Tema 2. Sección transversal ferroviaria

E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos
Carlos Badillo Bercebal
TEMA 2. SECCIÓN TRANSVERSAL FERROVIARIA
INTRODUCCIÓN
Ferrocarril (según la RAE): camino con 2 carriles paralelos sobre los cuales ruedan los trenes
-
Evolución hasta los carriles: El rozamiento escaso de los raíles permite un transporte de mayor peso con
menor fuerza. En las minas de carbón de Inglaterra utilizaron carriles de madera por donde hacían circular las
carretas, para poder transportar mayor cantidad. Sin embargo, la madera se podría con la humedad, por lo que
usaron carriles de hierro. La humedad también deformaba el
terreno y se hundía el carril, por lo que pusieron piedras bajo el
carril para aumentar la superficie de contacto con el suelo y que la
carga se repartiese mejor.
En el s.XIX Trreivithick inventó la primera locomotra de vapor en Inglaterra, sin mucha velocidad, que iba cobre
carriles en L para guiar a la rueda en las curvas. Sus características eran:
Aparecen las traviesas para mantener el ancho de vías, eran un elemento transversal que unían los 2 carriles
(bloques de madera).
Con los años la carga transportada era cada vez mayor, las traviesas se hundían por lo que se dispuso de elementos
bajo ella para amortiguar las cargas. Al suelo llega carga de 10 tn por rueda, por lo que debemos disponer de elementos
con una capacidad portante mayor según nos acercamos a la rueda: carril (hierro), traviesa (madera),…. Con el tiempo
esto cambió con carriles de acero y traviesas de hormigón.
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Componentes de la vía ferroviaria
o Vía:
 Superestructura: elementos necesarios para que el tren circule
 Vía en balasto (material granular):

Vía en placa:
Infraestructura: conjunto de obras en el terreno para acondicionar el camino por el que
circula el FC: túneles, acueductos…
Instalaciones:
 Electrificación
 Señalización y seguridad
 Comunicaciones

o
ÍNDICE
1- La vía ferroviaria: consideraciones generales
2- Superestructura de la vía:
a. Carril
b. Traviesa
c. Sujeciones
d. Capas de asiento
e. Aparatos de la vía (se verá en nudos)
3- Infraestructura de la vía:
a. Obras de tierra
b. Obras de fábrica
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1- LA VÍA FERROVIARIA: CONSIDERACIONES GENERALES
a. Componentes de la vía ferroviaria: vía e instalaciones (visto en la introducción)
b. Características de la vía:
i. Apoyado en carriles
ii. Guiado
iii. Unidireccional
iv. No flexibilidad de cambio modal
v. Geometría de vía muy exacta: mantenimiento costoso y frecuente
vi. Mantenimiento barato y sencillo
vii. Flexibilidad (baches): un poco de suspensión proporcionada por balasto y
sub-balasto
viii. Robustez:
c. Parámetros geométricos:
i. Ancho de vía: distancia entre caras activas (internas) de los carriles, medida a 14 mm de la
zona de rodadura. Se mide con reglas de vía.
ii. Alabeo: parámetro que representa la distancia existente entre un punto de la vía (P) y el
plano formado por otros tres puntos (ABC)
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iii. Alineación: parámetro que, para cada hilo de carril, representa la distancia en planta
respeco de la alineación teórica
iv. Nivelación longitudinal: parámetro que define las variaciones de cota de la superficie de
rodadura de cada hilo de carril, respecto a un plano de comparación
v. Nivelación transversal: parámetro que establece la diferencia de cota existente entre las
superficies de rodadura de los hilos de carril en una sección normal al eje de la vía
d. Interrelación vía-material:
i. Ancho de vía
Examen: caen los 3 anchos de vía en España, hay que aprendérselos de memoria.
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El problema del ancho de vía se resuelve con cambiadores de ejes. Los cambiadores no sirven para distintas marcas.
A) Cambio de ancho:

Talgo: sistema RD (no tiene bogies, que permiten apoyos sobre dos ejes)

CAF : sistema Brava

Otra solución es el intercambiador dual, similares a gatos hidráulicos (Roda de Bará).


B) Otras soluciones:
Otra solución también es la vía de dos anchos, cuando la diferencia entre los dos anchos es
grande (RENFE-métrico, Santander).
Vía de tres carriles (tramos de alta velocidad Tardienta-Huesca)
ii. Juego de vía: diferencia entre el ancho de vía (G) y la distancia, medida a 10 mm bajo el
plano de rodadura, que separa el borde interior de las pestañas (D). En España es de 9 mm.
Su función es: disminuir el ruido (rozamiento carril-pestaña), evitar el riesgo de
descarrilamiento, permitir la inscripción en curvas y la circulación en vías de ancho
“diferente”.
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iii. Sobre-ancho: la inscripción en el carril se ve dificultada
debido a un apoyo oblicuo de la rueda en A, que puede
crear un ancho suplementario a la vía.
Los factores que influyen son: la distancia entre ejes
(“empate” si es un bogie) y el propio sobre-ancho, para
el que hay varias fórmulas empíricas:
iv. Forma de las llantas: las dos ruedas de un eje tiene que recorrer distancias/espacios
solidariamente a una velocidad angular (w) dada, sin embargo, en curvas la rueda interior y
exterior recorren distancias diferentes, produciéndose deslizamiento. Para solucionar esto
se opta por una llanta de forma cónica. Para así, aumento el Radio (bicono).
v. Movimiento de lazo
En rectas este fenómeno tiene un peaje: el tren entra en un defecto de nivelación
longitudinal.
Esto provoca un movimiento de lazo = sinusoidal -> aceleración.
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vi. Deslizamiento en curvas
Fuerza centrífuga + juego de vía: cuando la pestaña toca el carril exterior se produce
rozamiento. Eje de carretón no desliza si:
𝑦≤
e·𝑟𝑜
γ·R
Siendo:
Cuanto más complicada es la orografía, los Radios son más pequeños. La fórmula de y ≤ero/ γ·R es el origen del
ancho métrico. Si utilizamos ancho de vía métrico: Rmín = 1111 m. Es más barato en cuanto a ocupación del terreno,
tamaño de terraplén y de obras de fábrica.
vii. Gálibos: sección transversal de referencia.
1. Gálibos de obras
2. Gálibos de material: estático y dinámico
viii. Entrevías:
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2- SUPERESTRUCTURA DE LA VÍA
a. El carril:
i. Aspectos generales:
1. Elemento de acero obtenido por laminación
2. Guía y sustenta el material rodante
3. Conductor de corrientes eléctricas:
I. Retorno a centrales eléctricas
II. Señalización
Pantógrafo: mecanismo articulado en contacto con la catenaria que transmite la
energía eléctrica al tren.
El carril necesita tener inercia en el sentido longitudinal. Cuanto más grande es,
más carga puede soportar.
TBR= “toneladas brutas remolcadas”
ii. Tipos (por su forma y peso):
Carril Phoenix: tipo de carril embebido utilizado frecuentemente por los tranvías. Su forma permite pavimentar a
ambos lados de los carriles y así permitir la circulación de vehículos de carretera. La "garganta" en el lado interno
del carril está destinada a la pestaña de las ruedas del tranvía o de otro vehículo ferroviario.
El carril RN-46 kg/m es de origen español.
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iii. Tipos de carriles (por su longitud)
1. Barra elemental (normalmente 18 m): antiguas líneas ferroviarias se han aunado en
esta medida.
Desde que se creó RENFE: unificación de carriles con barras elementales de 18 m
2. Cupón de carril: trozos de carriles que sirven para completar longitudes. Si tengo que
hacer un tramo de 20 metros, pongo una barra elemental de 18 metros + un cupón de carril
de 2 metros. Otro uso del cupón de carril es si estamos haciendo una renovación de la vía
(pasar de 54 a 60 kg), temporalmente se fabrica un cupón de carril que sirva de transición
entre 54 y 60.
3. Barra regenerada (en torno a los 33-36 m): si un trozo de carril se puede
reutilizar/reaprovechar y el resto no sirve, nos lo llevamos al taller y cortamos los trozos
que nos sirven y los soldamos para generar un tramo en buenas condiciones.
4. Barra de taller (normalmente 288): tipo de carril que se dispone actualmente en
líneas de nueva construcción o renovadas. Las barras elementales han dejado de
fabricarse. Esa longitud de 288 tiene que ver con el tamaño de la nave donde se fabrica el
carril y en particular porque es múltiplo de 18 (18x16)
iv. Tolerancias geométricas: muy acotadas (0.5 mm - 0.2 mm)
No hace falta saberse las tolerancias
v. Defectos (Catálogo UIC de defectos en carriles)
No hace falta saberse el catálogo de defectos
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vi. Juntas:
1. Necesidad:
I. Solidarizan carriles
II. Facilita la dilatación del carril (deformación solidaria)
III. Impedir movimientos relativos (longitudinales, laterales y verticales)
2. Partes:
I. Bridas (plancha rectangular donde van alojados los tornillos)
II. Tornillos
III. Conexiones
3. Posición:
I. Pareadas
II. Alternadas
El ruido de las juntas alternas es más frecuente y por tanto más molesto.
4. Tipos de juntas:
I. Normales: Al aire (mejores)y apoyadas (poca estabilidad al paso del tren)
II. Aislantes (si queremos aislar circuitos diferentes de dos tramos de vías): madera
baquelizada o cola
5. Problemas:
I. Fuertes acciones dinámicas
II. Frecuente rotura de bridas (comprobación mediante inspección visual)
III. Altos fastos de conservación
IV. Aumento de la resistencia a la rodadura
V. Pérdida de confort.
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6. Uso: las juntas están realmente en desuso.
I. Líneas antiguas
II. Débil tráfico.
vii. La vía sin juntas (BLS, barras largas soldadas):
1. Definición: vía cuyas barra, elementales o de taller, han sido soldadas para formar
barras largas soldadas (BLS) definitivas, de la mayor longitud posible. Examen: ¡¡LA
LONGITUD DE LAS BARRAS LARGAS SOLDADAS NO ES EXPLÍCITAMENTE 288 m!!
Puede tener la longitud que sea, la mayor que se pueda.
2. Características:
I. Aumenta el confort
II. Aumenta la seguridad (no se rompen las bridas)
III. Disminuye el mantenimiento (si se rompe el carril, el circuito se abre y el tren
directamente no funciona)
3. Uso:
I. Líneas modernas (alta velocidad)
II. Tráfico intenso
Posible pregunta de examen, se pide línea entre CR y Daimiel, definir sección transversal con sus elementos y el
porqué de cada elemento. Para una línea de alta velocidad seria carril de 60 kg, 288 m y barra larga soldada. Si hay
línea antigua entre Torralba y Braza-tortas de años 50 y débil tráfico, ¿qué elementos tiene?: carril de 54 o 40 kg, con
juntas y barra elemental de 18 m.
b. La traviesa:
i. Funciones:
1. Soporte de los carriles
2. Reparto de cargas
3. Mantener la estabilidad de la vía
4. Mantener el aislamiento eléctrico entre los hilos
ii. Tipos (metálicas no se usan en españa):
1. Madera
I. Tipos:
i. Normales
ii. Cachas (más largas y grande, utilizadas en los desvíos)
II. Características:
i. Densidad = 800-1000 kg/m^3
ii. Problemas para cargas elevadas
1. Afloje de tirafondos
2. Hundimiento de placas
iii. Uso principal en:
1. Barra corta y radios amplios
2. Vías de débil tráfico y V<160 km/h. Cuando se ponen traviesas es porque se
usa barra corta
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2. Hormigón
I. Ventajas frente a la madera
i. Mayor vida útil
ii. Permanencia de características
iii. Mayor estabilidad (mayor peso)
iv. Adaptabilidad de su diseño
v. Mayor adaptabilidad de las sujeciones
II. Desventajas frente a la madera
i. Mayor conductividad
ii. Mayor peso (peor manejabilidad)
iii. Menos flexibles (ruido, menos confort)
iv. Peor comportamiento ante descarrilamientos
III. Tipos:
i.
Bi-bloque. Características:
a. Peso aprox.: 200 kg
b. No aptas para tráfico pesado
c. Se comportan mal ante descarrilamiento
d. Problemas con el ancho de vía
e. Uso en vía en placa
f. Uso en rehabilitaciones progresivas
g. Traviesa bi-bloque polivalente: permite el cambio de ancho
ii.
Mono-bloque. Características
a. Peso aprox.: 300 kg
b. Muy buenas para tráfico pesado
c. La mayoría de hormigón pretensado (evitar flexión)
d. Rigidez:
i. Débil reparto de esfuerzos
ii. Necesidad de placas de asiento elásticas
e. Traviesa de tres carriles
No hay que saberse los tipos de traviesa.
Se pasa de las traviesas mono-bloque a las bi-bloque, para evitar la flexión que se producía, como puede
verse en el siguiente esquema.
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c. Sujeciones:
i. Funciones:
1. Mantener unidos el carril y la traviesa
2. Absorber y transmitir cargas
3. Evitar vuelco del carril
4. Mantener el ancho de vía
ii. Elementos:
1. Fijaciones:
I. Tirafondos y tornillos
II. Grapas y abrazaderas
2. Placas de asiento
iii. Tipos: (No hace falta saber los tipos de sujeciones o uniones)
1. Uniones rígidas:
I. Directas
II. Indirectas
2. Uniones elásticas:
I. Directas (un tipo es la vía en placa)
II. Indirectas
d. Balasto y capas de asiento: Interesa poner capas rígidas arriba e ir disminuyendo la rigidez en
capas más profundas. Tipos de capas de asiento:
i. Vías en balasto:
1. Balasto
2. Sub-balasto
3. Funciones
4. Dimensiones de la banqueta (vía única)
5. Dimensiones de la banqueta (vía doble)
ii. Vía en placa:
1. Sin traviesas
2. Con traviesas
3. Apoyo continuo
iii. Placa v Balasto
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i. Vía en balasto:
i.1. Balasto: material granular sobre el que se asientan las traviesas
i.2. Sub-balasto: material de tamaño grava arenosa que sirve de transición entre el balasto y la
plataforma
i.3. Funciones:
 Transmitir y repartir cargas
 Empotrar la traviesa
 Proporcionar elasticidad
 Afinar rasante y peraltar
 Drenar
 Protección ante heladas
 Disminución del ruido
i.4. Dimensiones de la banqueta (vía única):
Banqueta: sección transversal donde va a alojada el balasto
El espesor de balasto se mide bajo traviesa y siempre el mínimo.
i.5. Dimensiones de la banqueta (vía doble):
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ii. Vía en placa: aquello diseños de la vía en los que la banqueta de balasto se sustituye por una o
varias capas de materiales (hormigón o asfalto)
ii.1. Vía en placa SIN TRAVIESAS:

Placas prefabricadas (usada en alta velocidad en Japón)

Placas construidas in situ:
 Sistema Crailsheim (Alemania): hormigón armado mediante “máquina de churros”
 Appitrack (Francia)
ii.2. Vía en placa CON TRAVIESAS:


Apoyadas sobre capa de asfalto:
 Sistema Getrac (Alemania
Embestidas en la placa:
 Sistema Rheda (alemán): el más utilizado
 Sistema Stedef (alemán)
ii.3. Apoyo continuo:

Carril embebido: utilizado en tranvías
iii. Ventajas e Inconvenientes del uso de vía en placa en vez de en balasto (¡¡Examen!!)
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3- INFRAESTRUCTURA DE LA VÍA
a. La explanación:
i. La plataforma
1. Obras de tierra
I. Desmonte
II. Terraplén
III. Media ladera
IV. A nivel
2. Obras de fábrica
I. Túneles
II. Viaductos
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