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SEGUNDA PARTE FERROCARRILES
CAPÍTULO XV FERROCARRILES ES T UDIOS DE LOS FER ROCA R R I LES La mayor parte del est ud io topográfico. de mecánica de suelos, de movimiento de tie rras y de d renaje que se ha llevado a cabo en Jos capít ul os (Interiores relarivos a las carrctcras. so n también apliC
FERROCARRILES
Mf>xico ha \cn iclo evoluc ionando. desde 182 \ hasta 1872, de l trúrico de arrierí~l y diligencia s, hasta la aparición de l ferrocarril en 1872. En sus pr imeros 54 años se co nstruyeron 350 k il ó metros de v ía fé rrea cada año, desde 1872 ha sta 1926. reduciéndose ese rilmo entre 1926 Y 1966 a sólo una tercera parte, con lo c ual se alcanza el kilome traje actual ( 19tJ3) de la red f~rrea mcx ican~l, con 23 .000 k iló metros aprox imadame nte . Se esli ma que son aún necesarios un os 3.500 kilómetros mús para term inar la red bflsica. además de modern izar el ;dincamicnlO de las v ías existentes cuya edad oscila entre los 60 y 90 años en
un a buena parte.
La rt: clu cció n del fillll O de co nstrucció n de las vías fé rreas se debi ó, en pnrtc, a la necesidad d e crcar la red cam ine ra de la cual se constr uye ron 55,000 ki lóml:t ros de cam inos entre 1926 Y 1966, Y a la feeha van mas de 250,000 transi tables en todo tiempo, Los ferroc::IIT i1cs nac io nales mueven, diariamente, algo 11l3S de 500 trenes ( 1i 3 de pasaje Y 2/3 de carga) recorriendo un promedio de 300 kilómetros los
de pasaje Y de 200 kil óme tros los de ca rga, El tren de carga mec!io prod uce 100 mil tone ladas-kil ómetro (netas) por tren, co n recorrido medio de 200 kilómetros y una di stanc ia media de 450,ki-IÓlllctros por lO ll elada, El tren de pasaje ros medio prod uce 60 mil pasajeros-kilómetro, con recorrido medio de 300 km, por 120 km de recorrido por pasajero, Los ferrocarriles mexicanos mu even sus trenes con, aproximadament~ 1.000 loco motoras. 2.000 coches y 25.000 carroS.
DEFINICiÓN Un fe rrocarr il se puede definir co mo la vía prov ista de guías paralelas, nominadas rieles, sob re las que se de sli zan una se ri e de trenes movidos tracc ió n mccúnica, C LASIFICACiÓN DE LOS FERROCARRILES No se cuen ta en la ac tu alidad con una c las ificac ión unificada de las de fe rroca rril debido a que las mismas presen tan una gran variedad en caracte ri s ti cas, Sin emba rgo, desde cie rtos puntoS de vista se pueden ca r en:
principales J líneas secllndarias , Las líneas principales son aque ll as que forman las grandes 1meas y las líneas secu ndari;J s las que compleme ntan la red formada por
Lí"(,llS
res dand o así un sistcma completo de vías fé rreas,
FERROCARR ILES
569
Líneas de )'ía alJgosta y de \'la au cha Esta c1
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Lílleas de ,rú ll,\'ito gen . ellS urballa't , . eral• lín ea...' ,\'11I"h ,,1,, ali as. y / lII Esta es ulla claS ifi cac ió n rc ht ' l,VICJO , . publico ,. , ' iva<,'11 se que ' pres t'
se ti ene que' las lín eas de tr-'tn to: oue ll e'I a I COI.re.::;. . poneIen . < .si ::
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Las líneas suburbana s so n aqucllas que lioan un'l l)ob lac l'o' ll c . n e c· L .:::o" 011 s us ZOll"b as líneas urb'lIl"l - so n 1,' ' "lO dentro ( < , ~ as que presta n sc n 'le e
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CONSTITUCiÓN DE LA VíA TÍ La vía de un ~e r rocarril se compone de dos partes pr incipal es: las tc rraceas y la superestI uctura, Las tcrrace l"Ías son el co njunto de ob ras fo rmada s Jor Y.lerraple nes para ll ega r al ni ve l de s lIbrasa nl e, y la s lIPcrest rll elUr': propl amen le dlcho,es la parte que va arriba de la terracaia y la ao:u de s lIJ e tos a pi ezas tran sversal es ll a mada s durlll;eules. 10 eSCall Sdl1 sobre un lecho de mat eri al pétreo deno minado balasto a
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10~il~o2e~l~~:~~regar los accesorios de la via tale s co rn o pla cas. planchuel;s.
FERROCARR ILE S
570
FE RROCAR RIL ES
57 1
EL RIEL El riel viell e de signado por e l nÚIl1~ro de kilos de peso por cada metro dc longitud (o el número ti.: libr3s de peso po r cada yarda dc lon g itud). de tal mo·
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do que cuando se dice: riel de 55 k g de peso to de I ¡ 2 lb), qui¡,;or(: dec ir que un metro (o ulla yarda ) de ese ri el pesa 55 kg (o 112 lb). E!lbs hojas que siguen
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FERROCARR ILES
572
FERROCARRILES
573
TORN ILLOS lll: FEliROCARRIL
Planchuelas Dimensiones y peso
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574
FERROCARR ILES
FERROCA RRI LES
575
La s upe rfi c ie de rodadura de Jos ri eles no es plana s ino cumbeada con el fin de reducir el desga ste rec íp roco entre rueda y ri el. Una supe rfici e de roda-
dura plana produciría rebabas
CLAVOS De FERROCA RRIL
se y desprenderse.
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Una repartición adec uada de metal debe ex istir entre el hon go. el ¡ti ma y el patín de los rieles. Una de di ch3s repart iciones, q ue se ha considerado Como buena, es la de 40%, 22% Y 38(Vo. fL'spec li va mellle. de materi a l en cabeza. al. ma y palín.
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rinaJmentc por exfol iar.
El alma de los ri e les es la parle que ha sido discllacla no so lamente Con d fin ele ab so rber los efectos del Corte sillo líllllbi0n los ef(~clOs Oectores que se producen por la acc ión de las c~lrgas tran sve rsal es. Ello ha co nducido al elise. 110 de alma s con espesor variable siendo mayor en la base de la mi sma y tam. bién junto al hongo.
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J~i1eniles que aca barían
Paro rieles de
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Los rieles Son normalm ente laminados de 12111 (30 pies) de lon g itud. Sin embargo, a mayor longitud de ri e l se di sminuye la cantidad de juntas y por lo tanto se dismin uyen los puntos débiles de las vías. Las juntas CI1Ire ri e les pueden efec tuarse de dos man era s: C0 l110 jUllta apoyada o como junta s uspendida,
FERROCARRILES
576
fERROCARRILES 577
En México sc emp ica la junt
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ROTURA DE LOS RI ELES , Muchas de las roturas de los rieles se producen como consec ue n~la de pe. queiios. desperfectos iniciales que pueden ser detectados recién termmados los , te e lcctnca ' , ' de b' ' 'c que establece alrecm riles emp lea ndo una carnen aJo va It _lJ - ' lI t l'1'IZa lH.1o equipos que detecten de dal' del ho ngo del riel un campo magnetlco " - ' a meel'I(1d- que Ill t ,even a lo largo del las variaCIOnes de dICho campo magnetlca
riel unas esco bi llas de COll tJCto. EL BALA STO " mo iedra iriSe 113mJ ba lasto ~I cierta clase de malerml escogIdo, lal ca p. m.. . ' I 'obre las terracenas co turada. grava, escorl[!. celllzas, etc" q ue se co oca s . ' El balasto I agua l)act'H.hs para dar npoyo y estab ili dad CI los durm ientes o travIesas.. , , a los dUrllllcntes " ' 1auos, " ' pernll'¡'endo arrojar e alineados y nlve I " -,,_" mantiene
fLli.:ra de d ios y h~l c i endo posible el alineamiento. nivelación y elevación de la via o bien la rcnovaciún de los durmientes sin tocnr el ]echo, Cuando se colo~~I correcta~11ente y ticlle sllri~ie nt e es pesor. el balasto propo rciona un SO port e fml1e y uIlIformc a los dunlllentes y di st ribuye po r igua l la presión C~llI S
Pied ra triturada , desin tegrado. Escoria trituradn. Grm'u 1:1\·::Ida . Grava cribJda. Grava de río. Grava {k mina . Cenizas. Res iduos de 1,1 triturnción de piedras. 10. Arena. 11 , GrJva cementada . 12. Escoria grnlluladJ. Gr~tIlito
El espeso r necesar io de balasto para una vía de primera clase. a fi n de qul:.' pueda resist ir satis[lcloriamente las pesadas cargas a que se rft sometido. es fuerte, y por lo tanto, si se em plea cua lqu iera de las mejores c,d idades dI.! material para fOrmJf todo el espesor en toda la sección dI..' balas to, res ulta caro, Debido a ell os es recom cndable usar algunas de las clases de balasto 1ll{IS baratas, tales como grava de mina . arena a cc ni z
578
co~o
FERROCARRILES
Los Ferrocarriles Nacionales de México especifican balasto de pie_ dra triturada aquellas que pasa de 100% la malla de 1-1/2 y Se en la malla de 3/4". Sin embargo las especificacIOnes recomendadas pOr la ARE", para balasto de piedra triturada Son:
rellen~
579
La piedra triturada constituye uno de los materiales para balasto más limpios. Cuando la vía está balastada correctamente presen ta Un aspecto SUma_ mente atrachvo.
un~f~~ne: L
. dr para balasto deberá ser triturada en fragmentos angu losos, bastan_ que, en cualquier posición, pasen por la malla de 2-314" y se reten_ I d 3/4 Iganen a e ". El balasto de piedra debe. ser .tnturada (3/4") en tal 1 forma. que ( tOdos ostamanosc 1 y e supenor di' Omprendidos entre el lúnite mfenor. 2-3/4") esten presentes ell cantidades aproximadamente Igua es enC' to'1 do e Conjunto. . . Es ta mezc Ia lllll,orme .e de talllaños hace que el balasto sea ,acl e calzar y se f mantenga trmel " . que se prepara l para . . usar. . nente en su lugar. La grava tnturada b I· se como a as tO deb . 1 . . dlcadas a Contmuacle cumplir una de las especIfIcaCIOnes . . granu Ometncas In _ . . '0'c.n dependiendo la elegIda de porcent'\)e de partlculas tnturadas que presen . t Se consideran como partlcul as tn tu radas aquellas que tengan una o más caras procedentes de fractura. te
Porcentaje de part¡culas trituradas
0-20 21-40 41-100
Con el tiempo el equipo rodante PUl veriza el balasto, aun en las vías mejor conservadas. El polvo no es Un fac tor de mucha importancia cuando las cargas axiales son ligeras, las velocidades bajas y los carros cortos. Por lo gene_ ral, los carros de carga modernos solamente Se cargan dentro de los límites de seguridad correspondientes a sus ejes. Cuando un tren largo COlllpuesto de estos carros, recorre la vía a grandes velocidades pasando sobre balasto viejo y pulverizado, el polvo que se levanta del balasto puede ocasionar Calentamien_ to de las chumaceras de las lOcomotoras o carros a menos que las cajas de los muñones se encuentren diseñadas y conservadas a prueba de polvo. Por otro lado, el poJvo causa Il1Ilchas moJestias en los trenes de pasajeros, a menos que Jos vagones se encu entren equipados Con clima artificial.
%, en peso, pasando fa malla de:
1-1/2# 100 100 100
1"
80-100 65-100 60-95
1/2#
No. 4
No. 8 No. 16 No. 50 No. l OO
50-85 35-75 25-50
20-40 10-35 0-15
15-35 0-35 0-15
5-25 0-5
0- 10
partícula~ tn~ra ~s
Se enti ende por porcentaje de ue se retiene en la so de partículas trituradas contenIdas en e ma. en d a qen la muestra al%en balasto preparado de be sallsfacer No.El14. . los slgu ' ientes requisitos además granulométricos. No debe con tener más del 5% de elementos friables '11 y blancos. No debe contener mas 1 40% . de i O. 5%:o de terrones dedarel a. El desgaste de Los Angeles no debe ser mayor e .
El espesor de Ja capa de balasto debe ser tal que proporcione finne asiento Jos durmientes y que distribuya las presiones uniformemen te a Jas terrace_ EJ espesor debe ser tanto mayor cuanto más intenso sea eJ tránsito en la y maYores Jas cargas y las veJocidades de los trenes. La reJación entre el h deJ durmiente y Ja ampJitud B de la SUperficie sobre Ja cuaJ se repar_ Jas presiones, varía en función deJ espesor h de Ja capa de balasto. Si se cama generalmente se hace, que Ja distribución de presiones es a ' Se tiene qUe B h + 2h C0l110 Se indica en la fig ura.
~~uvurle,
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~
maYor parte de las redes europeas empJean de 40 a 60 Cm de espesor tobalasto, ¡as nacionales aJrededor de 50 Cm.
580
FERROCARRILES
FERROCARRiLES 58 1
dunn iente
Supóngase de impac to 1.2.una locomotora de W = 120 Tm de peso, de cuatro ejes. Factor
La carga por ej.e
=W.,= _120 x 1.2 ~ 36 Tm 4
El área de apoyo de un dunniente es de: 2 244 x 20 x - ~ 3,253 cm 2 3 (Se ha supuesto que sólo las 2/3 partes del apoyo presionan sob re el balasto.) TRANSMISIÓN DE PRESIÓN . ' . La transmisión de presión del durmlente al balasto se efectua suponIendo que la carga W, por eje, se distribuya así:
Presión media sob~e el balasto:
P, ~
OA x36, 000 4k 1 2 ~4. g cm 3,253
INESTABILIDAD DE UNA vÍA Los ingenieros de ferrocarriles franceses especifican que la inestabilidad de una vía se mide por un índi ce cuyo valor es: W'í' = o.! W1
W"=0.2 IV,
Wi = 004 W,
la que: Peso del riel en kglm. Peso del durmiente y accesorios en kg. Distancia de centro a centro de dunnientes en m.
Dunniente
, ,I
Si los durmientes San de madera p ueden usarse los sigui en tes . para calcular el peso del durmiente:
Riel
14
2.44 m
~
Pino (ocote) ~ 600 kglm 3 Oyamel ~ 600 kg/m 3 Encino = 950 kg/m3
p~sos volu-
582
FERROCARRILES
Para los durmientes de concreto puede usarse un peso vo lumétrico de 2,400 kglm 3 Para un riel de 100 lb da una inestabi lidad de 0.28 para durmientes de madera. Si usan durmientes de concreto, la inestabilidad baja a 0.06, o Sea varias veces más estable. LOS DURMIENTES Se llaman durmientes o traviesas ~ las piezas ~ue se colocan transver_
salmente sobre el balasto para proporcionar a los n eles de la vía un
SOPOrt
adecuado. Los durmientes no sólo soportan los fieles de la vía, sino que ade~ más, proporcionan un medio para que los rieles se conserven COn seguridad a la distancia correcta del escantillón. La mayor parte de los ·durmientes que se emplean en los ferrocarri les s . ' de madera. Se han realIzado mue hos experimentos tratan do de encontrar On
sustituto satisfactorio de los dunnientes de madera, y así se han
cOnstrui~:
durmientes de me tal y de concreto , de concreto con piezas de metal o de madera insertadas, habiéndol os probado con distinto éxito. Algunos de estos dur_ mientes son deseab les y económicos cuando se trata de servicios especiales por ej emplo, para usarse en las vías donde se limpian los ceniceros de las lo~ comotoras. Sin embargo. es dudoso que cualquier sustituto pueda competir ventajosamente con los dunnientes de madera impregnada. tratándose del uso general. En los últimos 35 años se han hecho estudios muy cuidadosos acerca de todos los factores que afectan la vida de los durmientes. Los tres principales resultados de estos estudios han sido: el desarrollo del conocimiento científico acerca de la pudrición de la madera, el desarrollo de procesos dcrll1idos para tratar quími camente los durmientes con la finalidad de evitar su pudri .. ción y alargar la vida, y el desarrollo de placas para durmientes y otros medios de sujeció n correctamente diseñados para usarse entre la base del riel y e l durmiente con miras a retardar el desgaste mecánico del durmiente a l riel. Las difere ntes variedades ·de madera pueden agruparse en dos clases nerales, a saber, maderas suaves y maderas duras. Con pocas las maderas blandas se obtienen de árboles que ti enen hojas en agujas como el pino y e l abeto; en cambio las maderas duras orclvi.:neJ árboles que tienen hojas ordinarias como e l encino y el castaño. " lmente . ~a~1 deras suaves so n de poco peso y de fibras rectas, se raJan nudo conti enen bastante resina. Las maderas duras son mas
fERROCARRlLES
583
fuertes y resistentes, pero tienen la tendencia a torcerse y a formar gri etas a l sazonarse. En México las dimensiones reglamentarias son siete pulgadas de grues ocho pulgadas de ancho y ocho pies de largo (7" x 8" x 8') o sean de 0.18 '; 0.21 x 2.44 metros. El esparcimiento de los durmientes en la vía varía de acuerdo con su tamaño y la intensidad de tránsito. Para permitir un calzamien to co rrecto con herrami entas de mano, se requiere un espacio libre de 25 cm entre los durmientes adyacentes. En vías troncales algunos ferro carriles emplean este espaciamiento mínimo de 25 cm entre durmientes. Aun en rama les pocO importantes, la prácti ca usual es e l limitar al espacio entre durmientes a 45 cm. TRATAMIENTO PRESERVATIVO DE LA MADERA La madera puede emplearse en dos formas: tal como viene de los árboles o metiéndola a un tratamiento preservativo con objeto de que dure más. Lo~ métodos científicos para el tratamiento preservativo de las maderas han sido desarrolladas con tal éxito que muchas maderas que anterionnente se consideraban inútiles para usarse corno dunniente.s, se han hecho aceptables para este fin mediante un tratamiento adecuado. Antiguamente la vida de un durmiente de encino blanco se estimaba en 8 años. Hoy casi cualquier clase de durmiente tratado ~e supone dura de 15 a 25 años. Los durmientes tratados se desgastan antes de pudrirse. El único método práctico descubierto para evitar la putrefacción de un durmiente consiste en introducir en la madera alguna sustancia que destruya la vida ~e los organismos que ocasionan dicha pudrición. Después de muchos años de experimentos, las dos sustancias quími cas que han dado los mejores resullados, desde un punto de vista práctico, para uso de los tratamientos preservade los durmientes, son la creosota (derivada del alquitrán de hulla) y el de zinc.
la forma común de tratar la madera es la siguiente: los durmientes que han durante varios meses entongados se acomodan en una vagoneta que encn un tubo de acero llamado retorta. Se cierran los dos extremos de la rey se hace que las bombas que posee la retorta trabajen haciendo el vacío .1 objeto de extraer la mayor parte de la humedad que haya quedado. Un~ que se haya hecho el vacío, las bombas trabajan en sentido contrario e a p;es.ión una mezcla de creos·ota y un aceite especial que se llama ( envado del petróleo). La mezcla se hace por partes iguales. Las
bombas inyectan esta mezcla en las celdillas de la madera durante varias 1lO_ ras. Después las bombas vuelven a hacer el vaCÍo tratando de recuperar P arte de la mezcla qu edando las celdillas de la madera embarradas, Generalme , l ' I ' . U se consigue que a mezc a penetre unos CInCO centllnetros. na vez que h nte . a SI_ ' ' do recuperada la mezc Ia se ponen de nuevo Ios durmlcntes en tongas y l' Istos para su transporte y uso. La mayor parte de la madera empleada como dunn iente en México es rrada y sólo excepcional mente se recurre al método de labrar la mader aSe~ medio de hacha que por supuesto da un asiento mucho más defectuosoa for plantas de impregnación que hay en México se encuentran en Durango A' , as , carn· baro y Perote,
'11
PLACAS PARA DURMIENTES La experiencia ha demostrado que las dos causas fundamentales de f 11 en los durmientes se deben a su pudrición y a su desgaste mecánico Yo a as anterioridad se ha indicado el método para evitar la pudrición de los d~ a .con '.' " tes me dlante preservativos qUlffilCOS. Ah ora b'len, contra el desgaste Inrmlen_ ,. b" I d h ecanI_ ' ca de Ios d u~m lcntes t~~1 len se 13 progresa .0 mue. o mediante el empleo de placas de aSlent~ meta h ~as., Una placa de as~ento bien d.iseñada y bien colo_ cada en e l durm iente eVita ra el desgaste debido a la acción del riel. Las 1_ cas de diseño moderno se hacen de espesores co mprend idos entre Un mínr a mo de 1/2" y un máximo de 15116", de acuerdo con el peso del riel y el vOlum de tráns ito a soportar, La anchura en promedio es de 7,5" y la longitud de ~~ a 14/1. Las placas para durmi entes pueden dividirse en dos tipos: a) b)
Placas que se sujetan rígidamente 3 los durmi entes. Placas que quedan sueltas sobre los durmientes.
Probablemente apenas un 20% de las placas para durmientes usadas en actualidad se sujetan firmemente al durmiente. E l resto queda cornplelamer te dentro de la segunda clasificación. Y quedan en la segunda clasifica. porque el mov imiento vibratorio longitudinal originado en el riel porel po rodante siempre afloja los clavos rígidos que hayan sido puestos forma que su cabeza quede en con tacto co n el patín del riel. CSlO J""I origen a una acción de esmerilado y abrasión entre la base. de la. durmiente que la soporta. Es esta acc ión la que da por res ultado placa se hunda y se origi ne la destrucción mecánica del durmiente.
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FERROCARRILES
FERROCARRILES
cas para durmientes que se sujeten firmemente no pueden esmerilar ni reerse sobre el durmiente. Generalmente se emplean dos métodos para su' co~ las placas a los durmientes. El primer método emplea clavos completa ~etar te independientes del riel. El segundo método usa clavos que Sujetan lam~n ca, pero el gancho de su cabeza queda librando el patín del riel en 1116" aplacas pueden ser con 4,6 u 8 agujeros. Estos pueden ser cuadrados o : as Iares. Clrcu_
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v
P N
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ELEMENTOS DE UNA VÍA
v
T
Cambios
Se conoce como desviación de una vía aquella que se emplea para unir dos líneas férreas, y, salvo algunas excepciones, generalmente comienzn en una Curva. Para que un tren pase de una vía a otra se hace uso de un m,:cru,i5Jno .~ que actúa sobre los elementos de un cambio. Un cambio consta de tres principales: las agujas, el cruce de carril y los rieles de unión. Las son la parte movible del cambio, están formadas por dos rieles te arriostrados y provistos de un mecanismo especial para moverlos de los puntos fijos B y F que se denominan talones de las agujas. mos movibles A y D se denominan puntas de las agujas. Eljuego corresponde a la distancia AA' o DD' que se mueven las puntas de
F
~I .
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Cambio de
_fL __ J
A'
G
agujas~
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Cambio de agujas afiladas _ _ _ _ I:,~
g M G
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FERROCARRILES FERROCARRILES 589
al cambiar de un a via a la otra. Los rieles de unión Son aq uellos que unen el cruce K del carril con las puntas de agujas DA en los cambios de ag ujas romas o Con el talón BF en los cambios de agujas afiladas. Ver figuras que siguen:
I
I El cruce K permite que las pestañas de las ruedas pasen sin dificultad por el punto donde se cruzan las dos vías. En los rieles op uestos al cruce K se colocan unos contrarrieles RR. Las puntas de las agujas se mueven, en todos los cambios, sobre un durmiente mayor que los de la vía y que recibe el nombre de durmiente de las puntas. Cuando un tren entra al cambio por el talón de las agujas se dice que ha tomado el cambio de talón, y cuando entra el cambio por las puntas de agujas se dice que lo ha tomado de punta. Las agujas BA y FD se mantienen paralelas mediante las barras T. El tirante j denominado varilla de maniobra se prolonga hacia el exterior de la vía hasta llegar a la palanca de maniobras que es Con la que se mueven las agujas de la posición BFDA a la BFD'A' y viceversa.
Cambios
Los cambios se clasifican en dos tipos: los de agujas romas y los de agujas afiladas. En el primero las agujas no son más que dos rieles movibles que pueden formar parte ya sea de una o de otra vía. Cuando las agujas romas están giradas hacia lUla de las vías la otra vía queda totalmente interrumpida. En el cambio de agujas afiladas los rieles GV y EU Son fijos. Los rieles BA y FD,
FERROCARRILES
590
que fonnan las agujas, se van adelgazando hasta terminar en punta en A y D, Y sus tal ones B y F SOIl fij os. Los extremos A y D son las puntas de las agujas. Cuando un cambio de agujas afiladas está en la posición que se indica en la figura anterior, un tren que marche en la dirección MN se desviará hacía In izqu ierda al pasar por D, pero si pone el cambio de tal manera que la punta D pase a D' y la punta A se ajuste contra el carril fijo en A', el tren seguirá por la vía MN. El cambio de agujas romas prácticamente ha caído en desuso ya que si es· tá mal colocado se descarril a el tren. El cálculo de los elementos de un cambio de agujas afiladas es como sigue:
~
_-
Vía princ ipal
................ :...'
).'12
1
I
. ., sta' dada matemáticamente por la ecuación anpor su numero cuya d ef"1I1IelOn e tenor.
.!.
F ae ae _ t F Cot - = - = - - = 2n. , o sea n - 2 ca . 2 2 be be/2 1 COI!.. = g . cot F , Y como n = -2 cot 2 2
ro 10. De la fórmula anterior, si n
_ --_--~ PC
sapo
bd ,
~ , L = 2 gn
si 11 :::: 10, se dice que el sapo es número 1O ~ también que el cambio es núme-
l
del ,PuntaJ,
La relación ~::= n se denomina número del sapo. Los sapos se designan
TBD = tan(F) 2 L=BD
?Árbol de cambio Contrarrie ~
59 1
FERROCARRILES
g~
f
1.435 m
= lOse tiene:
F COI - = 2n =2 x lO = 20 2
Agujas
lB 1
b
FI2 = 2° 51' 45", Y por consiguiente: F = 5° 43 ' 30".
Punta del sapo I
'{
I I
,, I
1 1<-1'- - -
g
R + f( 12
L
)~_\.!..f_ I2__---1 C
R +gI2= d
---:'1
, de la figura anterior, en la qu e F es el ángulo
del sapo, g el escantillón y "R" el radio de la curva. (Seno verso F es igual a l - cos F.) La recta que une la punta del sapo con un punto qu e se encuentra medio esa cantillón más arriba del PC de la curva, forma con el riel un ángu lo que vale
F12.
Aplicando entonc~s la primera fórmula se tiene:
"<. 1 ~1
Vía secundaria
Seno verso F =
F.-.I
de donde:
g ; ycomog=1.435 m sen verso F
entonces: 1.435 1.435 R+-- = , O" 2 sen verso 5° 43 3 1146
1,146
287.26 m
°
..
R = 286.543 m Y G = ~ = 286.54 = 4 , tamblen R= 2
g,,'
FERROCA RRILES
592
Así, conociendo el número del sapo se pueden conocer los elementos de la curva al salir de una vía troncal. En la figura que sigue se anotan los elementos geométricos de un cambio número 10 de vía ancha. Ellos son los datos que necesita conocer el ingeniero para trazar un cambio.
_ - - -- - - 70.50 - - -- --· 1
FERROCARRILES
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TIPOS DE SECCIÓN PARA FE RRO CARRILES En hojas que siguen se dibuj an las di fe rentes secciones reglamentarias que se emplea n en México. En México se tiene la vía ancha que es de 1.43 5 m y la vía angosta que es de 0.9 14 m.
Acota en metros
~................... ~116 $1"'),.>" .
,~1
\
................
5.00
380
:::.:..~--+--------:::::::t
-··-··+l·-¡;f.7'C- ..';-~ -•.-.~.:::····:~ •• _. ____________________ ~ - .------- .----------- --- - ••--- -------
G = 4° F = 5° 43' 30" L ~ 28.67 In R ~ 286.543 In
Camb io No. 10
Distancia No. sapo "pe' a uPA" 7 8 9 10
1.4 1 m
2.80 m 3.94 m 5.28 m
Como se ven en la figura, se sale de la tangente con una curva simple, luego se intercala una pequeña tangente y luego sigue otra curva simple de sentido contrario. La curva teóricamente comienza en el pe pero por razones prácti· cas la nu eva vía no puede comenzar exactamente en el pe porque las agujas no pueden tener un espesor infinitamente pequeño. El punto donde comienza materi almente la nueva vía se llama punta de agujas. A la acotación 3.80 ro se le llama punto de Iibra}e y señala el punto desde donde pueden dejarse carros en la vía secundari a. Debe permiti r que un garrotero pegado a un carro pueda hacer señales con su linterna. Excepto que haya una razón especial, la distancia reglamentaria entre ejes de vías paralelas es de 5.00 m. Los cambi os más usados son ell O cuand o se sale de una vía troncal, el 9 cuando se sale de una vía secundaria y el 8 que se emplea en los patios.
LA VÍA ELÁSTICA La acción dinámi ca de los trenes sobre cualquier tipo de vía sólo ha podido anali zarse medi ante estudios muy cuidadosos con instrumentos que sólo la lécnica moderna provee, entre los cuales des tacan los dispositivos piezoeléctricos conectados a oscilógrafos catódicos que representan, con mucha fidelidad y en forma gráfica las variaciones de esfuerzos y defonnaciones reales del riel, del durmiente y del balasto. Un análisis de los diagramas obtenidos muestra que la variación de frecuencias excitadas por el paso de trenes se extiende hasta va lores de 1,000 ciclos por segundo, con muy pequeña amplitud pero con aceleraciones hasta de 100 veces la aceleración de la gravedad. Las vibraciones de la parte inferior del espectro, es decir, las de pequeña frecuencia y
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FERROCARRILES
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Tenaplén en curva con balasto impenneablc
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FERROCARRILES
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Corte en curva con balasto impermeable
1
1
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FERROCARRILES
mucha mayor amplitud, producen esfuerzos alte rn ados que los materiales afectados deben resistir, pero no producen cambios básicos en la estructura íntima de dichos materiales ni transforman seriamente los conjuntos de piezas ajustada s por medio de tuercas, rondanas de presión, etc. Las vibraciones de alta frecuencia, en ca mbio, produce n el llamado envejecimiento de materialesJ afloj an tornillos, deterioran la superficie de contacto, aunque estén sometidas a presión considerable, como en el caso de las planchuelas y desorganizan el acomodo del balasto. Estos efectos han sido constatados, en el laboratorio, con el uso de aparatos ta les como el vibrogiro, que aunque actúa imponiendo fuerzas oscilantes en 50 ciclos por segundo , provoca frecuencias propias del sistema probado con un efecto comparable al observado en la realidad. Este aparato es, por consig uiente, adecuado para experimentar en diferentes tipos de v,ía, produciendo en poco tiempo efectos que en forma natural se producen en varios años. Las frecuencias baj as de amplitud considerabl e no producen envejecimiento, se transmiten al subsuelo y actúan sobre el dispositivo de suspensión de equipo radante. En cambio, la gama de frecuencias más altas, puede ser absorbida con e lementos de sujeción adecuados, di sminuyendo considerablemente los fenómenos de envejec imiento, de desajuste y de tran smisión de ruidos al material rodante. Con base en los resultados indicados, la superestructura de la vía férrea ha sido estudiada con mayor cuidado y se han ideado sistemas capaces de amorti guar rápidamente el rango más indeseable de frecuencias sin perder de vista el factor económico. La llamada v/a elástica fue creada en Francia para responder a las exigenc ias crecientes de ve locidad, seguridad y comodidad. Su concepción tuvo como meta resolver e l problema dinámico antes expuesto y, además, proporcionar una sujeción estable, económica y de fácil conservación. Se apl ica tanto en durmientes de madera como en los de concreto hidráulico. El elemento amorti g uador está formado por una suela elástica de 4.5 mm de espesor que se coloca entre el riel y el durmiente. Este material presenta características de defo rmación apropiadas para di sipar rápidamente la energía de las vibraciones de alta frecuenci a. Para faci litar la deformación vertical, la suela está acanalada seg ún un diseño que experimentalmente se encontró ventajoso. Estas canales permiten al material la deformac ión lateral que se asocia a toda deformación ve rtical. El ri el se ancla al durmi ente al que queda sujeto con una fu erza prácticamente constante, por medio de una grapa y un perno especial en el caso de durmientes de concreto hidráulico (ver figura que sigue), o por medio de un conj unto de muelle y tirafondo en e l caso de los durmientes de madera.
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FERROCARRILES
Acero duro
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Caucho
5(aleaCi6n~peCial) ; -
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Vista
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Sistema de agarre de los durmientes franceses Planta Así, al incrementarse la carga sobre el riel, la suela sufre una compresión no lineal, pero la muelle sigue al riel en su pequeño asentamiento conservando su presión. Al disminuir la carga y anularse finalmente la suela vuelve a su posición inicial pero siguiendo otro trayecto en la gráfica esfuerzo-deformación. El área encerrada entre las dos curvas de compresión y extensión representa la energía disipada en cada ciclo. La muelle, a su vez y en el intervalo de deformación, trabaja con apoyo en el punto interior (primet contacto) al contraerse la suela yen el punto exterior (segundo contacto), cuando dicha suela trata de ex tenderse más arriba de su posición de reposo. Este doble contacto también favorece el amortiguamiento de las vibraciones de frecuencia elevada. Las muell es son de acero especial al cromo-manganesos, tratadas térmicamente' los demás elementos son de acero al carbón, de grado estructural. Suj~to este sistema a la prueba con el vibrogiro, medidas las oscilaciones y calculados sus componentes y sus respectivas amplitudes y aceleraciones, se observa una di sminución en estas últimas de 50% a 60% en sus valores máximos y un amorti g uamiento mucho más rápido que en el caso de las sujeciones rígidas. Aunque cada elemento de los descritos es más costoso que en la vía clavada convencional, el costo del conj unto es prácticamente igual, pues no hay necesidad de usar placa metálica sino en curvas fuertes, eliminándose también el uso de las anclas especiales.
600
FERROCARRILES FERROCARRILES
601
CURVAS ESPIRALES DE TRANSICIÓN En el proyecto de un ferrocarril, más que en el de un camino, es necesario que el recorrido del equipo fodante, al pasar de una recta a una curva, sea efectuado por medio de una curva progresiva o de transición. Con curvas de transición proyectadas adecuadamente s~ proporciona al equipo en movimiento una trayectoria que puede segui r con facilidad y sin desgastar, excesivamente, las pestañas de las ruedas de los trenes. Ya se sabe que puesto que la aceleración en el movimiento circular vale V21R y es inversamente proporcional al radio de curvatura para una velocidad determinada, resulta que la lmnsición ha de tener un radio de curvatura inversamente proporcional a su desarrollo desde el punto de partida. También ya es sabido que la curva que responde exactamente a esta premisa es la espiral. Aquí se estudiará el caso más sencillo y ~ecom endable que es la curva de transición formada por arcos de curvas simples. A continuación se presenta un análisis de una curva simple con espirales simétricas. Obsérvese la siguiente figura: Ver tabla No. 1-8
La serie de arcos que constituyen la espiral con sus respectivos radios forma una especie de abanico como se puede observar en la figura anterior. A cada punto de la curva compuesta se le llama ce con su número de orden como subíndice (lo., 20., 30., etc.). Esencialmente se tiene una curva formada por una sucesión de arcos iguales en los cuales el radio es decreciente. El grado de la curva va aumentando según la ley que puede escoger, como por ejemplo que los arcos vayan aumen-
FERROCARRILES
602
tando de grado en grado. La parte central correspondiente a la curv,a p.rinci~l es la de radio más corto y grado mayor. Ya entrando en la curva pnnclpal, esta puede tener la longitud que se necesite. . . En el estudio de la curva de tran sición se usará la SIgUiente nomencla-
FERROCARRILES
603
d = y - R sen verso O D=R+d
2:
EC= D ex sec. -+d 2
tura: Punto de curva.
pe o •••••••••••••••
ee
Curva compuesta ...... . Punto de curva compuesta ........ .. Punto de tangencia ........... ......... ................ . Ángulo central de la espiral en cada extremo ....... .
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Grado de la curva simple Externa compuesta ... ... ....
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G ........................................... .
............. ................ Radio de la curva simple Ordenada del Pcc medida desde la tangente original............ Abscisa del Pcc medida desde el pe ........... Longitud de cada espiral en metros ............ .................... . Pendiente máxima gobernadora ................. .... ... .. .. ... . Pendiente compensada en la curva simple .. Pendiente compensada en cada espiral ................... .
400
Se tienen dos tangentes como se muestra en la figura que sigue. Se ligarán con una curva de 6 grados con espirales cuya ley de variac ión sea de un grado cada diez metros.
PI
Distancia perpendicular del centro de la curva simp le a ...................... . la tangente original.. ......... ........... Diferencia entre D y el radio de la curva simple ...... .. ..... .
L=G
Ejemplo de trazado de curvas espirales:
Ó
Ángulo central de la curva simple ....... . Ángulo total, de las dos espirales y la curva simple. Tangente de la espiral ............ ...... .... .. ............... . Tangente y subtangente ..... ......... ..... ..... ........ .... . Punto de intersección. ....... ,...... ........... .. ..................... ..
Fórmulas a emplear:
2:
TST =D tan -+T 2
pe
.. R y
x
L .... Pm Ps Pe
PI = km 82+218.24 Para resolver est.e problema se hará uso de las tablas reglamentarias que se pueden consultar en páginas posteriores. El primer paso es calcular la TST, o sea la distancia total desde el PC hasta el PI. De las fórmulas anteriores ya se sabe que la TST = D tan 2;/2 + T. Sin embargo, el uso de las tablas nos facilita el trabajo. La tabla 7-8 es la que nos sl~e para la variación de un grado cada di ez metros que se ha escogido . En la pnmera columna de la tabla 7-8 dice: grado de la curva simple, 6°) y ahí mismo se obtiene el valor de D en la columna siguiente: D=19L836 m
T=X-RsenO Pe
Pm-Ps 2
PT
¡
.
- = 72° 18' 12 = 36° 9'
2
FERROCARRILES
604
tan
FERROCARRILES
605
Volviendo a la tabla, se sigue leyendo en el primer renglón y se tiene que para el ee3 la deflexión es de 0° 37'.5, para el CC4 es de 1" 09 3/4, para el ecs es de l° 52 \ 12' Y para el CC6 es de 2" 45'. Nada más se llega al punto CC6 porque la curva de transición tiene esa longitud o sea 50 metros pues:
~ tan 36° 9' = 0 .73055 2
T = 24.972 m (de la tabla)
L ~ 408 G
2: TST = D tan- + T = 19 J.836 x O.73055 + 24.972 = \65.\\8 m 2
40x7.5 ---=----'-.::c 6
= 5O m
PC = P¡- TST = 82 + 2\8.240-165.\\8 = 82 +053.\22 Curva circular simple
ce Pcc
Pee
Estaciones
PV
Dejlexiones
PCC
103.122 093.122 083.122 073.122 063.122
2° 45' l° 52.5' }O 10' 0° 37 .5' 0° 15'
Observaciolles Curva de transición
A partir del Pcc se traza la curva circular, lo cual ya se sabe hacer. Veamos. km PC = 82 + 053.\22
En los extremos corno los puntos son obligados, no se completa la estación de 20 m, sino que se va llevando la fracción , o sea que para tener el primer punto visado le agregamos 10 m al kilometraje del Pe. Se va a la tabla 7-8 y donde dice Deflexiones de las Espirales, con tránsito en pe (primer renglón), el ce no aparece porque estando en el punto no puede visarse el mismo punto. La primera deflexión corresponde al punto donde comienza la curva de l' o sea de 0° 15'. Esto puede comprobarse recordando que la deflexión correspondiente a una cuerda de 20 m es igual a la mitad del grado de la curva. Ahora, si la cuerda en vez de ser de 20 m es de 10m, como en nuestro caso, la deflexión será la mitad de la anterior, es decir 1/4 del grado de la curva. Como el grado de la primera curva es de un grado, la primera deflexión corres· pondiente al CC2 será de 60' /4 ~ 15'.
Longitud de la curva circular ~
6
L' =
~ G
Como las dos espirales son simétricas, ambas consumen 2ó = 2 x 7° 30' entonces:
!J.~2: - 28=72°
=
15° '
18'-15°= 5]0 18'
•
L'=~~ 20x57.3 =191 m G
6
A continuación de la curva espiral ya trazada se trazará la curva circular simple.
FERROCARRILES
606
Entrando en la tabla 7-8 con Tránsito en cc6, se ve que la deflexión que se debe fijar al CC, es de 10 15/, cosa que se puede comprobar como ya se ha visto, o sea, para una curva de 5° con cuerdas de 20 m, la deflexión es de G/2 = 5/2 ~ 2° 30', luego para cuerdas de 10m la deflexión será la mitad de 2° 30' osea 1°15/. Se sigue leyendo en la tabla para los demás ce y se anotan en el regis-
El kilometraje del otro Pce será: km. Pee
~
82 + 103.122
L' km. Pee
~
~
607
FERROCARR1 LES
191.000
82 + 294.122
tro. Estación
Pee
PV
Dejlexión
+ 294.122 + 280 + 260 + 240 + 220 + 200 + 180 + 160 + 140 82 + 120
28° 39' 26° 32'
Observaciones
2r 32' 20° 32/ 17 0 32' 14 0 32' 1¡o 32' 80 32' 5° 32' 2 0 32'
Para comprobar si el cálculo de las deflexiones estuvo bien hecho, hay que recordar que la última deflexión es igual al D./2. Comprobación. Deflexión del km 82 + 294.122: 28° 39' Ángulo central de la curva simple ~!1 ~ L - 2b ~ 72° 18 - 15°
N2
~
28° 39'
~
57° 18'
~
O.K.
Se verá ahora cómo salir de la curva simple trazando la espiral de salida. Aquí hay que volver otra vez a poner cuerdas de diez metros porque esa fue la variación escogida.
Estación
PV
PC km. 82 + 294.122
+ 344.122 + 334 .122. + 324.122 + 314.122 + 304.122
Dejlexión
Observaciones
4 0 45'
4° 07.5' 3° 20.25' 20 22.5' }O 15'
De esta manera queda terminado el problema de la unión de una curva circular simple con dos transiciones, una de entrada y una de salida. Se verá ahora el caso de resolver el m ismo problema pero con la condición de que en la transición de entrada sólo se vea hasta 30 m del pe y hasta 30 m del P' cc en la transición de salida. Para resolver el problema se pueden usar las mismas tablas de curvas esp irales reglamentarias. La primera parte de trazo de la curva de transición de entrada es igual, hasla los 30 m o sea, hasta el punto CC4, al caso ya resuelto. Ahora, pasando el tránsito al ce4, se visa al pe con l ° 50' 114 (ver tabla 7-8) en sentido contrario a la curva con el objeto de que al dar vuelta a la derecha quedemos en tangente leyendo cero, y ya seguimos usando la misma tabla con lo que mareamos el cCs . Estando en cq, ·la tabla 7-8 indica que se debe visar al CC6 o PCC con una deflexión de 2° 07.5/, quedando definido el punto inicial de la curva simple por lo que se traslada el aparato a dicho punto para el trazo de ella como ya es sabido. Luego se comienza el trazo de la curva de transición de salida hasta el punto ce3 o sea, hasta los 30 m visibles. Esta parte del trazo ya es sabido cómo se hace. Para continuar con el trazo a partir del CC3 10 que se hace es trasladar el aparato al punto CC3 Y la tabla también permite ponernos en tangente viendo al CC6 Y dando un ángulo inverso al que ahí dice, que es 2° 39.314'. Ya estando el tránsito en tangente se sigue el tTazo leyendo en la tabla para obtener los puntos restantes.
FERROCARRlLES
608
FERROCARRILES
609
Tabla N° 1-8
Tabla N° 2-8
CURVA SIMPLE CON ESPIRALES SIMÉTRICAS
CURVA SIMPLE CON ESPIRALES ASIMÉTRICAS
L:)
~---ST---.,
.
.
___ E ___ ,
,
T
I
, D
(JI,,,
I :
I
I I
I
<:.J : ij
,..-f-J8 ' :
I
6'1 '
7n.:'
I
I ...../
I
I
... ~~
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~
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1 1 , 1 / /~
Modo de usar las tablas de: DEFLEXIONES
L _ _;""';';~!~/,'..{¡f /" I
I
'! ,'é'
I!~ 1,1,
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1'1
I
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"" " II ,1
¡" I
e
Usando la tabla No. 7-8 por ejemplo: el tránsito se colocará en el pe y la 13. deflexión será de 0°15', luego de 0°37.5' para la 2a. y 1°9.75'
para la 3a. y así hasta terminar la espiral requerida. Si algún obstáculo impide seguir trazándola desde el pe entonces se cambiará el tránsito al último punto visado o sea el CC4°00' que corresponde a la deflexión 1°9.75', de este punto se visará el pe con el vernier puesto en 10". 50.25', o sea la deflexión que se halla en la 2a. columna marcada con PC 10 00 ' y el renglón ce 4°00'. Esta deflexión al dar la lectura con el vernier se registrará en sentido contrario al comúnmente usado en todo trazo de curva; enseguida se da vuelta de campana y poniendo el vernier en DaDO' se continuará, pero empezando con la deflexión de 10 00' que se encuentra en la intersección de la columna ccsoOO' y el renglón CC4°00' Y así continuando con la de 2°07.50', etc., hasta fijar el PC de la curva simple.
Longitud del lado menor del rectángulo .
~
A
Longitud del lado mayor del rectángulo .
~
Di
Diferencia entre A y ST. . . .
~
E
Diferencia entre D y F .... ........... . Fórmulas A
~
D 2 sen L ;
B
~
D,cos L;
E
~
F cot L;
F
~
Di - B
E
ST,~-
COSL
Nota: ~stas fórmulas se aplicarán también cuando haya espiral en un solo extremo de la curva.
FERROCARRILES
6 10
FERROCARRlLES
Tabla N° 4-8
Tabla N° 3-8 CURVA SIMPLE CON ESPIRALES AS IMÉTRICAS
, 1---- ----
611
CURVAS COMPUESTAS CON ESPIRALES ASIMÉTRICAS
TS1' _____ ----,
SI ________ ...J -+- ____ A ------r---E--' p¡
VI 0... ","
_------
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liil!}00
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- . '/ ....... - . ~j,
,,_ .
r
f..., 1
, I
ti
Fónnulas
Fórmulas
A
= D2 cos (1: -
B = D2 sen (1:_9úO)
90°)
E = F col (180 -1:)
J = D+B ST=A +E
A=R sen 1:; B =o R cos 1:; F = D - B; E = Fco! 1:; ST = A - E; ST=~ cos I Segunda parte de la curva:
E cos (180 - I)
Nota: estas fórmulas se aplicarán también cuando haya espiral en un solo extremo de la curva.
A =D sen 1:; B =D cos 1:; F = R - B; E = Fco!1:; ST = A - E; ST =
~ cos I
Nota: estas fórmulas se aplicarán también cuando haya espiral en un solo extremo de la curva.
'" N
FUNCIONES DE LAS ESPIRALES o· de la
-D-
de la
espiral en D-R
Logaritmo d, _D_
Grado '"~
Cllda ex-
- T-
/rtmo de la curva simple
pe de
'"~ simple
/11 CurliO
Grodos • ] Radio - R
Logaritmo
O' 15'
4583.666
3.6612130
if 30'
2291 .838
3.360 1839
O" 45'
3.1840948
0.0\1
1827.899
0.055
\. 00'
1145 .930
3.0591501 2.96225 14
de cada tspirol
e",re el
de/a
..
Abscisa Ordenadas
simple
~
10.000
10.000 ) .360 \ 849 5.000 0°-07 i/2' 0.005 O· 30' 2291.843 20.000 0.02\ 0".22 \ 12' 10.000 O· 45' 1527.920 3.1841006 30.000 0,05 4 15.000 0°-450/0' \. OO' ¡ 145.984 3.059 1785 39.999 0.\09 20.000 ]·. 15·1.' 2.9623030 916.860 1" ¡S' 49.999 , °.52 \12' 0.19\ 24.999 2.8831826 l· 30' 764. \ 58 59.996 0 . )7 112' 0 ,306 2 27 .997 i" 4S' 655.1 40 2.81 63 341 69.991 0.459 2.7584929 34.994 3"·30""" 573.446 2" 00' 79.981 0.6 55 39 ,9 ~9 4°·30"/. ' 2. 7075557 r \ 5' 509.983 89.966 0.900 5°.)2112' 44.981 2" 30' 459.303 2.6620993 99.849 \.200 6"·52 112' 2.6211108 49.969 2° 45' 417.937 1.559 109.762 54.951 8°.\5%' 2.5838503 3" 00' 385.575
20.000
,
o.ln
1° IS '
39.998
0_3 27
\" 30'
763 .961
2.8830746
49.994
0_600
\ " 45'
654.834
2.8 161}12
59.987
0.993
2" 00'
572 .987
2.7581448
' 2° \5'
509.328
2.7069976
2" 30'
458.403
2 .661247!
2" 45'
41 6.737
2.6198621
3"00'
382.0 16
2.5820815
69.972
\.527
79.948
2.224
89.909
3.107
99.849
4.195
\09. 762
5.512
OG·30'
~.o33/4'
~ ~ ~
O".{)~ 0°.\3%'
0··07 112'
CC ¡··OO'
0··27112'
0"· 20 I fl'
~ ~ ~ ~ ~
0·.46 J /4'
0°.38314'
1°.11 1/4'
1".01 3/4'
CC 2"· 30'
3"·J8 3/4
1°.00'
O~ ~
0·. 17112'
I 0"·281/4' 0"· 17%' 0•. 111/4'] : 0"·24112' 0"·15'%'
2°·IS%'
2··03%'
2".54 1/4'
2"..41 1/4' 3•. 24 1/4'
" ".12 In'
3°.54 1/4'
1"·30"10'
0"·35 Ifl'
0"·18314'
1".01 \14' ¡0.3\ ]/4'
0".43°,..'
ce
ce
ce
ce r· lj '
2°· 30'
l".4j'
3"· 00'
1". 58 \/4'
2"·24 112'
2°.52112'
1°.353/4'
2°.053/4'
r·321 12'
3°·02%' 3°.06 1/4'
0"·57%' 1"·00%'
1°.) 9112 '
1".41 1/4'
0".43 1/4'
1". 18 lf4'
2°.{J7 112'
0°. 40"""
0"·58 114'
1"· 42%'
2"·35 lf4'
2°-04 \12 '
2"·33 3/4'
3°.053/4'
1".13 1/4'
1"·371 12'
0°. 32%'
0".51 1/4'
3 0 .00%'
0".39 112'
1°.28 114'
2°.27%'
0"·18314'
1".{J2112'
1°.561/4'
2°. 15%'
2"-49
0"·47%'
\0. \3 3/4'
\0-4) 114 ' 1°·25%'
2"· 33 3/4'
0".54 112'
1°.58 1/4'
r-!:26 1/4'
1"·36114'
2°.\3 314'
00·30"10'
1"-02%' 0".33 114'
1"-09 In'
1"·47112'
00 ·37 1/2'
1°. \7%' 0".41 1/4'
O" .I S%'
0··28%'
e
0'.41 1/4'
1°-45'
1".30'
T 0··281/4'
0". 11 114'
ce
840
L=-
CC 2".00' 1"·15%'
/".IS'
0··45'
~ ~ ~ ~ , ~
1°.40 \12'
......
ce
ce
ce
ce
PC 0"·1"
. EN·
Longitud de la espiral
29.999
916.75\
DEFLE5Ub~o];LASESPIRALES , i Trcinsiw
Tablas de funciones Y deflexiones de curvas espirales variación 00 15' cada 10 m
Radios p aro cuerdas de 20 metros
Coordenadas
Cuerda
d~
0"·22 112'
0·.22 In'
1°. 12 112'
0"·501/2'
2".02 \fl'
1°.46114'
2".48-"" JO.)) 314'
2-.26 1/4'
1··23314' 2°.013/ 4 '
0".26 1 7
2,".4S"I.'
3"· 10112
0··58%'
O··JO"A'
1"·35%' 2°.163/4' l" ·'!>.'>'" J o .o3314'
1".oS 112'
..
1"·46114' 20.31 )!4 _
~
0".33 3/4, i 1".13"/0' 10 .511 12'
I
0"·37 1/2' I".;!O 112
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FU Grodo dllla
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LAS ESPlRALE
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RDd/os para "
Coo"¡"nr"lus de cada IIsp iral Abscisa .. X
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Radio " R
0° JO'
2291.838
3.3601839
\. 00'
\ 145.930
3.059158\ 2.8830746
Ordenada '"
r
5.000
O" 15'
0.010
10.000
10.000
0.022
1" 30'
163.967
\·30'
764.Ql3 2.8831007 10.000
0° 4S'
0.04 6
20.000
20.000
0.109
2" 00'
572.987
2.7581448
2°00'
573.098 2.7582289 14.999
1° 30'
' 0.111
30.000
29,998
0.305
2° 30'
458.403
2.6512475
1·00' 11 45.940 5.0591619
2" 30'
458.617 2.66 14502 19.997
2" 30'
0.214
39.997
39.992
0.654
3° 00 '
362.401 2.5825 109 24.993
3° 45'
0.385
49.992
49.977
1.200
3° 30'
328.070 2.5159665 29.985
5° 15'
MIS
69.981
59,946
1.984
4° 00'
28 7.455 2. 4585699 34.912
,~
00'
0.918
69.959
69.889
3.051
4° JO'
256.0 17 2.408 2688 39.951
9° 00'
1.304
79.920
79.792
4.443
So 00'
231 .056 2.3657 113 44.9 16
11° 15'
1.800
89,857
89.636
6.201
S" 30'
210.823 2.3 239180 49.867
13 45'
2.395
99.759
99.399
8.36S
Q
3° 00'
282.016
2.5820815
3° 30'
327. 455
2.5151617
4" 00'
286.537
2.4571810
4" 30'
2S4.713
2.40605 11
S" 00'
229.256
2.3603207
5" 30'
208.4 28 . 2.3189560
6" 00'
194.178 2.2882000 54.198
16° 30'
3.105
109.604
109.053
10.97S
6° 00'
191.073
2.2811993
6° 30'
180.340 2,256092 1 59.698
19· 30'
3.951
119.394
11 S.563
14,065
6" 30'
176.389
2. 2464715
7" 00'
168.728 2.2271898 64. 567
22° 45'
4 .925
129.106
127.89 1
17.669
7· 00'
I 63.H04
2.2143245
Tránsito ·EN·
pe O"· JO'
PC 0°·50'
DEFLEXIONES DE LAS ESPIRALES ce ce ce ce ce 2°.30' 3°.30' ,,"·00' 4"·30' r ·oo'
ce
ce
ce
1"·00'
I G ·30'
},,·OO'
0"·07 1/2'
0··18 1/2'
0"· 35 \14'
0°.56 1/2'
1··22 114'
1°.54%'
2°.30 114'
0"· 15%'
0"·33 112'
0°·57 3/4'
16 . 26 112'
1°.593/4'
2°·39%'
0"·22 112'
0"· 48 112'
1··20 ]/4 ' ¡"·56 112'
2°.37 114 '
0"·303/4'
1°. 03 112'
1"·423/4'
0"·37 ]12'
]°·18112'
CC 1"-00'
0°-07112'
CC 10 .30'
0 0 .26112'
0"·15%'
CC2°·oo'
0"·54 114'
0". 41112'
0"·22 112'
CC 2°· 30'
1°· 33 112'
1°.1 7 i/4 '
0·· 56 112'
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CC 3"·00'
2°.223/4'
2"·03 112'
1°.39314'
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0°· 37 1/2'
CC 3°· 30'
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2"·33 112'
2°.02114'
¡0·26112'
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7"·00'
3··11 \14'
3°. 57 1/4'
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5' · 44 J/4'
6 .453/4 '
2°.52'%'
3'· 221/4'
4°.11 1/4'
5"·143/4'
6°-033/4 '
7",07114'
SO.IS 3/4'
30 .24%'
4°. 14 114'
5°.1 1 114'
6"-]2 \14'
7"· 18314'
8"·293/4'
2°.26 112'
3"·14 1/4'
4°.()90/0'
5"·09 114'
6··11 1/4'
7°.193/4'
8°.333/4'
2°.05 114'
2"· 56112'
3"·52 ]/4'
4".54%'
6°.()() 1/4'
7"·11 1/4'
S"·21 114'
1°·33 1/2'
2"·27 314'
3°.26112 '
4"·293/4'
5°.39'%'
6°.573/4 '
S"·I I 1/4'
0"·52112'
1"·48112'
2°.30114'
3°.56 112'
5°. 071 /4'
6°·24%'
'''.45 114'
1°·00%'
2°.03 il2'
JO·123/4'
4· · 26 112'
5··44 \14 '
7"-09%'
1°.07112 '
2"·18 ]12'
3°·35 1/4'
4"·56 112'
6".22 114'
1"·15%'
2°· 33 112'
3°·S? 314'
5"·26112'
¡··22 1/2'
2°. 48 112'
4· 20114'
I"·)oo,..'
3°.03 112'
4°. 293/4 '
4°·06%'
3°.37 3/4 '
3°-03 1/4'
2°·2 4 314'
¡0·41 112' 0··52 112'
5 0 .22 \14'
4°·51 %'
4·~15
3°· 33 1/2'
20 .47 114' 1°·56 112'
I".OO"A.
CC 5··00'
7"·17 3/4 '
6"·48 114 '
6"·143/4'
5"·36"""
4°.52 3/4'
4"·03 112' 3°-09 3/4'
2°.11 112'
8°·56 1/4'
8°·25 1/4'
7··48314'
eC6°·30' CC7°· 00'
7"·071/4' 6··2 1%' 5··30 \14' 9".}2 )/4 ' 8"· 463/4 ' ,°·59114' 7°·86%' 12"·44 1/4' 12°.071/4' 11 °. 461/4' 10"·40114' 9°. 483/4' 8"·52 !l4 ' 14'·53%' 14°.1 4 1/4' \3°·30 1/4 ' ]2°.41 114 ' 11 "· 47 3/4' 10° 48 1/4' 10"·45 1/4' ]0".11 114'
e
S"·30'
5°.483/4'
CC6°· oo'
L= 840
ce
CC 4°.00'
CC S'·30'
Longitud de la espiral
j".()()'
ce 4°·30'
114'
Tablas de funciones y deflexiones de curvas espirales variación 0° 15 ' cada lO m
LagD,.,"¡mo
1"-07 112'
4"·33 \12'
3°·32 1/4'
2·· 26 1/2'
1°. \5%'
6"-073/4'
5°·03 112'
3"·543/4'
2°.4 1 1/4'
)··22 112'
7°.51%'
6°.45 1/4'
SO·33 112'
4"·17 114'
2·, 56112'
9°.443/4'
.11°.10';
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FERROCARR1LES
614
FERROCARRILES
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El empleo de las locomotoras di esel-eléctricas y de las eléctricas (principal mente las primeras por ser más económicas), en los ferrocarri les, ha eliminad hoy día, prácti ca mente, a las locomotoras de vapor. Es ta preferencia es debid, principalmente, a la gra n fuerza de tracc ión de baja veloc idad que tienen la locomotoras diesel-eléctricas, y, además, a la economía en el funcionamient de las mismas. La potencia normal de la máquina viene dada por la cIasific, ción del fabricante .
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LOCOMOTORAS DIESEL-ELÉCTRlCAS y ELÉCTRlCAS
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Tabla No. 7-8
Las locomotoras di esel-eléctricas tienen tres partes principales:
al El motor diese/. b) El generador, e) Los motores de tracción. El motor diesel es el qu e produce la energía, la cual es transformada por, generador (conectado directamente al motor diesel) en energía eléctrica, I cual es transmitida a los motores de u'acc ión para así accionar las ruedas me tri ces a través de un tren de engranajes. El generador está proyectado para qu pueda producir, simultáneam ente, tanto corriente continua para los motores d tracc ión, como corriente alterna para iluminación, compresor de aire, motare eléctricos, etcétera. En cuanto a las locomotoras eléctricas se puede decir que, así como en la locomotoras de vapor queda su capacidad limitada por la capacidad de la cal dera, asimismo la capacidad de las locomotoras eléctri cas queda li mitada po la capacidad de la línea de transmisión que a pesar de ser una fuente ex terio casi ilimitada, presenta la gran desventaja de la necesidad de construir línea de transmisión e instalar generadores de potencia lo que eleva el costo de la mismas. Estas locomotoras son muy útiles en las zonas montañ osas ya qu pueden ejercer la fuerza total de tracción a velocidades más elevadas que la locomotoras ·diesel-eléc tricas.
CLASIFI CACIÓN DE LAS LOCOMOTORAS DIESEL-ELÉCTRlCM
y ELÉCTRlCAS
Se construye en la actualidad una gra n ca nt idad de locomotoras diesel-eléc tricas. En el sistema eléctrico se hace referencia a los ej es en vez de las rue das, empleando números para indicar los ej es locos, y letras para designar la! ruedas motrices. Así, la 1 A - e - A 1 representa una locomotora eléctrica COI tres carretillas, de las cuales la primera contiene un eje motri z y otro loco; 1:: segunda es tá compu esta de tres ejes motrices y la carretilla trasera tiene un ej e motriz y otro loco.
FERROCARRILES
61 ~
FERROCARRILES
616
A continuación se presenta una tabla con las principales características de las locomotoras diesel-eléctricas de la GE Universa l.
¡T_r-+_c_uf-r_va_Sl-d_e_Vl-el_oClpad~Ierz? tra~tiva para los modelos
MODELOS DE LOCOMOTORAS DIESEL-ELÉCTRICA S DE LA GE UNIVERSAL
HPpara tracción Fuerza tractiva en kg yen libras
1
U/8C
U6B
U8B
U9B
U9C
U/3B
Ui3C
900
990
990
1,420
/,420
/,980
700
810
900
900
1,300
1,300
1,800
640
15,400 34,000
23,000 51,000
HP bruto
UI8C UI 3C U9C---j-t-++--+----j-
15,400 15,400 34,000 34,000
15,400 23,000 23,000 34,000 51,060 51 ,000
49.0
65.5
15.0
10.0
80.0
910
41.5
cargado Tm y en Tons.
54.6
13
83.2
17.2
88.2
100
52.8
Peso mínimo por eje en Tm y en Tons.
12,4
16.5
12.1
11.6
13,4
14.9
12 .0
136
18.2
13.9
19.3
14.1
16.3
13.2
Alto en m
3.65 12
3.65 12
3.65 12
3.65 12
3.65 12
3.65 12
yen pies
3.65 12 2.15 9
2.15 9
2.15 9
2.15 9
2.75
Ancho en m y en pies
2.75 9
2.75 9
Peso míOlillO
9
r--+----l- 27I.22 -tt-Ht7"'l:"""U J3 C--t--If-+---I---I--L 60¡----+---+--. VVU9C
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J \\ \ t--l--l-3?29t-t-\*~+-+-+--l--I-1--L 20t--+--+--.j I
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~-+~ot-rilt-Tn-~~-±~JL~1-LJ r-t-+-+--;~-l-:.2r:-0--l--'-::~LO, ~O 80 100 1 MfH t)--+-+-+-+-l--l--L-I r--t--1-+,f-+---l~+_'velocldad -+--t-+--i-+--+-L-I
FERROCARRILES
618
FUE RZA TRACTIVA-VELOCJOAD EN LAS LOCOMOTORAS DIESEL-EL ÉCTRICAS Lo mismo que en las locomotoras de vapor, la fuerza tractiva de las lo-
FERROCARRILES
TE~NALES DE LOS FERROCARRILES as tCllnmales de los ferrocarriles se clasifican de la siguiente manera:
comotoras di esel-eléctri cas se reduce con la velocidad. En la gráfica anterior se tienen las curvas para obtener la relación de la fuerza tractiva con la velocidad. Problema. a) ¿Cuántos carros de cuatro ej es pesando cada uno 4 5.5 Tm (50 Tons), puede una locomotora tip o U18C m ove r, a 24 km /h (15 mi /h) a lo la rgo de 32 km (20 millas), co n un a pendi ent e de + 1% Y en curva de 1. 5 g rado s? Fuerza tractiva disponible de la U 18C a 24 .5 km/h ( 15 milh) ~ 16,400 kg =
6 19
Terminales
De p asajeros
De cabecera { De pasada
De carga
De gravedad { A nivel
De máquin as
Se dice que una tcnninal es de cabe
d
mal a las vías de acceso y a los d cera cuan o su cuerpo principal es nor. an enes ta l como se pue d e ver en la fIgura . SIgue: que
36,150 lbs (ver curva fuerza-velocidades). Estación de pasajeros
Resistencias: Por pendiente ~ lO kg por Tm x I % ~ 20 lb x Ton x 1% ~ 10 kglTm = 20 Ibrron. Por curvatura ~ 0.4 kgrrm/g rado ~ 0.8 lb/Ton/ grado = 0.4 1.5 ~ 0.6 kgITm = 0.8 X 1.5 ~ 1.2brron. Por res istencia del tren (fórmula del ÁREA)
= 2.3
= 12.9 kgITm = 25 .8 lb/ton.
Peso de la locomotora ~ 9 1. 5 Tm
= 100 ton.
16, 400 8 -r Tone Iadas que la locomotora puede arrastrar = - - - - 91.5 ~ 1,17 .) m 12.9 36, 150 1, 178.5 o sea - - - ~26 carros = - - - - 100. 45.5 28.5 ¿Cuánto tiempo se tarda en subir la pendiente anterior? . Distancia T Iempo ~ Velocidad
X
{j o
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...."• '"
·gl
B ~I
.D
~I
kgrrm ~ 4 .6 lb/ton.
Resistencia total ~ lO + 0. 6 + 2.3
b)
~
u .<: u o u
32 . 60 = - x 60 - 80mlll . 24
~~ di~e q~e una terminal es de pasada cuando su cuerpo principal es . . a as vlas y a los andenes, ta l como se muestra en la fi gura que sigu~:aEstación de pasada Paso superior Rampa
Estación
¡r
Túnel
Tronca l
FERROCARRILES
620
Son terminales de gravedad, o de joroba como también se les llama, cuando aprovechan la fuerza de la gravedad para el movimiento de los carros como se puede ver en la figura que sigue:
621
cerrando los cambios y retardadores. Los electroneumáticos abriendo y cerrando los cambios y retardadores. Los trenes se van formando y quedan listos en ambos sentidos. El retardador es un mecanismo que oprime la ceja de la rueda, En cuanto a la terminal de máquinas, hay muchas variedades. Una es la que se muestra en la figura que sigue:
Patio de clasificación Patio de despacho al sur
FERROCARRILES
Patio de recibo al sur
Mesa redonda
Casa redonda
Taller de locomotoras
Portería Patio de recibo _ - - - - - - -_ _ _ __
Patio de despacho al norte Mesa de traslación para carros
Son terminales a nivel cuando no se aprovecha la fuerz.a de la gravedad para el movimiento de los carros. . La estación de cabecera tiene la gran ventaja de que no hay que cruzar ron-
guna vía, pero tiene el inconveniente de que se for~a ~ cuello de bot~lla, ~e tal manera que, mientras un tren entra, no puede sahr nmguno ~tr~, y SI algun accidente se provoca en el cuello de botella se paraliza el mOVimIento de los trenes de pasajeros. La estación de pasada tiene la ventaja de que no se forma el c,uello de hatella, pero tiene el grave inconveniente de que ~ay que cruzar las VlaS, cosa que sólo puede evitarse con túneles o pasos a desI1lveL . Veamos cómo funciona una tenninal de carga denolllmada de gravedad o de joroba. Ver figura anterior. .. Supóngase que viene un tren del Sur y que no va a detenerse ~n I~ estaclOll, entonces se sigue por la vía troncal sin detenerse. Por el contrano, SI el treo si va a entrar a la terminal, llega primero al patio de recibo, en dond~ debe haber vías suficientes para recibir los trenes que van lleg~n?o. El tren deJ~ los c~ para los diferentes destinos, por lo que hay que cJas,lflcarlos, Despues, de la pnmera clasificación viene una segunda claslflcaclOn o reclaslflcaclOn que es donde entra la característica principal de los patios o sea la báscula la cual es· tá situada e~ el cuello de botella y en el punto más alto de la vía, La locomotora deja los carros y se va, El carro se desliza por gravedad baJo el control de un operador que 10 maneja por procedimientos electroneumatlcos abnendo y
Taller de carros
En estas terminales de máquinas hay dos sistemas generales para alojar locomotoras carros. Ellos son: la mesa giratoria que consiste en una viga apoyada en el centro de tal manera que puede girar alrededor del mismo para así poder acomodar las máquinas orientándolas hacia las celdas de la casa redonda; y la mesa de traslación que es otro dispositivo que consiste en una viga que se desliza paralelamente a sí misma. En la mesa redonda se hacen reparaciones ligeras y en la mesa de traslación las mayores.
°
,PROCEDIMIENTOS PARA TENDER Y RECONSTRUIR LAS VÍAS FÉRREAS Tendido de vías . Una vía, generalmente, o es una prolongación de otra ya existente o nace en un determinado lugar en el cual no existe vía. En cualquier caso, lo prime-
FERROCARRILES
FERROCARRILES
623
622
ro que hay que hacer es e l preparar un patio amplio para los materiales, ya que todos e llos son bastante pesados y vo luminosos, y por 10 tanto, requieren gran
espacio para ser acumulados. Téngase presente que un kilómetro de vía requiere, por ejemplo, 2000 durmientes, dos kilómetros de rieles, más todos los accesorios necesarios, y recuérdese que no se va a hacer nada más un ki lómetro de vía, sino muchos ki lómetros. Es necesario tener presente que los mate-
riales más pesados sean los acumulados en forma tal que se pueden manejar fácilmente. Los rieles deben quedar lo más eerea posible del lugar donde van
a ser cargados para ser llevados a su lugar definitivo. También es necesario pensar que el equipo con que se cuente influye en el manejo de los materiales. Supóngase que se quiere prolongar una vía ya existente. El. método más usual consiste en fo rmar lo que se llama un tren de trabajo, es decir, un tren dedicado a las operaciones del tendido de la vía (ver figura anterior). La eomposición de este tren es de una locom otora y tres plataformas donde van los materiales. En la primera plataforma, de atrás hacia adelante, van los rieles, luego los durmientes y después los accesorios. Los rieles se tienden cuatrapeados, es decir, que el extremo de un riel no coincide con el extremo del riel del otro lado, sino que queda en el centro. Lo primero que se hace es descargar los rieles, operación que se hace con barras en caso de que no haya grúas para ello. Empleando las llamadas barras de línea se haee el movimiento simultáneamente para aventar el riel y dejarlo tendido paralelamente a la plataforma. Inmediatamente dos obreros, con tenazas, los llevan a su posición donde ya otros obreros han acarreado, de la otra plataforma, los dunnientes necesarios para dichos rieles y los han ~olocado' en el lugar que les corresponde. Para alinear la vía se coloean los martillos en el eentro de las estaeas del eje de la vía y se marca la mitad del escantillón . Puesto el otro riel se indica al maquinista que avance medio riel y se continúa el tendido. Normalmente, sin emplear grua, se tienden dos kilómetros diarios. Para dar las curvas a los rieles hay dos tipos diferentes de gatos hidráulieos, los llamados gatos para curvar y los gatos para des vencer. Los primeros sirven para hacer la curvatura vertical. Este trabajo se hace en el campo.
Reconstrucción de vías férreas Cuando se trata de mejorar una vía férrea es necesario proceder correctamente y cubrir todos sus aspectos. Se proyecta el trazo de la vía, estudiando las pendientes y la curvatura y se especifican las características más satisfactorias en los sitios, donde se encuentren deficiencias. Se estudia, igualmente, el sistema de drenaje; se amplía o se reeonstruye el existente o se dota de drenaje nuevo en caso de ser ello necesario. Los patios se aumentan y se relocalizan con miras a un servicio más eficiente y, por su parte, las estaciones y
624
FERROCARRILES
edificios son objeto de las mejoras que impone el propósito al que están des· tinados. Los modernos sistemas de intercomunicación y señalam iento son adoptados para máxima seguridad del transporte, pero estableciendo a la vez calidad especial para las condiciones mismas de la via en sí ya que ha de re· cibir mayores velocidades. En las reconstrucciones, es común que sea necesario efectuar la sustitución de vías sin interrumpir el tránsito. Para ello se sigue el procedimiento siguiente: se transportan y distribuyen los rieles nuevos a un lado de la vía (cada uno de 12 m de longitud comúnmente) así como los durmientes y los accesorios. Un tren de trabajo realiza esta operación. Las cuadrillas de trabajo proceden después a soldar los rieles de tres en tres, si así es requerido, haciendo uso del procedimiento aluminiotérmico. Los ficles quedan a los lados de la vía existente.
La longitud de los tramos de vía a intercambiar se determina de acu~rdo con el rendimiento de las cuadrillas y con el intervalo entre pasos de trenes. Al iniciarse la jornada de trabajo se procede a ir retirando la vía en servicio. Con un tractor se conforma la cama de la terracería esparciendo el balasto que con· tenía la antigua vía para dejarlo como subbalasto. Los d4rmientes se transportan, de la plataforma correspondiente, para ser colocados en su posición. Se colocan los rieles y con planchuelas atornilladas se unen los rieles para poder dar paso inmediato a los trenes. Con ayuda del tren de trabajo se distri· buye el nuevo balasto sobre la vía. Se efectúan las operaciones de alineamiento y nivelado empleando el equipo disponible para ello. La conservación de la vía se organiza posteriormente, siguiendo para la misma los pasos que establecen los instructivos que existen para este tipo de obras. Con trabajos constantes y permanentes de conservación se logra que la vía tenga larga duración y permanezca en magníficas condiciones de tránsito.