FERROCARRILES - ELEMENTOS DE INGENIERIA FERROVIARIA

FERROCARRILESELEMENTOS DE INGENIERIA FERROVIARIA

PARTE I

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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.

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FERROCARRILESCALCULO DE LA VIA

PARA EL CALCULO DE LA VIA SE

CONSIDERA PRINCIPALMENTE:

CALCULO DEL RIEL

CALCULO DEL DURMIENTE

CALCULO DEL BALASTO


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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.


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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.


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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.


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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.


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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


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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.


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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


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CABEZA

ZAPATA

ALMA


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.


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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.


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RIEL TIPO VIGNOLE.


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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


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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:


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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.


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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


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