INGENIERIA DEL TRANSPORTE

68.07

Transporte Ferroviario

UBA - Facultad de IngenieríaDepartamento Transporte

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Estructura de Vía

A 30 cm

( 1:1 )

( 2 - 3 % )

( 60 cm )

( 45 cm )

Subrasante

Balasto (posición, transmisión de esfuerzos, drenaje)

Durmiente

Fijación

Riel

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BalastoDurmiente (en madera: 12 x 24 ) longitud = trocha + 1m. Densidad en vías principales entre 1100 y 1700 dtes/km (aprox. 60 cm entre si)Otros materiales: hormigón armado y pretensado / metálicos

Balasto: piedra granítica de aristas vivas entre 20 y 60. Desgaste LA 25%. Entre 1700 y 3000 tn/km de vía según tipo trocha.

Pd = P / (b d)h 30 cm

d = 90 cm

P

Zona sin compactar

Long.durmiente

t

b

Pd = P / [ (2h + b) d ] adm

Durmiente

45°

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Rieles y fijaciones

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Rieles y fijacionesPESO DEL RIEL (fórmulas empíricas):

p (kg/m) > Vmáx (km/h) / 2,2 para V 160 km/h 2,5 P para P = peso del eje más pesado en ton

31,046 T 0,2033 para T = millones de ton brutas anuales

FIJACIONES

DirectaRígida

Clavo de víaTirafondo

FlexibleClavo flexibleClepe

IndirectaRígida

Silleta y tirafondoFlexible

Clepe sobre placa de asiento

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Rieles y fijaciones

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Elementos de la Vía Ferroviaria

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Gálibo y Perfil de Obra

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En llanura : i 5 %o ( 1000 m)

En colina : 5 %o i 12 %o

En montaña : i 12 %o ( 150 m)

Técnicas de trazado para iterreno > id :

» faldeo (apoyado en ladera)

» lazo (faldeo con curvas horizontales)

» zig-zag (con cambio de sentido de marcha)

» hélice (rodeando el cerro)

Normas básicas de trazado

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Curvas Horizontales: Peralte

Acción sobre el riel int. a causa del pesoPr = P sen

Acción sobre el riel ext. por la F centrífugaFc = F cos

Para 0 tg sen = h / t

cos 1

Pr P h / t

Fc F = (P/g) * (V2/ r)

W = PR = G = tE = h

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Curvas Horizontales: Peralte

W = PR = G = tE = h

Pr P h / t

Fc F = (P/g) * (V2/ r)h = t ((V2 / r)/g) h = t V2 / 127 r con h,t y ren m y V en km/h

hadoptado = 2/3 h t /10(para evitar sobrepresión en el riel interno con los trenes lentos)

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Curvas Horizontales: Transición

1%o

EC CE ETTE

riel exterior

riel interior

hadop

Le = 10 hadop

TANGENTE TANGENTEESPIRALESPIRAL CIRCULAR

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Se emplean parábolas

Cóncavas: L (m) = 60 i (%o ) acoples traccionados

Convexas: L (m) = 30 i (%o ) acoples comprimidos

Curvas Verticales

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SEÑALAMIENTO AUTOMÁTICO

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ESTACIÓN EN VÍA SENCILLA

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Tracción ferroviariaFenómeno de rodadura

TL= Peso de la locomotora (ejes tractivos).M = Momento transmitido por el motor.R = Resistencia del tren.F = Fuerza en la llanta = M / r= Coeficiente de adherencia rueda - riel.

0,33: Riel seco.0,10: Riel húmedo.

FTL.TL

F

M

R

Si :

F R y F TL Inmovilidad (ni giro ni traslación).

y F TL Giro con resbalamiento sin traslación.

F R y F TL Traslación con resbalamiento.

y F TL Traslación sin resbalamiento.

r

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• Resistencia al movimiento uniforme: Ro– Rozamiento en los ejes.– Rodamiento rueda - riel.– Movimientos anormales (sacudidad y oscilaciones).– Fricción con el aire.

• Resistencias accidentales: – De inercia (al cambio de velocidad tangencial): Ri– A las pendientes: Rp– A las curvas horizontales: Rc

R = Ro + Ri + Rp + Rc con R en kg

= ( ro + ri + rp + rc ) ( T + TL) con r en kg/ton y T y TL en ton

Tracción ferroviariaResistencias al avance

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Fórmula de Davis (1926, modificada en 1970):

ro = 0,27 + 9 / w + 0,003 V + 0,175 k V 2 / n w

donde:

ro = Resistencia al movimiento uniforme en kg/tonP = Peso total (ton) w = Peso promedio por eje (ton)n = Nro. de ejes por vehículok = Coeficiente de resistencia del aire

= 0,07 (para vehículos convencionales)V = Velocidad en km/h

Tracción ferroviariaResistencia al movimiento uniforme

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Principio de inercia:R = m a

En la práctica:

Ri = [ ( P / g ) a ] y

ri = ( a / g ) donde:

ri = Resistencia de inercia en kg/tonP = Peso total (ton)a = Aceleración del tren (m/s2)g = Aceleración de la gravedad (m/s2)

= Coeficiente de inercia de masas rotatorias (1,04 a 1,08)

Tracción ferroviariaResistencia de inercia

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Para 0 sen tg

Rp = P tg= P iy

rp = idonde:

rp = Resistencia a la pendiente en kg/tonP = Peso total (ton)i = Pendiente en por mil

Tracción ferroviariaResistencia a las pendientes

P cos P sen

P

Resistencias al rozamiento y al rodamiento

v

Fuerza que se opone al

movimiento

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Fórmula de Desdowitz:

rc = 500 t / R

donde:

rc = Resistencia a la curvatura horizontal en kg/ton

t = Trocha (m)

R = Radio de la curva (m)

Tracción ferroviariaResistencia a las curvas horizontales

Debida al rozamiento de las ruedas sobre los rieles (pestañas y llantas) para acomodarse al cambio de curvatura que hace que el externo sea más largo que el interno.

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FG = F - RL TL

LOCOMOTORA TREN REMOLCADO

TL T

FG

F

Tracción ferroviariaFuerza en el Gancho

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Tracción ferroviariaFuerza tractiva de la locomotora (I)

V

F

TL

Vc = Velocidad Crítica

Curva de Fuerza Tractiva a Plena Potencia

F = 270 P / Vdonde: F = Fuerza en la llanta (kg) P = Potencia (HP) V = Velocidad (km / h)

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Tracción ferroviariaFuerza tractiva de la locomotora (II)

V

Fuerza

TL

Vr = Velocidad de Régmen

R del tren

R > F Sin movimiento

Fa = F - Rdisponible para acelerar

F tractiva

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En la máxima rampa que puede subirse por simple adherencia:

R = TL = Ro + Ri + Rp + Rc

si V = cte y es una una recta Ri = Rc = 0

TL = ( ro + rp ) ( T + TL)

TL = ( roc + imáx ) ( T + TL)

imáx= [TL / ( T + TL) ] - roc

donde:

roc = Resistencia al movimiento uniforme para Vc

imáx = Máxima pendiente que puede subirse por adherencia.

Rampa Máxima

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Velocidad de Régimen Continuo (VRC)

Mínima velocidad a plena potencia que puede mantenerse por tiempo ilimitado sin recalentamiento excesivo de los motores (dato del fabricante).

Rampa Determinante (id)

Máxima rampa para máxima potencia y Velocidad de Régimen Continuo.

Rampas mayores pueden salvarse a velocidades menores o por inercia o corte del tren a velocidades menores que VRC.

En general puede adoptarse id = 25 %o.

Rampa Determinante

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Longitud ideal en recta y horizontal que requiere el mismo

consumo energético (trabajo mecánico) que el trazado en

estudio:

LV = W / Rrecta y horizontal

= (Wpromedio por rampa ambos sentidos+ Wcurva) / [ ro ( T + TL) ]

El trazado ferroviario se basa en minimizar la Longitud Virtual.

Longitud Virtual

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El trabajo mecánico en una sección recta y horizontal de longitud “d”:

W = R d = ro ( T + TL) d

en rampa con i ro :

Wsubida = ( ro + i ) ( T + TL) d

Wbajada = ( ro - i ) ( T + TL) d

Wpromedio = ( Wsubida + Wbajada ) / 2 = ro ( T + TL) d

en rampa con i ro:

Wsubida = ( ro + i ) ( T + TL) d

Wbajada = 0

Wpromedio = [ ( ro + i ) / 2 ] ( T + TL) d > ro ( T + TL) d

(rampa nociva que requiere L > L en recta y horizontal)

en curva horizontal con rc > 0

Wcurva = rc ( T + TL) d = ( 500 t / R ) ( T + TL) [( 2 R ) ( / 360°)]

= k ( T + TL)

con k = 500 t 2 / 360° = 8,73 t

Trabajo mecánico en un trazado