FERROCARRILES – EXAMEN FINAL – 22-Junio-2011 NOMBRE Y APELLIDOS: __________________________________________ Nº DE MATRICULA ____________________ D.N.I. __________________ TIEMPO DE REALIZACION: 90 MINUTOS PUNTUACIÓN: 40 PUNTOS

EJERCICIO Nº 1 La cota de Atocha-AVE en Madrid es la +617.8. La estación de Guadalajara-Yebes está en el pk +64.4 a la cota +919.1. El punto más alto del trazado entre Madrid y Calatayud está en el pk+152 a la cota +1217.6. La estación de Calatayud está en el pk+221.3 a la cota +529.6. La estación de Zaragoza-Delicias está en el pk+306.7 a la cota +200.0.

Un tren de mercancías tiene un coeficiente de inercia del 7% y una resistencia específica en daN/t dada por r = 2.5 + 0.00053V2. Circula arrastrado por una locomotora eléctrica CC de 4000 CV (1 CV = 736 W) de potencia con un rendimiento global de 95% y 120 t de masa y cuyo coeficiente adherencia es = 0.25/(1+0.003 V). Arrastra 20 vagones de bogies de 27 t de tara y cargados al 80%. La velocidad máxima de la locomotora es de 200 km/h. La deceleración máxima de frenado es 0.3 m/s2. El mercancías sale de Atocha a las 7:00. Se pide: 1.- Hacer todas las comprobaciones de arranque y de marcha, explicándolas suficientemente. 2.- Calcular la hora en que el tren llega al punto alto del trazado. 3.- Calcular la hora a que llega a Calatayud y a Zaragoza-Delicias. 4.- Calcular la energía total consumida por el tren hasta Zaragoza suponiendo que toda la energía de frenado se devuelve a la red. 5.- Comparar este resultado con el obtenido por los análisis de las energías cinética y potencial. 6.- Calcular la energía devuelta a la red por frenado. Notas: 1.- Se supondrá el trazado en planta recto, y las alineaciones verticales rectas de uno a otro punto. 2.- Para simplificar los cálculos cada tramo se dividirá, si es necesario, en un máximo de 3 partes.

ESQUEMA DEL TRAZADOSE SUPONE RECTO EN PLANTA

PORQUE LOS RADIOS SON MUY GRANDES

Atocha+617.8pk + 0.0

i = 4.68 mil

Guadalajara-Yebes+ 919.1pk + 64.0

64.400 m

301.3 m

Punto alto trazado+1217.6 mpk +152.0

87.600 m

301.3 mi = 3.44 mil

Calatayud+529.6 mpk +221.3

69.300 m

688.0 mi = -10.0 mil

Zaragoza+200.0 mpk +306.7

85.400 m

329.6 m

i = -3.86 mil

FERROCARRILES – EXAMEN FINAL – 22-Junio-2011 NOMBRE Y APELLIDOS: __________________________________________ Nº DE MATRICULA ____________________ D.N.I. __________________ TIEMPO DE REALIZACION: 45 MINUTOS PUNTUACIÓN: 20 PUNTOS

EJERCICIO Nº 2 Circulando un tren AVE sobre un terraplén, al paso de un eje cuya carga por rueda es de 100 kN moviéndose a 200 km/h el descenso medido en la cabeza de carril en el punto en que la rueda pasa sobre una traviesa es de 1 mm. Los datos de la vía son los siguientes:

d = 0,6 m (distancia entre traviesas) A = 2.400 cm2 = 0.24 m2 (area activa aproximada del extremo de una traviesa monobloc DB) EI60 = 6.426·106 Nm2 (módulo resistente del carril UIC 60) Rigidez del pad de elastómero bajo el carril = 100 kN/mm.

Se pide: 1.- Calcular por el método de Lorente de Nó-Unold-Dischinger la carga vertical que el patín del carril transmite a la traviesa sobre la que está la rueda y a las dos traviesas adyacentes. Indicar el porcentaje de la carga de la rueda que absorben esas 3 traviesas (4 pt)

2.- Calcular los descensos del carril sobre las dos traviesas adyacentes. (3 pt)

3.- Calcular el acortamiento del pad bajo patín. (3 pt)

4.- Calcular:

- la rigidez vertical global de la vía teniendo en cuenta el carril en kN/mm - la rigidez vertical global de la vía en kN/mm sin tener en cuenta la rigidez del carril - la rigidez vertical del conjunto de las capas de balasto y plataforma en kN/mm. - Si se supone que el balasto tiene una rigidez vertical de 200 kN/mm, calcular la rigidez vertical

de la plataforma. Supóngase en todos los casos que los sistemas funcionan como resortes elásticos en serie, es decir, que bajo el patín hay tres resortes: pad, balasto y plataforma. La rigidez del hormigón de la traviesa se supone infinita. (5 pt) 5.- Utilizando el método de Zimmermann-Timoshenko estimar el coeficiente de balasto global de la via. Con este coeficiente de balasto calcular el descenso de las traviesas adyacentes y comparar el resultado con el obtenido por el método de Unold (5 pt)

Notas:

1.- Siendo δ (m/N) la inversa de la rigidez del apoyo las expresiones de Unold son las siguientes

3Lδ= λ

EI

1+ 48λ 4p = q = + 2 p

3 3

Ao

1+3pR = Q

3pq

A1

1+ p - q 7 +3p + 6qR = . Q

1 p+ q 3p q

2.- La expresión del asiento según Zimmermann-Timoshenko es la siguiente

x-

Lv

v

Qd x xz = e cos + sen

2A C L Lv Lv

siendo la longitud elástica 4V

4E IdL =

A C

FERROCARRILES – PRIMER EXAMEN PARCIAL – 22-Junio-2011 NOMBRE Y APELLIDOS: __________________________________________ Nº DE MATRICULA ____________________ D.N.I. __________________ TIEMPO DE REALIZACION: 30 MINUTOS PUNTUACIÓN: 20 PUNTOS

EJERCICIO Nº 3 Resistencia lateral de la vía en balasto. 1.- Se pide deducir la expresión de Prud’homme de la resistencia lateral de la vía cargada L = 1+P/3 (siendo L la resistencia lateral y P la carga del eje en t) en función del rozamiento de las traviesas con el balasto. Se tomará un ángulo de rozamiento interno del balasto de 45º y de rozamiento hormigón-balasto de 30º. Se considerará para los cálculos una traviesa teórica prismática de hormigón de sección 0.3x0.3 m y 2.7 m de longitud con peso específico de 2.4 t/m3. Se considerarán 3 traviesas, se explicarán las hipótesis que sea necesario hacer para los cálculos y para simplificar no se tendrá en cuenta la rigidez lateral de los carriles. (10 puntos) 2.- Las aceleraciones verticales y laterales medidas en caja de grasa al circular el tren por esa vía causan unos grandes golpes de la traviesa al balasto, de forma que al año de la puesta en servicio el balasto ha perdido sus aristas y esquinas y el coeficiente de rozamiento interno ha bajado a 0.25, y el de rozamiento hormigón-balasto a 0.2. Calcular cuánto ha disminuido la resistencia lateral de la vía en esas condiciones e indicar cómo sería la fórmula de Prud’homme en ese caso. (10 puntos).

FERROCARRILES – EXAMEN FINAL – 22-Junio-2011 NOMBRE Y APELLIDOS: __________________________________________ Nº DE MATRICULA ____________________ D.N.I. __________________ TIEMPO DE REALIZACION: 45 MINUTOS PUNTUACIÓN: 20 PUNTOS

EJERCICIO Nº 4 1.- Describir los diferentes sistemas de ATP (Automatic Train Protection). 2.- Definir y describir el sistema ERTMS en sus niveles 1, 2 y 3. 3.- Definir y describir un sistema CBTC 4.- Sistemas de alimentación de energía eléctrica al tren. 5.- Definir y describir: Tracción reostática, Chopper, IGBT y GTO 6.- Ejemplos de AVE de tracción concentrada y distribuida circulando hoy en Europa. 7.- Clasificaciones del mantenimiento actual de la vía ferroviaria 8.- Para qué se utiliza la auscultación por ultrasonidos 9.- Para qué se utiliza la bateadora y el estabilizador dinámico y cómo afecta cada máquina a la resistencia lateral de la vía. 10.- Definir el desgaste ondulatorio. Por qué aparece y cómo se corrige.