anilla de tubería - túnel
Piso hormigón no armado C8/10,
hasta – 0,78 m debajo del borde superior del riel
como una estructura modular con los siguientes componentes:
- sustrato (piso del túnel y/o hormigón que recubre el piso del túnel)
- manta elástica (muelle amortiguador)
- placa de masa continua (plataforma de vías o placa de base)
- sistema de vías (placa con vías sin balasto, incl. posibles capas
de lechada)
- vías + equipamiento
Para el dimensionamiento dinámico de los sistemas masa-muelle
es imprescindible conocer la relación de transmisión entre el piso
del túnel y los edificios que se deben proteger. Dicha relación
solamente se puede determinar de manera confiable mediante
pruebas experimentales (p. ej. con un generador de vibraciones
VibroScan). Una vez determinada la función de transmisión es
posible definir el ajuste necesario del sistema masa-muelle con
la ayuda del procedimiento de pronóstico, siendo que debe existir una separación temporal entre el final de la obra bruta y el
inicio de la construcción de las vías sin balasto. Dado que esto
casi nunca es posible en la práctica, en general, se debe planificar
un rango de diferentes ajustes y/o se deben analizar valores límite. En el diseño de los sistemas masa-muelle se deben tener en
cuenta, además de los requisitos relacionados con la protección
contra el ruido y las vibraciones, las exigencias desde el punto de
vista de la dinámica de marcha y la desviación de cargas. De allí
surgen los requisitos de un escalonamiento continuo de los grados de rigidez en la longitud de la línea y una limitación de la línea
de flexión respecto de la inclinación tangencial, la relación entre
el asiento total en la vía y la longitud de la línea de flexión y el
asiento total en la vía. En los sistemas masa-muelle para zonas de
cambio de vías se deben tener en cuenta los picos de vibraciones
ocasionados por la alteración en la uniformidad de la marcha del
tren en el área del corazón de cambio y las puntas de cruzamiento, y se deben restringir las torsiones adicionales generadas. En
general, es necesario afirmar la posición de la masa apoyada de
visualización: bit-better visualisierungen / SSF Ingenieure AG
Visualización de vías sin balasto como pieza prefabricada (Tipo Bögl FFB) en el túnel Katzenberg
forma flotante, especialmente en las curvas del trazado, mediante
sujeciones elásticas horizontales.
Control prospectivo de deformaciones en vías sin balasto,
asientos y compensación de tolerancias
Considerando las limitadas posibilidades de efectuar ajustes en la
posición de las vías una vez que la vía sin balasto está terminada,
el comportamiento de la subestructura respecto de deformaciones es particularmente importante. Especialmente en los pasos
a nivel es necesario definir límites para las diferencias de deformación. A fin de garantizar la funcionalidad del sistema durante
todo el período de uso se debe realizar un análisis completo de las
deformaciones para controlar todos los aspectos relevantes a los
efectos de asegurar la aptitud de uso del sistema.
Tras el montaje de las vías sin balasto se modifican localmente
los radios de curvatura de los gradientes nominales, en algunos
casos debido a asientos residuales y a las depresiones resultantes. Por ello los radios de curvatura, que se determinan por la
superposición de los radios nominales y los asientos esperados
y/o pronosticados matemáticamente, deben ser considerados un
criterio de evaluación esencial que representa la relación entre los
valores límite del trazado y la posición esperada de la línea férrea.
En consecuencia, es particularmente importante efectuar una
estimación realista de los asientos residuales esperables tras el
tendido de las vías sin balasto.
El elemento básico para elaborar pronósticos confiables de asientos y asientos residuales es un análisis prospectivo cuidadoso y
una observación amplia del comportamiento de los asientos con
anterioridad al tendido de las vías sin balasto. En el caso de estructuras de ingeniería y áreas especiales de zanjas o terraplenes,
las cuales presentan un mayor potencial de que se produzcan
asientos, es conveniente integrar en la base de datos Visualiza-
ción los datos de mediciones de control/fabricación de las condiciones de fabricación de las respectivas estructuras/tierras a fin
de poder determinar una tendencia básica relacionada con los
asientos ya antes de la producción de las estructuras.
Los valores pronosticados se ajustan de acuerdo con las posibilidades de compensación permitidas (teóricas) tras la puesta en
servicio de la ruta y existentes en el área de los puntos de apoyo
de las vías y los valores de trazado aplicados (valores especificados y valores límite). El valor de asientos residuales resultante de
la diferencia entre el total de asientos (tras la puesta en servicio)
y los posibles reajustes equivale a la depresión de asiento restante. Esta debe ser evaluada considerando la superposición de la
curvatura nominal de los gradientes respecto de la definición de
valores límites establecidos.
Planificación de vías sin balasto
Debido a su ventajoso sistema de soporte y su estructura de capas,
los sistemas de vías sin balasto son ideales para su aplicación en
el tráfico de alta velocidad y de trenes de carga pesada. El sistema
se destaca por su larga vida útil, bajos costes de ciclo de vida y
elevada precisión de carriles. Una de las condiciones esenciales
para asegurar una operación casi sin asientos y que presente las
ventajas mencionadas es contar con procedimientos continuos y
completos de evaluación y control. La interacción estrecha y di-
recta entre actividades de ingeniería y geocientíficas asegura procesos optimizados y soluciones técnicas. Se debe prestar especial
atención a la planificación cuidadosa de las transiciones entre la
vía y las obras de ingeniería (puentes o túneles) a fin de evitar
discontinuidades. Asimismo, en la interacción entre las vías y los
puentes, es necesario registrar con precisión los efectos externos
y las reacciones de las piezas de ingeniería, haciendo los ajustes
necesarios para asegurar la compatibilidad de los requisitos de los
sistemas de vías sin balasto.
En la ejecución de la obra se debe prestar atención a las extraordinarias exigencias de calidad que rigen para la preparación del
sustrato, la instalación y el uso de materiales y, no menos importante, la implementación de una posición de la línea férrea
precisa y homogénea.
SSF Ingenieure posee una experiencia de larga data y profundos
conocimientos técnicos sobre la prestación de servicios completos de consultoría e ingeniería en la planificación y ejecución de
rutas de alta velocidad con vías sin balasto.
El equipo de SSF Ingenieure, formado por ingenieros civiles y geotécnicos, expertos en hormigón y en ejecución de obras, está a su
disposición para asistirle en la óptima implementación de los elevados criterios de calidad y precisión aplicables a la construcción
de vías sin balasto.
3,20
2,40
1,436
Hueco para tarugo de anclaje
Fijaciones de rieles
Vía sobre capa de asfalto
Capa de cobertura
de asfalto
60
30
Capa de soporte
de asfalto
Ev2 ≥ 120N/mm2
fleece
FFS
Diagrama esquemático de un sistema de vías sin balasto con soporte, sistema GETRAC A3 con capa de asfalto
gráfico:: RAIL.ONE GmbH
Ev2 ≥ 45N/mm2
1
créditos de las fotos: bit-better visualisierungen / SSF Ingenieure AG, RAIL.ONE GmbH
2
4
3
1
2
3
4
Visualización de vías sin balasto sobre estructura de tierra, en zona
de terraplén inclinación u = 170 mm, sistema Rheda 2000 VSBB
Tendido automatizado de la placa de vías
Fijación del perfil de rieles
Instalación del hormigón de las vías sin balasto
SSF Ingenieure – Proyectos
Alemania
India
Línea reacondicionada/nueva Karlsruhe–Basilea, túnel Katzenberg
Proyecto ferroviario Udhampur–Srinagar–Baramulla
Tipo de tráfico
Mixto (trenes de carga y pasajeros)
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Vel. máx.
vE = 280 km/h
Vel. máx.
vE = 160 km/h
Longitud en km
10 km, incluyendo 9,4 km en túnel Katzenberg
(tubos separados)
Longitud en km
10 km, longitud total 160 km
Tipo de vías
Vías sin balasto, Sistema Rheda 2000
Tipo de vías
Sistema Bögl de vías sin balasto
Servicios
Servicios
Implementación de planificación de diseño de vías sin
balasto, placas de cobertura de ruta transitable, puestos de primeros auxilios y sistema masa-muelle ligero
Concepción y diseño de ejecución
de la línea en túneles
Mexico
Nueva línea Núremberg–Ingolstadt, lote norte
Underground Railway in Monterrey, Nuevo Lean, Mexico
Tipo de tráfico
Mixto (trenes de carga y pasajeros)
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Vel. máx.
Tráfico de pasajeros: vE = 300 km/h;
Tráfico de carga: vE = 160 km/h
Vel. máx.
vE = 100 km/h
Longitud en km
35,02 km (2 líneas principales)
Longitud en km
7,66 km
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema mejicano
Tipo de vías
Sistema Bögl de vías sin balasto
Servicios
Servicios
Plan general de todas las estructuras y equipos
Consultoría técnica sobre planificación
de implementación
Nueva línea de ferrocarriles Núremberg–Ebensfels–Erfurt– Leipzig/Halle
Tramo Ebensfeld–Erfurt, línea 5919
Tipo de tráfico
Mixto (trenes de carga y pasajeros)
Vel. máx.
Vía principal, continua vE máx. = 300 km/h
Vía de adelantamiento en las estaciones vE = 100 km/h
Conexiones de cambio de vía vE = 130 km/h
Longitud en km
32,34 km
Tipo de vías
Sistema Bögl de vías sin balasto
Servicios
Diseño final
Hamburg
Bremen
Nueva línea Erfurt–Leipzig/Halle, línea 5919, Incluyendo desvío Planena
Tipo de tráfico
Mixto (trenes de carga y pasajeros)
Vel. máx.
Ruta 5919: vE = 300 km/h; Ruta 6394: vE = 160 km/h;
Vías de paso-estaciones de adelantamiento
vE = 100 km/h; Conexiones: vE = 160 km/h
Longitud en km
90,241 km (2 líneas principales)
Tipo de vías
Líneas principales con 8 conexiones: vías sin balasto
en sistema abierto; estaciones: vías con balasto
Servicios
Preparación de documentos de invitación a presentar
ofertas para diversos oficios
Renovación de túneles en la ciudad de Maguncia
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Vel. máx.
vE = 160 km/h
Longitud en km
0,662 km
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema Rheda 2000
Servicios
Diseño final
Jinan
Jinan J
Jinan
Berlin
Hanover
Halle
Leipzig
Erfurt
Cologne
Old tunnels
in the City
of Mainz
Dresden
Ilmenau
Frankfurt
Ebensfeld
Mainz
Nuremberg
Karlsruhe
Stuttgart
Ingolstadt
Munich
Katzenberg
Tunnel
Basle
= tunnel
China
Tramo de prueba de línea Sui-Yu: Suining–Chongquing
Conexión de tráfico rápido Changsa–Hangzhou
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Vel. máx.
vE = 160 km/h
Vel. máx.
vE = 350 km/h
Longitud en km
26 km
Longitud en km
840 km
Tipo de vías
Vías sin balasto; sistemas: sistema japonés, sistema
Rheda, sistema Rheda 2000, sistema de marco
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema CRT II
Servicios
Servicios
Consultoría sobre vías sin balasto, consultoría sobre
puntos y transiciones para la planificación de implementación, inspección de cálculos estáticos y dinámicos de diversos sistemas de vías sin balasto y puntos
Supervisión/consultoría sobre superestructura
de vías sin balasto (ruta, puentes y túneles)
Conexión de tráfico rápido Heifei–Fuzhou
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Conexión de tráfico rápido Beijing–Tianjin, Lote 1 ferrocarriles suburbanos
Vel. máx.
vE = 350 km/h
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Longitud en km
810 km
Vel. máx.
vE = 350 km/h
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema CRT II
Longitud en km
66 km
Servicios
Tipo de vías
Sistema de vías sin balasto chino Bögl
Supervisión/consultoría sobre superestructura
de vías sin balasto (ruta, puentes y túneles)
Servicios
Supervisión/consultoría de superestructura de vías
sin balasto
Conexión de tráfico rápido Zhengzhou–Xian
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Vel. máx.
vE = 350 km/h
Longitud en km
10 km de vía de prueba
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema Züblin
Servicios
Datong
Beijing
Tianjin
Planificación de implementación de vías sin balasto en
ruta y puentes
Taiyuan
Línea de pasajeros
Vel. máx.
vE = 350 km/h
Longitud en km
116 km
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema CRT II
Servicios
Supervisión/consultoría de superestructura de vías
sin balasto
Jinan
Quingdao
Huang Ho
Línea de alta velocidad de Wuhan a Guangzhou
Línea dedicada a pasajeros
Tipo de tráfico
Zhengzhou
Xi’an
Xuzhou
Yangtse
Wuhan
Vel. máx.
vE = 380 km/h
Longitud en km
1.208 km
Nanjing
New Nanjing
Dashengguan
Yangtse Bridge
Hangzhou
Shanghai
Ningbo
Nanchang
Changsha
PingXiang
Wenzhou
Wuyishan
Fuzhou
gráficos: SSF Ingenieure AG
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema CRT II
Servicios
Gestión de calidad extranjera (FQR) en joint venture
con Segundo Instituto de Análisis y Diseño de
Chengdu, China
ST
RA
IT
Línea de pasajeros
Hefei
Dawu
Conexión de tráfico rápido, Beijing–Wuhan Línea dedicada a pasajeros
Tipo de tráfico
Dalian
Shijiazhuang
Nanning
TA
IW
AN
Pearl River
Yujiang Bridge
Guangzhou
Macau
Hong Kong
SOUTH CHINA SEA
= office
= bridge
título: Photographie Wolfgang Seitz
Múnich
Berlín
Halle
Colonia