Trabajo Fina 123s3j

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO Facultad de Ingeniería Civil y Arquitectura Escuela Profesional de Ingeniería Civil

I.

INDICE 

OBJETIVOS



MARCO TEORICO MATERIAL MOVIL INTRODUCCION TIPOS DE ESFUERZO EN LA VÍA ELEMENTOS DEL MATERIAL MOVIL O RODANTE APARATOS DE TRACCION Y CHOQUE TECNOLOGIAS EN MATERIAL MOVIL DINAMICA VERTICAL INTRODUCCION CONSIDERACIONES PRINCIPALES INTERACCION: VIA Y VEHICULO SOLICITACIONES DISEÑO DEL MATERIAL MOTOR SITUACIONES PARTICULARES



CONCLUSIONES



BIBLIOGRAFIA


II. III.

OBJETIVOS - Conocer las acciones y los esfuerzos que actúan en la vía. MARCO TEORICO III.1. MATERIAL MOVIL III.1.1. INTRODUCCION El conocimiento y cuantificación de las solicitaciones que actúan sobre la vía es necesario para poder dimensionar los diferentes elementos que la constituyen. Las acciones sobre la vía se pueden clasificar para su estudio en tres tipos: longitudinales verticales y transversales, aunque normalmente los esfuerzos verticales son los utilizados para el dimensionamiento de la vía, los transversales para determinar el límite de velocidad y los longitudinales para el estudio del pandeo de la vía. Cualquiera de estos esfuerzos tendrá unos valores estáticos y otros dinámicos producidos como consecuencia de la circulación del tren sobre la vía. Para poder determinar la respuesta mecánica de la vía es necesario conocer las características deformacionales, tanto del conjunto de la vía como de los diferentes elementos que la constituyen. III.1.2. TIPOS DE ESFUERZO EN LA VÍA Se distinguen tres tipos de esfuerzo: estáticos, cuasiestáticos y dinámicos. Los estáticos se conocen con cierta precisión. Las cargas cuasiestáticas se originan por la incidencia de la fuerza centrífuga y dependen de la velocidad, pero se pueden determinar de manera unívoca. Las cargas dinámicas se deben a fenómenos de impacto por irregularidades en la vía o en el material o en ambos. Son de tipo aleatorio y su dispersión crece con la velocidad, tanto en función del estado de la vía como de los vehículos. a) Esfuerzos Transversales Los esfuerzos transversales que juegan un papel decisivo tanto en la estabilidad de la marcha como en la seguridad de la circulación (por peligros de descarrilamiento o incluso de vuelco) se producen en curva como en recta. En el primer supuesto tienen su origen en la fuerza centrífuga o en el efecto compensador del peralte para todos aquellos casos en que la velocidad no sea exactamente aquella para la cual ha sido calculado. Estos esfuerzos estarán dirigidos hacia el exterior de la curva si la velocidad del tren es excesiva, y hacia el interior, si es más reducida que la teóricamente corresponde al peralte establecido. En alienación recta se producen, asimismo, esfuerzos transversales debido a los movimientos del


lazo de los vehículos, que son inevitables y se amplían automáticamente por los defectos de las locomotoras, del material móvil y muy especialmente de la propia vía. Estos esfuerzos que se ejercen sobre la parte superior de los carriles, tienden a volcar éstos y a destruir su sujeción sobre las traviesas, produciendo el arrancamiento de los tirafondos interiores. Para que la vía pueda resistir, sin menoscabo de su estabilidad, la acción de los esfuerzos transversales, es preciso fijar los carriles sólidamente sobre las traviesas y dotarlas de una amplia superficie de apoyo sobre las mismas. b) Esfuerzos longitudinales Los esfuerzos longitudinales son inherentes unos a las condiciones del establecimiento de la vía y otros al movimiento de los vehículos sobre la misma, esfuerzos todos que en ultimo termino han de ser soportados por las traviesas y el balasto (en caso de tenerlo). El más importante de lo carriles por efecto de la temperatura es dificultada por la insuficiencia de los intervalos libres que a este objeto deben quedar entre los extremos de los carriles consecutivos, o por excesivo apriete de las bridas contra los carriles, que impide cualquier movimiento longitudinal reciproco. Pueden, en tal caso, llegar a acumularse en las filas de carriles tensiones anormales tan que, bien espontáneamente o al perturbarse el equilibrio de la vía en cualquier operación de revisión (depuración del balasto, sustitución de vía o de clavazón), se produzca el pandeo de la vía, fenómeno de consecuencias delicadas para la explotación. Otras fuerzas longitudinales que actúan sobre la vía son, en el sentido de la marcha de los vehículos:  Los golpes de la rueda sobre la cabeza del carril al paso de las juntas, variables con la altura del escalón resultante, es decir, función del intervalo entre carriles y de la rigidez de las bridas.  Las deformaciones elásticas del carril, compresiones y dilataciones variables que se producen en la cabeza y el patín de los carriles al flectar éstos por el paso de las ruedas.  El rozamiento de deslizamiento de las ruedas producido durante el frenado de los trenes, que da lugar también al corrimiento de los carriles, sobre todo en la parte inferior de las pendientes y en la inmediaciones de las estaciones Las tres causas enumeradas son las que más influyen en los movimientos longitudinales de la vía y para combatirlas es necesario el empleo de dispositivos especiales que inmovilicen el carril respecto de las


traviesas, así como disponer de un buen balasto que, en el caso de utilizarse traviesas de madera, deben presentar aristas vivas que se incrusten en la cara inferior de estas. Existen también fuerzas longitudinales que se ejercen en sentido contrario a la marcha del tren, como son las causadas por el esfuerzo de tracción que, a causa de la adherencia, ejercen las ruedas motoras de las locomotoras, sobre todo en los arranques. Sin embargo. Dicho esfuerzo difícilmente llegará a desplazar el carril hacia atrás, ya que este se encuentra cargado por el peso de la locomotora, y el coeficiente de rozamiento del carril sobre la traviesa es, con mucho, superior al de adherencia de la llanta sobre el carril, que es precisamente el que limita al esfuerzo de tracción. Otra fuente de esfuerzo longitudinal será la fuerza viva del movimiento giratorio de las ruedas no frenadas al frenarse los demás ejes. III.1.3. ELEMENTOS DEL MATERIAL MOVIL O RODANTE El material rodante, generalmente, está formado por una caja formada por una carrocería solidaria a un bastidor o por una estructura autoportante. Este conjunto reposa sobre los ejes por medio de cojinetes o rodamientos encerrados dentro de las cajas de grasa. Para amortiguar los choques de la vía que a través de su rodaje recibe el vehículo, las cajas de grasa se enlazan al bastidor por medio de muelles de suspensión. En las tipologías tradicionales los ejes y, por consiguiente, las ruedas fijas a estos, se mantienen bajo una caja en la posición debida generalmente por medio de unas piezas de hierro en forma de horquilla sujetas a los largueros del bastidor y que abarcan las cajas de grasa. Estas piezas, llamadas “placas de guarda”, pueden deslizarse verticalmente a lo largo de las cajas de grasa, siguiendo las inflexiones de los resortes. El pequeño juego lateral necesario para permitir este deslizamiento facilita la inscripción del material en las curvas.

Vehiculo Ferroviario


Los vehículos se enlazan entre sí por medio de aparatos de “tracción y choque” compuestos de barras y cadenas de enganches, resortes y topes. Además, los vehículos de viajeros se enlazan por aparatos especiales destinados al paso de los viajeros de una unidad a otra de las que componen el tren, así como al acoplamiento de las canalizaciones de los frenos continuos o de la calefacción, aire acondicionado,… Los acoplamientos están dispuestos de tal modo que estos enlaces queden siempre independientes de los esfuerzos de tracción necesarios para el arrastre de los vehículos. Desde el punto de vista de la relación de la caja con los ejes, se distingue el “material rígido o sin bogies”, en el cual la caja y el bastidor reposa sobre dos o más ejes paralelos enlazados por aquel, si bien entonces se dotan de un reducido juego que permita pequeños desplazamientos relativos, y el material articulado o montado sobre bogies, en el cual la caja se apoya por medio de pivotes sobre carros giratorios llamados también carretones o bogies, que constituyen cada uno un verdadero vehiculo de dos o tres ejes. Esta última clase de material se denominaba antiguamente “material americano” por ser un tipo de construcción primeramente adoptado en los Estados Unidos, e introducido en las redes europeas cuando ya en estas había adquirido una gran extensión el empleo del material rígido. En este, como en otros aspectos, la concepción de la construcción del material motor y móvil ha sido radicalmente distinta en América y en Europa. En aquel Continente se orientó pronto la construcción hacia las unidades de gran capacidad de carga útil, para la construcción de trenes de elevado peso, lo que dio lugar a la aparición del material articulado. Un ejemplo lo constituye el material de mercancías que se constituye desde 40 hasta 100 toneladas de carga útil, y los trenes de mercancías pueden, en algunos casos, alcanzar 9000 o 10000 toneladas de peso bruto. Mientras, en Europa la carga o capacidad de los vehículos permanecía normalmente más reducida, predominando en el material de mercancías los vehículos de dos ejes, de 10 a 20 toneladas de carga útil y no excediendo, en general, de 1500 toneladas la carga de los trenes de mercancías. En España, en la actualidad, se considera un peso máximo por eje de 22.5 toneladas. El material sobre bogies se emplea cuando la longitud de la caja es tal que ha de rebasarse el espaciamiento máximo de los ejes extremos itido en la construcción del material


rígido. En cuando se refiere al material para viajeros, el material articulado ofrece mayor suavidad de rodadura que el rígido. Sea uno u otro el tipo de material empleado, y tanto si es de viajeros como de mercancías, existen numerosas elementos integrantes del mismo cuyas disposiciones constructivas son comunes al material móvil de una y otra clase. Estos diferentes elementos y disposiciones se examinan, con más detalle: Rueda Las ruedas de los vehículos de ferrocarriles poseen un diámetro que varia, de forma habitual, en Europa de 0.90 a 1.10 m, siendo muy general el empleo de ruedas de 1m de diámetro. En el material unificado español es de 1.06 m para el llamado “diámetro de o” de la superficie de rodadura de la llanta, correspondiente al plano medio de este. El diámetro de las ruedas en America suele ser algo menor (0.76 a 0.91 m).

Rueda empleada en el ferrocarril

En las ruedas se distingue dos partes principales: el “centro de la rueda” y la “llanta”. El centro de la rueda puede afirmarse que dura indefinidamente, mientras que la llanta, sometida al desgaste de la rodadura y a los choques de la vía, se deteriora y precisa ser remplazada o reparada. Cajas de Grasa Se denomina caja de grasa al elemento que permite el enlace entre el eje y la suspensión del vehículo ferroviario, transmitiendo todos los esfuerzos y permitiendo el giro del propio eje. Recibe este nombre porque tradicionalmente se trataba de un receptáculo que envolvía un cojinete de fricción, protegiéndolo y sirviendo para contener el lubricante de engrase. Sin embargo, actualmente las cajas de grasa


contienen rodamiento de bolas, de rodillos cilíndricos o de rodillos cónicos. La envolvente exterior o caja propiamente dicha se fabrica de hierro estampado o acero moldeado y de una sola pieza. Se construyen también cajas de grasa en dos piezas, asegurándose ambas partes por medio de un estribo o de pasadores de sujeción, presentando la ventaja de que pueden desmontarse con facilidad y examinar el cojinete o rodamiento sin necesidad de levantar el vehículo. La forma exterior de las cajas de grasa depende del tipo de fijación que vaya a emplear, por tanto, función del tipo de suspensión del vehículo.

Caja de grasa con suspensión primaria de muelles helicoidales Los rodamientos utilizados actualmente disponen de una jaula de material compuesto, van lubricados y con elementos de cierre lateral que permiten asegurar una vida de funcionamiento elevada. Además de estas mejoras, se están empleando cada vez más rodamientos sensorizados que permiten medir la velocidad de giro, detectando posibles bloqueos de rueda, y la temperatura. Con esta instrumentación se mejora el control del tren y el mantenimiento de los rodamientos. Las anillas interiores de los rodamientos se calan sobre la mangueta, bien por dilatación previa de aquellas o por calaje en prensa bajo esfuerzos de 20 a 30 toneladas o por medio de manguitos conicos. Un punto esencial en rodamientos de rodillos es el establecimiento de un juego lateral apropiado entre los rodillos y sus caminos de rodadura. Un juego insuficiente origina agarrotamientos y, si es excesivo, llega a desarticularse el rodamiento. Un ejemplo es la aplicación al


eje central de un bogie de tres ejes, que tiene que temer por el espacio entre los rodillos y su alojamiento. Placas de guarda Las placas de guarda son piezas en forma de horquilla, unidas a los largueros del bastidor y entre cuyos brazos o guias deslizan las cajas de grasa. Funcionan esencialmente como aparato de seguridad, cuyo objeto es mantener las cajas de grasa en su posición normal y sujetar el eje en caso de averiguar del muelle de suspensión. La placa de guarda puede estar constituida por aceros planos o perfilados, reforzados por tornapuntas que se aplican en los puntos de las guias que reciben el coque de las cajas. A veces el conjunto de la horquilla y tornapuntas se constituye de una sola pieza de 18 a 20 mm de espesor.

Esquema de las guias, placas de guarda y caja de grasa

Sin embargo, cuando los largueros se construyen en acero embutido moldeado, lo que ocurre especialmente con los bastidores de los bogies pivotantes, no se emplean placas independientes de esos materiales. Las guías se recortan entonces en los largueros, de los que forman parte. Es frecuente, sobre todo en el material de mercancías, que las dos guías de la paca de guarda se enlacen por medio de una pieza llamada ataguía, colocada lo bastante baja para que no sea alcanzada por la caja de grasa en las mayores oscilaciones de los resortes. Las guías se desgastan por rozamiento entre las deslizaderas de la caja, y para evitar el desgaste de estas piezas (especialmente cuando forman parte del bastidor) y el excesivo “juego lateral” resultante para el vehículo, se disponen sobre las mismas unos suplementos en forma de escuadra o doble escuadra, según el perfil de la guía, que se fijan con tornillos embutidos a las guías principales, y que se remplazan cuando han sido desgastados por el rozamiento


de las cajas. En los vehículos de gran velocidad estos suplementos suelen construirse de acero al manganeso para disminuir su desgaste y mantener las condiciones iniciales, es decir, una posición correcta de los ejes durante el mayor tiempo posible. En principio es necesario que en el sentido longitudinal del vehículo se deje a la placa de guarda un juego suficiente en las guías de las cajas, condición que se precisa para facilitar el paso en las curvas y para que no sea la placa de guarda, sino el resorte, es decir, un intermedio elástico, el que transmita al bastidor del vehículo los choques que reciben las cajas. III.1.4. APARATOS DE TRACCIÓN Y CHOQUE Hay dos sistemas: el enganche a tornillo con paragolpe y el enganche central a mandíbula. Enganche a tornillo El enganche a tornillo consiste en una suerte de cadena cuyo eslabón externo se sujeta en un gancho del vehículo contiguo. La tarea de enganche la hace un operario, el “cambista”. La resistencia del enganche está limitada por el peso de la cadena que un hombre normal puede levantar. En la tracción y el frenado se producen esfuerzos longitudinales entre vehículos, tironeos o topetazos. Para limitarlos existe el aparato de choque, o paragolpes. Cuando un vehículo toca al otro, lo que entra en o son los paragolpes. Para que los coches o vagones no vayan sueltos, una vez colocado en enganche el cambista gira un tornillo hasta que el enganche queda tenso y los paragolpes contiguos se tocan y quedan ligeramente apretados. Los tironeos durante la marcha no despegan los paragolpes. De este modo la transmisión del esfuerzo a lo largo del tren es más suave. En este sistema el aparato de tracción está separado del aparato de choque.


Enganche a mandíbula Además de la limitación impuesta por el peso que se puede levantar, el enganche es peligroso porque obliga al cambista a trabajar entre los vagones. El enganche a mandíbula resuelve ambos problemas. El enganche a mandíbula reúne en una sola pieza la función de tracción y choque. Ambos esfuerzos se transmiten a través de una barra central debajo del vagón. La barra termina en una “mandíbula” con una pieza móvil que el cambista abre cuando quiere enganchar y luego cierra, quedando acoplada. Al no estar limitado por la fuerza humana el enganche a mandíbula puede tener sección suficiente para obtener esfuerzos de tracción muy elevados. En la Argentina se usa el enganche a tornillo en los ferrocarriles de trocha ancha y media, si bien todos los vagones nuevos comprados después de 1970 tienen el bastidor preparado para alojar la barra del enganche central.


III.1.5. TECNOLOGIAS EN MATERIAL MOVIL Son varios los países que han trabajado en el desarrollo de los sistemas de levitación magnética en los ferrocarriles, aunque actualmente sólo Alemania y Japón tienen proyectos concretos que podrían ser implantados para uso comercial en un futuro inmediato. Este método tiene la ventaja de ser más rápido, silencioso y suave que los sistemas de transporte colectivo sobre ruedas convencionales. La tecnología de levitación magnética tiene el potencial de superar 6.400 km/h (4.000 mph) si se realiza en un túnel al vacío. Cuando no se utiliza un túnel al vacío, la energía necesaria para la levitación no suele representar una gran parte de la necesaria, ya que la mayoría de la energía necesaria se emplea para superar la resistencia del aire, al igual que con cualquier otro tren de alta velocidad. La mayor velocidad registrada de un tren maglev fue de 581 km/h, logrado en Japón en 2003, 6 km/h más rápido que el récord de velocidad del TGV convencional. Ventajas del Maglev Las razones para la elección de este sistema de transporte son las siguientes:  Debido a la falta de rozamientos, la velocidad máxima teórica que puede alcanzar es muy superior a la de un tren convencional.  Es un tren muy seguro, pues sus características constructivas hacen imposible el descarrilamiento.  Como no existe o entre las partes móviles, éstas apenas se desgastan. Además desaparece la catenaria. Todo esto facilita el mantenimiento de los vehículos y la vía.  Presenta niveles muy bajos de contaminación acústica.




La única fuerza que limita su avance es la resistencia del aire.

Modo de Funcionamiento El principio de funcionamiento de este tren es su propulsión, levitación y guiado por medio de la fuerza electromagnética que actúa entre los imanes superconductores del tren y las bobinas de la vía. El sistema de propulsión del vehículo es un motor síncrono lineal:  El inductor son las bobinas trifásicas colocadas en la vía.  El inducido son las bobinas superconductoras del tren. La vía se divide en partes de una determinada longitud y las bobinas que están dentro de cada parte se conectan en serie entre sí formando una sección de alimentación. Cada sección se conecta a la toma de corriente mediante un interruptor de sección. El sistema de levitación está compuesto por un imán superconductor en el tren y bobinas cortocircuitadas en la vía, las cuales pueden sustituirse por unas planchas de metal, haciendo el mismo efecto. Cuando el vehículo se mueve lo hace también el campo magnético creado por los imanes superconductores. Si el circuito es inductivo se genera una fuerza de levitación, mientras que si es resistivo la fuerza de levitación se anula y aparece una fuerza magnética de resistencia que se opone al movimiento. Como este sistema se basa en la corriente inducida en la bobina de la vía, la fuerza de levitación es cero cuando está parado. La fuerza de levitación aumenta con la velocidad del vehículo, aunque por encima de cierta velocidad el aumento es mínimo. Cuando la fuerza de levitación iguala el peso del vehículo, éste despega. Además el sistema de levitación genera una fuerza lateral que debe ser considerada y anulada por el sistema de guiado.


Sistema de levitación

El sistema de guiado se basa en el mismo principio que el sistema de levitación. La diferencia entre ambos reside en que el sistema de levitación actúa siempre para generar una fuerza que soporte el peso del vehículo, mientras que el sistema de guiado genera una fuerza sólo cuando el vehículo se desplaza lateralmente; por todo esto se suelen conectar entre sí las bobinas de ambos lados de la vía.

Sistema de guiado

Dentro del apartado de construcción del sistema del tren lo que más se tiene en cuenta es el aspecto económico, por lo que para abaratar costes por kilómetro de vía es necesario disminuir el número de bobinas. Para llegar a tal objetivo se ha optado, tras numerosos estudios, por la disposición vertical de las bobinas. Los convertidores de potencia alimentan las bobinas de propulsión de la guía, lo que hace que estas bobinas actúen como imanes. La interacción entre las bobinas de propulsión y los imanes superconductores del tren produce la fuerza propulsora. Los imanes superconductores ejercen fuerzas de atracción y repulsión sobre las bobinas de la base, por lo que éstas deben de ser lo suficientemente resistentes. Como las bobinas de propulsión deben instalarse a lo largo de toda la vía, deben de ser lo más baratas posible.


Para reducir considerablemente el campo creado por los armónicos se adopta por disponer las bobinas en doble capa, cubriendo cada bobina 180º eléctricos. Cualquier mecanismo basado en superconductividad necesita un sistema de refrigeración, ya que a temperaturas altas los materiales superconductores pierden sus propiedades y se vuelven conductores. El sistema de refrigeración utilizado en el tren japonés es un ciclo de gas cerrado en el que el refrigerador está directamente conectado al tanque de helio del imán y el compresor está situado en el vagón. Las partes de este sistema de refrigeración son:  Un refrigerador de helio.  Un compresor.  Un tanque de reserva de helio.  Una unidad de control.


III.2.

DINAMICA VERTICAL III.2.1. INTRODUCCION Las ruedas y los rieles son los componetes estructurales mas severamente cargados en las vias ferreas. Los defectos relacionados con las irregularidades del perfil de las ruedas y de la riel son los que tienen mayor incidencia sobre los daños genrados en los componentes del vehiculo y de la via, debido a que se genrean fuerzas y esfuerzos dibamicos de o significativos entre la rueda y la riel, que pueden exceder con frecuencia los 400KN en amplitud. Estas cargas se propagan a traves de los componentes del bogie (rodamientos, suspensiones) y a traves de la estructura de la via (rieles, durmientes, balasto), donde pueden ocurrir danos por fractura y fatiga. Los diferentes tipos de defectos de la rueda pueden incluso causar fatiga de alto ciclaje de componentes del vehiculo como los cojinetes. III.2.2. CONSIDERACIONES PRINCIPALES FUERZAS VERTICALES RUEDA/RIEL Los vehículos del futuro con velocidades y cargas de eje mayores o ruedas más pequeñas, deben ser diseñados de tal manera que no generen fuerzas verticales que superen las inducidas actualmente a las velocidades máximas corrientes. Adicionalmente, se deben reducir las irregularidades inevitables que causan fuerzas altas en las uniones soldadas, cambiavías y paso a nivel o en vehículos, como los planos de las ruedas CAUSAS QUE INCREMENTAN LAS FUERZAS EN LA INTERFACE RUEDA/RIEL Las principales causas que incrementan las fuerzas entre la riel y la rueda son:  Irregularidades aisladas en la superficie de trabajo del riel que ocurren por los defectos de las juntas y en las soldaduras y por el diseño en puntos y pasos a nivel.  Irregularidades periódicas tales como las ondulaciones sobre la superficie del riel o el efecto repetitivo del espacio entre durmiente  Variaciones ondulatorias del perfil longitudinal (irregularidades en el extremo de la vía)  Defectos en el vehículo como los planos de las ruedas y en la excentricidad de la rueda  Variaciones aleatorias en la rigidez del soporte del durmiente tales como los puntos duros y los vacios.


III.2.3. INTERACCION: VIA Y VEHICULO En general, el estudio de la interacción entre la rueda y el carril se puede llevar a cabo de dos maneras distintas: en el dominio de la frecuencia, o en el dominio del espacio. Cada una de ellas tiene unas aplicaciones determinadas para las que presenta ventajas respecto de la otra. Así, el trabajo en el dominio de la frecuencia permite obtener modelos lineales muy precisos, que incluyen la deformación de la sección del carril y la propagación de las ondas de elongación, flexión y alabeo, y que presentan como gran ventaja su rapidez de cálculo. Además, dada esa gran velocidad de cálculo de los modelos en el dominio de la frecuencia, es posible la optimización de los parámetros de las vías para mejorar su comportamiento. Sin embargo, en los problemas no lineales, es necesario recurrir a modelos en el dominio del tiempo. Estos requieren un mayor tiempo de cálculo, aún con modelos mucho menos precisos que aquellos a los que se puede llegar trabajando en el dominio de la frecuencia. Un sistema vehículo/vía está compuesto por ruedas rígidas pesadas que corren sobre rieles robustos. Las imperfecciones existentes en el camino de rodadura de estos componentes, promueven la generación de incrementos súbitos en las cargas dinámicas de o entre la rueda y el riel, que son incrementados con la velocidad. Partes constitutivas del sistema vehículo/vía.


III.2.4. SOLICITACIONES IMPORTANCIA DE LA RIGIDEZ VERTICAL EN LA VÍA Y SOLICITACIONES 1. Efectos dinámicos La velocidad de circulación de los trenes, y más si es en alta velocidad, genera sobre la vía unas solicitaciones verticales superiores

a

las

cargas

estáticas

habituales.

Estas

solicitaciones mayores provienen del paso de una carga por un punto a una cierta velocidad, pero también se ven aumentadas por las condiciones y características de la vía, los vehículos y su equipamiento. De esta forma estos esfuerzos dinámicos se pueden ver muy ampliados, y análogamente la deformaciones que generan, llegando a rangos de ser hasta tres veces superiores que la produciría una carga de igual magnitud en reposo. La Figura 1.1 nos muestra estas diferencias entre el estado dinámico y el estático en una vía de ferrocarril, comparando las cargas por eje (en reposo) y la carga registrada en la vía mediante sensores de tensión. El gráfico de la izquierda nos muestra las medidas registradas en una vía de pruebas en Colorado, mientras que en el de la derecha están registrados en la vía principal de conexión entre Nueva York y Washington. Podemos ver en ambos casos como a partir de pesos por eje alrededor de 200 kN las cargas dinámicas se hacen cada vez mayores, incrementándose respecto a las estáticas. De todas formas es evidente que estos incrementos son mucho menores en el caso de la línea de Colorado, debido a que se trata de una vía de pruebas que se halla en unas condiciones de mantenimiento casi perfectas, mientras que la de Nueva York es una ruta comercial, en un estado no tan


perfecto, y que se realiza en muchos tramos a velocidades altas.

Figura 1.1. Cargas estáticas y dinámicas para la línea de Colorado (a) y Nueva York (b) Tomado de Lim (2004). Estas medidas representan como la velocidad, las pequeñas irregularidades y daños, afectan de forma directa a la excitación

dinámica,

ampliando

su

magnitud,

y

en

consecuencia el rápido deterioro de la vía, haciendo aumentar las cargas dinámicas progresivamente. Aunque no es el único origen de las excitaciones dinámicas, muchas irregularidades que las causan se dan en los os entre elementos de la vía, como el o ruedacarril, o el traviesa-balasto. Este conjunto de elementos que forma la totalidad de la vía ha llevado a los estudios a


representar todo el comportamiento de forma ideal con modelos matemáticos. La interacción dinámica entre vehículo y carril (en esfuerzos verticales)

puede

representarse

de

forma

razonable

mediante multitud de modelos. La figura 1.2 da un ejemplo claro de un modelo discreto de suspensión del vehículo por muelles y amortiguadores, una viga soportada por otro sistema de mulles y amortiguadores que representa el sistema placa de asiento/traviesa/balasto, y finalmente el sistema de o hertziano para describir el o entre rueda y carril.

Figura 1.2. Modelo discreto vía-vehículo Fuente: Esveld (2001) 2. Rigidez vertical de la vía: La rigidez vertical de la vía depende de la rigidez de sus componentes: carril, placa de asiento, fijaciones, balasto, subbalasto y plataforma. Esta se obtiene teniendo en cuenta las consideraciones que se describen a continuación. Cuanto mayor es la rigidez vertical de la vía, mayores son sus sobrecargas dinámicas sobre el carril según la formulación de Prud’Homme (1970):


Donde: 

σ∆QNS representa las sobrecargas dinámicas debidas a las

 

masas no suspendidas del material circulante. a » 0,42 b es una variable relacionada con los defectos de vía y del

 

vehículo. v es la velocidad de circulación del vehículo, en Km/h. NS m es la masa no suspendida por rueda del vehículo, en



toneladas. k es la rigidez vertical de la vía, en t/mm. De ésta forma sólo con aumentar la flexibilidad de la estructura (aunque la masa no suspendida y la velocidad sean iguales) los esfuerzos dinámicos son reducidos, y resulta muy interesante de cara a minimizar la amplificación de esfuerzos sobre la capa de balasto. Estas reducciones de la rigidez no se pueden llevar hasta según qué extremos, debido a que, para una mayor flexibilidad (menor rigidez), la disipación de energía aumenta y por lo tanto también lo hacen los costes de tracción, como

se ve en la figura 2.1.


Figura 2.1. Valor óptimo de la rigidez vertical de una vía.Tomado de López Pita (2006).

Teniendo en cuenta estos factores P. Texeira (2004) consideró como óptimo el valor de 78 kN/mm de rigidez vertical para una vía de alta velocidad con circulaciones alrededor de 300 Km/h. III.2.5. DISEÑO DEL MATERIAL MOTOR Material motor Se define la capacidad del material motor de una empresa ferroviaria, como el nivel máximo de trafico que puede realizar este parque en condiciones reales de explotación, suponiendo que están dotados de recursos ilimitados el resto de los medios de transporte del ferrocarril. IV.

CONCLUSIONES - La circulación del tren sobre la vía origina esfuerzos longitudinales, verticales y transversales. - Es necesario conocer los esfuerzos que se genera a partir de la interacción rueda carril. - La evaluación de la interacción dinámica entre el tren y la vía férrea se necesitará de modelos matemáticos, incluso de sofwares. V. BIBLIOGRAFIA - "Ferrocarriles: Ingeniería e infraestructura de transportes" DANIEL ALVAREZ MÁNTARAS, PABLO LUQUE RODRIGUEZ (Universidad de Oviedo). - “Infraestructuras ferroviarias” ANDRÉS LÓPEZ PITA (Temas de transporte y territorio TTT) “Tratado de explotación de ferrocarriles (I)” FERNANDO OLIVEROS RIVES. et al.

Trabajo Fina 123s3j

Overview 3e4r5l

More details w3441

Related Documents 3m3m1z

Trabajo Fina 123s3j

Motricidad Fina Hojas De Trabajo Preescolar 732t4b

Lenceria Fina 485927

Fina Estampa 5p2z41

Parcial Fina 3i722h

Obra Fina 673v3r

More Documents from "Jonatan Joseph Holguin Cutimbo" 1e6z46

Trabajo Fina 123s3j

6l6m1j

Petrologia De Ilave-acora 3q1s28

128252_diseno De Avastecimiento De Agua.xlsx 663u70

6l6m1j

Diodo Varicap 2f3q2j