cuñas de transición y bloques técnicos en vías ... · subbalasto o subsuelo de rigidez...

Grado de Ingeniería Civil y Territorial Ferrocarriles

Mayo 2015

David-Ibán Villalmanzo Resusta-Subdirección de VíaD.G. de Explotación y Construcción

Presentation for ETSICCP MadridMaster of Civil Engineering

HSL Track Area ManagementHSL Maintenance & Operations Dept.HSL Technical Support and Interoperability

Operations and ConstructionGeneral Direction –ADIFMarch 3rd 2015

Cuñas de Transición y Bloques Técnicos en vías ferroviarias. Estado del arte. Tendencias

Jornada de Aplicaciones del Hormigón y del Cemento en las Obras Ferroviarias. IECA-FFE

Fundación de los Ferrocarriles EspañolesMartes, 9 de Junio de 2015

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INDICE

1. Introducción. Conceptos Básicos

2. Tipologías de transiciones

3. Cuñas de Transición. Bloques Técnicos

4. Patologías. Recomendaciones de Buenas Prácticas

5. Tendencias

Cuñas de Transición y Bloques Técnicos en vías ferroviarias. Estado del arte. Tendencias


1. INTRODUCCIÓN. CONCEPTOS BÁSICOS

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1.- Introducción. Conceptos básicosTransiciones de rigidez (1)

La existencia de puntos de paso de vía sobre balasto-vía en placa o vía sobre balasto-estructuras, que poseen una diferencia de rigidez, hacen necesario implantar transiciones para que no haya fuertes esfuerzos dinámicos al paso de circulaciones, puesto que estos pueden llegar a generar:

- Asientos diferenciales de vía, que generan mayor necesidad de mantenimiento y falta de confort por desnivelación, generandoaceleraciones verticales en material rodante- Disminución de vida útil de elementos de superestructura de vía- Degradación prematura del material móvil- Deterioro prematuro del carril (Desgaste ondulatorio)


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Este cambio de rigidez súbito se puede registrar tanto por efecto dinámico de incremento de carga por rueda como por aceleración en caja de grasa en el propio vehículo, y se produce con un máximo en el tramo con balasto

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Hay que tratar de evitar en estos casos los puntos de excitación y su proximidad en el espacio o superposición estableciendo distancias mínimas entre:

- Puntos de entrada y salida transición placa-balasto

- Puntos de entrada y salidadistintos sistemas de vía en placa

- Puntos de entrada y salida de clotoide y otras alineaciones

- Entrada y salida de túneles

- Aparatos de Vía

- Soldaduras

- Bloques técnicos entre vía y estructura

Las transiciones deben tener una longitud suficiente para que haya al menos 2 segundos de respuesta en la interacción vía-vehículo (L (m) = 0,5*v(m/s))

Las recomendaciones prácticas son que la longitud sea de al menos 30 m. para velocidades de hasta 220 km/h, y de al menos 50 m., con velocidades superiores a 220 km/h

Es recomendable una distancia de al menos unos 50 metros entre zonas de transición


1.- Introducción. Conceptos básicosTransiciones de rigidez (y 4)

Se están estableciendo más recomendaciones en los borradores de la serie de norma europeas EN-16432 sobre condiciones de la vía en placa

2. TIPOLOGÍAS DE TRANSICIONES

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2.- Tipologías de transicionesIntroducción


En su mayor parte han sido soluciones validadas por la experiencia, y además pueden combinarse entre sí:

- Ejecución de subsuelo o subbalasto de rigidez creciente

- Estabilización y aglutinado del balasto mediante inyección de resinas

- Sistemas de sujeción ajustables y/o de gran elasticidad

- Aplicación de traviesas con suela bajo su cara inferior (USP)

- Carriles interiores a los de rodadura, unidos a las traviesas como rigidizadores

- Mantas elastoméricas en zona de transición (UBM)

- Traviesas de dimensiones mayores en parte de la longitud de transición

- Disposición de traviesas con menor separación entre ellas

- Uso de materiales geosintéticos en el relleno de trasdós en viaductos

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2.- Tipologías de transicionesSoluciones (1)


Subbalasto o subsuelo de rigidez creciente (por variación de composición y dosificación)

Ejecución, extendido y compactación de suelo-cemento

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Subblasto y subsuelo de rigidez creciente (por espesores de capas)

Solución experimental de subbalasto bituminoso (CEDEX)

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Aglutinado y Estabilización de balasto por inyección de resina

Es un contacto entre partículas que permite su adhesión, pero que también admite el drenaje de esta capa

Su eficacia en resistencia lateral y rigidez desaparece si se batea, y hay que volver a aplicarla

Aumenta la resistencia lateral de la vía sobre balasto hasta en 8 o 10 veces

Se usan resinas epoxi y de poliuretano

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Sistemas de sujeción ajustables y/o de gran elasticidad:

Se usan para ajustar la rigidez y compensar desnivelaciones

También pueden usarse con efectos de atenuación de emisiones acústicas

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Uso de Suelas Bajo Traviesa (USP)

En transiciones se usan para variar la rigidez, pero no es su única propiedad

También aumentan la superficie de apoyo de la traviesa, y por tanto distribuyen mejor la carga aplicada por las circulaciones, reduciendo el deterioro sobre la superficie de apoyo (balasto o placa/losa)

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Carriles interiores en traviesas (rigidizadores)

Varían la rigidez vertical y también la transversal, además solidarizan movimientos en ambas direcciones de la superestructura de vía

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Mantas elastoméricas bajo balasto (UBM)

Varían la rigidez vertical y disminuyen el deterioro del balasto

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Traviesas de dimensiones mayores (longitud, altura, anchura)

Varían la rigidez vertical y también la transversal

Disposición de traviesas con menor separación/espaciamiento entre ellas

TRANSICIÓN VIADUCTO

3. CUÑAS DE TRANSICIÓNBLOQUES TÉCNICOS

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3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosTransiciones Vía-Estructuras


Son construcciones específicas establecidas entre obras de tierra y estructuras (viaductos o túneles), hechas para graduar la variación de rigidez incluso entre vías sobre balasto montadas entre estas dos superficies

Hay que tener mucho cuidado en su ejecución pues requieren una extensión en tongadas en espesores muy limitados (no mayores de 30 cm.) cuidadosa y una buena compactación, pues si no, se convierten en puntos de desnivelación (baches) permanentes y de tratamientos de conservación casi continuos

Lo más normal es escoger para su composición materiales granulares tratados (MGT) (suelocemento o gravacemento), dado que pueden aportar una rigidez de soporte muy superior a la de suelos sin tratar, aunque sean de muy buena calidad

Deben dimensionarse pensando en que su asiento no llegue a ser superior a 1-2 cm. por limitación de ajustabilidad y regulación de la sujeción en las mismas

En ocasiones para mejorar la nivelación y resistencia lateral en el tiempo y por variar la rigidez también se han inyectado aglutinantes de balasto a lo largo de su longitud, aparte de otros elementos (suelas bajo traviesa, muretes, riostras,…)

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3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosSoluciones de otras Administraciones Ferroviarias


SNCF (Francia)

FS (Italia) DB (Alemania)

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3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosRecomendaciones Adif (1)


En los terraplenes de líneas AV contiguos a un estribo de estructura es necesario diseñar una zona de transición de rigidez, a fin de reducir el riesgo de asientos diferenciales

Esto se consigue ejecutando las capas de terraplén al aproximarse a la estructura en longitud decreciente a medida que sube el terraplén (formando “cuña”), con un material granular de las condiciones fijadas en el Pliego General de Proyectos (PGP) de Adif, ya sea tratado con cemento (MT) o sin tratar (MG), según los casos que se definen en los correspondientes esquemas

Las cuñas de transición deben diseñarse con carácter individualizado para cada puente y viaducto de ferrocarril, y cada Paso Inferior y Obra de Drenaje transversal, teniendo en cuenta el perfil real del terreno adyacente al estribo

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3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosRecomendaciones Adif (y 2)


Los esquemas que se dan a continuación definen los criterios a seguir para definir las cuñas de transición en las diferentes situaciones tipo y para los dos casos posibles de la ejecución:

a) Tipo I: cuña adosada a la estructura, construida antes del terraplén adyacente (este es el caso más recomendable, siempre que se pueda)

b) Tipo II: cuña construida con posterioridad al terraplén adyacente que habrá quedado a una cierta distancia de la estructura (es el caso menos habitual y exige escalonar el talud provisional del terraplén ya ejecutado). Debe aplicarse siempre que se prevea la necesidad, en terrenos blandos, de consolidar el terreno natural (mediante precarga, drenes verticales, etc.) bajo el terraplén adyacente al estribo de la estructura

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3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosCuña Tipo I (o adosada) (1)


RECOMENDACIÓN

Ir aumentando la rigidez de la plataforma desde la pequeña del terraplén a la supuesta

infinita del viaducto

Rigidez grande Rigidez intermedia Rigidez pequeña

3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosCuña Tipo I (o adosada) (y 2)


Ejemplo Cuña Tipo I sobre balasto (longitud mínima de la cuña 20 metros)

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3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosCuña Tipo II (no adosada, con posterioridad) (1)


RECOMENDACIÓN

Ir aumentando la rigidez de la plataforma desde la pequeña del terraplén a la supuesta

infinita del viaducto

Rigidez grande Rigidez intermedia Rigidez pequeña

3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosCuña Tipo II (no adosada, con posterioridad) (y 2)


Ejemplo Cuña Tipo II sobre balasto (longitud mínima de la cuña 20 metros)

3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosCuñas para Vía en Placa


Con vía en placa hay otros requisitos adicionales que cumplir:

- Se ejecuta un espolón o tacón en la losa portante para anclarla al terreno, con una placa de apoyo elástica por debajo

- Se extiende en espesor la capa hidráulicamente ligada (HGT), para asegurar la impermeabilización, con capa granular de protección debajo

- Se ejecuta losa de transición para disminuir posibles asientos (< 1 cm)

La longitud de la transición es muy inferior a la de balasto (5-10 metros), y los materiales de soporte no son similares a los usados en el resto de la vía en placa

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3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosEjemplos de Cuñas para Vía


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Accesos a Valencia de la línea de Alta Velocidad Madrid- Levante

Viaducto con Vía en Placa tipo DFF/ADH, construida in situ

Vía sobre balasto localizada en terraplén

Túnel con Vía en Placa tipo Rheda 2000, construida in situ

3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosTransiciones Vía en Terraplén-Viaducto (1)


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Para realizar una transición de la elasticidad de la vía general a la existente en las zonas equipadas con traviesas con suela (USP), se establece la siguiente disposición de las mismas en función de la rigidez de la suela (k1, k2, k3):

Se colocarán las traviesas con suela de rigidez k1 en toda la longitud del viaducto (L) más veinticuatro traviesas a cada lado del mismo

A continuación se dispondrán las traviesas con suela de rigidez k2 y k3 respectivamente, en un número igual a ocho traviesas de cada tipo

Nota: Nº de suelas y escalas actualmente en proceso de revisión según N.A.V. 3-4-3.0



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Distribución de Traviesas con Suela Elástica (USP)

Carriles interiores riostras (rigidizadores)

Detalles traviesas especiales transiciones



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Disposición de traviesas con menor espaciamiento

Detalle de traviesas con indicación de rigidez en hombro

Detalle de fin de transición

3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosTransiciones Vía en Terraplén-Viaducto (y 4)


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Detalles de cuña de transición contigua a aparato de dilatación y zona de encuentro

3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosTransiciones Vía en Obra de Tierra-Túnel (1)


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Para realizar una transición de la elasticidad de la vía general a la existente en las zonas equipadas con traviesas con suela (USP), se establece la siguiente disposición de las mismas en función de la rigidez de la suela (k1, k2, k3):

Se colocarán las traviesas con suela de rigidez k1 en toda la longitud del túnel (L)

A continuación se dispondrán las traviesas con suela de rigidez k2 y k3 respectivamente, en un número igual a ocho traviesas de cada tipo

Nota: Nº de suelas y escalas actualmente en proceso de revisión según N.A.V. 3-4-3.0

3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosTransiciones Vía en Obra de Tierra-Túnel (2)


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Vista de la vía en placa tipo Rheda 2000 del túnel

y la transición a vía en balasto sobre plataforma

Detalles de Murete para confinamiento del balasto y balasto confinado en la entrada al túnel con vía

en placa tipo Rheda 2000

3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosTransiciones Vía en Obra de Tierra-Túnel (y 3)


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Detalles de traviesas especiales en vía placa tipo Rheda

2000 y traviesas con suela (USP) en

transición del túnel

3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosTransiciones Vía entre Túnel-Viaducto (1)

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En los Proyectos y obras en los que se produce una secuencia túnel-viaducto, la sección tipo a adoptar entre la plataforma sobre la solera de hormigón en el túnel (incluido el túnel artificial) y el tablero de hormigón en el viaducto debe resolverse en función de la separación existente entre ambos

En laderas escarpadas, cuando la separación sea reducida, del orden de 50 metros, debería continuarse a lo largo de la misma con la sección propia del túnel, balasto sobre losa de hormigón, o vía en placa, hasta el tablero del viaducto. En esa distancia será preciso realizar la transición de la doble pendiente transversal del 2% hacia el centro (túnel) a la doble pendiente del 2% hacia afuera (viaducto). El pequeño relleno que pueda resultar junto al estribo del viaducto deberá realizarse con un hormigón pobre, sin necesidad de prever una cuña de transición de las características habituales

≤ 50 mContinuación de

Solera de hormigón de

túnel

TÚNEL VIADUCTO

Cuña de hormigón pobreDavid-Ibán Villalmanzo Resusta-Subdirección de VíaD.G. de Explotación y Construcción

3.- Cuñas de Transición. Bloques TécnicosTransiciones Vía entre Túnel-Viaducto (y 2)

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En laderas más tendidas, en el caso de vía en balasto, cuando la separación sea de mayor longitud y el relleno junto al estribo sea también más considerable, la sección adoptada debería ser la capa de forma y sub-balasto, previendo además la correspondiente cuña de transición en la zona de terraplén contra el trasdós del estribo del viaducto

En el caso de vía en placa no será necesaria la ejecución de ninguna cuña de transición, continuando con la misma solución de vía en placa en todo el tramo


TÚNEL

> 50 mCapa de forma ySubbalasto

VIADUCTO

Cuña material tratado con cemento

4. PATOLOGÍAS. RECOMENDACIONES DE BUENAS PRÁCTICAS

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4.- Patologías. Recomendaciones Buenas PrácticasPatologías

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Inadecuada compactación de materiales:

• Desnivelaciones y asentamientos diferenciales

• Vacíos en el relleno del trasdós y deformaciones

del estribo

Mala ejecución del drenaje:

• Erosión de taludes

• Deslizamiento de materiales

• Desnivelaciones y asentamientos diferenciales


4.- Patologías. Recomendaciones Buenas PrácticasRecomendaciones de Buenas Prácticas

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Buen estudio previo de las condiciones geotécnicas del terreno

Análisis previo suficiente de la compatibilidad de comportamiento de la vía y la estructura

Adecuado dimensionamiento de las escalas de rigidez del terreno y superestructura según las condiciones operacionales previstas

Extendido de capas de materiales en espesores máximos y mínimos según PGP

Adecuada compactación hasta el grado óptimo recomendado de densidad Proctor según PGP (pese a dificultades del reducido espacio de trabajo)

Apropiado tratamiento de la red de drenaje en la transición y la conexión a estribos y cunetas

Cuidado de la impermeabilización y rellenos del trasdós


5. TENDENCIAS

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5.- TendenciasConclusiones

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Aún es posible la optimización del dimensionamiento y empleo de materiales para el diseño de cuñas de transición y bloques técnicos. Es un campo abierto

Hay que aprovechar bien el seguimiento del comportamiento de las experiencias previas acumuladas para el establecimiento de nuevos diseños

Explotar los conocimientos obtenidos por proyectos e I+D+i del ámbito internacional en los que se desarrollaron ciertos demostradores prácticos de transiciones (EUROBALT, SUPERTRACK, INNOTRACK…)

Participar en el desarrollo de los nuevos proyectos de I+D+i (SHIFT2RAIL, CAPACITY4RAIL…) del ámbito ferroviario europeo para experimentar con nuevas configuraciones, elementos prefabricados y uso de nuevos materiales o de renovadas dosificaciones/composiciones de los ya utilizados

Hacer uso apropiado de herramientas de modelización en 3D (MEF, MED, MEC…), para el prediseño geométrico y de materiales en cuñas y la simulación de comportamiento dinámico/reológico


¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN!

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