Estudio de la Capacidad Resistente ante las pruebas de carga de las traviesas monobloque de hormigón pretensado producidas en la EIIF de Santa Clara

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(1)Departamento de Ingeniería Civil. Estudio de la Capacidad Resistente ante las pruebas de carga de las traviesas monobloque de hormigón pretensado producidas en la EIIF de Santa Clara. Javier Alejandro Oliva Rivero Dr. Ing. Juan José Hernández Santana Mr. Ing. Reinier Azorín Cruz. Junio 2018.

(2) Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui Gómez Lubian” subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la mencionada casa de altos estudios. Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente: Atribución- No Comercial- Compartir Igual. Para cualquier información contacte con: Dirección de Información Científico Técnica. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Carretera a Camajuaní. Km 5½. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. CP. 54 830 Teléfonos.: +53 01 42281503-1419.

(3) Exergo “No hay Gloria sin sacrificio” Tomas de Kempis.

(4) Agradecimientos Agradezco a Dios por estar presente en cada paso en mi vida , a mis padres por haberme dado la voluntad de nunca rendirme , a mi hermano que es la persona que más anhelo que un día ocupe este lugar ,a mis abuelos que hoy tengo a los cuatro presentes en mi vida , a mis amigos a lo que están hoy y a los que no están ya que siempre creyeron en mí , a los compañeros de la Empresa Noel , Evelio , Grillo , por su apoyo incondicional y sobre todo de manera especial a mis tutores Reinier Azorín Cruz y Juan José Hernández Santana que estuvieron conmigo hasta el último momento coma a coma y punto a punto , al profesor Gilberto Quevedo por sus consejos , a Sergio Betancourt y cada uno de los que hicieron que esta tesis haya sido posible ..

(5) Dedicatoria Dedicada a mi familia por ser la fuerza y el apoyo para la realización de mis metas A mi hermano que deseo un día que este en mi lugar.

(6) Índice Exergo ..................................................................................................................................................................................... I Agradecimientos .................................................................................................................................................................... II Dedicatoria............................................................................................................................................................................. III Resumen ............................................................................................................................................................................... IV Abstract .................................................................................................................................................................................. V. Introducción.................................................................................................................................................................. VI Capítulo 1 - Valoración de las pruebas de carga en América Latina y las realizadas en la EIIF. ................................... 1.1 Resumen .......................................................................................................................................................................... 16 1.2 Breve caracterización de la importancia de las traviesas en la vía ................................................................................ 16 1.3 Las principales funciones que debe desempeñar una traviesa son las siguientes: ....................................................... 16 1.4 Clasificación de los tipos de traviesas. ........................................................................................................................... 16 1.5 Tipos de traviesas de hormigón ................................................................................................................. 16 1.5.1Características ......................................................................................................................................... 16 1.5.2 Ventajas y desventajas ........................................................................................................................... 16 1.5.3 Según sus características físico- geométricas ....................................................................................... 16 1.6 Deficiencias presentes en las traviesas ..................................................................................................... 17 1.6.1 Vida útil: ....................................................................................................................................................................... 17 1.7 Cálculo de las cargas actuantes sobre las traviesas pretensadas. ................................................................................ 18 . ........................................................................................................................................................ 18 1.7.1 Método Soviético 1.7.1.1 La carga equivalente que tiene en cuenta la influencia de un eje aledaño se calcula como: .................................. 19 1.7.2 Determinación de las solicitaciones sobre el carril (M y Q). .................................................................. 19 1.7.2.1 La depresión elástica de la traviesa ........................................................................................................................ 21 1.7.2.2 Determinación de las tensiones en el carril debido a su flexión vertical. ........................................... 21 1.7.2.3 Momento flector en sección de cálculo situada a una distancia x de la carga ................................... 23 1.7.2.4 Momento flector sobre el carril debido a un sistema de cargas. ........................................................ 24 1.7.2.5 Determinación del valor del momento flector producido por el sistema de cargas ............................ 24 1.8 Determinación de las tensiones de compresión en la traviesa. ............................................................... 26 1.9 Momento máximo actuante en la traviesa ....................................................................................................................... 30 1.9.1 Esquema de cálculo ................................................................................................................................... 31 1.9.2 Esquema de cálculo ....................................................................................................................................32 1.10Estados Límites Últimos de Momento Flector, Cortante y Aplastamiento en las traviesas pretensadas 36 1.10.1 Estados Límites Últimos de Momento Flector. .................................................................................... 36 1.10.2 Estados Límites Últimos de Cortante. ....................................................................................................................... 37.

(7) 1.10.3 Estados Límites Últimos de Aplastamiento .............................................................................................................. 39 1.11 Pruebas en la EIIF ........................................................................................................................................................ 40 1.11.1 Resistencia a Compresión .......................................................................................................................................... 40 1.12 Pruebas de carga realizadas en Argentina.............................................................................................. 41 1.12.1 Ensayo de flexión estática .................................................................................................................... 41 1.12.2 Ensayo de flexión estática .................................................................................................................... 41 1.12.3 Resistencia a la compresión ................................................................................................................. 41 1.13 Pruebas de carga realizadas en México ................................................................................................. 41 1.14 Cálculo de la cantidad de traviesas a realizar las pruebas de carga. .................................................... 43 1.14.1 Prueba de Hipótesis ............................................................................................................................. 43 1.15 Conclusiones .......................................................................................................................................... 45 Capítulo 2 - Análisis Estadístico de las pruebas de carga realizadas en la Empresa Industrial de Instalaciones Fijas. ....................................................................................................................................... 46 2.1 Resumen ................................................................................................................................................... 46 2.2 - Propiedades del hormigón empleado en la fabricación de las traviesas ................................................ 47 2.3 Procedimientos y características tecnológicas en la producción de durmientes de hormigón pretensado en la EIIF .......................................................................................................................................................... 47 2.3.1Limpieza y Engrase del Molde ................................................................................................................. 47 2.3.2 Colocación de los dispositivos de vaciado en el molde .......................................................................... 48 2.3.3 Preparación y colocación de los grupos de aceros en el molde ............................................................ 48 2.3.4 Tensado de los aceros............................................................................................................................ 49 2.3.5 Determinación de la fuerza de pretensado real que se aplica a los aceros ........................................... 50 2.3.6 Distribución y nivelación de la mezcla de hormigón en el molde ........................................................... 50 2.3.7 Vibro compactación de la mezcla de hormigón en el molde .................................................................. 51 2.3.8 Curado de las traviesas .......................................................................................................................... 52 2.3.8.1 Curado exotérmico (curado sin vapor) ............................................................................................... 52 2.3.8.2 Curado con Vapor ................................................................................................................................ 52 2.3.9 Destensado del Molde ............................................................................................................................ 53 2.4 EUCON SPC Reductor de agua de alto rango superplastificante ............................................................ 53 2.4.1 Aplicaciones principales ......................................................................................................................... 53 2.4.2 Características/Beneficios ...................................................................................................................... 54 2.4.3 Información técnica ................................................................................................................................ 54 2.4.4 EUCON SPC es usado en diferentes diseños de mezclas. .................................................................. 54.

(8) 2.4.5 Normas/Cumplimientos .......................................................................................................................... 55 2.4.6 Tiempo de vida ....................................................................................................................................... 55 2.4.7 Volteo de los durmientes ........................................................................................................................ 55 2.4.8Terminación y marcaje............................................................................................................................. 55 2.4.9 Almacenamiento de los durmientes ........................................................................................................ 57 2.5 Chequeo de la traviesa de tecnología italiana en la etapa de agotamiento .................................................................... 58 2.5.1 Momento nominal ........................................................................................................................................................ 58 2.5.2 Cortante ........................................................................................................................................................................ 60 2.5.3 Aplastamiento. ............................................................................................................................................................. 61 2.6 Prueba de Hipótesis ................................................................................................................................... 62 2.7 Calculando el Cortante, Momento flector y Momento de fisuración ................................................................................ 71 2.8 Conclusiones ............................................................................................................................................. 72 Capítulo 3 Resultados de las pruebas de Carga. Factores Influyentes .................................................. 73 3.1 Método estadístico para hallar las curvas tenso-deformaciones .............................................................. 73 3.2. Resultados del Chequeo de las traviesas de tecnología italiana en la etapa ultima .............................. 78 Conclusiones ......................................................................................................................................................................... 81 Conclusiones Generales ........................................................................................................................................................ 83 BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................................................................... 84 Recomendaciones ................................................................................................................................................................. 85.

(9) Resumen En el presente trabajo se realizaron pruebas de carga a las traviesas monobloque de tecnología italiana para ello se utilizaron métodos estadísticos para obtener el tamaño de las muestras, se comparó con las pruebas de carga realizadas en México y Argentina, luego se chequeo los estados limites últimos auxiliándose del programa Match CAD y se confecciona las curvas de carga vs deformación con las cuales intuimos propiedades estructurales de las traviesas. Se profundizó en el estudio de los fundamentos de la resistencia y estabilidad de la vía férrea bajo la acción del material móvil y en las estructuras de pretensado, analizándose el comportamiento ante las solicitaciones, de acuerdo con las cargas presentes en la estructura. Para lograr todo lo propuesto fue necesario realizar una búsqueda bibliográfica de los estudios realizados a los durmientes de hormigón pretensado.. Palabras Clave: Pruebas, Métodos, Estados Últimos, Propiedades Estructurales.. Abstract In the present work load tests were carried out on the monoblock sleepers of Italian technology for this statistical methods were used to obtain the size of the samples, it was compared with the load tests carried out in Mexico and Argentina, then the last limit states were checked with the aid of the Match CAD program and the load vs. deformation curves are made with which we intuited the structural properties of the sleepers. The study of the fundaments of the resistance and stability of the railway under the action of the mobile material and in the prestressing structures was studied in depth, analyzing the behavior before the solicitations, in accordance with the loads present in the structure. In order to achieve everything proposed, it was necessary to carry out a literature search of the studies carried out on prestressed concrete sleepers.. Key Words: Tests, Methods, Last States, Structural Properties..

(10) Introducción El ferrocarril es un medio de transportación, y novedoso avance de la ciencia y la tecnología de la segunda mitad del siglo XIX. Fue introducido en Cuba en la década de 1800 resultando así el primer país de América Latina y el séptimo en el mundo en utilizarlo. En sus inicios fue empleado con fines económicos y posteriormente para facilitar la transportación masiva de pasajeros de un punto a otro del territorio. Nuestra revolución ha hecho grandes esfuerzos para ampliar el ferrocarril y llevarlo a los lugares más recónditos de nuestra geografía, debido a su seguridad, estabilidad y economía, es el medio de transportación terrestre más eficaz, aunque sus costos iniciales son elevados. El consumo de un tren es tres veces menor que el de un equipo de carretera para iguales cargas y distancias, la carga llega toda al destino al mismo tiempo, requiere menos personal para su traslado y generalmente sus tarifas por kilómetros son más baratas. Hoy día tras una crisis en todos los aspectos económicos, el ferrocarril no ha estado ajeno a los daños causados por la misma, miles de kilómetros de vías han sufrido el deterioro, por la explotación y falta de mantenimientos de su superestructura, en el transcurso de los años. Debido a lo antes expresado y como política trazada en los lineamientos del VI Congreso del Partido Comunista de Cuba en sus lineamientos de la política económica y social, en la cual la política para el transporte en sus lineamientos 249, 250, 252, 254, establece continuar la recuperación, modernización y reorganización del transporte, dando orden de prioridad al ferrocarril, el cabotaje y las empresas especializadas en el transporte. Se hace inminente, para consolidar la infraestructura ferroviaria, la producción inmediata de un mayor volumen de traviesas para el ferrocarril, a partir de esto la dirección de nuestro país evaluó los costos que implicaría la compra de nuevas tecnologías para la producción de traviesas y se tomó, como solución más económica, la decisión de recuperar y poner en marcha la antigua planta de traviesas CUBA 71, dependencia de la Empresa de Producciones Industriales (EPI), ubicada en el municipio Santa Clara, provincia Villa Clara, la cual tras años de explotación, cesó sus funciones y al transcurso de los años la tecnología sufrió grandes deterioros, lo que requirió así una inversión inicial para su puesta en marcha con la cual se pretende no solo cambiar las defectuosas por las nuevas, sino que se realice una reparación capital y el 100% de ellas siendo del nuevo tipo..

(11) Situación Problemática Durmientes producidos en la EIIF de Santa Clara, en la etapa de servicio experimentaron problemas en cuanto a resistencia y fisuración, dando de igual forma valores no deseados relativos al chequeo del estado límite último de cortante.. Problema ¿Son confiables los resultados obtenidos de la capacidad resistente de las traviesas de la EIIF mediante de las pruebas de carga llevadas a cabo por dicha entidad? ¿Qué comportamiento estadístico tienen estas muestras? ¿Es normal? ¿Puede determinarse con los ensayos la carga de fisuración y las deformaciones para cada etapa?. Objetivo general Análisis estadístico de los resultados de las pruebas de carga en las traviesas monobloque de hormigón armado producidas por la EIIF de Santa Clara. Evaluar el comportamiento (la fisuración) de las traviesas pretensadas bajo el régimen de los ensayos de carga. Objetivos específicos 1. Estudio de las pruebas de carga a las que son sometidas las traviesas en el ámbito mundial y valoración de las pruebas ejecutadas por la EIIF. 2. Describir los métodos de ensayos de traviesas y las peculiaridades de las mismas en la fábrica 3. Realizar el análisis teórico de ensayos mecánicos para la traviesa de hormigón. (establecer “analíticamente” los parámetros que señalen los puntos clave como la fisuración) 4. Establecer un procedimiento para la medición de las deformaciones en el ensayo. 5. Definir a partir de los ensayos:  La carga de fisuración  Curvas P vs deformación. Hipótesis Con un análisis estadístico realizado como resultado de pruebas de carga en la EIIF se puede caracterizar el comportamiento de las traviesas hasta la fisuración..

(12) Tareas principales 1. Recopilación bibliográfica de normativas referentes a los chequeos de traviesas, estudio de los códigos y normas para el hormigón pretensado-flexión, especialmente sobre las pruebas de cargas realizadas en los laboratorios a los durmientes. 2. Desarrollo de una caracterización estadística de estos ensayos. 3. Realización de ensayos “especiales” para medir:    4. 5.. Deformaciones Carga de fisuración Curvas P vs deformación Comparación de los resultados experimentales con los analíticos. Confección de la memoria escrita y gráfica del trabajo investigativo. Aportes Dotar a la Empresa Industrial de Instalaciones Fijas de Villa Clara de datos sobre el comportamiento y propiedades de la traviesa como elemento prefabricado. Establecer una metodología de interpretación de los resultados de los ensayos. Métodos y técnicas empleadas Para la realización de estos ensayos se procede al uso de métodos estadísticos..

(13) Capítulo 1 - Valoración de las pruebas de carga en América Latina y las realizadas en la EIIF.. 1.1 Resumen Se realizará una valoración de las pruebas de carga en América Latina y luego en las pruebas de cargas realizadas en la EIIF. Descripción del método matemático más efectivo para la selección de las durmientes a tratar en cuanto a su capacidad resistente.. 1.2 Breve caracterización de la importancia de las traviesas en la vía En vías férreas, las traviesas o durmientes son los elementos transversales al eje de la vía que sirven para mantener unidos y a la vez a una distancia fija (galga o trocha) a los dos carriles (rieles) que conforman la vía, así como mantenerlos unidos al balasto, trasmitiendo el peso del material rodante al balasto y, por intermedio de éste, al suelo. También cumplen la función de dar peso al conjunto, de manera que la geometría inicial del trazado se mantenga en la mayor medida posible. 1.3 Las principales funciones que debe desempeñar una traviesa son las siguientes:. Soporte de los raíles, fijando y asegurando su posición en lo referente a cota, separación e inclinación. Recibir las cargas verticales y horizontales transmitidas por los raíles y repartirlas sobre el balasto mediante su superficie de apoyo. Conseguir y mantener la estabilidad de la vía en el plano horizontal y en el vertical frente a los esfuerzos estáticos procedentes del peso propio y las variaciones de temperatura y a los esfuerzos dinámicos debidos al peso de los trenes. Mantener, siempre que sea posible, por sí mismo y sin ayuda de elementos específicos incorporados a la sujeción, el aislamiento eléctrico entre los dos hilos de raíles cuando la línea esté dotada de circuitos de señalización o por corrientes parásitas. Para cumplir estas funciones deben considerarse el material, las funciones, el peso, la elasticidad que confiere a la vía, sus características aislantes y su durabilidad. Acercamiento a las características de las traviesas y sus deficiencias..

(14) 1.4 Clasificación de los tipos de traviesas. Según su material de construcción.. Los materiales de que se dispone para hacer las traviesas serán la madera, el acero, la fundición, los materiales sintéticos, el hormigón, el hormigón armado y el tensado, que es el más usado en la actualidad. Las características de este hormigón tensado son: La traviesa de hormigón pretensado o postensado tiene una vida útil en servicio, superior al doble de los de madera. Conserva a lo largo de toda la vía una notable constancia en sus condiciones físicas. La vía muestra una mayor resistencia a los desplazamientos en su plano. Se puede diseñar en la forma más conveniente para resistir los esfuerzos que habrá de soportar en servicio. Su costo es un poco mayor que la traviesa de madera tratada. Para aislar eléctricamente los dos raíles es necesario usar piezas de aislamiento especiales. El manejo es más difícil a causa del peso elevado (250 kg) y su relativa fragilidad. Presenta una debilidad estructural en su centro, debido a que su apoyo uniforme en el balasto origina esfuerzos de tracción en su cara superior, con posibles grietas en el hormigón. En general se pide a los materiales un cemento de alta calidad, áridos de resistencia elevada y de tamaño uniforme. La resistencia a la compresión del hormigón debe ser mayor de 450 kg/cm², y la tensión de ruptura del acero debe estar por encima de 150 kg/mm². 1.5 Tipos de traviesas de hormigón. Las traviesas de hormigón, también denominadas durmientes de hormigón, son un tipo de traviesas que aparece ante la necesidad de buscar elementos más económicos, duraderos y abundantes que la madera, y al mismo tiempo requieran un menor gasto de mantenimiento, las traviesas pueden ser: Armadas, pretensadas y post tensadas Aparecen por primera vez en la Primera Guerra Mundial Tras muchos intentos y pruebas comienza a consolidarse en el mercado ferroviario a partir de los años 50. Traviesa de hormigón monobloque. Traviesa de hormigón bibloque. Traviesa de hormigón monobloque.

(15) 1.5.1 Características. La traviesa de hormigón está elaborada con una armadura, calculada para ofrecer una buena resistencia a la presión del material rodante, que queda oculta al en el interior del hormigón. El tiempo de fraguado y endurecimiento puede variar entre dos y tres días, dependiendo de los agregados que se empleen en la mezcla de hormigón y de la técnica de curado que se emplee. La traviesa que se considerada más racional es la traviesa de hormigón monobloque pretensada, la cual es la que se produce en ambas plantas del país, está formada por un bloque de hormigón de alta resistencia (450 – 500 kg/cm²), en forma de viga trapecial, reforzada con alambres o barras de alto límite elástico, (según la tecnología), tensado en frio, de resistencia nominal de 190 kg/mm². Presenta un peso de 250 kg lo que lo hace un elemento pesado de ahí la necesidad del uso de máquinas herramientas para su manipulación.. 1.5.2 Ventajas y desventajas. Desventajas con respecto a la traviesa de madera. La desventaja principal es su peso y con éste la manipulación; la traviesa monobloque pesa unos 250 kg, por lo que para su manipulación se requiere maquinaria o un número considerable de agentes u operadores. Las ventajas son muchas: El peso puede ser una de ellas, pues estabiliza más la vía, la duración es bastante más larga, al no ser un elemento orgánico, como lo es la traviesa de madera. Conserva bien el ancho de vía, aunque hay matizaciones al respecto con la traviesa bibloque. El coste de la traviesa de hormigón es mucho menor que el de la traviesa de madera, elemento este cada vez más escaso.. 1.5.3 Según sus características físico- geométricas. La sección transversal de la traviesa de madera se establece partiendo de los siguientes criterios: El apoyo superior debe ser suficiente como para poder colocar sobre ella las sillas, aunque esta última debe ser más estrecha que el ancho de la traviesa. La parte inferior debe ser lo suficientemente ancha como para que la presión sobre el balasto vaya disminuyendo y no ser extraordinario, para poder compactar y calzar debajo de la traviesa. El espesor de la traviesa debe garantizar un momento de inercia y un módulo de sección necesarios teniendo en cuenta su desgaste y su pudrición, las reparaciones que sean necesarias en el periodo de explotación. La longitud de la traviesa depende más del.

(16) aspecto técnico que del económico, no obstante, debe ser racional. La longitud oscila entre 2400 y 2800 mm y en algunos casos son empleadas medidas especiales como 3000 mm; 3500 mm; 4000 mm; 4500 mm y 6000 mm. Todas con un ancho de unos 24 cm y una altura de 14cm. Existe la excepción en algunos países, como España, el uso de traviesas con longitud de un metro, por lo que generalmente se utilizan traviesas recicladas o de segundo uso de 260 cm, existen también según diferentes regiones medidas que oscilan por los 260 cm de largo y con un ancho y alto de 26 cm y 16 cm respectivamente.. 1.6 Deficiencias presentes en las traviesas. Primeramente, se hará referencia a algunos términos generales 1.6.1 Vida útil: Tiempo estimado para la duración de un equipo o componente de un sistema sin que sea necesaria la sustitución del mismo; en este tiempo solo se requieren labores de mantenimiento para su adecuado funcionamiento. (Carmiña, 2000) La Norma Cubana (NC52-55,1982), define: Tiempo de vida útil es el tiempo durante el cual la construcción o sus elementos componentes, mantiene dentro de niveles aceptables sus condiciones técnicas, higiénicoambientales, funcionales y de seguridad, sometida a una explotación normal y recibiendo trabajos periódicos de conservación. Proceso patológico es la secuencia que comprende el origen y las causas del estado de lesión o desperfecto del elemento, la evolución del proceso de deterioro, sus síntomas y finalmente las manifestaciones de deterioro que se detectan u observan. Las deficiencias que se pueden presentar en los elementos de hormigón son varios y su naturaleza es debida a varias causas dependientes de materiales, tecnologías constructivas, defectos y agentes externos, entre estos últimos la gama es amplia, incluyéndose, la temperatura, humedad, lesiones e impactos, etc. Las deficiencias más comunes en las traviesas, están determinadas por las características del material: Las traviesas de maderas son propensas a sufrir deterioros por pudrición debido a la permanente exposición de los agentes atmosféricos y a la invasión de plagas de insectos devoradores de maderas. En las traviesas de hormigón por su parte encontramos, la corrosión del acero expuesto en las cabezas de los elementos lo cual puede originar la pérdida de las propiedades físico-mecánicas del mismo, disminuyendo el agarre al hormigón y por tanto la perdida de las tensiones en el mismo. Otra patología presente es la presencia de fisuras, la cual puede estar determinada por diferentes causas provenientes de los materiales que la conforman, sea el hormigón o el acero, los cuales deben cumplir con las especificaciones para este tipo de elemento debido a su tipicidad por la forma de trabajo a la que está expuesta..

(17) 1.7 Cálculo de las cargas actuantes sobre las traviesas pretensadas. Debido a que el capítulo anterior trató las particularidades de cada uno de los métodos, aquí se reflejan brevemente los cálculos realizados y los resultados obtenidos mediante cada uno de ellos. Se tomó como referencia un vagón común utilizado en nuestro país. Las principales características del equipo son las siguientes: Velocidad máxima: 80km/h Peso: 919,96kN Número de ejes: 4 Longitud entre ejes: 180cm Peso por eje: 230kN Peso por rueda: 115kN Peso no suspendido: 11kN. 1.7.1 Método Soviético En forma más abierta la expresión para la determinación de las cargas máximas de cálculo de la rueda sobre el carril puede ser expresada de la siguiente forma: 𝑃𝑑𝑖𝑛 = 𝑃𝑚𝑒𝑑 + 2,5. √𝑆𝑝2 + 𝑆ℎ𝑛2 + 𝑆𝑛𝑒𝑝2 + 0,95𝑆ℎ𝑛𝑘 2 + 0,05𝑆𝑛ℎ𝑘 2 ∑ 𝑛𝑖 . 𝑃𝑚𝑒𝑑 (1.1) Realizando los cálculos respectivos se obtuvieron los siguientes resultados: 0,538. 10−4 . 𝛽. 𝑑. √𝑈. 𝐿.√𝑞.𝑃𝑚𝑒𝑑. 𝑣. (1.2) 𝑆𝑛𝑒𝑝 = 0,167. 𝑃𝑚𝑒𝑑. 𝑆ℎ𝑛𝑘 =. 0,021. 𝑈. 𝑣 2 . √𝑞 𝑈 𝑞 𝑑𝑟 2 . √ 𝐿 − 3,26. 2 𝐿. 𝑆𝑛ℎ𝑘 = 0,3. 𝑈. 𝐿. 𝑎1. 𝑙 𝑙 𝑙 [𝑛𝑖 = 𝑒 −𝐿 . (𝑐𝑜𝑠 + 𝑠𝑒𝑛 )] 𝐿 𝐿.

(18) 1.7.1.1 La carga equivalente que tiene en cuenta la influencia de un eje aledaño se calcula como:. 𝑛. 𝑃𝑚𝑒𝑑 𝑃𝑑𝑖𝑛 = 𝑃𝑚𝑒𝑑 + 2,5. √𝑆𝑝2 + 𝑆ℎ𝑛2 + 𝑆𝑛𝑒𝑝2 + 0,95𝑆ℎ𝑛𝑘 2 + 0,05𝑆𝑛ℎ𝑘 2 + ∑ 𝑛𝑖 . 𝑃𝑚𝑒𝑑 (1.3) 𝑃𝑑𝑖𝑛 Calculando el cortante sobre la vía (carga actuante sobre la traviesa): V . QD d 2L. . i. (1.4). Para el cálculo del momento flector se procede: Mf . QD L 4 𝑙. . (1.5). i. 𝑙. 𝑙. [𝑛𝑖 = 𝑒 −𝐿 . (𝑐𝑜𝑠 𝐿 − 𝑠𝑒𝑛 𝐿)] 𝑙. 𝑙. 𝑙. [𝑛𝑖 = 𝑒 −𝐿 . (𝑐𝑜𝑠 𝐿 − 𝑠𝑒𝑛 𝐿)]. 1.7.2 Determinación de las solicitaciones sobre el carril (M y Q). En la práctica se puede considerar al carril como un elemento completo situado sobre una infinidad de apoyos elásticos, con reacciones de apoyo proporcionales a las flechas o deformaciones bajo las traviesas (que dependen de la compresibilidad elástica de la estructura bajo traviesa), (plataforma + balasto).. Figura 1 Secciones.

(19) Dónde: Q: Carga vertical (Cortante) transmitido por el carril a la traviesa (kN). y: Depresión elástica en la traviesa (cm). U: Distancia entre centro de carril y extremo de traviesa (cm). d: espaciamiento entre traviesas (cm). l: longitud de la traviesa (cm) b: ancho de la traviesa (cm). F: área efectiva de contacto traviesa-balasto F=4Ub=2(2U). f: Zona central considerada sin apoyo sobre el balasto. Si admitimos depresiones totalmente elásticas, aplicando la Ley de Hooke, o sea, la presión que está actuando es proporcional a lo que se deprime la traviesa. p: Presión de contacto entre traviesa y balasto (Mpa) C: Módulo de soporte (kN/cm³), coeficiente de balasto o módulo de reacción. Su valor depende de las características del balasto y explanación, así como del estado de estos, (se obtiene mediante ensayos). A menores valores de c más compresible será la estructura balasto-plataforma.. Esta expresión permite determinar el valor de C mediante ensayos en el laboratorio en la vía.. (1.6). 1.7.2.1 La depresión elástica de la traviesa puede expresarse también a través del módulo de depresión ∆ (cm/kN), el cual representa cuánto se deprime la traviesa verticalmente por kN de carga.. Si. y, además.

(20) (1.7) Por tanto: C=1/FΔ, Relación entre C y Δ Δ: cm / kN F: cm² C: kN / cm³ Experimentos realizados arrojaron que: ∆ varía entre 0.00182 y 0.00054 (cm/kN), C varía entre 0.096 y 0.324 (kN/cm³) Valores promedios Δ= 0.0012 cm/kN, C=0.146 kN/cm3. 1.7.2.2 Determinación de las tensiones en el carril debido a su flexión vertical. Para esto se utilizó la expresión de Navier para la flexión simple.. Dónde: M: Momento flector del carril producido por la carga vertical (kN-cm). W: Módulo de sección del carril desgastado ∆h en (cm³). Según Schramm: W desgastado: Módulo de sección con respecto a la cabeza del carril desgastado (cm³). W nuevo: Módulo de sección respecto a la cabeza del carril nuevo (cm³). G: Peso real del carril (Kg/ml). : Altura del carril nuevo (mm). ∆h: Altura del carril desgastado (mm).. Momento flector sobre el carril debido a una carga aislada. Qmáx =P/2. Figura 2 Momento flector sobre el carril debido a una carga aislada.

(21) Análisis del caso II: Zimmerman encontró que, si se sustituye en la expresión de la viga simplemente apoyada la L por Leq, siendo:. (1.8). Los valores que se obtienen para los casos I y II son prácticamente iguales, o sea:. (1.9). Análogamente (1.10). A esta longitud la denominó longitud equivalente o luz ficticia o de cálculo. El momento máximo bajo la carga en el caso I sería igual al momento máximo bajo la carga en el caso II.. Resumiendo: Para la sección de cálculo situada debajo de la carga se tendrá: (1.11) Cortante Máximo (1.12) Dónde: P: Carga dinámica = (kN). L: longitud equivalente (cm). E: Módulo de elasticidad del acero del carril = 2.1x105 Mpa I: Momento de inercia del carril (cm4). C: Módulo de soporte (kN/cm³). ∆: Módulo de depresión (cm/kN). d: espaciamiento entre traviesas (cm). b: ancho de la traviesa (cm)..

(22) U: Distancia entre centro de carril y extremo de traviesa (cm). Los valores de varían entre 48 y 90 cm (en dependencia de los parámetros de la ecuación).. 1.7.2.3 Momento flector en sección de cálculo situada a una distancia x de la carga. Figura 3 Momento flector en sección. X: Distancia entre la sección de cálculo y la carga SC: Sección de cálculo. En este caso se utiliza la línea de influencia del momento flector: (1.13). n: ordenada de la línea de influencia de momento flector correspondiente al lugar de aplicación de la carga con relación a la sección de cálculo.. 1.7.2.4 Momento flector sobre el carril debido a un sistema de cargas. Las cargas producidas por el peso de los vehículos ferroviarios se caracterizan por constituir, de manera general, un sistema de cargas del siguiente tipo, según el esquema que sigue:. Figura 4 Momento flector sobre el carril debido a un sistema de cargas.

(23) 1.7.2.5 Para determinar el valor del momento flector, producido por el sistema de cargas en cualquier sección del carril se puede utilizar la línea de influencia de los momentos flectores y el principio de superposición.. Figura 5 La línea de influencia de los momentos flectores y el principio de superposición.. Dónde: SC: Sección de cálculo. Aplicando el principio de superposición: P1; P2; P3……….. Pn (1.14). Como caso general (1.15) Como caso particular dónde: P1=P2=P3=Pn Se. tiene. (1.16) (1.16). La ecuación de la correspondiente línea de influencia del momento flector según Zimmerman es la siguiente: (1.17). Dónde: X: Distancia entre la sección de cálculo y el lugar de aplicación de la carga cm..

(24) Tabla 1.1 Resumen del análisis de la línea de influencia del momento flector.. LI (M). Distancia entre SC y la carga (x). Influencia. 0 ≤ X < 0.79. +. 0.795 ≤ X < 3.39. -. X>3.39. +Pero se desprecia. 1.8 Determinación de las tensiones de compresión en la traviesa. Sobre la traviesa de la sección de cálculo actúa la fuerza contante que se origina en el carril como consecuencia de la flexión; distribuida en el área de contacto carril-traviesa. El trabajo correcto de la traviesa ocurre cuando su apoyo sobre el balasto se produce en los extremos, sin embargo, la circulación de los trenes propicia que transcurrido un tiempo se apoye la zona central. Producto de estas acciones y las condiciones de apoyo posibles para su trabajo, en la traviesa se produce compresión bajo el patín del carril, además de producirse flexión en esa sección cuando la condición de apoyo de la traviesa corresponde con el esquema adicionándose la flexión en la sección central con la condición de apoyo representada en el esquema, que resulta la más común y peligrosa.. Figura 6 Tensiones de compresión en la traviesa..

(25) La tensión a compresión en la traviesa por cortante en el carril, es función del valor de cortante en primer lugar y del área de contacto existente entre ambos elementos de la superestructura. Cuando en la vía se colocan traviesas de madera, bajo el carril se colocan elementos de acero que incrementan el área de apoyo del carril sobre la traviesa, conocidos por sillas. En vías con traviesas de hormigón, el área de apoyo del carril sobre la traviesa está determinada por el ancho del patín del carril y el ancho de la cara superior de la traviesa.. Figura 7 Tensión a compresión en la traviesa por cortante en el carril. La presión a compresión en la superficie de contacto carril-traviesa se determina por la expresión: (1.18). Dónde: Qmáx.: carga vertical transmitida por el carril a la traviesa (cortante máximo en el carril) (kN) ω: Área de contacto o apoyo del carril sobre la traviesa (cm2). ω: ancho del patín X ancho de la traviesa (sin silla) cm2 σtc: Tensión de compresión sobre la traviesa Mpa. Para la determinación de la carga transmitida a las traviesas (cortante en el carril) se utiliza la línea de influencia del cortante..

(26) Figura 8 Presión a compresión en la superficie de contacto carril-traviesa. La línea de influencia del cortante, el caso del cortante se tendrá: Análogamente, para. (1.19). La ecuación de la correspondiente línea de influencia del cortante es la siguiente:. (1.20). Dónde: X: Distancia entre la sección de cálculo y el lugar de aplicación de la carga (cm). Para el caso del cortante la sección de cálculo (S.C) se coloca sobre la traviesa.. Tabla1.2 Resumen del análisis de la línea de influencia del cortante.. LI (Q). Distancia entre SC y la carga (x). Influencia. 0≤X<2.35. +. 2.35≤X<5.50. -. X>5.50. No influye.

(27) Cortante en una sección bajo la carga. (1.21) Qs.c: Carga transmitida por el carril a la traviesa (cortante en la traviesa) (kN).. Figura 9 Carga transmitida por el carril a la traviesa. Dónde: Pdin: carga de diseño por rueda (kN) (Carga dinámica), según se explicó anteriormente. Pdin = P estática (por rueda) Coeficiente de velocidad según Schramm (1.22). Estos valores de se encuentran tabulados para diferentes velocidades. d: espaciamiento entre traviesas (cm). Leq: luz ficticia o de cálculo (cm). Cortante en una sección sobre traviesa situada a una distancia x de la carga. (1.23). Figura 10 Cortante en una sección sobre traviesa situada a una distancia x de la carga..

(28) Dónde: ηi: ordenada de la Línea de Influencia del cortante, se puede interpretar como la influencia de la carga i en la traviesa j. X: distancia de la traviesa analizada a la carga aplicada.. (1.24). Figura 11 Cortante debido a un sistema de cargas. 1.9 Momento máximo actuante en la traviesa. La traviesa está sometida a una serie de esfuerzos verticales y horizontales cuyas características y repartos se han resumido en los epígrafes anteriores. El problema diferencial de la traviesa de hormigón es el dimensional, que puede estudiarse para resistir los momentos flectores en la mejor manera posible. Los factores que afectan la magnitud y distribución de los momentos flectores son:      . Cortante dinámico, que es la carga que le transmite el carril. Longitud de la traviesa. Luz central, donde no existe contacto con el balasto Ancho de la traviesa, cuando no es constante en toda la longitud Flexibilidad de la sección de la traviesa. Coeficiente de balasto de asiento. La traviesa es una viga apoyada en parte o toda su extensión en el balasto, esta viga está sometida a dos fuerzas verticales simétricas respecto a su centro, que son las cargas que transmiten los carriles y la reacción del terreno. Por tanto, la ley de los momentos flectores, supuesto ancho de traviesa constante, pues será la composición de las dos leyes debidas a las cargas puntuales y a la reacción del terreno..

(29) Obtención de la ley de momentos sobre la traviesa. Figura 12 Ley de momentos sobre la traviesa. Figura 13 Ley de momentos sobre la traviesa. 1.9.1 El problema se sitúa entonces en la necesidad de resistir dos momentos flectores de signo contrarios, uno en los dos extremos de la viga y otro en el centro. Este problema se acentúa por la variabilidad de los valores de los momentos con las diferentes condiciones de apoyos de la traviesa con el asiento. Ha sido el momento flector negativo en el centro la preocupación fundamental de los ingenieros. El problema de absorción de este momento es determinante en el dimensionamiento de la traviesa de hormigón. El cálculo de las tensiones por flexión en las traviesas debe considerar su apoyo sobre el balasto. (1.25).

(30) Dónde: MTC – Momento flector en la sección de apoyo del carril. [kN.cm] Qsc – Cortante máximo en el carril. [kN] u – Semilongitud de apoyo de uno de los extremos de la traviesa. [cm] d – Ancho del apoyo del carril sobre la traviesa. [cm]. Figura 14 Tensiones sobre el balasto. Cuando la traviesa apoya en el centro, no se ha definido aún la ley de distribución de las cargas en el balasto y cada administración ferroviaria ha adoptado expresiones sobre la base de sus experiencias empíricas. Para determinar el momento flector en la sección central de la traviesa resulta sencilla la expresión: (1.26). Dónde: MTCENTRAL – Momento flector en la sección central de la traviesa. [kN.cm] MTC – Momento flector máximo en la sección bajo el carril. [kN.cm] (EI)CENTRAL – Rigidez de la traviesa en la sección central..

(31) (EI)BC – Rigidez de la traviesa en la sección que coincide con el eje del carril. 1.9.2 Esquema de cálculo Las diferentes formas de aplicación de las cargas sobre la traviesa y las condiciones de apoyo sobre el balasto son prácticamente imposibles de modelar, por lo que se hace necesario tomar esquemas de cálculo sencillos que reflejen con precisión las formas de trabajo más comunes y críticas de las traviesas; teniendo en cuenta los diferentes factores actuantes en las vías y que al mismo tiempo fuesen suficientes para los cálculos a realizar. Se ha demostrado que las traviesas trabajan fundamentalmente como vigas apoyadas sobre base elástica. Este método de cálculo utilizando el coeficiente de balasto (c) no refleja totalmente todos los fenómenos que ocurren al apoyar la estructura sobre la base. Para aquellas estructuras donde la influencia de tales imprecisiones no es importante, este método es virtud de sus grandes ventajas de cálculo obtuvo un uso extendido. En particular el método se usa ampliamente al calcular la superestructura de la vía, entre ellas la traviesa, los bloques de hormigón de la base del carril de diferentes tipos. Experimentos realizados mostraron las coincidencias suficientemente satisfactorias de las tensiones y las deformaciones de las traviesas de hormigón determinadas por cálculos a partir de este método y las directamente medidas en la vía. Utilizando esto se puede calcular la rigidez de las traviesas, las propiedades elásticas del balasto y con más precisión determinar el valor de los momentos de cálculo y así obtener una estructura de traviesas más económica. En el periodo inicial de trabajo de la traviesa después de su colocación en la vía o después de una reparación con levante y calzado. En este periodo el centro de la traviesa no se apoya en su totalidad sobre el balasto o su apoyo es muy débil, esto está condicionado en que al colocarse las traviesas para disminuir los momentos flectores negativos de la parte central de la traviesa se utilizan diferentes medidas constructivas. Con mayor frecuencia la superficie de la capa de balasto se planifica con una depresión en el eje de la vía. Si en la acción bajo el carril el valor del momento positivo varía de forma insignificante, en la sección central con el aumento de la longitud del centro de la traviesa libre de apoyo el momento flector de negativo pasa a ser positivo. Para longitudes del centro libre de apoyo de 60 a 80 cm en la sección central puede surgir tal momento positivo que no está calculado para esta área. Cuando se rectifica la vía con calzadores, el calzado de las traviesas se realiza solo en las partes bajo el carril lo que en gran medida elimina o disminuye en un periodo de tiempo el apoyo en el centro de la traviesa sobre el balasto. Este mismo fenómeno se observa después de la rectificación de la vía con relleno de balasto. El más cómodo para la realización de los cálculos es la uniformidad de la traviesa sobre el balasto en toda su longitud con un coeficiente de balasto constante. Este apoyo de las traviesas realmente existe en su trabajo en la vía y se justifica satisfactoriamente por la coincidencia de los resultados de los experimentos con los datos de cálculo..

(32) En el proceso de explotación se observa un debilitamiento de la densidad del calzado del balasto en los extremos de la traviesa y la sacudida de los mismos, este fenómeno puede ser calculado en el cálculo de la traviesa al introducirse un rectificador del coeficiente de balasto en los que se multiplica el valor del momento. Tales coeficientes en su primera aproximación pueden ser tomados iguales: para la sección bajo el carril el valor es de 0,9 y para el centro de la traviesa igual a 1,2. De esta forma para el cálculo de las traviesas como una viga sobre base elástica se utilizan dos esquemas de apoyo sobre el balasto, los cuales son:  . Apoyo uniforme en toda su longitud con coeficiente de balasto constante. Apoyo en las partes bajo el carril, libre de apoyo en la parte central.. Para el cálculo de las variaciones de las secciones a lo largo de la traviesa, así como la variación de la densidad del balasto, condicionalmente se divide el durmiente en tramos separados y en cada uno de ellos se utilizan dimensiones promedio de la sección y características elásticas del balasto. La experiencia desarrollada en pruebas realizadas ha llevado a la simplificación de que las traviesas de hormigón se dividan en tres secciones de cálculo, dos iguales bajo el carril y uno en el centro para su análisis. La sección transversal de la traviesa en los tramos bajo el carril se toma constante con igual sección en el centro del área bajo el carril, en el tramo central se toma igual al del centro de la traviesa. El coeficiente de balasto en los límites de cada tramo se utiliza de forma constante, para el tramo medio puede ser así como para el tramo bajo el carril. Aunque en la vía con frecuencia hay diferencias en los valores de las propiedades del balasto bajo los diferentes extremos de la traviesa, en los cálculos esta diferencia no tiene gran importancia y por eso la distribución del balasto bajo la traviesa y sus propiedades elásticas se toman simétricas con relación al centro de la traviesa. La variación de las condiciones de apoyo de la traviesa sobre el balasto en el proceso de explotación se tiene en cuenta seleccionando los diferentes esquemas de cálculo mostrados en Condiciones de apoyo de las traviesas sobre el balasto. (a) Sin apoyo en el centro con coeficiente de balasto constante. (b) Apoyadas en toda su longitud con coeficiente de balasto variable por tramos. (c) Apoyadas en toda su longitud con coeficiente de balasto constante. (d) Sin apoyar las esquinas con coeficiente de balasto constante..

(33) Figura 15 Esquema de cálculo sobre las formas de actuar las cargas sobre la traviesa.

(34) 1.10 Estados Límites Últimos de Momento Flector, Cortante y Aplastamiento en las traviesas pretensadas.. Una vez dimensionada la sección y calculado el refuerzo activo, se requiere revisar los Estados Límites Últimos. Las bases para realizar este proceso procuran la seguridad durante el cálculo estructural a partir de tres vías fundamentales:. a) Reconocer las cargas o sus efectos sobre la estructura con sus valores mayorados, afectando sus valores característicos (𝑆𝑘𝑖 ) por los respectivos coeficientes de mayoración b) (𝛾𝑠𝑖 ) , a partir de identificarse la combinación pésima de las acciones: 𝑆𝑢 = Ʃ𝛾𝑠𝑖 ∙ 𝑆𝑘𝑖 (1.27). b) Considerar en los cálculos de la capacidad resistente nominal de la sección 𝑆𝑛 , la resistencia especificada (característica) de los materiales: 𝑓′𝑐 (para el hormigón), 𝑓𝑝𝑢 (resistencia especificada a la tracción del acero de preesfuerzo), 𝑓𝑝𝑦 (resistencia especificada a la fluencia del acero de preesfuerzo) y 𝑓𝑦𝑡 (resistencia especificada a la fluencia 𝑓𝑦 del refuerzo transversal). c) Reducir la capacidad resistente nominal de la sección mediante el coeficiente reductor Φ, de manera que se satisfaga la condición: 𝑆𝑢 ≤ 𝛷𝑆𝑛. 1.10.1 Estados Límites Últimos de Momento Flector. En el caso de secciones pretensadas mientras no se alcanza la carga de fisuración, generalmente superior a las cargas de servicio, el equilibrio interno se consigue mediante el desplazamiento del centro de presión, permaneciendo prácticamente constante tanto la magnitud de la fuerza en compresión sobre el hormigón, como la fuerza en tracción del acero pretensado. Esta situación se modifica sensiblemente una vez que el hormigón fisure puesto que la carga que este material resistía hasta ese instante, se transfiere inmediatamente al acero que experimenta un incremento súbito de su tensión. A partir de este momento la respuesta de la sección frente a incrementos sucesivos de la carga, y hasta alcanzar el estado límite último, es sensiblemente igual al de las vigas de hormigón armado. Ya la fuerza en compresión del hormigón no puede continuar desplazándose indefinidamente y su posición varía muy poco, lo que obliga a que deba aumentar su magnitud a partir del incremento de su tensión de trabajo. Lo mismo sucede con el acero, su posición no se puede modificar, y el aumento que demanda el equilibrio a su fuerza en tracción se tiene que lograr a partir del crecimiento de la tensión. La cualidad del fallo, ya sea frágil o dúctil, dependerá de la cuantía de refuerzo que se haya dispuesto..

(35) Figura 16 Esquema deformacional y de esfuerzos de la traviesa italiana en la sección bajo carril. La anterior descripción permite asegurar que el tratamiento del estado límite último a flexión de un elemento pretensado no se aparta de lo tratado ya para el caso de vigas de hormigón armado, y lo singular se relaciona con los siguientes aspectos:. a). b). A diferencia del hormigón armado, en el que el acero no presenta deformación alguna mientras el elemento no esté sometido a carga (acero pasivo), en elementos pretensados, aun en esta situación, ya el acero presenta una deformación previa (𝜉𝑝𝑒 ) a causa del estiramiento al que fue sometido inicialmente (acero activo). El acero que se emplea en pretensado presenta una curva tensión-deformación diferente a la de los aceros ordinarios que se utilizan como refuerzo en hormigón armado. El pretensado requiere aceros de alto límite elástico que no presentan un límite de fluencia evidente y que se acompañan, en general, de una menor ductilidad.. 1.10.2 Estados Límites Últimos de Cortante. El pretensado propicia economía importante en el refuerzo transversal al ofrecer la posibilidad de reducir el alma de las vigas y a la vez el número de estribos, y esto es posible a causa de tres elementos esenciales: a) Las fuerzas en vacío de los tendones con excentricidad variable pueden llegar a reducir de forma apreciable las cargas resultantes que actúan sobre la viga..

(36) Figura 17 Análisis en Servicio de la tracción diagonal en el Hormigón Armado y en el Hormigón Pretensado.. b) La compresión resultante sobre el hormigón reduce el valor de las isostáticas de tracción y por tanto aumenta la resistencia a cortante de este material, en consecuencia, se reduce el número de estribos.. Figura 18 Efecto del tendón sobre la carga exterior.. c). El empleo de perfiles curvos incrementa la resistencia a la fisuración por cortante del alma..

(37) Figura 19 Efecto reductor de la componente vertical de la fuerza de pretensado.. Se considera que, a causa de estos tres factores, se llegan a tener reducciones frecuentes del orden del 10% de los esfuerzos en relación a las vigas de hormigón armado.. La base de cálculo para comprobar el estado límite de Cortante y decidir si se requiere o no refuerzo transversal (en el caso de vigas fundamentalmente), parte de garantizar el cumplimiento de la siguiente condición: 𝑉𝑢 ≤ 𝛷𝑉𝑛. (1.28). Siendo: 𝑉𝑢 : Cortante resultante mayorado que actúa en la sección que se analiza 𝑉𝑛 : Cortante resistente característico en dicha sección 𝛷 = 0,75 : Coeficiente reductor de la capacidad resistente característica. 1.10.3 Estados Límites Últimos de Aplastamiento. La resistencia de diseño al aplastamiento del concreto no debe exceder 𝛷(0.85𝑓 ′ 𝑐 𝐴1 ) (1.29) excepto cuando la superficie de soporte sea más ancha en todos los lados que el área cargada, en cuyo caso, se permite que la resistencia de diseño al aplastamiento en el área cargada sea multiplicada por √(𝐴2 /𝐴1 ), pero no más que Siendo: 𝐴1 : Área cargada 𝐴2 : Superficie de soporte 𝛷 = 0.7 : Coeficiente reductor de la capacidad resistente característica.

(38) Figura 20 Aplicación de la pirámide para determinar A2.. 1.11 Pruebas en la EIIF Prueba de momento flexionante (Derecha e Izquierda) Se ejecutará en cada riel, con el durmiente apoyado y cargado con una carga sostenida de 12.5t. Esta carga se mantendrá por no menos de 3 minutos, durante los cuales se hará una inspección para determinar si ocurre agrietamiento estructural, después de este tiempo se descargará la prensa de prueba, si no hay grieta entonces esta cumple para llevarla a la producción. Prueba de momento flexionante en el centro Se ejecutará en cada riel, con el durmiente apoyado y cargado con una carga sostenida de 9t. Esta carga se mantendrá por no menos de 3 minutos, durante los cuales se hará una inspección para determinar si ocurre agrietamiento estructural, después de este tiempo se descargará la prensa de prueba, si no hay grieta entonces esta cumple para llevarla a la producción.. Figura 21 Relojes de desarrollo de la carga. Figura 22 Colocación de la traviesa para las pruebas de carga.

(39) 1.11.1 Resistencia a Compresión. De cada lote se toma un (3) durmiente al cual se lo someterá al ensayo de flexión estática. El durmiente debe ensayarse a las 24 horas de su fabricación. Se somete a una carga de 350kg/cm2 El durmiente debe ensayarse a los 7 días de su fabricación. Se somete a una carga de 425kg/cm2 El durmiente debe ensayarse a los 28 días de su fabricación. Se somete a una carga de 500kg/cm. 1.12 Pruebas de carga realizadas en Argentina. 1.12.1 Ensayo de flexión estática De cada lote se tomará un (1) durmiente al cual se lo someterá al ensayo deflexión estática. El durmiente deberá ensayarse a los 28 días de su fabricación.. 1.12.2 Ensayo de flexión estática. Verificación de las cargas de fisuración: En casa caso se incrementa el valor de la carga aplicada con velocidad no mayor de 1 t/min hasta llegar a 20t. Durante el ensayo se verifica la presencia de fisuras mediante la aplicación de una capa de cal y observación con instrumento óptico de 20 aumentos. El punto de aplicación de las cargas debe coincidir con el eje longitudinal del riel Se considera como fisura aquélla que tenga un ancho mínimo de 0,1 mm y longitud mínima de 15 mm. Para la determinación de la carga de fisuración se registra la carga para la cual se verifica la presencia de fisuras.. 1.12.3 Resistencia a la compresión. Se sigue el método establecido en la Norma IRAM 1546. Se deben consignar los valores individuales determinados y el promedio de los realizados en tres ensayos..

(40) Determinación de la carga de fisuración: Se realizará esta determinación en un durmiente (1) a los 28 días de su fabricación por cada (10) diez lotes. Verificación de los momentos flectores de fisuración: A los efectos de la aprobación del prototipo se realizará este ensayo en nueve (9) durmientes, a los 28 días de su fabricación y curado en forma similar a lo establecido para la fabricación en serie.. 1.13 Pruebas de carga realizadas en México. Prueba de momento flexionante positivo sobre el asiento del riel Se ejecutará en cada riel, con el durmiente apoyado y cargado con una carga aumentando a un promedio no mayor de 2.27 toneladas por minuto, se aplicará hasta que la carga (P) de 21.42 toneladas produzca un momento positivo en el asiento del riel de 253.5 toneladas–centímetro. Esta carga se mantendrá por no menos de 3 minutos, durante los cuales se hará una inspección para determinar si ocurre agrietamiento estructural, después de este tiempo se descargará la prensa de prueba. Una lupa de 10 aumentos, podrá usarse para localizar grietas. Si no se presenta ninguna grieta o fisura, los requisitos de esta prueba se habrán cumplido. Prueba de momento flexionante negativo sobre el asiento del riel Se efectuará en cada asiento del riel con el durmiente apoyado y cargado como se muestra en la figura 2 del anexo No. 3, una carga aumentando a un promedio no mayor de 2.27 toneladas por minuto, se aplicará hasta que la carga (P) de 12.17 toneladas, produzca un momento negativo en el asiento del riel de 132.5 toneladas– centímetro. Esta carga se mantendrá por no menos de 3 minutos, durante los cuales se hará una inspección para determinar si ocurre agrietamiento estructural, después de este tiempo se descargará la prensa de prueba. Una lupa de 10 aumentos, podrá usarse para localizar grietas. Si no se presenta ninguna prueba los requisitos de esta prueba de se habrá cumplido.. Prueba de momento flexionante positivo en el centro del riel Con el durmiente apoyado y cargado con una carga aumentando a un promedio no mayor de 2.27 toneladas por minuto se aplicará hasta que una carga de 2.95 toneladas, produzca un momento de 103.7 toneladas–centímetro. Esta carga se mantendrá por no menos de 3 minutos, durante los cuales se hará una inspección para determinar si ocurre agrietamiento, después de ese tiempo se descargará la prensa de prueba, si no ocurre agrietamiento estructural se cumple..

(41) Prueba de momento flexionante negativo en el centro del riel Con el durmiente apoyado y cargado con una carga aumentando a un promedio no mayor de 2.27 toneladas por minuto hasta que una carga de 7.42 toneladas, produzca un momento negativo de 253.5 toneladas–centímetro. En los durmientes con ancho constante en la superficie de apoyo esta carga se mantendrá por no menos de 3 minutos. Durante los cuales se hará una inspección para determinar si ocurre agrietamiento estructural. Después de este tiempo se descargará la prensa de prueba. Si no ocurre agrietamiento estructural los requisitos de esta prueba se habrán cumplido. Para el caso de durmientes con ancho variable en la superficie de apoyo con reducción hacia el centro, se aplicará una disminución del 10% en el momento negativo, por lo que el valor de la carga será de 6.68 toneladas para que produzca un momento negativo de 228.15 toneladas–centímetro. 1.14 Cálculo de la cantidad de traviesas a realizar las pruebas de carga.. 𝑵 = 𝑻∞ × 𝑽𝟐 ÷ 𝜷𝟐. (1.29). N Tamaño de la muestra. T∞ Probabilidad Estadística. V2 Variabilidad del Hormigón. β2 Precisión de la Prensa. 1.14.1 Prueba de Hipótesis Durante los ensayos realizados a la traviesas monobloque de hormigón pretensado de la tecnología italiana en la EIIF,se tomaron 24 muestras ya que al escoger un método estadístico cuantitativo siendo este el más conveniente ya que el otro método es de tipo cualitativo y la variable a analizar estadísticamente es numérica ,se trabajó con una probabilidad estadística de un 95%, una variabilidad del hormigón del 15% y una precisión de la prensa de un 97%,aumentado las cargas hasta llegar a la fisuración ,logrando una representatividad en las mismas ya que los ensayos fueron realizados con diferentes lotes ,edades(7,14, 21 y 28 dias ) y resistencias respectivamente..

(42) A continuación, se ve cómo se coloca el defómetro para medir deformación en el asiento del riel y en el centro respectivamente, al igual que la primera fisura de las traviesas.. Figura 23 Fisura de una traviesa. Figura 24 Colocación del defómetro.

(43) 1.15 Conclusiones. En la Empresa Industrial De Instalaciones Fijas no tiene a ciencia cierta cuál es la capacidad máxima de las durmientes producidas en la entidad por lo que las mismas son cargadas con el peso mínimo y si cumple ya se establece en el lote como lista para la producción.. En Argentina se aplica una carga de 1 t/min hasta llegar a 20t y se toma como fisura aquella que tiene un ancho de 0.1mm y 15mm de longitud; mientras que en Cuba no se toma como patrón la fisuración, simplemente se aplica la carga normada en dependencia de la sección a ensayar (bajo carril o centro de la traviesa) y como respuesta se toma la falla o no de las traviesas.. En México se realizan pruebas de momento flexionante positivo y negativo tanto para el asiento de riel como para el centro, llegando hasta la carga de rotura de las traviesas. En Cuba solamente se ensayan las traviesas según las solicitaciones críticas en el centro (momento negativo) y bajo carril (momento positivo), imposibilitando el análisis del comportamiento de los durmientes ante otras posibles situaciones de carga.. El método estadístico cuantitativo es el más conveniente ya que el otro método es de tipo cualitativo y la variable a analizar estadísticamente es numérica , se tuvo en cuenta una probabilidad estadística de un 95%, una variabilidad del hormigón del 15% y una precisión de la prensa de un 97%,aumentado las cargas hasta llegar a la fisuración ,logrando una representatividad en las mismas ya que los ensayos fueron realizados con diferentes lotes, edades(7,14, 21 y 28 dias ) y resistencias respectivamente..

(44) Capítulo 2 -Análisis Estadístico de las pruebas de carga realizadas en la Empresa Industrial de Instalaciones Fijas. 2.1 Resumen  Se realiza un análisis estadístico de las pruebas de carga en la EIIF.  Se diseña un experimento con el fin de hacer una curva de carga con respecto a deformación.  Se conocerá la manera de obtener el tamaño de la muestra a experimentar. Las traviesas italianas presentan una sección trapezoidal variable a lo largo de su longitud, destacándose dos secciones: bajo carril, con mayor peralto y base debido a las cargas tangenciales a las que se ve sometida, y la zona central, con menores dimensiones buscando ahorrar material, como se observa en la figura 2.1. Traviesa Italiana. Figura 2.1 Traviesa italiana.

(45) 2.2 - Propiedades del hormigón empleado en la fabricación de las traviesas mediante la tecnología italiana:  . Resistencia característica del hormigón a compresión: 𝑓´𝑐 = 50 MPa Resistencia a la compresión del hormigón en el momento de transferir el tesado inicial.: 𝑓´𝑐𝑖 = 40 MPa Propiedades del acero empleado en la fabricación de las traviesas con tecnología italiana:. . Módulo de elasticidad del acero de alto límite elástico 𝐸𝑝 = 1,97 ∙ 105 𝑀𝑃𝑎. . Resistencia máxima a tracción del acero pretensado: 𝑓𝑝𝑢 = 1570 𝑀𝑃𝑎. . Resistencia especificada a la fluencia del acero pretensado: 𝑓𝑝𝑦 = 1375 𝑀𝑃𝑎. . Diámetro de la barra de acero pretensado: 𝑑𝑏 = 9,5 𝑚𝑚. 2.3 Procedimientos y características tecnológicas en la producción de durmientes de hormigón pretensado en la EIIF A continuación, se muestran los principales procedimientos y características técnicas en la fabricación de las traviesas de hormigón pretensado en las dos líneas de producción de la EIIF basado en las inspecciones realizadas a dicha entidad y en los documentos e instrucciones en base a los que allí se trabaja. La producción se encuentra totalmente mecanizada, garantizando una de las principales ventajas de la prefabricación: el ahorro del recurso tiempo. Los trabajos se encuentran expuestos en un orden lógico secuencial. Esta línea de producción consta de una tecnología de producción completamente automatizada que se adquirió a través de la compañía italiana OLMI Durmiente Tecnología Alfa Laval como parte de un proceso de modernización de la producción que emprendió la EIIF tras la necesidad imperante en el país de una mayor producción de durmientes dado por la creciente demanda de los mismos en la reparación y construcción de nuevas obras. En esta línea se producen alrededor de 500 durmientes diarios. A continuación, se describen los principales trabajos que allí se realizan en la producción. 2.3.1Limpieza y Engrase del Molde 1- Los moldes que presentan deterioros mecánicos que afecten a la calidad de los durmientes son retirados de la producción y enviados a reparar. 2- El molde se cubre de una fina capa homogénea de emulsión desencofrante (de la Marca SIL-DH-25 o similar), la cual es rociada a presión mediante la máquina emulsionadora, la misma trabaja herméticamente rociando a presión el molde y el líquido desencofrante que queda disperso es retirado mediante extractores, evitando así la acumulación de disolución en la superficie del molde, especialmente en el fondo del mismo..

(46) Figura 2.2 Máquina emulsionadora.. 2.3.2 Colocación de los dispositivos de vaciado en el molde. 1-Los tornillos de sujeción se colocan en la zona del fondo del molde según disposición de los agujeros en el mismo una vez colocados los dispositivos de vaciado. 2- Los dispositivos de vaciado deben quedar bien apretados y en posición vertical. 3- No se colocan dispositivos de vaciado que presenten defectos tecnológicos o que muestren contaminación con grasas o similares.. Figura 2.3 a. Dispositivos de vaciado de la Línea de Producción # 1. b. Colocación de los dispositivos de vaciado.. 2.3.3 Preparación y colocación de los grupos de aceros en el molde 1- Se ubican manualmente las barras en la máquina que las traslada y coloca a su posición en el molde. 2- Se colocan las piezas de plástico (campanas) en los aceros para evitar que el hormigón pase a los tirantes del molde o la rosca de las barras.. Figura 2.4 Aceros situados correctamente para su posterior colocación en el molde..