2. MARCO GENERAL DE LA INVESTIGACIÓN
3.2. INFRAESTRUCTURA
Es el conjunto de obras civiles necesarias para conformar una plataforma base para la vía. Principalmente se conforma de terraplenes, túneles, viaductos, entre otros, este tipo de obras se realizan en función del trazado de la línea férrea, la cual posee grandes limitantes especialmente en los radios de curvatura y pendientes longitudinales. En la Ilustración 16 se muestra un puente, necesario para cruzar un cuerpo de agua, ejemplo de infraestructura.
24 POYO CALVO, Francisco J, PIÑA JURADO Rafael, GUTIERRES LORENTE José, LÓPEZ DE
OÑA Juan. Diseño y características de la vía ferroviaria. Granada. Grupo editorial universitario. 2005. 8p.
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Ilustración 16. Puente, ejemplo de infraestructura. (Fuente propia).
Dentro de la infraestructura se pueden identificar los siguientes aspectos importantes.
“Línea principal: La línea principal es la carrilera que une las estaciones. En las estaciones, la línea principal es aquella por la cual se pasa sin hacer desvío en los cambiavías”25
“Abscisado de la línea principal: Es el sistema que permite identificar la localización de cada punto. El abscisado de la línea principal está constituido por los postes o hitos que indican los kilómetros y por los postes numerados de la línea telefónica.” 26
Cantón: Es el recorrido que existe entre el cambiavía de salida y el siguiente cambia vías de entrada o entre dos estaciones contiguas.
“Estación: Es el conjunto de vías férreas e instalaciones situadas entre dos cantones y donde se forman o fraccionan los trenes y estos pueden cruzar, estacionarse y tomar o dejar vehículos”27
3.3. SUPERESTRUCTURA O VÍA
Radica en la guía y el apoyo, en conjunto con la infraestructura, del material rodante (locomotoras, vagones entre otros), tiene cuatro (4) componentes, los cuales son: 1. Rieles. 2. Traviesas. 3. Elementos de sujeción. 4. Balasto.
25 EMPRESA COLOMBIANA DE VÍAS FERREAS “FERROVÍAS”. 2010. Reglamento De
Movilización De Trenes. Bogotá, Colombia. Editorial Ferrovías. P.8.
26 Ibíd., P.8.
32 3.3.1. RIELES
“Son barras de acero laminado con secciones transversales que se han ido adaptando de acuerdo con su centro de gravedad y al momento de inercia, para resistir las cargas transmitidas con el paso de los trenes”28. Este elemento cumple
una función importante en la superestructura dado que sirve como guía del tren para movilizarse de forma segura, por otra parte, tiene la particularidad de ofrecer baja resistencia al paso del tren. A continuación, en Ilustración 17 se muestra la sección trasversal de un riel tipo.
Ilustración 17. Sección trasversal de un riel tipo.29
3.3.1.1 FUNCIONES
Dentro de las funciones más importantes que desempeñan los rieles, se encuentran:
“Absorber, resistir y transmitir a las traviesas los esfuerzos recibidos del material móvil y los esfuerzos térmicos.”30 Estos esfuerzos son los
siguientes: verticales, transversales y longitudinales.
Servir de guía al material móvil, el cual se desplaza sobre este gracias a las ruedas que cuentan con pestañas que encajan en el riel.
Dentro de los sistemas que cuentan con elementos de control del tráfico computarizados, sirven para transportar señales eléctricas para el orden del tránsito de los trenes.
28ARIAS AMÉZQUITA P., GARCIA ARANGO A. 2005. Trabajo de grado “LA LÍNEA FÉRREA DEL
ATLÁNTICO Y SU PROGRAMA DE REHABILITACIÓN EN LOS TRAMOS FACATATIVA (PK 40) – VILLETA (PK 110) – LA DORADA (PK 202) – PUERTO BERRÍO (PK328) – CABAÑAS (PK 361). Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales. 2005.
29ARIAS AMÉZQUITA P., GARCIA ARANGO A. op. cit, p.61.
30 POYO CALVO, Francisco J, PIÑA JURADO Rafael, GUTIERRES LORENTE José, LÓPEZ DE
33 3.3.1.2 MATERIAL
En los inicios del tren, los rieles eran fabricados en hierro, material que sufre rápidamente desgastes considerables y grandes deformaciones, por lo cual e 1870 se empezaron a fabricar en acero el cual resiste mayores cargas presentando menores deformaciones.
3.3.1.3 FORMA
Desde la invención del riel, este ha sufrido múltiples transformaciones en su forma en función de su desempeño y servicio prestado, existen varios tipos de riel, a continuación, se describen los más importantes:
SECCIÓN VARIBALE: Este tipo de riel era también conocido como “vientre de pez”, la principal característica de este riel, radicaba en que su sección variaba de acuerdo a los tipos de esfuerzos a los que se sometería, debido a la dificultad de su fabricación se dejó de fabricar. En la Ilustración 18 se muestra este tipo de riel.
Ilustración 18. Riel de sección constante o vientre de pez.31
SECCIÓN CONSTANTE: este tipo de riel se precisa para el tipo de cargas a las que se ve sometido, además de su facilidad para su fabricación, permite estandarizar y controlar la calidad del producto final. Hay varios tipos de rieles con sección constante, en seguida se presentan los más importantes:
Carril de doble cabeza. Carril Vignole.
Carril de garganta. Carril Brunel.
Actualmente el riel Vignole es el más utilizado para las ferrovías tradicionales, este tipo de riel debido a su forma se divide en tres (3) partes: cabeza, alma y patín. A continuación, se presenta la Ilustración 19 donde se evidencia la sección transversal de este tipo de riel, con algunas medidas.
31 POYO CALVO, Francisco J, PIÑA JURADO Rafael, GUTIERRES LORENTE José, LÓPEZ DE
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Ilustración 19. Riel Vignole o tipo patín.32 3.3.1.4 PESO
El peso del riel se convierte en la característica más importante, dado que es el peso quien define la mayoría de las propiedades mecánicas o de resistencia del riel, dicho lo anterior es necesario precisar que entre más peso tenga un riel, mayor es su sección transversal y por tanto puede soportar mayores esfuerzos. La forma de nombrar o denotar los tipos de rieles es en función del peso, la clasificación general la emite la Unión Internacional de Ferrocarriles (UIC), entonces un riel tipo UIC – 54 significa que ese riel soporta 54 kilogramos por metro lineal.
3.3.2. TRAVIESAS
Piezas que pueden ser de diferente material (concreto, madera o metal), que se colocan de forma transversal en la vía, inmediatamente arriba del balasto, como elemento estructural de la vía. Dentro de las funciones principales de estos elementos se encuentran, mantener el ancho de la trocha, y repartir las cargas adecuadamente a los estratos de base a la estructura, es indispensable nombrar que estos elementos se disponen normalmente cada 60 cm, por lo que en un kilómetro de vía se tienen 1666 traviesas. En la Ilustración 20 se presentan algunas traviesas en concreto.
32 POYO CALVO, Francisco J, PIÑA JURADO Rafael, GUTIERRES LORENTE José, LÓPEZ DE
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Ilustración 20. Traviesas de concreto.
3.3.2.1 FUNCIONES
Se identifican cuatro (4) funciones principales de las traviesas, las cuales son: Soportar los carriles y transmitir las cargas aminoradas al balasto.
Mantener a lo largo de la vía el ancho de trocha, lo cual se realiza mediante unos agujeros en estos elementos.
Dotar a la vía de rigidez en todos los sentidos.
Para las vías que usan elementos electrónicos para el control del tráfico, sirven para aislar los flujos eléctricos y no se canalicen en la tierra y no permita el correcto funcionamiento.
3.3.2.2 MATERIAL
Las traviesas se clasifican en función de esta característica, por tanto, se reconocen cuatro (4) tipos: traviesas de madera, traviesas metálicas, traviesas de concreto armado y de hormigón pretensado.
TRAVIESAS DE MADERA: son fabricadas en madera de roble, haya y ocasionalmente pino, tienen forma de prisma rectangular y sus medidas más comunes son ancho: 24 cm, largo: 260 cm, canto: 12 – 13 cm. Presenta varias ventajas en su utilización, la más importante es su flexibilidad que les admite deformarse de gran manera permitiéndoles absorber más energía; por otra parte, el gran inconveniente radica en la susceptibilidad a la actividad climatológica que limita su vida útil.
TRAVIESAS METIALICAS: el material puede ser hierro o acero, tienen forma de “U” invertida lo que facilita que se emplacen dentro del balasto, son de fácil construcción, sin embargo, presentan serios problemas frente a la corrosión,
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también son livianas y necesitan de sujeciones fuertes para soportar las vibraciones verticales.
TRAVIESAS DE CONCRETO ARMADO: se distinguen dos (2) tipos de traviesas: traviesas monobloque y bibloque. Las primeras son elementos de una sola pieza que cuentan en su interior con acero de refuerzo, el principal problema de que atañe este tipo de traviesas se presenta en la mitad del elemento que se suele fisurar por acción del momento negativo a causa del tránsito, exponiendo el refuerzo. Las traviesas bibloque son la respuesta al problema de aquellas de tipo monobloque, debido a que constan de dos bloques de concreto en la zona donde se emplazan los rieles, estos bloques se unen mediante barras de acero, las cuales encarecen su construcción.
TRAVIESAS DE CONCRETO PRETENSADO: son elementos de tipo
monobloque con la diferencia que el elemento se somete a un proceso de pretensado antes de ponerla en servicio, por otra parte, la sección transversal del elemento sufre ligeras variaciones para disminuir el momento flector que causa las fisuraciones.
3.3.3. ELEMENTOS DE SUJECIÓN
Son aquellos elementos que tienen por función mantener unidos los rieles a las traviesas y de esta forma brindar uniformidad al subsistema que guía el material rodante.
La Ilustración 21 se presenta un par de clips de sujeción, uniendo el riel con la traviesa, que en este caso es de concreto, notándose que por cada riel se hace necesario un par, uno en la parte interior y el otro en la parte exterior.
Ilustración 21. Elementos de sujeción. (Fuente Propia)
3.3.3.1 TIPOS
Las formas de sujeciones que existen se clasifican según sea la forma del anclaje, a saber, directa, indirecta y mixta.
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DIRECTA: los elementos de sujeción de este tipo son los mismos que proporcionan el apriete al riel.
INDIRECTA: en este caso la traviesa y el riel se aseguran mediante una placa de asiento, las sujeciones respectivas se hacen con elementos diferentes, es decir, se tiene dos sujeciones: el riel a la placa y la placa a las traviesas.
MIXTA: este tipo de sujeciones es similar a la de tipo indirecta, se diferencian en los elementos que van sujetos, en este caso, el riel va directamente sujeto a la traviesa a través de la placa de asiento.
En la Ilustración 22 se presentan los tipos de sujeciones anteriormente descritos.
Ilustración 22. Formas de sujeción.33
Ahora bien, los tipos de sujeciones se catalogan en función del material de la traviesa, en la Tabla 2 se presentan los tipos de sujeciones par las traviesas de madera y concreto.
Tabla 2. Tipos de sujeciones en función del material de la traviesa.
TIPO DE TRAVIESA TIPO DE SUJECIÓN SUJECIÓN
Madera
Sujeciones rígidas directas Tirafondos Sujeciones elásticas directas Sujeción Nabla Sujeciones elásticas indirectas Sujeción SKL - 12
Concreto
Sujeciones elásticas directas
Sujeción RN Sujeción P - 2 Sujeción J - 2 Sujeción Nabla Sujeciones elásticas indirectas Sujeción HM
Sujeción Vossloh Fuente: Elaboración propia.
33 POYO CALVO, Francisco J, PIÑA JURADO Rafael, GUTIERRES LORENTE José, LÓPEZ DE
38 3.3.4. BALASTO
“Material granular obtenido de la trituración de rocas y en algunas ocasiones por la trituración de conglomerados de depósitos naturales; también se utilizan gravas de ríos cribadas únicamente, siendo conveniente mezclarlas con material triturado para mejorar sus especificaciones.”34 A continuación, en la Ilustración 23 se
presenta un tramo de vía férrea donde se aprecia una muestra de balasto, el cual se extiende más que el ancho propio que abarcan los rieles.
Ilustración 23. Muestra de balasto. (Fuente Propia)
3.3.4.1 FUNCIONES
Dentro de las funciones del balasto, se tienen:
“Transmitir y repartir las cargas desde las traviesas a la plataforma, sin que tengan lugar grandes asientos.
Amortiguar las acciones de los trenes sobre el armado de la vía.
Permitir el establecimiento de la geometría de la vía.
Evacuar el agua rápidamente y proteger a la plataforma de las heladas.
Estabilizar la vía en el plano horizontal; así, deben arriostrar las traviesas (y por lo tanto los carriles sujetos a ellas) impidiendo los movimientos longitudinales y transversales de la vía.”35
3.3.4.2 MATERIALES
El material del balasto es principalmente elementos pétreos o áridos que tiene un tamaño mayor a 3 ¾’’ e inferior a 2 ½’’, este material además de cumplir con este requerimiento mecánico, debe cumplir con otros estándares de comportamiento y características mecánicas que se describirán detalladamente en el apartado
34ARIAS AMÉZQUITA P., GARCIA ARANGO A. op. cit, p.57.
35 POYO CALVO, Francisco J, PIÑA JURADO Rafael, GUTIERRES LORENTE José, LÓPEZ DE
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“DIAGNÓSTICO TÉCNICO”, sección “DIAGNÓSTICO DE LA
SUPERESTRUCTURA”, numeral “3.6.2.3 BALASTO”, en esta parte del trabajo, se describen a profundidad los parámetros técnicos en cuanto a calidad se refiere, todos bajo el marco de la normatividad pertinente.