Componentes y Mantenimiento de la Infraestructura Ferroviaria

Catenaria

Conjunto de elementos que constituyen la línea aérea que ha de mantener contacto con el pantógrafo, tanto de naturaleza mecánica como eléctrica.

Línea Aérea de Contacto

Formada por una serie de hilos y cables que se reparten el contenido de la conducción eléctrica y la propia sustentación. De ella toma la corriente el vehículo motor mediante un elemento llamado pantógrafo.

Características de la Sustentación

• Todos los elementos metálicos, así como las instalaciones próximas, deberán estar puestos a tierra con la resistencia óhmica.
• Deberán estar protegidos para evitar la destrucción por las corrientes parásitas.
• Los elementos férreos deberían quedar definidos contra la destrucción de la acción oxidante o agresiva del medio.

Elementos de la Catenaria

Poste, tirante, ménsula, cadena de suspensión, estabilizadores, hilo de contacto, cable portador principal y secundario, péndola deslizante.

Pantógrafo

Pantógrafo irregular deformable, que está situado en la parte superior del vehículo, que está en contacto con la línea aérea de contacto (catenaria) de la que toma la energía eléctrica la motriz de tracción.

Condiciones que debe satisfacer un Pantógrafo

• Captar la corriente a cualquier velocidad.
• Disponer de un sistema de la menor masa e inercia.
• Reducir al mínimo las pérdidas por frotamiento.
• Disminuir los costes de fabricación.
• Reducir las velocidades de mantenimiento.

Balasto: Definición

Elemento elástico, granular, no compresible, situado entre la plataforma y la traviesa. Buen material, resistencia, compresión, tamaño, granulometría, asiento por rotura de puntas, formas del árido, calidad del árido.

Funciones del Balasto

• Principales: Repartir las cargas, arriostrar la traviesa, evacuar las aguas.
• Secundarias: Constituir lecho elástico, mantener la geometría de la vía, evaporación de aguas, rodadura suave y uniforme.

Funciones Específicas del Balasto

• Repartir uniformemente, sobre la plataforma, las presiones transmitidas por la traviesa.
• Arriostrar por rozamiento las traviesas, evitando todo desplazamiento de la vía: vertical, longitudinal y transversal.
• Facilitar la evacuación del agua de lluvia (carácter drenante).
• Proporcionar una rodadura suave a los vehículos y un notable confort a los viajeros.

Subbalasto: Definición

Capa de transición de la plataforma al balasto formado por materiales de granulometría fina, láminas de plásticos impermeables, filtros anticontaminantes.

Ventajas de la Vía en Placa

• Soportar grandes cargas por eje.
• Reduce los asientos localizados.
• No se usan herbicidas.
• El ancho de explanación se reduce.
• Rodadura muy uniforme.
• Trabajo de conservación mínimo.

Inconvenientes de la Vía en Placa

• Construcción cara.
• Más ruido.
• Cortes de circulación en labores de mantenimiento.
• Si se producen deformaciones, la reparación es difícil.

Esfuerzos que actúan sobre la Vía

• Esfuerzos verticales: Dimensionan la vía.
• Esfuerzos transversales: Limitan la velocidad.
• Esfuerzos longitudinales: Limitan el ancho de la vía o la rigidización longitudinal.

Traviesa: Definición

Son el armazón o emparrillado del carril, para ello se sitúan transversalmente al mismo, sujetando al carril y solidariamente al balasto.

Funciones de las Traviesas

• Principales: Transmitir las cargas, sujetar el carril, mantener el ancho de la vía, dar inclinación al carril.
• Secundarias: Rigidizar horizontalmente al carril, aislante eléctrico en circuitos.

Clasificación de las Traviesas según su Forma

• Semitraviesas: Se sitúan debajo de los carriles sin ningún tipo de unión transversal.
• Traviesas de dos bloques: Constituidas por dos dados situados bajo los carriles y unidos.
• Traviesas de dos rótulas: Componentes de tres bloques entre los que se colocan unos elementos elásticos, rótulas.
• Traviesas monobloc: Formada por una pieza de sección constante.

Ventajas de las Traviesas según el Tipo de Material

• Traviesa de madera: Baratas, elásticas, adaptables, bajo peso, fabricación sencilla, buen aislamiento.
• Traviesas de hormigón: Resistencias a mayores cargas, mayor durabilidad, disponible de materias primas.
• Traviesas sintéticas: Elevada durabilidad, poco peso, buen aislamiento, elevada resistencia a altas temperaturas, reduce los niveles de ruido, son caras, no aptas para grandes pesos y altas velocidades.

Fases de Fabricación de las Traviesas de Madera

Desecación, cortado y zunchado, aireado forzado (cajeo), impregnación.

Tipos de Sujeciones

Escarpias o clavos, tirafondos, bulones, clavos elásticos, lámina o grapas, clips y cojinetes.

Características de las Bridas

Soportan grandes esfuerzos, deben disponer de huecos donde deslizarse el bulón en las dilataciones, la brida se coloca en el alma y debe acoplarse a la cabeza y el patín del carril, deben ser resistentes.

Funciones que debe cumplir una Brida

• Presentar una buena superficie de apoyo sobre el patín y la cabeza del carril.
• Ofrecer un apoyo suficiente entre la brida y el alma del carril.
• Una buena distribución alrededor del eje neutro para absorber los esfuerzos verticales.
• Poseer la mayor resistencia posible.

Coeficiente de Balasto (Método de Zimmerman)

El método de Zimmerman considera que el carril reposa sobre fundación continua y elástica: vía flexible. Es una característica de la elasticidad.

Coeficiente de balasto: Es la presión en kg/cm² bajo la cual la traviesa asienta 1 centímetro en el balasto, en la hipótesis de apoyos aislados y elásticos.

C = P/y (C - kg/cm³; P - kg/cm²; y - cm)

Escarpias

La escarpia es un clavo de sección cuadrada u octogonal con punta biselada o en tronco de cono que se inca en la traviesa y cuya cabeza se prolonga hacia un lado para quedar sobre el patín del carril, estando dotada de una pequeña uña en el opuesto que permite su extracción. La fuerza de sujeción es proporcional al rozamiento de la parte clavada con la madera.

Tiene el inconveniente, al paso de los años, de dejar al patín del carril sin presión sobre la traviesa, lo que obliga a usar antideslizante para evitar el corrimiento longitudinal de la vía. La ventaja de la escarpia está en su facilidad de fabricación, su bajo precio, poco coste de instalación, y poco coste de reclavado.

Clips: Funciones y Características

Dispone de un elemento que generalmente trabaja a torsión, flexión o torsión combinada. Constituido por una barra de acero de elevada elasticidad, sección circular y plegada de tal modo que su deformación en el momento del montaje tenga una fuerza elástica, utilizada para fijar el carril. Cuentan con un elemento llamado soporte (placa metálica) que puede adoptar diferentes formas con el objetivo de poder realizar la función de sujetarlo a la traviesa proporcionando la reacción necesaria a la fuerza elástica del clip.

Problemática de los Túneles de Ferrocarril

Normalmente se construyen los túneles cuando resultan más económicos que las trincheras, se hacen con frecuencia.

La sección es curva para tener un mejor esfuerzo resistente.

• Efectos aerodinámicos:
  • Incremento de potencia x 2.
  • Las altas velocidades son difíciles de alcanzar en túneles de gran longitud.
  • Hay que tener en cuenta el grado de rugosidad e irregularidades del tren.
• Efectos de compresión en el túnel: Cuando penetra en el túnel, se produce en el interior del tren una variación de presión en la unidad de tiempo que puede provocar en los viajeros reacciones fisiológicas en el límite de confort.

Factores que intervienen en la Resistencia Aerodinámica de un Tren en un Túnel

Las variables que intervienen son de dos tipos:

• Del tren: Sección específica al avance (Z), velocidad (V), coeficiente de fricción con el aire (t), coeficiente de forma (C), longitud del tren (L), perímetro (P).
• Del túnel: Longitud (L), sección (G), revestimiento (Fg), perímetro (P), diámetro.

En túneles, esta resistencia al aire se incrementa en 2 o 3 veces el valor obtenido al aire libre.

Pasos en Vuelta y en Aleta: Definición y Dibujo

Los pasos son obras que permiten el cruce a distinto nivel con el ferrocarril, pasando por encima o debajo de una carretera, canal u otro ferrocarril.

Las obras de desagüe, los viaductos y los pasos superiores o inferiores tienen al menos dos apoyos en los extremos llamados estribos. Los apoyos intermedios se llaman pilas. A la parte superior de la obra se le llama bóveda si es curva y losa si es plana. Los muros que se construyen unidos a los estribos para contener las tierras se llaman muros en vuelta cuando no sobresalen de la obra y en aleta cuando sobresalen.

Diferencia entre Carril de 60 kg/m, 50 kg/m y 75 kg/m

El peso del carril tiene influencia en las condiciones resistentes, ya que son proporcionales al 3/2 de la resistencia del peso.

En Europa se usan carriles estándar de 54-60 kg/m.

• Características de carriles pesados:
  • Menores gastos de conservación.
  • Menor mantenimiento de alineaciones y rasantes.
  • Más fácil mantenimiento de juntas.
  • Disminución de las tensiones (T = M/W).
• Características de carriles ligeros:
  • Menor costo.
  • Menor peso.
  • Más fácil colocación.