ELEMENTOS DE INGENIERIA FERROVIARIA

Alumno José Castillo

Turén, Abril 2014

FERROCARRILESINTRODUCCION

Se denomina vía 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 INFRAESTRUCTURA Y;

ELEMENTOS DE SUPERESTRUCTURA.

FERROCARRILESINTRODUCCION

DENTRO DE LOS ELEMENTOS DE LAS VIAS FERROVIARIAS PODEMOS IDENTIFICAR DOS TIPOS: 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.

ELEMENTOS 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.

FERROCARRILESCALCULO DE LA VIA

PARA EL CALCULO DE LA VIA SE CONSIDERA PRINCIPALMENTE:

CALCULO DEL RIEL

CALCULO DEL DURMIENTE

CALCULO DEL BALASTO

FERROCARRILESCALCULO DE LA VIA

UNA VIA FERROVIARIA SE ENCUENTRA SOMETIDA A DOS TIPOS DE ESFUERZOS:

ESFUERZOS VERTICALES: PRODUCIDOS POR EL PESO

PROPIO DEL VEHICULO QUE CIRCULA EN LA VIA.

ESFUERZOS HORIZONTALES: PRODUCIDOS POR EL

RODAMIENTO , TEMPERATURAS Y MOVIMIENTOS

PROPIAMENTE DICHO DEL VEHICULO QUE CIRCULA EN LA

VIA.

FERROCARRILESCALCULO DE LA VIA

ENTRE LOS MOVIMIENTOS QUE SE OBSERVAN EN LOS TRENES TENEMOS: BALANCEO TREPIDACION REBOTE GALOPE SERPENTEO LOS CUALES DEBEN SER CONSIDERADOS PARA EL DISEÑO DE LA VIA Y LA ENVOLVENTE MAXIMA PARA EL MATERIAL RODANTE.

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.

FERROCARRILESRIEL - CALCULOS

UNO DE LOS FACTORES MAS IMPORTANTES PARA EL CACULO DE LOS RIELES ES EL 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.

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.

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

a ES EL COEFICIENTE DE 1,2 PARA VAGONES Y 1,13 PARA

LOCOMOTORAS, T ES EL TRAFICO ANUAL EN MILLONES DE TONELADAS, Y

V 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

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.

FERROCARRILESRIEL - TIPOS

Un riel está compuesto por : Cabeza: Porción superior del riel sobre la cual apoyan las

ruedas de los vehículos ferroviarios. Alma: Porción intermedia del riel que une su cabeza con

su zapata. Zapata, PATIN o patio: Porción inferior del riel mediante la

cual éste se apoya en los durmientes directa o indirectamente

FERROCARRILESRIEL - TIPOS

CABEZA

ALMA

ZAPATA

FERROCARRILESRIEL - TIPOS

Tipos 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 con superficie de apoyo plana. 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 retirado de la vía y que no puede ser reutilizado como riel de rodado bajo ninguna circunstancia.

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.

FERROCARRILESRIEL - TIPOS

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.

FERROCARRILESRIEL - TIPOS

riel tipo Vignole. 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.

FERROCARRILESDURMIENTE

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:

σC = P/(f x b) DONDE P ES LA CARGA POR EJE DEL VEHICULO MAS PESADO, f

ES EL ANCHO DEL PATIN EN CMS Y b ES LA BASE DEL DURMIENTE TAMBIEN

EN CMS.

ESFUERZOS A FLEXION:

σF = M/W DONDE M ES EL MOMENTO GENERADO POR LAS DIMENSIONES DEL

DURMIENTE Y LA CARGA, ES DECIR M = (P x b x L2)/2. W ES EL MODULO DE

SECCION QUE NO ES MAS QUE W= b x h2/6.

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.

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:

MUCHAS GRACIAS