.
TRANSPORTE IV
Apuntes de
FERROCARRILES
Teoría y Práctica
-
2012 -
.
FERROCARRILES
TRANSPORTE: Se define como transporte, todo lo relacionado con el traslado de personas, mercaderías o cosas de un sitio a otro.-
Los elementos que intervienen en el transporte pueden agruparse en la siguiente clasificación:
-- El vehículo
-- La infraestructura
-- Las construcciones complementarias y auxiliares -- La logística y técnica operativa
-- El análisis económico y estrategia regional
El vehículo es el elemento, sitio o medio donde se ubican los pasajeros y las cargas a transportar, trasladándose conjuntamente.-
La infraestructura es el elemento, sobre o dentro del cual tiene lugar el desplazamiento del vehículo.-
Las construcciones auxiliares son las que complementan el servicio, permitiendo entre otros el ascenso y descenso de los pasajeros, la carga y descarga de las mercaderías o cosas, el mantenimiento y alistamiento de los vehículos, los talleres de reparación, las oficinas de trámites administrativos: venta de pasajes, despachos de las mercaderías, etc..-
La técnica operativa, es todo lo relacionado con la programación y diagramación de los vehículos en función de la demanda, de las características de los mismos y de la infraestructura. Optimizando su uso y empleo.-
El análisis económico, indudablemente trata lo relativo a la inversión necesaria (estructura y equipos), los gastos de explotación, la determinación del costo de la unidad de transporte y el flete a fijar.-
El transporte, en general puede ser realizado por los siguientes
Por tierra: tiene lugar sobre su superficie, siguiendo trazados
preestablecidos; desarrollándose en dos modos: ferrocarril y caminos. El ferrocarril da lugar al transporte ferroviario, utiliza la vía férrea (carriles de acero), sobre los cuales se desplazan vehículos especialmente adaptados (locomotoras, coches y vagones). El camino da lugar al transporte carretero, utilizando como vehículos los automotores (automóvil, camión y ómnibus).-
Por agua: utilizando los cursos de agua (ríos) y los mares; dando
lugar al transporte fluvial y al transporte marítimo; utiliza como vehículo el barco en sus distintas variedades y tamaños.-
Por aire: utilizando vehículos que se sustentan en el aire
desplazándose dentro de la atmósfera (aviones, helicópteros, etc.), siguiendo rutas preestablecidas, fijadas por Organismos competentes, nacionales e internacionales, constituyendo el transporte aéreo.-
Cabe mencionar también la existencia de lo que sería un cuarto medio de transporte, es el que tiene lugar dentro de cañerías o ductos; los cuales se encuentran ubicados sobre la superficie de la tierra o a cierta profundidad, pueden atravesar corrientes de agua y lagos, como así también colocarse sobre lechos marinos de poca profundidad. No emplean vehículos para efectuar el transporte, sino que los elementos se desplazan por su interior impulsados por una diferencia de presión; solamente se utilizan para el traslado de fluidos (líquidos y/o gaseosos), aunque pero en mucha menor escala (distancia), también pueden ser elementos sólidos como los granos.-
TRANSPORTE FERROVIARIO
El transporte ferroviario utiliza como infraestructura la vía o línea ferroviaria, la que se encuentra coronada por dos perfiles de acero colocados en paralelo, sobre los cuales se apoyan las ruedas y se desplazan los vehículos que contienen las personas, mercaderías o cosas a trasladar.-
Hasta el advenimiento del ferrocarril, todo transporte terrestre era de tracción a sangre, el de pasajeros mediante diligencias y el de cargas mediante carretas.-
Por lo tanto el ferrocarril es el primer modo de transporte mecanizado, con un sustancial incremento de pasajeros, cargas y velocidad; dando origen a la revolución del transporte terrestre.-
El ferrocarril tiene lugar como consecuencia de la construcción de la locomotora (vehículo con tracción mecánica propia), la cual a su vez surge a partir de la obtención de la máquina a vapor.-
Después del descubrimiento de que el vapor, producto de la ebullición del agua poseía ENERGIA, hecho observado por Dionisio Papin en 1675, a partir de ello, se inició la búsqueda de su posible aprovechamiento, concretándose la máquina de vapor por parte de Jacobo Watt en 1770, dando comienzo a la Revolución Industrial.-
En el siglo XVIII, los trabajadores de diversas zonas mineras de Europa descubrieron que las vagonetas cargadas se desplazaban con mas facilidad si las ruedas giraban guiadas por un carril metálico. Los dos principios mecánicos, guiado de ruedas y energía mecánica obtenida del vapor de agua, fueron combinados por primera vez el 24 de febrero de 1804 cuando Richard Trevithick logró adaptar la máquina de vapor para que traccionara, desde una locomotora circulando a una velocidad de 8 kph arrastrando vagones cargados con 10 ton de acero y 70 hombres.-
EL 25 de Septiembre de 1825 el inglés George Stephenson, construye una potente locomotora de vapor que fue capaz de arrastrar vagones, cargados de hierro y carbón, junto con otros ocupados por un importante número de viajeros, circulando a una velocidad de aproximadamente 20 kph., (Stockton - Darlington-).-
La primera línea comercial de ferrocarril del mundo se inaugura el 15 de Abril de 1830 en Inglaterra, uniendo las ciudades de Liverpool con
Manchester. En dicha línea ferroviaria la locomotora utilizada para realizar
el transporte era capaz de llegar a la velocidad de 30 kph.-
Se puede decir que a partir de 1830 comienza la era moderna del ferrocarril en el mundo, con la correspondiente incidencia en la economía de los países. El tráfico de viajeros se intensificó de manera sorprendente, y al mismo tiempo se incrementó con rapidez la velocidad del traslado.-
El modo ferroviario cuya primera experiencia como sistema coordinado de transporte multipropósito data del año 1825, con la puesta en servicio de la línea Stockton - Darlington, en el Norte de Inglaterra, tuvo durante el resto del siglo XIX (1800) y la primera mitad del siglo XX (1900), un papel protagónico en el transporte, tanto de cargas como de pasajeros. Sin embargo, como resultado del progresivo desarrollo de los transportes viales y aéreos, a partir años 1940, fue perdiendo la posición predominante dentro de la distribución modal.-
No obstante, durante el último cuarto del siglo XX se ha producido en el mundo, un significativo proceso de revalorización del ferrocarril dentro del concierto del transporte por tierra, como consecuencia de haberse identificado una serie de ventajas que lo caracterizan, a saber:
• Uso racional de la energía, por su menor consumo energético por unidad de transporte.-
• Posibilidad del empleo de fuentes de energía alternativas o renovables, principalmente a través de la tracción eléctrica.-
• Uso racional del espacio, por su menor tasa de ocupación respecto de su capacidad de transporte.-
• Menor impacto ambiental, tanto respecto de las emisiones de gases, efluvios y material particulado, como en la emisión de sonidos.-
Estos factores, así como el desarrollo de nuevos elementos y criterios de evaluación de las externalidades emergentes del uso de cada modo, han determinado que en gran parte del Mundo se han implementado desde hace más de treinta años, agresivas políticas a favor de la reinserción del modo ferroviario a través de gigantescas inversiones en infraestructura y tecnología de material fijo y rodante, que han permitido revertir una tendencia que parecía a todas luces irreversible.-
PROYECTO DE UN TRAZADO FERROVIARIO
Una vez realizado el estudio de factibilidad, y comprobada la necesidad o conveniencia de unir los sitios A y B mediante una línea férrea, el proyectista deberá proceder a confeccionar el proyecto del trazado de la misma.-
En primera instancia podría pensarse, que el trazado se define como la unión de los puntos extremos A y B mediante una línea recta.
Este sería sin duda el trazado ideal, ya que su longitud coincide con la menor distancia entre A y B y al no haber ningún cambio de dirección, no hay necesidad de alineamientos curvos.-
Pero en la realidad este trazado tiene muy poca probabilidad de concreción. Ya que aunque se trate de una zona de llanuras, siempre existen obstáculos que lo impiden y sitios o puntos de paso obligados que lo condicionan.-
Los sitios o puntos de paso son: poblaciones, plantas de almacenaje de granos, instalaciones industriales, yacimientos mineros, etc. que se encuentran intermedios y dentro de la zona de influencia de la línea a construir.-
Los obstáculos pueden ser de dos tipos: naturales y debidos a obras anteriores ejecutadas por el hombre.-
Los obstáculos naturales comprenden los cursos de agua, lagos, lagunas, cañadas, bañados, montañas, sierras, ondulaciones, etc..-
Los debidos al hombre son: caminos, otras líneas ferroviarias, torres de alta tensión, embalses, canales, construcciones varias, etc..-
Estos obstáculos y puntos de paso, cambian el trazado constituido por un solo alineamiento recto, por otro que está constituido por una sucesión de alineamientos rectos de distintas direcciones, unidos entre sí por medio de alineamientos curvos (curvas).-
Por lo tanto se puede definir el trazado de una línea férrea, al igual que el trazado de un camino, como: una sucesión de alineamientos rectos, de distintas direcciones, unidos entre sí por medio de curvas, que partiendo de un sitio origen A conducen al sitio destino B.-
Todo trazado queda definido por sus proyecciones sobre dos planos: uno horizontal y otro vertical.-
La proyección del trazado sobre el plano horizontal, recibe el
nombre de TRAZA. En ella se observan las direcciones y longitud que posee cada alineamiento recto, los puntos en que empiezan y terminan cada recta y cada enlace curvo, la ubicación de los distintos sitios por lo que pasará el trazado y las adyacencias del mismo.-
La proyección del trazado sobre el plano vertical, recibe el nombre de PERFIL. El perfil es la línea que une las distintas alturas o cotas correspondientes al eje del trazado. Es una sucesión de líneas horizontales e inclinadas unidas por medio de curvas verticales.-
Los sectores en horizontal indican los tramos en los cuales el trazado tiene altura o cota constante, mientras que los inclinados corresponden a los tramos en desnivel (rampas y pendientes).-
La designación de rampas se aplica cuando el sentido de circulación en el tramo es en subida y la designación de pendientes, cuando el sentido de circulación en el tramo es en bajada.-
Las rampas y las pendientes se expresan en los caminos en por ciento (%), mientras que en el trazado ferroviario en por mil (%o ) . Ello se
debe a que los valores adoptados en el ferrocarril son en general considerablemente mas bajos.-
Las influencias de las rampas en los trazados, tanto ferroviarios como viales son negativas. Pero especialmente en el ferroviario sus efectos son considerablemente mas importantes, razón por la cual se trata de mantenerlos dentro de valores mínimos posibles.-
Veamos a continuación cual es el motivo por el cual las rampas son tan importantes en el proyecto de un trazado ferroviario:
Todo vehículo para moverse o desplazarse, necesita la aplicación de una fuerza en el sentido del movimiento, la que recibe el nombre de fuerza
tractiva.-
En un trazado horizontal y en línea recta, la fuerza de tracción es la necesaria para vencer las resistencias que se oponen al movimiento, siendo todas ellas originadas en rozamientos.-
Estos rozamientos tienen origen en los contactos entre las partes fijas y móviles de los vehículos (ejes, cojinetes, etc.), en la rodadura de las ruedas sobre la superficie de desplazamiento (rieles) y en el rozamiento con el aire.-
En el caso del transporte ferroviario, el movimiento de una carga en esta situación (línea recta y horizontal) a una velocidad de hasta 40 k.p.h., hace necesaria la aplicación de una fuerza tractiva de aproximadamente 3 Kg por cada tonelada de peso, mientras que para mover una tonelada en camión la fuerza necesaria es aproximadamente entre 25 y 30 Kg .-
Esta diferencia se debe fundamentalmente a la incidencia del rozamiento por rodadura . La resistencia por rodadura entre una llanta de acero sobre una superficie también de acero, es muy inferior a la producida por una rueda neumática sobre un pavimento.-
ferrocarril automotor
Aquí se pone de manifiesto la ventaja del transporte ferroviario respecto al automotor cuando se trata de trazados con rampas y pendientes suaves o pequeñas.-
Pero cuando el trazado se encuentra con rampas importantes. La fuerza tractiva necesaria para desplazar la misma carga varía considerablemente, afectando en modo particular al ferrocarril y modificando significativamente la relación entre ambos modos de transporte como veremos a continuación.-
Ferrocarril Automotor Para P = 1 Ton F (Kg)
Rampa Rz Pt F Rz Pt F Relación 0 %o 3 -- 3 27 -- 27 1 : 9 Rz en Kg 5 %o 3 5 8 27 5 32 1 : 4 Pt en Kg 10 %o 3 10 13 27 10 37 1 : 2,8 F en Kg 15 %o 3 15 18 27 15 42 1 : 2,3 20 %o 3 20 23 27 20 47 1 : 2
Para velocidades de 40 kph la fuerza tractiva útil de una locomotora media es de aproximadamente 13.230 Kg, y la de un camión de 1.350 Kg . Siendo el tonelaje posible de remolque el siguiente:
Ferrocarril Camión Rampa Toneladas Nº vagones % Toneladas %
0 %o 4.410 63 100 50 100
5 %o 1.654 24 38 42 83
10 %o 1.018 15 23 36 73
15 %o 735 11 17 32 65
20 %o 576 8 13 29 56
Como puede observarse la ventaja del Ferrocarril respecto al Automotor en horizontal es de 9 a 1 , o sea que para el movimiento de una tonelada el camión necesita nueve veces mas energía que el ferrocarril; o también podría decirse que con la misma cantidad de energía, el tren puede remolcar nueve veces mas tonelaje de cargas que el camión.-
Pero frente a la existencia de una rampa esta ventaja disminuye rápidamente, como puede observarse en la tabla anterior: así en una rampa del 5 %o , la relación es de 4 a 1 .-
De acuerdo a su topografía, el terreno condiciona los valores de la rampa determinante (máxima) a adoptar por el proyectista, pues lógicamente toda construcción de vía debe encuadrarse en un costo razonable.-
FUERZA TRACTIVA P/1ton 0 10 20 30 40 50 0 5 10 15 20 RAMPA %o Kg / ton FERROCARRIL AUTOMOTOR
TONELAJE REMOLCADO POR UNA LOC.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 5 10 15 20 RAMPAS %o TONELADAS TONELAJE
VAGONES CARGADOS REMOLCADOS POR UNA LOC.
0 10 20 30 40 50 60 70 0 5 10 15 20 RAMPAS %o VAGONES VAGONES
Así tenemos la siguiente clasificación según los valores de las rampas determinantes:
Hasta el 5 %o Ferrocarriles de llanura
Entre el 5 %o y el 10 %o Ferroc. de terrenos ondulados Entre el 10 %o y el 15 %o Ferroc. de terrenos accidentados Mas del 15 %o Ferrocarriles de montaña
En general se trata de no superar el 25 %o . Cuando se hace necesario superar el 30 %o generalmente se recurre a la colocación de
cremalleras.-
TRABAJO DEL PROYECTISTA
Para que el o los proyectistas de un trazado ferroviario puedan realizar su tarea, necesitan contar con los siguientes elementos:
Acopio de información:
- Relevamiento de la topografía de la zona afectada - Relevamiento de tipos de suelos
- Régimen pluvial e hidrológico
- Obras en estudio y/o proyectos dentro de la zona de influencia
Fijación de parámetros básicos: - Rampa determinante ( id ) - Trocha ( t )
El relevamiento plani-altimétrico de la zona afectada puede
provenir de un estudio anterior, o bien recurriéndose a las planchas confeccionadas por el Instituto Geográfico Militar (I.G.M.), a las cuales deberá agregársele todas las obras efectuadas por el hombre con posterioridad a su confección; relevamientos aerofotogramétricos. etc.-
Así también, es muy conveniente agregar un estudio de los suelos de la zona, precipitaciones y escurrimiento natural de las lluvias, deshielos, etc.-
La rampa determinante: se define, como el mayor valor de
rampas y pendientes que el proyectista puede emplear en la confección del trazado. Su fijación se adopta en función de la topografía, ver la clasificación de tipos de ferrocarriles (llanura, ondulados, accidentados, montaña) y de un análisis económico (tema que se desarrollará mas adelante).-
Trocha: Se define con el nombre de trocha de una vía, a la
distancia entre las caras internas de los hongos de los rieles, tomadas en sentido normal al eje de la vía.
La elección de la trocha para la construcción de una vía está condicionada a:
Si la nueva línea está vinculada a otras existentes; se deberá adoptar la trocha de estas.-
Si es una línea independiente, podrá adoptarse la que resulte mas conveniente en función de las características topográficas del terreno; del tipo de tracción elegida y de la particularidad de la demanda.-
En general para los sistemas ferroviarios convencionales, es conveniente que estos tengan una trocha unificada. Aún para los casos de líneas independientes.-
En la Republica Argentina, uno de los problemas de integración ferroviaria lo constituye las diferentes trochas existentes. Así tenemos que el
60 % del total de la red, fue implementada con una trocha de 1,676 metros
(5’ 6”), denominada trocha ancha; el 8 % con trocha de 1,435 metros (4’ 8,5”) llamada trocha media; el 31 % con trocha de 1,000 metros
designada como trocha angosta, y el restante 1 % corresponde a trochas de 0,750 metros o menores denominadas trocha económica.-
Esta situación, generada por las distintas empresas originarias de los ferrocarriles y el mismo Estado Nacional y Provinciales, que construyeron las distintas líneas férreas del país para satisfacer sus propias conveniencias y sin una planificación de carácter general, ha motivado uno de los grandes problemas para el redimensionamiento de la red ferroviaria nacional, en función de la eficiencia y aprovechamiento integral como sistema de transporte económico, ya que en varios casos se observa la superposición de líneas de distintas trochas que sirven las mismas zonas de influencias, como ser el corredor Buenos Aires – Rosario – Córdoba, entre el ex - Mitre de trocha ancha y el ex - Belgrano de trocha angosta.-
La trocha define el ancho del plano de formación, el gálibo y limita el radio de curva mínimo a utilizar.-
Al definir el ancho del plano de formación, están definidos los anchos de infraestructura y superestructura de la vía. El gálibo a su vez define la sección libre que deben tener las obras de arte y obras complementarias de modo que compatibilicen la sección mínima de estas (puentes, túneles, viaductos, etc.), con la máxima sección transversal del material rodante.-
En cuanto al radio de curva mínimo a emplear en el trazado de la vía, entre otros factores depende de la trocha adoptada; cuanto menor es la trocha, menor es el radio mínimo que se puede fijar. Esto es particularmente importante en los ferrocarriles de montaña, en los que los radios de curvas grandes son difíciles de implementar, y de costos de construcción de las obras de arte mayores son muy elevados, por lo que generalmente en estos casos se trata de emplear trochas pequeñas.-
Los ferrocarriles argentinos observan las siguientes trochas:
Trocha ancha (1,676 m): Ex – Mitre (F.C. Central Argentino) Ex – San Martín (F.C. Bs.As. al Pacífico) Ex – Sarmiento (F.C. Oeste)
Ex – Roca ( F.C. Sur)
Trocha media ( 1,435 m): Ex – Urquiza (F.C. Mesopotámico)
Radio de curva mínimo:
El valor del radio de curvatura mínimo es muy importante en todo trazado ferroviario. En los vehículos, al desplazarse en una trayectoria curva se induce una fuerza centrífuga que provoca efectos negativos (momento de vuelco, incomodidad del pasajero, desacomodamiento de la carga, excesivo desgaste del riel externo, etc.)
El valor de la fuerza centrífuga es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad de circulación e inversamente proporcional al radio de la curva:
Por consiguiente el radio mínimo a adoptar debe garantizar:
a) - Inscripción correcta del vehículo en la misma b) - Evitar las posibilidades de vuelco
c) - Evitar incomodidades excesivas al pasajero
a) El vehículo ferroviario – como se describe mas adelante – posee
un sistema solidario de eje–ruedas y además, forman un marco rígido (bogies) que si bien permite transportar cargas elevadas, tiene dificultades en las curvas, pues debe inscribirse en forma forzada por fricción con peligro de descarrilamiento, lo que motiva la fijación de un radio mínimo que asegure que esto no se produzca. Este radio mínimo se emplea solamente donde los vehículos se desplazan a muy bajas velocidades – paso de hombre – en los que no existen posibilidades de vuelco ni incomodidad de los pasajeros (playas de maniobras, desvíos de carga, entradas a puertos, empresas, etc.).-
El Reglamento Constructivo de Ferrocarriles Argentinos fija como radios mínimos para inscribirse correctamente los siguientes:
Trocha ancha: 220 a 250 metros Trocha media: 180 metros
Trocha angosta: 120 a 150 metros
b) Determinación del radio mínimo necesario para que el tren
circulando a velocidad en la curva, se encuentre a cubierto de la posibilidad de un vuelco, producido por el momento desestabilizante originado en la fuerza centrífuga, el que a su vez puede ser potenciado por una eventual acción del viento.-
La fuerza centrífuga produce sobre el vehículo y la vía principalmente los siguientes efectos nocivos:
- Peligro de vuelco de los vehículos. La fuerza centrífuga genera un momento de vuelco, que ocasionalmente puede verse incrementado por la acción lateral del viento, poniendo en riesgo la estabilidad del tren. Por ello debe asegurarse un momento estabilizante que supere como mínimo en un 50% el máximo momento de vuelco previsto.-
- Incomodidad a los pasajeros, cuya graduación de acuerdo a su intensidad fluctúa desde leves hasta insoportables. Así también afecta a las cargas en los vagones, las que de acuerdo a sus características pueden sufrir desarreglos y experimentar deterioros y roturas.-
- Presión y desgaste excesivo sobre el riel exterior. Debido a la fuerza centrífuga de carácter constante en la curva, la pestaña de la rueda exterior se halla constantemente en contacto con la cara interior del hongo del riel y por lo tanto sometiéndolo a un desgaste proporcional a su intensidad.-
- Relacionado con el punto anterior, la fuerza centrífuga transmitida por la pestaña y afectada por el coeficiente de rozamiento, genera una resistencia adicional al movimiento que se suma a las resistencias por curvas descriptas oportunamente, y que afecta a la capacidad tractiva de la locomotora.-
c) En cuanto a la determinación del R mínimo en función de la
incomodidad aceptable por los pasajeros, se verá cuando se trate la implementación de peraltes en la curvas.-
EL PERALTE
Cuando la masa de un tren pasa del alineamiento recto a circular en una curva, se induce en ella una fuerza centrífuga, que tiende a desplazarlo hacia fuera, teniendo entre otras consecuencias la concreción de un momento de vuelco, como así también una incomodidad a los pasajeros ya que esta fuerza se encuentra aplicada en el centro de gravedad de los vehículos.-
Para tratar de equilibrar esta fuerza se recurre a lo siguiente: a) elevar el riel exterior, b) deprimir el riel interior, c) elevar el riel exterior y en igual medida deprimir el riel interior. El procedimiento generalmente adoptado es el a) o sea elevar el riel exterior, llamándose a esta elevación PERALTE.-
por las razones expuestas, se impone la necesidad de la neutralización en lo posible de la fuerza centrífuga, cuando esta supere valores molestos.-
Determinación del peralte necesario.
El mismo tiene como objetivo principal, el de disminuir y en lo posible eliminar los efectos negativos que produce la fuerza centrífuga en los pasajeros, y por extensión también en las cargas, y en la disminución de la fuerza horizontal aplicada al riel exterior.-
Velocidad de cálculo del peralte (Vc):
La velocidad utilizada en la determinación del peralte es la denominada velocidad de cálculo, dado que por la vía circulan trenes de distintas velocidades.-
Existen distintos criterios para la fijación de la velocidad de cálculo, siendo los más empleados los siguientes:
Insuficiencia de peralte ( Ip ):
El peralte a construirse es el que surge de la fórmula:
donde Vc es un valor intermedio entre las velocidades máximas y mínimas. Por lo tanto cuando circulan trenes con velocidades superiores a Vc el peralte real no anulará totalmente a la Fc , quedando un remanente que
producirá sus efectos nocivos; esta Fc remanente se traduce en una insuficiencia de peralte Ip .-
La insuficiencia de peralte tiene lugar en la circulación de trenes de elevada velocidad. Se verifica que los pasajeros pueden absorber una parte de la Fc. sin incomodidades importantes; esa parte de Fc. se traduce en un valor de aceleración centrífuga capaz de ser absorbida sin necesidad de peralte.-
El peralte equivalente a esta Fc. debe ser igual o menor a la insuficiencia de peralte observada, y se la denomina Ip máx (insuficiencia de peralte máxima que puede llegar a absorber el pasajero.-
Exceso de peralte Ep
Por idénticas razones que hace a la Ip, tienen lugar los excesos de peralte en la circulación de los trenes a velocidades menores que la Vc .-
Con igual razonamiento se llega a :
La aceleración absorbida admisible es igual a la de Ip, y por lo tanto los valores de Ep máx. son iguales a los obtenidos para las Ip máx.-
Ejercicio:
Se debe unir dos alineamientos rectos mediante una curva, que se estima un radio conveniente de 500 metros. Calcular el peralte correspondiente para que admita circulación de trenes a. V máx. = 100 kph y V mín. = 40 kph . En un trazado de trocha ancha.
Verificaciones y cálculos:
Curvas de enlace de transición:
Son los tramos curvos que unen los alineamientos rectos con las curvas circulares de radio R (circular). En estos tramos tiene lugar el desarrollo del peralte, y es precisamente esta la razón de los mismos.-
Tienen por objeto suavizar el paso de una circulación recta a una curva circular de radio R , y fundamentalmente permite el desarrollo a lo largo de ella del peralte calculado.-
Estas curvas tienen como características, que en su unión con el alineamiento recto su radio es infinito, y gradualmente se reduce hasta el valor R en el punto de unión con la curva circular.-
Esta variación de radio, hace que el valor de la fuerza centrífuga aumente gradualmente, pero simultáneamente al ir desarrollándose el peralte es constantemente neutralizada.-
Existen diversas curvas que cumplen con esta condición: la parábola cúbica, la espiral logarítmica, la clotoide, la lemniscata, etc.-
El cálculo diferencial de una expresión general del radio de curvatura de una
Generalmente se emplea como gradiente del desarrollo del peralte, el correspondiente al 1 %o .
Esto indica que por cada mm de peralte se necesita un desarrollo de transición de 1m ; lo que hace que por cada cm de peralte se necesitan 10 m de curva de transición.
Ejemplo: pr = 90 mm o sea 9 cm L = 90 metros
Replanteo de un enlace curvo
Veamos ahora los datos necesarios a los efectos de poder realizar en el terreno el replanteo del alineamiento curvo del trazado.
El enlace curvo de dos alineamientos rectos de distinta direcciones, se compone de una curva de radio circular y dos curvas de transición de longitud “L” (calculadas en función del valor del peralte a desarrollarse en las mismas y del gradiente de peralte adoptado).-
Programa de tareas a seguir para concretar el proyecto
Antes de empezar el trabajo en la oficina de proyectos, es necesario contar con la siguiente información:
a) Un relevamiento planialtimétrico (topografía) de la zona afectada por la traza a proyectar. Acompañado de relevamientos fotogramétricos (satelitales o por aeroplanos).-
b) Encuadrar la zona dentro de la clasificación: llanura, ondulada, accidentada o de montaña.-
c) Características de la composición de los suelos de la zona (arenosos, arcillosos, toscosos, limosos, rocosos, etc).-
d) Estimación de las posibles necesidades de obras de arte (puentes, alcantarillas, viaductos, túneles, etc.). Apreciación de tamaños y características.
e) Estudios hidrológicos, y de fundaciones para el proyecto de las obras de arte.-
f) Régimen pluvial, ciclos y volúmenes. Dirección de escurrimiento y posibilidades de alejamiento rápido de las aguas de la traza estimada.-
El trazado debe estar completamente definido y aprobado antes de iniciarse los trabajos para el estudio de las obras básicas.-
La determinación de la traza de la línea ferroviaria, es una operación muy importante en al proyecto ferroviario. El proyectista, para
definir correctamente el trazado, debe considerar y evaluar la totalidad de las etapas que integran una obra ferroviaria: Proyecto, Construcción y Servicio. Para ello debe analizar exhaustivamente todas las variantes posibles, realizando diversos proyectos alternativos que permitan en definitiva adoptar el más conveniente.-
La traza se define en el campo, y las operaciones topográficas que se deben realizar para tal fin son muy variadas de acuerdo a las condiciones y al material cartográfico existente.-
En zonas donde la vegetación y la topografía del terreno permiten la definición de la poligonal del eje sin necesidad de realizar picadas, estas de ser necesarias, serán realizadas posteriormente a la aprobación de la traza.-
En otros casos es necesario realizar picadas preliminares para el estudio de las distintas variantes. Estas picadas son precarias y se realizan en el ancho mínimo que permita la realización de estas tareas.-
Si el estudio de campo para el proyecto de obras básicas se realiza de inmediato a la aprobación de la traza, la materialización del eje sobre el terreno puede realizarse mediante estacas provisorias. En este caso, la medición de los ángulos de la poligonal debe realizarse nuevamente y en forma definitiva una vez amojonado el eje.-
En las curvas que empalman los alineamientos rectos se detallan todos los datos que las definen, radio de la misma, ángulo al centro, tangente, longitud de las transiciones y desarrollo total.-
El trazado en zonas de montaña, es considerado como de alta dificultad, y la traza debe contemplar correctamente tanto los alineamientos rectos como las curvas. Debe contarse con un relevamiento aerofotogramétrico con reducción a escala adecuada; caso contrario el trabajo de campo se hace muy laborioso, ya que en repetidas ocasiones deben realizarse relevamientos topográficos para la confección de los planos con curvas de nivel que permitan definir correctamente la traza en estudio.-
Resumiendo, las tareas de campo necesarias a los efectos de realizar el proyecto definitivo de un trazado y sus obras básicas son las siguientes:
Recopilación de antecedentes. Levantamientos de detalles
Apertura de picadas
Materialización del trazado Estaqueo del eje
Colocación de puntos fijos
Nivelación del eje y los puntos fijos Nivelación de cierre
Nivelación de perfiles transversales Perfiles de desagües
Determinación de aguas subterráneas
La secuencia de las tareas puede tener un orden distinto, ya que la metodología de trabajo puede resultar variada dado que son muchas las variaciones que pueden presentarse en un estudio de campaña.-
1.- Recopilación de antecedentes:
Previo a iniciar las tareas de campaña deben acopiarse todos los antecedentes de la región en estudio.-
Debe obtenerse toda documentación existente referentes a trabajos anteriores que puedan afectar o influenciar el proyecto en trámite.-
Así tenemos, la posible existencia de relevamientos aerofotogramétricos de la región, todo el material cartográfico, planos de detalles , etc.-
Las reparticiones que comúnmente realizan relevamientos zonales son las siguientes:
Instituto Geográfico Militar
Direcciones Provinciales de Geodesia y Catastro Gobiernos Provinciales
Direcciones Provinciales de Hidráulica Municipalidades
Servicio de Hidrografía Naval
Instituto Nacional de Geología y Minería Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria Organismos especiales de obras hidráulicas
Del Instituto Geográfico Militar (I.G.M.) pueden obtenerse cartas topográficas – comúnmente denominadas planchetas – a distintas escalas, y antecedentes de Puntos Trigonométricos y Puntos Fijos existentes en la región que pueden tomarse como referencia y control de los trabajos de campo.-
En el Servicio Meteorológico Nacional pueden obtenerse todos los datos referentes a las precipitaciones y temperaturas históricas de registro correspondientes a la zona en estudio.-
Los relevamientos geológicos pueden ser obtenidos en el Instituto Nacional de Geología y Minería .-
Debe recabarse además, información sobre existencia y/o posibles proyectos de riego, oleoductos, gasoductos, etc., que puedan afectar al sector en estudio.-
Todos estos datos deben ser tramitados con la mayor premura, dado que su obtención puede requerir mucho tiempo; y es necesario contar con ellos antes de iniciar los estudios de campaña para la concreción del proyecto.-
2- Levantamiento de detalles:
Estos levantamientos son variables y responden a las necesidades de contar con un mayor conocimiento de datos para la definición del trazado.-
Esta información puede ser de carácter topográficos, geológicos, hidrológicos, etc.-
Los levantamientos topográficos pueden variar desde un levantamiento aerofotogramétrico (tarea imprescindible en regiones de montaña, hasta levantamientos altimétricos en zonas bajas con desagües deficientes.-
3- Aperturas de picadas:
En zonas de montes naturales, la picada deberá tener un ancho que permitan las tareas de relevamientos y planteos de traza, en general mayor de dos metros.-
La picada puede realizarse mediante topadoras, debiendo a tal efecto preparar sobre el terreno una materialización precaria del eje por medio de jalones con bandera. Estos deben estar ubicados a distancias tales que sean
siempre fácilmente visibles dos jalones delanteros consecutivos como mínimo. Se estima conveniente colocar jalones a distancias no mayores de 100 metros.-
En zonas de monte alto y lugares de difícil acceso, la picada puede realizarse mediante prácticos con elementos apropiados; hachas , sierras mecánicas, machetes, etc.-
En picadas realizadas en Parques Nacionales, deben adoptarse los recaudos necesarios para efectuar el menor talado posible, a efectos de preservar la flora existente; en particular en zonas de montaña donde las poligonales de los alineamientos rectos suelen estar muy alejadas del eje en tramos curvos.-
4- Materialización del trazado:
El trazado de una línea ferroviaria queda materializado en el terreno, mediante la ubicación de los vértices de la poligonal que define el eje, y la definición de los alineamientos rectos por medio de los denominados Puntos de Línea.-
Los vértices y los puntos de línea se materializan en el campo por medio de mojones fabricados normalmente con rieles usados o bien de hormigón. Los mismos son identificados mediante numeración.-
También pueden usarse mojones de madera dura aserrada, de una sección de 10 cm x 10 cm y 80 cm de longitud, con su correspondiente identificación.-
En lo posible los Vértices y Puntos de Línea deben ubicarse en zonas fácilmente identificables. Los puntos de Línea deben colocarse a una distancia tal que sean claramente visibles entre sí. Como norma general en zonas de llanura y onduladas se ubican cada 1000 metros como máximo. En topografías quebradas deben ubicarse puntos de Línea de manera tal que pueda visualizarse fácilmente el eje desde cualquier punto del mismo.-
Tanto los Vértices como los puntos de línea se identifican por un número correlativo para cada tipo de mojón.-
Los Vértices y los Puntos de Línea deben ser referidos a hitos existentes, fácilmente identificables cercanos a los mismos. El balizamiento de cada mojón debe ser referido a tres puntos testigos a fin de lograr un mayor control de los acotamientos y prever la posible remoción de alguno de ellos.-
5- Estaqueo del eje y relevamiento planialtimétrico:
Se tratan de dos operaciones de campo que en general se realizan simultáneamente.
La primera consiste en la medición y estaqueo del eje incluyendo el replanteo de las curvas horizontales.
La medición del eje se realiza mediante distanciómetros ópticos y/o cintas metálicas, cada 100 metros en terrenos llanos y suavemente ondulados, y de 50 metros en topografías quebradas.-
Sobre el eje se colocan estacas de madera que serán utilizadas como apoyo para el relevamiento altimétrico. Estas estacas se ubican a distancias de 100 metros en terrenos llanos, 50 metros en terrenos ondulados, 25 metros en terrenos de montaña y 10 metros en alta montaña. Así mismo en los tramos curvos se estaquean los puntos característicos de las curvas y todos los puntos intermedios necesarios para lograr equidistancias entre estacas.-
La parte superior de las estacas se pinta de color blanco a fin de que resulten fácilmente identificables una vez colocadas en el terreno.-
6- Colocación de Puntos Fijos:
Previamente a la realización de los relevamientos altimétricos se colocan mojones para referencia de la nivelación, denominados Puntos Fijos. Esos se ubican en un costado del eje y dentro del límite de la zona de vía.-
Deben colocarse a una distancia que permitan con facilidad tomar referencia de cotas para todos los trabajos que se realicen durante la construcción de la línea ferroviaria, incluidos los posteriores de mantenimientos. En general en zonas de llanuras se ubican cada 500 metros y en zonas serranas cada 250 metros.- Además deben ubicarse Puntos Fijos cerca de las Obras de Arte Mayores. Deben estar lo mas protegidos posibles a los efectos de su permanencia en el tiempo.-
7- Nivelación de Ejes y Puntos Fijos:
Una vez estaqueado el eje y colocados los puntos fijos se procede a su nivelación. Estas operaciones en general se llevan a cabo en forma simultánea.-
En la nivelación debe tratarse en lo posible que los puntos de paso trasero y delantero se hallen equidistante del aparato (Nivel). La nivelación debe ser referida a cotas del Instituto Geográfico Militar.-
El operador simultáneamente con la nivelación de las estacas, toma niveles del terreno natural a ambos lados del eje, a los efectos de dibujar los perfiles transversales.-
La cantidad de puntos tomados a ambos lados del eje depende del tipo de terreno, pero en general se toman dos o tres de cada lado y a distancias del eje similares; por ejemplo a cinco, diez y quince metros respectivamente.-
En zonas de llanura y onduladas, la nivelación se efectúa mediante el nivel (nivelación geométrica). En montaña el trabajo se efectúa con teodolito (nivelación trigonométrica) taquimetría, con excepción de los Puntos Fijos, los que siempre deben ser nivelados con nivel.-
8- Nivelación de cierre:
Una vez nivelado el eje y los Puntos Fijos, y antes de proceder al cálculo de todos los puntos acotados, debe verificarse el cierre de la nivelación, para lo cual la nivelación de los puntos de paso y fijos deben ser de ida y vuelta.-
9- Perfiles de desagüe:
El levantamiento deberá realizarse en una longitud tal que permita el diseño de zanjas evacuadoras por lo menos con las pendientes mínimas.-
NOCIONES GENERALES DEL MATERIAL RODANTE
Se denomina Material Rodante Ferroviario, a la totalidad del parque de vehículos capaces de circular por la vía.-
Las distintas exigencias a las que deben responder, les confieren características particulares y apropiadas a su uso especifico. Una primera clasificación lo subdivide en:
- Material rodante tractivo - Material rodante remolcado
El material rodante tractivo, esta constituido por los vehículos sobre los cuales está montada la planta motriz, que suministra la Energía Mecánica que permite el desplazamiento sobre la vía.-
Los vehículos tractivos cuyo único fin es el remolque, reciben el nombre de locomotoras, mientras que aquellos que además de remolque, tienen espacio para el transporte de pasajeros se denominan coches motores.-
El material rodante remolcado esta constituido por todos aquellos vehículos que no poseen tracción propia, sino que deben ser remolcados por una locomotora, y su único fin es el de transportar pasajeros o cargas; se distinguen así los coches y los vagones.-
También existe un tercer tipo de vehículo remolcado denominado furgón, que son utilizados para el transporte de equipajes, encomiendas, correspondencia, etc. y que simultáneamente son ocupados por el guarda, que es el personal a cuyo cargo circula el tren.-
Tanto el material tractivo como el remolcado, han experimentado en el transcurso del tiempo, las modificaciones que el avance de la tecnología le ha permitido, pasando en lo que hace al material tractivo, de las primitivas locomotoras a vapor, a las modernas locomotoras Diesel y Eléctricas de elevado poder tractivo, velocidad y radio operativo.-
En lo referente al material remolcado, se ha pasado de los coches de madera y vagones de bajo porte montados sobre dos ejes, a los vehículos modernos que ofrecen gran confort y seguridad a los pasajeros y elevado porte a los vagones; montados en bogies, que incrementan notablemente su seguridad de transporte y permiten el desarrollo de elevadas velocidades.-
La construcción metálica de los coches montados sobre bogies, permitió elevar a un máximo la seguridad y confort de los pasajeros, pero a costa de un aumento del peso muerto por plaza ofrecida, el que llega actualmente a los setecientos Kg. por asiento (aprox. 39 ton).-
En primer término la calefacción, luego el aire acondicionado y posteriormente la insonorización de los vehículos, son elementos indispensables en una Empresa Ferroviaria moderna.-
Con los vagones ha ocurrido exactamente igual; la competencia de la ruta y las mayores exigencias de los usuarios obligó a incrementar el “confort” de las cargas, objetivo que se logra con la construcción de vagones especiales para cada tipo de carga a transportar, en especial de aquellos que permiten un intercambio rápido de mercaderías con los otros medios de transporte, como son los contenedores. Caben destacar también los actuales vagones graneros ó graneleros, constituidos por tolvas cuya descarga completa (50 ton) requieren aproximadamente cinco minutos.-
Clasificación del material tractivo y remolcado: De vapor
De combustión Diesel Eléctricas Locomotoras interna Diesel Hidráulicas
Material
Eléctricas Corriente Continua Tractivo Corriente Alternada De combustión Diesel
interna Coches
Motores Eléctricos Corriente Continua Corriente Alternada Coches Uso pasajeros Material Furgones Remolcado Vagones Uso cargas Furgones
Componentes del material rodante ferroviario
Esquemáticamente un vehículo ferroviario se compone de: un chasis o bastidor metálico que soporta una caja, tolva, tanque, etc.; el que a su vez transmite la carga a los bogies, y estos a su vez a través de un sistema de suspensión los transmiten a los ejes, ruedas, y por último, éstas a la vía.-
Cabe también mencionar el desarrollo aerodinámico implementado en las locomotoras y coches, y su perfecta continuidad, que forman los actuales T G V - Trenes de Alta Velocidad – que llegan a desarrollar hasta 350 kph en trenes de circulación comercial.-
EJE ARMADO Cama de la rueda Cama del obturador
Cuerpo Unión rígida Rueda Muñón Cojinete
Aro de seguridad
El conjunto formado por el muñón, el cojinete y el carter, constituye lo que se denomina el sistema de rodamiento. En tanto que el conjunto de resortes de suspensión y las piezas destinadas a sus ligaduras entre la caja del eje y el bogie constituye el sistema de suspensión.-
Sistema de rodamiento
La rueda de los vehículos ferroviarios, se encuentra montada sobre el eje en forma rígida, es decir no existe ninguna posibilidad de desplazamientos, este conjunto se denomina eje armado.-
El eje se compone de tres partes: el cuerpo o parte central, las camas para montar las ruedas y los extremos o muñones que reciben el peso de los vehículos.-
El cuerpo en general es de forma cilíndrica, aunque también puede ser bi-troncocónico.-
Las camas para montar los ruedas, son cilíndricas, y las ruedas van caladas a presión por medio de una prensa hidráulica.-
Las puntas o muñones también son cilíndricas. y sobre ellas descansa el peso del vehículo. Los ejes son de acero especial forjados.-
En las ruedas se distinguen dos partes: el cuerpo y la llanta. El cuerpo está formado por el cubo central y el aro exterior, unidos por medios de rayos (ruedas moldeadas) o bien una sola pieza (ruedas laminadas).-
El cuerpo va calado al eje por su cubo central, cuya superficie alesada tiene un diámetro ligeramente menor que el de la cama del eje, de modo tal que se logra un apretado enérgico que le da al conjunto gran solidez. La presión de montaje debe estar comprendida entre 110 y 120 toneladas.-
El cuerpo de las ruedas es de acero moldeado en el caso de las ruedas de rayos, y de acero laminado para ruedas llenas o de una sola pieza.-
La llanta es un anillo circular, de acero muy duro y altamente resistente al desgaste; su superficie exterior tiene un perfil diseñado para asegurar las mejores condiciones de rodamiento de las ruedas y de su perfecto guiado.-
Hacia el lado interno de la vía presenta una saliente denominada pestaña, cuya función es impedir que el vehículo salga de la vía. Su parte activa, que en su contacto con el riel materializa el guiado, presenta una inclinación de 70 º respecto al eje de rotación de la rueda; tiene por objeto disminuir la resistencia al avance en las curvas y facilitar la desviación progresiva del bogie en los aparatos de cambio en el momento de entrar en contacto con las agujas de este. La cara externa de la pestaña tiene una inclinación de 1: 5 para facilitar la circulación en las zonas de contra-riel.-
La banda de rodamiento tiene una inclinación de 1:40 (conicidad), cuyo objeto en vía recta consiste en mantener el centro de gravedad del vehículo en correspondencia con el eje de la vía, y en las curvas mediante el desplazamiento del vehículo hacia el riel externo (motivado por la fuerza centrífuga), trata de compensar las diferencias de recorridos entre las ruedas interiores y exteriores ( el vehículo ferroviario no cuenta con dispositivo diferencial), disminuyendo así los desplazamientos relativos.-
Esta inclinación, si bien tiende a mantener el eje del vehículo sobre el eje de la vía, y evitar el contacto permanente (roce) con la pestaña, es causal del movimiento de lazo o serpenteo longitudinal que imprime al vehículo una trayectoria senoidal; de allí que se adoptan conicidades mínimas ( 1:40) compatibles con su finalidad, a efectos de alargar el ciclo.-
La colocación de la llanta, se efectúa calentándola hasta aproximadamente 400ºC, de modo que al enfriarse se ajuste por contracción al cuerpo de la rueda, manteniendo una solidaridad durante el movimiento.-
El material de las llantas, es acero al carbono de alta resistencia al desgaste –
Tiene además, en el extremo opuesto a la pestaña, una saliente denominada talón, como así también, en el lado de la pestaña un rebaje donde se coloca un aro de seguridad; el talón tiene por finalidad absorber los choques laterales, y el aro de seguridad asegurar el no desprendimiento de la llanta en el caso de aflojarse.-
También existen ruedas monobloque, en las que la llanta y la rueda es un solo cuerpo. Si bien en estos casos no existe el peligro de aflojamiento y corrimiento de la llanta (situación que puede producirse en los frenados prolongados y/o violentos), una vez llegado al desgaste máximo, la rueda completa termina su vida útil, salvo que pueda procederse a un desbaste y acondicionamiento para la colocación de una llanta adecuada.-
El carter o también llamado caja del eje, de aceite o de grasa, es el órgano dentro del cual se encuentra el cojinete y se transmite la carga del bogie (estático) al eje (en rotación).-
Esta caja se compone de: el cuerpo, el cojinete, el órgano de engrase y los obturadores.-
El cojinete es el elemento que está directamente en contacto con el eje; pueden ser de fricción o de rodamiento.-
Los de fricción son una pieza de bronce revestidos por una capa de metal blanco o antifricción. Su empleo se reduce actualmente a vehículos antiguos. Trabajan con rozamiento por deslizamiento, lo que reduce el valor tractivo efectivo del equipo motor. Como así también se desgastan con bastante rapidez lo que hace necesario su recambio frecuente.-
Los de rodamientos están constituidos por una o dos hileras de rodillos. Lo que hace que el rozamiento que tiene lugar sea de rodadura cuyo valor es significativamente menor, como así también su vida útil es muy superior. Los vehículos que se fabrican actualmente, están en su totalidad implementados con este tipo de cojinetes (rodamientos).-
Para evitar la entrada de cuerpos extraños en la caja, así como la pérdida de aceite lubricante durante la rotación del eje, la caja lleva un obturador que sella el espacio anular entre el eje y la abertura de la caja por la que pasa el eje.-
El cojinete de rodamiento es muy superior, tanto desde el punto de vista de la seguridad (riesgos de calentamiento), como del considerable menor rozamiento; pero su costo es bastante más elevado.-
Suspensión: El peso de los vehículos es transmitido a las cajas, por
intermedio de los órganos de suspensión y amortiguamiento, denominado sistema de suspensión. Esta constituido por resortes que desempeñan un doble rol, en primer término repartir las cargas sobre los ejes, y por otro lado amortiguar los choques y trepidaciones que se producen durante el movimiento del tren.
La suspensión está formada por una combinación de resortes helicoidales y de láminas. Los resortes helicoidales, absorben las trepidaciones, pero sus oscilaciones tienden a mantenerse durante un tiempo prolongado; aquí actúan los resortes de láminas que amortiguan estas oscilaciones.-
Bastidor o chasis del vehículo
Es la estructura rectangular sobre la cual se apoya la caja o contenedor del vehículo ferroviario
El bastidor consta de dos vigas principales o largueros, que soportan viguetas transversales, estando el conjunto correctamente atirantado de modo de constituir un marco rígido e indeformable. Las viguetas extremas reciben el nombre de cabezales. Y en ellas van ubicados los órganos de acople de los vehículos y los paragolpes.-
Los largueros generalmente están construidos con dos perfiles “U” unidos por medio de pretinas soldadas, un perfil doble “T” o también suelen estar construidos con estructuras reticulares.-
Bogies:
El bastidor se apoya y transmite la carga a dos piezas denominadas bogies. A su vez el bogie se apoya sobre los ejes (dos en el caso de los coches y vagones y tres en las locomotoras). Los ejes sobre los cuales se apoya el bogie, mantienen una posición inalterable entre sí, es decir no pueden experimentar desplazamientos relativos, manteniéndose permanentemente paralelos; por este motivo el conjunto bogie y ejes, constituyen lo que se denomina base rígida. La distancia entre los ejes extremos es la longitud de la base rígida, de mucha importancia en lo que hace a la circulación en curva (inscripción en la misma; debe cambiar de dirección mediante una acción forzada de los rieles).-
Los bogies pueden ser fabricados de dos formas: armados e integrales. Los armados también denominados bogies diamante, están construidos por perfiles y planchuelas remachadas y/o soldadas; fueron utilizados intensamente, pero actualmente no se emplean en los vehículos nuevos, pues no permiten circular con la seguridad debida a altas velocidades.
Los bogies integrales están constituidos por una sola pieza de acero moldeado, y permiten circular a altas velocidades con gran seguridad.-
Órganos de choque y de tracción:
Son los elementos que permiten la unión o acople de los vehículos
que forman el tren. Estos aparatos deben resistir los esfuerzos de tracción y de compresión que se trasmiten entre los vehículos del tren en movimiento, como así también los esfuerzos de choque que se producen sobre todo en las maniobras; encontramos así en cada cabezal:
- Un órgano de tracción - Un órgano de choque
El órgano de tracción, consiste en un vástago terminado en un gancho. El vástago de tracción, situado longitudinalmente sobre el eje del vehículo, esta ligado al chasis por intermedio de un resorte para la amortiguación de los esfuerzos que transmite.-
El tensor de acople está constituido por un tornillo a pasos contrarios, deslizándose sobre sus extremidades un gorrón roscado.-
El aparato de choque está constituido por dos paragolpes laterales. El paragolpes esta formado por un vástago, cuyo movimiento es guiado por un falso paragolpes de acero moldeado, el que a su vez va fijado al cabezal.-
Los efectos de choque y compresión son amortiguados por resortes de láminas. O bien por una hélice cónica, los que se encuentran alojados en el interior del falso paragolpes. Los platos son “bombees” para permitir el movimiento relativo entre los vehículos, sea en las curvas o bien en los desniveles de la vía.
En los sistemas modernos se suele utilizar los acoples automáticos, entre los cuales se puede citar los de mandíbulas, empleados en nuestros ferrocarriles de trocha angosta Los vehículos equipados con este sistema no pueden ser acoplados a los anteriores.-
Se denomina acople automático a aquellos que no necesitan que sea un operador el que lo realice y son capaces de engancharse solos, cuando los vehículos se acercan (tocan).-
Algunos de estos acoples además de unir los vehículos , incluyen la unión del sistema de frenos, electricidad e incluso mando múltiple.-
Sistemas de frenos:
El sistema de frenos utilizado por un tren debe reunir dos
condiciones fundamentales:
- Toda rotura que provoque el fraccionamiento del tren, debe accionar la aplicación de los frenos, es decir el frenado debe ser automático.-
- La acción del maquinista sobre el freno, ejercida en la locomotora, debe provocar la aplicación inmediata sobre todos los vehículos dotados de freno, que entren en la formación del tren es decir que el sistema debe ser continuo. En el caso de los vehículos de pasajeros (coches), la totalidad de los mismos incluyendo los furgones deben poseer frenos.-
En el caso de los vehículos de cargas (vagones), como así también con la mayoría del parque de coches de pasajeros, el frenado puede accionarse por medio de aire comprimido o bien por vacío. En el caso del sistema por vacío, la depresión máxima disponible, es menor a una atmósfera; en tanto que en el sistema de aire comprimido, la presión puede ser de tres o más atmósferas, de modo que para igual fuerza de frenado, el freno de aire comprimido requiere cilindros más pequeños.
Existen también otros sistemas de frenado, de uso común en los trenes de alta velocidad y en las vías electrificadas:
- Freno magnético sobre riel - Freno electrodinámico
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN O AL MOVIMIENTO
Se denomina resistencia a la tracción o al movimiento, a la sumatoria de todas las fuerzas resistivas que deben vencerse, para mantener el
desplazamiento de un vehículo o de un tren a determinada velocidad y en determinadas condiciones de vía.-
Por lo tanto, la resistencia a la tracción o al movimiento, depende de los vehículos, de la vía, y de la velocidad del movimiento.-
El conocimiento del valor de la resistencia a la tracción, en las condiciones reales de circulación, es de suma importancia en el estudio del transporte, por cuanto tiene fundamental incidencia en la definición del valor de la rampa determinante (parámetro básico para el proyecto de una línea ferroviaria), como así también en el aprovechamiento del poder tractivo de los equipos motrices.-
Conocer los distintos factores que integran la resistencia a la tracción, permite actuar sobre ellos a los fines de disminuir al máximo sus incidencias.-
El análisis de la resistencia a la tracción, nos permite agrupar los factores que intervienen, según la siguiente clasificación:
1- Resistencias al avance 2- Resistencias locales 3- Resistencias de inercia
Resistencias al avance: Agrupa a la totalidad de los factores que
se oponen al movimiento, en línea recta y en horizontal. Todos ellos están motivados en rozamientos, así tenemos:
- Rozamiento entre cojinetes y muñones - Rozamiento por rodadura
- Rozamiento por conicidad de llanta - Rozamiento por el aire
- Rozamiento por el viento
- Rozamiento en paragolpes, aparatos de enganche, junta de rieles Como puede observarse, todos ellos son rozamientos que dependen del movimiento relativo entre los elementos constitutivos de los vehículos; de la interacción entre el vehículo y la vía; y de la introducción a velocidad del tren en la masa del aire.-
Resistencias locales: Son aquellas debidas al trazado de la vía y
- Resistencias por rampa - Resistencias por curva
La resistencia por rampa es función de la altimetría de la vía, y la resistencia por curva lo es en función de su planimetría.
La resistencia por rampa es independiente de coeficientes de rozamientos y de diseño de los vehículos, por lo tanto son valores de determinación exacta e influyen exactamente en la misma medida en los vehículos ferroviarios y en los automotores.-
Resistencias de inercia: En cuanto a estas resistencias, ellas son
debidas como su nombre lo indica, a la inercia de los vehículos que se opone a la variación de la velocidad durante el desplazamiento.-
Cuando un vehículo aumenta su velocidad, requiere un aumento de energía cinética, y esta debe ser suministrada a partir de fuerza tractiva que suministra el equipo motriz.-
Análisis de las resistencias al avance
--. Resistencias entre cojinetes y muñones: el análisis es similar
ya se trate de cojinetes de fricción o de rodamientos. La diferencia se encuentra en los valores de los coeficientes de rozamiento que indudablemente son distintos.
X1 es mucho menor que P por lo tanto N es aprox. = P
Rz = μ · N Rz = μ · P μ = coeficiente de rozamiento Rz · r = Mº resistente X1 · R = Mº motriz Mº motriz = Mº resistente X1 · R = Rz · r X1 · R = μ · P · X1 = μ · P · r / R para P en (ton) y X1 en (Kg) X1 = 1000 . μ · P · r / R
X 1 = X1 / P resistencia específica en Kg / ton X1 = 1000 · μ · r / R X1 = X1 · P
-- Resistencia del aire: Todo cuerpo que se desplaza dentro de un
fluido, experimenta una resistencia opuesta (rozamiento) al movimiento, lo que hace que para mantenerlo deba aplicarse una fuerza tractiva igual y contraria.
En nuestro caso, el tren es el cuerpo y el fluido el aire.
La fórmula que nos permite determinar el valor de esta resistencia es la siguiente:
-- Resistencia del viento:
a).Viento de frente: Vale el mismo desarrollo que para la resistencia del aire; puede tratarse simultáneamente con ésta, tomando como velocidad de cálculo la suma de velocidad del tren mas velocidad del viento. Para viento de atrás no se tiene en cuenta pues disminuiría la resistencia pues la velocidad del viento debería tomarse negativa.-.
Rozamientos en paragolpes, aparatos de enganche, junta
de rieles, etc.:
Este grupo de resistencias es individualmente de bastante menor importancia que las anteriores, y de muy difícil ponderación. Abarca las resistencias debidas a las fricciones entre los paragolpes, en los mecanismos de enganche, en la luz de las juntas (variable según la temperatura), a las pequeñas diferencias de diámetro entre las ruedas del mismo eje, a las irregularidades de la vía, etc.-
Resistencia total al avance
La resistencia total al avance se obtiene como la sumatoria de todas las resistencias por rozamiento descriptas.
Se define como resistencia específica al avance, la relación entre la resistencia total al avance y el peso en toneladas del vehículo.
Como puede apreciarse, es muy complicado determinar teóricamente el valor de la resistencia al avance, fundamentalmente por la presencia de numerosos coeficientes de rozamientos, variables según las circunstancias, y por lo tanto de muy difícil determinación exacta.-
Debido a ello y a la presencia de factores menores pero de imposible ponderación individual exacta, se recurre al empleo de fórmulas
prácticas, de carácter empírico, que son verificadas en función de determinaciones prácticas y experimentación.-
La determinación práctica consiste en medir mediante un mecanismo dinamométrico, la fuerza en Kg que se debe aplicar a distintas velocidades, en un tramo recto y horizontal, para cada tipo de vehículo; estos valores así obtenidos son exactos. Si luego dividimos los mismos por el peso
total de vehículo expresado en ton, obtenemos la resistencia específica ( Kg/ton ), de cada tipo de vehículo. Las fórmulas empíricas tratan de reflejar
estos valores obtenidos experimentalmente.-
Para la determinación experimental, se debe seleccionar un tramo de vía que cuya traza se encuentre en línea recta (sin curvas) y en horizontal (cota constante). Así también debe ser lo suficientemente extenso, pues el ensayo debe abarcar desde velocidades mínimas (10 kph) hasta velocidades elevadas (para nuestros ferrocarriles de hasta 120 kph).-
El mecanismo de determinación de la fuerza de tracción necesaria para vencer las resistencias al desplazamiento de los vehículos a distintas velocidades, normalmente tomadas de 10 en 10 kph, se encuentra montado en un vehículo denominado vagón dinamométrico.
En el vagón dinamométrico los operadores deben leer para cada velocidad marcada en el velocímetro, la fuerza tractiva indicada en el dinamómetro. Así también mediante un mecanismo de tambor similar a los utilizados en los ensayos de materiales, se obtiene simultáneamente en un sistema de ejes cartesianos ortogonal una gráfica en escala (fuerzas en función de la velocidad). Luego se comparan los resultados obtenidos (lecturas y gráfico), y si ambos coinciden se da por efectuada correctamente la tarea.-
Determinación de las resistencias específicas de los vehículos ferroviarios para distintas velocidades de desplazamiento:
a--.Locomotora D.E.
Datos: Pl = 107 ton S = 10 m2 6 ejes
Fórmulas a aplicar:
Resistencia especifica 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Velocidad (kph) Kg/ton Davis S.N.C.F. b--. Coche de pasajeros: Formulas a aplicar:
RESITENCIA ESPECIFICA 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Velocidad (kph) (Kg/ton) Davis Frank c--. Vagones de cargas Fórmulas a aplicar:
RESISTENCIA ESPECIFICA 0 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 50 60 70 Velocidad (kph) Kg/ton Davis cargado Davis vacío Frank (ambos) RESISTENCIAS LOCALES
Reciben este nombre las resistencias al movimiento, debidas a la plani-altimetría de la vía:
- debidas a las rampas - debidas a las curvas
a) Resistencias debidas a las rampas 1000 m F Pt l α α h i Pn P α = pequeño Pt = P . sen α = P . h / l h / l = i / 1000 Pt = P . .i / 1000 P (ton) Pt (ton) Pt = 1000 P . i / 1000 P (ton) Pt (Kg) Pt = P . i Pt / P = ri (kg / ton)
ri = i la resistencia especifica por rampa es igual al valor de la rampa en por mil ( %o)
Ejemplo: i = 3 %o ri = 3 Kg/ton
Resistencia total de los vehículos y de un tren desplazándose en un trazado en rampa:
Rl = (rl + i ) Pl resisten. a la tracción de una locomotora (Kg) Rv = (rv + i ) Q resisten. a la tracción de los vehíc remolc. Q = n . Pv n = cantidad de vehículos remolcados del tren Rt = Rl + Rv
Rt = ( rl + i ) Pl + ( rv + i ) Q
Rt = rl . Pl + rv . Q + i ( Pl + Q )
La determinación de la resistencia debida a la curva, se obtiene mediante el análisis de los corrimientos longitudinales y radiales que tienen lugar durante la inscripción del vehículo.-
La locomotora no cuenta con volante, por lo que el tren cambia de dirección en las curvas forzado por la estructura de la vía (rieles). Los vehículos ferroviarios no tienen semiejes, y tampoco cuentan con mecanismos diferenciales, por lo que en las curvas no existen giros diferenciales entre las ruedas externas y las internas, que compensen las diferencias de recorrido de sus respectivas trayectorias.-
Esto trae como consecuencia, la producción de rozamientos que se oponen al desplazamiento del tren en las curvas, y por lo tanto se debe suministrar fuerza tractiva para compensar estas resistencias.
Determinación analítica de las resistencias que se producen en el trayecto curvo: se hace notar que serán tanto mayores, cuanto menores sean los radios de las curvas.
Fórmulas generales de resistencia a la tracción del tren
Para el proyectista de la línea ferroviaria, la rampa compensada no debe sobrepasar el valor de la rampa determinante.
