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FERROCARRILESELEMENTOS DE INGENIERIA FERROVIARIA
PARTE I
1
FERROCARRILESINTRODUCCION
SE DENOMINA VÍA FÉRREAVÍA FÉRREA A LA PARTE DE LA
INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA FORMADA POR
EL CONJUNTO DE ELEMENTOS QUE CONFORMAN
EL SITIO POR EL CUAL SE DESPLAZAN LOS
TRENES. LAS VÍAS FÉRREAS SON EL ELEMENTO
ESENCIAL DE LA INGENIERÍA FERROVIARIA Y
CONSTAN BÁSICAMENTE DE:
ELEMENTOS DE INFRAESTRUCTURAELEMENTOS DE INFRAESTRUCTURA Y;
ELEMENTOS DE SUPERESTRUCTURAELEMENTOS DE SUPERESTRUCTURA.ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESINTRODUCCION
DENTRO DE LOS ELEMENTOS DE LAS VIAS FERROVIARIAS
PODEMOS IDENTIFICAR DOS TIPOS:
1)1) ELEMENTOS DE INFRAESTRUCTURA:ELEMENTOS DE INFRAESTRUCTURA: SON AQUELLOS QUE
COMPRENDEN LA EJECUCION DE MOVIMIENTO DE TIERRAS,
CONSTRUCCION DE TERRAPLENES, OBRAS MENORES Y OBRAS
MAYORES COMO LOS VIADUCTOS, PUENTES Y TUNELES
2)2) ELEMENTOS DE SUERESTRUCTURAELEMENTOS DE SUERESTRUCTURA: SON AQUELLOS ELEMENTOS
BASICOS PARA EL FUNCIONAMIENTO DE LA VIA TALES COMO LAS
TROCHAS (ANCHO DE VIA O DISTANCIA ENTRE CARAS INTERNAS
DE LOS RIELES), RIELES, BALASTOS Y ELEMENTOS DE FIJACION Y
DE AJUSTE.
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
3
FERROCARRILESCALCULO DE LA VIA
PARA EL CALCULO DE LA VIA SE
CONSIDERA PRINCIPALMENTE:
CALCULO DEL RIEL
CALCULO DEL DURMIENTE
CALCULO DEL BALASTO
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESCALCULO DE LA VIA
UNA VIA FERROVIARIA SE ENCUENTRA SOMETIDA A
DOS TIPOS DE ESFUERZOS:
1.1.ESFUERZOS VERTICALES:ESFUERZOS VERTICALES: PRODUCIDOS POR EL
PESO PROPIO DEL VEHICULO QUE CIRCULA EN LA
VIA.
2.2.ESFUERZOS HORIZONTALES:ESFUERZOS HORIZONTALES: PRODUCIDOS POR EL
RODAMIENTO , TEMPERATURAS Y MOVIMIENTOS
PROPIAMENTE DICHO DEL VEHICULO QUE CIRCULA
EN LA VIA.
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESCALCULO DE LA VIA ENTRE LOS MOVIMIENTOS QUE SE OBSERVAN EN LOS
TRENES TENEMOS:
1.BALANCEO
2.TREPIDACION
3.REBOTE
4.GALOPE
5.SERPENTEO
6.VAIVEN
LOS CUALES DEBEN SER CONSIDERADOS PARA EL
DISEÑO DE LA VIA Y LA ENVOLVENTE MAXIMA PARA EL
MATERIAL RODANTE.
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
6
FERROCARRILESRIEL - FUNCIONES RESISTIR DIRECTAMENTE LAS TENSIONES QUE
RECIBE DEL MATERIAL RODANTE Y
TRANSMITIRLA A SU VEZ AL RESTO DE
COMPONENTES QUE CONFORMAN LA
SUPERESTRUCTURA DE LA VIA.
SIRVEN COMO GUIA DE LAS RUEDAS EN SU
MOVIMIENTO.
CONDUCE ELECTRICIDAD PARA LA
SEÑALIZACION Y TRACCION DE LAS LINEAS
ELECTRIFICADAS.ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESRIEL - CALCULOS
UNO DE LOS FACTORES MAS IMPORTANTES PARA EL
CACULO DE LOS RIELES ES EL PESOEL PESO DE LOS
VEHICULOS, YA QUE ES EL PUNTO DE CONTACTO
ENTRE LA RUEDA Y EL RIEL SEGÚN LA CANTIDAD DE
EJES. EN TODOS LOS VEHICULOS EL PESO BRUTO SE
REPARTE EN TODOS LOS EJES DE MANERA UNIFORME
Y SE EXPRESA COMO UN PESO MAXIMO POR EJE, QUE
DEBE SER SOPORTADA POR EL RIEL. EL RIEL ES
SUSTITUIDO MAS POR DESGATE O FATIGA QUE POR
PROBLEMAS DE ORDEN ESTRUCTURAL.
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESRIEL - CALCULOS
PARA INICIAR EL CALCULO DEL RIEL SE DEBE
CONSIDERAR LOS SIGUIENTE PASOS:
1)CONSIDERAR QUE EL RIEL SE COMPORTA COMO
UNA VIGA CONTINUA APOYADA SOBRE LOS
DURMIENTES.
2)CONSIDERAR SU COMPORTAMIENTO DINAMICO Y
SU CAPACIDAD SE BASA EN LA VELOCIDAD, LA
DISTANCIA ENTRE LOS DURMIENTES Y EL PESO
BRUTO DEL EJE.
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESRIEL – CALCULOS - FORMULAS
PARA EL COMPORTAMIENTO DINAMICO DEL RIEL Y SU CAPACIDAD
SE CONSIDERAN LAS SIGUIENTES FORMULAS EMPIRICAS ENTRE
OTRAS (KLINGEL, UK, REGRESION LINEAL, TEORIA HERTZ):
1) FORMULA DE SHAJUNIANZ:
a) q = a x (1 + (T)1/4) x (1 + 0,012 x V1/2)2/3 x p2/3 DONDE
ADICIONALMENTE aa ES EL COEFICIENTE DE 1,2 PARA VAGONES Y
1,13 PARA LOCOMOTORAS, TT ES EL TRAFICO ANUAL EN MILLONES
DE TONELADAS, Y VV ES LA VELOCIDAD EN KM/H
2) FORMULA DE ARENA (AMERICAN RAILWAY ENGINEERING
MAINTENANCE OF WAY ASSOCIATION):
a) q = 9 x (P/2 + 0,00003861 x (PV2)/2 )2/3
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESRIEL - CALCULOS
3) SE ELIGE UN PERFIL UNAS VEZ
CALCULADO EL PESO.
4) SE CALCULAN LOS ESFUERZOS A LOS
QUE ESTARA SOMETIDO Y SE
PROCEDERA AL CHEQUEO RESOECTIVO
CON LOS ESFUERZOS PERMISIBLES POR
NORMA.
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESRIEL - TIPOS
UN RIEL ESTÁ COMPUESTO POR :
o CABEZA:CABEZA: PORCIÓN SUPERIOR DEL RIEL SOBRE LA
CUAL APOYAN LAS RUEDAS DE LOS VEHÍCULOS
FERROVIARIOS.
o ALMA:ALMA: PORCIÓN INTERMEDIA DEL RIEL QUE UNE SU
CABEZA CON SU ZAPATA.
o ZAPATA, PATIN O PATIO:ZAPATA, PATIN O PATIO: PORCIÓN INFERIOR DEL
RIEL MEDIANTE LA CUAL ÉSTE SE APOYA EN LOS
DURMIENTES DIRECTA O INDIRECTAMENTE
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESRIEL - TIPOS
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
13
CABEZA
ZAPATA
ALMA
FERROCARRILESRIEL - TIPOS
TIPOS DE RIELTIPOS DE RIEL
EL RIEL ES UNA BARRA DE ACERO LAMINADO QUE, COLOCADO UNO A
CONTINUACIÓN DE OTRO, EN 2 LÍNEAS PARALELAS SOBRE DURMIENTES U OTROS
SOPORTES ADECUADOS, CONSTITUYEN EL CAMINO DE RODADURA DE LOS
VEHÍCULOS FERROVIARIOS. AL RIEL SE LE DENOMINA DE DIFERENTES MANERAS
SEGÚN LA FUNCIÓN QUE ESTARÍAN CUMPLIENDO, COMO POR EJEMPLO :
RIEL DE ZAPATA PLANA (VIGNOLE) :RIEL DE ZAPATA PLANA (VIGNOLE) : RIEL CON SUPERFICIE DE APOYO PLANA.
RIEL DE REEMPLEO :RIEL DE REEMPLEO : RIEL RETIRADO DE LA VÍA QUE PUEDE SER REUTILIZADO
COMO RIEL DE RODADO O EN DETERMINADAS OBRAS COMPLEMENTARIAS DE LA
VÍA, SIN O CON REACONDICIONAMIENTO PREVIO.
RIEL EXCLUIDO :RIEL EXCLUIDO : RIEL RETIRADO DE LA VÍA Y QUE NO PUEDE SER REUTILIZADO
COMO RIEL DE RODADO BAJO NINGUNA CIRCUNSTANCIA.
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESRIEL - TIPOS
PARA DEFINIR CUÁL ES EL TIPO DE RIEL QUE DEBE EMPLEARSE EN UNA VÍA
FÉRREA DETERMINADA SE DEBE CONOCER CUÁL SERÁ EL PESO DE LOS EJES QUE
CIRCULARÁN SOBRE LOS RIELES DURANTE TODA SU VIDA ÚTIL (ESTO SE
ANALIZARÁ EN DISEÑO DE RIELES). A TRAVÉS DEL TIEMPO Y DE LA EXPERIENCIA
QUE SE HA TENIDO SE HA HECHO MÁS COMÚN EL LLAMADO `RIEL DE PATÍN
PLANO' O `RIEL TIPO VIGNOLE', QUE ES EL QUE SE UTILIZA EN NUESTRO PAÍS.
ADEMÁS, LOS TIPOS DE RIELES SE CARACTERIZAN POR SU PESO EXPRESADO EN
LIBRAS/PIE O KG./M Y SUS MEDIDAS DE ALTURA Y ANCHO EN PULG. O EN MM.. EL
USO QUE SE LE VA A DAR AL RIEL SEGÚN EL PESO QUE ÉSTE TENGA VA A
DEPENDER DE LA CARGA QUE LLEVARÁ CADA RUEDA. HAY VARIADOS TIPOS DE
RIELES , LOS CUALES TIENEN SUS DIMENSIONES YA DEFINIDAS PARA CADA TIPO,
DE ANCHO DE LA CABEZA DEL RIEL, DE ALTURA DE LA CABEZA, DE ALTURA DEL
ALMA, DE ALTURA DEL PATÍN, DE ANCHO DEL ALMA, DE ANCHO DEL PATÍN, DE
ALTURA TOTAL DEL RIEL, ETC.
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESRIEL - TIPOS
RIEL TIPO VIGNOLE.
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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RIEL TIPO GARGANTA RIEL BURDACH
FERROCARRILESDURMIENTE - FUNCIONES SON LAS BASES DE LOS RIELES Y FIJAN SU
POSICION EN CUANTO PRORESIVA, COTA,
SEPARACION E INCLINACION.
RECIBE LAS CARGAS VERTICALES Y
HORIZONTALES TRANSMITIDAS POR LOS RIELES
PARA REPARTIRLAS EN EL BALASTO.
MANTIENE LA ESTABILIDAD HORIZONTAL Y
VERTICAL DE LA VIA.
MANTIENE EL AISLAMIENTO ELECTRICO ENTRE
RIELES.ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESDURMIENTE
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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Q
r
M
Figura 1:Figura 1: Momento de Flexión en el Durmiente
FERROCARRILESDURMIENTE - CALCULO PARA EL CALCULO DEL DURMIENTE, ESTE SE DEBE
VERIFICAR POR LOS ESFUERZOS A COMPRESION Y
LOS ESFUERZOS A FLEXION COMO SIGUE:
ESFUERZOS A COMPRESION:ESFUERZOS A COMPRESION:
σC = P/(f x b) DONDE PP ES LA CARGA POR EJE DEL VEHICULO
MAS PESADO, ff ES EL ANCHO DEL PATIN EN CMS Y bb ES LA
BASE DEL DURMIENTE TAMBIEN EN CMS.
ESFUERZOS A FLEXION:ESFUERZOS A FLEXION:
σF = M/W DONDE MM ES EL MOMENTO GENERADO POR LAS
DIMENSIONES DEL DURMIENTE Y LA CARGA, ES DECIR M = M =
(P x b x L(P x b x L22)/2)/2. WW ES EL MODULO DE SECCION QUE NO ES
MAS QUE W= b x hW= b x h22/6/6.ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESBALASTO - FUNCIONES EL BALASTO LO PODEMOS DIVIDIR EN SUB-
BALASTO Y BALASTO EN SI, DONDE EL PRIMERO
SE ENCUENTRA SITUADO POR DEBALO DEL
SEGUNDO Y SOBRE LA PLATAFORMA DE LA VIA Y
CUYAS FUNCIONES SON:
EVITAR LOS DAÑOS QUE GENERA LA EROSION.
DRENAR LAS AGUAS DE LLUVIAS.
MEJORAR EL REPARTO DE LAS CARGAS.
EL SUB BALASTO MANTIENE AL BALASTO FUERA
DEL ALCANCE DE COMPONENTES EXTRAÑOS.ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESBALASTO - CALCULO
EXISTEN DIFERENTES FORMAS DE CHEQUEAR Y ESTIMAR EL
ESPESOR DEL BALASTO EN UNA VIA. GENERALMENTE SE TOMA EL
CRITERIO DE LA HIPOTESIS DE CLARKE EL CUAL ESTA BASADO EN
EL SIGUIENTE ESQUEMA:
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
21
b
h
D = 2h + b
45° 45°
Balasto
FERROCARRILESBALASTO - CALCULO
σB = P/(2h + b)x L DONDE PP ES LA CARGA
POR EJE DEL VEHICULO MAS PESADO, LL ES LA
LONGITUD DEL DURMIENTE EN CMS Y bb ES LA
BASE (ANCHO) DEL DURMIENTE TAMBIEN EN
CMS, Y SE CHEQUEA EL ESFUERZO CON EL
MAXIMO PERMISIBLE POR NORMA.
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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FERROCARRILESBIBLIOGRAFIA
Togno M. F. (1990) Ferrocarriles. Editorial Dossat. Paris, Francia
Reveron Larre, Andrés. (1982). Tratado del
Transporte Ferroviario y su Economía. Ferrocar.
http://issuu.com/gonessa/docs/http/1?
mode=a_p
http://html.rincondelvago.com/rieles.html
http://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%ADa_f
%C3%A9rrea
ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
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