Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

download Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

of 95

Transcript of Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    1/95

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    2/95

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    3/95

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    4/95

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    5/95

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    6/95

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    7/95

    Primera edición: mayo de 2006Segunda edición: abril de 2010

    Diseño de la cubierta: Ernest CastelltortDiseño y compaginación: AddendaPrecompaginación: David Pablo

    © Andrés López Pita, 2006

    © Edicions UPC, 2006Edicions de la Universitat Politècnica de Catalunya, SLJordi Girona Salgado 31, Edici Torre Girona, D-203, 08034 BarcelonaTel.: 934 015 885 Fax: 934 054 101Edicions Virtuals: www.edicionsupc.esE-mail: [email protected]

    Depósito legal: M-20208-2010ISBN: 978-84-9880-435-5

    Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra solo puedeser realizada con la autorización de sus titulares, salvo excepción prevista por la ley. Diríjase a CEDRO (CentroEspañol de Derechos Reprográcos, www.cedro.org http://www.cedro.org) si necesita fotocopiar o escanearalgún fragmento de esta obra.

    Este libro fue galardonado con el premio extraordinarioTALGO 2005 a la innovación tecnológica

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    8/95

     A Jorge Miarnau Banús,

     por su contribución empresarial

    a la modernización del ferrocarril español

     y a la formación de ingenieros en este modo de transpor

     A Jorge Miarnau Montserrat,

     por su apoyo incondicional y continuado

    a la investigación ferroviaria en el ámbito universitario

     y a la difusión del conocimiento.

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    9/95

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    10/95

    En las últimas tres décadas, se ha asistido al renacer del ferrocarrileuropeo en los servicios interurbanos de viajeros, gracias a la cons-trucción de nuevas infraestructuras y a la implementación de servi-cios de alta velocidad.

    En consecuencia, en este período de tiempo se han realizado pro-gresos notables en el conocimiento de los diversos ámbitos queconfiguran el ferrocarril como modo de transporte. Estos progresoshan hallado reflejo en publicaciones técnicas a cuya lectura y análi-sis los profesionales del sector y, sobre todo, los nuevos ingenierosque se incorporan a este modo no siempre pueden dedicar el tiem-po necesario.

    Sin embargo, cada día resulta más imprescindible conocer los avan-ces que hacen posible una ingeniería técnicamente más factible y económicamente más interesante. A título indicativo, hace apenasdos décadas no tenían la relevancia que presentan en la actualidadlos problemas relacionados con la resonancia en los puentes deferrocarril, la estanqueidad de los trenes en los túneles de alta velo-cidad o las vibraciones ocasionadas por el material en la capa debalasto.

    Por ello, en el marco de la Cátedra de Empresa que COMSA apadri-na en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Cana-les y Puertos de Barcelona, pensamos que sería de interés para lacomunidad científica disponer de un libro que reflejara el estadoactual de conocimientos en el ámbito de las infraestructuras ferro-viarias. Este documento va destinado, pues, a quienes tienen estadisciplina como actividad profesional del día a día, pero también acuantos desean formarse en ella.

    Deseo agradecer al profesor López Pita que haya aceptadla elaboración de este libro, que ha comportado un trabajcional.

    El libro no es una reproducción, más o menos afortunadconocimientos existentes, sino una publicación estrucordenada sobre la base de un criterio personal del autor, y

     ye una novedad por el enfoque adoptado.

    Estamos convencidos que, gracias a su originalidad y a sución al conocimiento, será una obra de utilidad para el sferrocarril.

    Jorge Miarnau MPresidente del Grup

    Barc

    PRESENTACIÓN

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    11/95

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    12/95

    Andrés López Pita, Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos y cate-drático de Infraestructuras del Transporte en la UPC, presenta enesta obra el resultado de un trabajo de gran envergadura que, perso-nalmente, considero es tan arduo como imprescindible: escribir y publicar un magnífico Curso de ferrocarriles.

    Arduo, por cuanto la elaboración de esta ambiciosa obra ha reque-rido un esfuerzo ingente, puesto que si bien las leyes de la física sonuniversales, las soluciones adoptadas por el ferrocarril a escalamundial han sido el reflejo claro de las particularidades propias delos distintos países.

    Las motivaciones principales de las distintas soluciones existentesen ellos se han derivado de la pasión de los ingenieros por desarro-llar tecnologías propias y del deseo de proteger los mercados nacio-nales, en un esfuerzo común de operadores e industriales.

    En este contexto de monopolios nacionales, la Unión Internacionalde Ferrocarriles (UIC) se ha esforzado, desde su creación hace yamás de ochenta años, para que las realizaciones nacionales seanmáximamente compatibles entre ellas, con objeto de configurar un

    sistema de transportes sin limitaciones operativas al pasar de unpaís a otro.

    Pero el trabajo realizado por el profesor López Pita ha sido, ademásde arduo, también imprescindible, por dos motivos. Por una parte,porque si bien la técnica ferroviaria es materia de enseñanza enalgunas escuelas de ingenieros o universidades, esta enseñanza esrara y fragmentada. Y, por otra parte, porque en la actualidad, acausa de la apertura del ferrocarril europeo a la competencia, lasempresas del sector se han multiplicado, de modo que las necesida-

    des de formación han aumentado. Por lamentablemente, npone de documentos de referencia completos donde hallarta a las necesidades de conocimiento.

    Por tanto, cabe destacar la oportunidad temporal de la apaesta publicación pues se trata de una obra prácticamente ex

     y científicamente muy detallada. En síntesis, un verdaderoreferencia.

    Como ingeniero mecánico-eléctrico que soy, habría deseadralmente, ver plasmada en el libro una mayor atenciónaspectos, que me son más cercanos, pero entiendo la predespecial de mi amigo el profesor López Pita por los teminfraestructura propiamente dicha, como corresponde lóga la actividad de los ingenieros civiles. Sea como fuere, metulo del trabajo llevado a cabo.

    Muchas gracias, Andrés, por haber puesto este excelentnuestra disposición.

    LucDirector general de la Unión Internacional de F

    PRÓLOGO

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    13/95

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    14/95

    Una de las misiones de la universidad es transmitir a la sociedad losconocimientos que en ella se generan y hacer partícipes de los mis-mos a cuantos profesionales o estudiosos deseen estar al día delprogreso. En este caso, del ferrocarril como modo de transporte.

    Convencidos de esta obligación que tenemos quienes trabajamos enel ámbito universitario, hace más de dos décadas prepararamos unaobra, integrada por varios volúmenes, que agrupamos bajo la deno-minación de “Curso de ferrocarriles”.

    Desde entonces, numerosos han sido los avances experimentadosen distintas áreas ferroviarias. Por tanto, hemos pensado que podríaser interesante preparar, con un enfoque adaptado a las necesidadesactuales, una nueva publicación que permitiera al lector acercarse y profundizar en este campo renovado que constituye el ferrocarrildel siglo XXI.

    El volumen que ahora aparece está dedicado a las “Infraestructurasferroviarias” y le seguirá un segundo volumen, en fase de prepara-ción, que tratará de la “Explotación de las líneas de ferrocarril”.

    En el camino recorrido hasta la publicación de este primer volu-men, me han ayudado numerosas personas, con las que me sientoen deuda por su colaboración desinteresada. Aunque no resultaposible mencionarlas a todas explícitamente, me gustaría que sesintiesen reflejadas en estas palabras.

    Deseo que mis primeras palabras de agradecimiento vayan dirigi-das a los que me abrieron las puertas del mundo del transporte,especialmente del ferrocarril, y paralelamente me brindaron suapoyo. Sin ellos, mi discurrir profesional no me habría conducido

    a la universidad. Especialmente artífices de esta orientaciónen el ámbito personal, Fernando Oliveros y, en el empRenfe.

    Pero también quisiera destacar la aportación de Jorge Miarnaque desde los años setenta del siglo pasado, siendo yo un jovsor, me animó a poner a disposición de los alumnos de ingetexto que les sirviese de incentivo hacia el ferrocarril. Su durante tantos años, que posteriormente se plasmaría en lade la Cátedra COMSA en la Escuela Técnica Superior de Inde Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETSECCPBduda decisivo para que este libro vea hoy la luz. Jorge Miarnaserrat continuó y extendió la tarea iniciada por su padre, yrecibí de él todas las ayudas necesarias para perseverar en la ición ferroviaria, en la formación de ingenieros y en la difuconocimiento. Gracias.

    En el ámbito académico, el profesor Francesc Robusté fuecompañero de viaje que pude tener para impulsar, conjunla creación del Centro de Innovación del Transporte (CENse materializó gracias al apoyo decidido de la Generalitat

    lunya y la UPC, y que me ha permitido publicar este libro.nido del mismo se ha beneficiado por sus comentarios yobservaciones derivadas de su creatividad y dinamismo, qtan difíciles de superar. Gracias.

    Otras muchas personas me han ofrecido, a lo largo de mi ria profesional, la posibilidad de participar en actividadeinterés, o bien han facilitado mi proceso de formación, gcual he podido llevar a cabo, años más tarde, la redacciólibro. Mi más sincero agradecimiento a todas ellas.

    AGRADECIMIENTOS

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    15/95

    A Ana Pérez le debo mi gratitud por su eficacia profesional y por suactitud, siempre abierta y receptiva para modificar, sin reparos, una

     y otra vez, las sucesivas versiones del manuscrito inicial. Su pacien-

    cia ha sido gratificante para mí.

    A Edicions UPC, en las personas de Ana Martí, por su colaboraciónen la solución de los problemas derivados de una documentacióngráfica tan profusa, y Montse Mañé, por la cuidada edición dellibro.

    Y, por encima de todos, el agradecimiento a mi mujer Maite y a mishijos Silvia, Laura y Andrés, que aceptaron con el mejor agrado y comprensión mis largas ausencias para dedicar tiempo al libro y noa ellos. Su apoyo para concluir un trabajo especialmente difícil y prolongado ha resultado imprescindible para la preparación de estapublicación. En estas ocasiones, la palabra gracias no refleja com-pletamente el verdadero sentimiento.

    A. López Pita

    4 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    16/95

    1. Desarrollo de las redes ferroviarias 19

    1.1 Infraestructuras ferroviarias en el mundo 19

    1.2 Infraestructuras ferroviarias en Europa 21

    1.3 La red ferroviaria europea en relación con la red viaria 22

    1.4 Principales itinerarios de la red ferroviaria europea 22

    1.5 Características de la red ferroviaria española 26

    1.6 Indicadores de la dificultad de explotación

    de una infraestructura ferroviaria 34

    2. Características fundamentales de una vía de ferrocarril 41

    2.1 Configuración general 41

    2.2 Carril 44

    2.3 Traviesas y sujeciones 45

    2.4 Placas de asiento 47

    2.5 Balasto 47

    3. Características fundamentales del material motor 53

    3.1 Configuración general de una locomotora 53

    3.2 Incidencia en la dinámica vertical de la disposición

    de los motores 583.3 Repercusión de la dinámica transversal en el diseño constructivo 58

    3.4 Situación actual y tendencias respecto a la concepción

    de locomotoras 60

    4. Coches de viajeros 65

    4.1 Vehículos convencionales y coches Talgo 65

    4.2 El bogie como elemento de referencia de un vehículo 65

    4.3 Evolución de los principales tipos de bogies 68

    4.4 La nueva generación de bogies para 160/200 km/h

    4.5 Coches Talgo

    4.6 Vehículos aptos para circular por vías de diferente ancho

    5. Ramas autopropulsadas

    5.1 Nuevos avances en relación con la reducción del peso

    no suspendido

    5.2 Tracción concentrada y tracción distribuida

    5.3 Bogies para ramas de alta velocidad

    6. Vagones de mercancías

    6.1 Configuración general

    6.2 Bogies modernos para vagones

    6.3 Condiciones en la circulación de los vagones.

    Clasificación de líneas UIC

    6.4 Elementos de enganche y tracción

    6.5 Vagones aptos para circular por vías de diferente ancho

    7. Gálibo del material y gálibo de obstáculos 7.1 Contorno de referencia

    7.2 Unidad Técnica

    7.3 Galibos A,B, C y derivados

    8. Estabilidad de marcha de un vehículo y confort

    de los viajeros

    8.1 Índice de Sperling para evaluar la estabilidad de marcha

    de un vehículo

    ÍNDICE

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    17/95

    8.2 Índice de Sperling para evaluar el confort del viajero 101

    8.3 Nueva formulación del índice de Sperling 102

    8.4 El índice de Sperling y su incidencia en el diseño

    de los vehículos 1038.5 El índice de Sperling y su relación con la calidad de vía

     y la velocidad de circulación 103

    8.6 La respuesta del ser humano a las vibraciones 104

    9. Circulación en curva 111

    9.1 Peralte 111

    9.2 Aceleración centrífuga sin compensar. Insuficiencia

    de peralte y coeficiente de souplesse 113

    9.3 Vehículos de caja inclinable 116

    9.4 Repercusión práctica de utilizar vehículos de caja

    inclinable 119

    9.5 Determinación del peralte práctico en curva. Insuficiencia

     y exceso de peralte 122

    9.6 Acuerdos verticales 122

    9.7 Curvas de transición 123

    9.8 Longitud de las curvas de transición 124

    9.9 Parámetros de diseño de líneas de alta velocidad 126

    10. Factores sobre los que actuar para incrementar la velocidad

    de circulación en curva 129

    10.1 Marco general 129

    10.2 Reducción de la aceleración debida a los defectos geométricos

    de la vía 129

    10.3 Modificación del peralte existente en la vía 130

    10.4 Utilización de una suspensión transversal activa 130

    10.5 Empleo de vehículos de caja inclinable 130

    10.6 Modificación del radio en planta de las curvas 132

    10.7 Construcción de una nueva línea 133

    10.8 La inexistente dualidad entre vehículos de caja inclinable

     y líneas de alta velocidad 139

    11. La calidad geométrica de una vía 145

    11.1 Parámetros que caracterizan la calidad geométrica

    de una vía 145

    11.2 Medida de los parámetros de calidad geométrica 14711.3 Vehículos de auscultación geométrica sin palpadores

    con contacto 147

    11.4 Cuantificación numérica de la calidad geométrica 152

    11.5 Problemas específicos en el registro y tratamiento

    de los parámetros geométricos 157

    11.6 Espectro de densidad de potencia de los defectos

    de la geometría de una vía 160

    12. Solicitaciones verticales ejercidas por los vehículos

    sobre la vía

    12.1 Introducción

    12.2 Efectos dinámicos: Aproximaciones experimentales 12.3 La fórmula de Prud’homme

    12.4 Consecuencias prácticas de la fórmula de Prud’homme

    12.5 Síntesis de las acciones verticales ejercidas por los vehículos

    ferroviarios

    12.6 Nueva fórmula de Eisenmann

    12.7 Solicitaciones específicas para defectos singulares en la vía

    o en el vehículo

    12.8 Sobrecargas por circular en curva

    13. Análisis mecánico del comportamiento de una vía frente

    a esfuerzos verticales

    13.1 Solicitaciones en la vía por flexión del carril. Método

    de Zimmermann

    13.2 Aplicación práctica del método de Zimmermann

    13.3 Órdenes de magnitud del estado tensional y deformacional

    en una vía

    13.4 Influencia de la modificación de las condiciones estructura

    de la vía en su respuesta a los esfuerzos verticales

    13.5 Onda de levante de la vía

    13.6 Tendencias europeas en relación con el área de apoyo

    de las traviesas

    13.7 La heterogeneidad vertical resistente de una vía en sentido

    longitudinal

    14. Dimensionamiento de los componentes de la superestruc

    e infraestructura ferroviaria

    14.1 Carril

    14.2 Traviesas

    14.3 Sujeciones y placas de asiento

    14.4 Sistema balasto-plataforma

    14.5 La rigidez vertical de la infraestructura y su relación

    con la rigidez de las placas de asiento

    15. Dinámica transversal de un vehículo ferroviario.

    Esfuerzos laterales sobre la vía 15.1 Movimiento de un eje

    15.2 Movimiento cinemático de lazo

    15.3 Conicidad equivalente

    15.4 Movimiento dinámico de un eje

    15.5 Movimiento cinemático de un bogie

    15.6 Movimiento dinámico de un bogie

    15.7 La conicidad y la dinámica transversal de un vehículo

    15.8 Principales aspectos del movimiento de un vehículo

    en curva

    6 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    18/95

    15.9 Determinación de los esfuerzos transversales ejercidos

    sobre una vía en curva 243

    16. Análisis mecánico de la deformabilidad de una vía sometida

    a esfuerzos transversales 249

    16.1 Vía descargada 249

    16.2 Vía cargada 255

    16.3 Condición de descarrilamiento de un vehículo 262

    17. Análisis mecánico de la deformabilidad de una vía sometida

    a esfuerzos longitudinales 265

    17.1 Esfuerzo térmico máximo en un carril 265

    17.2 Fuerza axial que produce el pandeo en el plano horizontal 268

    17.3 Estabilidad vertical de la vía 272

    18. Aparatos de vía 273

    18.1 Aspectos básicos de los desvíos 273

    18.2 Aparatos de vía sobre traviesas de hormigón 279

    18.3 Desvíos de alta velocidad 280

    18.4 Travesías 286

    18.5 Distribución y características de los aparatos de vía a lo largo

    de una línea 286

    19. Puentes de ferrocarril 289

    19.1 Apuntes históricos del ferrocarril español 289

    19.2 Constitución de la vía en un puente 292

    19.3 La rigidez vertical de la vía en los puentes y su influencia

    en el deterioro de la capa de balasto 294

    19.4 Asiento de la vía en los estribos 297

    19.5 Solicitaciones verticales en puentes de ferrocarril 298

    19.6 Limitaciones a los movimientos del tablero 313

    19.7 Acciones transversales al puente 316

    19.8 Interacción vía-puente por variaciones de temperatura 316

    19.9 Importancia de los puentes en las nuevas líneas de ferrocarril 320

    20. Túneles ferroviarios 325

    20.1 Apuntes históricos 32520.2 Localización geográfica 325

    20.3 Sección transversal 329

    20.4 La vía en un túnel 329

    20.5 Problemas en los túneles existentes 332

    20.6 Situación actual y tendencias en la construcción de túneles

    de ferrocarril 332

    20.7 Principales aspectos de los fenómenos aerodinámicos

    en túneles de alta velocidad 335

    20.8 Tendencias en relación con los túneles de elevada longitud 357

    21. Deterioro de la vía

    21.1 Introducción

    21.2 El ciclo del sistema tráfico-vía

    21.3 Importancia del balasto en el deterioro de la vía 21.4 Estudios del Comité D-117 del ORE

    21.5 Influencia de los componentes de la infraestructura

     y superestructura ferroviaria

    21.6 Influencia del tráfico que soporta una vía

    21.7 Influencia del montaje y de las operaciones

    de mantenimiento de una vía

    21.8 El deterioro de la vía en la línea París – Lyon:

    una experiencia relevante

    21.9 Influencia del amolado de los carriles en el deterioro

    de la calidad geométrica de la vía

    21.10 Deterioro de las líneas de alta velocidad con tráfico mixto

    21.11 El deterioro de la vía por causa de las vibraciones generada

    en la capa de balasto

    22. Mantenimiento de vía

    22.1 Importancia técnica y económica

    22.2 Evolución de la organización del mantenimiento

    22.3 Maquinaria para el mantenimiento de vía

    22.4 El mantenimiento en la actualidad

    22.5 Criterios de intervención en la vía

    22.6 La organización del mantenimiento en el ferrocarril españo

    22.7 Clasificación de líneas y mantenimiento de vía:

    Ficha UIC 714 – R

    22.8 Mantenimiento de líneas de alta velocidad. Auscultación

    dinámica

    22.9 La reducción práctica de los defectos geométricos de una v

    23. Renovación de vía

    23.1 Planteamiento general

    23.2 El deterioro de los componentes de la vía

    23.3 Sistemas de renovación de vía

    23.4 Características del nuevo armamento de la vía

    23.5 El montaje de la vía en una línea nueva

    ANEXO. Especificaciones técnicas de interoperabilidad, para línede alta velocidad (infraestructura)

    Bibliografía

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    19/95

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    20/95

    1.1 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIASEN EL MUNDO

    La red ferroviaria mundial se extiende, en la actualidad, de acuerdocon las últimas estadísticas publicadas por la Unión Internacionalde Ferrocarriles (UIC), a través de más de 900.000 km, tal comomuestra el cuadro 1.1.

    CUADRO 1.1. DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICA DE LA RED

    FERROVIARIA MUNDIAL

    Zona Geográfica Longitud Porcentaje respectode líneas (km) al total (%)  

    Europa 352.450 38,18

    –Unión europea 197.842 (21,44)

    –Resto países de Europa 154.608 (16,74)

    África y Medio Oriente 176.970 8,34

    América 296.690 32,14

    Asia y Oceanía 196.812 21,34

    Total 922.922 100

    Fuente:UIC (noviembre 2004) y elaboración propia

    La distribución geográfica de la citada red pone de relieve que elcontinente europeo y el continente americano absorben más del 70%de su longitud. África y el Medio Oriente apenas representan algomás del 8% de la red ferroviaria mundial. Por lo que respecta al inte-rior de Europa, los países que configuran la Unión Europea disponendel 56% de la red ferroviaria existente en el conjunto de Europa.

    Es práctica corriente referir la extensión de la red ferrovsuperficie en la que se inserta y a la población más direcafectada por la citada red. De este modo se obtienen dos ires de densidad: longitud de red ferroviaria por kilómetro cde superficie y longitud de red por millón de habitantesindicadores proporcionan, globalmente, una perspectiva cuada sobre el desarrollo del ferrocarril en un continentepaís dado.

    Con este enfoque, los resultados que se obtienen condudatos indicados en el cuadro 1.2. Se constata:

    1. La densidad de líneas de ferrocarril respecto a la supcada zona geográfica oscila en el intervalo de 3 a 50 kde km2. El mayor valor corresponde a los países de lavalor inferior a África y el Medio Oriente. La figura 1tra la variación de este indicador en los distintos con

    2. La densidad de líneas de ferrocarril respecto a la pobcada zona geográfica se sitúa en el intervalo comprend65 y 813 km/millón de habitantes. El límite superio

    ponde a América y el inferior a Asia y Oceanía. La zonase encuentra en la media del intervalo (≈443 km/mhabitantes).

    Debe señalarse que, a nivel mundial, en las últimas décadido cerrando numerosas líneas de ferrocarril, aquellas qucaracterísticas geométricas perdieron interés para mantenerservicios comerciales. La construcción de nuevas infraestrucgeneral dedicadas a la explotación de servicios de alta velocha permitido compensar, en extensión,el referido cierre de l

    DESARROLLO DE LAS REDES FERROVIARIAS1

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    21/95

    0 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    CUADRO 1.2. DENSIDAD DE LÍNEAS DE FERROCARRIL POR SUPERFICIE DE TERRITORIO Y POBLACIÓN EN LAS PRINCIPALESÁREAS GEOGRÁFICAS DEL MUNDO

    Fuente: UIC (noviembre 2004) y elaboración propia

    (km)

    DENSIDAD DE LA RED FERROVIARIA EN EL MUNDO

    Fuente: S. Lerat (1984)

    1 km de vía por

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    22/95

    DESARROLLO DE LAS REDES FERRO

    1.2 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    EN EUROPA

    Si se focaliza la atención en la situación existente en los principalespaíses europeos, la observación de los datos del cuadro 1.3 permitedestacar los siguientes aspectos.

    a) La densidad de líneas de ferrocarril referida a la superficie decada país presenta unos valores máximos que correspondena la República Checa y a Bélgica, con 120 y 114 km/miles dekm2 de superficie, respectivamente.

    b) Los valores mínimos se encuentran en Finlandia, Grecia y Estonia, con valores comprendidos entre 17 y 21 km de redferroviaria/miles de km2 de superficie.

    c) El valor medio se encuentra próximo a 57 km de red/milesde km2 de superficie, cercano al cual se sitúa Italia (54). Ale-

    mania tiene un indicador de 101, Francia 53, Luxe92 y España 28.

    d) La densidad de líneas de ferrocarril referida a la p

    muestra un intervalo comprendido entre 174 km por millón de habitantes, valor que corresponde a Hlos 1.125 km que corresponden a Finlandia, seguidacia con 1.098 km.

    e) El valor medio se sitúa en 562 km de líneas de ferrocmillón de habitantes. Alemania y Francia se encuendebajo de esta referencia con 489 y 436 km respectivEspaña tiene una extensión de 348 km por millón tantes.

    Si se adopta como indicador más representativo, la denlíneas de ferrocarril por habitante, se observa que la red feespañola se encuentra en la parte inferior de la media euro348 km/millón de habitantes), junto a Bélgica (338) y podel Reino Unido (288) y Portugal (271).

    CUADRO 1.3. EXTENSIÓN DE LA RED FERROVIARIA EN LOS PRINCIPALES PAÍSES EUROPEOS

    Fuente:UIC (Noviembre 2004) y elaboración propia.

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    23/95

    1.3 LA RED FERROVIARIA EUROPEA

    EN RELACIÓN CON LA RED VIARIA

    Con anterioridad se ha indicado que los países que en la actualidadconstituyen la EU25 disponen de una red ferroviaria que alcanzauna extensión total próxima a 200.000 km. De forma comparativa,cabe mencionar que la red viaria de la EU25 se compone de más de360.000 km de carreteras principales (sin incluir 54.000 km deautopistas), a los que habría que sumar más de 1,3 millones de kiló-metros de carreteras secundarias o regionales.

    En el ámbito de las infraestructuras viarias y ferroviarias demayores prestaciones, es decir, las que corresponden respectiva-mente a autopistas y líneas de alta velocidad, las diferencias sontambién muy significativas entre ambos modos de transporte. Enefecto, a comienzos de la década de los años 80, del pasado siglo(momento en el que el ferrocarril europeo construyó su primeralínea de alta velocidad), la EU15 contaba ya con más de 30.000 kmde autopistas.

    CUADRO 1.4. INFRAESTRUCTURAS VIARIAS Y FERROVIARIAS

    EN LA EU (2000)

    Infraestructuras viarias EU 15 EU 25  

    –Longitud de autopistas (km) 51.768 54.631

    –Longitud de red principal (km) 273.270 360.550

    Infraestructuras ferroviarias

    –Longitud de líneas de alta velocidad (km) 2.366 —

    –Longitud de red principal (km) 151.781 201.778

    Fuente: Eurostat (2004) y elaboración propia

    CUADRO 1.5. COMPARACIÓN DE DISTANCIAS KILOMÉTRICAS

    EN LOS PRINCIPALES ITINERARIOS NACIONALESDE ALGUNOS PAÍSES EUROPEOS POR MODOS

    DE TRANSPORTE

    País Distancia (km) Índice relativopor ferrocarril respecto a

    Carretera Aviación Carretera Aviación

    Alemania +42 +160 54 91

    España +78 +176 100 100

    Francia +68 +163 87 92

    Italia +36 +108 46 61

    Fuente:A. López Pita (1994)

    Veinte años después, de forma precisa en el año 2002,autopistas de EU15 era de 52.914 km (55.776 km en lamientras que la red de alta velocidad por ferrocarril no al

    los 3.000 km. De forma sucinta, el cuadro 1.4 resume la dotinfraestructuras viarias y ferroviarias en la Unión Europea.

    Por otro lado, resulta útil comprobar como las distanferrocarril y carretera, entre dos poblaciones dadas, son mente diferentes en ambos modos, tal como muestran lindicados en el cuadro 1.5. Nótese como el ferrocarril hahacer frente a mayores distancias de recorrido que la carespecialmente más que el modo aéreo.

    1.4 PRINCIPALES ITINERARIOS DE LA R

    FERROVIARIA EUROPEALa red ferroviaria europea se configura básicamente en tolíneas que enlazan, en el interior de cada país, los principalos de población, así como a través de los itinerarios que pconectar dos o más países. El mapa de la figura1.2 muestprincipal de ferrocarriles en Europa, por lo que respecta arios internacionales.

    Resulta un hecho bien conocido que la mayor parte de lde ferrocarril fueron construidas durante el siglo XIX, en udonde los equipos mecánicos y las técnicas de realización lineales estaban lejos de alcanzar el grado de desarrollo qactualidad presentan.

    Consecuencia de tal situación fue el principio, implíciadmitido, de diseñar trazados que necesitasen del menomiento posible de tierras, procurando adaptar la traza de lalíneas a la orografía del terreno para evitar, de este modo,fábrica de especial importancia, lo que no siempre se cocomo es sabido.

    El resultado fue la existencia de itinerarios con curvas ede radios comprendidos entre 300 y 600 m y rampas con mdes que alcanzaban, en ocasiones, el 20 ‰, con mayor extensión de trayectos de estas características, según la admción ferroviaria considerada.

    Prescindiendo del efecto rampa, los datos en planta citadicionan la velocidad máxima de los trenes más rápido

    poderse superar, con los criterios habituales de cálculo y lolos convencionales, 100/110 km/h. Debe significarse, no obexistencia de algunos tramos particularmente aptos para el llo de altas velocidades, tal como sucede, a título indicativo

    • La línea francesa de Las Landas, donde se encuentra uación recta que alcanza más de 40 km de longitud (Fig

    • Menos espectacular, pero con un trazado favorable pavelocidad, es la relación ferroviaria alemana que entre Munich y Augsburg.

    2 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    24/95

    • Los ferrocarriles británicos tienen, asimismo, en su líneadesde Londres a Edimburgo, trayectos continuados de hasta70 km donde se puede circular a 160/200 km/h de velocidadmáxima.

    • Los ferrocarriles italianos disponen también de una alinea-

    ción cuasi recta de casi 38 km entre las estaciones de VilanovaSan Pancracio y Suzzara (Fig. 1.4).

    La existencia de estos tramos con características favorables paraconseguir velocidades elevadas no constituye, sin embargo, más queuna excepción a los condicionantes geométricos de base que, concarácter general, hemos indicado precedentemente.

    Sin embargo, la experiencia práctica, así como los numerososestudios y encuestas realizadas, ponían de manifiesto que alcanza-dos y mantenidos ciertos niveles de referencia en algunos de los fac-

    tores que conforman la calidad de la oferta ferroviaria, en cios diurnos interurbanos de media y larga distancia (regfrecuencia y confort) era el tiempo de viaje empleado por carril en recorrer una distancia dada, es decir, la velocidadcial obtenida, la que desempeñaba el papel fundamental e

    tación de tráfico por este modo de transporte.Por esta razón, las principales administraciones feremprendieron de forma sistemática, hace más de tres décaactividad permanente de progresivo y paulatino incremenvelocidades máximas de circulación en explotación comerclos trazados construidos en el siglo XIX. Actividad basada ducir significativas mejoras en su geometría, bien por rectde sus curvas, o bien por ejecución de variantes locales en edificultades técnicas o económicas que impidiesen o desacola solución anterior.

    DESARROLLO DE LAS REDES FERRO

    PRINCIPALES LÍNEAS DE FERROCARRIL EN EUROPA

    Fuente: UIC

    SITUACIÓNCORRESPONDIENTE

    AL ÚLTIMOTERCIO

    DEL SIGLO XX 

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    25/95

    4 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    EJEMPLOS DE ITINERARIOS APTOS PARA LA CIRCULACIÓN A ALTA VELOCIDAD EN FRANCIA E ITALIA

    Fuente: Le Train Fig. 1.3 Fuente: FS

    SECCIONES DE LÍNEAS CONVENCIONALES APTAS PARA CIRCULAR A 160/200 KM/H

    Fuente: SNCF Fig. 1.5 Fuente: DB (1986)

    ALEMANIA

    200 km/h160 km/h

    Principales secciones francesasaptas para 200 km/h

    Le Mans

    Nantes

    Tours

    Vierzon

    Burdeos

    FRANCIA

    Tramo

    rectilíneo

    de 46 km

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    26/95

    Las figuras 1.5 y 1.6 recogen algunas de las secciones ferroviariasque, a través de los trabajos de modernización llevados a cabo en lasúltimas décadas, pero sobre todo por contar con una geometría

    particularmente favorable, permiten alcanzar velocidades máximasde hasta 200/220 km/h. Se llegó a lograr, de este modo, los nivelesde servicio que se indican en el cuadro 1.6.

    Resulta de interés destacar que las principales dificultades oro-gráficas con las que se enfrentaron las primeras líneas de ferrocarrilfueron, lógicamente, la superación de los Pirineos y de los Alpes. Lafigura 1.7 refleja, la problemática que presentó el enlace por ferro-carril entre España y Francia por Puigcerdá y Canfranc. Nótese laexistencia, en ambos itinerarios, de túneles helicoidales para poderganar altura con las limitadas rampas que permite la explotaciónferroviaria.

    CUADRO 1.6. AÑO DE INTRODUCCIÓN DE VELOCIDADESMÁXIMAS DE 160/200 KM/H EN ALGUNAS RFERROVIARIAS EUROPEAS

    Red (País) Velocidad máxima Año de introden explotación

    comercial (km/h) 

    SNCF (Francia) 200 1967

    DB (Alemania) 200 1973

    BR (Gran Bretaña) 200 1976

    FS (Italia) 180 1970

    SJ (Suecia) 160 1985

    RENFE (España) 160 1986

    Fuente:A. López Pita (1986)

    DESARROLLO DE LAS REDES FERRO

    PRINCIPALES DIFICULTADES EN LOS ENLACES POR FERROCARRIL ENTRE ESPAÑA Y FRANCIA

    Fuente:A. López Pita (2004)

    FRANCIA

    ESPAÑA

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    27/95

    La figura 1.8, ubica, geográficamente, algunos de los túneles demayor longitud que fue necesario construir para enlazar los paísesque se articulan en torno al macizo de los Alpes. Destaca el túnel del

    Simplón con más de 19 km de longitud. A continuación le siguenlos túneles de: Apeninos (18,7 km), San Gotardo (15 km), Lots-chberg (14,5 km) y Arlberg (10,2 km), entre otros, en el continenteeuropeo.

    1.5 CARACTERÍSTICAS DE LA REDFERROVIARIA ESPAÑOLA

    El análisis de la orografía de la península ibérica y la inserción enella de los trazados ferroviarios pone de relieve las importantes difi-cultades que las primeras líneas en España tuvieron que superar; deforma especial en los itinerarios que enlazaron el centro con elnorte del país, tal como muestra la figura 1.9.

    Debe destacarse, por otra parte, la existencia de un ciertro de trayectos donde confluyen, en zonas localizadas, loextremos más negativos de los radios de curva en planta

    rampas en alzado. Esta situación se da, entre otros lugareaccesos desde la Meseta Central a zonas litorales como Asturias,Cantabria y Guipúzcoa. En relativamente pocos kil(30 a 50) se salvan desniveles de 300 a 700 m. Además, en pradios medios ponderados se encuentran próximos a 300 mtan, por tanto, trayectos especialmente difíciles para la expferroviaria, al disponer incluso, algunos de ellos, de tan sólo

    Un rápido repaso al cuadrante noroccidental de Españavisualizar algunas de las secciones que más limitan las prescomerciales del ferrocarril.Nótese (Fig. 1.10) como el itinerdesde Madrid se dirige hacia el norte, a través de Ávila, presinuoso trazado, en el que las velocidades máximas de circusitúan entre 90 y 110 km/h (tramo El Escorial – Ávila).

    Más hacia el norte, los accesos a Galicia por La Puebla bria y Orense (Fig. 1.11) constituyen, posiblemente, uno d

    6 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    PRINCIPALES TRAVESÍAS ALPINAS DE LA RED FERROVIARIA EUROPEA

    Fuente: La vie du rail (1994)

    Grandes Ejes ferroviarios

    Otras líneas

    Grandes ejes viarios

    Puertos Túneles

    EJES ALPINOS

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    28/95

    DESARROLLO DE LAS REDES FERRO

    CARACTERÍSTICAS DE ALGUNOS TRAMOS FERROVIARIOS EN ESPAÑA CON DESNIVELES RELEVANTES

    Fuente: Elaboración propia y Todays Railways

    1234

    *

    * metros

    Fuente: RENFE

    RAMPA DE ACCESO A PAJARES DESDE LEÓN

    TRAMO

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    29/95

    8 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    TRAZADO EN PLANTA DEL ITINERARIO EL ESCORIAL-ÁVILA (1)

    Fuente: Plaza-Janés

    TRAZADO PARCIAL EN PLANTA DEL ITINERARIO PUEBLA DE SANABRIA-ORENSE (2)

    Línea de

    ferrocarril

    Fuente: Euroliber,S.A.

    Línea de

    ferrocarril

    (1) En el trayecto El Escorial-Ávila (70 km) la velocidad máxima preponderante por trazado es inferior a 100 km/h.(2) En el trayecto visualizado en la figura 1.11, la velocidad máxima se situa en torno a 105 km/h.

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    30/95

    nerarios más tortuosos y con mayor densidad de túneles. A estehecho cabe añadir el estar dotado de vía única, lo que incrementalas dificultades de explotación de la línea.

    Al itinerario entre León y Oviedo, a través del puerto de Pajares,nos referiremos al abordar el capítulo destinado a los túneles deferrocarril.

    La llegada desde la Meseta Central hasta Santander se producepor Reinosa, en donde se inicia el puerto de Pozazal. Véase (Fig.1.12) el desarrollo geométrico que efectúa el ferrocarril para pasarde los 982 metros de altitud del citado puerto, a los 285 metros de lapoblación de Bárcena.

    La figura 1.13 muestra la planta del trazado que desde Mirandade Ebro enlaza con Orduña para acceder a Bilbao. Nuevamente aquí,el ferrocarril efectúa un amplio desarrollo para poder descenderdesde los 616 m de la población de Izarra hasta los 283 m de Orduña.

    Finalmente, y por lo que respecta al acceso a San Sebastián, lafigura 1.14 muestra la sección comprendida entre Alsasua y Beasain.El prolongado giro hacia la izquierda, en relación con el trazado dela carretera, determina que la distancia por ferrocarril entre ambaspoblaciones (44 km) sea claramente superior a la que permite lacarretera (≈ 24 km).

    Si nos dirigimos hacia el este, en la línea que enlaza las dospoblaciones con mayor número de habitantes, Madrid y Barcelona,pueden encontrarse, al menos, tres zonas significativas del trazado:

    1. La sección Ricla-Calatayud, que discurre siguiendo el ríoJalón, y que a lo largo de sus 36 km no permite superar, engeneral, 100 a 105 km/h. La figura 1.15, muestra el itinerariotradicional y el recientemente puesto en explotación comer-cial, con motivo de la construcción de la nueva línea de altavelocidad entre Madrid y Zaragoza.

    2. La sección Zaragoza-Lleida, a causa de su recorrido, superioren 50 km al que presenta la carretera (Fig. 1.16). Nótesecomo el trazado ferroviario a la salida de Zaragoza se desvíahacia el norte en dirección a Tardienta.

    3. La sección Montblanc-San Vicente de Calders (Fig. 1.17), iti-nerario en vía única del tramo Lleida-Barcelona. Cabe desta-car, en particular, el recorrido entre Montblanc y La Plana dePicamoixons (9 km), donde la velocidad máxima desciende a110 km/h, e incluso hasta 70 km/h, al paso por esta últimapoblación.

    En dirección hacia el sur, los itinerarios más singulares por lasdificultades de su trazado son, principalmente:

    a) El paso, en vía única, por Despeñaperros (Fig. 1.18), queenlaza Castilla La Mancha con Andalucía. La nueva líneaentre Madrid y Sevilla permitió superar esta dificultad parala explotación comercial.

    b) La línea, en vía única, que permite acceder al Puerto de Alge-ciras. La figura 1.19 muestra la dificultad en planta del traza-

    DESARROLLO DE LAS REDES FERRO

    ACCESO FERROVIARIO A SANTANDER POR REINOSA

    Fuente:Vía Libre

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    31/95

    0 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    ACCESO FERROVIARIO A BILBAO POR ORDUÑA

    Fuente: Firestone Fig. 1.13

    Línea de

    ferrocarril

    ACCESO FERROVIARIO A SAN SEBASTIÁN POR ALSASUA

    Fuente: Ministerio de Fomento

    Línea de

    ferrocarril

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    32/95

    DESARROLLO DE LAS REDES FERRO

    TRAZADO CONVENCIONAL Y EN ALTA VELOCIDAD DE LA SECCIÓN RICLA-CALATAYUD

    Fuente: GIF

    Línea de Alta Velocidad

    Trazado convencional

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    33/95

    2 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    TRAZADO CONVENCIONAL Y EN ALTA VELOCIDAD DE LA SECCIÓN ZARAGOZA-LLEIDA

    Fuente:GIF

    TRAZADO EN PLANTA DE LA SECCIÓN MONTBLANC-VALLS-S. VICENTE DE CALDERS

    Fuente: Firestone

    Línea de Alta Velocidad

    Línea convencional

    Línea deferrocarril

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    34/95

    DESARROLLO DE LAS REDES FERRO

    LÍNEA DE FERROCARRIL EN LA ZONA DE DESPEÑAPERROS

    Fuente: Ministerio de Fomento

    Línea de AltaVelocidad

    Línea convencional

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    35/95

    do desde la población de Ronda. La velocidad comalcanza los 100 km/h.

    c) El acceso a la ciudad de Málaga (Fig. 1.20) por el de

    de los Gaitanes, en particular en el tramo comprendiBobadilla y Málaga (≈ 100 km). La nueva línea de altdad, actualmente en avanzado estado de constsupondrá una mejora sustancial de la calidad de la oferrocarril.

    Para concluir con los tramos de mayor dificultad, las figu y 1.22 muestran de forma esquemática el perfil longitudinitinerarios Norte/Sur y Este/Oeste de mayor distancia en Esp

    En el ámbito opuesto, es decir, en relación con las seccioaptas para alcanzar prestaciones comerciales elevadas, cabe nar los tramos indicados en la figura 1.23.

    1.6 INDICADORES DE LA DIFICULTADDE EXPLOTACIÓN DE UNAINFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

    Las características básicas de la infraestructura ferroviaria cnan notablemente las posibilidades de configurar, a travésuna oferta comercial de calidad.

    Desde la perspectiva del transporte de viajeros, la vpracticable por los distintos itinerarios es, sin duda alguna,más relevante. Dado que la velocidad máxima depende del las curvas, la magnitud de este parámetro representa un inútil para medir la dificultad de un trazado.

    Desde la óptica del transporte de mercancías, una de lbles de referencia es la capacidad de carga remolcable en udada. Pero resulta intuitivo que las rampas existentes en unrio condicionan la carga que el material motor puede remconsecuencia, la inclinación de un trazado es un indicador cular interés para evaluar la mayor o menor dificultad de unto ferroviario.

    Si se adopta como referencia la expresión aproximada qciona el radio de una curva (R) y la velocidad de circulación

    se deduce que, para V=100 km/h (velocidad mínima normexistente en los itinerarios principales de una red ferrovradio mínimo de la curva en planta, debería situarse en el de 500 m.

    Por otro lado, las rampas ferroviarias alcanzan valores men condiciones normales, de hasta 20‰. En determinadas sorográficamente difíciles, la citada magnitud puede llegarhasta 35 o 40‰, refiriéndonos siempre a las líneas construi

    4 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    ACCESO POR FERROCARRIL A ALGECIRAS

    Fuente:Almax  Fig. 1.19 

    Línea deferrocarril

    4,5V R≈  

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    36/95

    DESARROLLO DE LAS REDES FERRO

    ACCESO POR FERROCARRIL A MÁLAGA DESDE BOBADILLA

    Fuente: Firestone y RENFE

    Línea de Alta Velocidad

    LÍNEA DE FERROCARRIL CÓRDOBA-MÁLAGA EN EL DESFILADERO DE LOS GAITANES

    Trazado convencional

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    37/95

    6 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    PERFIL LONGITUDINAL DEL EJE FERROVIARIO ALGECIRAS-FRONTERA FRANCESA

    Fuente: RENFE

    PERFIL LONGITUDINAL DEL EJE FERROVIARIO GALICIA-CATALUÑA (1)

    Fuente: RENFE

    (1) Las dificultades de este trazado, tanto en planta como en alzado, limitan notablemente las velocidades de circulación. Por esta causa no es posiblen esta relación completa velocidades comerciales que superen los 90 km/h.

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    38/95

    DESARROLLO DE LAS REDES FERRO

    SECCIONES MÁS APTAS PARA EL DESARROLLO DE VELOCIDADES MÁXIMAS DE 160/200 KM/H EN EL FERROCARRIL ESPAÑOL

    Fuente: Dirección Técnica de RENFE y elaboración propia

    Tramos(1)geométricamente máadecuados para circua 160/200 km/h

    * Valores aproximado

    120 km

    200 km

    50 km

    230 km*

    250 km

    50 km

    60 km

    90 km140 km

    (1) En base al ADIF (Administrador de Infraestructuras Ferroviarias) en la red ferroviaria española se pueden alcanzar las siguientes velocidades máxmos con velocidad superior a 200 km/h (656 km); con V = 200 km/h (675 km); con 140 < V < 160 km/h (4.529 km); con V < 140 km/h (6.948 km).

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    39/95

    siglo XIX y principios del siglo XX. Probablemente, a nivel mun-dial, una de las líneas con mayores dificultades sea la que discurreen Ecuador en la zona denominada “La nariz del diablo” (Fig. 1.24).

    En la misma figura se reproduce el trazado de otra línea de ferroca-rril de especial dificultad, Canyon Valley, en Canadá.

    En la práctica diaria de la explotación comercial, se consideraque rampas superiores a 10‰ representan ya una dificultad nota-ble en relación con la carga máxima que se puede remolcar. Se hacenotar que una rampa de 10‰ supone un incremento en la resisten-cia al avance de un tren de 10 kg/tonelada transportada.

    Se señala, no obstante, que en algunas líneas de alta velocidadconstruidas en las últimas décadas, la rampa máxima alcanzó 35‰(línea París-Lyon) e incluso 40‰ (línea Colonia-Frankfurt) paralimitar o evitar la presencia de túneles, que encarecen notablementeel coste de la inversión. La potencia de las ramas de alta velocidad (≥8000 kW) permite superar las citadas rampas, que se encuentranacotadas en su longitud.

    A partir de las consideraciones precedentes, no sorprese haya tratado de conocer el posicionamiento relativo dferroviaria de cada país respecto a los dos indicadores pre

    mente explicitados: porcentaje de la red con radios de curiores a 500 m; porcentaje de la red ferroviaria con tramosde rampas iguales o superiores a 10‰.

    La figura 1.25 muestra la ubicación de la red ferroviaripal en los países europeos de mayor relevancia con relaciómodo de transporte. Nótese como la red española juntosuiza son las que presentan una mayor dificultad para la ción ferroviaria. En el extremo opuesto se sitúan las redes rias de Holanda y Polonia.

    Por último,cabe mencionar que tanto para el transporteros como para el de mercancías, la capacidad de una línea een número de trenes que pueden circular diariamente es undor del mayor interés. En este ámbito cabe señalar que, aun c

    capacidad de una línea viene determinada por un cierto nú

    8 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    TRAZADO DEL FERROCARRIL DE «LA NARIZ DEL DIABLO» (ECUADOR)

    Fuente: GEO

    LA NARIZDEL DIABLO

    Fuente: La vie du rail (1995)

    TRAZADO FERROVIARIO «CANYON VALLEY» EN CANADÁ

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    40/95

    variables, no es menos cierto que el porcentaje de tramos de vía dobleconstituye el parámetro de mayor influencia. A título indicativo, unalínea con vía única y en función del tipo de señalización que dispon-ga puede llegar a admitir 70/80 trenes/día. En una línea dotada convía doble, la capacidad puede llegar a superar los 240 trenes/día.

    Bajo esta perspectiva, la figura 1.26a muestra el porcentaje detramos dotados de vía doble en algunos países europeos. Se obser-

    van las dificultades del ferrocarril español para configurar uta de calidad al disponer de tan sólo el 20% de líneas en vfrente a más del 40% en Alemania y Francia. Este hecho emayor refrendo aún si se observa (Fig. 1.26b), el porcenred ferroviaria española donde pueden alcanzarse velmáximas de 160/200 km/h. Tan sólo en el 40% de dicha red75% en Alemania y el 85% en Francia.

    DESARROLLO DE LAS REDES FERRO

    (1) En las líneas principales de cada país, la velocidad mínima de circulación no suele ser inferior a 100 km/h, lo que significa, en condiciones normatrazado tenga curva con radios en planta ≥ 500 m.(2) Por encima de 10 a 12‰ se considera que un trazado es difícil para permitir cargas remolcadas elevadas.

    DIFICULTADES DE LAS LÍNEAS DE FERROCARRIL EN ALGUNOS

    PAÍSES EUROPEOS

    Fuente:Plan de Transporte Ferroviario (Ministerio de Fomento) Fig. 1.25

    PRESTACIONES DE LA RED PRINCIPAL DE FERROCARRILE

    DE ALGUNOS PAÍSES EUROPEOS

    Fuente:A. López Pita (1994)

    % DE LÍNEAS CON RADIO MENOR DE 500 m (1)

    20

    10

    0

    10 20 30

    % DE LÍNEAS CPN PENDIENTE IGUAL O SUPERIOR A 10 ‰ (2)

    ALEMANIA (DB)

    SUIZA (CFF)

    ESPAÑA (RENFE)

    ITALIA (FS)

    FRANCIA (SNCF)

    BÉLGICA (SNCB)

    POLONIA (PKP)

    HOLANDA (NS)

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    41/95

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    42/95

    2.1 CONFIGURACIÓN GENERAL

    De una manera sucinta se suele describir una vía como un emparri-llado formado por carril, traviesa y sujeción que se apoya en unlecho elástico constituido por el balasto y la plataforma.

    En la figura 2.1 se muestra la sección transversal de una línea deferrocarril en tres configuraciones típicas: sobre infraestructuranatural, en el interior de un túnel o sobre infraestructura rígida,caso de los puentes metálicos, y de hormigón. Los esquemas serefieren a la línea de alta velocidad Madrid-Sevilla. La citada figura2.1 permite apreciar como el carril se apoya en la traviesa y ésta seencuentra asentada en la capa de balasto. La inclinación de la capade balasto (4%) en el contacto con la plataforma permite evacuar elagua de lluvia hacia las cunetas de desagüe, evitando o reduciendosu efecto sobre la infraestructura. Nótese como el espacio ocupadopor una vía doble se sitúa entre 13 y 14 metros, como orden demagnitud. En la figura 2.1c se precisan las zonas de limitación aluso de los terrenos colindantes con el ferrocarril.

    Por convenio, se define como ancho de vía la distancia entre lascaras internas de los dos carriles que configuran la vía, medida a 14

    mm por debajo de la superficie de rodadura del carril (Fig. 2.6). Elancho de vía más habitual es el conocido como ancho de vía euro- peo, que corresponde a 1.435 mm. En España, el ancho de vía es de1.668 mm. La figura 2.2 permite visualizar la distribución de losdiferentes anchos de vía en Europa. Nótese como el ferrocarril de laantigua Unión Soviética dispone de una ancho de 1.520 mm. Seseñala que algunos ferrocarriles regionales o locales cuentan conanchos de vía inferiores a los mencionados, siendo el más habitualentre ellos el ancho métrico.

    Cuando una línea está dotada de vía doble se define como entre-

    vía a la distancia existente entre ejes de vía (en el caso de 2.1a, la entrevía es de4.30 m). La magnitud necesaria paravía viene determinada, en primer lugar, por el gálibo del ferroviario. De este modo, la entrevía de las líneas convenconstruidas en general en el siglo XIX y el siglo XX, oscila

     y 3,8 metros (Fig. 2.3). A medida que se incrementa la velocirculación, aparece un nuevo condicionante: los fenómendinámicos que se desarrollan al cruzarse dos trenes. Con lde la alta velocidad al ferrocarril (circulaciones iguales o sua 250 km/h), la entrevía ha ido incrementándose de formaLa figura 2.3 muestra los criterios adoptados en algunas deas de alta velocidad construidas en las últimas décadas. Seque la entrevía alcanza valores de 4,7 m e incluso 5 m.

    El corte en sección longitudinal de una vía (Fig. 2.4como las traviesas se colocan a una cierta distancia (constael carril proporcionándole el apoyo necesario. Por convenione la distancia entre traviesas consecutivas como la separactente entre sus respectivos ejes (no entre las caras interntraviesas). Su magnitud oscila entre 50 y 70 cm, aun cuandmás habitual es 60 cm (en ocasiones 63 cm).

    Los carriles se fijan a las traviesas mediante las sujecio

    2.5), elementos que presionan al patín del carril y evitan miento longitudinal y lateral del mismo, así como su girode los esfuerzos transversales y verticales transmitidos por culos.

    Por razones relacionadas con la estabilidad lateral de lolos durante su circulación por la vía, los carriles no ocuposición horizontal, sino que se encuentran inclinados hactro de la vía (Fig. 2.6), en un ángulo de valor normal 1/20algunos países como Alemania se reduce a 1/40.

    Como se observa en la figura 2.5, el carril no se coloca

    CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE UNA VÍA

    DE FERROCARRIL

    2

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    43/95

    2 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    SECCIÓN TRANSVERSAL TIPO DE UNA LÍNEA DE FERROCARRIL

    Fuente: Ministerio de Fomento

    a)

    b)

    c)

    d)

    (1993)

    Sección tipo

    a cielo abierto

    Sección en tunel

    Sección tipo

    en viaducto

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    44/95

    CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE UNA VÍA DE FERR

    ANCHOS DE VÍA EN EUROPA

    Fuente:UIC Fig. 2.2

    LA ENTREVÍA DE UNA LÍNEA Y SU RELACIÓN

    CON LA VELOCIDAD

    Fuente:A. López Pita (1993) Fig. 2.3

    ESQUEMA DE LA SECCIÓN LONGITUDINAL DE UNA VÍA

    Fuente:A. Zarembski

    DETALLE DEL SISTEMA CARRIL-TRAVIESA-SUJECIÓN

    Fuente: El libro del Tren. (P. Lozano)

    (1) La distancia habitual entre traviesas es de 60 cm (en ocasiones 63 cm cuando su longitud es del orden de 2,8 metros). El intervalo de variación vien su límite inferior, por 50 cm y en su límite superior por 70 cm.

    Distancia entre traviesas (1)

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    45/95

    mente sobre la superficie de la traviesa de madera, para evitar surápido deterioro por la acción del acero del carril. Entre ambos ele-mentos, carril y traviesa, se interpone una placa rígida denominadade asiento, que incrementa el área de apoyo a través del cual el patíndel carril transmite los esfuerzos a la traviesa. Por lo tanto, la incli-

    nación del carril puede lograrse cajeando las traviesas de mutilizando placas de asiento planas (Fig. 2.7a), o bien utilizacas de asiento con la inclinación deseada (Fig. 2.7b).

    2.2 CARRIL

    De los elementos que configuran el emparrillado de la víaes el encargado de soportar directamente el peso de los vehlas acciones dinámicas generadas por la velocidad y el econservación de vía y vehículo.

    Los diferentes tipos de carriles existentes se reconocedistinto peso por metro lineal, que se encuentra estandaralgunos valores de referencia: 45 kg/ml, 49 kg/ml, 54 kgkg/ml (Fig. 2.8). Es importante señalar, como se verá en cposteriores, que uno de los parámetros del carril de mayorcia es su momento de inercia respecto al eje horizontal. Loque corresponden a los dos últimos tipos de carriles (los mzados en la actualidad) son respectivamente: 2.346 cm4 y 3.

    En un carril se diferencian tres partes: cabeza, patín yque los une. Como se observa en la figura 2.8, las dimensun carril se sitúan en el intervalo de los 7 cm de la cabeza, lde la base (o patín) y los 17 cm de su altura.

    La experiencia práctica existente en la actualidad permmar, con carácter indicativo, que:

    • El carril de 45 o 49 kg/ml se utiliza en líneas secundavías de estaciones.

    • El carril de 54 kg/ml se emplea en las líneas de las rdonde se circula a velocidades de hasta 140/160 km/h

    • El carril de 60 kg/ml es el habitual para velocidades sua 160 km/h, incluyendo las líneas de alta velocidad.

    La fabricación de un carril es el resultado de un conjoperaciones relativamente complejo que condicionan ddeterminante la calidad del producto final. En el proceso cde fabricación se distinguen tres fases principales: la fabricaacero, la operación de acabado, que incluye el corte a la estándar, y el enderezado y refrentado de los extremos (Fig

    Hace ya tiempo se observó que, a la salida de fábrica, lo

    presentan una serie de tensiones internas residuales cuya dción respecto a magnitud y dirección es compleja en todomen de la pieza. Se puede aceptar, sin embargo, que las tmás importantes son las paralelas al eje longitudinal del cartensiones se producen por el enfriamiento posterior a la lam

     y por el enderezado del carril en frío en la máquina de rodmagnitud máxima de la tensión (Fig. 2.10) se sitúa en el en8 a 10 daN/mm2.

    Cuando se aborda el dimensionamiento del carril, se coestas tensiones internas como un componente más del con

    4 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    DETALLE DEL CONTACTO RUEDA-CARRIL

    Fuente: Tomada de C. Esveld Fig. 2.6 

    TIPOLOGÍA DE PLACAS DE ASIENTO RÍGIDAS

    Fuente: F. Oliveros et al. (1977) Fig. 2.7 

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    46/95

    solicitaciones normales que actúan sobre este elemento deemparrillado de la vía. La suma de todas ellas (flexión, causas térmicas y proceso de fabricación) deberá ser inferior a l

    tensión admisible por el carril.A estos efectos se subraya que los carriles utilizados e

    las líneas comerciales de ferrocarril se caracterizan (Fig2.11) por tener un límite de rotura situado en el intervalo d70 a 80 daN/mm2. Existen, no obstante, otros tipos de carrles, denominados naturalmente duros, cuyo límite de roturalcanza 80 a 100 daN/mm2. Finalmente, los carriles formados con aceros de aleación (basados en los efectos de adiciónal acero de elementos como el cromo y el silicio, entre otrospueden llegar a tener límites de rotura de 110 a 12daN/mm2.

    2.3 TRAVIESAS Y SUJECIONES

    Desde los orígenes del ferrocarril se empleó la madera comelemento soporte del carril. Las propiedades físicas y mecánicas de la misma, y la abundancia de recursos naturales eesta materia prima en la mayoría de los países hizo aconsejable su empleo. Cuando más tarde se llegó a un mejor conocmiento de los esfuerzos y condiciones de trabajo a que se vsometida la estructura de la vía, quedó confirmada la elección de la madera como apoyo del carril.

    En paralelo, se desarrollaron dos tipos de sujeciones quadquirieron relevante notoriedad: las escarpias (Fig. 2.12) los tirafondos (Fig. 2.13). Las primeras, son más utilizadaen Estados Unidos, y las segundas, generalizadas en EuropBajo la acción del tiempo y de los esfuerzos de fatiga, las traviesas de madera perdían sus propiedades y el agrietamientde las mismas provocaba el aflojamiento de las mencionadasujeciones (Fig. 2.13), dejando de cumplir su función dfijar y mantener la posición del carril. Como durantmuchos años (hasta la década de los años 60 del siglo XXno se generalizó el uso del carril continuo soldado, en lazonas de las juntas que enlazaban dos carriles consecutivose solían colocar dos traviesas de madera (Fig. 2.14) parreducir el mayor asiento vertical de la vía que de formnatural se produciría en este punto débil.

    Aun cuando con las traviesas de madera se utilizaron yen su día sujeciones elásticas que eliminaban los problemade aflojado indicados para las sujeciones rígidas (escarpias tirafondos), tal como sucedió con la célebre sujeción (Kempleada ampliamente en Alemania, la introducción de latraviesas de hormigón generalizó el uso de sujeciones elásticas.

    La aparición del hormigón y las posibilidades que ofrecía este material para la fabricación de traviesas determina

    CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE UNA VÍA DE FERR

    PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE ALGUNOS TIPOS DE CARRILES

    (DIMENSIONES EN MM)

    Fuente:D. Ebersbach et al. (1998) Fig. 2.8

    PROCESO DE FABRICACIÓN DE UN CARRIL

    Fuente:M. Megía et al. (1977) Fig. 2.9 

    TENSIONES INTERNAS (RESIDUALES) EN LOS CARRILES

    Fuente:Tomada de Alias.(1987) Fig. 2.10 

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    47/95

    6 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    LÍMITE ELÁSTICO Y DE ROTURA DE LOS CARRILES

    Fuente: Tomada de Alias (1987) Fig. 2.11

       L   í  m   i   t  e  e   l   á  s   t   i  c  o   (   d  a   N   /  m  m

       2   )

    Aceros con aleación

    Aceros estandards

    Límite de rotura (daN/mm2)

    Aceros naturalmente duros

    SUJECIONES POR ESCARPIAS

    Fuente: Oliveros et al. (1977) Fig. 2.12

    a)

    b)

    AFLOJADO DE LA SUJECIÓN RÍGIDA (TIRAFONDO)

    Fuente: Renfe

    DISPOSITIVO DE COLOCACIÓN DE TRAVIESAS DE MADEREN ZONA DE VIA CON JUNTAS

    Fuente: Tomada de C. Esveld (2001)

    SUJECIÓN POR TIRAFONDOS

    Titafondos

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    48/95

    ron un importante aumento del interés por este tipo de traviesas,especialmente en Inglaterra, Francia, Italia y Alemania. Las investi-gaciones realizadas tanto en laboratorio como en vía pusieron de

    relieve que las traviesas de hormigón podrían: tener una elevadaduración en servicio, del orden de dos a tres veces la de las traviesasde madera; mantener a lo largo de toda su vida una práctica cons-tancia de sus condiciones físicas y proporcionar una mayor resis-tencia lateral a la vía frente a esfuerzos transversales. Su mayor peso:180 a 350 kg, frente a los 80 kg de las traviesas de madera, dificulta-ba, no obstante, su manejo.

    En el ámbito de las traviesas de hormigón, hasta fechas recientes(apenas 15 años) se encontraban dos tipologías generales: una, quecorrespondía a la traviesa formada por dos dados de hormigón uni-dos por una riostra (Fig. 2.15a), conocida familiarmente como tra-viesa RS en honor a su creador, el ingeniero francés Roger Sonnevi-lle, y utilizada preferentemente en Francia; la segunda tipología seasociaba a las traviesas con forma análoga a las traviesas de maderapero fabricadas con hormigón pre o postensado (Fig. 2.15b) emple-adas en el Reino Unido, Alemania e Italia, a título indicativo.Recientemente se han comenzado a emplear, con carácter experi-

    mental, otro tipo de traviesas, a las que nos referiremos corioridad.

    Las variables más importantes de una traviesa son: su

    siones, que influencian el área de apoyo disponible para represiones que transmite a la capa de balasto, y el peso, qubuye a proporcionar una mayor estabilidad longitudinal y tsal a la vía. El cuadro 2.1 sintetiza el orden de magnitud tadas variables para las traviesas utilizadas en algunoeuropeos.

    Por lo que respecta a las sujeciones, de entre las distintagías existentes en la figura 2.16 se muestran las sujeciones nadas: VOSSLOH (muy utilizada en Alemania y en Espaotros países); NABLA, desarrollada y extendida en la red incluyendo las líneas de alta velocidad, y la sujeción FaPandrol, que formará parte de la nueva línea TGV-EsEstrasburgo).

    2.4 PLACAS DE ASIENTO

    La función primordial de este elemento de la estructura dereducir la presión específica transmitida por el carril a la trmadera, protegiendo a ésta de las acciones que el carril ejeellas; en el caso de las traviesas de hormigón, debe proporconjunto de la vía una mayor elasticidad vertical (Fig. 2.1reducir los efectos dinámicos de los vehículos sobre la vía,mente a alta velocidad. Sobre esta relevante cuestión volposteriormente.

    2.5 BALASTO

    La capa de material granular que se coloca bajo las traviesapeña un importante papel en el comportamiento de una víalas acciones tanto verticales como transversales ejercidamaterial ferroviario, así como frente a las acciones climátic

    En el ámbito de los esfuerzos verticales, el balasto debetres funciones principales:

    a) Contribuir a proporcionar elasticidad y amortiguala vía, para reducir la magnitud de las solicitacionescas ejercidas por los vehículos.

    b) Disminuir el nivel de presiones que llegue a la supla plataforma, para evitar que supere su capacidtente.

    c) Soportar la abrasión que las partículas pueden tenconsecuencia de su contacto con infraestructuras rícomo sucede en las vías que discurren sobre puentemigón.

    CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE UNA VÍA DE FERR

    Fuente:A. López Pita (2002)

    CUADRO 2.1. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE ALGUNAS

    TRAVIESAS DE HORMIGÓN

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    49/95

    8 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    TRAVIESAS BIBLOQUE Y MONOBLOQUE

    Fuente: Esveld,Renfe y Giannakos

    a) Traviesa bibloque

    b) Traviesa monobloque

    c ) Detalle de la placa de asiento elástica

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    50/95

    CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE UNA VÍA DE FERR

    EJEMPLOS DE SUJECIONES ELÁSTICAS UTILIZADAS EN LAS VÍAS MODERNAS

    Fuente: C. Esveld y Renfe

    a) Traviesa bibloque

    Detalle de la colocación

    de la sujeción Nabla

    1

    2

    3

    4

    b) Sujeción Nabla

    c ) Sujeción SKL 12 Vossloh

    Posición de premontaje Posición definitiva

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    51/95

    Para cumplir con las funciones a) y b), es necesario disponer deun cierto espesor de balasto. Como se verá con posterioridad, estamagnitud se sitúa entre 25 y 35 cm. Con valores inferiores no se

    lograría el objetivo perseguido y con valores superiores se incre-mentaría el asiento de la vía y previsiblemente el aumento tambiénde los defectos geométricos. Para hacer frente a la abrasión, funciónc), se exige que el balasto tenga un cierto valor del coeficiente Deval.En general > 15.

    Uno de los procedimientos para efectuar el montaje de una víaes colocar inicialmente el emparrillado de la vía y hacer circularsobre él los vagones tolvas que descargan el balasto sobre la infraes-tructura (Fig. 2.17a) Para que el balasto proporcione el apoyorequerido a las traviesas es necesario que las partículas que configu-ran dicha capa, experimenten un proceso de compactaciónmediante la realización de una operación que recibe el nombre debateo de la vía.

    Esta operación consiste, básicamente, en la introducción bajo lacara inferior de las traviesas de unos bates vibratorios (Fig. 2.17b)que llevan a cabo la citada compactación del balasto. El ferrocarrildispone para ello, de las denominadas máquinas bateadoras, unejemplo de las cuales se muestra en la figura 2.17c. Para que el bateosea posible y eficaz, es preciso que las partículas de balasto tenganunas ciertas dimensiones que faciliten el bateo y una determinadadureza para evitar que se rompan por la acción de los bates. Desdeel punto de vista práctico, la experiencia ha puesto de relieve la ido-neidad de disponer partículas de balasto con tamaños comprendi-dos entre 20 y 60 mm. En la figura 2.18 se muestra el huso granulo-métrico del balasto de categoría A según la norma europea.

    En paralelo, se obliga a reducir al mínimo la presencia de partí-culas lajosas, tanto por la dificultad que presenta su bateo, comopor su tendencia al deslizamiento. Para cumplir con la condición dedureza antes indicada, se exige que la roca de origen de las partícu-las de balasto tenga una resistencia dada a la compresión simple. Lanorma del ferrocarril español (año 2000) obliga a que la citadaresistencia sea como mínimo de 1.200 kg/cm2.

    Cuando el eje de un vehículo se desplaza a lo largo de la vía, seproducen en ésta dos fenómenos simultáneos: el primero una fle-xión vertical que, en función de la capacidad vertical resistente,afecta a una mayor o menor longitud de vía (3 a 4 metros); elsegundo, el levantamiento de una parte delantera de la vía en ladirección del movimiento.

    La deflexión vertical presenta un valor máximo bajo el paplicación de la carga (eje del vehículo) que suele oscilar en2 mm bajo la acción de una carga por rueda de 10 tonel

    magnitud de la onda de levante suele ser de aproximadamede la deflexión vertical, es decir, de 0,15 a 0,20 mm. Aun cpequeña elevación de la vía y su posterior anulación al conmovimiento de los vehículos pudiera parecer no tener inpráctica, la realidad es distinta.

    En efecto, el sucesivo golpeteo de las traviesas sobre elcorrespondiente a los sucesivos ejes que pasan por una víade un solo tren de mercancías puede representar el efecto de150 ejes) y el cada vez mayor uso de traviesas pesadas (300 afrente a las primitivas traviesas de madera (80 kg de peso)ocasionar un rápido deterioro de las partículas de balasto.por ello, que este material tenga un coeficiente de Los (CLA) inferior a un cierto valor. Los criterios de referencia en los siguientes magnitudes: CLA < 15 para líneas con velmáximas iguales o superiores a 200 km/h, y CLA < 18 paraas convencionales (norma española).

    Con ocasión de la construcción de líneas de alta veloEuropa, los ferrocarriles franceses establecieron, para el bdenominado coeficiente de dureza global (DR), que agrupa lcientes anteriormente indicados: coeficiente Deval y coeficLos Ángeles (Fig. 2.19). Para las líneas principales con velde hasta 200 km/h y fuerte tráfico, el coeficiente de durezdeseable se sitúa en el entorno de 17. Para líneas de alta velovalor requerido es de 20.

    Nótese en la citada figura 2.19 como para el primer glíneas (V < 200 km/h) un DR de 17 corresponde a un coeficLos Ángeles de 20 y un coeficiente Deval superior a 15. Pade alta velocidad, en donde DR=20, los coeficientes de resischoque (Los Ángeles) y de resistencia a la abrasión (Deval) en el entorno de 17 y 20 respectivamente.

    Con carácter de síntesis, en la figura 2.20 se expone un de referencia para deducir las funciones que cabe exigir a lriales utilizables como balasto, incluyendo también las varresistencia, tamaño o forma que permiten verificar el mmenor cumplimiento de las citadas funciones.

    0 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    52/95

    CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE UNA VÍA DE FERR

    a)

    DESCARGA DE BALASTO SOBRE LA VÍA MÁQUINA DE BATEO DE LA CAPA DE BALASTO

    Fuente: SNCFFuente:Renfe Fig. 2.18

    c)

    Balasto

    b)

    Fuente: C. Esveld

    LA

    COEFICIENTE DE DUREZA GLOBAL EXIGIDO AL BALASTO

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    53/95

    2 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    ESQUEMA DE REFERENCIA PARA EL ESTABLECIMIENTO DE LAS FUNCIONES Y CARACTERÍSTICAS DEL BALASTO

    Fuente:A. López Pita (1984)

    ELEMENTO QUEDESENCADENA

    LA FUNCIÓNESQUEMA DE ACTUACIÓN   EXPRESIÓN

    MATEMÁTICAFUNCIÓN DEL

    BALASTOFACTOR

    CONMENSURABLE

    F = ƒ (   K,ε )

    AB=ϕ(h,Eb,Ep)

    y = δ (ji)

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    54/95

    De un modo tradicional, el material ferroviario ha sido clasificadoen tres grupos: el primero corresponde al material que proporcionala tracción al tren; el segundo, el que permite el traslado de viajeros;finalmente, el tercero, el dedicado al transporte de mercancías.Desde la perspectiva de los objetivos que pretende lograr este libro,sólo consideraremos los aspectos del material que tienen una inci-dencia relevante por su acción sobre la vía.

    3.1 CONFIGURACIÓN GENERALDE UNA LOCOMOTORA

    Si nos referimos, en primer lugar, al material motor convencional,puede decirse que una locomotora (Fig. 3.1 y Fig. 3.2) está forma-da por una caja que constituye el esqueleto sobre el que se instalanlos equipos necesarios para la tracción y el frenado, fundamental-mente.

    La caja consta de un bastidor definido por largueros lateralessobre los que está montada la caja propiamente dicha. A su vez, elbastidor reposa sobre dos o tres carretones llamados bogies, consti-

    tuidos cada uno de ellos por dos o tres ejes. En general, en la actua-lidad, se habla preferentemente de locomotoras del tipo BB, dosbogies de dos ejes cada uno (Fig. 3.3a) o de locomotoras del tipoCC, configuradas por dos bogies de tres ejes cada uno (Fig. 3.3c). Enla figura 3.3b la locomotora tiene tres bogies de dos ejes cada uno,en una disposición no habitual.

    Un bogie dispone de un bastidor que une el conjunto de losejes que le configuran. Entre el eje del bogie  y el bast idor delmismo, se disponen elementos de suspensión y amortiguaciónque se agrupan bajo la denominación de suspensión primaria. A

    su vez, entre el bastidor del bogie  y el bast idor principlocomotora, los elementos de suspensión y amortiguagrupan bajo la denominación de suspensión secunda3.4).

    A la distancia existente entre los ejes consecutivos de ubogie, se la denomina empate. En una locomotora del tipempate es del orden de 2,6 a 2,8 metros, mientras que en umotora del tipo CC, el empate se reduce a 1,5/1,6 metros. Ede un bogie influye en la posible superposición de los egenerados en un punto dado de la vía por cada rueda, así la estabilidad transversal del bogie durante su movimiento,expondrá posteriormente.

    Las locomotoras tienen un peso total comprendido en120 toneladas, lo que da como resultado pesos máximos p20 a 22,5 toneladas. Como se justificará más adelante, no peso total de un vehículo el que afecta al deterioro de la gde la vía, sino también la distribución de dicho peso entreminado peso no suspendido y el peso suspendido. Se recono

     peso no suspendido a la parte del peso del material que actúasuperficie del carril sin interposición de ningún elemento(Fig. 3.5). Se trata, por tanto, del peso propio del eje, de las

    de aquella parte del material que se apoye sobre estos elemdesigna como  peso suspendido la parte del peso del matactúa sobre la superficie del carril por intermedio de algúnto elástico (que reduce su impacto sobre la vía). En este condel mayor interés disponer de material con el menor pesopendido posible.

    Desde el punto de vista de la dinámica vertical y transuna locomotora sobre una vía, resulta útil conocer la distestructural de los motores, por la incidencia que puede tenesfuerzos transmitidos a la vía.

    CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DEL MATERIAL MOTOR3

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    55/95

    4 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

     VISIÓN GLOBAL DE UNA LOCOMOTORA

    Fuente: Tomada de «El libro del tren» P.Lozano

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    56/95

    CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DEL MATERIAL

    LOCOMOTORA 12X

    Fuente:AEG (1994)

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    57/95

    6 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    TIPOLOGÍA DE LOCOMOTORAS ELÉCTRICAS POR EL NÚMERO

    DE EJES DE CADA BOGIE 

    Fuente: Diversas publicaciones Fig. 3.3

    a)

    b)

    c)

    BOGIE DE LA LOCOMOTORA EUROTÚNEL

    Fuente:Y. M. Tassin (1994); L. Morisi (1995)

    Motor de

    Suspensión secBastidordel bogie

    a)

    Suspensión primaria

    BOGIE DE LA LOCOMOTORA E 412 DE LOS FERROCARRIITALIANOS

    Suspensión secunda

    Suspensión primaria Empate

    b)

    c)

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    58/95

    CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DEL MATERIAL

    PESO SUSPENDIDO Y NO SUSPENDIDO DE UN VEHÍCULO

    FERROVIARIO

    Fuente:C, Soulié y J.Tricoire (2002) Fig. 3.5

    ESQUEMA DE UN MOTOR FORMANDO PARTE DEL PESO

    NO SUSPENDIDO DE UN VEHÍCULO

    Fuente: Instituto de Mannheim (1963) y M.Garreau (1965)

    Pesosuspendido

    Pesosemisuspendido

    Peso no suspendido

    a)

    ESQUEMA DE UN MOTOR SUSPENDIDO POR LA NARIZ

    b)

    Piñón del

    M = MC = Ba

    deRuedadentada

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    59/95

    3.2 INCIDENCIA EN LA DINÁMICA

     VERTICAL DE LA DISPOSICIÓNDE LOS MOTORES

    Para comprender mejor la disposición estructural de los motores enlas locomotoras modernas, resulta aconsejable exponer, al menossucintamente, las diversas realizaciones que se han desarrollado enel transcurso del tiempo.

    La disposición indicada en la figura 3.6a permite comprobarcomo en esta solución el motor y los engranajes formarían parte ensu totalidad del peso que con anterioridad se denominó como “pesono suspendido”. En consecuencia se producirían dos efectos nodeseables:

    1. Aumento del peso no suspendido del vehículo y por tanto delos esfuerzos verticales ejercidos por el material sobre la vía.

    2. Acción directa sobre el motor de los efectos derivados delimpacto soportado por el eje del vehículo al paso por algunaszonas singulares de la vía (juntas, aparatos de vía, etc.). Portanto, un prematuro deterioro del motor.

    Para resolver este problema se recurrió a la disposición conoci-da bajo la denominación de motor suspendido por la nariz , esquemamostrado en la figura 3.6b. En esta solución, el motor se apoya endos puntos del eje del vehículo, por intermedio de rodamientos, y en un punto del bastidor del bogie, a través de un elemento elástico.Como se observa en la citada figura 3.6b, el eje del motor y el eje delvehículo se mantienen siempre paralelos.

    La tercera disposición consiste en instalar el motor en el chasisdel bogie (Fig. 3.7), con lo cual todo su peso se comporta como pesosuspendido, reduciendo su acción sobre la vía. El problema se tras-pasa ahora al ámbito de la transmisión que debe ser capaz de absor-ber las desalineaciones que van a producirse entre el motor y losejes del vehículo.

    Una transmisión, entre las diferentes existentes, fue la denomi-nada Alsthom. Como se ve en la figura 3.8, la rueda dentada (verfigura 3.6) estaba calada a un eje hueco que, por medio de roda-mientos, se unía al motor.

    La rueda dentada tenía dos bielas A1  y A2, diametralmente

    opuestas, que atravesaban la rueda de rodadura. Ésta llevaba tam-bién dos bielas B1 y B2. La transmisión del esfuerzo desde las bielasde la rueda dentada A1 y A2, hasta las bielas B1 y B2, de la rueda derodadura, se efectuaba por medio de un anillo de enganche (Fig.3.8). Las articulaciones de las bielas estaban provistas de elementosde caucho que proporcionaban elasticidad a la transmisión.

    Con carácter de síntesis, puede decirse que la evolución experi-mentada por los bogies motores, en relación con la disposiciónestructural de éstos, fue paralela al incremento de las velocidades decirculación de los vehículos. A título indicativo:

    • Suspensión por la nariz (V < 120 km/h)• Suspensión completa (V > 120 km/h)

    En términos temporales y para el espacio europeo, la code los motores sobre el bastidor del bogie se remonta a losdel pasado siglo.

    3.3 REPERCUSIÓN DE LA DINÁMICATRANSVERSAL EN EL DISEÑOCONSTRUCTIVO

    El movimiento de un vehículo a lo largo de una alineacino es sólo un desplazamiento rectilíneo, sino que va acomde un movimiento de tipo sinusoidal (también llamadmiento de lazo). Si se asimila el esfuerzo transmitido por sobre la vía al transmitido por dos fuerzas de valor F , siuna distancia a (igual al empate del bogie) (Fig. 3.9.), el de las fuerzas exteriores conduce a las siguientes expresioconocidas:

     M = F. a /2

     M = Momento de las fuerzas exteriores

     M = I. w

    I = Momento de inercia del bogie

    w = Velocidad angular de giro

     I = m. ρ2

    ρ = radio de giro

    Luego:

    V = velocidad lineal

    De la expresión precedente se infiere que para reduclor del esfuerzo F aplicado por el bogie sobre la vía, aque aumenta la velocidad V de circulación del vehículodeseable:

    8 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

     

    2. / 2 . . ./ 2

    V  F a I w m

    a= = ρ  

    2

    2

    4m F V 

    a

    ρ=  

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    60/95

    CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DEL MATERIAL

    ESQUEMA DE LA LOCOMOTORA CC 7100

    Fuente:D. Redoutey (2003) Fig. 3.7 

    PRINCIPIO DE LA TRANSMISIÓN ALSTHOM

    Fuente:M. Garreau (1965) Fig. 3.8

    Unión a la rueda

    Anillode enganche

    Unión al engranaje

    ESQUEMA DE BASE PARA DEDUCIR LA IMPORTANCIA

    DEL TÉRMINO 4mρ2/a2 EN UN BOGIE 

    Fuente: M. Tessier (1978)

    a (empa

    EVOLUCIÓN DEL PARÁMETRO 4mρ2/a2 EN FUNCIÓN

    DE LA TIPOLOGÍA Y DISTRIBUCIÓN DE LOS MOTORES

    Fuente: M. Tessier (1978)

    Bogie

    con 2 motoresseparados

    Bogie

    con 2 motoresagrupados

    Bogie

    monomoto

    LOCOMOTORA CC 7001

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    61/95

    • Reducir la masa (m) del bogie.• Disminuir el radio de giro (ρ) alrededor del eje vertical.• Incrementar el empate del bogie (a)

    Se deduce, de este modo, el interés por disminuir el valor deltérmino

    Ya desde los años 50 del pasado siglo se hicieron esfuerzos dediseño para limitar el citado término. Las decisiones que se adopta-ron fueron en la dirección que, esquemáticamente, muestra la figu-ra 3.10. Es decir, concentrando los motores hacia el centro del bogie.Se llegó de este modo de forma natural a la solución denominadabogie monomotor. En esta solución, un solo motor accionaba elconjunto de los ejes de un bogie. Nótese en la citada figura 3.10 lareducción del término

    a medida que disminuía la separación entre los motores de unmismo bogie.

    Por lo que respecta al bogie monomotor, un ejemplo del cualpuede verse en la figura 3.11, cabe destacar que entre sus ventajas seencontraba también una significativa reducción de peso y un mejorcomportamiento frente a los esfuerzos transversales ejercidos sobrela vía. Por lo que respecta a este último aspecto, la figura 3.11c

    muestra los resultados obtenidos a comienzos de los añopasado siglo con bogies monomotores del tipo BB y CC, alos correspondientes a locomotoras del tipo BB con tran

    individual de esfuerzos.Se constata como, para una velocidad de referencia

    indicativo 200 km/h), el esfuerzo resistente máximo pediden el plano transversal fue para los bogies monomotores smente inferior al solicitado por la locomotora con un motnando cada eje.

    3.4 SITUACIÓN ACTUAL Y TENDENCIARESPECTO A LA CONCEPCIÓNDE LOCOMOTORAS

    Si se avanza en el tiempo, la década de los años 90 del pasasupuso un importante progreso en la configuración de unmoderno de locomotoras, a nivel europeo, aptas para cvelocidades máximas de hasta 230 km/h y dotadas de una superior a 7.000 kw. En el cuadro 3.1, se sintetizan algunaprincipales características respecto a las acciones verticalesversales sobre la vía.

    En general, se trata de locomotoras equipadas con motoviduales para cada eje, completamente suspendidos (Fig. 3.obstante, la locomotora Sybic (Fig. 3.12b) dispone de bogiemotores, y la locomotora BB 427000, (Fig. 3.12c) destinada de mercancías, consta de motores suspendidos por la napara la velocidad máxima de 140 km/h.

    0 INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

    2

    2

    4m

    a

    ρ

     

    2

    2

    4m

    a

    ρ

     

    CUADRO 3.1. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE ALGUNAS MODERNAS LOCOMOTORAS EN EUROPA

    Ferrocaril Denominación Peso por eje (t) Velocidad máxima (km/h) Disposición (1

    Austriaco Rh 1016 21,5 230 BoBo

    Alemán E 101 21,7 220 BoBo 4 motore

    Francés BB 26000 22,5 200 BB 2motores

    (Sybic) (bogies monomoto

    Alemán E 152 21,5 140 BoBo 4 motore

    Francés BB 36000 22 220 BoBo 4 motore(Astride)

    Italiano E 402 B 21,7 220 BoBo 4 motore

    Suizo Re 4/4 465 21 230 BoBo 4 motore

    Español S 252 22 220 BoBo 4 motore

    (1) Como se indicó, la letra B se reserva para los ejes motores que se agrupan de dos en dos. Cuando en cada grupo el eje funciona individualmente, sin estar acoplado,se le añade un

    minúscula después de cada letra

    Fuente:A. López Pita (1999)

  • 8/16/2019 Infraestructuras Ferroviarias, López Pita, 2006 Cap 123456

    62/95

    CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DEL MATERIAL

    LOCOMOTORA CON BOGIES MONOMOTORES

    Fuente:F. Nouvion et al. (1967) Fig. 3.11

    a)

    BOGIE MONOMOTOR

    b)

    ESFUERZO TRANSVERSAL SOBRE LA VÍA DE LOCOMOTORASCON BOGIES MONOMOTORES

    c)

    Fuente:Y. Machefert Tassin

    % del esfuerzo transversal límite aceptable por la vía

    1 motor por eje

    1 motor p