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DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIONES T T R R A A B B A A J J O O D D E E D D I I P P L L O O M M A A REPROYECCIÓN DEL ANTEPROYECTO DEL TRAMO DE VÍA FÉRREA NICARO- CAYO MAMBÍ. OEL TORRES PEÑA. HOLGUÍN 2016
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DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIONES
TTRRAABBAAJJOO DDEE DDIIPPLLOOMMAA
REPROYECCIÓN DEL ANTEPROYECTO
DEL TRAMO DE VÍA FÉRREA NICARO-
CAYO MAMBÍ.
OEL TORRES PEÑA.
HOLGUÍN
2016
DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIONES
TTRRAABBAAJJOO DDEE DDIIPPLLOOMMAA
REPROYECCIÓN DEL ANTEPROYECTO
DEL TRAMO DE VÍA FÉRREA NICARO-
CAYO MAMBÍ.
Tutores: Ing. Manuel Saúco Méndez.
Ing. Maile H Boza Regueira.
HOLGUÍN
2016
iii
PENSAMIENTO
Se ha dicho con razón que, si el ferrocarril no existiese, precisaría ser inventado...
Francisco Togno
(Tomado de: Francisco Togno, Ferrocarriles, México, 1972)
AGRADECIMIENTOS
A mi familia, por el apoyo y la dedicación que me brindan y sobre todo porque
siempre podré contar con ellos.
A mis tutores Manuel Sauco y Maile por su ayuda incondicional ya que sin
ellos no hubiese sido posible la realización de este trabajo.
A los profesores que contribuyeron con mi formación tanto profesional como
humanamente y en especial a los que me dieron muestras de su preparación,
interés y profesionalismo por sobre todo.
A todas las personas que de una forma u otra han colaborado en la
realización de este trabajo.
v
DEDICATORIA
En especial a mi familia que siempre han estado en los momentos buenos y
malos y cuando los he necesitado nunca me han defraudado.
RESUMEN
En la presente investigación se realiza la reproyección de un anteproyecto de vía
férrea en el tramo Nicaro-Cayo Mambí, elaborado en el año 1985 por la Dirección
Provincial de Planificación Física de Holguín, con el objetivo de construir un
ferrocarril desde Herrera hasta Moa, lo que posibilitará el aumento en la capacidad
de movimiento de los trenes y los volúmenes de las transportaciones. Se partió de
analizar los fundamentos teóricos y metodológicos lo que permitió identificar las
Normas Ramales establecidas por el Ministerio del Transporte y las Normas
Cubanas empleadas para la proyección, ejecución y conservación de vías férreas.
Con la implementación de la doble tracción (dos locomotoras) y la ayuda del
software AutoCAD Civil 3D fue creado el modelo digital del terreno y dentro de este
la proyección en planta y perfil, así como las secciones transversales. Para de esta
forma obtener los volúmenes de movimiento de material, cantidad de recursos y
cálculo del presupuesto aproximado.
vii
ABSTRACT In present it investigation Nicaro Cayo Mambí accomplishes the re-projection of a
preliminary plan of railroad at the stretch himself, elaborated in the year 1985 for
Planificación's Provincial Management Physical of Holguín, for the sake of
constructing a railroad from Herrera to Moa, what the increase in the capability of
movement of the trains and the volúmenes of transportations will make possible.
What you allowed was crushed to examine the theoretic foundations and
metodológicos to identify Standards Ramales established by the Ministry of
Transportation and the Standards Cubanas used for the projection, execution and
conservation of railroads. With the implementation of bend it traction (two
locomotives) and the help of the software Civil Auto-DAC 3D was made the digital
model of the lot within this and the projection in plant and profile, as well as the cross
sections. Stops in this way getting the volúmenes from movement of material,
quantity of resources and calculation of the approximate budget.
Índice
GLOSARIO DE TÉRMINOS Y DEFINICIONES .......................................................... x
INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1: FUNDAMENTOS TEÓRICOS PARA LA PROYECCIÓN DE VÍAS
FÉRREAS ................................................................................................................... 6 Introducción al capítulo ................................................................................................ 6 1.1 Antecedentes históricos del tramo de vía férrea Nicaro-Cayo Mambí................... 6
1.2. Vías férreas .......................................................................................................... 7 1.3. Características esenciales de las vías férreas ..................................................... 7 1.4. Clasificación de las vías férreas ........................................................................... 8
1.5. Estructura de la vía férrea .................................................................................... 8 1.6. Principales elementos de la vía férrea ................................................................. 9
1.6.1. Carriles ..................................................................................................... 10
1.6.2. Sustentaciones ......................................................................................... 11
1.6.3 Sujeciones o fijaciones .............................................................................. 12
1.6.4. Juntas ....................................................................................................... 12
1.6.5. Capas de asiento ..................................................................................... 13
1.6.6. Plataforma de la vía férrea ....................................................................... 15
1.6.7. Aparatos de vías ...................................................................................... 15
1.7 Tipos de trazado .................................................................................................. 15 1.8 Diseño geométrico de vías férreas ...................................................................... 16
1.8.1. Alineación en planta ................................................................................. 17
1.8.2. Alineación en perfil ................................................................................... 18
1.8.3. Pendientes ferroviarias ............................................................................. 20
1.8.4. Sección transversal de la vía férrea ......................................................... 23
1.9. Taludes en las explanaciones ............................................................................ 24 1.10. Gálibo de la vía férrea ...................................................................................... 24 1.11. Ubicación de las estaciones ............................................................................. 24
1.12. Cálculos de tracción ......................................................................................... 25 1.12.1 Fuerzas que actúan sobre el tren ............................................................ 25
Conclusiones del capítulo .......................................................................................... 27
CAPÍTULO II: REPROYECCIÓN DE LA VÍA FÉRREA NICARO-CAYO MAMBÍ ..... 28 Introducción al capítulo .............................................................................................. 28
2.1 Caracterización del territorio ................................................................................ 28 2.2 Cálculos de tracción ............................................................................................ 29
2.3 Alineación en planta ............................................................................................ 31 2.4 Perfil Longitudinal del terreno .............................................................................. 32 2.5 Coordinación planta-perfil .................................................................................... 34 2.6 Estudio hidrológico e hidráulico ........................................................................... 34 2.7 Metodología y procesamiento utilizado en el software Civil 3D ........................... 36
2.7.1 Digitalización y actualización de la información gráfica ............................. 37
2.7.2 Obtención del modelo digital del terreno (MDT) ........................................ 37
ix
2.7.3 Trazado de la alineación ........................................................................... 40
2.7.4 Obtención del Perfil Longitudinal del Terreno ........................................... 40
2.7.5 Trazado de la rasante ............................................................................... 41
2.7.6 Creación del ensamblaje (sección típica) .................................................. 43
2.7.7 Creación del Corredor ............................................................................... 45
2.7.8 Obtención de las Secciones Transversales .............................................. 46
2.7.9 Cálculo del Peralte en la Vía ..................................................................... 46
2.7.10 Obtención de los volúmenes de movimiento de material ........................ 47
2.8 Obtención de la cantidad aproximada de recursos y presupuesto ...................... 49
Conclusiones del capítulo .......................................................................................... 51
CONCLUSIONES GENERALES .............................................................................. 52
RECOMENDACIONES ............................................................................................. 53
BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 54
ANEXOS ................................................................................................................... 56
GLOSARIO DE TÉRMINOS Y DEFINICIONES
Trazado nuevo: Trazado independiente a otras vías, que se hace por una zona.
Condiciones difíciles: Son aplicables a zonas que presentan características topo-
gráficas complejas, afectaciones apreciables al territorio, dificultad de enlace con
instalaciones existentes u otros motivos extremos que impiden la utilización de los
parámetros recomendables.
Curva de transición: Curva de radio variable que posibilita el enlace entre una recta
y una curva circular o entre dos curvas circulares de diferentes radios permitiendo
contrarrestar los efectos de la fuerza centrífuga dentro de parámetros permisibles.
Curva compuesta: Dos curvas circulares continuas que se unen en un punto de
tangencia y que tienen sus centros de giro en el mismo lado de la tangente común.
Elementos del perfil: Aquellas partes del perfil que poseen una misma pendiente.
Pendiente: Inclinación con respecto a la horizontal medida en tanto por ciento o
tanto por mil, también se utiliza para indicar bajada en el sentido de circulación,
utilizándose la denominación de rampa para indicar subida en el mismo sentido.
Pendiente equivalente: Valor que resulta de sumar la pendiente real de la vía en
curva con la resistencia por curvatura como pendiente.
Pendiente dominante: Pendiente máxima sostenida que puede salvar un tren con el
peso y tracción establecidos a la velocidad mínima continuada.
Entrevía: Distancia medida en sentido transversal entre los ejes de dos o más vías
adyacentes.
Explanación: Obra de tierra cuya finalidad es servir de cimiento a una estructura
que se obtiene mediante la preparación del terreno natural efectuando cortes,
terraplenes y otras labores, con el objeto de nivelar el mismo para la colocación de la
superestructura de la vía férrea.
Terraplén: Estructura de tierra de forma y dimensiones determinadas que se
construye sobre el terreno natural para formar la infraestructura de la vía férrea y
otros tipos de obras de la explanación.
xi
Corona de la explanación: Superficie de la explanación delimitada por los bordes
de la misma.
Sección transversal típica de las vías férreas: Perfil transversal tomado a partir
del eje de la vía férrea en ambas direcciones formando un ángulo recto con este eje
y donde se indican todas sus componentes con sus respectivas dimensiones para
una determinada categoría de la vía y condición de tráfico ferroviario.
Trocha, ancho de vía o cartabón: distancia entre los bordes interiores de los
carriles, medido 13 mm por debajo de la superficie de rodadura.
Obra de fábrica: Construcción que se ejecuta en una vía para salvar un obstáculo o
como protección de la misma. Pueden ser puentes, alcantarillas, paso a desnivel,
muros de contención y otras.
Patio: Conjunto de carrileras dentro de límites definidos, empleado para la
formación de trenes, almacenamientos de coches u otros fines, dentro del cual no se
realizan movimientos regidos por itinerarios, sino por medio de señales, reglas e
instrucciones especiales.
Paso a desnivel: Cruce a distinta elevación de dos o más vías terrestre de
comunicación que permite el tránsito simultaneo por las mismas.
Material de tracción: se denomina a la locomotora
Material móvil: se denomina a los vehículos que circulan sobre la vía sin incluir la
locomotora, está constituido por los coches y vagones que la locomotora remolca y
que sirven para el transporte de pasajeros y mercancías respectivamente.
Gálibo de equipos: Contorno máximo transversal perpendicular al eje de la vía,
medido en una vía férrea recta y horizontal, dentro del cual están comprendidas
todas las partes de los equipos rodantes tractivos y de arrastre.
Gálibo de construcciones: Contorno mínimo transversal, perpendicular al eje de la
vía férrea, recta y horizontal, dentro del cual no pueden quedar comprendida ninguna
parte de las construcciones e instalaciones próximas a las vías. Se exceptúan las
destinadas a la interrelación directa con los equipos rodantes.
1
INTRODUCCIÓN
El transporte constituye una etapa esencial dentro del proceso de comercialización y
distribución física, es la actividad económica que se desarrolla para trasladar
personas o cargas, resolviendo los obstáculos derivados de la distancia. Se ha
señalado en múltiples ocasiones que el transporte es una condición necesaria,
aunque no suficiente, para el éxito de cualquier programa económico. Puede existir
un sistema de transporte desarrollado y eficiente sin que esto implique un desarrollo
en el resto de los sectores de la economía (agricultura, industria, servicios). Lo que
no es posible es que exista desarrollo de estos sectores, sin que el sistema de
transporte se desarrolle anteriormente o paralelo a ellos.1
Más que una genial invención, el ferrocarril fue el resultado de un prolongado
esfuerzo de creación colectiva, enmarcado dentro de un amplio proceso de
desarrollo científico-técnico que revolucionó las bases del sistema productivo y
financiero mundial.2 El transporte ferroviario ocupa un lugar importante en muchos
países incluyendo el nuestro, ya que fuimos el séptimo país del mundo en contener
vías férreas, desde el 19 de noviembre de 1837; sus posibilidades de transportar
cargas masivas, de lograr grandes velocidades, la regularidad de su funcionamiento,
seguridad, poca posibilidad de contaminación y bajo costo hacen que el ferrocarril se
diferencie favorablemente de los demás medios.
En la década del 80 la Dirección Provincial de Planificación Física (DPPF) en función
del desarrollo integral de la provincia planteó como idea conceptual la construcción
de la red ferroviaria de Nicaro hasta Moa. Con la desintegración de la Unión
Soviética y la caída del campo socialista en Europa del Este trajo grandes
consecuencias tanto en lo político como en lo económico para nuestro país, más
conocido como período especial, en las condiciones que se encontraba el país no
fue posible llevar a cabo esta idea.
1 Martínez López del Castillo, Wilfredo; Cadenas Freixas, Ileana. Vías Férreas. Cuba. 2003.pág 1 2 Zanetti, Oscar; García, Alejandro. Caminos para el azúcar. Cuba. 1987.pág 27
Consecuentemente a las transformaciones que se están realizando en el país,
especialmente en el municipio de Mayarí con la desactivación del central Guatemala
y la planta de Níquel de Nicaro, las reservas niquelíferas de la meseta de Pinares de
Mayarí se han dejado de explotar, cuando estudios realizados revelan la gran calidad
en minerales que posee la misma. En aras a las dos plantas procesadoras minero
metalúrgicas en Moa y en combinación con el puerto sería de gran importancia y
factibilidad económica la construcción de un ferrocarril hasta esta localidad, lo cual
apoyaría favorablemente la transportación de mineral y a la vez permitiría el
transporte ferroviario para todo tipo de carga y pasajeros para los municipios de
Mayarí, Cayo Mambí y Moa vinculándolos al resto del país a través de la
interconexión con la red ferroviaria nacional.
Por estas razones es que aquella idea del año 1985 en estos momentos merece ser
reanalizada teniendo en cuenta los lineamientos económicos y sociales aprobados
por el VI Congreso del Partido Comunista de Cuba específicamente los siguientes:
Lineamiento 250: Profundizar en el balance de cargas del país, priorizando el
empleo de los medios de transporte más eficientes. En este sentido, el orden de
prioridad corresponde al ferrocarril, el cabotaje y las empresas especializadas de
transporte.3
Lineamiento 252: Incrementar, en el transporte de carga terrestre, la participación
de la flota especializada en el total de la transportación, tanto en el transporte
automotor como en el ferrocarril; este último mejorará su índice de tráfico de carga e
incrementará el rendimiento de las inversiones con la integralidad necesaria.4
Lineamiento 270: Garantizar la utilización de los esquemas y medios más eficientes
para cada tipo de transportación, a través del perfeccionamiento del Balance de
Cargas del país, aprovechando las ventajas comparativas del ferrocarril, del
3 VI Congreso del Partido Comunista de Cuba. Proyecto de Lineamiento de la Política Económica y Social.1 nov. 2010 pág.29 4Ídem, pág.29
3
cabotaje, de las empresas especializadas y de la contenerización para desarrollar el
Transporte multimodal.5
Es por eso y por todas las ventajas que arrojaría la implementación de este tramo de
vía férrea, en el presente Trabajo de Diploma se pretende retomar la idea conceptual
de la DPPF antes expuesta para realizar la reproyección del anteproyecto del tramo
Nicaro-Cayo Mambí con la implementación de la doble fuerza de tracción (dos
locomotoras) con el objetivo de conocer y disminuir cuantitativamente los valores de
movimiento de tierra y diseño de túneles, con el fin de optimizar el costo de la obra
para que la DPPF y otras instituciones del país puedan conocer un valor estimado de
la propuesta que permita tomar las decisiones pertinentes.
Se plantea entonces como problema de la investigación, ¿Cómo realizar la
reproyección del anteproyecto de vía férrea Nicaro-Cayo Mambí con la utilización de
la doble fuerza de tracción?
Como objeto de la investigación se presenta el tramo Nicaro-Cayo Mambí.
El campo de acción sobre el que se trabaja es Realizar un diseño de vía férrea e
implementar la doble fuerza de tracción.
El objetivo general de la investigación consiste en Realizar la reproyección del
anteproyecto de vía férrea Nicaro-Cayo Mambí a partir de la idea conceptual
elaborada por la DPPF utilizando la doble fuerza de tracción.
Razones por lo cual se proponen los siguientes objetivos específicos:
Determinar los antecedentes históricos del anteproyecto del tramo de vía
férrea Nicaro-Cayo Mambí.
Realizar un estudio de los fundamentos teóricos y metodológicos para la
proyección de vías férreas.
Reproyectar el anteproyecto del tramo ferroviario Nicaro-Cayo Mambí.
Realizar una comparación de la investigación con los resultados obtenidos en
tesis anteriores.
5 Ídem, pág.30
De este modo la hipótesis de la investigación planteada es que si se realiza la
reproyección del anteproyecto de vía férrea Nicaro-Cayo Mambí con el empleo de la
doble tracción y la utilización del software Civil 3D, las autoridades competentes
dispondrían de elementos de juicios para valorar la propuesta y la toma de
decisiones.
Las tareas científicas que se sugieren para el desarrollo de la investigación son:
Análisis histórico del tramo de vía férrea Nicaro-Cayo Mambí.
Sistematización de los fundamentos teóricos para la proyección de vías
férreas.
Reproyección del tramo ferroviario Nicaro-Cayo Mambí
Comparación de la investigación con los resultados obtenidos en tesis
anteriores.
Para desarrollar exitosamente la investigación se propone emplear los siguientes
Métodos de investigación:
Métodos teóricos:
Método hipotético-deductivo: Se aplicó para la elaboración de la hipótesis
científica planteada.
Análisis y Síntesis: Resultó de utilidad a la hora de buscar información
actualizada, conocer métodos, procedimientos generales, modelos y
componentes con los que se trabaja para diseñar vías férreas.
Histórico-lógico: Se aplicó para la investigación de antecedentes referidos a
la vía férrea desde su surgimiento hasta la actualidad.
Sistémico estructural-funcional: Se consideró para concebir la estructura y
datos requeridos en las vías férreas.
Método hipotético-obstructivo: A partir del estudio de la zona y según la
topografía del terreno se realiza el trazado en planta y en perfil.
Métodos estadístico-matemáticos:
Estadístico-descriptivo: se tuvo en cuenta para el procesamiento y
comparación de los resultados de la reproyección efectuada.
5
Una vez realizada la investigación, su principal aporte es la reproyección de la vía
férrea en el tramo Nicaro-Cayo Mambí con doble fuerza de tracción (dos
locomotoras).
La novedad científica de la investigación reside en la reproyección del
anteproyecto de la vía ferroviaria Nicaro-Cayo Mambí con la implementación del
software Civil 3D cual complementa estudios de diseño conceptual efectuados con
anterioridad en dicha zona y aporta conocimientos suficientes sobre el tramo de vía
analizado.
El aporte de la investigación consiste en la reproyección del tramo de vía férrea
Nicaro-Cayo Mambí con la utilización de doble fuerza de tracción.
La actualidad del tema está dada a que la investigación les da cumplimiento a los
lineamientos del VI Congreso del Partido Comunista de Cuba y responde a una de
las líneas de investigación del Departamento.
CAPÍTULO 1: FUNDAMENTOS TEÓRICOS PARA LA PROYECCIÓN DE VÍAS
FÉRREAS
Introducción al capítulo
La vía férrea es parte principal del modo de transporte ferroviario. Sus cualidades
geométricas y estructurales definen los principales parámetros de explotación y
eficiencia de los ferrocarriles.
Para la proyección de una vía férrea es necesario tener en cuenta una serie de
aspectos fundamentales, como pueden ser: cálculos de tracción, determinación del
trazado en planta y en perfil de la rasante, diseño geométrico de las vías, ubicación
de las estaciones, entre otros. Se persigue como objetivo de este capítulo plantear
los fundamentos teóricos para la proyección de vías férreas que sean necesarios
para resolver el problema planteado en la introducción de este trabajo.
1.1 Antecedentes históricos del tramo de vía férrea Nicaro-Cayo Mambí
Alrededor del año 1985 y como parte del Esquema Provincial de Ordenamiento
Territorial para el Desarrollo Integral de nuestra provincia, la Dirección Provincial de
Planificación Física (DPPF) desarrolló estudios para elegir un trazado para la
construcción de una vía férrea hasta la ciudad de Moa, que permitiera vincular la
zona Este de la provincia con la Red Ferroviaria Nacional. Ese estudio previo a la
reconstrucción de la vía férrea existente desde Herrera en el ramal Antillas hasta
Nicaro y desde aquí hasta Moa una nueva construcción. La misma no pudo ser
desarrollada totalmente y alcanzó a lograrse la elección de una línea de deseo sin
que se alcanzara a dibujar los perfiles longitudinales y transversales, así como el
respectivo cálculo de volúmenes de material y valoración de estos.
En función de darle continuidad a esta línea de deseo en el año 2013 la ingeniera
Taimí Small Azcorra desarrolló un anteproyecto para el tramo de Nicaro-Cayo Mambí
con la utilización del software AutoCAD Land con tracción simple y Categoría I según
la clasificación de la vía férrea.
7
1.2. Vías férreas
Se denomina vía férrea a la parte de la infraestructura ferroviaria formada por el
conjunto de elementos que conforman el sitio por el cual se desplazan los trenes.
Constan básicamente de carriles apoyados sobre traviesas que se disponen dentro
de una capa de balasto. Para su construcción es necesario realizar movimientos de
tierras y obras complementarias (puentes, alcantarillas, muros de contención,
drenajes, entre otras). Se completa la infraestructura básica con sistemas de
señalización y en el caso de líneas electrificadas, con el tendido eléctrico que provee
de energía a las locomotoras. (Figura 1.1 Partes componentes de la vía férrea)
Figura 1.1 Partes componentes de la vía férrea
1.3. Características esenciales de las vías férreas
Las vías férreas deben presentar un grupo de cualidades tales como:
1. Flexibilidad: Teniendo en cuenta el peso y rigidez de los vehículos y las
características del contacto rueda-carril, (acero-acero), es necesaria determinada
elasticidad que amortigüe o disipe el efecto dinámico de las cargas que actúan
sobre la vía y los equipos.
2. Continuidad geométrica en planta y perfil: Se logra introduciendo elementos de
segundo orden en planta, (espirales de transición), entre la tangente y la curva
circular y de primer orden en el perfil, (curvas verticales y circulares). En las vías
de alta velocidad que se construyen en la actualidad se utilizan parábolas cúbicas
para las transiciones. Esta continuidad debe ser además elástica para evitar la
aceleración instantánea que se origina por la variación de la misma.
3. Robustez: Imprescindible para disipar y transmitir las elevadas cargas por eje,
esfuerzos transversales y longitudinales que se originan sobre la superestructura.6
1.4. Clasificación de las vías férreas
En la tabla 1.1 aparecen las distintas clasificaciones de las vías férreas de acuerdo a
los parámetros fundamentales considerados según la NC 249: 2003. Transporte
ferroviario. Vías férreas. Clasificación de vías férreas.
Tabla 1.1. Clasificación de las vías férreas.
Categoría
de las vías
férreas
Parámetros
Importancia económico-social
de las vías férreas
Velocidad
máxima de
los trenes
(km/h)
Intensidad de
tráfico neto
anual
(mill. ton.
km/km)
Cantidad de
trenes
(Pares de
trenes/día)
I
Vías férreas principales de trocha 1 435 mm que garantizan las transportaciones dentro de la red nacional ferroviaria. Arterias fundamentales a las cuales están vinculadas otras líneas o ramales.
> 100 > 5 > 20
II
Vías férreas principales de trocha 1 435 mm e importancia regional, que pueden servir como vías alternativas o desvíos de las arterias fundamentales.
100 > 3 - 5 > 10
III
Vías férreas secundarias de cualquier ancho, de importancia regional o local, de servicio público o propio y por donde puedan circular diversos tipos de trenes de cargas y/o pasajeros
80 1 - 3 Hasta 10
IV
Vías férreas secundarias de cualquier ancho, de importancia local y de uso público o propio, así como, las vías de enlace en las estaciones.
60 < 1 Hasta 10
1.5. Estructura de la vía férrea
La vía férrea está constituida por la infraestructura y la superestructura.
6 Martínez López del Castillo, Wilfredo; Cadenas Freixas, Ileana. Vías Férreas. Cuba. 2003.pág 20
9
Infraestructura: Es el conjunto de obras (terraplén, trinchera, puentes, alcantarillas,
túneles, viaductos, etc.) necesarias para construir la plataforma, elevándola sobre la
superficie del terreno natural, o deprimiéndola, según requiera la rasante de
proyecto.7
La infraestructura cumple tres funciones fundamentales:
Establecer la elevación requerida con respecto a la superficie del terreno
natural.
Salvar los obstáculos que se presentan en el trazado.
Transmitir las cargas recibidas de la superestructura al terreno natural.
Superestructura: Asentada sobre la plataforma y constituida por dos filas de carriles
fijados sobre elementos de sustentación (traviesas, semitraviesas, losas), que
reposan sobre un lecho semielástico (balasto y sub-balasto), además del pequeño
material de vía, (sillas, juntas, fijaciones, etc.).8
La superestructura cumple las siguientes funciones fundamentales:
Transmisión de las cargas a la infraestructura, propiciando su reducción
hasta valores admisibles sobre la plataforma.
La superestructura, además, resiste las cargas transversales y
longitudinales que se originan como consecuencia de la circulación de los
trenes y la variación de temperatura en el carril.
Conducción o guiado del tren.
Evacuar rápidamente las aguas sobre la plataforma.
1.6. Principales elementos de la vía férrea
(Figura 1.2) La estructura de la vía férrea de manera general se compone de:
1. Carriles.
2. Sustentación (traviesas, semitraviesas, losas, etc.).
3. Sujeciones o fijaciones.
7 http://www.monografias.com/trabajos95/diseno-construccion-y-conservacion-vias-ferreas/diseno-construccion-y-conservacion-vias-ferreas.shtml 8 Ídem
4. Capas de asiento (balasto, sub-balasto).
5. Plataforma.
.
Figura 1.2 Elementos de la superestructura de la vía férrea. Fuente: Vías Férreas. Drs. Ileana Cadenas Freixas y Wilfredo Martínez López del Castillo
1.6.1. Carriles
Son elementos de acero laminado sobre los cuales se desplazan las ruedas de los
vehículos ferroviarios sobre la vía.9 (Ver figura 1.3) Carriles más usados en Cuba.
El carril debe cumplimentar las siguientes funciones:
Resistir y transmitir a las traviesas las cargas originadas por los equipos
tractivos y de arrastre, así como los esfuerzos térmicos, consecuencia de la
variación de temperatura. Estos esfuerzos tienen carácter espacial y para su
análisis se descomponen en verticales, transversales y longitudinales.
Guiar a los vehículos que circulan sobre la vía.
Servir como superficie de rodadura asegurando elevada continuidad en planta
y perfil.
Elemento conductor para el retorno de la corriente eléctrica en las vías con
este tipo de tracción.
Conducir la corriente eléctrica para la señalización en vías con sistemas
automatizados de señales.
9 http://www.hicuba.com/ferrocarril.htm
11
El cumplimiento eficiente de estas funciones depende de las características
mecánicas y propiedades metalúrgicas del carril, como el elemento más destacado
en garantizar la seguridad del movimiento de los trenes.
En Cuba los tipos de rieles más usados son: el P-50 y el P-43.
1.6.2. Sustentaciones
Dentro del concepto de sustentaciones en la vía férrea se comprende a los
elementos que sirven de apoyo a los carriles. 10
Las sustentaciones se clasifican atendiendo a sus formas, que condicionan las
características de su trabajo. Pueden ser:
1. Semitraviesas: Constituidas por dados sobre los que apoyan cada carril por
separado, sin que exista ningún tipo de arriostre que solidarice el trabajo de los
mismos. Por este motivo no aseguran el mantenimiento del ancho de la vía por sí
misma y por ello se utilizan alternándolas con traviesas.
2. Traviesas o durmientes: Vigas sobre las que apoyan ambos carriles.
3. Placa: Losa sobre la que apoyan los carriles. Algunas soluciones incluyen
traviesas empotradas dentro de la losa de hormigón armado, en otras soluciones
se diseña solamente la losa.
Cumplen cuatro funciones fundamentales:
Estabilidad de la vía.
Mantenimiento del ancho de vía.
Facilitar el asiento del carril con su inclinación 1:20 ó 1:40 según
corresponda.
Debe contribuir al aislamiento eléctrico de los carriles.
El tipo de sustentación más difundida es la traviesa, que a lo largo del tiempo ha
demostrado su elevada aptitud para cumplir satisfactoriamente sus funciones en la
vía férrea, destacando las de hormigón pretensado como una de las más empleadas
en la actualidad por sus propiedades y ventajas económicas.
10 Martínez López del Castillo, Wilfredo; Cadenas Freixas, Ileana. Vías Férreas. Cuba. 2003.pág 33
En Cuba, recientemente se realizaron inversiones en una nueva línea de producción
automática de traviesas pretensadas.
No se deberán mezclar dentro de un campo traviesas de diferentes materiales o de
diferentes diseños, aunque sean del mismo material.
1.6.3 Sujeciones o fijaciones
Las fijaciones o sujeciones, son el conjunto de elementos que fijan los carriles a las
traviesas.11
Los sistemas de fijaciones cumplen un grupo de funciones mecánicas y eléctricas
que se resumen como:
Mantener el ancho de la vía.
Evitar el vuelco del carril.
Impedir el deslizamiento longitudinal del carril.
Elevar la elasticidad de la vía con traviesas de hormigón.
Asegurar suficiente aislamiento eléctrico entre ambas filas de carriles en vías
electrificadas o con sistemas de señalización que lo requieran12.
Los principales tipos de fijaciones que permanecen en explotación se clasifican
atendiendo a la forma en que se logra el anclaje del carril a la traviesa, según la
(tabla 1.2 anexos).
No deberán utilizarse fijaciones elásticas y rígidas indistintamente al fijar el carril a
las traviesas de un carril, así mismo, no se permite mezclar diferentes tipos de
fijaciones elásticas o diferentes tipos de fijaciones rígidas dentro de un mismo tramo
de vía en construcción, reconstrucción o reparación capital.
1.6.4. Juntas
La junta es el sistema de conexión mecánica entre dos carriles continuos en la
misma fila.
El lugar entre dos carriles sucesivos es el punto más débil de la vía, como
consecuencia de los efectos dinámicos que se originan al paso de la rueda del
11 Martínez López del Castillo, Wilfredo; Cadenas Freixas, Ileana. Vías Férreas. Cuba. 2003.pág 48 12 Ídem, pág. 49
13
vehículo ferroviario. La discontinuidad que existe origina choques, deformaciones
severas del carril, aplastamiento de su cabeza, basculación del balasto bajo la
traviesa, corrimiento de la vía y aumento de la resistencia al movimiento.
Funciones de las juntas:
Unir los carriles solidariamente, logrando que actúen como una viga
continua tanto en planta como en elevación.
Lograr que la resistencia a la deformación sea igual o próxima a la de los
carriles que empalma.
Impedir los desplazamientos relativos laterales y verticales de los extremos
de los carriles y a la vez posibilitar la dilatación de los mismos.
Algunas juntas deben cumplir funciones de aislante eléctrico.
1.6.5. Capas de asiento
Se conoce como capas de asiento a los mantos de diferentes materiales granulares
sobre los que reposa el emparrillado de la vía férrea. Generalmente se identifica
como balasto.13 Las funciones de las capas de asiento se resumen como:
Repartir uniformemente sobre la plataforma las cargas que recibe de la
traviesa, de forma tal que su tensión admisible no sea superada.
Estabilizar la vía en las direcciones vertical, longitudinal y transversal.
Amortiguar mediante su estructura pseudoelástica, las acciones dinámicas de
los vehículos sobre la vía.
Proteger la plataforma de las variaciones de humedad debidas al medio
ambiente. Facilitar la evacuación de las aguas pluviales.
Permitir la recuperación de las calidades geométricas y estructurales de la vía
mediante operaciones de alineación, nivelación y limpieza.
Composición de las capas de asiento
Las capas de asiento incluyen la capa de balasto, la sub base y la plataforma.
(Figura 1.4)
Figura 1.4. Capas de asiento.
13 Ídem, pág. 70
El balasto debe estar formado por piedra triturada y alcanzar un espesor entre 0,25 y
0,35 m debajo de la traviesa.
En el país el balasto se fabrica de piedra triturada con fracciones desde 19,1 a 63,5
milímetros; las piedras de tamaño inferior se utilizan solamente en patios y ramales
secundarios. La Norma Cubana 197: 2004 Transporte Ferroviario. Vías Férreas.
Balasto de piedra triturada. Especificaciones, regula la granulometría en dos
fracciones, de 63,5 mm a 38,1 mm y de 38,1 mm a 19,1 mm, diferenciando la
granulometría de las rocas ígneas a la de las rocas calizas. También en ella se dan
las clasificaciones del balasto según se expone:
Tipo 1 para vía férrea categoría I.
Tipo 2 para vías férreas categorías II y III.
Tipo 3 para vía férrea categoría IV.
El sub balasto puede ser mono o multicapa en función de las características de la
plataforma y las cargas que actúan sobre ella. Generalmente está formado por una
capa granular de arena o grava, apoyada en ocasiones en láminas estancas de
materiales sintéticos llamadas geomembranas o sobre un fieltro anticontaminante
conocido por geotextil.
El sub balasto se emplea para:
Proteger a la plataforma de la erosión que ocasiona la penetración del balasto
y la lluvia.
Mejorar el reparto de cargas sobre la plataforma, evitando solicitaciones
superiores a las admisibles en función de la capacidad portante del suelo.
En el caso de países fríos, protege a la plataforma de los efectos del hielo.
15
1.6.6. Plataforma de la vía férrea
La plataforma es el lecho sobre el cual se coloca la superestructura de la vía férrea.
La superficie de la plataforma es la frontera entre la superestructura y la
infraestructura. Su calidad incide directamente sobre el mantenimiento de las
cualidades geométricas y estructurales.
Las funciones de la plataforma se resumen como:
Servir de apoyo a la superestructura de la vía y las instalaciones de servicio.
Absorber las cargas estáticas y dinámicas trasmitidas por la superestructura.
La plataforma funciona como un cimiento y debe recibir las cargas sin sufrir
asentamientos plásticos.
Evacuar las aguas de la manera más expedita posible.
1.6.7. Aparatos de vías
Elementos que permiten el paso del material rodante de una carrilera a otra.
Como funciones de los aparatos de vías se identifican:
Permitir la ramificación de una vía.
Posibilitar la conexión o el cruce entre diferentes vías.
Asegurar la continuidad del guiado en las distintas operaciones ferroviarias.
A pesar de su aparente complejidad, los aparatos de vías se componen de tres
elementos: cambios, carriles de unión y cruzamientos.
1.7 Tipos de trazado
En el trazado de las vías, como regla, se debe tener en cuenta los diferentes tipos de
trayectorias, estas se clasifican atendiendo a dos aspectos:
a) Por las condiciones topográficas, pudiendo clasificar el trazado en:
Trayectoria en valle
Tramos del trazado que siguen el valle de un río cualquiera (ver figura 1.5 anexos).
En dependencia de las condiciones topográficas y geológicas, el trazado de
trayectoria en valle puede estar situado a un mismo lado del río o cruzarlo. El eje de
la vía puede situarse directamente al lado de la vía en terraza o si fuese necesario a
media ladera.
Trayectoria por las divisorias de las aguas
Tramo del trazado que sigue las divisorias (ver figura 1.6 anexos).
Trayectoria transversal a la divisoria de las aguas
Tramo del trazado que cruza las divisorias (ver figura 1.7 anexos).
El perfil longitudinal de la trayectoria en valle tiene inclinación uniforme; el de la
trayectoria por la divisoria es ondulado y el de la trayectoria transversal a las
divisorias es muy ondulado (subidas y bajadas fuertes). En general el trazado de una
vía será la combinación de diferentes trayectorias.
b) Por las condiciones de utilización de la pendiente limitante, pueden diferenciarse
dos tipos de trayectoria:
b.1) Trayectoria libre.
b.2) Trayectoria tensa.
b.1) Si entre dos puntos obligados de la vía, hay una pendiente natural menor que la
dominante (o cualquiera otra limitante), y en el trazado de la vía no se emplea esta
pendiente en una distancia larga considerable, se establece que este tramo del
trazado es de trayectoria libre. En estos tramos no hay ningún obstáculo de gran
elevación que requiera el alargamiento artificial de la vía. Los obstáculos pequeños
se superan con pendientes menores a la dominante o con la dominante en tramos
de longitudes poco considerables. Esto no significa que los trazados con trayectoria
libre son obligatoriamente rectos, es posible que en algunos lugares la vía tenga
curvas para disminuir los volúmenes de tierra y colocar las obras de fábrica.
b.2) Si por la recta entre dos puntos obligados de la vía, la pendiente natural es
mayor que la dominante, hay un obstáculo de gran elevación que obliga a alargar
artificialmente la vía para poderla trazar con menos pendiente que la natural,
tenemos que proyectar este tramo con trayectoria tensa.
1.8 Diseño geométrico de vías férreas
El diseño geométrico de una vía férrea constituye la parte elemental de un proyecto,
ya que en él se contiene la adaptación del terreno natural a la limitación de las
características de la maquinaria, de acuerdo a las especificaciones en vigor, para las
17
que juegan un papel importante entre otras, la velocidad, la visibilidad y la
estabilidad, debiéndose satisfacer los requerimientos que aseguren la calidad del
movimiento de los vehículos ferroviarios, de manera que estos dos elementos, vía y
vehículo, están unidos en los análisis que se realizan.14
Con el trazado de la vía se trata principalmente de plantear la ubicación de su eje,
tratando siempre de que su posición sea la óptima para lograr un equilibrio, entre los
costos de construcción y los de explotación, según los propósitos del proyecto y
teniendo en cuenta las condiciones topográficas y socio-económicas de la zona de
emplazamiento. El trazado ideal de una vía férrea es una línea recta en planta y
horizontal en perfil, condición esta imposible de lograr en la práctica, pero muy útil
para ser considerada como directriz de diseño.
1.8.1. Alineación en planta
Para llevar a cabo la proyección de la planta de una vía férrea se hace necesario
conocer una serie de requisitos técnicos para lograr un diseño funcional, seguro y
confortable para los usuarios de la vía.
Los valores de radio utilizados en Cuba, los establece la Norma Ramal del Ministerio
del Transporte (NRMT 79: 2003). Transporte ferroviario. Vías férreas. Diseño
geométrico de la planta.
Tabla 1.3. Radios mínimos de curvas circulares horizontales.
Categoría de la vía férrea Radios mínimos(m)
Recomendables Condiciones difíciles
I 2 000 600
II 1 200 400
III 1 000 250
IV 600 120
Curvas con radios mayores que 4000 m no son deseables, ya que traen muchos
inconvenientes en el mantenimiento, pues son demasiado largas y tienen tan poca
14 G. M. Shajuniant. Vias Férreas. Moscú. 1987 pág. 37
curvatura que pierden su alineación fácilmente y se convierten en tramos rectos con
curvas de menor radio.
Entre dos curvas contiguas del mismo sentido o de sentidos contrarios, es necesario
que exista un tramo recto, la longitud mínima en función de la velocidad y del sentido
en que se encuentren las curvas. Las diferentes administraciones ferroviarias limitan
la longitud mínima de tramo recto entre curvas contiguas. La Norma Ramal del
Ministerio del Transporte 79: 2003. Transporte Ferroviario. Vías Férreas. Diseño
geométrico de la planta, indica los valores presentados en la tabla 1.4.
Tabla 1.4. Longitud mínima de recta entre curvas contiguas.
Categoría de la
vía férrea
Velocidad [km/h]
Direcciones de las curvas
Direcciones contrarias Misma dirección
Recomendable [m] Mínima
[m] Recomendable
[m] Mínima
[m]
I ≤ 140 75 50 100 50
II ≤ 100 50 30 75 50
III ≤ 60 50 30 50 30
IV ≤ 50 30 20 30 20
1.8.2. Alineación en perfil
El perfil longitudinal de la vía férrea es la proyección en el plano vertical del eje de la
vía y junto con el plano de planta establece de manera unívoca la posición
geométrica de la vía.
Las alineaciones en perfil están constituidas por una serie de alineaciones rectas
unidas por curvas. Las características principales de las alineaciones rectas son su
longitud y su inclinación respecto al plano horizontal.
Consideraciones para la determinación del trazado en perfil de la rasante:
La incidencia de las pendientes es fundamental. Las pendientes de proyecto deben
tener la menor inclinación posible, ya que:
Su inclinación tiene una decisiva influencia en la capacidad de arrastre de los
equipos de carga y pasajeros y por lo tanto en su peso y potencia.
La resistencia de las pendientes impone costos adicionales de explotación,
básicamente mayores consumos de combustible y energía.
19
Por razones topográficas y de economía del diseño, las alineaciones en perfil están
constituidas por una serie de alineaciones rectas unidas por curvas. El signo de la
inclinación depende del sentido de circulación, y se denomina gradientes a aquellos
tramos en que se gana cota y pendientes a aquellos en que se pierde cota.
En la (figura 1.8) vemos un perfil longitudinal en el que se utilizan elementos de
longitudes pequeñas, pero de gran pendiente y gran diferencia algebraica entre las
pendientes que se unen. Este permite una disminución de los volúmenes de trabajo,
pero conduce a una configuración del perfil menos cómoda, desde el punto de vista
de la explotación.
Figura 1.8. Perfil longitudinal con pendientes pronunciadas. b) Desde el punto de vista de las condiciones del movimiento de los trenes y de los
gastos de explotación de las vías férreas, es conveniente emplear los elementos de
mayor longitud, los menores valores de pendiente y la menor diferencia algebraica
de los elementos del perfil.
Como se observa en la (figura 1.9) la utilización de elementos de longitudes grandes,
pendientes suaves y diferencias algebraicas pequeñas entre los elementos del perfil,
conduce a una configuración cómoda desde el punto de vista de la explotación, pero
implica grandes volúmenes de trabajo.
Figura 1.9. Perfil longitudinal con pendientes suaves
1.8.3. Pendientes ferroviarias
La pendiente de los elementos del perfil es la relación entre las diferencias de cotas
de dos puntos y la longitud horizontal entre ellos, es decir, la tangente del ángulo de
inclinación respecto a la horizontal, medida en tanto porciento [%] o tanto por mil [‰]
(figura 1.10).
Figura 1.10. Pendiente de los elementos del perfil.
Se identifica como pendiente dominante a la pendiente máxima sostenida que puede
salvar un tren con el peso y tracción establecidos por la práctica comercial a la
velocidad mínima continua.15 La pendiente dominante debe permitir que el tren con
el peso y tracción establecidos, detenido en rasante con pendiente dominante, sea
capaz de vencer la inercia inferida por su masa y alcanzar la velocidad mínima
continuada.
La circulación de los vehículos ferroviarios por las curvas debe vencer determinada
resistencia a su desplazamiento, consecuencia de la fricción de las pestañas de las
ruedas con las caras laterales de los carriles en el guiado y otros aspectos
perturbadores. De manera que la presencia de curvas implica considerar una
pendiente adicional a la existente en el tramo de su emplazamiento.
Se conoce como pendiente equivalente al valor que resulta de adicionar la
pendiente real existente en la vía con la pendiente por curvatura determinada por la
expresión: R
Pc700
(1.1) CR PPP (1.2)
Donde:
Pc = pendiente equivalente a la resistencia por curvatura [‰]
RP = pendiente real existente en la superestructura de la vía [‰]
15NRMT 37- 2001: Transporte ferroviário. Vias férreas. Perfil.
21
R = radio de la curva [m]
P = pendiente equivalente [‰]
En Cuba, la Norma Ramal del Ministerio de Transporte 37: 2001. Transporte
ferroviario. Vías férreas. Diseño geométrico del perfil, establece las pendientes
dominantes para la proyección de vías en función de su categoría y las condiciones
prevalecientes, de la manera que se presenta en la tabla 1.5. Pendientes
dominantes máximas para nuevos trazados de vía.
Tabla 1.5. Pendientes dominantes máximas para nuevos trazados de vía.
Categoría de la vía férrea
Pendiente dominante máxima. [‰]
Condiciones normales Condiciones difíciles
I 12 20
II 15 20
III 20 30
IV 30 30
En el cálculo de la pendiente dominante para trazado nuevo de vías férreas se
tendrá que considerar que todo tren puede iniciar la marcha y vencer su inercia en el
propio elemento de perfil con dicha pendiente, de la misma manera, en bajada
deberá permitir el frenado del tren hasta la velocidad cero en la longitud establecida.
Las condiciones de diseño de la rasante generalmente la establecen el relieve y es
tarea del ingeniero encontrar soluciones que técnica y económicamente estén
fundamentadas. Siempre que sea posible el diseño de la rasante debe apartarse de
los valores máximos recomendados sin que implique excesivo desarrollo en planta.
En el caso de vías de patios ferroviarios, donde se estacionan diferentes equipos,
fundamentalmente coches y vagones, las limitaciones de pendiente son severas
para evitar el corrimiento de los mismos. En el caso de vías donde se estacionan
vagones con chumaceras de fricción la pendiente máxima no debe ser mayor a 2,5
‰; en tanto que cuando se trata de vagones con rodamientos de rodillos la
pendiente máxima se limita a 1,5 ‰. Resulta difícil identificar la pendiente de la vía
en un patio ferroviario y exigiría un cuidado extremo por parte del personal
encargado de las operaciones ferroviarias. Por ello es recomendable utilizar en los
patios ferroviarios valores de pendientes inferiores a 1,5 ‰, siempre que las
condiciones topográficas no exijan excesivo movimiento de tierra.
En las vías de apartaderos, destinados al paso y cruce de trenes, la pendiente
máxima no debe ser mayor de 8 ‰ y en las zonas de la vía donde se emplazan
apeaderos, la rasante no podrá ser mayor que la pendiente dominante para asegurar
la continuidad de la marcha del tren.
Requisito: La pendiente dominante máxima permisible para tramos donde se permite
la doble o triple tracción es 30 ‰.
En Cuba, la Norma Ramal del Ministerio de Transporte 37: 2001. Transporte
ferroviario. Diseño geométrico del perfil, plantea que se utilizarán curvas verticales
cuando la diferencia algebraica de las pendientes origine un valor en la externa EV
mayor a 2 cm.
Este documento fija los valores de radio de las curvas verticales en función de las
categorías de las vías férreas y las condiciones existentes en el emplazamiento. Los
valores de Rv se presentan en la tabla 1.6. Valores de radio de curvas verticales.
Tabla 1.6. Valores de radio de curvas verticales.
No se permiten curvas verticales en la extensión del desarrollo de las curvas de
transición horizontales, en puentes de cama abierta, ni en coincidencia con
conexiones de las vías principales o de ramales en los patios.
Para asegurar la suavidad y seguridad en el movimiento de los trenes, un aspecto
muy importante a tener en cuenta para proyectar, es mantener la diferencia
algebraica de las pendientes dentro de los valores normados. La Norma Ramal del
Ministerio de Transporte 37: 2001, establece los valores máximos de diferencia de
Categoría de la vía férrea
Radio de la curva vertical ( Rv ) [m].
Recomendables Condiciones difíciles
I 15000 10000
II 10000 5000
III 5000 3000
IV 5000 2000
23
4%
mín 0.60
mín
0.6
0
1:1.51:1.5
0.105% 0.
30
Excavación
Mejoramiento
5%Berma de
cuneta mín 1.00
Terraplén
1:1.51:1.5
mín
0.5
0
Canal1:1.5
1:1.5
Fig. 1. Sección Transversal Típica para tramos de vía sencilla para cualquier categoría y ancho de vía
Talud variable
mín 0.501:1.5
1:1.75
1:1.5 1:1.5
3.00
6.00
6.00
2.00
a mín 5.00
mín
0.6
0
6.00
6.00
2.00
A
Dique
mín 0.60
4%
en terraplén y excavación hasta 12.00 m. Trazados nuevos, reconstrucciones y reparaciones capitales.
5.50m vías estrechas
A: 6.0m vías ancho normal
2.00m rocas fácilmente alterables
a: 1.50m suelos arcillosos y limosos
pendiente, según se muestra en la tabla 1.7. Máxima diferencia algebraica
permisible de las pendientes.
Tabla 1.7. Diferencia algebraica máxima permisible de las pendientes.
1.8.4. Sección transversal de la vía férrea
La sección transversal de la vía férrea posee un grupo de características intrínsecas
a su estructura y a las particularidades de los vehículos que circulan sobre ella.
El anteproyecto de la Norma Cubana XX: 2003. Transporte ferroviario. Vías férreas.
Explanación de las vías férreas, establece la sección transversal típica para tramos
de vía sencilla de cualquier categoría y ancho de vía en terraplén y excavación hasta
12 metros.
Figura 1.11. Sección transversal típica para tramos de vía sencilla para cualquier
categoría y ancho de vía en terraplén y excavación hasta 12 m. Trazados rectos y
reparaciones capitales.
Categoría de la vía férrea
Diferencia algebraica máxima permisible de las pendientes. [‰]
Recomendables Condiciones difíciles
I 6 12
II 10 20
III 12 20
IV 20 30
1.9. Taludes en las explanaciones
Los taludes en las explanaciones deberán establecerse en dependencia del tipo de
suelo, altura del terraplén y profundidad de la excavación, teniendo en cuenta las
condiciones geológicas e hidrológicas de suelos (ver en anexo tabla 1.8. Pendientes
de los taludes en las excavaciones (NRMT XX: 2003). y (Tabla 1.9. Pendientes de
los taludes en los terraplenes (NRMT XX: 2003).
1.10. Gálibo de la vía férrea
El Proyecto de Norma Cubana 2004. Transporte Ferroviario. Vías Férreas. Gálibos
del Ferrocarril, define los diferentes tipos de gálibos. En cada uno se clasifican
diferentes grupos en función del cartabón de la vía, su condición de electrificada o
no, su ubicación en patios ferroviarios, talleres o industrias.
Los gálibos de carga y equipos presentan forma similar al que se presenta en la
(figura 1.12. Anexos) Gálibos de Equipos para vías no electrificadas y electrificadas
con trochas de 1 435mm. Gálibos GE-1 (1435) y GE-2 (1435).
1.11. Ubicación de las estaciones
Para la ubicación de las estaciones lo más recomendable escoger una zona recta en
planta y horizontal en perfil, para lugares con condiciones difíciles la NRMT XX: 2001
establece las variantes posibles:
En condiciones difíciles se permite su ubicación en curvas con radio mayor de
1200 m y en condiciones topográficas especialmente difíciles se permite una
disminución del radio de la curva hasta 600 m con previa fundamentación técnica y
económica.
La ubicación de las estaciones también dependerá de criterios socio-económicos,
según la función para la cual se diseñen.
La distancia mínima entre los ejes de las vías principales en los patios deberá ser
5,0 m y en condiciones difíciles 4,8 m previa fundamentación técnica-económica
correspondiente.
25
El Proyecto de Norma Cubana 2004 Transporte Ferroviario. Vías Férreas. Gálibos
del Ferrocarril, propone las distancias entrevías para diferentes tipos de vías, las de
mayor interés se presentan en la (tabla 1.10 anexos). Distancia mínima entrevías.
1.12. Cálculos de tracción
Los principales objetivos de los cálculos de tracción son: Estudiar las fuerzas que
actúan sobre el tren: los tipos de movimiento del tren, en dependencia de la
interacción de esas fuerzas, el cálculo del peso de los trenes o la potencia de la
locomotora necesaria para arrastrar un determinado peso por una pendiente dada, la
velocidad y el tiempo de viaje de los trenes, el consumo de combustible o energía
eléctrica, etc. Con los resultados de los cálculos de tracción se analizan las
diferentes variantes del proyecto de planta y perfil de las líneas, se localizan los
apartaderos, se determina la capacidad de circulación de la línea, se proyectan las
instalaciones del servicio de explotación de las locomotoras (talleres, subestaciones
de tracción eléctrica, etc.).
1.12.1 Fuerzas que actúan sobre el tren
Para la realización de los cálculos de tracción se emplea la fórmula de equilibrio del
tren en movimiento, ampliamente difundida en todas las administraciones
ferroviarias, la que se expresa de la siguiente manera:
d
d
iW
iWPTQ
´´
)´(
0
0
(1.1)
Donde:
Q = peso del tren
P = peso de la locomotora
T = fuerza tractiva de cálculo de la locomotora durante el movimiento por la
pendiente dominante [kg]
di = pendiente dominante [‰]
´0W = resistencia fundamental al desplazamiento de la locomotora [kg/t]
2
0 0003,002,09,1´ VVW (1.2)
´´0W - resistencia fundamental al desplazamiento de los vagones [kg/t]
BRUTOq
VW
55,012
65´´0
(1.3)
Las expresiones 1.2 y 1.3 son empíricas y aceptadas por las normas ramales del
MITRANS, en las cuales V representa la velocidad y BRUTOq , el peso bruto de un
vagón cargado, respectivamente.
Como es evidente solo han de considerarse aquellas fuerzas externas resultantes
que actúan sobre el tren en la dirección de su desplazamiento, ya que solamente
estas son las que influyen en el movimiento de traslación. Estas fuerzas son:
La fuerza tractiva T.
La fuerza de resistencia al movimiento del tren ( ´0W y ´´0W ).
La fuerza de frenado F.
El frenado puede realizarse de dos maneras:
a) Apretando las zapatas de frenado contra las llantas de la rueda del equipo
móvil.
b) Utilizando la fuerza de frenado producida por los motores eléctricos de
tracción de las locomotoras.
La fuerza de frenado del tren en kilogramos, se determina en función de la fuerza
total de apriete de las zapatas de frenado de los vagones del tren, empleando las
expresiones que se muestran:
1005
100
10080
100166,0
V
V
K
Kk
(1.4)
por vagón) ejes de cantidad vagonesde cantidad(1000 KF k (1.5)
F=Fuerza de frenado Para vagones de cuatro ejes K =7t
K=Fuerza de apriete del eje, en toneladas
Para vagones de seis ejes K =8t
27
k = coeficiente de fricción entre la zapata y la rueda
(1.6) = Fuerza unitaria de frenado
Conclusiones del capítulo
En este capítulo se ha realizado un estudio acerca de los fundamentos teóricos de la
proyección de vías férreas, considerando entre otras, las Normas Ramales del
MITRANS y las Normas Cubanas.
Por las características de las cargas que se prevé circulen por la obra lineal, por las
condiciones difíciles en las que se presenta el terreno y para dar continuidad a los
trabajos que se están realizando paralelamente a este en los tramos que se van a
unir a esta vía férrea, teniendo en cuenta la NC 249:2003 se clasifica la vía de
categoría II, velocidad de diseño de 100 Km/h.
CAPÍTULO II: REPROYECCIÓN DE LA VÍA FÉRREA NICARO-CAYO MAMBÍ
Introducción al capítulo
En el presente capítulo se concibió el anteproyecto planteada por la Dirección
Provincial de Planificación Física (DPPF) para la reproyección del trazado de la vía
férrea Nicaro-Cayo Mambí.
Se tienen en cuenta las regulaciones vigentes del transporte ferroviario, las limitantes
impuestas por las condiciones del terreno y las cargas que se han de mover por la
estructura, con la implementación de la doble fuerza de tracción y como herramienta
de diseño el software AutoCAD Civil 3D 2014.
Basándome en la NC 249:2003 se clasifica la vía de categoría II, velocidad de diseño
de 120 Km/h. Para la superestructura de la vía se consideró los elementos indicados
por la NRMT XX: 2013 que son los siguientes: tipo de rail P-50, traviesas de
hormigón armado pretensadas (1600xKm), carga por eje de 21 toneladas, el
cartabón de 1435mm, el espesor del balasto de 30cm, fijaciones elásticas.
2.1 Caracterización del territorio
Municipio Mayarí16
Situación Geográfica
El municipio Mayarí está localizado al Este de la provincia Holguín. Limita al Norte
con el océano Atlántico, la bahía de Nipe y el municipio Banes, al Sur con la
provincia Santiago de Cuba, al Este con el municipio Frank País y al Oeste con los
municipios Cueto y Báguano.
Relieve
Las formas montañosas presentan pendientes superiores a 15 % con alturas
promedios entre 500-700 m, siendo la Loma la Mensura y Pico Cristal los puntos
más altos con 995 y 1231 m respectivamente.
Hidrografía.
16 http://www.ecurred.cu/index.php/Archivo:Municipio_mayari
29
El territorio posee una red hidrográfica bien desarrollada formada por aguas
superficiales y subterráneas entre los que se destacan los ríos Mayarí, Levisa, Nipe,
Juan Vicente, Cajimaya, Arroyo Blanco y Cabonico que atraviesan el municipio en
dirección Sur a Norte hasta desembocar en la costa donde se localizan cinco bahías
(Nipe, Cajimaya, Levisa, Arroyo Blanco y Cabonico) y nueve playas, siendo la más
utilizada por su cercanía a la ciudad de Mayarí la de Juan Vicente, las ocho restantes
se ubican en Cayo Saetía.
Transporte
La red ferroviaria alcanza una longitud de 140.2 Km, de ellos: 17.7 Km de un tramo
del Ramal Alto Cedro-Antilla; 72.1 Km del antiguo macizo cañero del Central
Guatemala (hoy desactivado, traspasadas del MINAZ al MITRANS en el 2006) y 50.0
Km de vías mineras de la planta de níquel de Nicaro.
Las vías férreas del antiguo macizo cañero, han decrecido en alrededor de 30Km en
los últimos 10 años, a partir de la desactivación del central Guatemala. Actualmente
esta red tiene 65.5km de vías principales y 6.6km de vías auxiliares que se
encuentra en estado de deterioro entre mal y regular estado. En iguales condiciones
se encuentran las obras de fábrica y criticas las alcantarillas en el ramal de
Guatemala. De ellas tres afectan la seguridad vial en tres de sus principales puentes:
Nipe, Guaro y Mayarí. Para el transporte de pasajeros sólo funciona una ruta Guaro-
Cosme-Dumios, de cinco que existían anteriormente, con dos carahatas estando una
de ellas en muy mal estado.
2.2 Cálculos de tracción
Para los cálculos de tracción se emplean los parámetros de la locomotora de
fabricación china DF7G-C, la más utilizada en Cuba en los últimos años.
Utilizando las expresiones 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 y 1.6 descritas en el Capítulo 1 y
conociendo, además, las regulaciones instituidas por el MITRANS, las que
establecen para los ferrocarriles cubanos; una carga admisible por eje de 21
toneladas y ser los vagones en uso de 4 ejes, entonces se considera para el cálculo
como peso bruto de un vagón, 84 toneladas. El valor de la velocidad adoptado es el
de la mínima continuada.
1. Resistencia fundamental al desplazamiento de la locomotora ( ´0W ):
tkgVVW /357,2180003.01802,09,10003,002,09,1´ 22
0
2. Resistencia fundamental al desplazamiento de los vagones ( ´´0W ):
tkgq
VW
BRUTO
/426,18455,012
6518
05512
65´´0
3. Peso del tren (Q):
tiW
iWPTQ
d
C 21,115620426,1
)20357,2(12327523
´´
)´(
0
0
4. Cantidad de vagones (N):
vagonesq
QN 1476,13
84
21.1156
5. Largo del Tren (L):
m6,262158,1821514
cola deL.vagón raL.locomoto2 vagonesde cantidadL.vagón
xx
xxL
6. Fuerza de frenado (F):
064,01001005
100100
100780
1007166,0
1005
100
10080
100166,0
V
V
K
Kvagonesk
062,01001005
100100
100880
1008166,0
1005
100
10080
100166,0
V
V
K
Klocomotorak
Cantidad de ejes 6
Potencia[HP] 2572
Esfuerzo tractivo al arranque [kg] 35678
Velocidad mínima continuada [km/h] 18
Esfuerzo tractivo a la Vmc [kg/t] 27523
Peso [t] 123
Peso por eje [t] 21
Velocidad máxima [km/h] 100
Largo [m] 18,8
31
kgKF k 31040]628062,04147064,0[10001000
7. Fuerza unitaria de frenado (f)
8. Cálculo de la pendiente dominante para doble tracción (id):
→ Pendiente dominante por cálculo, fijada a un 37‰
2.3 Alineación en planta
El trazado parte desde Nicaro en la estación inicial, hasta la estación final en
Vidalina (Cayo Mambí). El mismo está limitado por la línea de deseo confeccionada
por la DPPF y el anteproyecto realizado en el 2013 por Tahimí Small Azcorra, se
trató de utilizar la mayor cantidad de tramos rectos posibles y grandes radios para
las curvas, cumpliendo así con los requerimientos de la normativa cubana para la
categoría de vía que se analiza. Posee una longitud aproximada de 31,2 km,
considerando solamente, por el alcance de este estudio, el empleo de curvas
circulares simples para unir las tangentes. (ver tabla 2.1)
Figura 2.1 Muestra del trazado en planta
Tabla 2.1 Curvas Horizontales
2.4 Perfil Longitudinal del terreno
Una vez obtenida la alineación en planta, se procede a obtener el perfil longitudinal
del terreno (figura 2.2) y luego al trazado de la alineación en perfil de la rasante
(figura 2.2). Para este trazado se usan las recomendaciones expuestas en la NRMT
37- 2001 Transporte Ferroviario. Vías Férreas. Diseño Geométrico del Perfil, así
como la pendiente máxima por cálculo para el tren con doble-tracción que se obtuvo
37 ‰. La cota inicial fue fijada en 8m, y la final en 22m con respecto al nivel del mar.
Se trató en la mayoría de los casos lograr una disminución y compensación entre los
volúmenes de terraplén y excavación, así como un trazado lo más recto posible,
situación esta que se hizo muy difícil debido a las características propias del terreno
y de las vías férreas.
33
Perfil Longitudinal del terreno
Figura 2.2 Muestra del perfil longitudinal del terreno
Figura 2.3 Muestra de la rasante del perfil longitudinal del terreno (parte inicial)
Figura 2.4 Alineación en perfil de la rasante (parte donde fue posible evadir un túnel)
Trazado azul es el logrado con la doble-tracción y el Trazado blanco es el propuesto
en tesis pasadas con tracción-simple(túnel).
Una vez terminado el trazado de la rasante se propone la construcción de varias
obras de fábricas las cuales se exponen en la (tabla 2.2 anexos)
2.5 Coordinación planta-perfil
Como una impedimenta en cuanto coordinación planta-perfil fue imposible lograr que
no coincidan algunas curvas verticales con el desarrollo de algunas curvas
horizontales, como previa justificación técnica económica podemos citar de que
ninguna coincide con la espiral de las curvas horizontales, y se encuentran a la
entrada o salida de una obra de fábrica.
2.6 Estudio hidrológico e hidráulico
No fue posible realizar el estudio hidrológico de la zona por falta de datos, es decir
que al plano le faltaron hojas cartográficas por lo cual no fue suficiente para obtener
la cuenca hidrológica y demás.
35
Se hizo entonces el análisis hidráulico de las cunetas donde se propone la
construcción de cunetas con forma trapezoidal, según lo estipula el Anteproyecto de
la Norma Cubana XX: 2003.Transporte ferroviario. Vías férreas. Explanación de las
vías férreas (ver figura 2.3), cuyo objetivo es dirigir las aguas hacia las diferentes
obras de fábrica.
a) b)
Figura 2.5 a) Sección transversal para tramos en excavación. b) Sección transversal
para tramos en terraplén.
Diseño hidráulico:
- Ancho del canal (b) = 0,5 m
- Altura del canal (h) = 0,5 m
- Pendiente laterales (m) = 1,5
- Abertura Total (T) = 2,0 m
- Altura Libre = 0,10 m
- Altura de agua (y) = 0,40 m
- Coeficiente de Manning (n) = 0,03 para cunetas revestidas de hierbas
- Área mojada (A) = 0,44 m² - Perímetro mojado (P) = 1,94 m
- Radio hidráulico (R) = 0,23 m
Tabla 2.3 Caudal y velocidad
Lo valores chequeados en la tabla 2.3 son los valores correspondientes a la
pendiente de diseño mínima y máxima para cunetas revestidas de hierba, donde
fueron chequeados los resultados y cumplen con el rango permisible para evitar
deposiciones y erosiones respectivamente que son entre 0.25 y 1.8m/s. Se propone
que cuando se vaya a hacer el proyecto de ingeniería de detalle se compare el valor
de estudio hidrológico con el caudal de diseño hidráulico que nosotros estamos
proponiendo.
2.7 Metodología y procesamiento utilizado en el software Civil 3D
Con el objetivo de obtener información topográfica digital la Universidad de Holguín
adquiere 12 hojas cartográficas E 1: 25000 (Fig. 2.4) en la empresa GEOCUBA, por
un valor de 8000 pesos.
Fig. 2.6 Hojas cartográficas E 1: 25000 por las normas
Tramo Pend. Long. (%)
Pend. Long. (m/m)
Caudal (m3/s)
Caudal (l/s) Velocidad (m/s)
1 0.50 0.005 0.39 385.41 0.88
2 2.00 0.02 0.77 770.81 1.75
37
2.7.1 Digitalización y actualización de la información gráfica
La DPPF suministra la información gráfica contenida en un plano de relieve (figura
2.7) con la línea de deseo original.
Figura 2.7. Plano provisto por la DPPF.
2.7.2 Obtención del modelo digital del terreno (MDT)
Es importante destacar que la información topográfica adquirida en estas hojas
cartográficas no satisface totalmente las exigencias del trabajo en cuanto a la
tenencia de un modelo que represente en detalle las características del terreno, sin
embargo, nos auxiliaremos en el software AutoCAD Civil 3D 2014 para lograr un
MDT que permita cumplir los objetivos de este trabajo. Los procedimientos para
exportar los planos al Civil 3D son descritos a continuación:
1. Delimitación de la zona de emplazamiento: Con el fin de delimitar solo el área de
la faja de emplazamiento y al mismo tiempo contribuir al mejoramiento y estética
del modelo, se crea, empleando los comandos de la barra de herramientas
Desfase del AutoCAD Civil 3D una polilínea, para definir posteriormente los límites
del terreno a 250m de cada lado de la alineación. (figura 2.8).
Figura 2.8. Límites de la faja de emplazamiento
2. Creación y configuración de la hoja de trabajo: Se abre una nueva hoja de dibujo
en el software AutoCAD Civil 3D la cual se configura a nuestro estilo, con el
comando recortar se elimina todas las curvas de nivel que quedan fuera de la
zona de emplazamiento con el fin de estética y sea menos pesado en el software.
3. Creación de la superficie del terreno: Una vez creado el modelo digital del terreno
se procede a realizar la superficie de la siguiente forma:
Inicio →Prospector → Superficie (clip derecho) → Crear Superficie donde se le
pone nombre y se ponen visibles los triángulos y luego se le añaden los datos a
la superficie:(Figura 2.9)
Prospector→ En la superficie creada se despliega→ Definición→ Curvas de nivel
(clip derecho) → Añadir: (Figura 2.10) se forma se seleccionan todas las curvas de
nivel se da enter y el programa automáticamente va a crear el Modelo Digital del
Terreno. (Figura 2.11)
39
Figura 2.9 Figura 2.10
Figura 2.11 Muestra de MDT en visor de objetos en 3D
2.7.3 Trazado de la alineación
Inicio→ Alineación→ Crear Alineación a partir de objetos (Figura 2.12)→ clip sobre
la polilínea→ enter: y en la ventana emergente que va a salir se configura el tipo a
rail y en Normas de diseño se le pone velocidad 100km/h Figura 2.13).
Luego le damos un clip a la alineación→ Editor de geometría→ Vista de rejilla de
alineación: donde se editan las curvas horizontales poniéndoles los radios del
trazado anterior expuesto
.
Figura 2.12
Figura 2.13
2.7.4 Obtención del Perfil Longitudinal
del Terreno
Una vez obtenida la alineación en planta con sus estacionados, se procede a
obtener el perfil longitudinal del terreno, empleando los comandos del menú Profile
como a continuación se expresa:
Inicio→ Perfil→ Crear perfil de superficie→ clip→ seleccionamos Eje y Superficie
Terreno→ Añadir.(Figura 2.14)
Luego se hace clip en la opción Dibujar en visualización del perfil→ donde se
configura cada pestaña si es necesario, y después clip en Crear visualización del
perfil.
41
Figura 2.14
Figura 2.15
2.7.5 Trazado de la rasante
Una vez obtenido el perfil longitudinal del terreno en el Civil 3D se procede al trazado
de las tangentes:
Inicio→ Perfil→ Herramientas de creación de perfiles→ se selecciona el perfil→
Crear perfil (figura 2.16)→ donde se verifica que los que aparezcan sean la
alineación y el perfil creados anteriormente (figura 2.17) y en la ventana emergente
de Herramientas de composición de perfil→ seleccionamos: Dibujar tangentes→ se
procede a trazar las tangentes directamente en el perfil. (Figura 2.18)
Figura 2.16 Figura 2.17
Figura 2.18
Después de haber trazado la rasante, en la misma ventana emergente de
Herramientas de composición de perfil→ creamos las curvas verticales con→
Acuerdo vertical libre (parámetro) (Figura 2.19)
43
Figura 2.19
2.7.6 Creación del ensamblaje (sección típica)
Inicio→ Ensamblaje→ Crear ensamblaje (figura 2.20) → se nombra y se designa en
Tipo de ensamblaje: Ferrocarril y luego seleccionamos en el dibujo donde deseamos
poner la sección típica OK. (Figura 2.21)
Figura 2.20
Figura 2.21
A continuación, debemos abrir en Inicio→ Las paletas de herramientas→ en Puentes
y raíles→ Raíl Simple y en Básicos→ Pendiente Talud Cuneta Desmonte Básica
donde en ambas se configuran los parámetros necesarios de la sección típica.
(Figura 2.22)
Figura 2.22
45
2.7.7 Creación del Corredor
Una vez creado el ensamblaje se procede al corredor: Inicio→ Obra lineal→ Crear
obra lineal donde se nombra el corredor se selecciona los elementos antes creados
como la alineación, el perfil, ensamblaje y superficie→ Regenerar corredor.(Fig 2.23)
(Figura 2.23)
Luego para hacer las configuraciones pertinentes se va a Prospector→ Obras
lineales→ clip derecho Propiedades→ Regenerar corredor. (Figura 2.24)
Figura 2.24
2.7.8 Obtención de las Secciones Transversales
Inicio→ Líneas de muestreo→ clip derecho en el plano y se selecciona la
alineación→ luego dentro de la ventana Herramientas de líneas de muestreo→
Métodos de creación de líneas de muestreo→ Por intervalos de P.K se configura a
20m de ambos lados y en incrementos de muestreo a 50m en el transcurso de la
alineación.
Después se crean las vistas de las secciones en: Inicio→ Vistas en sección se
configura la ventana donde sea necesario y se da clip en→ Crear vistas en sección.
(Figura 2.25)
Figura 2.25
2.7.9 Cálculo del Peralte en la Vía
Se selecciona la Alineación N-CM→ Inicio→ Peralte de ferrocarriles→ Calcular o
editar peraltes de ferrocarriles→ Calcular peralte de ferrocarriles ahora→ Se edita
para que peralte el carril exterior→ Finalizar. (Figura 2.26)
Se crea la gráfica del peralte→ Inicio→ Peralte de ferrocarriles→ Crear vista de
peralte de ferrocarriles (Figura 2.27)
Figura 2.26
47
Figura 2.27
2.7.10 Obtención de los volúmenes de movimiento de material
Analizar→ Calcular materiales→ se selecciona la alineación y el grupo de líneas de
muestreo→ luego se edita en→ Importar otros criterios. (Figura 2.28)
Figura 2.28
Después se procede a definir los huecos, es decir donde se propusieron los puentes.
Prospector→ Alineaciones→ Alineaciones de ferrocarriles→ ALINEACIÓN N-CM→
Grupos de líneas de muestreo→ clip derecho en SAMPLEADO N-CM→ Propiedades
(Figura 2.29)
En la ventana de Propiedades→ Lista de materiales→ Hueco→ añadir el inicio y final
para cada hueco haciéndolos coincidir en su estación específica. (Figura 2.30)
Figura 2.29
Figura 2.30
Una vez culminado estos pasos podemos obtener el reporte de movimiento de
material:
Vamos a Analizar→ Tabla de volúmenes totales→ En la ventana Crear tablas de
volúmenes totales→ se selecciona la ALINEACIÓN N-CM, el SAMPLEADO N-CM y
Material List-(1). Al confirmar el programa automáticamente donde le indiques te va a
crear una tabla con un reporte de los volúmenes de terraplén excavación
acumulados. (tabla
2.4)
Tabla 2.4 Tabla de volúmenes totales de movimiento de material
49
2 432 335
1 607 688
5057698.7
5948822.6
0
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
7000000
Excavación Terraplén
Comparación de los volúmenes de movimiento de material
Tesisactual
Tesisanterior
2.8 Obtención de la cantidad aproximada de recursos y presupuesto
Con los datos de la longitud y categoría de la vía a proyectar, se obtiene la cantidad
de recursos necesarios para la conformación de la estructura de la vía férrea, y
empleando los Costos de Renglones Variantes establecidos en el PreCons II puesto
en vigor a través de la Resolución No 199/2005, son obtenidos los precios
aproximados.( Ver anexo 10)
Los resultados de los conceptos de gastos para las labores de movimiento de tierra y
de los elementos necesarios para la conformación de la superestructura de la vía
férrea son mostrados a continuación:
Como podemos observar en la tabla anterior el valor del presupuesto sin considerar
los Presupuestos Independientes como el valor real calculado de los conceptos de
gastos dados en la Formula Típica de Cálculo en la Etapa de Preparación Técnica
de la Obra es $21 761 503.80, el mismo puede incrementar un 70%, por lo que se
obtendría 36 994 .5.
El presupuesto de las obras de fábricas:
-Puentes a construir= 21
-Longitud de puentes = 10040m
-Ancho de la vía = 6m
-Valor considerado por m2 de tablero = 1200
-Valor total = $72 288 000
Concepto Fórmula Coef. Valor Materiales 1.0000 6920697.70
Mano de Obra 1.0000 331602.85
Uso de Equipos 1.0000 7386014.75
Otros Gastos Directos de Obra 12.5 % de (01+02+03) 1.0000 1829789.41
Gastos Generales de Obra 10 % de (01) 1.0000 692069.77
Total Gastos Directos de Producción (01+02+03+04+05) 1.0000 17160174.48
Gastos Indirectos de Obra 12.4 % de (06) 1.0000 2127861.64
Total Gastos Indirectos de Producción (07) 1.0000 2127861.64
Subtotal de Gastos (06+08) 1.0000 19288036.11
Presupuesto Independiente de Facilidades
Temporales 1.0000 0.00
Presupuesto Independiente Otros Gastos Adicionales 1.0000 0.00
Presupuesto Independiente Gastos Bancarios 1.0000 0.00
Presupuesto Independiente Seguros de la Obra 1.0000 0.00
Presupuesto Independiente de Imprevistos 1.0000 0.00
Presupuesto Independiente de Transportación de
Suministros y Medios diversos del Constructor 1.0000 0.00
Presupuesto Independiente Contribuciones, Aportes,
Pago de Derechos, Tributos y Otros Pagos 1.0000 0.00
Subtotal Presupuestos Independientes (10+11+12+13+14+15+16) 1.0000 0.00
Costo Total (09+17) 1.0000 19288036.11
Utilidad 20% 0.2*(09-01) 1.0000 2473467.68
Precio del Servicio de Construcción (18+19) 1.0000 21761503.80
51
Precio del servicio de construcción: $ 36 994 555.66
Precio de las obras de fábrica: $ 72 288 000
Total: $109 282 555.7
Conclusiones del capítulo
En el desarrollo de este capítulo se logró la reproyección del anteproyecto de vía
férrea Nicaro-Cayo Mambí gracias a la gran herramienta de diseño como lo es el
software Civil 3D.
Es necesario destacar que el presupuesto de la tesis anterior con un valor de $85
882 900 es menor que el de este trabajo ya que en cuanto a nivel de detalle este es
más profundo, de 21 obras de fábricas que yo declaré en la tesis pasada solo 13,
porque de una forma notable se redujo en más de un 75% el volumen acumulado de
material en corte y relleno.
CONCLUSIONES GENERALES
Se realizó un estudio acerca de los fundamentos teóricos de la proyección de
vías férreas, mediante una búsqueda de bibliográfica especializada en el
tema.
Se elaboró la reproyección del anteproyecto ferroviario del tramo Nicaro-Cayo
Mambí, demostrando las potencialidades del software AutoCAD Civil 3D como
herramienta de diseño.
Con la implementación de la doble fuerza de tracción se pudo determinar
cómo pendiente dominante 37‰ arrojando de forma gradual una disminución
de los volúmenes de movimiento de material.
Aunque el valor de presupuesto estimado sea elevado, desde el punto de
vista ingenieril el proyecto es realizable lo que habría que valorar su costo de
acuerdo a la necesidad del país, se debe tener en cuenta que las inversiones
en ferrocarriles tienen un alto costo inicial que se recupera a mediano plazo
por el reducido del valor de las operaciones y mantenimiento comparado con
otros medios de transporte.
De ser ejecutada la vía férrea sería de gran beneficio tanto para la industria
del níquel como para la economía y la población por donde transcurre el
trazado.
53
RECOMENDACIONES
Si se quiere lograr una mayor optimización de los recursos a emplear, es
necesario que el trazado escogido por la DPPF, sea adaptado a pequeñas
variaciones, lo que permitirá la reducción de los volúmenes de trabajo y la
consecuente disminución del presupuesto de la propuesta.
Realizar un trabajo de similares características que el que se ha abordado,
pero que incluya los datos referidos a los estudios hidrológicos, hidráulicos y
geológicos, lo que permitirá dar continuidad a otros aspectos que no fueron
tratados, como es el caso del diseño de los puentes, cunetas y taludes
necesarios para el correcto desempeño de los medios de transporte sobre la
vía.
Valorar por parte de la empresa Geocuba la realización de los planos a escala
1:10000 para obtener una información gráfica más detallada.
BIBLIOGRAFÍA
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transporte cañero. Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en
Ciencias Técnicas. Holguín.2005.
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Cuba.2003.
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13. NC 249:2003. Transporte ferroviário. Vias Férreas. Clasificación de vías férrea.
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55
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17. NRMT 79: 2003: Transporte ferroviário. Vias férreas. Diseño geométrico del perfil.
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importancia-del-ferrocarril-para-aspirar-al-desarrollo-y-a-una-mayor-competitividad-
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Search&search=Buscar+en+ebrary[Consulta 25/3/2016].
26. http://www.ecured.cu[Consulta 6/4/2016].
ANEXOS
Figura 1.3 Carriles más usados en Cuba
a) Carril P-50 b) Carril P-43 Fuente: Trabajo de diploma en opción al título de Ingeniero Civil. Tahimí Small Azcorra.
Tabla 1.2. Clasificación de los principales tipos de fijaciones. Clasificación Tipo de traviesa Modelo
Fijación rígida directa
Madera
Escarpias, Tirafondos
K Fijación rígida indirecta
Fijación elástica directa Clavo Dorken, Tovar, Clip DE, Nabla, Skl
Hormigón RN, CIL, P2, Nabla, Pandrol, Vossloh HM,
FIST, J-2
Fijación elástica indirecta
Madera Pandrol, Vossloh Skl12
Hormigón Pandrol, Vossloh Skl12
57
Figura 1.5. Trayectoria en valle.
Figura 1.6. Trazado por la divisoria de las aguas.
Figura 1.7. Trayectoria transversal a la divisoria de las aguas.
Figura 1.12. Gálibos de equipos para vías no electrificadas y electrificadas con trochas de 1 435mm. Gálibos GE-1 (1435) y GE-2 (1435).
Tabla 1.8. Pendientes de los taludes en las excavaciones (NRMT XX: 2003).
Tipo de suelo Pendientes
Suelo rocoso poco erosionable: granitos, diabases, areniscas cuarzosas, pizarras
metamórficas y calizas cristalinas si no inclinan hacia la explanación. 1:0,2 a 1:0,5
Suelos rocosos y semirrocosos fácilmente alterables: calizas descompuestas, margas,
areniscas, serpentinas, pizarras arcillosas. 1:1 a 1:1,5
Suelos con grandes bloques de rocas, arcillosas, arenosas de estratificación homogénea. 1:1,5
59
Tabla 1.9. Pendientes de los taludes en los terraplenes (NRMT XX: 2003).
Tabla 1.10. Distancia mínima de la entrevía. No Tipo y uso de las vías
Entrevía.
[mm].
Vías principales de servicio público.
1 Doble vía con tráficos de sentidos contrarios y velocidades máximas mayores
de 100 km/h hasta 140 km/h. 4400
2 Doble vía con tráficos de sentidos contrarios y de velocidades máximas
mayores de 80 km/h hasta 100 km/h. 4200
3 Doble vía con tráficos de sentidos contrarios y velocidades máximas de 80
km/h y menores. 4100
4 Vías paralelas con tráficos de doble sentido por ambas. 5300
5 Vías con transbordadores de caña y velocidades máximas de 100 km/h y
menores. 6100
Para vías en patios de servicios públicos.
6 Para vías principales y las adyacentes. 5000
7 Para segundas, tercera y demás vías principales. 5000
8 Entre otras vías. 4500
9 Entrevía para carga y descarga directa entre equipos de arrastre. 3600
10 Para vías de haces de recepción y expedición de trenes. 4620
11 Para vías con andenes intermedios. ≥ 7500
12 Para vías de patios contiguos con haces de vías diferentes. 6000
Tipos de suelos a utilizar en el terraplén
Pendientes
Altura
de
taludes
hasta
6.00 m
Altura del talud
hasta 12,00 m
Parte
superior
hasta
6,00 m
de
espesor
Parte
inferior
Rocas poco erosionables, gravas, arenas pedregosas o de granulometría gruesa y media para vías
de categoría I, II (de ancho de vía normal) III y IV (de cualquier ancho de vía). 1:1,5 1:1,5 1:1,5
Arcillas, calizas, rocas blandas, arena arcillosa para vías de categoría I, II (de ancho de vía normal)
III y IV (de cualquier ancho de vía). 1:1,5 1:1,5 1:1,75
Arcillas de consistencia muy plástica para vías de categoría I, II (de ancho de vía normal) III (de
cualquier ancho de vía).
1:2
- -
Arcillas de consistencia muy plástica para vías de categoría IV (de cualquier ancho de vía). 1:1.75 - -
Nota: Las arcillas de consistencia muy plástica sólo se usarán para alturas no mayores de 6,00 m y previa argumentación
técnico-económica.
Tabla 2.2 Obras de fábricas
Comienzo en la estación Obra de fábrica Observaciones Longitud aproximada
(m) Puente Alcantarilla
71+0 x Cruce sobre carretera y río Levisa 580
178+0 x Cruce sobre arroyo -
370+0 x Cruce sobre arroyo -
420+0 x Cruce sobre el río Manatí 680
578+0 x Cruce sobre gran depresión 540
744+0 x Cruce sobre carret y río Cabonico 1320
958+0 x Cruce sobre arroyo grande 340
1032+0 x Cruce sobre arroyo -
1090+0 x Cruce sobre arroyo -
1154+0 x Cruce sobre el río Quemado 400
1206+0 x Cruce sobre arroyo grande 200
1264+0 x Vaguada -
1286+0 x Vaguada -
1304+0 x Cruce sobre carret y río Téneme 620
1384+0 x Vaguada -
1410+0 x Vaguada -
1523+0 x Vaguada -
1536+0 x Cruce sobre gran depresión 180
1752+0 x Cruce sobre río Limones 280
1790+0 x Vaguada -
1898+0 x Cruce sobre gran depresión 860
2030+0 x Zona baja -
2048+0 x Cruce sobre río Tánamo 500
2140+0 x Cruce sobre arroyo 260
2182+0 x Cruce sobre arroyo 220
2270+0 x Cruce sobre arroyo -
2340+0 x Crece sobre arroyo 720
2447+0 x Cruce sobre río Maceo 180
2506+0 x Depresión -
2568+0 x Cruce sobre arroyo 820
2706+0 x Cruce sobre arroyo -
2724+0 x Cruce sobre río Grande 420
2796+0 x Vaguada -
2896+0 x Vaguada -
2922+0 x Cruce sobre río Cojetal 340
3041+0 x Cruce sobre carretera 340
