MONOGRAFIA SOBRE ESPECIFICACIONES PARA EL
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE VÍAS FÉRREAS
AUTOR: BARRANTES ENRIQUEZ, Denis Amador
FUNDAMENTOS DEL DISEÑO DE FERROCARRILES
DOCENTE: Ing. DE LA RIVA TAPIA GLENY
28 de diciembre del 2022
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL CURSO: FUNDAMENTOS DEL DISEÑO DE FERROCARRILES
TRABAJO ENCARGADO:
MONOGRAFIA SOBRE ESPECIFICACIONES PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE VÍAS FÉRREAS
PRESENTADO POR:
BARRANTES ENRIQUEZ, Denis Amador DOCENTE: Ing. DE LA RIVA TAPIA GLENY ZOILA
SEMESTRE: X
PUNO – PERÚ 2022
3 DEDICATORIA
Dedico esta monografía a mi madre, por ser el pilar más importante y por demostrarme siempre su cariño y apoyo incondicional sin importar las situaciones adversas. A mi padre, por siempre estar dispuesto a escucharme y ayudarme en cualquier momento. A mi hermano David, porque con su apoyo incondicional me motiva a seguir adelante y a todas las personas especiales que me acompañaron en esta etapa, aportando a mi formación tanto profesional y como ser humano.
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INDICE DE CONTENIDO
RESUMEN ... 9
INTRODUCCIÓN ... 10
1 OBJETIVOS ... 11
1.1 Objetivos general ... 11
1.2 Objetivos específicos ... 11
2 ESPECIFICACIONES PARA EL DISEÑO DE VÍAS FÉRREAS ... 11
2.1 DEFINICIONES ... 11
2.2 SIMBOLOGIA EN LOS PLANOS DE LAS VIAS ... 13
2.3 DISEÑO GEOMETRICO ... 13
2.4 TRAZADO HORIZONTAL ... 13
2.5 CURVAS HORIZONTALES... 14
2.5.1 Radios mínimos ... 14
2.5.2 Curvas de transición ... 14
2.5.3 Sobrelevación (Peralte) ... 16
a. Peralte máximo permisible. ... 16
b. Giro de sobreelevación. ... 17
2.5.4 Sobreancho ... 17
2.5.5 Curvas Compuestas ... 17
2.5.6 Curvas Reversas ... 18
5
2.5.7 Velocidad máxima permisible ... 18
2.6 ALINEMAIENTO VERTICAL ... 19
2.6.1 Perfil longitudinal ... 19
a. Posición. ... 19
b. Cotas de perfil. ... 19
2.6.2 La rasante. ... 20
2.6.3 Curvas verticales ... 20
2.6.4 Gradiente ... 20
2.6.5 Elementos de calculo ... 23
2.7 TRAZADO VERTICAL ... 24
2.7.1 Puntos fijos ... 24
2.7.2 Cota de proyecto... 25
3 ESPECIFICACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VÍAS FÉRREAS ... 26
3.1 CONSTRUCCION DEL CUERPO DE LA VIA ... 26
3.2 RASANTE ... 27
3.3 DRENAJE ... 29
3.4 ESTABILIZACIÓN DEL CUERPO DE VÍA ... 31
3.4.1 SUB-BALASTO ... 31
3.4.2 ESTABILIZACION DE CAPA DE DESPLANTE ... 32
6
3.5 ESPECIFICACIONES DE MATERIA ... 32
3.5.1 RIEL ... 32
3.5.2 DURMIENTES ... 32
3.5.3 HERRAJES, HERRAJES, SAPOS Y GUARDA RIELES ... 33
3.5.4 PLACAS DE ASIENTO ... 33
3.5.5 PLACAS DE HULE PARA DURMIENTES ... 34
3.5.6 PLANCHUELAS ... 35
3.5.7 ENSAMBLES DE TORNILLERÍA DE VÍA ... 36
3.5.8 BALASTO ... 37
3.5.9 PROTECCIÓN DE FIN DE VÍA... 38
3.5.10 HERRAJES ... 38
3.5.11 DESCARRILADORES ... 39
3.5.12 ANCLAS ... 41
4 ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCION ... 42
4.1 EXCAVACIONES Y MOVIMIENTO DE TIERRAS ... 42
4.1.1 Despeje y desbroce del terreno... 42
4.1.2 Excavaciones ... 42
4.1.3 Suplemento por transporte de material... 43
4.2 CONFORMACIÓN DE TERRAPLENES ... 43
7
4.2.1 Rellenos de tierras ... 43
4.2.2 Control de la compactación de obras de tierra ... 43
4.3 CONFORMACIÓN DE INFFRAESTRUCUTRA Y SUPERESTRUCUTRA DE VIA 44 4.3.1 Infraestructura ... 44
4.4 OBRAS DE DRENAJE ... 47
4.4.1 Elementos de drenaje ... 47
5 DISCUSIÓN ... 48
6 CONCLUSIONES ... 48
7 BIBLIOGRAFÍA ... 48
INDICE DE TABLAS
Tabla1. Radios mínimos ... 14Tabla2. Sobreancho ... 17
Tabla3. Calibres estándar para tubo de alcantarilla de metal corrugado con ondulaciones . 29 Tabla4. Calibres estándar para tubo de alcantarilla de metal corrugado con ondulaciones . 30 Tabla5. Especificaciones del balasto ... 37
Tabla6. Ensayos de idoneidad para el material de capa de forma ... 45
Tabla7. Curva granulometrica... 47
8
INDICE DE FIGURAS
Figura1. Planos de via ... 13
Figura2. Elevación de rampas ... 19
Figura3. Curvas verticales ... 21
Figura4. Trazo de curvas con espirales de transición ... 23
Figura5. Sección típica RB 205 ... 27
Figura6. RB 204 ... 28
Figura7. Placas de asiento ... 34
Figura8. Placas de hule ... 35
Figura9. Planchuelas ... 36
Figura10. Montículo de tierra ... 38
Figura11. Herrajes ... 39
Figura12. Descarriladores ... 41
Figura13. Anclas ... 41
9 RESUMEN
La siguiente monografía da a conocer el diseño y construcción de vías férreas de manera general, en donde tuvo como objetivo relacionar toda la información del diseño y construcción de vías ferroviarias. Para el diseño de vías férreas se consideró las normas y especificaciones técnicas para el diseño de vías férreas en el Perú, y para la construcción se revisó las especificaciones de construcción de los países como Colombia y México, en donde tiene una mínima variación en los valores, pero consideran las mismas definiciones.
También se consideró las partidas que se consideran en una construcción de las vías férreas y en que consiste cada una de ellas.
10 INTRODUCCIÓN
EL sistema férreo o ferrocarril es aquel sistema de transporte en el cual los vehículos se desplazan sobre un camino de rodadura definido por rieles metálicos, el cual proporciona un guiado unidireccional al vehículo. El ferrocarril convencional de la actualidad es un sistema de transporte terrestre en el que los vehículos se apoyan sobre un camino de rodadura, conformado por rieles y traviesas, utilizando ruedas metálicas.
Es un transporte seguro, estable y económico, aunque su costo inicial es muy elevado. El consumo de combustible de un tren es 3 veces menor que el de un equipo de carretera para iguales cargas y distancias. La carga llega a destino toda al mismo tiempo, requiere menos personal para su traslado y generalmente sus tarifas por kilómetro son más baratas.
11 1 OBJETIVOS
1.1 Objetivos general
Conocer las especificaciones técnicas de diseño y construcción de una vía ferroviaria.
1.2 Objetivos específicos
Conocer las especificaciones para la construcción de una vía ferroviaria
Conocer los valores mínimos para el diseño de vía ferroviaria
Ver las diferencias de las especificaciones técnicas y de construcción para el diseño de los diferentes países.
2 ESPECIFICACIONES PARA EL DISEÑO DE VÍAS FÉRREAS 2.1 DEFINICIONES
a. Curvas circulares: Son curvas de radio constante.
b. Curvas de transición: Son curvas de radio progresivamente variable.
c. Curvas compuestas: Están formadas por dos o más curvas circulares de radio diferente, con el mismo sentido de curvatura.
d. Curvas reversas: Están formadas por dos curvas circulares con diferente sentido de curvatura.
e. Velocidad de equilibrio: Cuando la velocidad de un vehículo que sigue una trayectoria curva es tal, que la resultante del peso del vehículo y la fuerza centrífuga, es perpendicular al plano de los rieles, el vehículo no está sujeto a una fuerza centrífuga desequilibrada, y se dice que está en equilibrio.
12 f. Velocidad máxima permisible: Es la máxima velocidad permitida en una curva o parte de una curva cuando se ha tomado en consideración el radio de curvatura y la sobreelevación.
g. Sobreelevación (Peralte): Es la altura a la que se eleva el riel exterior de una curva respecto al riel interior de la misma, con el objeto de contrarrestar la fuerza centrífuga.
h. Gradiente de sobreelevación: Es la gradiente mediante la cual se incrementa o reduce la sobreelevación en una determinada longitud de curva de transición, por ejemplo, 1:1200 significa que la sobreelevación de 1 mm, se incrementa o reduce en cada 1200 mm. de longitud de la curva de transición.
i. Razón de cambio de sobreelevación: Es la razón en la cual la sobreelevación se incrementa o reduce en relación a la velocidad máxima de un vehículo, al paso por la curva de transición. Por ejemplo, 35 mm/seg. significa que un vehículo que viaja a la velocidad máxima permitida experimentará un cambio de sobreelevación de 35 mms, en cada segundo que viaja sobre la sobreelevación de transición.
j. Deficiencia de sobreelevación: Cuando la velocidad de un vehículo alrededor de una curva es mayor que la velocidad de equilibrio habrá una fuerza centrífuga desequilibrada.
k. La sobreelevación de equilibrio, es por lo tanto, insuficiente para la mencionada velocidad, y la fuerza resultante se aproximará hacia el riel exterior de la curva.
l. Teóricamente se puede restablecer la condición de equilibrio tomando en consideración la diferencia de alturas, en que la sobreelevación de equilibrio es insuficiente para la velocidad en consideración. Esta altura se conoce como deficiencia o insuficiencia de sobreelevación.
13 2.2 SIMBOLOGIA EN LOS PLANOS DE LAS VIAS
Figura1. Planos de via
2.3 DISEÑO GEOMETRICO
Se considera necesario aclarar que el criterio de abscisado de la línea férrea se define de la siguiente manera: Deberá considerarse siempre el avance positivo y ascendente del abscisado y se fijaran en este mismo sentido los costados derecho e izquierdo a partir de los dos lados de la línea en el sentido de avance de la misma. Es decir que será el riel derecho aquel que caminando desde el km. 1 al km. 2 se encuentra a la derecha.
2.4 TRAZADO HORIZONTAL
Deben considerarse como puntos fijos, aquellos por los cuales necesariamente debe pasar el eje de la vía. Son puntos fijos: los puentes metálicos y de concreto, los box culvbert y alcantarillas u obras de arte, los cuales tienen cierta tolerancia por el ancho de su placa o área de apoyo de la
14 carrilera, los túneles en planta, los aparatos de cambiavías y la posición relativa del eje de la vía con respecto al anden de las estaciones. A partir de los puntos fijos se deben corregir los alineamientos tanto en curvas como en tangentes.
2.5 CURVAS HORIZONTALES 2.5.1 Radios mínimos
Los radios mínimos que se usarán en las vías férreas serán función de su trocha de acuerdo a los valores que se indican a continuación:
Tabla1. Radios mínimos TROCHA (m)
RADIO MINIMO NORMAL
EN VIA PRINCIPAL EN PATIOS
0.914 90.00 60.00
1.435 150.00 75.00
2.5.2 Curvas de transición
Las curvas circulares horizontales deberán estar enlazadas a los alineamientos rectos por curvas de radio variable llamadas curvas de transición (espirales o parábola cúbica) que permiten pasar gradual e insensiblemente del radio infinito de la línea recta al radio de la curva circular, llenando un doble fin, suavizar la entrada y salida del material rodante en las curvas y sobreelevar el carril del lado exterior, progresivamente en relación con su curvatura creciente hasta alcanzar la sobreelevación peralte que le corresponde en el punto de empalme con el arco circular.
15 a. Ecuación de la parábola cúbica.- La ecuación de la parábola cúbica está en función de la longitud de transición y del radio de la curva, y se calcula mediante la siguiente expresión:
𝑌 = 𝑋3 6𝐿𝑅
b. Longitud deseable de transición: La longitud deseable de curva de transición se calculará en función de la velocidad de régimen de la sobreelevación y/o la deficiencia de sobreelevación por medio de la siguiente fórmula:
𝐿 = 0.0075𝐸 ∗ 𝑉𝑟 𝑜 𝐿 = 0.0075𝐸 ∗ 𝑉𝑟 Vr=velocidad de régimen en km/h
D= deficiencia de sobreelevación en mms E=sobreelevación en milímetros
L=longitud de transición en metros
c. Longitud mínima de transición: la longitud minima de transición para velocidades mayores de 80km/h. estará dada por: la mayor de las tres longitudes a calcularse por medio de las expresiones siguientes:
𝐿1 =𝑉𝑟1/2(𝐸 + 𝐷)
198 𝑂 𝑉𝑟 ∗ 𝐸 198
𝐿1 =
𝑉𝑟1 2𝑠(𝐸 + 𝐷)
198 𝑂 𝑉𝑟 ∗ 𝐷 198
16 La longitud mínima de transición para velocidades menores de 80 km/hora está dada en función de la sobreelevación de acuerdo a la expresión siguiente:
𝐿 = 0.4𝐸
En la que L resulta en metros para valores de E en milímetros.
2.5.3 Sobrelevación (Peralte)
La sobrelevación o peralte se calculará en función de la velocidad media, del radio de la curva circular horizontal y la trocha según la fórmula:
𝐸 = 7.87𝑉2 𝑅 11.8𝑉2
𝑅 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎 𝑡𝑟𝑜𝑐ℎ𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 7.69𝑉2
𝑅 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎 𝑡𝑟𝑜𝑐ℎ𝑎 𝑎𝑛𝑔𝑜𝑠𝑡𝑎 Donde:
V = Velocidad media en km/h
R = radio de la curva circular, en metros.
a´= distancia entre ejes, en metros.
E = sobreelevación en milímetros a. Peralte máximo permisible.
El peralte máximo permisible será de 150 mm, para trocha normal y de 100mm. Para trocha angosta (0.914mm.)
17 b. Giro de sobreelevación.
El giro de la sobreelevación se hará en general alrededor del riel inferior.
2.5.4 Sobreancho
Las curvas de radio menor de 400 m tendrán un sobreancho de 25mm al que se llegara en forma progresiva en la longitud de transición, con la siguiente tabla:
Tabla2. Sobreancho
Radio mts 400-172 172-150
Sobreanchos mm 5 10
Radio mts. 150-134 134-100 100-75
Sobreanchos mm 15 20 25
2.5.5 Curvas Compuestas
En general, se evitará el empleo de curvas compuestas, tratando de reemplazarles por una sola curva, o bien con una policentrica de tres centros en la cual los dos arcos externos tengan igual radio.
En caso excepcional, se podrá usar curvas compuestas, aclarando las razones, económicas u otras, que justifican el empleo de dos curvas continuas de radio diverso.
En tal caso y en el caso de utilizar la policéntrica de tres centros deberán respetarse las siguientes condiciones:
El radio de una de las curvas no será mayor de 1.5 veces el radio de la otra.
18 En general, se evitará el empleo de curvas del mismo sentido cuando sean separadas por un tramo en tangente de una longitud menor de 45 m. en cuyo caso deberán reemplazarse por una sola curva, o excepcionalmente, por una curva compuesta policéntrica.
2.5.6 Curvas Reversas
Entre dos curvas de sentido opuesto deberá existir-siempre un tramo en tangente lo suficientemente largo como para permitir las longitudes de transición indicadas anteriormente, las cuales pueden encontrarse en un punto común o separadas por una distancia de 20 m.
2.5.7 Velocidad máxima permisible
La velocidad máxima permisible en una curva se calculará en función del radio de la misma, de la sobreelevación y de la diferencia de sobreelevación por medio de la siguiente expresión:
19 Figura2. Elevación de rampas
𝑉𝑚 = 0.29√𝑅(𝐸 + 𝐷)
𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑞𝑢𝑒: 𝑅 = 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑒𝑛 𝑚𝑡𝑠.
𝑉𝑚 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑒𝑛 𝐾𝑚 ℎ𝑜𝑟𝑎. 𝐸 = 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑚𝑚𝑠.
𝐷 = 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑚𝑚𝑠.
2.6 ALINEMAIENTO VERTICAL 2.6.1 Perfil longitudinal
a. Posición.
Salvo indicación en contrario, el perfil del proyecto corresponderá al eje de simetría de la sección transversal de la vía.
b. Cotas de perfil.
De terreno: Las cotas del perfil longitudinal del terreno corresponden a las elevaciones del alineamiento horizontal
De Subrasante: Las cotas del perfil longitudinal de la subrasante corresponderán a las explanaciones terminadas, salvo indicación en contrario.
De rasante: La cota de rasante, es la que corresponde a la coronación de los carriles.
20 2.6.2 La rasante.
En términos generales la rasante se adaptará al relieve del terreno, procurando compatibilizar las razones de economía con las de seguridad y comodidad.
2.6.3 Curvas verticales
a. Necesidad de curvas verticales.
Los tramos consecutivos de rasante, serán enlazados con curves verticales parabólicas cuando la suma algebraica de las gradientes de más de 2 o/o o de acuerdo al procedimiento descrito en at gráfico 1, 2a, 2b.
La longitud de una curve vertical en "cumbre" es generalmente In mitad de la requerida para un "valle".
La longitud de las curves parabólicas depende de la diferencia algebraica de pendientes por enlazar y de la variación unitaria de pendientes que se especifique, la cual es función de la velocidad de los tramos.
2.6.4 Gradiente a. Generalidades
El empleo de las gradientes pare los diferentes tramos de un trazado debe ser objeto, de atento estudio por parte del proyectista, que procederá a las comparaciones necesarias y explicará la elecci6n efectuada.
21 Figura3. Curvas verticales
A y B son puntos de la rasante donde empieza y termina la curva vertical.
𝐸𝑙𝑒𝑣. 𝑀 =𝐸𝑙𝑒𝑣. 𝐴 + 𝐸𝑙𝑒𝑣. 𝐵 2
Si escogemos el punto 𝐶 =𝑀−𝑃𝐼
2 como centro de la parábola 𝑀𝐶 = 𝐸𝑙𝑒𝑣. 𝑀 − 𝐸𝑙𝑒𝑣. 𝑃𝐼
2
Para un punto Z cualquiera de la parábola, tenemos que para una longitud L de curva de transición:
𝑦
𝑀𝐶 = 𝑋2 (𝐿
2)
2 ; 𝑦 = 𝑀𝐶 (𝐿
2)
2𝑋2
𝐿 = 30∆𝑙 𝑟
Siendo: L=longitud de la curva vertical en metros
∆𝑙= diferencia algebraica de gradientes
22 r= razón de cambio de gradiente entre dos asaciones lamidiotas siendo 30 metros la longitud de cada asiacion
b. Gradientes mínimas
En los tramos en corte, generalmente se evitará el empleo de gradientes menores de 5 0/00.
Podra hacerse uso de rasantes horizontales en los casos en que las cunetas adyacentes puedan ser dotadas de la gradiente necesaria para garantizar el drenaje.
c. Gradiente máxima
Generalmente se considerará una gradiente máxima de 30 0/00, compensándose en las curves circulares horizontales, mediante la fórmula:
𝑅𝑐 =480 𝑅 ∗ 𝑎´
𝑅𝑐 = 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜𝑠 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑎 500𝑚 𝑛𝑜 𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑒𝑛𝑠𝑎𝑟𝑎𝑛 𝑙𝑎𝑠 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠.
𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑢𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 𝑐𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑠𝑜𝑛 𝑠𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒, 𝑙𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑠𝑒𝑟𝑎 24 0
00.
𝑒𝑛 𝑙𝑎𝑠 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑟𝑎𝑛 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 5 0/00 𝑎 10 0/00 Rc en Kg/Ton =0/00
R en m. (radio de la curva) a´ en m. (trocha de vía)
23 Figura4. Trazo de curvas con espirales de transición
Puntos principales de la espiral:
T.S.= tangente espiral S.C.= espiral curva C.S.= curva espiral S.T.= espiral tangente 2.6.5 Elementos de calculo
a. Velocidad máxima permisible en la curva Peralte h
24 Longitud de la espiral, en metros: S, cadenadas: L (Grado - Radio) curvatura, curva circular de enlace: (G - R)
b. Unidad de grado; a c. Desviación total: Δ d. Deflexión total: θ e. Cuerda mayor: C
f. Coordenadas del S.C. (X, Y)
g. Abscisas del P.C. de la curva circular primitiva: t.
h. Intervalo: m
i. Tangentes a la espiral: U, V j. Distancia tangencial: T
k. Puntos intermedios de la espiral 2.7 TRAZADO VERTICAL
2.7.1 Puntos fijos
En este plano son puntos fijos los que no pueden ser modificados ni en altura, ni en ancho, salvo para ser ampliados, por que afectarían los gálibos de libre paso de los trenes con sus cargamentos, u otros que afectan las condiciones de operación.
Son puntos fijos: los puentes metálicos tipo Through p Pony, los túneles, los pasos inferiores bajo puentes de cruzamiento con carretera, los puentes peatonales. En otro orden los pasos a nivel o cruces con carreteras pavimentadas cuya construcción definitiva obedece a una línea de pendientes establecida.
25 Estos puntos fijos tienen como parámetro básico de medición la altura del riel (cota sobre el hongo) con relación a los elementos mas bajos en altura y en ancho el eje de la vía con respecto a las paredes laterales de la estructura del respectivo punto fijo.
2.7.2 Cota de proyecto
Será la superficie superior del hongo de riel (zona de rodamiento). En las tangentes en los dos rieles están al mismo nivel, podrá tomarse la cota en cualquiera de ellos. En las curvas deberá tomarse la del riel interior, es decir el que no tiene sobre elevación por peralte.
A partir de la cota riel del proyecto, en el plano vertical en sentido descendente deberán considerarse las siguientes dimensiones:
Altura del riel
Altura de la placa de asiento en traviesas de madera o de la placa elástica en traviesas de concreto,
Altura de la traviesa de madera o de concreto
Espesor de la capa de balasto, que deberá medirse en el riel mas bajo teniendo en cuanta la inclinación de la capa de subbalasto para drenaje.
Espesor de la capa de subbalasto
Cota de la corona de la banca o plataforma en el eje. Esta corona debe tener inclinación transversal en dos sentidos, para drenaje, con punto de quiebre bajo uno de los dos rieles para evitar problemas en la construcción de la superestructura. También podrá darse la inclinación en un solo sentido.
26 Para casos especiales como puentes con placa de concreto o box culverts con placa superior muy superficial, se admite como mínimo la capa de balasto triturado con espesor suficiente, calculado, para garantizar la adecuada distribución de las cargas y el soporte de la carrilera para evitar los desplazamientos de la misma en los sentidos longitudinal y transversal.
3 ESPECIFICACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VÍAS FÉRREAS 3.1 CONSTRUCCION DEL CUERPO DE LA VIA
La Industria o Propietario construirá la terrecería y/o todas las estructuras de drenaje necesarias para la vía incluyendo las que estuvieran dentro del Derecho de Vía.
Este trabajo incluirá todas las limpiezas (despalme y desmontes), cortes y pendientes de zanjas y sub-rasantes para el drenaje, áreas de relleno y compactación y estabilización.
Los anchos de la corona del terraplén serán como se muestran en el Dibujo Número RB-205 de un ancho de 5.20m
27 Figura5. Sección típica RB 205
Las zanjas o cunetas de drenaje deberán apegarse con el proyecto, con el mínimo dimensionado en el Dibujo de KCSM número RB-205. El drenaje apropiado es de principal importancia para una estructura de vía estable y se debe completar antes de aceptar el trabajo.
3.2 RASANTE
Las pendientes (back slopes) deberán ser de 2:1 para secciones de “relleno” o “corte”. El bombeo sobre la corona del terraplén deberá tener una pendiente de 2% para ambos lados en su sección transversal para efectuar un drenado positivo. (Número de dibujo RB-205).
En zonas de Árboles de Cambio, se requiere hombro peatonal adicional de 4.50m de largo y 5.10m desde el centro de vía, centrado alrededor de la localización del árbol de cambio. (Dibujo No. RB-204).
28 Figura6. RB 204
La compactación deberá ser tal que los materiales estén compactadas uniformemente a un 90%
de VRS máximo, de acuerdo con ASTM Designación D698, Método A. Todos los suelos del terraplén y 30cm debajo del nivel terminado en los cortes que se encuentren que tengan menos de este nivel de compactación deberán de ser retirados y reemplazados con materiales de banco que puedan obtener la compactación requerida.
29 3.3 DRENAJE
Las estructuras de drenaje deberán de ser de área hidráulica suficiente para manejar el escurrimiento máximo y deberán estar sujetos a aprobación del representante autorizado de KCSM para vías sobre las cuales operará el ferrocarril.
Para ocasiones en donde se requieran puentes, el diseño deberá ser para una estructura de plataforma con balasto, aprobada por el representante autorizado de KCSM.
En caso de utilizar tubería ésta deberá de ser de metal corrugado galvanizada, pegada con fibra y recubierta con asfalto, o ADS con un espesor de pared como se muestra en la siguiente tabla para cargas E-80:
Tabla3. Calibres estándar para tubo de alcantarilla de metal corrugado con ondulaciones
Altura Mínimas de colchón sobre lomo del tubo D/2 pero no menos de 2.0' (3.0' debajo de la base del riel cuando sea posible)
30 Tabla4. Calibres estándar para tubo de alcantarilla de metal corrugado con ondulaciones
a. Tubo de 54" Tubo de 54" de Diámetro y mayor de Diámetro y mayor – se debe – se debe ordenar con elongación vertical ordenar con elongación vertical del 5% con aldabas de carga instaladas.
b. Use tubo de 78" de diámetro para paso de ganado Use tubo de 78" de diámetro para paso de ganado - s e debe ordenar con debe ordenar con elongación vertical del 5% con aldabas de carga instaladas.
c. Los largos de tubos deben Los largos de tubos deben ser adecuados para proteg ser adecuados para proteger las pendientes de er las pendientes de los terraplenes.
Las bandas de conexión para tubería metálica deben ser de 24 pulgadas de largo y completamente atornilladas o soldadas para asegurar la conexión. Cualquier otro tipo o tamaño de estructura de drenaje deberá tener aprobación por escrito de KCSM antes de la instalación.
El tubo remachado se deberá colocar con los traslapes circunferenciales interiores apuntando sentido aguas abajo y los traslapes longitudinales en un lado. La pendiente deseada del tubo es de 2 a 4% con 0.5% como mínimo. Los tubos se deben instalar con cabezotes y aleros apropiados a la altura de la cubierta sobre el tubo y con capacidad de carga de las tierras de soporte, debiendo ser de concreto reforzado o mampostería.
31 Para asegurar una resistencia adecuada del tubo de metal corrugado, se debe obtener una plantilla de arena apisonada apropiadamente. El material arcilloso o inadecuado debajo del tubo se debe quitar y cambiar por material apropiado. Material firme seleccionado se debe usar para realizar el acostillado de los tubos. Debe estar libre de material mayor a 3 pulgadas de tamaño y debe estar libre de materia orgánica y otras sustancias objetables. El material de relleno se debe depositar alternadamente en lados opuestos del tubo en capas de no más de 15cm de espesor, para una distancia a cada lado del tubo igual a su diámetro y cada capa compactada a las especificaciones particulares del proyecto.
Las estructuras de drenaje aparte de tubos y/o alcantarillas, si las hay, las debe diseñar un ingeniero profesional registrado con cédula profesional que lo avale. Los planos para dichas estructuras las debe aprobar KCSM por escrito.
3.4 ESTABILIZACIÓN DEL CUERPO DE VÍA
La estabilización del cuerpo de vía deberá ser del ancho completo del terraplén. El Análisis de suelos puede requerir variaciones en porcentaje o profundidad del tratamiento.
3.4.1 SUB-BALASTO
El sub-balasto deberá ser de material pétreo producto de una trituración parcial de preferencia cribado de caliza, según lo apruebe el representante autorizado de KCSM, y deberá consistir de material no mayor de 1/2" con 85% pasando la malla de 3/8", 45 a 75% pasando la malla No. 4, y 0 a 15% pasando la malla No. 40, y deberá contener suficientes finos para proveer una base impermeable cuando se afine y afine y se compacte al compacte al valor especificado valor especificado de proyecto. proyecto. El espesor El espesor del sub-balasto sub-balasto debe ser como mínimo de 30cm.
32 3.4.2 ESTABILIZACION DE CAPA DE DESPLANTE
Deberá de ser de 20cm con un VRS de 20% y con un índice plástico no mayor a 15. Se podrá utilizar el cemento Pórtland o la cal como agentes estabilizadores en el porcentaje que el estudio de mecánica de suelos lo indique y deberá de tener un grado de compactación del 95%. El cemento Pórtland deberá cumplir con las últimas previsiones de la Especificación ASTM C-150. La cantidad de cemento y agua a usar la debe determinar el laboratorio del Propietario.
3.5 ESPECIFICACIONES DE MATERIA 3.5.1 RIEL
Se debe usar material nuevo en Vías Industriales Particulares Principales en Servicio de Tren Unitario, loteado por KCSM. El riel de segunda mano de calidad de relevo es aceptable en otras construcciones.
El calibre de riel mínimo aceptable será de 112 o 115 libras/yd. Se debe construir con tramos completos estándar mínimos de 39 pies. La longitud de injertos en caso de requerirse no será menor a 15 pies.
Los defectos de patinadas no deberán exceder de 1/16 de pulgada de profundidad. Otros defectos no deben afectar la resistencia del riel. El desgaste del hongo de riel no debe exceder 3/8 de pulgada. Refiérase al capitulo 5, Parte 4.3 de AREMA para más detalles.
3.5.2 DURMIENTES
Los durmientes de madera deben ser nuevos, tamaño mínimo de 7" x 8" x 9' para vías industriales principales y de servicio, con conservador de creosota o una solución de creosota y alquitrán de carbón con un mínimo de retención de 8 libras/pie3.
33 Los durmientes de madera para herrajes deberán ser nuevos de sección transversal de 7" x 9"
y los largos mínimos deben cumplir con los planos de vía aplicables de AREMA. En herrajes que se conecten a la vía principal o laderos de apoyo de KCSM, la longitud de durmientes mínimo a utilizar será de 10 pies. Asimismo, se deberán de colocar 10 durmientes de 10 pies antes y después de las salidas del herraje en mención.
Los durmientes de vía industrial principal o servicio que se encuentren dentro del derecho de vía derecho de vía de KCSM (ladero de de KCSM (ladero de apoyo o vía de o vía de penetración) deben ser de penetración) deben ser de madera dura impregnada. Para vías industriales de servicio se podrá utilizar durmientes con calidad para industria que cumplan con las medidas arriba mencionadas, así como durabilidad y consistencia. En ambos casos deberán de contar con una separación máxima entre durmientes de 50cm.
3.5.3 HERRAJES, HERRAJES, SAPOS Y GUARDA RIELES
Todas las partes deben ser nuevas o buenas de segunda mano, aun cuando se puede usar riel No. 2 de relevo y partes de segunda en su construcción, libres de defecto. defecto. Si por alguna circunstancia alguna circunstancia especial, la especial, la conexión de conexión de una vía una vía industrial industrial particular se realiza en una vía de operación, ya sea principal o secundaria que por sus condiciones de operación exige una mayor velocidad y mejores condiciones de operación, KCSM pedirá herrajes de cambio bajo una especificación (BNSF-UP) que asegure, tanto la seguridad ferroviaria como la velocidades de operación propias del caso.
3.5.4 PLACAS DE ASIENTO
Las Placas de asiento deberán de ser de doble hombro; pueden ser nuevas o de segunda mano.
Las placas deben estar libres de defectos graves y materiales extraños, cumpliendo con las
34 Especificaciones de AREMA (“American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association”) y deben ajustar a la sección de riel que se está usando.
Figura7. Placas de asiento
3.5.5 PLACAS DE HULE PARA DURMIENTES
En general, las placas para durmientes solo se usan en Vías Industriales Particulares Principales y son opcionales para Vías Industriales Particulares de Servicio. Cuando se usen deben tener las mismas dimensiones que la placa de asiento y un espesor nominal de 1/4”. Los cojinetes debe ser fabricados por A. Schulman, Inc./Konvex, o un igual aprobado.
35 Figura8. Placas de hule
3.5.6 PLANCHUELAS
En la vía industrial particular principal no se aceptará vía clásica debiendo ser ésta vía elástica.
Esta especificación es solo para vía industrial de servicio que no considere tren unitario
Se deben usar planchuelas nuevas o de segunda mano con 4 o 6 agujeros, que cumplan con los requerimientos de AREMA y deben estar libres de material extraño y sin defectos graves. Todas las planchuelas deben de ser para la sección de riel para la que están diseñadas. Las planchuelas deben estar completamente atornilladas. Las juntas no se deben localizar a menos de 5 pies de la punta final de un puente o punta de libraje en los herrajes.
36 Figura9. Planchuelas
3.5.7 ENSAMBLES DE TORNILLERÍA DE VÍA
En la vía industrial particular principal no se aceptará vía clásica debiendo ser ésta vía elástica.
Esta especificación es solo para vía industrial de servicio que no considere tren unitario.
37 Los ensambles de tornillería de vía deben consistir de un tornillo de hombro ovalado, una arandela o guasa de presión y una tuerca. Metal para el tornillo, la guasa de presión guasa de presión y la tuerca de y la tuerca de acuerdo con AREMA.
3.5.8 BALASTO
Se debe usar material basáltico o granito en las vías industriales principales que cumpla con la especificación de cumpla con la especificación de balasto tipo # 4. balasto tipo # 4. las vías industriales de servicio se podrá aceptar la escoria de fundición. El balasto debe estar libre de tierra, polvo, y otras y otras partículas extrañas. partículas extrañas. El espesor del balasto por balasto por debajo de durmiente debajo de durmiente debe ser como mínimo de 30cm.
Tabla5. Especificaciones del balasto
38 3.5.9 PROTECCIÓN DE FIN DE VÍA
Todas las vías con tope estarán protegidas por un dispositivo de detención de carros apropiado, tal como un montículo de tierra, medias ruedas o un poste de tope apropiado o igual al tipo Hayes
"WD" para uso general, o tipo "WA" para servicio pesado.
Cuando haya suficiente espacio, se puede usar un tope de tierra que consistirá de una pila de tierra de 4 pies de alto, 8 pies de ancho y 20 pies de largo con la vía extendiéndose dentro de la tierra un mínimo de 12 pies.
Figura10. Montículo de tierra
3.5.10 HERRAJES
Todos los materiales de los herrajes deben ser compatibles con la sección de riel de la cual se divergen y deberán estar sujetos a inspección y aprobación de KCSM.
39 Figura11. Herrajes
3.5.11 DESCARRILADORES
La protección con descarriladores se requiere en todas las vías que van saliendo de una vía principal, ladero, vía industrial principal o cualquier otra vía en la que se realicen loteos, donde existe la posibilidad de que los carros sueltos puedan afectar estas vías. El único tipo de descarrilador aprobado es el tipo trozado consistente en una aguja de cambio. Se debe dar una consideración cuidadosa a la localización y dirección del descarrilador de manera que el carro descarrilado no afecte la vía que se está se está protegiendo.
40
41 Figura12. Descarriladores
3.5.12 ANCLAS
Las anclas de riel pueden ser cualquiera de los diferentes tipos y deben ser del tamaño de la sección de riel en la que se están utilizando. Las vías industriales de servicio se anclarán al 33%, es decir, un durmiente sí y dos no. Las vías industriales principales se anclarán al 50%, es decir, un durmiente sí y el otro no. Para las vías industriales principales se deberá de tener cuidado al anclar el riel a la temperatura adecuada para contrarrestar los esfuerzos por temperatura de riel.
Los durmientes deben anclarse en cajón.
Figura13. Anclas
42 4 ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCION
4.1 EXCAVACIONES Y MOVIMIENTO DE TIERRAS 4.1.1 Despeje y desbroce del terreno
Unidad de obra que consiste en la limpieza y desbroce del terreno en la zona de influencia de la obra incluyendo la tala de árboles y la eliminación del tocón restante. La ejecución de la unidad de obra incluye las operaciones siguientes:
Retirada de la capa superficial de tierras hasta conseguir una superficie de trabajo lisa.
Eliminación de plantas, tocones de árboles y arbustos con sus raíces, cepas, broza, escombros, basuras, etc.
Carga, transporte y descarga en vertedero de los materiales sobrantes o a zona adecuada para su reutilización.
4.1.2 Excavaciones
Conjunto de operaciones para la excavación y nivelación de las zonas donde ha de asentarse la plataforma, taludes y cunetas de la traza ferroviaria:
Excavación de tierra vegetal
Excavación en desmonte con medios mecánicos, sin ayuda de explosivos.
Excavación en desmonte con ayuda localizada de explosivos.
Excavación en desmonte mediante empleo sistemático de voladuras.
Excavación entre pantallas a cielo abierto
Excavación entre pantallas a cielo abierto
Excavación en vaciado o saneo
Excavación en formación de escalonado
43
Excavación en zanjas, pozos, cimientos por medios mecánicos
4.1.3 Suplemento por transporte de material
Los materiales excavados en desmontes y túneles de la traza ferroviaria deben ser transportados a rellenos o, en su caso, al vertedero más próximo posible al punto de extracción.
4.2 CONFORMACIÓN DE TERRAPLENES 4.2.1 Rellenos de tierras
Los rellenos artificiales que sirven de soporte a la capa de forma y al resto de las capas de asiento de la línea férrea. El terreno de apoyo es el que sirve de asiento a los rellenos, una vez eliminada la tierra vegetal o en algunos casos los suelos susceptibles de crear problemas de capacidad portante o compresibilidad. La parte del relleno que sustituye al terreno eliminado se denomina, a su vez, cimiento del relleno.
4.2.2 Control de la compactación de obras de tierra
La compactación de cualquier obra de tierra y de las capas de asiento de la vía se debe monitorizar. Es normal controlar la densidad y el módulo de deformación del material. En lo que se refiere a densidad, se puede utilizar tanto el método nuclear como el método tradicional. En lo que se refiere al módulo de deformación, puede ser monitorizado por medio del ensayo de carga con placa. En el ensayo de carga con placa, el intervalo de carga para la estimación de Ev debería estar en 0,3 – 0,7 de la carga máxima. La carga máxima depende del diámetro de la placa (se suele utilizar 0,5 MN/m2 para la placa de diámetro 300 mm y 0,25 MN/m2 para la placa de diámetro 600 mm).
44 4.3 CONFORMACIÓN DE INFFRAESTRUCUTRA Y SUPERESTRUCUTRA DE VIA
4.3.1 Infraestructura
La ejecución de la unidad de obra incluye las operaciones siguientes:
Aportación del material procedente de excavaciones de la traza, de préstamo o de cantera.
Extendido, humectación (si es necesaria) y compactación de cada capa.
Refino de la superficie de la última capa.
Los materiales a emplear deberán cumplir las condiciones, indicadas en la tabla I, referentes al número mínimo de muestras a ensayar y a los valores de referencia y extremo que se deben obtener en los ensayos realizados.
Las muestras a ensayar deberán ser representativas del material existente en cada desmonte, zona de préstamo o cantera que se pretenda utilizar por lo que dichas muestras deben proceder de, al menos, ocho emplazamientos diferentes de cada desmonte, zona de préstamo o cantera.
45 Tabla6. Ensayos de idoneidad para el material de capa de forma
A. Definición constructiva del subbalasto
El subbalasto constituye la capa superior de la plataforma sobre la que apoya el balasto.
Este mismo material, con las mismas condiciones de ejecución, se empleará en la formación de los paseos laterales a lo largo del trazado.
La ejecución de la unidad de obra incluye las operaciones siguientes:
Aportación del material procedente de excavaciones de la traza, de préstamo o de cantera.
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Extendido, humectación (si es necesaria) y compactación de cada capa. Parte I:
Definición de Aspectos Técnicos de Diseño, Construcción, Operación y Control Ferroviario 107
Refino de la superficie de la última capa
Ejecución de tramo de ensayos
B. Condiciones generales a exigir al subbalasto
Se comprobará, que el cien por cien (100%) del material retenido en el tamiz número cuatro (nº 4) es calificable como “triturado” y que procede del machaqueo y clasificación de piedra no caliza, extraída en cantera o en desmontes rocosos de la traza, o en yacimientos naturales de árido rodado silíceo.
El subbalasto no podrá contener fragmentos de: madera, materia orgánica, metales, plásticos, rocas alterables, ni de materiales tixotrópicos, expansivos, solubles, putrescibles, combustibles ni polucionantes (desechos industriales).
Granulometría: El subbalasto estará constituido por una grava arenosa bien graduada, con un pequeño porcentaje de elementos finos. El resultado deberá cumplir lo siguiente:
47 Tabla7. Curva granulometrica
La columna tamiz indica apertura en mm del tamiz (En tamices ASTM son los siguientes en orden descendente: nº 1,5; nº 1,25; nº 5/8; nº 5/16; nº 5; nº 10; nº 35, nº 70; nº 30)
4.4 OBRAS DE DRENAJE 4.4.1 Elementos de drenaje
Este concepto incluye cualquier tubo prefabricado de concreto reforzado, vibroprensado y poroso, utilizado en las obras de desagüe transversales a la traza, como colectores bajo cunetas y conducción a los cauces naturales o como drenes con objeto de recoger las filtraciones en plataforma.
Los tubos prefabricados de concreto reforzado, vibroprensado y poroso estarán fabricados por centrifugado u otro proceso que garantice una elevada compacidad, con un proceso de curado controlado. Los tubos cumplirán el vigente Proyecto Constructivo en cada caso y se atendrán a la normativa técnica existente para tubos de concreto reforzado o pretensado.
48 5 DISCUSIÓN
En las especificaciones de diseño y construcción se pudo observar variaciones en los valores, ya que se consideró especificaciones de distintos países como de Colombia, México y Perú. En donde las especificaciones de las normas peruanas son muy antiguas y necesitan ser actualizadas.
Ya que a futuro será necesario construir vías férreas con normas y especificaciones actuales, ya que las vías férreas facilitan el traslado y son más económicas.
En cambio, las normas de otros países son actualizadas y muestran un procedimiento adecuado en lo que es el diseño y construcción como el manual de normativa férrea (Colombia) y sus parámetros.
6 CONCLUSIONES
Se dio a conocer las especificaciones técnicas de diseño de la norma peruana.
Se dio a conocer las especificaciones técnicas de construcción de la normativa férrea colombiana.
Los valores mínimos de diseño y construcción se han mostrado en tablas.
Las diferencias de los valores de especificaciones de diseño y construcción son mínimas en cada país.
7 BIBLIOGRAFÍA
Delgadillo Rojas, M. A. (2010). MANUAL AMBIENTAL PARA LA CONSTRUCCION DE VIAS FERREAS. La Paz.
Kansas City Southern de México(2007). Especificaciones para el diseño y construcción . México.
49 DIRECCION DE MANTENIMIENTO Y RECURSOS OPERATIVOS (2017). Especificaciones
tecnicas para la construcción y ampliación de vias particulares . México.
DIRECCION DE FERRCARRILES (1978). Normas y Especificaciones Tecnicas para el Diseño de Vias Ferreas en el Perú. Lima.
MINISTERIO DE TRANSPORTE. (2013). Manual de Normativa Ferrea : Definición de Aspectos Técnicos de Diseño, Construcción, Operación y Control Ferroviario. BOGOTÁ.
