Tecnología Ferroviaria: Componentes de Vía, Resistencia y Frenado

El Carril: Componente Fundamental de la Vía Férrea

El carril es un elemento rígido metálico que constituye el camino de rodadura y guiado de los vehículos ferroviarios. Sus funciones principales son:

• Sustentar las cargas.
• Guiar al vehículo.
• Constituir un camino de rodadura cómodo y seguro.

Uniones del Carril: Tipos y Características

Uniones Según la Disposición de los Medios de Unión

• Sujeción Directa: Un único elemento o conjunto de ellos trabajando en paralelo.
• Sujeción Indirecta: Elementos independientes que cumplen la función de fijar el carril a la traviesa.
• Sujeción Mixta: Mediante unos elementos que actúan solo sobre la traviesa y otros sobre el carril y la traviesa.

Uniones Según la Naturaleza del Medio de Unión

• Rígidas: Disminuyen su efectividad con el paso de cargas rodantes y su deformación es acumulativa e irrecuperable (ejemplos: escarpias, tirafondos y bulones).
• Elásticas: Mantienen su efectividad y permiten cierta recuperación (ejemplos: clavos elásticos, láminas o grapas, clips).

Factores Clave en la Resistencia Aerodinámica en Túneles Ferroviarios

La resistencia aerodinámica en túneles es influenciada por diversos factores, tanto del tren como del propio túnel:

• Factores del Tren:
  • Sección específica al avance (A)
  • Velocidad (v)
  • Coeficiente de fricción con el aire (μ)
  • Coeficiente de forma (c)
  • Longitud del tren (L)
  • Perímetro
• Factores del Túnel:
  • Longitud (L)
  • Sección (A)
  • Revestimiento (f_s)
  • Perímetro (p)
  • Diámetro

Vía en Placa: Innovación para Altas Velocidades

La vía en placa nace de la necesidad de soportar altas velocidades y de mitigar la influencia negativa del balasto, considerado un elemento crítico en vías convencionales. Es el resultado de la búsqueda de un sistema elástico, amortiguador, robusto, de mínima conservación y baja sonoridad.

Está formada por los siguientes elementos:

• Carril (54 o 60 kg)
• Sujeción elástica
• Elastómero
• Traviesa (presente en algunos de los tipos de vía en placa)
• Placa principal (sustituye al balasto y, en ocasiones, a las traviesas)
• Placa base
• Plataforma

Coeficiente de Calidad de un Árido: Ensayos Deval

El coeficiente de calidad de un árido determina su resistencia al desgaste por rozamiento y a choques moderados. Para su evaluación, se realizan dos ensayos Deval:

1. Primer Ensayo:
   • Se utiliza una muestra de 5 kg.
   • Se obtiene el coeficiente Q para un tamiz de 1,6 mm.
   • Fórmula: Q = 2000 / V
   • Si Q > 14, el valor máximo permitido para V es 142,5 kg.
2. Segundo Ensayo:
   • Se utiliza una muestra de 1 kg.
   • Se obtiene el coeficiente Q pasando por el tamiz de 1,6 mm.
   • Fórmula: Q = 400 / V
   • Si Q > 14, el valor máximo permitido para V es 28,5 g.

Si se obtienen valores superiores a los máximos permitidos en cualquiera de los ensayos, el árido no es apto desde el punto de vista de desgaste, generalmente debido a un exceso de finos.

Obras de Fábrica en Infraestructuras Ferroviarias

Las obras de fábrica son estructuras construidas con piedra, ladrillo, hormigón o materiales pétreos que forman parte de un camino o infraestructura. Se clasifican en:

• Muros:
  • De sostenimiento
  • De contención
  • De revestimiento
• Obras de Pequeña Luz:
  • Caños (luz < 1 m)
  • Alcantarillas (luz entre 1 y 3 m)
  • Pontones (luz entre 3 y 10 m)
• Grandes Obras de Fábrica:
  • Puentes y viaductos
  • Pasos superiores e inferiores
  • Sifones
  • Cunetas y obras de drenaje

Dinámica Ferroviaria: Resistencia a la Rodadura y Frenado

Resistencia a la Rodadura

La resistencia a la rodadura surge de las deformaciones entre la rueda y la vía. Estas deformaciones son más o menos elásticas hasta que se establece una superficie de apoyo suficiente. Al regresar a su forma original, parte de la energía se disipa en calor y otra parte en modificar la estructura molecular del material.

Esta resistencia se produce porque la reacción del carril sobre la rueda no pasa por el punto C (centro geométrico), sino por un punto H, más adelantado, que se denomina centro instantáneo de rotación.

El esfuerzo necesario para el avance (F) se puede expresar como:

• F * OT = P * TH
• De donde: F = P * TH / OT
• También: F = P * μ_r, donde μ_r es el coeficiente de rodadura (depende de la naturaleza del material).
• P es la componente normal del peso.

Coeficiente de Frenado Instantáneo

En el proceso de frenado, la fuerza motriz (F_m) es cero. La fuerza de frenado (H_z) se calcula como H_z = Q * f_z, donde Q es la carga y f_z es el coeficiente de frenado.

En condiciones límite de adherencia, la relación entre las fuerzas es:

F_a + P = (P/g) * a = Q * f_z + H_r

Donde F_a es la fuerza de adherencia, P es el peso, g la aceleración de la gravedad, a la aceleración, y H_r la resistencia a la rodadura.

Despreciando la resistencia a la rodadura (H_r) frente a la fuerza de frenado (H_z), para cada carga de frenado Q, se demandará un peso adherente ficticio (P') que se calcula como:

P' = (Q * f_z) / φ

Donde φ es el coeficiente de adherencia.

El coeficiente de frenado instantáneo (λ) se define como la relación entre este peso adherente ficticio y el peso adherente real (P_adh):

λ = P' / P_adh = (Q * f_z) / (φ * P)

Interpretación de λ:

• Si λ < 1: El frenado es posible sin deslizamiento.
• Si λ ≥ 1: Se produce deslizamiento de las ruedas.