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II edición del curso de especialización en:

INGENIERÍA FERROVIARIAINGENIERÍA FERROVIARIAINGENIERÍA FERROVIARIAINGENIERÍA FERROVIARIA

� MÓDULO:MÓDULO:MÓDULO:MÓDULO: 3. Explotación Ferroviaria

� TEMA:TEMA:TEMA:TEMA: 7. Explotación de las infraestructuras ferroviarias

� FECHA: FECHA: FECHA: FECHA: 9 de mayo de 2014

� PROFESOR: PROFESOR: PROFESOR: PROFESOR: Joan Cantero de Matos

Sistemas de bloqueoDefinición

� Bloqueo : todo procedimiento verbal, escrito otecnológico que sirva para evitar la colisión frontal en víaúnica y el alcance de trenes en vía doble.

� Inicio del ferrocarril: protección de los trenes medianteguardas (espaciamiento de trenes por tiempo ).

� Evolución al espaciamiento por intervalo : sistema debloqueo, mediante la división de la vía en cantones conseñales a la entrada.

Sistemas de bloqueoEvolución

� Expedición de trenes mediante unoshorarios: línea bloqueada

� Trenes separados en distancia� Bastón testigo o token� Equipo morse más equipo de bloqueo

eléctrico

Sistemas de bloqueoPrincipales sistemas

� Bloqueo telefónico� Bloqueo eléctrico manual� Bloqueo automático

� Con pedales� Con contadores de ejes� Con circuitos de vía� Bloqueo automático luminoso� Bloqueo automático con CTC


� Bloqueo telefónico�Seguridad mediante el aviso de la llegada del

tren a una estación y la petición de vía porparte de esta estación a la contigua y laconcesión por ésta última estación de dichasolicitud por medio de telefonemas.

�Sistema flexible, condicionado a las averíastelefónicas y limitadora de la capacidad de lalínea.


� Bloqueo eléctrico manual�Sistema eléctrico que relaciona la

señalización de las estaciones colaterales.


� Bloqueo automático� Las circulaciones establecen a su paso la

señalización correspondiente.� Con pedales.� Con contadores de ejes.� Con circuitos de vía: shuntado del circuito de vía por

el eje de los vehículos.� Bloqueo automático luminoso: circuitos de vía más

señalización luminosa.� Bloqueo automático con CTC (Control de Tráfico

Centralizado).


LOPEZ PITA, 2008 (DE RENFE Y V. GONZALEZ, 2007)

Bloqueo automático entre estaciones con contadores de ejes


Secuencia de cambio de señales durante el funcionam iento del bloqueo automático luminoso en doble vía

LOPEZ PITA, 2008 (DE RENFE)


Bloqueo eléctrico manual Bloqueo automático en vía única

Sistemas de bloqueoPrincipales sistemasBloqueo automático en vía doble: la secuencia verde, amaril lo,rojo (líneas 160 km/h)

� Incremento de la densidad de circulación: instalación de una segunda vía,dando lugar a sistemas de bloqueo independientes en cada vía (bloqueoautomático en vía doble).

� Estos sistemas de bloqueo fueron dotados de una señalización luminosalateral en la que se estableció una secuencia de tres aspectos (colores): rojo,amarillo, verde. Un tren se encuentra protegido por la distancia existenteentre señales que se corresponde con la distancia de frenadonecesaria , desde la máxima velocidad a la que el tren puede circular por esepunto.

� Evidentemente, esta distancia depende de la capacidad de frenado de cadatren. La seguridad en la circulación se garantiza limitando la velo cidadmáxima de circulación de cada tipo de tren . Así aparecen los diferentestipos de tren que en definitiva son trenes con diferentes capacidades defrenado. A menor capacidad de frenado corresponde una menor velocidadmáxima.

Sistemas de bloqueoPrincipales sistemasBloqueo automático en vía doble: la secuencia verde, verdeintermitente, amarillo, rojo (líneas 220 km/h)

� Nuevamente el incremento de la demanda y la competitividad entre lossistemas de transporte requirió aumentar la velocidad de los trenes de 160 a220 km/h.

� En las líneas seleccionadas para circular a 220 km/h fue necesario adaptar elbloqueo automático ya establecido a 160 km/h, de modo que se pudiesemantener una distancia de frenado suficiente para que los trenes quecirculasen a 220 km/h fueran capaces de parar ante una señal en rojo depeligro. Esto obligó a crear un nuevo aspecto: verde intermitente.

� El bloqueo automático en vía doble pasa a tener cuatro aspectos: verde,verde intermitente, amarillo y rojo.

Sistemas de bloqueoPrincipales sistemas� En el área de los trenes metropolitanos, caracterizados por

velocidades en el entorno de los 100 km/h e intervalos entre trenestípicos de 100 segundos, aparecieron los sistemas de ATPcontinuos (Automatic Train Protection) y ATO (Automatic Tr ainOperation) casi simultáneamente con el desarrollo de la AltaVelocidad.

� Más recientemente se han creado los sistemas CBTC(Communications Based Train Control) basados en comunicaciónpor radio, con el objetivo de proporcionar intervalos de unos 70segundos entre trenes al mismo tiempo que tratan de reducircostes.

Sistemas de bloqueoVías banalizadas

� Aprovechamiento de la infraestructura conincremento de la capacidad de la línea en casode necesidad de hacer circular los trenes por lavía a contravía (por obstrucciones de vía,trabajos de mantenimiento, etc.) Número decirculaciones diarias entre 350 y 400 (en variasvías).

� Existencia de playas horarias en dondepredominasen los tráficos en un sentido .

� Presencia de trenes de viajeros y mercancías .

Diseño del servicio ferroviarioProceso

� Perfil de demanda

� Confección de horarios� Datos del perfil de la vía� Velocidades máxima por geometría de la vía� Tipo de tracción a utilizar y curvas características de tracción� Composición y carga del tren� Condiciones de seguridad. Tipo de frenado, enclavamiento y

bloqueos� Longitud de estaciones

Diseño del servicio ferroviarioProceso� Cuadros de marcha:

� Tiempo de marcha tipo: tiempo de marcha necesariaentre dos puntos.

� Marcha base: tiempo más corto posible para recorreruna sección determinada de la línea, en función de:

� La conducción del tren por el maquinista� Las prestaciones del material motor� La alimentación de la corriente de tracción� La adherencia� La resistencia del material remolcado por las secciones de la

línea� La velocidad permitida por el trazado


� Cuadros de marcha:� Margen de regularidad: tiempo suplementario a la

marcha base para compensar:� Trabajos periódicos de conservación de las instalaciones� Posibles tiempos perdidos a causa de incidentes técnicos a

nivel de explotación, condiciones, meteorológicas adversas,tiempos de parada en estaciones elevados por afluencia deviajeros, etc.

� Ficha UIC 451-1 (basado en distancia recorrida o porcentajedel tiempo de recorrido)


� Cuadros de marcha:�Margen suplementario: incremento de tiempo

para compensar retrasos debidos a larealización de importantes trabajos en lasinstalaciones durante un largo periodo detiempo.

Diseño del servicio

Estático Dinámico

Programación del servicio

Ciclos de material

Turnos de personal

Documentación operativa

Información estática cliente


Diseño del servicio

Programación del Servicio

Ciclos de material

Diseño dinámico

Análisis de estabilidad

� Cargas del servicio en los diferentes sistemas

� Información comercial� Consultas para los

agentes� Consultas varias

Turnos de personal

Salidas de información

� ISW (LRTC)� EGIS RAIL� MOM (ADIF-UPV)� OPENTRACK

Diseño estático

Definición horarios y mallas

� LP-EasyDriver de EURODECISION

MULTIRAIL

� HASTUS de GIRO� DAVINCI de INDRA� MULTIRAIL


Diseño del servicio ferroviarioCuadros de marchas. FGC Barcelona-Vallès

Diseño del servicio ferroviarioCuadros de marchas. FGC Llobregat-Anoia

Diseño del servicio ferroviarioAnálisis dinámico� Simulación de procesos : movimientos de trenes,

comportamiento del sistema de señalización,consecuencias de retrasos y otras incidencias.

� Comparación de diferentes escenarios en función dela infraestructura, analizar la capacidad de líneas yestaciones y realizar estudios en función del materialmóvil.

� Permite realizar análisis de robustez (o estabilidad)mediante la simulación dinámica del servicio.

Diseño del servicio ferroviarioAnálisis dinámico

OPENTRACK TM

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneas� Para la optimización del servicio ferroviario, a través del máximo

aprovechamiento de los recursos implicados, es necesario gestionar la capacidad de las líneas, es decir:� Programar los trenes de acuerdo con la capacidad disponible.� Tomar decisiones en caso de incidencias en la explotación� Priorizar las inversiones de incremento de capacidad, teniendo en

cuenta su eficiencia.

� El cálculo de la capacidad de una línea depende de :� Condiciones técnicas de explotación (señalización, distancia entre

estaciones, vía, material móvil, etc..)� Márgenes a respetar.

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneas� Qué es la capacidad de una línea ferroviaria: El número de

trenes que puede circular por una determinada línea en unintervalo de tiempo dado, y de acuerdo con un sistema deexplotación específico.

� No es una característica de la infraestructura, sino que depende dela modalidad en que sea utilizada, es decir, del sistema deexplotación.

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneas� Qué es el tiempo mínimo de sucesión: El tiempo mínimo de

secuencia de trenes circulando uno detrás del otro, de manera queel segundo tren no sea perturbado en su marcha por el trenprecedente.

� Qué es perturbación de la marcha de un tren: Situación en la queun tren recibe una orden de la señalización que le obligue a reducirla marcha por distancia del tren precedente.

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasConceptos básicos

� Sección o cantón: Porción de línea comprendido entre dosestaciones o puntos de cruce y/o alcance colaterales.

� Tramo: Sucesión correlativa de secciones situadas entre dospuntos significativos y homogéneos de una línea (ejemplo:bifurcaciones)

� Línea: Sucesión correlativa de tramos que unen dos puntossignificativos de una red, como estaciones terminales.

� Surco: Lugar geométrico seguido por la marcha de un tren (sillon,slot)

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasFactores que inciden en la capacidad de una línea:

� Número de trenes� Velocidad media� Estabilidad / Robustez� Heterogeneidad

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasFactores que inciden en la capacidad de una línea

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasIntervalo entre trenes en vía única

� t1 = tiempo de salida tren 1 desde estación A hacia B

� t2 = tiempo de recorrido de A a B tren 1

� t3 = tiempo de entrada tren 1 en estación B

� t4 = tiempo de activación de señal de salida tren 2 de B

� t5 = tiempo de salida tren 2 desde estación B hacia A

� t6 = tiempo de recorrido de B a A tren 2

� t7 = tiempo de entrada tren 2 en estación A

� t8 = tiempo de activación de señal de salida tren 3 de A

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasIntervalo entre trenes en vía única

t1

t8Estación A

Señal Entrada A

Señal Entrada B

t2

t3

t4

t5

Estación B

t6

t7

Intervalo mínimo de sucesión

∑=

=8

1iitI

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasIntervalo entre trenes en doble vía

Estación A Estación B

Doble vía

V A R


� t0 = tiempo de establecimiento de bloqueo en estación A para tren 1

� t1 = tiempo de visibilidad y recorrido a inicio cantón (salida de A)para tren 1

� t2 = tiempo de recorrido de A a B tren 1

� t3 = tiempo de liberación de bloqueo para tren 1

� t4 = tiempo de establecimiento de bloqueo en estación A para tren 3

� t5 = tiempo de visibilidad y recorrido a inicio cantón (salida de A)para tren 3


t1

Estación A

Señal

t2

Tren

1

t3Estación B

t0

I= intervalo mínimo de sucesión

t3

Tren

3

t4

t5

∑=

=4

1iitI

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneas

Cálculo de la capacidad

� Existen diversos métodos:

� American Association of Railroads, 1960� Renfe, 1973� Deutsche Bundesbahn, 1975� Método UIC, 1979

� El Método UIC permite:

� Ser aplicado en cualquier línea� Tener en cuenta la heterogeneidad de circulaciones� Tener en cuenta los distintos sistemas de explotación� Sencillez de aplicación


Formulación de la capacidad (UIC)

donde:

� N = Número de trenes en el periodo de referencia T� Emin = Intervalo medio de sucesión mínima entre trenes

consecutivos (min)� tinc = Tiempo correspondiente a incidencias o margen de

regularidad (min)� tsup = Tiempo suplementario


Formulación de la capacidad (UIC)

� T = Periodo de referencia� 1 día = 1.440 minutos� 1 hora = 60 minutos� Emin = Separación media entre trenes, por sus valores

mínimos, en la sección determinada

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasLas restricciones de la capacidad

� Prioridad de tráficos

Las reglas de prioridad de tráfico influyen en la capacidad de una línea,puesto que fijan algunos surcos por razones ajenas al máximoaprovechamiento de la infraestructura (ejemplo, reglas relativas al tráficointernacional).

� Estructura del horario

La combinación de tráficos de viajeros, media distancia, metropolitanoscadenciados, mercancías, etc. generan mermas de capacidad. A mayorhomogeneidad, más capacidad diferentes tiempos concedidos generanmenor aprovechamiento (menos surcos).

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasLas restricciones de la capacidad

� Protección del medio ambiente

La normativa de protección ambiental, relativa a la emisión de ruido, puede implicarrestricciones para el volumen de tráfico a lo largo de un periodo determinado (el efectoes acumulativo con el tiempo), o a partir de cierta hora del día (servicios nocturnos).

El transporte de mercancías peligrosas, puede también ser desviado de un corredor aotro, influyendo en su capacidad.

� Aspectos relativos a la seguridad y restricciones técnicas

Ciertos tipos de tráfico, ciertos sistemas de frenado, el tipo de alimentación energética, eltipo de corriente suministrada, o la potencia disponible, pueden ser factores limitantes dela capacidad.


Tiempo de ocupación de una sección. El tiempo de ocupación deuna sección o cantón de bloqueo depende del tiempo necesario parael recorrido del tren, del sistema de bloqueo, de la señalización y dela tecnología de seguridad.

Ficha UIC 406. Esta ficha ha sido publicada por la unión internacional de los ferrocarriles (UIC) en septiembre de 2004 y está conforme al copyright de UIC.


Tiempo de ocupación de una sección. Para una misma sección,velocidades de tren distintas implican tiempos de ocupación distintos.



Cálculo del consumo de capacidad

Método indirecto y objetivo de cálculo de la capacidad paralíneas de operación compleja (heterogeneidad, densidad, etc.)

� Zonas apropiadasSe aplica a una sección dada. Para el cálculo de una línea,requiere el análisis de todas las secciones para todos lositinerarios posibles.

� Ventanas de tiempo apropiadasSe aplica a un día representativo (miércoles, jueves) y para unperiodo punta de 2 horas mínimo.


Cálculo del consumo de capacidad

� Compresión de surcos

Surcos a considerar :� Surcos en operación (horario vigente)� Surcos pre-programados o potenciales (corredores de

mercancías)� Surcos para el mantenimiento (bandas de mantenimiento)� Maniobras en los nudos� Ocupación de vías para el material móvil (estacionamiento)

En la compresión, los surcos se aproximan, unos a otros, manteniendo elorden de sucesión de trenes, pero sin dejar tiempo entre las ocupaciones deuna misma sección para cada tren, sin solapes.


Compresión de surcos


Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasTiempos

� Tiempo de trayectoEquivale a la marcha del tren en la sección (marcha base + margen deregularidad)

� Tiempo tampónEs el tiempo a añadir al intervalo mínimo entre trenes por exigencia de laseñalización. Permite reducir la probabilidad de perturbación de la marcha delos trenes.

� Tiempo tampón de crucePara línea de vía única, se utiliza entre surcos de trenes en sentido alternado,en el momento de producirse un cruce en una estación o apartadero que lopermita.


Métodos de cálculo


Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasMétodos de cálculo

La capacidad consumida es, expresada en minutos :

λ = a + b + c + d

donde :

� λ = tiempo total de consumo de capacidad� a = tiempo de ocupación (suma de tiempos de trayecto)� b = tiempo tampón� c = tiempo tampón de cruce (líneas en vía única)� d = tiempo añadido para el mantenimiento

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasMétodos de cálculo

Por lo tanto, el porcentaje de capacidad consumida es :

K = λ .100U

donde:

� K = Consumo de capacidad (%)� U = Ventana de tiempo elegida (min)

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasAplicación. Valores de saturaciónEtapas de aplicación:

� Proceder a la compresión de los surcos de los trenes del horario.� El volumen de ocupación (% en la ventana de tiempo) resultante, se

compara con los valores del cuadro siguiente:

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasAplicación. Valores de saturación

� Si la ocupación (%) es igual o superior al valor del cuadro, lainfraestructura se considera saturada, y no se puede añadir ningúnsurco.

� Si la ocupación (%) es inferior al valor del cuadro, prosigue elproceso de aplicación.

� Se intentará insertar surcos suplementarios en el horario y la secciónprecisos.

� Si no es posible, la capacidad remanente representa una capacidadperdida e inutilizable.

� Si los surcos añadidos son posibles, una parte de la capacidadresidual se considera utilizable. Entonces debe repetirse el análisisde compresión con estos nuevos surcos.

� El proceso prosigue hasta alcanzar los valores de saturación de lainfraestructura.

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasAumento de capacidad de las líneas

Medidas referentes a la organización de los trenes� Aumento de la velocidad de los trenes� Agrupamiento de las diferentes velocidades de circulación� Formación de “paquetes” de trenes� Programación de los trabajos de conservación

Medidas técnicas referentes a las instalaciones de segurid ad ycomunicaciones

� Modificación de los cantones, recantonamiento� Banalización de vías� Reducción del tiempo necesario para la formación y la

destrucción de itinerarios, por modernización de lasinstalaciones de seguridad.

� Modernización de los sistemas de bloqueo y seguimiento delos trenes.

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasAumento de capacidad de las líneas

Medidas técnicas referentes a la infraestructura� Mejora de las líneas existentes (trazado, superestructura)� Construcción de nuevas líneas� Desdoblamiento de vías únicas� Modernización de las vías de adelantamiento (velocidad de

entrada y salida y/o aumento de la longitud útil)� Construcción de saltos de carnero para evitar cruces a nivel� Acondicionamiento de los nudos ferroviarios

Medidas técnicas referentes a la tracción� Electrificación de la línea� Incorporación de locomotoras politensión

Diseño del servicio ferroviarioCapacidad de las líneasValores de referencia

Muchas gracias

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