Vias de tren

INTRODUCCIÓN

El ferrocarril y toda su infraestructura ha sido muy importante para el desarrollo de nuestro país a través de la historia, y que sigue vigente y necesario para el transporte de cargas.

Los trenes acortaron las distancias y cambiaron para siempre el entorno por el cual pasaban. Los longitudinales, y todos sus ramales fueron una verdadera columna vertebral para mexico, trajeron el desarrollo, y la unión de un país con múltiples problemas fronterizos y que necesitaba estar comunicado.

El ferrocarril no sólo lo componen los carros, sino que también es preciso un conjunto de implementos que son necesarios para su funcionamiento, como son los equipos, las vías, estaciones, etc.. Como sabemos las vías del tren están conformadas, entre otros elementos, por rieles, normalmente de acero, por los cuales se va desplazando el tren recorriendo las distintas ciudades.

En este trabajo se especificará la importancia de los rieles, algunas de sus características y dimensiones de uso, etc.

DESARROLLO

Quizás, puede pensarse que sobre los rieles de la vía férrea no hay mucho que se pueda decir. Puede pensarse que tal vez hay sólo un tipo de rieles, de una dimensión determinada e incluso una sola distancia normada de separación entre ellos en forma paralela. Pero, como se analizará más adelante, podremos darnos cuenta que estas hipótesis están totalmente erróneas, puesto que los rieles también tienen características particulares que los diferencian unos de otros, como por ejemplo, las alturas totales, los anchos ( superior e inferior), inclinación del patio, radio de curvatura.

Podemos comenzar diciendo que no hay sólo una separación interior típica entre los rieles de la vía, lo que se denomina`Ancho de Trocha', por lo menos en Mexico se han empleado dos medidas de ancho de trocha; en el norte se dispone de manera más frecuente la separación de 1m. entre rieles, y en el sur se dispone de un ancho mayor de 1,676 m. de separación entre ellos.

La trocha es medida entre las cabezas de los rieles, en ángulo recto al riel, en un plano ubicado a 16 mm. desde la parte superior de la cabeza del riel.

trocha

Dentro de las funciones que cumplen los rieles, podemos mencionar que éstos son los que soportan todo el material rodante y sirven de guía para el trayecto a seguir.

Componentes del riel

Un riel está compuesto por :

Cabeza.

Alma.

Zapata o patio.

Cabeza del Riel : Porción superior del riel sobre la cual apoyan las ruedas de los vehículos ferroviarios.

Alma del riel : Porción intermedia del riel que une su cabeza con su zapata.

Zapata del riel : Porción inferior del riel mediante la cual éste se apoya en los durmientes directa o indirectamente.

Tipo de riel

Riel es una barra de acero laminado que, colocado uno a continuación de otro, en 2 líneas paralelas sobre durmientes u otros soportes adecuados, constituyen el camino de rodadura de los vehículos ferroviarios.

Al riel se le denomina de diferentes maneras según la función que estarían cumpliendo, como por ejemplo :

Riel de zapata plana (Vignole) : Riel con superficie de apoyo plana.

Riel de reempleo : Riel retirado de la vía que puede ser reutilizado como riel de rodado o en determinadas obras complementarias de la vía, sin o con reacondicionamiento previo.

Riel excluido : Riel retirado de la vía y que no puede ser reutilizado como riel de rodado bajo ninguna circunstancia.

Para definir cuál es el tipo de riel que debe emplearse en una vía férrea determinada se debe conocer cuál será el peso de los ejes que circularán sobre los rieles durante toda su vida útil (esto se analizará en diseño de rieles). A través del tiempo y de la experiencia que se ha tenido se ha hecho más común el llamado `riel de patín plano' o `riel tipo Vignole', que es el que se utiliza en nuestro país.

Además, los tipos de rieles se caracterizan por su peso expresado en libras/pie o kg./m y sus medidas de altura y ancho en pulg. o en mm.. El uso que se le va a dar al riel según el peso que éste tenga va a depender de la carga que llevará cada rueda.

Hay variados tipos de rieles , los cuales tienen sus dimensiones ya definidas para cada tipo, de ancho de la cabeza del riel, de altura de la cabeza, de altura del alma, de altura del patín, de ancho del alma, de ancho del patín, de altura total del riel, etc.

En donde podemos definir :

Altura del riel (h) : Distancia entre los puntos de intersección de la superficie de rodado y de apoyo del riel con su eje vertical.

Altura de la cabeza del riel (b) : Distancia entre los puntos de intersección de la superficie de rodado y de la prolongación de la porción plana de la superficie de eclisaje superior del riel con su eje vertical.

Altura de la zapata del riel (d) : Distancia entre los puntos de intersección de la superficie de apoyo y de la prolongación de la porción plana de la superficie de eclisaje inferior del riel con su eje vertical.

Ancho de la cabeza del riel (a1) : Distancia transversal entre las líneas de intersección de las superficies laterales de la cabeza del riel con un plano paralelo a la superficie de apoyo del riel y ubicado a 16 mm. debajo de la superficie de rodado, profundidad medida en el eje vertical del riel.

Ancho de la zapata del riel (g) : Distancia entre las superficies laterales de la zapata del riel.

Espesor del alma del riel (e) : Menor distancia transversal del alma del riel.

Superficie de eclisaje superior del riel (j) : Superficie inclinada inferior de la cabeza del riel que sirve de apoyo a las eclisas.

Superficie de eclisaje inferior del riel (k) : Superficie inclinada superior de la zapata del riel que sirve de apoyo a las eclisas.

Superficie de rodado del riel (a) : Superficie curva de la cabeza del riel que sirve de pista de rodadura a las ruedas de los vehículos ferroviarios.

Diseño de rieles

Cuando se desea diseñar un riel para una vía en proyecto es necesario definir en un principio cual será la carga que tendrá este tramo de vía.

En mexico se utilizan algunos métodos de diseño de rieles, los cuales son :

Según fórmula del Profesor Shulga.

Introduce como factor de dimensionamiento del carril la intensidad de tráfico (T), pues es la causante del deterioro normal de los rieles por desgaste. No considera directamente la influencia de la velocidad y la carga por eje.

Q = 31.046* T0.203

Por ejemplo,

Para un tráfico anual (T) = 2 millones toneladas brutas.

Se obtiene, PESO DEL RIEL = 35.7 kgs./ml

Según fórmula del profesor Shajunianz.

Considera peso por eje (P), tráfico anual (T), velocidad máxima (V), además agrega un factor (a) dependiente del tipo de vehículo, el cual vale 1.2 para vagones y 1.13 para locomotoras. A pesar de la ventaja anterior, los resultados indican valores demasiado bajos de acuerdo a la experiencia, lo cual parece indicar que la fórmula resulta apropiada para vías de lata velocidad, intensidad de tráfico y peso por eje.

Q = a(1 + T1/4)(1 + 0.012 V)2/3 P2/3

Ejemplo :

variables datos unidades

peso por eje 25 toneladas

tráfico anual 2millones ton.

brutas

velocidad máx.

40 km./hora

a 1,2 -

Resultado : PESO DEL RIEL : 29.2 kgs./ml

Según fórmula modificada del FCAB.

Método usado por el dapartamento de Vías y Obras del FCAB, hace depender el peso del carril de la carga por eje y la velocidad del tráfico. Los valores obtenidos son los más adecuados y razonables de acuerdo a la realidad de nuestras vías, siendo influenciados

mayormente por el peso por eje que por las velocidades, las cuales son comparativamente bajas en nuestro continente.

Q = 10.7093 (P + 0.0000386* P* V2)2/3 0.49605206

Ejemplo :

variables datos unidades

peso por eje 20 toneladas

velocidad máx.

20 km./hora


Proposición congreso Ferroviario de El Cairo.

Hace depender el peso del riel (Q) solamente de la carga por eje (P), lo cual significa que considera solamente cargas estáticas, no tomando en cuenta el efecto dinámico de aumento de carga por velocidad.

Q = 2.5 P

Ejemplo :

Peso por eje : 25 toneladas


Según fórmula profesor Yershov.

Inversamente al del Cairo, considera solo la velocidad máxima (V) de los equipos y no la carga por eje (P), lo cual significa que podría decidir el uso de un perfil subdimensionado en cuanto a capacidad de carga.

Q = Vmáx. / 2.2

Ejemplo :

Velocidad máxima : 40 km./hora


Una vez definido cual será el peso del riel Q que se necesitará se consulta la tabla de diseño de rieles mostrada anteriormente en donde están definidas todos los tipos de rieles y sus dimensiones necesarias para soportar la carga determinada.

Longitud del riel

Hay una gran variedad de longitudes de rieles que se pueden utilizar, pero a través del tiempo se ha ido tomando 10 a 12 m. como los largos más frecuentes, y en cuyos extremos se observan 2 o 3 agujeros que son para los pernos de empalme.

Marcación de los rieles.

Para poder identificar los rieles , éstos se marcarán en la superficie de rodado del riel y a no menos de 500 mm. de su extremo, se indicará con pintura, la clasificación del riel y en el siguiente orden :

Tipo (perfil) del riel, en letras mayúsculas.

Calidad del riel (n = nuevo; r = reempleo y e = excluido), en letras minúsculas.

Clasificación del riel : 1A,1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4 ó 5 en el caso de rieles de reempleo, y 1a ó 2a en el caso de rieles excluidos.

Longitud del riel, expresado en metros y separado por un guión de la letra y/o número citado anteriormente.

Desgaste y deformación de rieles

Como todo material, los rieles también se van desgastando según el uso que se les hace a través del tiempo, éstos se desgastan en la parte superior, la cabeza, que es la que hace contacto con las ruedas del ferrocarril. Para que el riel siga cumpliendo con su función y no haya problemas de seguridad, existe un valor de desgaste máximo que es permitido, el cual es de 3/8” (10 mm.).

DESGASTE DE CABEZA :

Desgaste lateral de la cabeza del riel : Es el desgaste de la superficie lateral de la cabeza del riel, medido transversalmente a una distancia de la superficie de apoyo del riel igual a la altura del riel nuevo disminuida en 16 mm.

Desgaste vertical de la cabeza del riel : Es el desgaste de la superficie de rodado del riel, medido en su eje vertical.

Desgaste ondulatorio de la cabeza del riel : Desgaste discontinuo de la superficie de rodado del riel que se caracteriza por una sucesión alternada de zonas altas brillantes y zonas bajas (baches) oscuras.

Encalladuras : Cavidades de poca profundidad que se forman en la superficie de rodado de los rieles por desprendimiento del material autotemplado a causa del patinaje de las ruedas de los vehículos ferroviarios.

Otro daño que sufren los rieles es la desalineación de éstos, los cuales serían :

DESALINEACIÓN HORIZONTAL

DESALINEACIÓN VERTICAL : doblez hacia zapata.

DESALINEACIÓN VERTICAL : doblez hacia cabeza.

MEDICIÓN DEL DESGASTE DE LA CABEZA DE RIELES Y MEDICIÓN DE LA DEFORMACIÓN HORIZONTAL.

Para poder determinar el desgaste de los rieles se utilizan ciertos materiales haciendo una respectiva medición de desgaste:

USO CALIBRE RIELERO.

MEDICIÓN DEL DESGASTE VERTICAL DE LA CABEZA EN EL EXTREMO DEL RIEL.

MEDICIÓN DE LAS DEFORMACIONES EN RIELES DE VÍA.

DEFECTO EN LOS RIELES.

Algunos de los defectos que se encuentran en los rieles son :

Fisura transversal.

Fisura compuesta.

Fractura superficial.

Encalladura.

Defecto en la soldadura.

Grieta horizontal en la cabeza.

Grieta vertical en la cabeza.

Grieta en el alma.

Entubadura de riel.

Separación cabeza - riel.

Grieta próxima al agujero del perno.

Zapata quebrada.

Quebradura ordinaria.

Riel dañado.

Tales rieles que presenten algunos de estos defectos deberán ser retirados de la vía.

Cambio de rieles.

En el extranjero se cambian rieles más o menos cada 10 años, pero en Mexico, el cambio de rieles no se hace tan frecuente. Las vías actuales están formadas por rieles más bien viejos, alrededor de la década del 60.

Lo que se hace en México para mantener los rieles en buen estado es repararlos, es decir, durante ya varias décadas no se han comprado rieles nuevos en Mexico sino que se van reutilizando.

Ferrocarriles del Estado (EFE) tiene una planta llamada “PLANTA CHENA” en donde se reparan los rieles en forma horizontal y vertical.

Lo que se hace es sacar el riel que está dañado o desgastado de la vía y se lleva a la planta. En este lugar se van perfilando, se limpian, lo soldan y se dejan barras de 100 m. de longitud y luego se soldan en terreno.

Reacondicionamiento de rieles : Es el proceso a que se someten los rieles para dejarlos aptos para su utilización en vías férreas.

Juntura de rieles.

¿Por qué los rieles de la línea de tren tienen una pequeña separación?

Esto es debido a los cambios de volumen que sufren los rieles, lo cual se refiere a los cambios que sufre la materia en relación al espacio que ocupan. Los cambios de volumen son dos : contracción y dilatación.

Contracción es la disminución de volumen que sufre el riel al enfriarse. La contracción se entiende porque al enfriarse los cuerpos, las partículas están más cercanas unas de otras, disminuye su movimiento y como consecuencia disminuye su volumen.

Dilatación es el aumento de volumen de los rieles que ocurre debido a las altas temperaturas, por lo cual es necesario dejar esta pequeña abertura (juntura) a lo largo de los rieles que conforman la vía férrea.

En vías eclisadas convencionales, cada riel debe estar apernado con al menos 2 o 3 pernos en cada juntura.

En vías soldadas continuas, cada riel debe estar apernado en al menos 2 pernos.

Peraltes

Cuando en la vía se presenta una curva , los rieles deberán ir peraltados, éste puede llegar hasta 200 mm. dependiendo del radio de la curva, de la velocidad permitida en la vía, del ancho que se le va a dar a la trocha para que pueda girar.

El peralte se debe iniciar antes de la curva y después de ella produciéndose un enlace de peralte.

En la curvatura las vías deben ir ensanchándose levemente para que el carro pueda doblar sin ningún problema, ya que al ser las partes de éste rígidas, al querer doblar nunca van a quedar perfectamente alineados.

Se tiene que a un menor radio hay un mayor ensanche, por ejemplo para

una curva de 600 m. de radio el ensanche es de 6mm., para una curva menor de 250 m. el ensanche alcanza hasta los 25mm.

En Mexico, el riel exterior en una curva no puede ser más bajo que el riel interior o tener más de 100 mm. de peralte.

La Velocidad máxima admisible de operación en una curva está determinada por la siguiente expresión :

donde :

Vmáx : velocidad máxima en km./hora.

ho : peralte actual del riel exterior en mm.

R : Radio de curvatura en metros.

ACORDAMIENTO :

Los desarrollos de curvas requieren además un tramo de enlace que se

denomine acordamiento o rampla.

Los radios mínimos en líneas de primer orden es mínimo 400 m., solo en

casos especiales se usan hasta 250 m.

Los radios mínimos en líneas de segundo orden van de 300 m., pudiendo

bajarse a 200 m. en casos especiales.

El acordamiento debe tener una longitud no inferior a 400 veces el valor

del peralte de la curva.

Pernos Rieleros

Los rieles y las eclisas van unidos mediante pernos rieleros, hay de diferentes tipos, algunos son :

Tirafondo Rielero :

El cual se usa para la fijación de los rieles y otros elementos de la vía férrea.

Este debe ir recubierto con aceite.

Clavo Rielero Ferrocarriles :



Clavo Rielero Tipo Americano :



Perno Rielero Cuello Ovalado :



Tuercas Bulldog :


Este debe ir recubierto con aceite. Una de las características de estas tuercas es que se ensamblan con torque predeterminado impidiendo que se suelte del perno por las vibraciones.

Perno KZ :



Vastago de Anclaje :

El cual se usa de anclaje de fijación del riel.

(en la línea 1 del metro se usaron aproximadamente 1.500.000 de piezas).

Actualmente, se ha dejado de lado el ferrocarril y hay poca preocupación por el mantenimiento de toda su infraestructura, las vías férreas Mexicanas no están en buen estado.

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