sección03

RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

MIDEPLAN - SECTRA

SECCIÓN 3 TRAZADOS FERROVIARIOS Santiago de Chile, 2003

RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

MIDEPLAN - SECTRA

C O N T E N I D O

SECCIÓN 3 TRAZADOS FERROVIARIOS 3-1 3.1 Condicionantes Generales del Trazado 3-1 3.2 Condicionantes Específicas del Trazado 3-1 3.3 Criterios Básicos de Diseño 3-1 3.3.1 General 3-1 3.3.2 Alineaciones Rectas 3-1 3.3.3 Curvas 3-2 3.3.4 Rampas 3-2 3.3.5 Plataforma y Balasto 3-2 3.4 Criterios Específicos de Diseño 3-3 3.4.1 General 3-3 3.4.2 Rampas 3-3 3.4.3 Curvas 3-3 3.4.4 Gálibos 3-4 3.4.5 Entrevías 3-4 3.5 Trazado Geométrico de las Vías Férreas 3-5 3.5.1 General 3-5 3.5.2 Largo Virtual 3-5 3.5.3 Alineación en Planta 3-6 3.5.4 Diseño de Curvas Circulares 3-6 3.5.5 Elementos Complementarios a las Curvas 3-8 3.5.6 Alineación en Perfil 3-19 3.5.7 Entrevías 3-22 3.5.8 Trazado de las Curvas de Acordamiento 3-28 3.6 Diseño de Estaciones 3-33 3.6.1 General 3-33 3.6.2 Desviadores 3-34 3.6.3 Desvíos en Estaciones 3-38 3.7 Mejoramiento de Trazados Existentes 3-41 3.7.1 General 3-41 3.7.2 Aumento de Velocidad 3-41 3.7.3 Mejoramiento de Capacidad de Remolque 3-43 3.7.4 Mejoramiento de las Condiciones de Seguridad de la Vía 3-44 3.8 Normativa que Rige el Diseño de Trazados 3-45 3.8.1 Normas Obligatorias 3-45 3.8.2 Normas Recomendables 3-45 3.9 Bibliografía 3-49

RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA PAGINA

MIDEPLAN - SECTRA

3-1

SECCIÓN 3 TRAZADOS FERROVIARIOS 3.1 Condicionantes Generales del Trazado

Los trazados ferroviarios están determinados básicamente por el propósito del proyecto. Estas condicionantes han sido descritas en la Sección 1 de las Recomendaciones de Diseño, que trata de la definición del proyecto y se refieren a aspectos básicos tales como: • Naturaleza del proyecto: transporte de pasajeros, de carga, mixto • Ubicación geográfica: estaciones terminales y localización aproximada del

trazado • Características geográficas y topográficas de la zona por atravesar • Penetración o circunvalación de núcleos urbanos • Ubicación de las estaciones y terminales • Trocha del sistema • Sistema de tracción: eléctrica, diesel • Estudios complementarios • Marco legal y normativo del proyecto

3.2 Condicionantes Específicas del Trazado

La definición del proyecto determina además algunas condicionantes específicas: • Distribución del tráfico dentro del trazado • Criterios sobre cruces con la vialidad • Criterios sobre el confinamiento de la vía • Requerimiento de líneas secundarias y desvíos • Velocidades de circulación • Requerimientos de capacidad de las vías: vías dobles o múltiples

3.3 Criterios Básicos de Diseño 3.3.1 General

La elección del trazado es uno de los factores básicos en un proyecto ferroviario, debido a su incidencia en los costos de inversión, en la captación efectiva del tráfico proyectado, en los costos operacionales y en los costos de mantenimiento tanto de la infraestructura como de los equipos rodantes. Como consideración general para la elección de un trazado es necesario tomar en cuenta los aspectos que siguen.

3.3.2 Alineaciones Rectas

Como premisa básica, se señala la necesidad de disponer del mayor número posible de tramos con alineaciones rectas y horizontales, lo que en general corresponderá al itinerario más corto posible, e incidirá en los montos de inversión y en la explotación de manera importante:

PAGINA RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

MIDEPLAN - SECTRA

3-2

• Permite menores tiempos de viaje de los trenes, entregando un mejor servicio a los usuarios y disminuyendo la cantidad de equipo necesario para un determinado volumen de tráfico.

• Disminuye la longitud de la infraestructura y por lo tanto la inversión en vía, electrificación, señalización, comunicaciones y seguridad de la vía.

• Los menores tiempos de viaje pueden compensar parcialmente la necesidad de mayores velocidades, que normalmente tienen un costo de inversión y operacional elevado.

• A igualdad de velocidades, trazados rectos y horizontales tienen consumos energéticos menores.

• Se reducen los costos de mantenimiento de la vía y de los equipos, al disminuir los esfuerzos dinámicos entre ambos.

• Un trazado de pocas variaciones en planta y perfil minimiza los procesos de frenado y aceleración, y sus correspondientes costos.

3.3.3 Curvas

La utilización de curvas de gran radio es importante por la incidencia que éstas tienen en los costos de explotación y mantenimiento.

• Las curvas de radio estrecho presentan limitaciones a la velocidad de los trenes y por lo tanto imponen frenados y aceleraciones adicionales, además de alargar los tiempos de viaje.

• El radio de las curvas tiene una gran incidencia en la formación y desarrollo de los defectos de la geometría de la vía, lo que aumenta los costos de mantenimiento de vía y equipos.

• La resistencia de las curvas impone costos adicionales de explotación, básicamente mayores consumos de combustible y energía.

• La presencia de curvas en el trazado encarece los costos de inversión de la vía, al requerir de sujeción adicional; de electrificación, al requerir de menor distancia entre postes y estructuras; de señalización, al disminuir la visibilidad de las señales, requiriendo de repetidoras; de comunicaciones, al reducir el alcance y las cobertura de las radios, etc.

3.3.4 Rampas

La incidencia de las rampas es también fundamental. Las rampas 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 rampas impone costos adicionales de explotación, básicamente mayores consumos de combustible y energía.

3.3.5 Plataforma y Balasto

La calidad de la plataforma de la vía y el balasto son fundamentales para un buen mantenimiento de la geometría. En especial, para el tráfico de pasajeros a velocidades medias y altas (sobre 100 km/h), la geometría de la vía y sus tolerancias son fundamentales para la seguridad y la comodidad de marcha.


MIDEPLAN - SECTRA

3-3

Todo lo anterior deberá aplicarse en la medida de lo posible, ya que en la elección y diseño del trazado intervienen factores geográficos, topográficos, comerciales y económicos que pueden limitar su aplicación. La política general para el diseño de trazados, sin embargo, es la contenida en estos puntos: minimizar la cantidad de curvas y rampas, y en caso de utilizarlas, maximizar sus radios y minimizar sus inclinaciones.

3.4 Criterios Específicos de Diseño 3.4.1 General

Los criterios específicos de diseño del trazado dependen de los condicionantes ya descritos, de la normativa aplicable y de los estándares técnicos elegidos para el proyecto. Esto se traduce en una serie de criterios aplicables a la geometría del trazado. Debe insistirse en que estos criterios de diseño no son inamovibles y que algunas veces no es posible alcanzarlos en casos puntuales, debiendo dejarse puntos singulares en el trazado.

3.4.2 Rampas Los estándares técnicos del proyecto fijarán las inclinaciones máximas de las rampas, así como las longitudes máximas que estas podrán tener. El tema ha sido discutido en general en la Sección 1 de las Recomendaciones. En proyectos de transporte de pasajeros debe procurarse que las rampas no sobrepasen el 30‰, mientras que en proyectos de transporte de carga y mixtos, el límite recomendado es de 15‰. Más adelante en esta Sección se verá la forma en que esta característica afecta la circulación de los trenes.

‰

‰

FIGURA 3-1

Es necesario tener en cuenta que en terrenos montañosos limitar la inclinación de las rampas significa normalmente aumentar los montos de inversión, ya sea por el mayor movimiento de tierras que se requiere, o por el mayor desarrollo de la línea, o por ambos factores. Sin embargo, construir una línea nueva con estándares técnicos inferiores conducirá necesariamente a iniciar el proyecto en condiciones desventajosas.

3.4.3 Curvas De igual manera, los estándares técnicos del proyecto fijarán los radios mínimos de curva, los que dependerán de la velocidad de diseño del proyecto y de las previsiones acerca de las futuras velocidades de circulación. Como se ha señalado en otras secciones, la tendencia del ferrocarril es la de aumentar las velocidades tanto de los trenes de pasajeros como de carga.


MIDEPLAN - SECTRA

3-4

En un trazado nuevo, dependiendo de la naturaleza del proyecto, se recomienda utilizar las siguientes velocidades mínimas de diseño en las curvas:

• Sistemas suburbanos: 120 km/h • Sistemas de cercanías: 160 km/h • Sistemas de media distancia: 200 km/h

Para el caso de sistemas nuevos de larga distancia, no parece tener sentido diseñar vías para trenes de velocidad tradicional. Los trenes de alta velocidad tienen actualmente velocidades de diseño superiores a 350 km/h, pero dado el costo de inversión y de explotación de estos sistemas, es poco probable que se justifique su construcción en Chile por el momento. Sin perjuicio de lo anterior, en el diseño de nuevos trazados es recomendable evaluarse el costo adicional de diseñar las curvas para permitir estas velocidades en el futuro. Las curvas circulares están relacionadas a su vez con las curvas de transición, las que pueden ser de diferente naturaleza y longitud. Otra característica geométrica relacionada con las curvas es el peralte. La naturaleza del proyecto fijará el valor de la aceleración centrífuga sin compensar, la cual a su vez determinará el valor del peralte máximo. Asimismo, los estándares técnicos del proyecto determinarán la existencia de curvas verticales de acordamiento y sus parámetros. Todos estos aspectos se analizan en mayor detalle más adelante en esta sección.

3.4.4 Gálibos Las características del proyecto generalmente determinan el gálibo a utilizar. Los equipos de pasajeros tienen habitualmente un gálibo uniforme, proveniente de los gálibos utilizados en Europa y que son en general inferiores a los gálibos máximos de EFE, por provenir de una trocha más angosta.

En el caso de los gálibos de carga, en cambio, es la tecnología norteamericana la que predomina y en este caso los gálibos de EFE están quedando insuficientes.

Como se indica en la Sección 2 de las Recomendaciones de Diseño, en los proyectos nuevos los gálibos son producto de una negociación entre las necesidades comerciales y de eficiencia operacional del proyecto, y los mayores costos de infraestructura que los gálibos mayores significan.

3.4.5 Entrevías

Las entrevías estarán determinadas por los gálibos del equipo y por los radios de las curvas. La incidencia del gálibo del equipo y su comportamiento en las curvas está analizada en detalle en la Sección 2 de las Recomendaciones de Diseño y el análisis se completa más adelante en esta sección.

Las entrevías recomendadas por las normas de EFE, que se citan más adelante, consideran todos los factores que intervienen en su cálculo y tienen márgenes de seguridad holgados, como se verá. Para prever necesidades futuras de mayores entrevías es poco probable que el ancho de los vehículos aumente significativamente y sólo debe considerarse el efecto aerodinámico del cruce de dos trenes a gran velocidad. Se considera que la entrevía actualmente propuesta para las líneas Clase F de la norma EFE, de 4,7 m, es suficiente para un cruce de trenes a 180 km/h, pero si se prevé que por la vía circularán en el futuro trenes a mayor velocidad, es conveniente prever mayores entrevías.


MIDEPLAN - SECTRA

3-5

En todo caso, es conveniente tener en cuenta que mayores entrevías representa necesariamente mayores costos de inversión, ya que tanto los movimientos de tierras como las obras de arte deberán tener un mayor tamaño.

3.5 Trazado Geométrico de las Vías Férreas

3.5.1 General

En general, las consideraciones y exigencias relativas a la geometría de la vía están incluidas en la Norma Técnica de Vías Férreas, Construcción de la Vía, EFE-NTF-11-003 y Norma de Seguridad para Vías Férreas, EFE-NSF-11-001 de EFE. Estas normas son una recopilación de normas anteriores de uso normal en EFE con muy pocas variaciones, por lo cual están suficientemente validadas, y tienen características y exigencias muy similares a la de otros ferrocarriles, en especial RENFE, no existiendo divergencias significativas o contradicciones entre ellas.

3.5.2 Largo Virtual En el trazado de las vías debe considerarse las alineaciones en planta y en perfil. Naturalmente, las dificultades de diseño del trazado aumentan cuanto mayor sea la diversidad de su planta y más accidentado el perfil. Estos elementos, unidos al comportamiento de los vehículos en lo relacionado con la tracción, originan el concepto de longitud virtual o distancia virtual entre dos puntos de un trayecto, que se define como la longitud en recta y horizontal de una vía que origine el mismo trabajo mecánico que la vía considerada. Esta definición introduce un factor esencialmente variable, que es el tráfico real de la línea. Si la línea tiene una rampa de inclinación i, los tráficos de subida y de bajada tendrán un diferente comportamiento desde el punto de vista del trabajo mecánico. Para tráficos iguales en ambos sentidos:

)2

1(rr

riLL c

rv ++=

en que: Lv es el largo virtual de la línea Lr es el largo real i es la pendiente en ‰ r es la resistencia al rodado en kg/t rc es la resistencia de las curvas en kg/t Si se considera unitario el volumen de tráfico mayor y se denomina K el volumen menor, el largo virtual de un tramo depende del sentido de tráfico del mayor volumen. Para un tráfico mayor en el sentido de subida:

)1

11(rr

KriLL c

rv ++

×+=


MIDEPLAN - SECTRA

3-6

En cambio, si el mayor tráfico va en el sentido de bajada:

)1

1(rr

KK

riLL c

rv ++

×+=

El largo virtual en líneas con tracción eléctrica puede ser menor si se considera la posibilidad de regeneración, pero en sistemas de media y baja densidad de tráfico la energía de regeneración aprovechable es muy escasa y no justifica los costos de los equipos respectivos. La regeneración eléctrica se utiliza habitualmente en los sistemas de metro, donde la electricidad producida por el frenado y el descenso de rampas puede ser aprovechada de inmediato por otros vehículos de la red. La importancia del concepto de longitud virtual es que permite comparar diferentes trazados desde el punto de vista del componente mayor de los costos de explotación que es la energía consumida. De esta manera es posible comparar diversas alternativas de trazado, para elegir aquel que será de explotación más económica.

3.5.3 Alineación en Planta En la proyección de un trazado ferroviario sobre un plano horizontal se distinguen dos tipos de alineaciones: recta y curva. Las alineaciones rectas se representan por una sola línea, la que corresponde a la proyección del eje de la vía sobre dicho plano, considerado dicho eje como la media entre los ejes longitudinales de ambos rieles. Del mismo modo, las alineaciones curvas se representan por una sola línea curva, que corresponde a la proyección del eje de la vía en el plano horizontal. La correlación entre las alineaciones rectas y curvas es fundamental para diseñar un trazado que permita un tráfico libre de esfuerzos y movimientos indeseados, como se verá a continuación.

3.5.4 Diseño de Curvas Circulares

3.5.4.1 Caracterización de las Curvas En principio, y desde el punto de vista del trazado, las curvas a emplear pueden ser simples arcos de circunferencia. Por lo tanto, la definición de una curva puede hacerse según la longitud de su radio medido en el eje de la vía y expresado en metros, práctica extendida en casi todos los ferrocarriles del mundo. En los países anglosajones, particularmente en Norteamérica, las curvas se caracterizan mediante el ángulo (sexagesimal) que subtiende una cuerda de 100 pies (30,48 m), midiendo el ángulo en el centro de la curva. Este valor se denomina grado de la curva. La relación entre el grado y el radio de la curva está dada por:

RRD 1746

236048,30 ≈=π

en que: D es el grado de la curva y R su radio en metros


MIDEPLAN - SECTRA

3-7

En la práctica no es posible medir directamente el radio o grado de las curvas, por lo que su magnitud se determina midiendo la flecha f que se produce en la circunferencia para una determinada cuerda C. Para un radio R, la relación entre estos valores es:

fCR8

2

≈

Para una cuerda de 100’, el grado D en grados sexagesimales de una curva está dado por:

fC

fD 151440≈≈

π

3.5.4.2 Clasificación de las Curvas

Las curvas circulares se pueden clasificar en dos grupos: curvas sencillas y curvas compuestas. Una curva sencilla es la que tiene un solo radio en todo su desarrollo. Una curva compuesta en el mismo sentido está compuesta por una sucesión de curvas cuyos radios son diferentes pero del mismo signo y que son tangentes entre ellas. Una curva compuesta en sentido contrario está constituida por dos curvas circulares tangentes entre sí, con radios de signo opuesto.

FIGURA 3-2

La unión de alineamientos rectos con curvas circulares y de curvas circulares entre sí está sujeta a algunas restricciones, debido a que en el punto de tangencia hay una variación brusca de la curvatura del trazado, lo que puede tener efectos importantes en el comportamiento dinámico del equipo rodante. Al pasar de una recta a una curva de radio fijo, en el punto de tangencia se pasa de curvatura cero a una curvatura de cierto valor fijo, o de un radio infinito a un radio finito. En el caso de las curvas de distinto signo, el fenómeno es más acentuado, ya que se pasa de una curvatura de valor fijo a otra de signo opuesto. En ambos casos se producen golpes, oscilaciones, balanceos y otras alteraciones dinámicas indeseadas. Más adelante se analiza la solución a este problema.


MIDEPLAN - SECTRA

3-8

3.5.4.3 Radio mínimo El radio de las curvas influye notoriamente en las condiciones de circulación del equipo. Los radios reducidos producen dificultades de inscripción de las bases de rodado, lo que implica una mayor resistencia y desgaste de rieles y ruedas debido al roce. Lo anterior, naturalmente, depende de la trocha, ya que la inscripción de los boguies en las curvas no depende solamente de su radio. Esto ha llevado a las administraciones ferroviarias a fijar radios mínimos, los que varían según si se trata de vías de circulación, desvíos o vías de talleres, todas ellas de diferente velocidad de operación. Para la trocha 1.676 mm, se considera que aparecen serios problemas de inscripción en radios menores de 100 m. RENFE, por ejemplo, cuyas vías tienen trocha 1.668 mm, muy similar a la chilena, ha fijado un radio mínimo de 300 m para las vías principales de circulación. Las normas de EFE establecen un radio mínimo de 180 m para vías eclisadas y 550 m para vías soldadas en forma continua.

FIGURA 3-3

En otros ferrocarriles el radio mínimo es variado, pero en general existe la tendencia a aumentar los radios mínimos de diseño debido al correlativo aumento de las velocidades de circulación Los radios mínimos señalados son mínimos absolutos que no consideran requerimientos futuros. Más adelante se señalan los radios de curva correspondientes a las velocidades de diseño recomendadas en el punto 3.4.3, que vendrían a ser los radios mínimos de diseño para los diferentes tipos de servicio.

3.5.5 Elementos Complementarios a las Curvas

3.5.5.1 Peralte Al circular un vehículo por una curva circular se produce una fuerza que tiende a desplazarlo hacia el exterior de la curva, como producto de la aceleración centrífuga. Una vez vencida la fuerza de rozamiento de las ruedas sobre los rieles, la cual es muy pequeña y no tiene mayor influencia en la situación, se produce el contacto entre las pestañas de las ruedas exteriores del vehículo y la cara interna de la cabeza del riel exterior. La aceleración centrífuga origina en este caso los siguientes fenómenos potenciales:

R=180 R=300 R=400 R=1.100 R=1.500


MIDEPLAN - SECTRA

3-9

• Desrielo. Se considera que se produce pasado el límite de 5,9 m/s2. • Volcamiento. Se considera que en forma normal se produce pasado el límite de

6,5 m/s2. Depende de la altura del centro de gravedad del vehículo. • Desplazamiento de la vía. Se considera que en forma normal se produce

pasado el límite de 3,7 m/s2. Depende del afianzamiento lateral de la vía en la curva.

• Arrancamiento de las sujeciones. Depende del tipo de sujeción y de su capacidad de retención.

• Desgaste prematuro del riel exterior de la curva. • Incomodidad del viajero. La forma de compensar o al menos reducir la ocurrencia de estos fenómenos no deseados es inclinar transversalmente la vía hacia el interior de la curva, con el objeto de obtener un equilibrio entre el peso P del vehículo (aplicado en el centro de gravedad) y la fuerza centrífuga Fc, de manera que la fuerza resultante de ambas, S, resulte perpendicular al plano de la vía inclinada. La diferencia de altura entre los rieles se denomina peralte (h) y se obtiene de la siguiente relación:

gRVTh

2

×=

en que: h es el peralte T es la distancia entre los ejes de los rieles (no es la trocha) V es la velocidad de circulación g es la aceleración de gravedad R es el radio de la curva

FIGURA 3-4 Expresando el peralte en mm; la velocidad en km/h y el radio en m, para las dos trochas predominantes en el sistema chileno:

TT = 1.746 mm (para trocha 1.676 mm) Tt = 1.070 mm (para trocha 1.000 mm)

a

h

Fc

P R


MIDEPLAN - SECTRA

3-10

y consecuentemente,

RVhT

2

7,13= (para trocha 1.676 mm)

RVht

2

4,8= (para trocha 1.000 mm)

Este es el peralte teórico, adecuado para los trenes que circulan a la velocidad de diseño V. Para vehículos más lentos, sin embargo, se produce una repartición inadecuada de la carga, afectando los rieles interiores de las curvas, debido al llamado ‘exceso de peralte’. Inversamente, para vehículos más rápidos, la aceleración centrífuga no se compensa completamente con el peralte, quedando una proporción de ella que afecta al contenido de los vehículos (pasajeros o carga) y a los rieles exteriores de las curvas, debido a la llamada ‘insuficiencia de peralte’. En las vías donde circulan trenes a diferentes velocidades, por lo general vías mixtas de pasajeros y de carga, los ferrocarriles han adoptado un peralte práctico, que es una fracción del teórico. Los criterios para determinar esta fracción son muy variados. En algunos ferrocarriles se considera una velocidad promedio entre las velocidades normales de circulación mínima y la máxima. En otros se pondera las velocidades según la cantidad de trenes de cada tipo. En España, con una trocha similar a la chilena:

teóricopráctico hh32

=

Por razones de seguridad y de comodidad, el peralte de cualquier curva se limita a un máximo, el que está comprendido entre 1/9 y 1/12 del valor de T. Así, RENFE lo ha limitado a 160 mm (aproximadamente 1/11T) y EFE lo ha limitado a 170 mm (aproximadamente 1/10T), aunque en otros ferrocarriles de mayor velocidad se ha llegado hasta 220 mm en trocha media (1.435 mm, menos de 1/7T). Al fijar un peralte práctico inferior al teórico y además limitar su valor máximo, queda una aceleración centrífuga sin compensar, asc. Experiencias realizadas en Japón y Europa han concluido que para trenes de pasajeros la comodidad requiere que el valor de asc. no exceda 0,10g a 0,15g, dependiendo de la acomodación del pasajero en el vehículo. De acuerdo con esta consideración, en España el valor máximo de asc.se ha fijado en 0,65 m/s2, valor que corresponde a una insuficiencia de peralte de 115 mm. En otros países la insuficiencia de peralte llega a 195 mm, valor que pese a ser bastante elevado, está muy lejos de los límites de riesgo expuestos al principio de este punto.


MIDEPLAN - SECTRA

3-11

En EFE las normas establecen que asc no deberá sobrepasar 0,4 m/s2, valor igual al establecido en el Plan Director Europeo de Infraestructura. Esto equivale a que la insuficiencia de peralte será:

gTah sc ×=∆

lo que equivale a 71 mm para trocha 1.676 mm y 44 mm para trocha 1.000 mm. Atendiendo lo anterior, el peralte mínimo admisible en una curva de trocha 1.676 mm estaría dado por:

717,132

min −=R

Vh

y en esta curva la velocidad máxima admisible será:

RhV ×+

=7,1371min

max

Si a la curva se le da el peralte máximo admitido de 170 mm:

RV 2,4max =

Volviendo a las velocidades de diseño recomendadas en el punto 3.4.3, los radios mínimos de curva que no introducen restricciones de velocidad en estos casos serán:

• Sistemas suburbanos: 850 m • Sistemas de cercanías: 1.500 m • Sistemas de media distancia: 2.300 m • Sistemas de alta velocidad: 7.000 m


MIDEPLAN - SECTRA

3-12

TABLA 3-1 VELOCIDADES MÁXIMAS EN CURVAS CON PERALTE (Km/h)

Peralte [mm] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170Radio [m]

180 31 33 35 36 38 40 41 43 45 46 47 49 50 51 53 54 55 56200 32 34 36 38 40 42 44 45 47 48 50 51 53 54 56 57 58 59250 36 38 41 43 45 47 49 51 52 54 56 57 59 61 62 64 65 66300 39 42 45 47 49 51 54 56 58 59 61 63 65 66 68 70 71 73350 43 45 48 51 53 56 58 60 62 64 66 68 70 72 73 75 77 78400 46 49 52 54 57 59 62 64 66 69 71 73 75 77 78 80 82 84450 48 52 55 58 60 63 66 68 70 73 75 77 79 81 83 85 87 89500 51 54 58 61 64 66 69 72 74 77 79 81 83 86 88 90 92 94550 53 57 60 64 67 70 73 75 78 80 83 85 88 90 92 94 96 98600 56 60 63 67 70 73 76 79 81 84 87 89 91 94 96 98 101 103650 58 62 66 69 73 76 79 82 85 87 90 93 95 98 100 102 105 107700 60 64 68 72 75 79 82 85 88 91 93 96 99 101 104 106 109 111750 62 67 71 74 78 81 85 88 91 94 97 100 102 105 107 110 112 115800 64 69 73 77 81 84 87 91 94 97 100 103 106 108 111 114 116 119850 66 71 75 79 83 87 90 94 97 100 103 106 109 112 114 117 120 122900 68 73 77 81 85 89 93 96 100 103 106 109 112 115 118 120 123 1261000 72 77 82 86 90 94 98 101 105 108 112 115 118 121 124 127 130 1331100 76 81 85 90 94 99 103 106 110 114 117 121 124 127 130 133 136 1391200 79 84 89 94 99 103 107 111 115 119 122 126 129 133 136 139 142 1451300 82 88 93 98 103 107 111 116 120 124 127 131 135 138 141 145 148 1511400 85 91 96 102 107 111 116 120 124 128 132 136 140 143 147 150 154 1571500 88 94 100 105 110 115 120 124 129 133 137 141 145 148 152 156 159 1621600 91 97 103 109 114 119 124 128 133 137 141 145 149 153 157 161 164 1681700 94 100 106 112 117 123 127 132 137 141 146 150 154 158 162 166 169 1731800 97 103 109 115 121 126 131 136 141 145 150 154 158 163 167 170 174 1781900 99 106 112 118 124 130 135 140 145 149 154 158 163 167 171 175 1792000 102 109 115 121 127 133 138 143 148 153 158 163 167 171 176 1802100 104 111 118 124 130 136 142 147 152 157 162 167 171 176 1802200 107 114 121 127 134 139 145 150 156 161 166 170 175 1802300 109 117 124 130 137 143 148 154 159 164 169 174 1792400 112 119 126 133 139 146 151 157 163 168 173 1782500 114 122 129 136 142 149 155 160 166 171 1772600 116 124 131 138 145 152 158 164 169 175 1802700 118 126 134 141 148 154 161 167 173 1782800 120 129 136 144 151 157 164 170 1762900 123 131 139 146 153 160 167 173 1793000 125 133 141 149 156 163 169 1763100 127 135 143 151 158 165 172 1793200 129 138 146 154 161 168 1753300 131 140 148 156 164 171 1783400 133 142 150 158 166 173 1803500 135 144 152 161 168 176


MIDEPLAN - SECTRA

3-13

3.5.5.2 Ensanche de Trocha La inscripción de un vehículo ferroviario en una curva presenta dificultades por dos causas: • El que ambas ruedas de un eje son solidarias con él, por lo que la rueda que va

por el riel exterior debe recorrer una longitud mayor que la del riel inferior.

• La rigidez del bastidor del boguie, que mantiene paralelos entre sí los ejes, siendo tanto mayor la dificultad de inscripción cuanto mayor sea la distancia entre los ejes, llamada ‘base rígida’.

El primer fenómeno se reduce en parte con la conicidad de las superficies de rodado. Para aminorar el segundo, se han desarrollado boguies que permiten un cierto grado de convergencia de los ejes en las curvas. Las dificultades de inscripción se traducen en esfuerzos transversales y desgastes de pestañas y rieles. Para facilitar la inscripción de los boguies en curvas, suele darse un sobreancho o ensanche en las curvas a la trocha normal. Este ensanche, en un boguie de dos ejes de marcha libre (no tractor) tiene un valor:

Rdje c 2

2

==

en que: jc corresponde al juego entre la vía y el boguie d es la base rígida de rodado Considerando los diferentes vehículos que pueden circular por la vía férrea, los ferrocarriles han optado por utilizar fórmulas empíricas. La UIC recomienda utilizar una de las siguientes fórmulas:

012,06−=

Re [m]

27000)1000( 2Re −

= [mm]

El sobreancho en curvas de RENFE está dado en la tabla siguiente:

R > 300 m e = 0 mm 300 ≤ R < 250 m 5 mm 250 ≤ R < 200 m 10 mm 200 ≤ R < 150 m 15 mm 150 ≤ R < 100 m 20 mm

Por su parte, las normas de EFE establecen el ensanche que se muestra en la Tabla 3-2 siguiente:


MIDEPLAN - SECTRA

3-14

TABLA 3-2 Ensanche de Trocha en Curvas

Radio R [m] Ensanche E [mm]

R ≤ 180 25

180 < R ≤ 300 20 300 < R ≤ 350 15 350 < R ≤ 450 10 450 < R ≤ 550 5

550 < R 0 El ensanche debe darse en el riel interior de la curva. Las normas de EFE establecen que la variación de la trocha no debe ser superior a 1 mm/m. Puede advertirse que el ensanche recomendado por EFE es muy superior al utilizado en RENFE. Otros ferrocarriles tienen también ensanches menores, pero también sus trochas son inferiores. El tema del ensanche de trocha es estrictamente empírico, ya que depende de muchos factores que no es fácil cuantificar, la mayoría de los cuales depende de los equipos rodantes. La misma EFE ha instalado curvas sin ensanche con radios inferiores a 550 m en el tramo Quilpué El Salto, con el propósito de colocar durmientes de hormigón en estas vías. Esto sería aceptable debido a que la mayor parte del tráfico corresponde a automotores livianos, capaces de inscribirse en curvas de radio reducido (120 m). En otros lugares, donde el tránsito de locomotoras con boguies de mayor tamaño es frecuente, los ensanches deben ser mayores. En las vías de uso mixto, es preferible utilizar el criterio oficial de EFE. En las vías de uso exclusivo o muy mayoritario de equipos de pasajeros, es posible adoptar el criterio de RENFE.

3.5.5.3 Tramos Rectos entre Curvas Sucesivas

Antes se señaló que no es conveniente unir directamente curvas de distinto signo, debido al paso brusco de una curvatura positiva a una negativa y al alabeo, que favorece la ocurrencia de desrielos. Por esta razón, las normas requieren que en una curva compuesta de sentidos contrarios, las dos curvas circulares deben estar separadas al menos por un tramo recto. En las vías de circulación la longitud mínima de este tramo es de 30 m, que corresponde al largo máximo de un coche o carro y tiene por objeto reducir la importancia de las oscilaciones de balanceo de los vehículos. En las vías de servicio, el tramo recto tiene por objeto evitar la trabazón de los enganches de dos coches o carros sucesivos. De acuerdo con las normas EFE, el tramo recto debe tener una longitud mínima equivalente a V/9. Para curvas de radio igual o inferior a 300 m, debe ser 15 m como mínimo.


MIDEPLAN - SECTRA

3-15

3.5.5.4 Transiciones o Curvas de Acordamiento (a) Características de las curvas de acordamiento Del mismo modo que no es conveniente unir directamente curvas de diferente signo, tampoco es conveniente unir en forma directa rectas y curvas, ya que en los puntos de tangencia de ambas se produce el paso de un radio infinito a uno finito y viceversa. Para evitar esta situación, se utilizan las llamadas transiciones o curvas de acordamiento. Estas curvas deben poseer las siguientes propiedades: • Ser tangentes a la alineación recta y al arco de círculo • Presentar en el punto de tangencia con el arco de radio R, una curvatura de

igual radio. • Presentar en el punto de tangencia con el alineamiento recto una curvatura

cercana a cero. • Tener entre ambos puntos de tangencia una curvatura progresiva entre 0 y R.

Gráfico 3-1

Las transiciones, sin embargo, no tienen por objeto solamente unir en forma gradual los alineamientos rectos con las curvas o las curvas entre ellas, sino además cumplen dos importantes funciones adicionales, en relación al peralte y al ensanche.

Familias de Clotoides y Parábolas para R=250

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220

X [m]

Y [m]

R=2

50L=

40

R=I

nfin

ito

Clotoide A=100Clotoide A=141,42

Clotoide A=200R

=250

L=16

0

R=2

50L=

80

Parábola

Parábola

Parábola


MIDEPLAN - SECTRA

3-16

En efecto, los alineamientos rectos no requieren ni peralte ni ensanche, y las curvas circulares requieren valores fijos de peralte y ensanche en toda su longitud. Las curvas de acordamiento, entonces, tienen la función adicional de permitir el desarrollo gradual del peralte y eventualmente del ensanche, de manera de llegar con los valores completos a la curva circular. De esta manera, las funciones de las curvas de transición son tres:

1. Permitir una variación gradual del radio de la curva 2. Permitir una distribución gradual del peralte 3. Permitir una distribución gradual del ensanche

(b) Tipos de curvas de acordamiento Como curva de transición o acordamiento se utilizan ya sea parábolas cúbicas o curvas de la familia de las radioides, de las cuales la más utilizada es la clotoide. Con ambas curvas, la parábola cúbica y la clotoide, se obtienen resultados muy similares dentro de ciertos márgenes. La ecuación que caracteriza a la parábola cúbica es:

RLxy

6

3

=

en que: L es la longitud de la curva de transición R es el radio de la curva circular En la parábola cúbica las ordenadas aumentan en forma proporcional al cubo de las abcisas y el radio de curvatura en cada punto es aproximadamente proporcional al inverso de la distancia al origen. La ecuación paramétrica de la clotoide es:

LRA ×=2 en que: A es un parámetro constante para cada clotoide L es el desarrollo desde el origen hasta el punto de radio R R es el radio de curvatura en un punto dado o, en su expresión analítica:

)2

sin(

)2

cos(

2

2

2

2

Asdsdy

Asdsdx

=

=


MIDEPLAN - SECTRA

3-17

El parámetro A está relacionado con el largo total de la clotoide, el ángulo de la tangente entre la recta y el punto de empalme con la curva circular y el radio de dicha curva, y se dimensiona considerando un desarrollo gradual del peralte y del ensanche. Desarrollando en serie el seno y el coseno:

210

11

6

7

2

3

18

9

4

5

240.63366

456.340

KA

sA

sAsy

KA

sA

ssx

−+−=

−+−=

Los términos siguientes al primero tienen una dimensión muy pequeña, por lo que estas expresiones pueden reducirse sólo a su primer término. En ese caso:

x = s

2

3

2

3

66 Ax

Asy ==

Reemplazando el valor de A2 de la ecuación paramétrica:

RLxy

6

3

=

Que es precisamente la expresión analítica de la parábola cúbica. Por razones de tipo práctico, muchos ferrocarriles han adoptado solamente la parábola cúbica, como la SNCF, que la utiliza aún en las líneas de alta velocidad. En sus normas provisorias, EFE establece que “entre un tramo de vía en recta y una curva circular debe intercalarse una curva de acordamiento si se cumple la siguiente relación:”

2,5

2VR <

en que: R es el radio de la curva en metros V es la velocidad máxima de circulación en km/h Para estos casos, establece que “como curva de acordamiento debe utilizarse la parábola cúbica o la clotoide, debiendo adoptarse esta última siempre que la longitud de la curva de acordamiento sobrepase los 80 m.” Como curvas de acordamiento es posible utilizar también curvas de otro tipo que permitan menores desplazamientos de las curvas circulares hacia el centro, aunque puedan ser más largas. Los tratados de ferrocarriles contienen numerosos ejemplos de otras curvas de acordamiento y de su empleo.


MIDEPLAN - SECTRA

3-18

(c) Longitud de las curvas de acordamiento El largo de las transiciones está determinado por las siguientes consideraciones: 1. Longitud de la rampa de peralte La forma de las rampas de peralte implica que las proyecciones de los dos rieles de la vía en el plano vertical dejan de ser paralelas y, considerando las cuatro ruedas de un boguie, sus puntos de apoyo sobre la vía dejan de ser coplanares. Como tres de estos puntos definen un plano, la distancia entre este plano y el cuarto punto se llama alabeo de la vía. El alabeo se traduce en la descarga de una de las ruedas del boguie, lo que puede llegar a producir un desrielo. Para mantener la descarga en valores seguros, la SNCF limita la inclinación de las rampas de peralte a 1,5 mm/m en sus líneas principales. Por su parte, RENFE limita las rampas de peralte a un máximo de 2,5 mm/m. En otros ferrocarriles con criterios más conservadores se utilizan valores de 1,0 mm/m. En EFE la norma EFE-NTF-11-003 fija un valor máximo para la inclinación de la rampa de peralte que varía según la velocidad en la curva, entre 0,5 mm/m y 2,5 mm/m.

FIGURA 3-5 2. Valor máximo de la velocidad de elevación de la rueda exterior Desde que el vehículo comienza a entrar en la curva de transición se encuentra obligado a seguir el movimiento producido por la elevación progresiva del riel exterior, lo que afecta la comodidad de marcha.

VARIACION DE ACELERACIONES

VARIACION DE PERALTES

RECTA TRANSICION CURVA CIRCULAR

CURVA CIRCULARTRANSICIONRECTA

V

a

=

h

h

Aceleración Centrífuga

Aceleración Centrífugacompensada por el Peralte

Aceleración Centrífugasin Compensar

1

2

R

=

=

gT

γ

γ1

1γγ− sc

= R g2V TPeralte Teórico

Peralte de la Curva

Insuficiencia de Peralte

h1

=I h - h1Riel Exterior Riel Interior

Riel Exterior

Riel Interior

Riel Exterior Riel Interior

Riel Exterior


MIDEPLAN - SECTRA

3-19

Considerando este problema, los ferrocarriles alemanes y españoles utilizan las siguientes fórmulas empíricas para definir el largo de la transición:

Ln = 10Vh (normal)

Lmin = 8Vh (mínimo) Los ferrocarriles británicos aceptan hasta Lmin = 5Vh. Por su parte EFE fija el valor normal de la curva de acordamiento en:

Ln = 9Vh

3.5.6 Alineación en Perfil

3.5.6.1 General

Por razones topográficas y de economía del diseño, las alineaciones en perfil están constituidas por una serie de alineaciones rectas unidas por curvas. Las alineaciones rectas están caracterizadas por su longitud y por su inclinación respecto del plano horizontal. 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.

3.5.6.2 Rampas Máximas La inclinación de las rampas está limitada por la capacidad adherente práctica de la rueda y los rieles, valor que es del orden de 60‰. Sin embargo hay otros condicionantes de seguridad y de economía de la explotación que aconsejan fijar la máxima rampa en 30‰ y esto sólo en forma excepcional. Como se ha señalado en otra parte de estas Recomendaciones de Diseño, en proyectos exclusivos de servicios de pasajeros, la rampa máxima recomendable es de 30‰, pero en proyectos mixtos y de carga, la rampa máxima no debería sobrepasar normalmente 15‰.

FIGURA 3-6 En teoría es posible operar en rampas superiores al 60%, utilizando elementos que permitan aumentar la adherencia o simplemente hacer al tren independiente de este factor.

Mayores a 60 Cremallera

60 Máxima Adherencia

30 Máxima Recomendada Pasajeros 25 Máxima Diseño15 Máxima Recomendada Carga

2,5 Estaciones

‰

‰

‰‰‰

‰


MIDEPLAN - SECTRA

3-20

Esto puede lograrse, por ejemplo, mediante el uso de cremalleras. En estos sistemas se coloca en la vía una especie de tercer riel central, dentado, en el que engrana un piñón que lleva la locomotora. En Chile se construyeron diversas líneas con este sistema (Ferrocarril de Arica, Ferrocarril Transandino y otras) pero ya no se operan, por razones fundamentalmente económicas. El sistema subsiste en algunas líneas turísticas, en Suiza, por ejemplo, pero implica grandes costos de explotación y mantenimiento. La norma EFE-NSF-11-001 de EFE establece que la rampa máxima no debe exceder 25‰ en plena vía y 2,5‰ en estaciones. Estos valores máximos pueden utilizarse como guía para el diseño de nuevos sistemas, pero en la práctica están excedidos en muchos puntos de la red de EFE. Las razones para limitar la inclinación de las rampas son de dos clases: económicas y de seguridad. En lo que se refiere a las razones económicas, se ha señalado (Sección 2) que la potencia requerida para mover un tren depende de la resistencia al avance, de su peso y de la velocidad, según la expresión:

270VPrN t ××

=

en que: rt es la resistencia total al avance P es el peso del tren V es la velocidad de circulación

El factor más importante que compone la resistencia al avance es la gradiente, por lo que duplicar su valor, por ejemplo de 15‰ a 30‰, significará llevar la capacidad de arrastre del peso P a la mitad para una potencia dada, con las consecuencias en el rendimiento económico del sistema que esto implica. Las consideraciones de seguridad se refieren al frenado de los trenes. La adherencia práctica de 60‰ señalada rige también para el frenado y se ve afectada por las características del equipo, por las condiciones ambientales y por las circunstancias de la conducción del tren.

3.5.6.3 Curvas Verticales

Las curvas verticales se emplean para enlazar rampas de diferente inclinación. Generalmente se utilizan arcos de circunferencia, cuyo radio depende de diversos factores entre los cuales están las velocidades máximas de operación, los valores de la inclinación de las rampas a unir y de la magnitud de los movimientos de tierras que se deberá hacer para construirla.

FIGURA 3-7

CURVACONCAVA

CURVACONVEXA

PENDIENTE

GRADIENTE PENDIENTE

GRADIENTE


MIDEPLAN - SECTRA

3-21

Los acuerdos o curvas verticales pueden ser cóncavos o convexos y sus radios se relacionan con la velocidad mediante expresiones empíricas tales como la siguiente:

R ≥ V2

Siendo el mínimo exigible:

000.24

2

≥≥VR [m]

Como las curvas verticales introducen una aceleración centrífuga en su plano que puede llegar a ser molesta para los pasajeros, se ha fijado valores límites obtenidos de ensayos de simulación. La SNCF, por ejemplo, ha adoptado los siguientes valores: Curvas cóncavas: normal 0,045g excepcional 0,06g Curvas convexas: normal 0,045g excepcional 0,05g La aceleración se obtiene de:

RVav 127

2

=

en que: av es la aceleración en g V es la velocidad en km/h R es el radio de la curva vertical en m En RENFE se utiliza un arco de circunferencia de radio equivalente a V2, lo que corresponde a una aceleración de 0,008g. Los radios de las curvas verticales están asimismo limitados en la norma EFE-NSF-11-001 de EFE, señalando que en rampas que difieren más de 6 mm/m deberá utilizarse curvas verticales cuyo radio varía según la velocidad máxima admisible en la vía.

TABLA 3-3 Curvas de Acordamiento Vertical

Velocidad Radio

[km/h] [m]

50 2.000 130 5.000 180 10.000


MIDEPLAN - SECTRA

3-22

3.5.7 Entrevías

3.5.7.1 General Se considera la entrevía como la distancia medida en dirección transversal entre los ejes de dos vías adyacentes. En un trazado rectilíneo en planta, la entrevía puede ser constante en toda la longitud del alineamiento recto, siempre que no se requiera aumentar su valor por la necesidad de situar andenes o por la existencia de obras civiles cuya forma así lo exija. En el trazado de curvas en planta, la entrevía está condicionada por los siguientes elementos:

1. la inscripción geométrica de los equipos rodantes en la curva 2. las holguras entre la vía y la parada de ruedas 3. las holguras entre la parada de ruedas y el boguie 4. las holguras entre el boguie y la caja del vehículo 5. el peralte 6. la insuficiencia o exceso de peralte 7. defectos de nivelación transversal en rectas y curvas 8. disimetrías por tolerancias de construcción o reparto desigual de la carga 9. desplazamientos laterales de la vía 10. oscilaciones laterales por interacción dinámica entre vía y equipo rodante 11. márgenes de seguridad

Todas estas variables dependen fundamentalmente del radio de la curva, de la velocidad de circulación y de las características del equipo rodante. Algunos de estos factores se analizaron en la Sección 2 y se repiten aquí para mayor coherencia de esta sección.

3.5.7.2 Desplazamiento Geométrico Cuando un vehículo circula por una curva, su caja no sigue el camino curvo por tener una estructura rígida. En estas condiciones, el vehículo ocupa en la curva una posición tal que su parte central invade el interior de la curva y sus extremos sobresalen hacia la parte exterior de ella.

FIGURA 3-8

p l

a

di

de

R


MIDEPLAN - SECTRA

3-23

El desplazamiento en el centro del vehículo está dado por:

Rpadi 8

22 +=

en que: di es el desplazamiento máximo en el centro del vehículo a es la distancia entre centros de giro p es la distancia entre los ejes extremos del boguie R es el radio de la curva

El desplazamiento en los extremos del vehículo está dado por:

Rpalde 8

222 −−=

en que: l es el largo total del vehículo Al cruzarse dos vehículos en una curva, estos desplazamientos deben sumarse para determinar la entrevía necesaria.

FIGURA 3-9 Por lo tanto, el aumento de entrevía debido a la inscripción geométrica de los vehículos en las curvas está dado por la suma de sus desplazamientos.

∆EG = di + de 3.5.7.3 Holgura Lateral entre la Vía y la Parada de Ruedas

La tolerancia en la trocha en la vía depende de los siguientes factores:

(a) La tolerancia de diseño, que para la trocha ancha es de 1.676 ± 2 mm en vías

con rieles nuevos y 1.676 ± 2,5 mm en vías con rieles de reempleo. (b) La tolerancia de la trocha en las vías en explotación, que depende de la Clase

de vía, según la definición de EFE. Las vías se clasifican en Clases A a F, como se define en la Norma EFE-NSF-11-001: • Vías Clase A 1.668 mm mínima a 1.710 mm máxima • Vías Clase B 1.668 mm mínima a 1.705 mm máxima • Vías Clase C 1.668 mm mínima a 1.705 mm máxima • Vías Clase D 1.668 mm mínima a 1.695 mm máxima • Vías Clase E 1.668 mm mínima a 1.685 mm máxima • Vías Clase F 1.670 mm mínima a 1.682 mm máxima

di

de


MIDEPLAN - SECTRA

3-24

T h

H

i

(c) El ensanche en curvas de radio 550 m o inferior, que varía entre 5 mm para radio 550 m y 25 mm para radio 180 m o inferior (Ver tabla del punto 3.5.5.2). El ensanche tiene tolerancia de ± 2,5 mm en vías con riel nuevo y ± 3,0 mm en vías con riel de reempleo.

(d) Las tolerancias de alineación, que aparecen en las Normas EFE-NSF-11-001 (Norma de seguridad) y EFE-NTF-11-003 (Norma técnica).

(e) En estaciones debe considerarse los ensanches en desviadores y travesías, señalados en la Norma EFE-NTF-11-003 de EFE.

En la trocha ancha de los ferrocarriles chilenos, la trocha normal de la parada de ruedas en los puntos teóricos de contacto con el riel es de 1.655 ± 2 mm para el equipo remolcado y de 1.653 ± 1 mm para el equipo tractor, lo que significa que existe una holgura de 21 mm en un caso y 23 en el otro respecto de la trocha nominal de 1.676 mm. Estos valores deben agregarse a los obtenidos de la holgura de la trocha.

3.5.7.4 Otras Holguras Laterales (conceptos 3 y 4) Estos factores dependen directamente de los vehículos y su determinación teórica es complicada, como se analizó en la Sección 2. En general y como criterio práctico, la totalidad de las holguras laterales, tanto debido a la trocha como a las holguras propias de los vehículos, se estiman en un 2,5% de la entrevía como máximo.

3.5.7.5 Efecto del Peralte

Como consecuencia del peralte, el vehículo se inclina hacia el interior de la curva, causando una mayor ocupación de espacio. Esta mayor ocupación tiene una dimensión que está dada por:

ThHi ×

=

en que: i es la ocupación por peralte H es la altura del equipo h es el valor del peralte T es la distancia entre los ejes de los rieles

FIGURA 3-10

Para la trocha ancha, en que T=1.740 mm y h=170 mm, para una altura H de 3.340 mm medida desde el punto de apoyo de la carrocería (habitualmente, la copa de centro), que se considera crítica, el valor de i resulta ser de 326 mm.


MIDEPLAN - SECTRA

3-25

Cuando el peralte de ambas vías es igual, la mayor ocupación de la caja del vehículo debido al peralte no debería causar un ensanche de la entrevía, ya que la inclinación de los vehículos que circulen simultáneamente por la curva será la misma y en el mismo sentido. Este efecto sólo debe tenerse en cuenta cuando el peralte de ambas vías sea diferente y sólo si el peralte de la vía ubicada en el lado exterior de la curva es mayor. En este caso, se establecerá una mayor ocupación (y por lo tanto entrevía) proporcional a la diferencia de peralte.

3.5.7.6 Desplazamiento Debido a Insuficiencia o Exceso de Peralte

La insuficiencia de peralte está fijada por los diferentes ferrocarriles de acuerdo con sus normas de cálculo de velocidades. En el caso de EFE, la insuficiencia de peralte I es de 0,071 m, como se señaló en el punto 3.5.5.1.

El efecto del exceso de peralte E depende de la velocidad, alcanzando su valor máximo cuando el vehículo está detenido, equivalente a la totalidad del peralte h.

Por lo tanto, para el lado interior de la curva y para la velocidad máxima, se tomará I igual a la insuficiencia de peralte autorizada:

)( cIP hHT

ISd −×

=

en que: S es el coeficiente de souplesse, estimado normalmente en 0,4 I es la insuficiencia de peralte, igual a 0,071 m en el caso de EFE T es la distancia entre los ejes de los rieles, igual a 1,74 m H la altura del equipo, considerada 3,34 m hc es el coeficiente de roulis, estimado normalmente en 0,5 Para estos valores, el desplazamiento debido a la insuficiencia de peralte resulta ser de 0,046 m. Para el lado exterior de la curva, el caso más desfavorable se produce con el vehículo detenido. En este caso, el efecto del exceso de peralte es igual al valor de éste.

)( cEP hHT

hSd −×

=

FIGURA 3-11

T

SOUPLESSEPOSITIVO

T

NEGATIVOSOUPLESSE

H

H


MIDEPLAN - SECTRA

3-26

Para los valores anteriores, el desplazamiento debido al exceso de peralte es de 0,111 m. El ensanche de la entrevía en curva debido a la insuficiencia o exceso de peralte es:

∆EP = dIP + dEP

Para las cifras anteriormente utilizadas es de 157 mm y corresponde al valor máximo del ensanche de entrevía en curvas de cualquier radio, a la velocidad máxima permisible.

3.5.7.7 Desplazamientos Debidos a Defectos de Nivelación Transversal en Recta o en Curva Los defectos de nivelación respecto del plano horizontal en las rectas pueden producir desplazamientos de los equipos que están dados por:

hTHdN ∆×=

En las curvas se produce el mismo efecto debido a una deficiencia o exceso de peralte respecto del peralte fijado, el que calcula con la misma fórmula del punto anterior. En ambos casos se considera una desnivelación ∆h entre ambos rieles. Los valores que se utilizan para estimar ∆h son los siguientes:

para V ≥ 80 km/h ∆h = 0,015 m para V < 80 km/h ∆h = 0,020 m

El desplazamiento geométrico en vías rectas de trocha 1.676 mm, a 3,34 m de altura sería de 29 mm para velocidades mayores de 80 km/h y 38 mm para velocidades inferiores a esta cifra. El ensanche de entrevía será el doble de esta cantidad. En las curvas, el desplazamiento sería de 10 mm para velocidades superiores a 80 km/h y 13 mm para velocidades inferiores. El ensanche de entrevía será el doble de esta cantidad.

3.5.7.8 Disimetrías Debido a Tolerancias de Construcción o Reparto Desigual de la Carga Se considera que el desplazamiento por estos conceptos equivale a una desnivelación de ∆h de 0,076 m (1º), de los cuales 0,050 se atribuye al reparto desigual de las cargas y 0,026 a las tolerancias de construcción y reglaje. El valor del desplazamiento se calcula de igual manera que en el caso anterior.

3.5.7.9 Desplazamientos Laterales de la Vía Se considera que entre dos revisiones periódicas de la vía pueden producirse desplazamientos transversales hasta de 0,025 m antes de que sean detectados y corregidos.


MIDEPLAN - SECTRA

3-27

3.5.7.10 Oscilaciones Laterales Aleatorias por Interacción Dinámica entre Vía y Equipo Rodante El valor de esta oscilación y el ensanche resultante se calcula igual que en los casos anteriores, con los siguientes valores: Vías en buen estado: recta o vía exterior de la curva ∆ho = 0,045 vía interior de la curva ∆ho = 0,008 Vías en mal estado: recta o vía exterior de la curva ∆ho = 0,076 vía interior de la curva ∆ho = 0,015

3.5.7.11 Márgenes de Seguridad Una vez calculada la dimensión de la entrevía con todos los ensanches previstos, los ferrocarriles consideran necesario agregar un margen de seguridad, el que es variable según la velocidad de circulación y la comodidad de los pasajeros en el cruzamiento de dos trenes a velocidades altas. Aunque no hay reglas fijas, este margen puede ser fijado en un mínimo de 0,5 m.

3.5.7.12 Conclusiones De los puntos antes detallados, los 3.5.7.1, 3.5.7.5 y 3.5.7.6 son aplicables sólo para vía en curva, mientras que los restantes son aplicables tanto a la vía en recta como en curva. Los diversos ferrocarriles han fijado valores diferentes para sus entrevías. La SNCF (trocha 1.435 mm) ha establecido una entrevía mínima de 3.700 mm en recta. La RENFE, con una trocha muy similar a la chilena (1.668 mm) establece lo siguiente en sus Instrucciones Técnicas: “En vías de radio superior a 250 m y cuando los ejes normales a los planos de rodadura sean paralelos o divergentes, se pondrán los siguientes entreejes (entrevías):

V ≤ 140 3,82 m 140 < V ≤ 160 3,87 m 160 < V ≤ 200 3,92 m

En caso de tener radios inferiores a 250 m, habrá que incrementar los entreejes con los salientes di y de correspondientes a cada una de las vías.” (Ver punto 3.5.7.2). “En caso que los ejes normales a los planos de rodadura sean convergentes, es decir que el peralte de la vía exterior he sea superior al de la interior hi, el entreeje habrá que aumentarlo en la cantidad:

HT

hhE ie ×−

=∆

Utilizando los valores habituales, tenemos que:

∆E = 1,91(he – hi)


MIDEPLAN - SECTRA

3-28

En el caso de los trenes de mayor velocidad, las entrevías son también mayores: • El AVE español (trocha 1.435 mm) tiene una entrevía fija de 4,00 m. • El tren Madrid Barcelona (trocha 1.668 mm) tiene una entrevía fija de 4,20 m. • La nueva línea de alta velocidad Hannover Gemunsen (trocha 1.435 mm) tiene

una entrevía máxima de 5,60 m. En EFE, la norma EFE-NTF-11-003 fija las siguientes entrevías para plena vía:

TABLA 3-4 Entrevías

Radio de la curva [m] Entrevía nominal mínima [m] Vías Clase A Clase B y C Clase D y E Clase F Desvíos

500 ≤ R 4,60 4,60 4,60 4,70 4,00 400 ≤ R < 500 4,60 4,60 4,65 4,80 300 ≤ R < 400 4,80 4,80 4,90 4,30 R < 300 4,80 4,90 4,90

3.5.8 Trazado de las Curvas de Acordamiento De las indicaciones contenidas en los puntos anteriores puede concluirse que en la mayor parte de los casos es la limitación de las rampas de peralte la que determina el largo de las curvas de acordamiento. En el caso de los nuevos trazados, el diseño de transiciones entre los alineamientos rectos y las curvas circulares no presenta problemas teóricos y el procedimiento de diseño es el que figura en numerosos tratados de ferrocarriles y en el Volumen 3 del Manual de Carreteras (en lo aplicable). El esquema 3.203.404 A del Manual de Carreteras muestra el procedimiento de retranqueo de la curva circular con enlaces clotoidales, por el procedimiento de mantención del radio. También se utiliza el método de mantención del centro, en cuyo caso el retranqueo se efectúa mediante disminución del radio de la curva circular. En trazados de doble vía, la entrevía en la curva debe ser mayor que en recta, por lo que es recomendable utilizar en estos casos el método de mantención del centro de manera que el radio de las curvas circulares difiera en el valor de la entrevía. En este caso las parábolas o clotoides de enlace serán diferentes en ambas vías. Las configuraciones que se muestran en los esquemas 3.203.503 A, B y C del Manual de Carreteras son aplicables también a los trazados ferroviarios. En el caso de las Configuraciones No Recomendables, en casos inevitables ellas también pueden ser usadas en trazados ferroviarios, ya que, por tratarse de vehículos guiados, no presentan los inconvenientes del camino, que en estos casos se traducen en trayectoria erráticas de los vehículos.


MIDEPLAN - SECTRA

3-29

R=

A1 A1

RR

A2

A2 a) CURVA CIRCULAR CON CURVAS DE ENLACE

b) CURVA DE INFLEXIÓN O CURVA EN S

R=

R1

R2

A1A1

A2 A2

c) OVOIDE R1

R2

A1 A1

d) OVOIDE DOBLE R1

R3 R3

R2

A1 A2

R=

FIGURA 3-12


MIDEPLAN - SECTRA

3-30

e) CURVA CIRCULAR AMPLIA SIN CURVAS DE ENLACE

R R

f) REEMPLAZO DE CLOTOIDE DE ENLACE POR UN CÍRCULO

R3 R3

R

g) CURVAS CIRCULARES CONTIGUAS

R R R3

R= R=

R=

FIGURA 3-13


MIDEPLAN - SECTRA

3-31

j) CURVA DE ENLACE CON CLOTOIDES SUCESIVAS

i) FALSO OVOIDE

h) CLOTOIDES DE VÉRTICE SIN ARCO CIRCULAR

R

A2A2

A1

A1

A2A1

R1 R=

A1

R2

A2

A1 A1 A2 A2

R

R=R=

R=

FIGURA 3-14


MIDEPLAN - SECTRA

3-32

AR A

X X

PC B

G P

C C' AR d

Y

Y

M

P'

FC

V X ω

ω/2 ω/2 ϕ

Y

R= o o

R= o o

ϕ

c

c

p

p

p p

p

R

CURVA CIRCULAR RETRANQUEADA

CURVA CIRCULAR ORIGINAL

A=RL

ϕ=31,831L

2

grados R

ϕ

FIGURA 3-15 CE = CP=C’M=R Retranqueo: DR = EA=(PB-GE) ∆R = Yp-R (1-cosϕp) Retranqueo Centro: d = CC’= ∆R / cos (ω/2) Origen Curva Enlace: OV = Xp + AV – AB OV = Xp + (R + ∆R) tg (ω/2) – R sen (ϕp) Coordenadas de C: Xc = Xp - R sen (ϕp) Yc = Yp - R cos (ϕp) = R + ∆R Desarrollo Circular: PP’ = R (ω-2ϕp) / 63,662


MIDEPLAN - SECTRA

3-33

3.6 Diseño de Estaciones 3.6.1 General

Puede distinguirse normalmente dos clases de estaciones: estaciones terminales y estaciones de pasada. Las estaciones terminales son aquellas donde los trenes tienen su origen y su destino; las estaciones de pasada son aquellas donde los trenes tienen detenciones ya sea para tomar o dejar pasajeros, o para tomar o dejar carros de carga o para hacer maniobras. Usualmente las estaciones están separadas en dos áreas: las vías de circulación o de pasada, y los patios de carga o pasajeros. Los patios están formados por varias vías, llamadas desvíos, los que tienen diversos propósitos: (a) Permitir el encuentro (cruzamiento) de dos o más trenes en una estación (b) Estacionar trenes o carros (c) Armar y desarmar composiciones (d) Dar acceso a instalaciones de carga y descarga (e) Dar acceso a instalaciones de clasificación de carros (f) Dar acceso a instalaciones de mantenimiento La cantidad de desvíos de un patio depende de la naturaleza de las operaciones que en él se realicen y puede variar entre uno y varias decenas. Una particularidad específica de las líneas férreas es su carácter de guiado que obliga al material rodante a recorrer un camino prefijado y establecido. Esta restricción a los grados de libertad de movimiento de los vehículos ferroviarios tiene varias ventajas, en especial en seguridad y automatización, pero presenta también diversos inconvenientes desde el punto de vista de la explotación ya que en condiciones normales se presenta la necesidad de realizar cruces, alcances, separación de carros, clasificación y otras operaciones, lo cual hace surgir la necesidad de equipos especiales que permitan hacer todas estas maniobras. Estos equipos son básicamente los desviadores. Un conjunto de desvíos con sus desviadores convenientemente ubicados permite hacer todas estas maniobras y forman la estructura principal de una estación ferroviaria.

FIGURA 3-16


MIDEPLAN - SECTRA

3-34

3.6.2 Desviadores

3.6.2.1 General El desviador es un aparato de vía que permite el paso de los trenes de una vía a otra cuyo eje se acuerda tangencialmente con el de la primera o formando un ángulo muy pequeño. El caso más simple de un desviador es el llamado desviador sencillo o de dos vías, que da paso a los trenes a una vía o a la otra. La primera recibe el nombre de línea directa y la segunda de línea desviada. La separación y el cruce de los rieles de ambas vías se produce utilizando dos elementos; el cambio y el cruzamiento. De este modo el desvío consta de las siguientes partes desde el origen común de las dos vías: • el cambio, en el que se separan, dos a dos, los rieles de las vías; • los rieles intermedios o de enlace, que conectan dicho cambio con el

cruzamiento y • el propio cruzamiento en el que se materializa la intersección del riel derecho (o

izquierdo) de la vía directa o recta con el riel izquierdo (o derecho) de la desviada.

Los planos V-1192 y V-1193 de EFE indican el esquema y los componentes de un desviador sencillo.

FIGURA 3-17 Aparte del desviador sencillo hay en uso otros tipos, tales como el desviador bitrocha que permite comunicar líneas bitrocha formadas por tres rieles, y la travesía, que permite el cruce de dos líneas sin conectarlas. Estos tipos se usan en Chile sólo en casos muy especiales, aunque las travesías son extensamente utilizadas en otros países. Hay aún una serie de otros desviadores especiales, en configuraciones que pueden llegar a ser complejas, que no se utilizan en Chile. En la Sección 7 se entregan detalles sobre la construcción de los desviadores.

3.6.2.2 Cambios Sencillos Los componentes fundamentales del cambio sencillo (en oposición a los cambios especiales, como los incluidos en los desviadores especiales) son:

• dos agujas, izquierda y derecha, y • dos rieles guarda agujas, izquierdo y derecho.


MIDEPLAN - SECTRA

3-35

En los cambios convencionales, las agujas se apoyan en el respectivo riel guarda aguja y están unidas a dicho riel mediante un separador y una eclisa afirmada en su talón, que le permite moverse para acoplar o desacoplar la punta al riel guarda aguja.

FIGURA 3-18 Las dos agujas están unidas entre sí por dos o tres tirantes y pueden accionarse mediante diversos procedimientos, manuales, mecánicos, hidráulicos o eléctricos que las desplazan simultáneamente. Una vez acoplada la aguja, su inmovilidad sobre el riel guarda aguja se mantiene mediante un dispositivo de seguridad. Las agujas descritas son las normalmente usadas en Chile y se fabrican con un perfil normal de riel mecanizado para darle la forma necesaria y se denominan articuladas, por la forma de apoyo del talón que le permite girar. Como esta característica constituye un punto discontinuo en la vía, en algunos países se utiliza una aguja flexible, la cual está unida firmemente al riel guarda aguja y se flexiona en un sector que tiene suprimido un trozo de patín en la proximidad del talón, lo que le permite ser flexionada. Estas son las denominadas agujas flexibles.

3.6.2.3 Cruzamiento Los componentes principales del cruzamiento son el cruzamiento propiamente tal o corazón, más dos guardarrieles (izquierdo y derecho) y los rieles correspondientes.

FIGURA 3-19


MIDEPLAN - SECTRA

3-36

En el cruzamiento se materializa el corte de uno de los rieles de la vía directa con el de la mano contraria de la desviada. Presenta, forzosamente, unas discontinuidades en estos rieles para dar paso a las pestañas de las ruedas. Sin embargo, el diseño del cruzamiento permite que la rueda siempre tenga un apoyo y sea guiada por los canales del cruzamiento.

Los dos guardarrieles (izquierdo y derecho) guían la parada de ruedas tanto para evitar su descarrilamiento como para impedir que deterioren la punta del cruzamiento.

Existen básicamente dos clases de cruzamientos: apernados y fundidos. La mayor parte de los cruzamientos en uso en EFE fueron fabricados de perfiles normales de riel mecanizados en diversas partes. Estas partes se unen entre sí, remachadas a una plancha base y apernadas mediante separadores que permiten dejar los canales correspondientes. Este tipo de cruzamientos se utiliza principalmente en líneas secundarias y desvíos, debido a sus mayores requerimientos de mantenimiento. En las vías principales se usan normalmente cruzamientos monoblock fundidos de acero al manganeso, los cuales tienen una vida útil muy superior y tienen muy pocos requerimientos de mantenimiento. Estos cruzamientos normalmente son unidos a los rieles mediante eclisas y pernos. En Europa se ha desarrollado cruzamientos soldables, que se unen a los rieles mediante junturas soldadas. Este tipo de cruzamientos se ha instalado en el último tiempo en la línea entre Limache y Valparaíso y presentan las ventajas de continuidad física y eléctrica de las junturas soldadas. Los requerimientos de los trenes de alta velocidad han llevado al perfeccionamiento de los desviadores, utilizándose en algunas líneas cruzamientos móviles que eliminan la discontinuidad, permitiendo un apoyo continuo a las ruedas en toda la longitud del desviador. Aunque el principio de construcción es el mismo, estos desviadores de cruzamiento móvil son considerablemente más seguros y cómodos, pese a su mayor complejidad y costo.

3.6.2.4 Caracterización de los Desviadores Los desviadores sencillos se caracterizan por los siguientes parámetros básicos: 1. Trocha de la vía 2. Tangente del ángulo del cruzamiento 3. Largo y tipo de las agujas 4. Tipo de riel 5. Radio de curva del riel de enlace 6. Largo de ocupación 7. Tipo de cruzamiento


MIDEPLAN - SECTRA

3-37

Estos parámetros permiten muy variadas combinaciones y por esta misma razón existe una gran cantidad de desviadores utilizados por los diversos ferrocarriles. La Asociación de Ingeniería Ferroviaria Norteamericana (AREMA, ex-AREA) tiene diversos largos normalizados de cambios y ángulos de cruzamientos (trocha 1.435 mm). Los largos AREA normalizados de cambios son (dimensiones en m, aproximadas): Agujas rectas 11’0” 3,35 m 16’6” 5,03 m 22’0” 6,71 m 30’0” 9,14 m Agujas curvas 13’0” 3,96 m 19’6” 5,94 m 26’0” 7,92 m 39’0” 11,89 m A su vez, los cruzamientos AREA se caracterizan por sus ángulos: Cruzamientos Nº 4 14º 15’ 00” sólo apernados 1:4 Nº 5 11º 25’ 16” sólo apernados 1:5 Nº 6 9º 31’ 38” apernados o fundidos 1:6 Nº 7 8º 10’ 16” apernados o fundidos 1:7 Nº 8 7º 9’ 10” apernados o fundidos 1:8 Nº 9 6º 21’ 35” apernados o fundidos 1:9 Nº 10 5º 43’ 29” apernados o fundidos 1:10 Nº 11 5º 12’ 18” apernados o fundidos 1:11 Nº 12 4º 46’ 19” apernados o fundidos 1:12 Nº 14 4º 05’ 27” sólo fundidos 1:14 Nº 15 3º 49’ 06” sólo fundidos 1:15 Nº 16 3º 34’ 47” sólo fundidos 1:16 Nº 18 3º 10’ 56” sólo fundidos 1:18 Nº 20 2º 51’ 51” sólo fundidos 1:20 Los cruzamientos comúnmente utilizados por EFE son algo diferentes, como se muestra en la Tabla 3-5 siguiente.

TABLA 3-5 Ángulo de Cruzamientos

Denominación Largo

aguja [m]ángulo del

cruzamiento Radio curva enlace [m]

Longitud de ocupación [m]

tg 1:6½* 3,5 8º 44’ 46” 125 22,00 tg 1/8 5,0 7º 07’ 30” 182 28,20 tg 1/10 6,0 5º 42’ 38” 290 34,40 tg 1/13 7,5 4º 23’ 55” 504 43,70

(*) uso excepcional


MIDEPLAN - SECTRA

3-38

3.6.3 Desvíos en Estaciones

3.6.3.1 General En general, el diseño de los desvíos de estaciones es similar a los trazados de vías de circulación, compuestos por alineamientos rectos unidos por curvas circulares. Sin embargo, debido a la naturaleza de estos desvíos, en que las velocidades de circulación son necesariamente muy inferiores, los estándares geométricos a utilizar son menos exigentes, como se muestra más adelante. Sin perjuicio de lo anterior, dado que los trenes de carga han aumentado su longitud de manera considerable en los últimos años, y se prevé que seguirán aumentándola, es conveniente diseñar los desvíos de estaciones con un mínimo de curvas y éstas, con un radio mayor a las exigencias mínimas de la norma.

3.6.3.2 Normas Básicas de Diseño En las “Normas Técnicas de Vías Férreas, Construcción de la Vía” EFE-NTF-11-003 se establecen varias condiciones que se deben cumplir en las vías férreas de las estaciones. Estas son:

1. El radio mínimo de las curvas ferroviarias es de 180m.

2. No se necesita intercalar una curva de acordamiento si se cumple la relación:

2,5

2VR >

Como para el radio mínimo (180m) se obtiene una velocidad límite de 31 km/h, se concluye que en las estaciones no es necesario intercalar curva de acordamiento entre rectas y curvas circulares.

3. Considerando que EFE permite una altura de peralte no compensado de 71 mm, se deduce que un desvío no necesita peralte si se cumple la condición del punto anterior.

4. Según las normas de EFE, no se debe dar peralte a las curvas de enlace entre el cambio y el cruzamiento de un desviador sencillo, cualquiera que sea su radio.

5. Según las normas de EFE, no se debe intercalar curva de acordamiento entre la curva que une el cambio y el cruzamiento de un desviador y los tramos rectos que le preceden y le siguen.

6. El ensanche de la trocha en curva debe efectuarse también en los desvíos de estaciones según la tabla del punto 3.5.5.2.

7. La trocha de la vía férrea en desviadores y travesías se debe ceñir a las siguientes disposiciones: (a) Con excepción de los desviadores en recta y simétricos, cuyas ramas en

curva tengan radios de curvatura iguales o superiores a quinientos metros, la trocha de la vía férrea se debe ensanchar a 1.685 mm en ambas ramas del desviador.


MIDEPLAN - SECTRA

3-39

(b) El ensanche de la trocha se debe iniciar a una distancia mínima de 9 m antes de la juntura de la punta de aguja y terminar 9 m después del talón del cruzamiento y debe aumentar linealmente hasta alcanzar su valor total en estos dos puntos, manteniéndose constante en toda la extensión del desviador (o de la travesía).

(c) Entre dos desviadores o travesías consecutivas, separados hasta una distancia máxima de 18 m no se debe establecer el tramo de trocha variable mencionado en el párrafo anterior y se deberá mantener el ensanche constante, salvo que uno de ellos no requiera ensanche de trocha, por encontrarse en la situación (a).

8. En los desvíos de estaciones la entrevía debe tener las medidas señaladas en la Tabla 3-4.

9. En el perfil longitudinal de la vía en estaciones, la pendiente máxima no debe exceder al 2,5‰.

10. Debe evitarse la instalación de desviadores en zonas de cambio de pendientes.

11. En el capítulo 6.5 “Aparatos de vía” de la norma EFE-NTF-11-003, se dan diversas instrucciones relativas a la necesidad de intercalar un tramo mínimo de vía en recta entre desviadores y curvas contiguas. Este tramo recto mínimo es variable entre 3 y 12 m, de acuerdo a las circunstancias que se indican en dicho capítulo.

3.6.3.3 Desviadores a Utilizar

Las normas de EFE establecen también los tipos de desviadores a usar según la importancia de la vía en que se encuentren. En las “Normas Técnicas de Vías Férreas, Clasificación de las Vías” EFE-NTF-11-001, se determinan 8 categorías según su volumen de tráfico:

TABLA 3-6

Categoría de Vías según Tráfico

Categoría de vía férrea Carga bruta teórica diaria T [t]

1 130.000 < T 2 80.000 < T ≤ 130.000 3 40.000 < T ≤ 80.000

4A 30.000 < T ≤ 40.000 4B 20.000 < T ≤ 30.000 5 5.000 < T ≤ 20.000 6 1.500 < T ≤ 5.000 7 T ≤ 1.500

De acuerdo con la clasificación anterior, las “Normas Técnicas de Vías Férreas, Construcción de la Vía” EFE-NTF-11-003 señalan el tipo de desviador a utilizar en cada clase de vía:


MIDEPLAN - SECTRA

3-40

TABLA 3-7 Uso de Desviadores en Estaciones

Desviador/Ubicación Estaciones o recintos ubicados en

sectores de vía férrea de categoría 1 a 4 5, 6 y 7 Desviador en vías de circulación o vía principal de estaciones y traspasos entre vía principal y desvío de cruzamiento

1/13

1/13

Desviador en desvío de cruzamiento o de empalme a desvío destinado al tráfico de carga comercial

1/10

1/8

Asimismo, la norma señala la velocidad máxima admisible en desviadores:

TABLA 3-8

Velocidades Admisibles en Desviadores

Ubicación del desviador o travesía Rama directa del desviador o ramas de la

travesía

Rama desviada del desviador

Velocidad Máxima Admisible (km/h) 1. Desviadores punteros de estaciones,

traspasos y travesías 1.1 Señalizadas

a) Vía soldada b) Vías Categorías 4A, 4B y 5 c) Vías Categorías 6A y 6B

1.2 No señalizadas b) Vías Categorías 4A, 4B y 5 c) Vías Categorías 6A y 6B

100 80 60

70 50

60 60 40

60 40

2 Otros desviadores en línea principal de estaciones y en plena vía

2.1 Señalizadas a) Vía soldada b) Vías Categorías 4A, 4B y 5 c) Vías Categorías 6A y 6B

2.2 No señalizadas b) Vías Categorías 4A, 4B y 5 c) Vías Categorías 6A y 6B

100 80 60

70 50

40 40 40

40 40

3. Desviadores en desvíos de cruzamiento 60 40 4. Desviadores en desvíos de servicio 40 30

Estos valores provienen de la aplicación estandarizada de la fórmula teórica, según la cual la velocidad máxima en la rama desviada de un desviador está dada por:

)106(7,13max +×= hRV

Como en los desviadores el peralte h debe ser nulo de acuerdo con la norma, se tiene:

RV 78,2max =


MIDEPLAN - SECTRA

3-41

3.7 Mejoramiento de Trazados Existentes 3.7.1 General

El mejoramiento de los trazados existentes puede referirse a diversos aspectos: • Aumento de la velocidad mediante la eliminación de restricciones. • Mejoramiento de la capacidad de remolque de las locomotoras mediante la

disminución de la resistencia de la vía. • Mejoramiento de las condiciones de seguridad de la vía en determinados

sectores. El mejoramiento de sectores puntuales de un trazado debe hacerse teniendo siempre presente las características de todo el trazado, ya que muchas veces no se justifica hacer inversiones de significación en un tramo corto, cuando todo el resto se mantendrá con características igualmente restrictivas. Sin perjuicio de lo anterior, cuando las inversiones deban hacerse por otras causas, como por ejemplo debido a interferencias con proyectos de mejoramiento vial, o por reconstrucción de sectores dañados por crecidas o aluviones, debería aplicarse una política permanente de mejoramiento de estándares, la cual es propia de cada administración.

FIGURA 3-20

3.7.2 Aumento de Velocidad Como se desprende de los puntos anteriores de esta Sección, desde el punto de vista del trazado, la velocidad de circulación está determinada por el radio de las curvas, con sus elementos complementarios tales como las transiciones y los peraltes. Básicamente un mejoramiento de la velocidad puede obtenerse de tres maneras: 1. Mediante el aumento de la aceleración centrífuga no compensada 2. Mediante el aumento del peralte 3. Mediante el aumento del radio de las curvas

α

α

α


MIDEPLAN - SECTRA

3-42

3.7.2.1 Aceleración Centrífuga no Compensada Como se señaló en el punto 3.5.5.1, el valor fijado por EFE para la aceleración centrífuga sin compensar es el del Plan Director Europeo de Infraestructura, igual a 0,4 m/s2. Este valor está determinado por la comodidad de los pasajeros y puede ser sobrepasado sin comprometer los estándares de seguridad de la vía, ya que los límites de deslizamiento de la vía y de desrielo de los vehículos son muy superiores a estos valores, como se indica en la Sección 2 de estas Recomendaciones. En la práctica, RENFE ha fijado la aceleración centrífuga sin compensar en 0,65 m/s2, valor que equivale a una insuficiencia de peralte de 115 mm. Si a esto se agrega el peralte máximo de 160 mm, se concluye que las velocidades máximas admisibles en curvas de la RENFE son superiores a las de Chile, en que la insuficiencia de peralte es 71 mm para un peralte máximo de 170 mm. Como se ha señalado, el valor de la aceleración centrífuga sin compensar es convencional y depende del tipo de servicio. En los trenes que llevan pasajeros de pie, una aceleración mayor a 0,4 m/s2 puede ser poco confortable, pero puede no serlo en asientos adecuados en servicios de larga distancia.

3.7.2.2 Peralte Se señaló asimismo que el peralte práctico utilizado por los ferrocarriles es una fracción del peralte teórico, para permitir la circulación de trenes a diferentes velocidades. Sin embargo, no existe una limitación teórica a la magnitud del peralte, siendo posible aumentar su valor en líneas para trenes de velocidades similares, como son, por ejemplo, las líneas de alta velocidad u otras líneas especializadas. En estas vías son habituales peraltes de 220 mm y aún mayores. Si a esto se agrega la aceleración centrífuga sin compensar, puede obtenerse ganancias de velocidad bastante significativas en vías donde todos los trenes circulen a velocidades similares.

3.7.2.3 Radio de Curvas El radio de las curvas es el elemento más importante en el mejoramiento de la velocidad. Sin embargo, el mejoramiento de los trazados mediante un aumento general del radio de sus curvas es factible sólo en raras oportunidades, ya que esto significa la ejecución de grandes variantes, cuyas inversiones muchas veces no se justifican o, cuando lo hacen, resulta más económico construir un trazado completamente nuevo.


MIDEPLAN - SECTRA

3-43

Esa es precisamente una de las razones principales por la cual los ferrocarriles de alta velocidad en Europa y Japón se han desarrollado sobre trazados enteramente nuevos. Las líneas del TGV francés, del AVE español, del ICE alemán, del Shinkansen japonés y muchas otras, corresponden a trazados nuevos construidos especialmente para el proyecto, con estándares adecuados para la velocidad que se desea desarrollar. En cambio, el proyecto ACELA entre Boston y Washington, desarrollado sobre las vías existentes, ha debido limitar su velocidad a 240 km/h precisamente debido a las limitaciones del trazado. En cambio, el mejoramiento de las curvas se justifica en casos puntuales, donde inversiones de relativamente poca magnitud en variantes y mejoramiento de curvas pueden dejar largas extensiones de vía con estándares adecuados para mayores velocidades. En estos casos, los proyectos de variantes se diferencian poco de los proyectos de trazados nuevos, salvo en su longitud y por lo tanto deberá tenerse en cuenta los mismos factores. Finalmente, en el caso de mejoramiento de curvas aisladas, debe tenerse en cuenta que aumentar en forma significativa el radio de una curva, implica desplazar el trazado hacia el interior de la curva y acortar los tramos rectos en magnitudes considerables, con las consecuencias correspondientes de ocupación de terrenos y la posible influencia en las curvas anteriores y posteriores.

3.7.3 Mejoramiento de Capacidad de Remolque Como se muestra en la Sección 2, los elementos determinantes de la capacidad de remolque de las locomotoras son las gradientes y la resistencia de las curvas. De estos dos factores, el primero tiene una influencia mucho mayor. La reducción de las gradientes tiene como resultado directo ya sea el aumento de la capacidad de remolque de las locomotoras, o el aumento de la velocidad de circulación de los trenes. Ambos factores inciden en los ciclos de rotación de los equipos y por lo tanto en la eficiencia operacional. El mejoramiento de las gradientes por lo general implica un aumento de la longitud del trazado y la ejecución de movimientos de tierras de cierta importancia. De igual manera, el aumento del radio de las curvas produce menor resistencia y por lo tanto mayor capacidad de remolque. Este aspecto debe tenerse en especial consideración al analizar determinados sectores críticos en la operación de trenes de carga, en que la resistencia de las gradientes está aumentada por curvas estrechas. En los casos en que mejoramientos marginales en la capacidad de remolque sean beneficiosos para el proyecto, actuar sobre las curvas puede representar inversiones mucho menores que mejorar las gradientes. Desde el punto de vista del diseño geométrico, los proyectos correspondientes utilizan los mismos elementos que los trazados nuevos.


MIDEPLAN - SECTRA

3-44

3.7.4 Mejoramiento de las Condiciones de Seguridad de la Vía En ciertas circunstancias se requiere modificar los trazados para mejorar las condiciones de seguridad, como por ejemplo, al proyectar variantes que alejan el trazado de sectores críticos con peligro de inundaciones o aluviones. En estos casos, aunque el diseño de las variantes debe tener como principal consideración la de elegir un trazado libre de los problemas que se desea evitar, junto con eso es necesario fijar parámetros geométricos de diseño que mantengan o mejoren las características de la línea a la que pertenecen, en línea con la política general de mejoramiento de estándares mencionada en el punto 3.7.1.


MIDEPLAN - SECTRA

3-45

3.8 Normativa que Rige el Diseño de Trazados 3.8.1 Normas Obligatorias

Sin considerar la legislación, reglamentación y normativa que se refiere a los terrenos de la faja ferroviaria, como por ejemplo lo referente a expropiaciones, planos reguladores, disposiciones sobre uso de suelos, movimientos de tierras, etc., no hay normas obligatorias referentes al diseño mismo de los trazados ferroviarios.

3.8.2 Normas Recomendables 3.8.2.1 Normas de EFE

La totalidad de las normas de EFE tiene carácter de recomendación, ya que no existe ningún texto legal que las haga obligatorias. Sin embargo, es necesario tener en cuenta que, de acuerdo con lo establecido en la Ley General de Ferrocarriles, la construcción de nuevos trazados debe ser materia de una concesión otorgada por el Presidente de la República y los planos de construcción respectivos aprobados por Mintratel, entidad que seguramente pedirá la opinión de EFE. Las normas oficiales de EFE están dispersas en documentos de diversas épocas, pero han sido reunidas en los últimos años en los proyectos de Normas Técnicas y de Seguridad, algunas de las cuales se han citado en el texto anterior. Estos proyectos de Normas no difieren mayormente de las normas oficiales y se hallan actualmente en proceso de oficialización, por lo que pueden ser tomadas como oficiales. Las Normas de Seguridad fueron creadas con la intención de hacerlas aplicables a todos los operadores ferroviarios, ya sean públicos o privados. Sin embargo, la Autoridad Reguladora encargada de la verificación del cumplimiento de estas normas no ha sido creada y por lo tanto aún no tienen fuerza legal. Las Normas Técnicas, en cambio, fueron creadas con la intención de hacerlas aplicables sólo dentro de EFE, con carácter de recomendación en otros ferrocarriles. Sin embargo, una vez oficializadas deberían tener carácter obligatorio para los concesionarios de vías de propiedad de EFE. Las normas de EFE que se relacionan con el diseño de trazados son las que a continuación se mencionan, citando las secciones pertinentes. EFE-NSF-11-001 Norma de Seguridad para Vías Férreas. • Clasifica las vías según su velocidad máxima admisible en 6 clases (A a F).

• Establece requisitos mínimos a: o plataforma, banqueta y entrevía: entrevía, banquetas, gálibo o geometría de la vía férrea: trocha, alineación, trazado, curvas, peraltes, nivelación, defectos

geométricos o registros, archivos e informes

Está referida al Reglamento de Tráfico de EFE, a normas antiguas de EFE, y a normas de seguridad norteamericanas (DOT).


MIDEPLAN - SECTRA

3-46

EFE-NTF-11-001 Norma Técnica de Vías Férreas. Clasificación de Vías de

Circulación • Clasifica las vías según su volumen de tráfico en 5 categorías (4A a 6B).

Está referida a una Norma UIC. EFE-NTF-11-003 Norma Técnica de Vías Férreas. Construcción de la Vía • Establece requisitos mínimos a:

o estructura de asiento de la vía férrea o gálibo y entrevía o vía férrea con rieles eclisados o vía férrea con rieles soldados o aparatos de vía o geometría de la vía férrea

Está referida a normas de EFE, normas UIC, normas RENFE y normas de la SNCF.

3.8.2.2 Manual de Carreteras del MOP

El Volumen 3 del Manual de Carreteras contiene numerosas disposiciones y recomendaciones que son aplicables al diseño ferroviario y que se han citado en diversos puntos de estas Recomendaciones. En el texto no se ha considerado necesario reproducir el contenido del Manual de Carreteras, debido a que sus disposiciones pueden aplicarse al diseño ferroviario prácticamente sin modificaciones, Especial aplicabilidad tiene el punto 3.203.4 que se refiere al diseño de las curvas de transición o acordamiento.

3.8.2.3 Normas AREMA

Las Recomendaciones de Diseño Ferroviario contienen diversas recomendaciones para el diseño de los trazados ferroviarios, contenidos particularmente en el Capítulo 5 Vías, complementado con el volumen de Planos Tipo de Desviadores, y en el Capítulo 14 Patio y Terminales. Capítulo 5 Vías La Parte 3 de este Capítulo se refiere al diseño de curvas y contiene esencialmente la misma información entregada en la presente sección.


MIDEPLAN - SECTRA

3-47

Planos Tipo de Desviadores El Portfolio of Trackwork Plans contiene los planos–tipo de todos los cambios y cruzamientos mencionados en el punto 3.6.2.4 de esta Sección, así como de las travesías normalizadas y las partes, componentes y accesorios de los mismos. Capítulo 14 Patio y Terminales El Manual AREMA entrega importantes recomendaciones para el diseño de patios y terminales, los que se refieren al trazado de éstos y a otros aspectos. A continuación se transcribe el índice del capítulo, que permitirá la consulta directa a dicho manual. 1. Generalidades 1.1 Patios y terminales conjuntos 1.2 Actividades comerciales en los edificios 1.3 Sistema de Identificación Automática de Carros 1.4 Precauciones ambientales 1.5 Requerimientos de seguridad 1.6 Prevención de incendios en patios 2 Patios y terminales de carga 2.1 Introducción 2.2 Disposición de vías 2.3 Componentes del patio 2.4 Diseño de patios de clasificación por gravedad 2.5 Diseño de patios planos de clasificación 2.6 Consideraciones de diseño para trenes de pasada en terminales 3 Transferencia y distribución de cargas 4 Terminales de carga especializados 4.1 Instalaciones de transferencia riel–agua 4.2 Diseño de instalaciones intermodales 4.3 Instalaciones de carga y descarga de automóviles y camiones 4.4 Sólidos a granel 4.5 Diseño de terminales para fluidos a granel 4.6 Terminales de mercaderías 4.7 Terminales municipales de basura sólida 5 Instalaciones para locomotoras 5.1 General 5.2 Instalaciones para servicio 5.3 Pozos de revisión 5.4 Diesel, Diesel-Eléctricas y Eléctricas


MIDEPLAN - SECTRA

3-48

6 Instalaciones para pasajeros 6.1 Planificación de terminales 6.2 Medioambiente de la estación 6.3 Patios de trenes de pasajeros 6.4 Servicios (aire, agua, electricidad) 7 Otras instalaciones de patios y terminales 7.1 Almacenes 7.2 Almacenamiento 7.3 Diseño de instalaciones para la recuperación y fabricación de materiales

de vía.

3.8.2.4 Normas RENFE Si bien la tecnología de vías chilena es de origen norteamericano, la similaridad de la trocha española con la trocha ancha chilena hace conveniente tener en cuenta la normativa de este país, salvando las diferencias relativas a los perfiles de riel. En relación con el tema de esta Sección es conveniente tener en cuenta las siguientes normas de RENFE: 1. Norma de aplicación del gálibo de material rodante 2. Norma de aplicación del gálibo de las instalaciones fijas 3. Norma del gálibo de cargamento


MIDEPLAN - SECTRA

3-49

3.9 Bibliografía

1. Tratado de Ferrocarriles Fernando Oliveros Rives; Manuel Rodríguez Méndez; Andrés López Pita; Manuel Megía Puente España, 1979

2. Apuntes de Clase de la Cátedra de Ferrocarriles José Manuel García Díaz de Villegas, Universidad de Cantabria, España 1998

3. Desvíos Ferroviarios José Manuel García Díaz de Villegas; Miguel Rodríguez Bugarín, España, 1995

4. Curso de Ferrocarriles Manuel Losada, Universidad Politécnica de Madrid, España, 1990

5. Railroad Engineering William W. Hay, University of Illinois, USA, 1982

6. Manual for Railway Engineering AREMA, USA, 2000

sección03

Documents