Lineas Ave Frente Lineas Convencionales

CAPTULO 2. Las Lneas de Alta Velocidad frente a las convencionales desde el punto de vista de la Infraestructura.2.1 Introduccin En este captulo se tratar de distinguir las diferencias existentes entre las lneas convencionales y las de Alta Velocidad desde el punto de vista de la infraestructura, analizando y justificando dichas diferencias. Se estudiarn las siguientes caractersticas o elementos correspondientes a la infraestructura: - Caractersticas geomtricas: ancho de va, calidad geomtrica (tolerancias), entreva, inclinacin del carril, trazado y glibos. - Superestructura: carril, aparatos de va, traviesas, sujeciones, placa de asiento y va en placa. - Infraestructura: capas de asiento, rigidez vertical y plataforma. - Obras civiles: pasos superiores, inferiores y a nivel, puentes y tneles. Para realizar una correcta comparacin, se tendr en cuenta, en la mayora de casos, lneas con trfico de viajeros, pues resulta dificultoso comparar las lneas convencionales y de Alta Velocidad en trminos de trfico mixto y mercancas, por la existente escasez de lneas de Alta Velocidad con este tipo de trfico en nuestro pas. En cualquier caso, stas ltimas se diferencian de las de viajeros en tener pendientes de va ms tendidas (12,5 como mximo). Las Especificaciones Tcnicas de Interoperabilidad (2002) y las Instrucciones y Recomendaciones para la Redaccin de Proyectos de Plataforma de la antigua GIF (2004) nos servirn de referencia para definir los criterios seguidos en los proyectos de Alta Velocidad, desde el punto de vista de la infraestructura, construccin y explotacin. Para las lneas convencionales se har uso de las normativas vigentes de la antigua RENFE. 2.2 Caractersticas geomtricas Se estudiarn a continuacin las caractersticas geomtricas de las lneas convencionales y de las de Alta Velocidad, poniendo nfasis en sus diferencias ms notables y analizando las posibles razones de las mismas. Antes de estudiar cada una de las partes que conforma la infraestructura ferroviaria, es necesario considerar un dato preliminar y conocer el espacio que ocupa aproximadamente una seccin de va doble. El espacio ocupado por una va doble de ferrocarril depende de la velocidad de proyecto. Distancias recomendadas v (km/h) L (m) D (m) 140 12,708 3,000 160 12,820 3,000 200 12,900 3,000 250 13,300 3,100Tabla 2.1. Distancias recomendadas para anchura de plataforma L y distancia del eje de la va al poste de catenaria. Fuente: Apuntes de Infraestructuras Ferroviarias. Tomo I.

15

Las lneas de Alta Velocidad frente a las convencionales. Adaptacin de las lneas convencionales a Velocidad Alta

Captulo 2

Figura 2.1. Seccin tipo de en va doble, mostrando las distancias L y D de la anterior tabla. Fuente: Apuntes de Infraestructuras Ferroviarias. Tomo I.

En las figuras 2.1 y 2.2 se observan que las distancias crecen a medida que aumenta la velocidad de circulacin. Parece lgico pues por razones de seguridad sern necesarias mayores distancias. Se analizar este tema con mayor profundidad en el apartado de glibos (2.2.6). 2.2.1 Ancho de va El ancho de va es la distancia entre las dos caras activas de las cabezas de los carriles, medida a una altura de 14,5 mm (0,5 mm) por debajo del plano de rodadura. Una de las principales diferencias entre las lneas convencionales y las de Alta Velocidad es el ancho de va, siendo el primero de 1668 mm, llamado comnmente ancho ibrico, y el segundo de 1435 mm, llamado comnmente ancho de va internacional. Las razones por las que existe una diferencia de ancho no son meramente tcnicas, sino histricas. Hacia el ao 1830, los constructores de Europa y de Norteamrica adoptaron el ancho de 1435 mm (56 pulgadas y media) del proyecto de George Stephenson, director de la primera lnea frrea pblica del mundo, que se bas en los tendidos de va para vagonetas de mina; empricamente se haba demostrado que era la dimensin ms adecuada para el arrastre por medios humanos o con caballeras. La normalizacin internacional de este ancho no se produjo hasta la Conferencia de Berna de 1887. Pero Espaa opt deliberadamente por el ancho de 1668 mm (el equivalente a seis pies castellanos de la poca). Se ha especulado que esta adopcin de ancho obedeca a una forma de proteccin contra la invasin francesa pese a estar ya en la segunda mitad del siglo XIX. Argumentos ms tcnicos apuntan a que siendo Espaa un pas de orografa accidentada, las fuertes pendientes de los trazados exigiran el uso de locomotoras ms potentes y, por lo tanto, de calderas mayores, obligando a ensanchar el conjunto mecnico y, por ende, la va. Se define con precisin la separacin entre las dos filas de carriles a fin de garantizar la compatibilidad de las infraestructuras con el material rodante.16


Captulo 2

Se adjunta a continuacin una tabla (tabla 2.2) en la que se refleja los valores lmites que se han de respetar en la explotacin tanto de una lnea convencional como de Alta Velocidad. Tolerancias del ancho de va (mm) Velocidades R>10000 m R10000 m Lnea convencional -7 y +20 -7 y +20 230 280 km/h 1/20Tabla 2.7. Valores usuales de inclinacin del carril. Fuente: Elaboracin propia.

La inclinacin del carril no sigue ningn criterio en funcin de la velocidad. Este parmetro se disea para ser compatible con los perfiles de las ruedas del20


Captulo 2

material rodante. En la tabla 10 se observa que se adoptan inclinaciones de carril muy similares en ambas lneas. 2.2.4 Trazado en planta La configuracin del trazado de una lnea ferroviaria tiene dos aspectos fundamentales: las alineaciones en planta y en alzado. El trazado en planta se compone de las siguientes alineaciones: rectas, curvas y curvas de transicin entre stas. Se tendr en cuenta, a la hora de analizar las diferencias en el diseo del trazado, el hecho de que los trazados de las lneas de trfico exclusivamente de trenes de viajeros y los trazados de las lneas de trfico mixto son ligeramente diferentes. Los parmetros que caracterizan el trazado en planta de una lnea ferroviaria son: Radios de curva en planta. Radio mnimo:

La velocidad de proyecto de una lnea determina el valor de los radios mnimos en planta. Es necesario limitar el radio inferiormente debido a ciertos condicionantes: razones de seguridad debido a las fuerzas transversales que ejerce el vehculo sobre la va y que tienden a desplazarla, razones de seguridad debido a la posibilidad de descarrilo o vuelco del vehculo ferroviario, razones de confort del viajero (es ms sensible a las fuerzas variables en sentido transversal). El radio de curva mnimo de las vas se elige de tal forma que para el peralte de la curva considerada, la insuficiencia de peralte no supere ciertos lmites (vase ms abajo en este mismo apartado). Radio mnimo a cumplir segn normativa RENFE Velocidad Ancho de va Radio mnimo (km/h) (mm) (m) 140 1668 1.000 160 1668 1.300 200 1668 2.000 200* 1435 2.100 250* 1435 3.300 300* 1435 4.700Tabla 2.8. Radios mnimos a cumplir segn normativas RENFE: NRV 0200, NRV 0201. Fuente: Elaboracin propia.* Para trfico exclusivo de viajeros.

Los radios de las curvas habituales en los trazados de las lneas espaolas son los siguientes: Tipo de lnea Lnea convencional Lnea Alta Velocidad Radio normal (m) 1.000 5.000-7.000

Tabla 2.9. Radios normales en trazados en planta en las lneas ferroviarias espaolas. Fuente: Elaboracin propia.

El incremento de la velocidad de proyecto de nuevas lneas puestas en servicio estos ltimos aos o actualmente en construccin ha hecho aumentar los radios. Un claro ejemplo de ello es la lnea Madrid-Barcelona-Frontera21


Captulo 2

Francesa, cuyo radio mnimo ronda en los 7.000 m, permitiendo circulaciones a 350 km/h. Los radios amplios favorecen el desarrollo de altas velocidades sin tener que recurrir a peraltes elevados, lo cual favorece enormemente la buena conservacin de la plataforma ferroviaria, con la consiguiente reduccin de los costes de explotacin. Por otro lado, cabe destacar el hecho de que en las lneas, de Alta Velocidad o no, en las que se admite la circulacin de trenes de mercancas, el valor del peralte ha de limitarse (como se ver ms tarde), por lo que el valor de la fuerza centrfuga aumenta y resulta por tanto necesario adoptar unos valores de radios de curva en planta mayores. Peralte mximo, Insuficiencia de peralte y Exceso de peralte:

Se define el peralte como la diferencia de cota entre las superficies de rodadura de los dos carriles de una va dentro de una misma seccin normal a ella. En recta, el valor del peralte es nulo; en curva, el valor del peralte es constante e igual a un cierto valor. La curva de transicin, entre la recta y la curva circular, permite una variacin lineal del peralte a lo largo de la misma hasta alcanzar el valor del peralte en la curva circular. Las funciones del peralte son varias: compensacin del efecto de la fuerza centrfuga en curva, proporcionar confort al viajero (ver apartado de aceleracin centrfuga sin compensar), mejor distribucin de las cargas en ambos carriles, disminucin del desgaste de los carriles y ruedas. Asimismo, se exigen ciertas limitaciones de peralte para tener un control sobre l. Las razones por las que ha de limitarse el peralte son las siguientes: los trenes lentos y, normalmente, pesados provocan desgastes importantes en el carril bajo si el peralte es excesivo, propiciando un indebido desgaste del carril y consecuente descarrilo; si un tren se detiene en una curva, el peralte podra provocar un desplazamiento de carga y un arranque dificultoso; el propio mantenimiento de un excesivo peralte se hace dificultoso. Se definen as, pues, los siguientes parmetros: Peralte terico (Ht): Es el obtenido por anulacin de la fuerza centrfuga a la que se encuentra el vehculo al recorrer una curva a la velocidad de proyecto. Peralte prctico (Hp): Peralte que realmente tiene la va. Insuficiencia de peralte (I): Diferencia entre el peralte terico y el peralte prctico. Los trenes de viajeros, trenes rpidos, son los que circulan con insuficiencia de peralte, porque el peralte prctico slo compensa una parte de la fuerza centrfuga. Dicho valor tambin se limita. La insuficiencia tambin est relacionada con el confort del viajero, como se ver ms tarde. sta es otra de las razones por la cual se limita su valor. Exceso de peralte (E): Diferencia entre el peralte prctico y el peralte terico. Los trenes de mercancas, trenes lentos, son los que circulan con exceso de peralte. Dicho valor tambin se limita por las razones expuestas anteriormente.

-

-

22


Captulo 2

A continuacin se muestran dos tablas en las que se muestran los valores lmites de peralte e insuficiencia de peralte para lneas convencionales y Alta Velocidad: Peralte (mm). Valores lmite. Lnea convencional Nueva construccin Lnea Alta Velocidad Explotacin Va exclusiva trfico viajeros

160 180 190 200

Tabla 2.10. Valores lmite de peralte adoptados en lneas convencionales y de Alta Velocidad. Fuente: Elaboracin propia.

Insuficiencia de peralte (mm). Valores lmite. Lnea convencional 115 250300 km/h 60-80Tabla 2.11. Valores lmite de insuficiencia de peralte adoptados en lneas convencionales y de Alta.* Vas corrientes y directas en aparatos. En caso de trenes de Alta Velocidad con sistemas de basculacin podrn adoptarse valores de insuficiencia mayores. Velocidad. Fuente: Elaboracin propia.

Para un mayor entendimiento del procedimiento por el cual se disea el trazado en planta de una va, cuyo principal condicionante es el radio mnimo, se adjunta a continuacin un pequeo esquema explicativo:

Aceleracin sin compensar:

La aceleracin sin compensar sc es la aceleracin transversal hacia el exterior de la curva que queda al peraltar una va cuando se circula por ella a una velocidad v. Tiene la siguiente expresin:

sc =v, es la velocidad del vehculo en m/s R, el radio de la curva en m h, el peralte de la curva en mm

v2 h g R s

(2.2)

23


Captulo 2

g, es la aceleracin de la gravedad, 9,8 m/s2 s, distancia entre carriles ms el ancho de cabeza de carril, en mm Otra manera de controlar la insuficiencia de peralte es a travs de este parmetro. Ambos parmetros estn relacionados a partir de la siguiente frmula:

I = sc

s g

(2.3)

Se suele limitar la aceleracin sin compensar, tanto en lneas convencionales como de Alta Velocidad, en un valor de 0,65 m/s2, con lo que la insuficiencia de peralte resultante ronda los 100 mm. Recordemos que la aceleracin sin compensar mantiene una relacin de proporcionalidad con la aceleracin que realmente siente el viajero v . Este factor de proporcionalidad depende de la tipologa de suspensin utilizada por el material rodante. Para vehculos convencionales, con suspensin tradicional:

v = sc (1 + )Para vehculos con caja inclinable, pendular o basculante:

(2.4)

v =

sc (1 + )

(2.5)

es el coeficiente de Souplesse, con valores comprendidos entre 0,2 y 0,3. Se deduce de la expresin que en una curva de radio R, a igualdad de velocidad v, el viajero ir ms cmodo en un vehculo de caja inclinable. Se hablar del material rodante en el apartado 4.3. Mnima longitud de transicin en planta:

La curva de transicin en planta ms adecuada es la clotoide. Este tipo de curva permite una variacin lineal del peralte a lo largo de la misma para as entrar en la curva circular con el peralte deseado. Se exige una longitud mnima de la curva de transicin a partir de la siguiente condicin: L 8 a 10 vH v es la velocidad mxima de circulacin, en km/h H es el peralte, en mm Esta condicin puede ser utilizada tanto en lneas convencionales como Alta Velocidad y viene dada a partir de la velocidad de subida de la rueda en la curva de transicin, que a su vez est relacionada con el confort del viajero. Se observa que a mayor velocidad de circulacin, para un mismo valor de peralte, sern necesarias mayores longitudes de transicin.24

(2.6)


Captulo 2

Mxima pendiente del diagrama de peraltes:

En la curva de transicin se debe controlar tambin la pendiente del diagrama de peraltes, pues dicha rampa est ntimamente relacionada con la seguridad del viajero. La limitacin de dicha rampa viene dada por la siguiente expresin en lneas convencionales:i= 180 dh H = 10 3 2,5 dx L v

(2.7)

H es el peralte, en mm L es la longitud de la curva de transicin, en m v es la velocidad de circulacin mxima, en km/h Para lneas de Alta Velocidad, las Instrucciones y Recomendaciones para la Redaccin de Proyectos de Plataforma de la antigua GIF recomienda, como valor normal, una pendiente del diagrama de peraltes de 0,5 mm/m para 250350 km/h de velocidad mxima de circulacin. Se deduce de ello, y de la frmula anterior, que la pendiente del diagrama de peraltes deber ser menor a medida que la velocidad de circulacin aumente. Por tanto, podemos concluir que las limitaciones en la rampa mxima en el diagrama de peraltes sern ms restrictivas en lneas de Alta Velocidad que en convencionales, o bien, decir que se necesitarn mayores longitudes de transicin para un mismo peralte. 2.2.5 Trazado en alzado El trazado en alzado se compone de dos elementos fundamentales: la inclinacin de las rasantes y las curvas de unin entre dos rasantes diferentes. La funcin de estas ltimas es cambiar la pendiente de la rasante de modo gradual, sin que se ocasionen aceleraciones verticales molestas para los viajeros. Los parmetros que caracterizan el trazado en alzado de una va son los siguientes: Rampa mxima:

El valor de la rampa mxima en alzado es, junto con el valor del radio mnimo en planta, uno de los dos parmetros ms importantes en el diseo del trazado de una lnea. En el caso en que el valor de la rampa mxima admisible fuera bajo se generaran sobrecostes, debidos a necesaria construccin de gran nmero de obras de fbrica y tneles. En el caso contrario, en que dicho valor fuera elevado, sera necesario dotar a los trenes de grandes potencias (y sistemas de frenado ms potentes) para lograr una mayor fuerza de traccin. Por tanto, la eleccin del valor mximo de la pendiente es un compromiso entre las posibilidades ofrecidas por la orografa existente, para reducir los costes, y las restricciones que impone la explotacin, a causa de las prestaciones ofrecidas por el material rodante que vaya a circular por la lnea en cuestin.

25


Captulo 2

Cuando se trata de una lnea de trfico mixto las limitaciones de rampa mxima son ms estrictas. Si se quiere explotar una lnea para trfico de trenes de mercancas tambin, ser necesario adoptar rampas ms tendidas, de tal forma que los trenes puedan arrancar en cualquier punto de la pendiente y frenar para detenerse en ella. Por ltimo, destacar el hecho de que la falta de potencia de las locomotoras obliga a reducir la velocidad en estos tramos, generando as desgastes en la va debido al exceso de peralte. sta ltima es otra de las razones por la cual existe un valor de rampa mxima admisible en vas de trfico mixto. Segn las Especificaciones Tcnicas de Interoperabilidad y la normativa RENFE, los valores lmites recomendados para las lneas de Alta Velocidad y lneas convencionales, son: Pendientes mximas recomendables (). Segn normativa correspondiente. 140 km/h 20 Lnea convencional ~ 160 km/h 15 ~ 200 km/h 12,5 Trfico viajeros 25 Lnea Alta Velocidad Trfico mixto 15Tabla 2.12. Valores usuales de pendientes mximas, segn normativa. Fuente: Elaboracin propia a partir de las normativas NRV 0200 Y 0201 y las Recomendaciones para el Proyecto de Plataforma de GIF.

Las Especificaciones Tcnicas de Interoperabilidad sealan que no se debern sobrepasar las 35, debiendo respetarse, adems, dos condiciones en las nuevas lneas especialmente construidas para la Alta Velocidad: la pendiente del perfil medio sobre 10 km deber ser inferior o igual a 25, y la longitud mxima en rampa o pendiente continua de 35 no deber superar los 6.000 m. A continuacin se muestra la tabla 2.13 con valores usuales de rampas en lneas convencionales. Tipo de alzado Horizontal p < 5 5 < p < 10 10 < p < 25 p > 25 Kilmetros 2.981 3.358 3.018 3.996 53 Porcentaje (%) 22,2 25,0 22,5 29,8 0,4

Tabla 2.13. Caractersticas geomtricas de la red espaola de lneas convencionales. Fuente: Apuntes de Infraestructuras ferroviarias. Tomo I.

La tabla 2.14 refleja los valores de rampas mximas en lneas espaolas de Alta Velocidad:

26


Captulo 2

Rampas mximas en lneas espaolas Alta Velocidad () Madrid-Sevilla 12,5 Madrid-Barcelona 25 Barcelona- Frontera Francesa 18Tabla 2.14. Caractersticas geomtricas de la red espaola de lneas de Alta Velocidad. Fuente: Proyectos singulares en el desarrollo de la red europea de alta velocidad.

Comparando los valores admisibles de rampas mximas en alzado se puede comprobar que se admiten mayores pendientes en lneas de Alta Velocidad que en lneas convencionales. Est claro que a mayores rampas, mayor ser el ajuste del trazado a la orografa y, por tanto, menores sern los costes de construccin. Por otro lado, se observa que la tendencia en lneas de Alta Velocidad es aumentar el valor de la rampa mxima. La tecnologa de los trenes, sobre todo en Alta Velocidad, avanza ao a ao consiguiendo as que los vehculos puedan superar mayores rampas cada vez.

Curvas de transicin en alzado:

Recordemos que las curvas de transicin en alzado son las encargadas de cambiar la pendiente de la rasante de forma gradual. stas pueden ser circulares o parablicas, siendo stas ltimas ms usuales en carreteras que no en trazados ferroviarios. As pues, se hablar de radios de acuerdos verticales. Estas curvas verticales introducen, tambin, una aceleracin centrfuga en su plano molesta para el viajero, sobre todo cuando se trata de acuerdos convexos. Igual que ocurra en el trazado en planta, dichas curvas generan aceleraciones centrfugas sin compensar sobre el viajero:

v =

v2 Rv

(2.8)

v es la aceleracin vertical sin compensar, en m2/sv es la velocidad de circulacin, en m/s Rv es el radio de curvatura de la curva vertical, en m Dicha expresin toma otra forma si expresamos la velocidad en km/h:

v =

v2 12,96 Rv

(2.9)

La experiencia aconseja que, por criterios de confort, los valores mximos para la aceleracin centrfuga vertical v estn situados en el intervalo de 0,2 a 0,4 m/s2, siendo este ltimo un valor no superable. De esta forma, se obtiene una relacin entre el radio de curvatura de la curva de transicin vertical y la velocidad de circulacin:

Rv

v2 v2 R 2 427

(2.10)


Captulo 2

As pues, se deduce de esta expresin que para velocidades mayores sern necesarios radios de curvatura mucho mayores en los acuerdos verticales. Radios mayores suponen, para una misma diferencia de pendientes, longitudes mayores en las curvas de transicin. Radios de curvatura en transicin vertical recomendables Velocidad de Tipo de lnea circulacin Radio (m) (km/h) 80 3.200 100 5.000 Lnea convencional 140 9.800 160 12.800 Lnea adaptada 200-220 20.000-24.200 a Velocidad Alta 250 31.250 Lnea Alta Velocidad 300 45.000 350 61.250Tabla 2.15. Comparacin de los radios de curvaturas necesarios en acuerdos verticales. Fuente: Elaboracin propia a partir de la primera frmula (2.10).

En conclusin, en trazados de Alta Velocidad sern necesarios mayores radios y mayores longitudes en las curvas de transicin frente a los trazados de lneas convencionales. 2.2.6 Glibos El glibo se define como un contorno de referencia con unas reglas de aplicacin. En el mbito del ferrocarril existen muchos tipos de glibos: glibo de material motor, glibo de material remolcado, glibo de puentes, glibo de tneles, etc. En este apartado se hablar nicamente de dos tipos de glibos, el glibo cinemtico y el glibo de implantacin de obstculos, llevando a cabo una comparacin de los mismos en los dos diferentes mbitos tratados durante todo este documento, las lneas convencionales y las de Alta Velocidad. La UIC (Union Internationale des Chemins de Fer) define tres tipos de glibos: A, B y C. Se diferencian entre s porque cada uno de ellos posibilita un transporte de mercancas diferente. El ferrocarril espaol se asimila ms al contorno de referencia C, debido a su mayor ancho de va. Por tanto, los contornos de referencia del glibo cinemtico y el glibo de implantacin de obstculos de los que se hablar a continuacin, permiten la circulacin de trenes que se inscriban en el glibo cinemtico C de la UIC. El glibo cinemtico se define como la envolvente de los lugares geomtricos que pueden ocupar cualquier parte de un vehculo referenciada a los ejes de coordenadas representados por el plano de rodadura y el eje de la va. Es un contorno de referencia que tiene en cuenta los movimientos geomtricos de los vehculos, debidos a la curvatura de la va y al juego de los ejes de la va (existirn glibos para va en recta y glibos para va en curva), y movimientos

28


Captulo 2

dinmicos, debidos a la flexibilidad de las suspensiones. El glibo cinemtico se divide en dos: glibo de partes altas y glibo de partes bajas.

Figura 2.2. Contorno de referencia del glibo cinemtico para lneas convencionales y vehculos RENFE. Fuente: Instruccin Tcnica de Glibo de la Red.

Figura 2.3. Contorno de referencia del glibo cinemtico GIF. (Altura H.C. 5,30m) Fuente: Sistema de Glibos GIF en Lneas de Alta Velocidad.

29


Captulo 2

Glibo cinemtico de partes altas (mm) Lnea convencional 1.720 Lnea Alta Velocidad 1.920Tabla 2.16. Glibos cinemticos partes altas. Fuente: Elaboracin propia.

Se observa claramente (ver figuras 2.2 y 2.3 y tabla 2.16) que el glibo cinemtico de partes altas es mucho mayor en lneas de Alta Velocidad (3.840 mm, en total) que en lneas convencionales (3.440 mm, en total). Ello es debido a que para la obtencin del primero se tiene en cuenta un ancho de la caja del vehculo de 3.500 mm, mientras que para el segundo el ancho de caja considerado es de 2.950 mm, ancho de caja mximo en vehculos RENFE. El valor de 3.840 mm se obtiene teniendo en cuenta el valor inicial de 3.500 mm ms una holgura. Dicha holgura es la existente entre el glibo cinemtico y la caja en lnea convencional (3.440-2.950=490). Estos 490 mm, que deberan sumarse a los 3.500 mm considerados, se convierten en 345 mm, teniendo en cuenta la diferencia de peraltes y flechas entre las lneas convencionales y las de Alta Velocidad. En cuanto al glibo cinemtico de las partes bajas, existen tambin diferencias, ya no slo debidas a la diferencia de ancho de caja, sino por motivos de compatibilidad de andenes. La normativa de sistemas de glibos GIF para lneas de Alta Velocidad tiene en cuenta, en el contorno de referencia del pantgrafo del material de traccin elctrica, el caso en que altura nominal del hilo de contacto sea de 5,50 m (figura 2.5), necesitando una altura de 5,25 m frente al valor usual de las lneas convencionales de 5,00 m (figura 2.4). El ancho de pantgrafo no presenta diferencias apreciables de uno a otro tipo de lnea.

Figura 2.4. Contorno de referencia para pantgrafos. Fuente: Instruccin Tcnica de Glibo de la Red. 30


Captulo 2

Figura 2.5. Contorno de referencia GIF para altura de hilo de contacto de 5,50m. Fuente: Sistemas de glibos GIF en lneas de Alta Velocidad.

Cabe sealar que RENFE presenta diferentes glibos cinemticos segn se trate de material motor, coches o vagones, que se diferencian bsicamente en sus partes bajas. Esto ocurre debido a la diferencia de dimensiones que presentan cada uno de ellos. Para glibos de lneas de Alta Velocidad esto no ocurre. El glibo de implantacin de obstculos se define como el rea, referenciada a los ejes de va antes citados, en la cual no pueden existir elementos fijos, es decir, elementos de la infraestructura o superestructura, ms una reserva para transportes excepcionales. Se exceptan las partes de la catenaria que estn en contacto con la mesilla del pantgrafo. Glibo de implantacin de obstculos de partes altas (mm) Lnea convencional 2.150 Lnea Alta Velocidad 2.350Tabla 2.17. Glibos cinemticos partes altas. Fuente: Elaboracin propia.

Se observa claramente que el glibo de implantacin de obstculos es mucho mayor en lneas de Alta Velocidad (figura 2.7) que en convencionales (figura 2.6). Teniendo en cuenta que el glibo cinemtico ya segua este criterio, era lgico pensar que el glibo de implantacin tambin lo haca. Fijndonos un poco ms en los valores, nos percatamos de que existe la misma diferencia entre estos valores, que entre los valores de glibos cinemticos. As pues, se ha seguido un razonamiento muy similar al anterior. La holgura total entre el glibo de implantacin de obstculos RENFE y el glibo cinemtico del vehculo ms ancho es de 860 mm (4.300-3.440=860). Sumando esta holgura31


Captulo 2

al glibo cinemtico GIF se obtiene el glibo de implantacin de obstculos GIF, 4.700mm (3.840+860=4.700).

Figura 2.6. Glibo de implantacin de obstculos, en va recta. Fuente: Instruccin Tcnica de Glibo de la Red.

Figura 2.7. Glibo de implantacin de obstculos GIF (Altura H.C. 5,30m) para R>1.400m. Fuente: Sistema de Glibos GIF en Lneas de Alta Velocidad.

32


Captulo 2

En cuanto al glibo de implantacin de obstculos de las partes bajas (figura 2.8) cabe decir que son, de nuevo, distintos. En las partes bajas se hacen los recortes habituales con el fin de adaptarse a las especiales caractersticas de los vehculos en esta zona. Por debajo de 825 mm (medida desde la cota del carril) el glibo propuesto sigue el Contorno del glibo de implantacin de obstculos RENFE, con la excepcin de incluir el ancho diferente de las ruedas.

Figura 2.8. Glibo de implantacin de obstculos partes bajas, R250 m. Fuente: Instruccin Tcnica de Glibo de la Red.

2.3 Superestructura La superestructura est compuesta, cuando se trata de una va tradicional, principalmente por: el carril, los aparatos de va, las sujeciones del carril, las traviesas y las placas de asiento. En los ltimos aos ha aparecido otro tipo de va, la llamada va en placa, que se diferencia de aquella esencialmente, en tratarse de una nica pieza en la que se dispone el carril y en la que son innecesarias las traviesas. De sta se hablar tambin en este apartado de superestructura. 2.3.1 Carril El carril, compuesto a base de acero, es el elemento sustentador del material rodante que se utiliza como dispositivo para su guiado soportando las acciones dinmicas generadas por la velocidad. Consta de cabeza, alma y patn: Cabeza: Parte superior del carril que soporta las cargas que aporta la rueda. Alma: Parte central del carril, de pequeo espesor, que distribuye las cargas transfirindolas al patn. Patn: Base del carril, de mayor anchura que la cabeza, que distribuye las fuerzas sobre mayor ancho y las transmite a la placa de asiento.

El carril se designa a partir de su peso por metro lineal. Y es ah donde radica la diferencia principal entre los carriles utilizados en las distintas lneas como muestra la tabla 2.18.33


Captulo 2

Carriles habituales en las diferentes lneas espaolas Lnea convencional Antigua UIC 45 v~140-160 km/h UIC 54 v>160 km/h UIC 60 Lnea de Alta Velocidad UIC 60Tabla 2.18. Carriles habituales en las diferentes lneas espaolas. Fuente: Elaboracin propia.

Figura 2.9. Perfil transversal de carriles de 45, 54 y 60kg/m. Fuente: Esquemas de va. RENFE.

El hecho de aumentar el peso por metro lineal es debido a la necesidad de aumentar la inercia para obtener una mayor resistencia a flexin. As que resulta lgico que a medida que aumenta la velocidad y, por tanto, las solicitaciones de la va, sea necesario un carril con mayor inercia. Las Especificaciones Tcnicas de Interoperabilidad sealan que el carril para lneas de Alta Velocidad debe tener una masa mnima por metro lineal de 53 kg/m. Los carriles convencionales suelen tener una dureza de 90 daN/mm2, mientras que existen carriles excepcionales con una dureza de 110 a 120 daN/mm2. En este aspecto no existen diferencias aparentes. Las soldaduras entre cupones de carriles, en el caso de las lneas convencionales, se han realizado tradicionalmente en taller a partir de juntas. Los carriles utilizados en Alta Velocidad, en cambio, se someten a soldaduras elctricas. Asimismo, las diferentes normativas sealan que los cupones deben ser de 6 m cuando se trata de una lnea con velocidad de circulacin inferior a 200 km/h, mientras que para velocidades mayores se aconsejan cupones de 12 m. Se concluye por tanto, que a medida que ha aumentado la velocidad de circulacin en las lneas y, sobre todo con la aparicin de la Alta Velocidad, se han mejorado las condiciones de unin entre cupones de carriles, disminuyendo el nmero de soldaduras a partir del aumento de longitud de los carriles, y mejorando la calidad de las mismas mediante la tcnica de soldadura elctrica.

34


Captulo 2

2.3.2. Aparatos de va El desvo es un aparato de va que permite el paso de las circulaciones de una va a otra, o a varias, cuyos ejes se acuerdan tangencialmente con el de la primera o formando un ngulo muy pequeo con l. El caso ms simple de un desvo es el llamado sencillo, o de dos vas, que da paso a las circulaciones a una va o a la otra. La primera recibe el nombre de va directa y la segunda, va desviada.

Figura 2.10. Esquema de un desvo sencillo, en recta. Fuente: NRV 3600.

La separacin y el cruce de los hilos de ambas vas se produce mediante dos elementos: el cambio y el cruzamiento. Un cambio consta de dos conjuntos de aguja-contraguja. Un cruzamiento consta de corazn, carriles y contracarriles. Los corazones, y los desvos, se definen a partir de la tangente del ngulo que forman los dos hilos que se cruzan de las va directa y desviada expresado de forma decimal. La tabla 2.19 muestra las caractersticas de algunos desvos usuales en las distintas lneas ferroviarias espaolas. Algunos desvos usuales, segn la velocidad mxima de circulacinVmax por va directa (km/h)Lnea convencional

Tipo de desvo

Tipo de trazado

Tipo de corazn

140 ~160

tipo A tipo B (B1,B2,B3) tipo C

secante secante tangente tangente clotoide-circularclotoide

tg 0,09-0,11 CR tg 0,09-0,11 CR tg 0,075 CRtg 0,09CC tg 0,09 CR Corazn de punta mvil

Lnea Velocidad Alta y Alta Velocidad

~200-220 tipo P 250 tipo AV

Tabla 2.19. Algunos desvos usuales, segn la velocidad mxima de circulacin. Fuente: Elaboracin propia. 35


Captulo 2

Los desvos tipo A fueron los primeros desvos que adopt la compaa RENFE, en su inicio, en vas generales. En vas secundarias, existen an hoy en da, desvos anteriores a los tipo A. Los desvos tipo B fueron desarrollados con la colaboracin de la industria nacional para la modernizacin de lneas importantes admitiendo velocidades mximas de 160km/h. Los desvos de tipo C se distinguen de estos ltimos en admitir velocidades mayores. Los desvos tipo P son polivalentes, es decir, estn preparados para permitir cambiar el ancho de va. Los de tipo AV son especiales para lneas de Alta Velocidad. Su geometra, con un trazado tipo clotoide-circular-clotoide, est mucho ms cuidada permitiendo as mayores velocidades de paso. En lneas de Alta Velocidad son altamente recomendables los desvos con corazones mviles (vase figura 2.11). Al incrementar el radio de la va desviada para aumentar la velocidad por ella, suele ser necesario disminuir el ngulo del corazn y, por tanto, aumentar su laguna. Este inconveniente se puede solucionar mediante el denominado corazn de punta mvil. Este tipo de corazn permite suprimir la laguna creando una superficie continua de rodadura.

Figura 2.11. Corazn de punta mvil. Fuente: JEZ. Sistemas Ferroviarios.

2.3.3 Traviesas y sujeciones La traviesa es el elemento que, situado en direccin transversal al eje de la va, sirve de sostenimiento del carril, constituyendo el nexo de unin entre l y el balasto. Las principales funciones que desempean las traviesas en el conjunto de la va son las siguientes: - Transmisin y reparto de cargas sobre la banqueta de balasto. - Soporte a los carriles asegurando posicin, separacin e inclinacin. Las figuras que se adjuntan a continuacin (2.12 y 2.13) muestran dos tipos diferentes de traviesas, las bibloque para carril de 45 y las monobloque para carril de 60.

36


Captulo 2

Figura 2.12. Traviesa bibloque tipo RS para carril de 45. Fuente: NRV3131.

Figura 2.13. Traviesa monobloque para carril de 60. Fuente: NRV3121.

Las traviesas reducen las presiones transmitidas a la capa de balasto gracias al rea de apoyo sobre la misma y proporcionan una mayor estabilidad a la va debido a su peso. Zimmermann asegura que un aumento del rea de apoyo de 2088 cm2 (traviesas tipo RS) a 2436 cm2 (traviesas U41), proporciona una reduccin del 10% de asientos y tensiones. No es de extraar, por tanto, que la tendencia haya sido la de aumentar el rea de apoyo y el peso de las mismas. Tipo de traviesa Longitud (cm) Peso (kg) Madera 260 80 Bibloque RS 230 ~180 Monobloque 250 250-400Tabla 2.20. Longitud y peso de los tres tipos de traviesas habituales. Fuente: Elaboracin propia.

Otra variable fundamental es la distancia entre ejes de traviesas consecutivas. sta puede variar entre los 50 y 70 cm. Los 50 cm suponen una limitacin debido a las distancias mnimas necesarias para un correcto bateo de la va. Por otro lado, sobrepasar los 70 cm supondra una deformacin exagerada de la misma. De esta forma, el valor usual de distancia entre ejes de traviesas consecutivas es de aproximadamente 60 cm, valor que se toma tanto en lneas convencionales como en Alta Velocidad. La sujecin es el elemento que sirve para fijar el carril a la traviesa. Debe asegurar la invariabilidad del ancho de va y facilitar la transferencia de las acciones a la infraestructura. Existen, esencialmente, dos tipos: las sujeciones37


Captulo 2

rgidas y las elsticas. Las traviesas de madera siempre van acompaadas de sujeciones rgidas y las de hormign, de elsticas. La sujecin debe desempear, junto con el resto de elementos, las funciones que se le exigen al conjunto de la va, es decir, proporcionar la suficiente capacidad elstica para permitir absorber las acciones mecnicas a las que est sometida. Asimismo, la rigidez proporcionada al introducir el uso de las traviesas de hormign se debe ver compensada por la utilizacin de sujeciones elsticas. A medida que ha ido aumentando la velocidad de explotacin de las lneas espaolas, el tipo de traviesa ha ido evolucionando. Las lneas ms antiguas, que no han sido modernizadas, an poseen traviesas de madera. Hoy en da, stas ya no se colocan (salvo en puntos excepcionales) y han sido sustituidas por las de hormign, aumentando cada vez ms su peso, sobre todo en lneas de Alta Velocidad. De Francia se adopt la traviesa bibloque, que no tuvo mucho xito en Espaa. Su escasa aptitud para mantener el ancho de va, su pequea superficie de apoyo sobre la capa de balasto y su poca manejabilidad hicieron entrar en desuso a las mismas. Es por ello que tampoco son utilizadas en lneas de Alta Velocidad. Las traviesas de hormign polivalentes aparecieron para aquellas lneas de va ancha que habrn de pasar en un futuro a ancho internacional. Hoy en da son usuales las de tipo PR-90 y PR-01 (la diferencia entre ambas se debe a la sujecin usada). La siguiente tabla (tabla 2.21) muestra el tipo de material utilizado en las diferentes lneas ferroviarias espaolas. Tipos de traviesas y sujeciones habituales Velocidad Tipo de lnea mxima de Tipo de traviesa Tipo de sujecin circulacin (km/h) SKL-12 o madera tirafondos 160 hormign monobloque Vossloh polivalente hormign Lnea Alta Velocidad monobloque Vossloh o Nabla (ancho internacional)Tabla 2.21. Tipos de traviesas y sujeciones habituales en lneas convencionales y de Alta Velocidad. Fuente: Elaboracin propia.

38


Captulo 2

Las Especificaciones Tcnicas de Interoperabilidad indican que la masa de las traviesas en vas con balasto deber ser de al menos 220 kg, y que en el caso de tratarse de traviesas de hormign, stas debern tener al menos una longitud de 2,25 m. Dichas especificaciones van ligadas al hecho de obtener estabilidad transversal y longitudinal del conjunto formado por carril-traviesabalasto y un mejor comportamiento frente al fenmeno de la onda de levante. Para el tramo Madrid-Sevilla se utilizaron las de tipo AI-88 y AI-89, traviesas monobloque de hormign pretensado (con armaduras pretesas o postesas). Para el tramo Madrid-Barcelona se estn utilizando de tipo AI-99. Para lneas convencionales no se especifica en normativa alguna un peso mnimo de traviesas, constatando de esta manera que el peso de stas ha empezado a ser estudiado con minuciosidad con el aumento de velocidad. La tecnologa de los elementos de sujecin del carril a la traviesa ha mejorado tambin notablemente. La aparicin de los carriles continuos soldados tuvo lugar, en parte, gracias a la introduccin de la sujecin elstica. El hecho de aumentar la velocidad de circulacin, que provoca mayores movimientos en esta zona de unin entre carril y traviesa, ha obligado a mejorar la tcnica de sujecin y apretado de estos elementos (sujeciones Nabla y Vossloh en Alta Velocidad) y a introducir, a su vez, el concepto de elasticidad en las sujeciones. Se puede concluir que las lneas de Alta Velocidad estn dotadas, frente a las lneas convencionales, de carriles de mayor rigidez a flexin y traviesas ms pesadas y con mayor superficie de apoyo. 2.3.4 Placa de asiento La placa de asiento (figura 2.14) es un elemento que se interpone entre el carril y la traviesa. Sus principales funciones son las siguientes: Proteccin de las traviesas de la accin directa del carril. Reducir las tensiones sobre la traviesa, ampliando la superficie de apoyo del carril sobre sta. Constituir un buen posicionamiento del carril en la traviesa, tanto para la inclinacin como para el ancho de va.

Figura 2.14. Placa de asiento de caucho. Fuente: NRV3210. 39


Captulo 2

Rigidez vertical de la placa de asiento en lneas espaolas Tipo de lnea Rigidez (kN/mm) Espesor (mm) Lnea convencional 500 4,5 Lnea Alta Velocidad Madrid-Sevilla 400-500 6 Madrid-Barcelona 100 7Tabla 2.22. Rigidez vertical de las placas de asiento en lneas espaolas. Fuente: Elaboracin propia.

Con el fin de no deteriorar las traviesas de madera sobre las que se apoyaban, las primeras placas de asiento en lneas convencionales fueron de tipo rgido. La introduccin de traviesas de hormign, que incrementaba notablemente la rigidez vertical de la va, supuso la disminucin de rigidez de las placas de asiento. As se pasaron a utilizar placas elsticas de caucho o polietileno. Los primeros estudios constataron que dichas placas producan menores deterioros en la va, debido a la reduccin de los esfuerzos verticales en la misma. La Alta Velocidad adopt este tipo de placa de asiento para asegurar un menor deterioro de la va. Las Especificaciones Tcnicas de Interoperabilidad sealan que para lneas especialmente construidas para Alta Velocidad la rigidez de la placa de asiento, sobre traviesas de hormign, no debe exceder de 600 kN/mm, valor que asegura la elasticidad de dicha placa. Las lneas de Alta Velocidad estn adoptando cada vez menores valores de rigidez (vase tabla 2.22) y, por tanto, mayores valores de espesor en las placas de asiento, con el propsito de reducir la rigidez vertical de la va. Estudios recientes aseguran tambin que un valor bajo de rigidez vertical de la placa genera menores vibraciones en el balasto, suponiendo as un menor deterioro de la va. Como se ver ms adelante, la elasticidad de la placa de asiento es el elemento clave para regular la magnitud de la rigidez vertical de la va.

Figura 2.15. Influencia de la rigidez vertical de la placa de asiento en la velocidad de vibracin del balasto. Fuente: DBAG. A. Lpez Pita (2001).

La placa de asiento es uno de los pocos elementos del conjunto va (carril, traviesas, placa, balasto, subbalasto, plataforma) que permite regular la40


Captulo 2

magnitud de la rigidez vertical de la va, de tal forma que se aproxime al valor ptimo buscado (apartado 2.4.2). 2.3.5 Aparatos de dilatacin Los aparatos de dilatacin son dispositivos cuya funcin es mantener la terica continuidad de la va permitiendo movimientos relativos importantes. La necesidad de colocar dichos aparatos puede derivar de tres causas: - tensiones de carril excesivas en caso de no disponer de un aparato de dilatacin, como puede ser, en puentes metlicos o de hormign - existencia de aparatos de va que no soportaran las tensiones que transmite la barra larga soldada - tener que proteger una va de barra corta de una va de barra larga. Dicho aparato debe colocarse tambin en el estribo y en el interior de los puentes metlicos sin balasto, en los estribos y juntas de los viaductos hiperestticos de hormign con balasto. El funcionamiento del aparato de dilatacin consiste en que, cuando el tablero hiperesttico realice su movimiento, debido mayoritariamente a dilataciones trmicas, la parte mvil de ste acompae dicho movimiento para que el carril no sufra deformaciones y la distancia entre las traviesas contine invariable. Los tableros isostticos reparten el movimiento entre pilas, siendo por tanto innecesarios los aparatos de dilatacin. A continuacin se muestran un par de figuras (figuras 2.16 y 2.17) con los aparatos de dilatacin ms comunes. Ms abajo, un cuadro descriptivo (tabla 2.23) con los tipos y aplicaciones de los aparatos de dilatacin segn el tipo de lnea.

Figura 2.16. Aparato de dilatacin, de tipo A, colocado para la proteccin de una va de barra larga de una va de barra corta. Fuente: Sistemas ferroviarios. JEZ.

41


Captulo 2

Figura 2.17. Aparato de dilatacin en un estribo de un puente hiperesttico. Fuente: Montaje de Aparatos de Dilatacin. C.Bago.

Tipo de lnea Lnea convencional

Aparatos de dilatacin Tipo de aparato Aplicacin Tipo Martinet - Proteccin de desvos y traviesas - En puentes metlicos sin balasto antiguos Tipo A - En grandes puentes hiperestticos con balasto - En grandes puentes hiperestticos con balasto

Lnea de Alta Velocidad

Tipo AV (nuevas tecnologas)

Tabla 2.23. Aparatos de dilatacin. Tipos y aplicaciones en los diferentes tipos de lneas. Fuente: Elaboracin propia.

El tipo de aparato de dilatacin denominado Martinet es el primero que se utiliz en las lneas convencionales espaolas y an hoy se pueden encontrar en lneas antiguas de RENFE. Cuando apareci la nueva tipologa, los aparatos de dilatacin tipo A, los Martinet dejaron de colocarse, siendo sustituidos por aquellos en caso de encontrarse en mal estado. En lneas de Alta Velocidad y en algunas lneas convencionales renovadas recientemente los desvos y travesas utilizados resisten las tensiones de la barra larga soldada, por lo que no necesitan su proteccin con aparatos de dilatacin. En la actualidad no es posible disear lneas de Alta Velocidad sin utilizar aparatos de dilatacin, pues as lo requiere la concepcin y construccin de los viaductos debido a las desmesuradas acciones causadas por la circulacin de los trenes en los puentes. Es por ello que se han desarrollado aparatos de dilatacin de altas prestaciones, permitiendo cada vez ms carrera, adaptndose mejor a los movimientos producidos en los estribos y juntas de los

42


Captulo 2

puentes. Los aparatos de dilatacin actuales permiten carreras de ms de 1.000 mm. En lneas de Alta Velocidad es recomendable analizar con ms exhaustividad la interaccin va-tablero de puente y evitar de esta manera, si es posible, la colocacin innecesaria de aparatos de dilatacin, lo cual es conveniente desde el punto de vista del mantenimiento de la infraestructura sobre todo en las zonas de transicin terrapln-estructura. 2.3.6 Va en placa Se denomina va en placa a la estructura de va donde la banqueta de balasto ha sido sustituida por una losa de hormign o capa asfltica, y los elementos destinados a proporcionar el apoyo al carril y a mantener la estabilidad de la va son bloques que, en mayor o menor medida, segn el tipo de va en placa, se colocan dentro de la losa. La introduccin de este nuevo concepto de superestructura surgi bsicamente a partir de las siguientes ideas: reducir los costes y operaciones de mantenimiento de las vas dificultad de poder mantener la calidad geomtrica de la va con balasto en los tneles y en las lneas de Alta Velocidad aumento del trfico mixto experimentado en las ltimas dcadas.

Las ventajas e inconvenientes de la instalacin y disposicin de va en placa frente a la va convencional embalastada se refleja en el cuadro siguiente (tabla 2.24). Ventajas e inconvenientes de la va en placa frente a la va embalastada Ventajas Inconvenientes Mejor absorcin de esfuerzos sobre el Elevados costes de reparacin en carril frente a la limitada estabilidad caso de deformaciones. transversal de la va con balasto. Permite radios de curvatura menores. Mayores costes de instalacin (30%-40%) Menor seccin de tneles. Difcil correccin de errores de diseo, construccin. Difcil cambio de trazado. Reduccin de los costes de Asientos en las transiciones (tnelmantenimiento. terrapln, puente-terrapln) No se producen proyecciones de balasto ni arrastre de balasto. Posible reduccin de las vibraciones. Uso de frenado por corrientes de Foucalt (fuertes rampas y pequeos radios)Tabla 2.24. Ventajas e inconvenientes de la va en placa frente a la va convencional, sobre balasto. Fuente: Elaboracin propia.

43


Captulo 2

Las situaciones que favorecen la implantacin de la va en placa en las lneas convencionales son: Tneles con gran longitud Tramos con muchas obras de fbrica, puentes y viaductos Estaciones terminales y en las de parada obligada Tramos en los que no se cumpla el glibo y sea necesario colocar va en placa, debido a que posee mayor estabilidad transversal e) Lneas con mucha densidad de trfico y con trfico simultneo de viajeros y mercancas (como lneas de cercanas de grandes ciudades), con cargas por eje de 225 kN Las situaciones que favorecen la implantacin de la va en placa en las lneas de Alta Velocidad son: a) b) c) d) e) Velocidad de 250 km. Tneles de gran longitud. Lneas con gran cantidad de obras de fbrica, puentes y viaductos. Estaciones terminales y en las de parada obligada. Lneas que provocan un fuerte impacto ambiental y que, para evitarlo, la directriz de la lnea debe adaptarse lo mejor posible al terreno, reduciendo sus radios mnimos. f) Lneas a las que se les aplican valores lmites a su trazado, aproximando el peralte de las curvas al lmite de explotacin admisible, y que estn sometidas a trficos pesados (trfico no homogneo). La experiencia espaola sobre la aplicacin de la tecnologa de la va en placa se centra bsicamente en la red convencional. En 1974 se ejecut un tramo experimental de 4,1 km del modelo denominado PACT, proveniente de los ferrocarriles britnicos, en el tramo del trayecto de la lnea Madrid-Barcelona Ricla-Calatorao. ste tuvo que ser levantado debido a que surgieron problemas en el mantenimiento de la va. En Espaa podemos encontrar va en placa en: Tipo de lnea Lnea convencional Lnea de Alta Velocidad Puntos con va en placa Tneles Trayectos de Cercanas Carril embebido en estaciones Carril embebido en estaciones (Sevilla, Toledo, Lrida,) Tramos con muchas obras de fbrica (entrada a Barcelona) a) b) c) d)

Tabla 2.25. Puntos donde ha sido instalada va en placa. Fuente: Elaboracin propia.

En Japn, as como en muchos otros pases, se est extendiendo muy rpidamente el uso de la va en placa como superestructura para lneas de Alta Velocidad, debido bsicamente a la alta reduccin de costes de mantenimiento.

44


Captulo 2

Tanto en lneas convencionales como en lneas de Alta Velocidad es recomendable el uso de va en placa en caso de tratarse de nuevos trayectos. La decisin en la eleccin del tipo de superestructura, va convencional con balasto o va en placa, debe tomarse en la fase de planificacin del proyecto. En Espaa, el uso de este tipo de superestructura no est todava muy extendido. Con el objetivo de ampliar el conocimiento en este campo se construy un tramo de ensayo de va en placa en un tramo del Corredor Mediterrneo, en el que se estudiaron seis modelos de va en placa aptos para circulaciones a 220 km/h, que se muestran en la tabla 2.26. Tipo de sistema de va en placa Sistema Edilon:- Carril embebido - Losa de hormign armado

Esquema

Sistema Rheda 2000:- Traviesa - Losa superior de hormign armado - Capa inferior de hormign pobre

Sistema Stedeff reglable:- Traviesa bibloque embebida - Capa superior hormign en masa - Capa inferior hormign armado

Sistema Getrac:- Traviesa monobloque - Capa superior asfltica - Capas inferiores asflticas

Sistema ATD:- Traviesa monobloque - Capa superior asfltica - Capas inferiores asflticas (diferentes espesores)

Tabla 2.26. Diferentes tipos de va en placa. Fuente: Elaboracin propia a partir de Construccin de tramos de ensayo de Va en Placa en el Corredor Mediterrneo. 45


Captulo 2

Dicho estudio concluy que el diseo y la construccin de va en placa a cielo abierto y para Alta Velocidad suponen tener en cuenta los siguientes aspectos, algunos de ellos ya comentados: - Las exigentes tolerancias geomtricas derivadas de la Alta Velocidad y de la naturaleza de los modelos. - El tratamiento de las variaciones trmicas del carril y de los factores meteorolgicos durante la fase de construccin. - Los problemas logsticos emanados de la singularidad de los sistemas y de sus componentes particulares. - El alto coste de la construccin. En conclusin, la solucin constructiva de va alternativa a la tradicional va sobre balasto, la va en placa, es una solucin todava no contrastada en el tiempo, aunque ya ha demostrado en la prctica importantes ventajas desde el punto de vista del mantenimiento de la va. 2.4 Infraestructura 2.4.1 Capas de asiento. Balasto. Las capas de asiento son el material que se dispone entre las traviesas y la capa de terminacin de la plataforma. Est compuesto por la banqueta de balasto y por una subbase formada, en general, por varias capas de diferentes materiales. Se disponen para asegurar el buen comportamiento de la va frente a las acciones verticales, transversales y climticas. La tabla 2.27 muestra las diferentes capas de asiento con sus respectivas funciones. Capa de asiento Banqueta Balasto Subbase Subbalasto Capa fundacin Capa anticontaminante Fieltro anticontaminante Funcin principal Elasticidad, resistencia abrasin y choque, amortiguamiento y disminucin de presiones. Proteccin de plataforma de la erosin de las aguas de lluvia, disminucin de presiones. Permitir circulacin maquinaria de obra. Proteger balasto de la contaminacin. Proteger subbase de la contaminacin.

Tabla 2.27. Las capas de asiento y sus funciones. Fuente: Elaboracin propia.

Las capas que conforman la subbase contribuyen en conjunto a: - Reduccin y homogeneizacin de los esfuerzos sobre la plataforma. - Proporcionar en parte estabilidad longitudinal y transversal a la va. - Proporcionar la manutencin de las propiedades estructurales de la plataforma con el tiempo frente a eventuales factores externos. - Amortiguar en parte las vibraciones originadas en el contacto rueda-carril.46


Captulo 2

Los espesores y propiedades mecnicas de las distintas capas vienen definidos en catlogos estructurales en funcin de la tipologa del trfico y de la calidad de la plataforma. Son ms de una las soluciones previstas, quedando en manos del proyectista la eleccin de la solucin ms adecuada. Con la construccin de las nuevas lneas de Alta Velocidad se introdujo, desde el punto de vista de la infraestructura, un nuevo concepto: las capas de asiento. La circulacin a Alta Velocidad supuso disponer bajo la traviesa no slo el balasto, directamente sobre la plataforma, sino tambin un conjunto de capas intermedias que permitieran una mejor distribucin de las presiones y una menor contaminacin, tanto del balasto como de la plataforma ferroviaria. Se muestran a continuacin, en la figura 2.18, las configuraciones tpicas de las capas de asiento sobre la plataforma en lneas convencionales y en lneas de Alta Velocidad.

Figura 2.18. Configuraciones tpicas de las capas de asiento en lneas convencionales y en lneas de Alta velocidad. Fuente: Apuntes de Infraestructuras ferroviarias. Tomo I.

El balasto El balasto es el conjunto formado por materiales granulares que conforman la capa de apoyo de las traviesas. Su principal misin es permitir la nivelacin de la va. Por estar interpuesto entre el carril y el terreno debe ser resistente a las cargas aplicadas, y duradero a las cargas repetitivas. Una de las propiedades ms importantes exigible para el balasto es la resistencia al choque, que se mide mediante el ensayo de los ngeles y refleja la resistencia a las acciones cclicas, el impacto causado por los trenes y el proceso de bateado. La otra caracterstica del balasto es la resistencia a la abrasin, que se mide con el ensayo Deval obteniendo el coeficiente de Deval. El valor del coeficiente de Deval refleja la fragilidad del rido de tal forma que a mayor coeficiente, menor fragilidad del material. Asimismo, para el ensayo de47


Captulo 2

Los ngeles, el coeficiente determina la diferencia de peso entre la muestra sin ensayar y la muestra sometida a un proceso abrasivo mediante bolas de acero. As pues, una muestra con menor ndice de Los ngeles ser ms resistente al choque. Exigencias en la resistencia al choque y al desgaste del balasto Tipo de lnea Coeficiente Deval Coeficiente L.A. Lnea convencional >8 12 0,5 sin ningn sistema de estanqueidad activa Tren de baja estanqueidad 2 Tren AVE 4,5 Tren de estanqueidad alta >6 Tren de muy alta estanqueidad 12Tabla 2.35. rdenes de magnitud de coeficientes de estanqueidad en vehculos ferroviarios. A mayor coeficiente, mayor tiempo en sufrir un cambio de presin. Fuente: Infraestructura Ferroviaria.

El criterio de salud prevalece antes que el criterio de confort del viajero (tabla 2.36). As pues, y tal como indican las Especificaciones Tcnicas de Interoperabilidad, la seccin del tnel ha de ser tal que para la mxima57


Captulo 2

velocidad de circulacin programada, y en previsin de que los sistemas de estanqueidad puedan no funcionar, el viajero no experimente variaciones de presin superiores a 10000 Pa. Sntesis de criterios actuales de confort y salud a variaciones de presin (1999) Confort Normal 2500 Pa / 4s (1) (Material no estanco) 2000 Pa / 4s (2) Confort Lmite 4000 Pa / 4s (1) (Material no estanco) 3000 Pa / 4s (2) Confort (Material estanco) 800 Pa / 4s (2) Criterio de salud 10000 Pa(1)

si longitud tren menor que 10% longitud tnel,(2)si longitud tren mayor que 25% longitud tnel. Tabla 2.36. Criterios actuales de confort y salud a variaciones de presin. Fuente: Infraestructura ferroviaria. Tomo II.

Se han llevado a cabo ciertas actuaciones y mejoras en el diseo de los trenes y tneles destinados a circulaciones de altas velocidades, que no se llevaron a cabo en las lneas convencionales: Optimizacin de la seccin del tnel a partir del adecuado coeficiente de bloqueo, resultado de anlisis en funcin del criterio de salud (baco UIC, vase figura 2.23) Sistemas de presurizacin en los vagones de los trenes Diseo aerodinmico, sobre todo en las cabezas de los trenes Mejora de las separaciones de los vagones (juntas elastomricas) Galeras de ventilacin naturales o forzadas

Figura 2.23. baco para dimensionar la seccin transversal de un tnel por criterio de salud. Fuente: UIC.

Fenmeno rozamiento tnel-aire-tren Teniendo en cuenta como nico criterio el explicado anteriormente, se llega a una curiosa conclusin: a mayor longitud de tnel, la seccin necesaria es menor. Efectivamente esto es vlido siempre y cuando la longitud del tnel sea58


Captulo 2

menor a 5 km. A partir de ese valor empieza a tomar importancia otro fenmeno: el rozamiento tren-aire-tnel. Al mismo tiempo que el tren entra en el tnel una parte del aire se desplaza de la zona comprimida situada delante del tren hacia el exterior a travs del espacio existente entre el tren y el revestimiento del tnel. A medida que el tren entra en el tnel, la longitud del espacio entre el tren y el revestimiento aumenta, con lo que tambin aumenta la superficie de rozamiento del aire. Este aumento de friccin provoca una prdida de velocidad en el interior del tnel. El anlisis de este fenmeno tiene como objetivo determinar la resistencia al avance de los trenes en su paso por un tnel para poder prever la potencia necesaria de los mismos. La resistencia al avance depende de diversos factores: la rugosidad del revestimiento, la longitud del tnel y el rea de la seccin transversal del tnel, aumentando la resistencia con los dos primeros factores y disminuyendo con el ltimo. Dicha resistencia podra llegar a impedir circular a la velocidad mxima para la que se ha proyectado el tnel. Este segundo fenmeno es mucho ms severo en tneles largos. Se considerar que se trata de un tnel largo aquel en que se sobrepase la longitud de 5 10 km. La resistencia al avance es an mayor para el caso de un AVE de dos pisos. Este criterio obliga a unas secciones de tnel mucho mayores que las derivadas del criterio basado en fenmenos aerodinmicos, permitiendo adems el paso de cargas mayores (contenedores). Se tendrn que tener en cuenta en todo momento, las repercusiones econmicas que suponen estos requisitos: si el dimetro (seccin) es demasiado grande, se ir a un coste innecesario. De cara a solventar parte de este problema, es aconsejable tener en cuenta las rugosidades, tanto del tnel como del tren, en el diseo del tnel. Resulta de inters sealar que la tendencia, debido a la necesidad en ocasiones de tener que construir tneles ferroviarios muy largos, es la de proyectar dos tubos independientes, unindose entre s o realizando una galera de servicio entre ellos. Estas dos tcnicas son mucho ms eficaces de cara a la evacuacin de personas que no la de un nico tubo de mayor seccin. La tabla 2.37 resume lo comentado en cuanto a diseo de tneles. Lneas convencionales Fenmenos aerodinmicos Fenmeno friccin tren-aire-tnel Estanqueidad de los vehculos + + + Lneas de Alta Velocidad +++ +++ ++ Causa Variaciones de presin ms rpidas Mayor superficie de rozamiento Mejor diseo en a.v.

Tabla 2.37. Comparativa de los aspectos que rigen el diseo de los tneles ferroviarios en lneas convencionales y de Alta Velocidad. Fuente: Elaboracin propia.

59

Lineas Ave Frente Lineas Convencionales

Documents

Transcript of Lineas Ave Frente Lineas Convencionales