diseño y caracteristicas de la via ferroviaria

DISEO Y CARACTERSTICAS DE LA VA FERROVIARIA

Fnmcisco J. Calvo Poyo Rafael Jurado Pia

Jos lorente Gutirrez Juan de Oa lpez

~ G RUPO JS E DITOR IAL NIVERSITARIO


Francisco J . Calvo Poyo

Rafael Jurado Pia

Jos Lorente Gutirrez

Juan de Oa Lpez

rea de Ingeniera e Infraestructuras de los Transportes Departamento de Ingeniera Civil

Universidad de Granada

2005

Fotografa de portada: R-598 rea lizando un servicio Sevi ll a-Almcra. Viaducto de El Barrancn (const ruido en 1873). Loja (Granada) , 22 de mayo de 2005 . Todas las fotografas han sido rea lizadas por F.J. Calvo, salvo menc in expresa .

DISEO Y CA RACTERSTICAS DE L A V A FERROV IA RIA Primera Edic in F.J . Calvo Poyo. R. Jurado Pia, J . Lorente Gut irrez y J. de Oa Lpez

Edita: Grupo Editori al Uni versitario ISBN: 84-849 1-60 1-4 Depsilo Legal: GR-2.473-2005 Imprime: Lozano Impresores S.L.L. Distribuye: Grupo Ed itorial Universitario

Telr.: (958) 80 05 80 Fax: (958) 29 16 15 http: //www.ed itorial-geu.com E-mai l: [email protected]

IMPRESO EN ES PAA PRINTED IN SPA IN

Reservados los derechos pum todos los pases. Ningu na parte de esta publ icacin. incluido el diseo de cubielUl ser reproducida. almacenada o transmitida de ninguna forma. ni por ningn medio. sea este electrnico. mecnico. electro-pt ico . grabacin, fotocopia o cualqu ier otro. sin previa autori zacin escrita del editor.

PRLOGO

El ~camino de hierro" que hemos decidido seguir es sin duda una senda singular. Su peculiar naturaleza material y geomtrica todava no ha desvelado todos los secretos que encierra. Mientras tanto, la bondad de su comportamiento histrico y el xito conseguido en su constante perfeccionamiento para responder a nuevos retos nos invita a mirar hacia delante como hipnotizados por su paralelo reflejo.

Diseo y Caractersticas de la Va Ferroviaria pretende ilustrar al lector sobre estas peculiaridades, con el fin de arrojar un poco de luz sobre la problemtica que de ellas se deriva y sentar unas mnimas bases para poder enfrentarse al diseo de este tipo de vas de comunicacin.

No es mal momento ste en el que nos encontramos: ltimamente el sol se refleja con fuerza en los acerados hilos, indicando claramente el camino a seguir. Despus de dcadas de oscuridad y declive, el ferrocarril renace con fuerza en la vieja Europa.

Aqu en Espaa, que sol no nos falta, parece como si caminantes, tcnicos y gobernantes se hubieran sentado a la solana y huberan sido deslumbrados antes que sus vecinos allende los Pirineos. Desde este temprano despertar se han realizado gestas notables, desfecho grandes entuertos y comenzado nuevas aventuras. Amables trenes roj iblancos han abierto las puertas de las ciudades, saetas blancas asoman y se desvanecen burlando horizontes, y puertos, mercados y talleres se transforman para poder cargar sus mercaderas en las alforjas del "caballo de hierro".

No ha sido baladi el empeo para lograr tales conquistas: a cada paso han aparecido inmensas montaas, trochas dispares y otros grandes maleficios. Aqu donde nos encontramos, casi la mitad de los caudales del Ministerio de Fomento estn dedicados a esta noble labor y muchos de nosotros seremos llamados a participar en el la.

En llegando este acontecer, invitamos al lector a instruirse en estas artes tomando lectura de aquestos humildes papeles. En ellos se refleja la sabidura recogida en la bibliografa clsica, en los apuntes de distintas escuelas de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos y el conocimiento adquirido a travs de la experiencia profesional e investigadora y de las vivencias del caminante infatigable.

Perdonar el lector que, por tratarse de un libro, no podamos ofrecerle ecos, estrellas o brisas que guen su camino. En su lugar le mostramos toda suerte de grabados y figuras, trazados por las ms diestras plumas y los ms exquisitos pinceles, que esperamos expliquen lo que nuestras limitadas voces no alcanzan.

Si despus de entretenerse con estas pginas ansa el lector conocer ms sobre este sin par medio de transporte, le recomendamos que se enfrasque en la lectura de otras que continan con estas meditaciones, recogidas bajo el nombre -de Funcionamiento y Explotacin de la Infraestructura Ferroviaria.

Dejando a un lado palabras, nmeros y signos, el camino plateado est ah, apuntando al infinito, y la mejor manera de saber de l es recorrerlo. Buen viaje.

Francisco Javier Calvo Poyo

Profesor de Ferrocarriles

Universidad de Granada

NDICE

NDICE GENERAL

PRLOGO ........... . . .. .... .... .... .... .. ..... .. .. .... ... ... ... ... .. ... .... ..... .. ... .. ... .. .... .. ... .. .... .................. 3

1. INTRODUCCiN ..... ...... .. ... .... ...... ..... .. .... ... .... .. ... .. .... ... . ...... .. .. ...... 8 1. DESCRIPCiN GENERAL DEL FERROCARRIL ... . ...................... .... .... .. ... .... .. 8 2. HISTORIA DEL FERROCARRIL EN ESPAA. .. ......... 13

11. EL TRAZADO DE LA VA ................................................................ .. . .. .. ... ... .. ... 32

1. INTRODUCCiN . .... .... .... .... .. .... .... .... .. .... .. .... .. ................................... .. . .... . 32 2. TRAZADO EN PLANTA . . . .................... .... .. ... ... 32

3. TRAZADO EN ALZADO ................ ... ... ... .. ... .. .... ..... .. ... ... ... .. .... .. ... ... .. .. ... ... 55

4. VALORES DE LOS PARMETROS DE TRAZADO ..................................................... 60

111. LA VA FERROVIARIA ................... .. ................................................................ 66

1. CARACTERSTICAS DE LA VA ... .... ... .... .. ... .. .... ..... ... .. ... ... .. ... .. ... ... ... ... ... .. ... .. .. ... ...... 66

2. LA VA CONVENCIONAL . ... .... ... ... .... .. .... ... .... ..... .. .... ... .. ... ... .. ... .. .... .. .. .... .. ................. 68

3. LA VA EN PLACA ......... ..... .... .. .... ... .... .. ... .. .... ... .. ... .... ..... ..... ... .. ... ... .. .... ..... ... .... . 70

4. COMPARACiN VA CONVENCIONAL / VA EN PLACA .. .. ... ... ... ... .. ... ... .. ... .... ... ... ... 71 5. INTERACCiN ENTRE LA VA Y EL VEHCULO ... ... ..... .. ... ... ... .. .... .. ... .. ... .. ... ... ... ... ... . 74

6. EL ANCHO DE VIA . .. ......... 80

IV. EL CARRIL .. .... .... ...... .. .... .... .... .... .. .... .. .... .... .......... .. .. ................ .... .... 88

1. FUNCIONES ....... .. .... .... .... .... .... .. .... .... .. ...... .. . ............... ..... ... .. ... 88

2. MATERIAL . .... ... .... .... .... ..... ... .. ..... ... ... .... .. ... .... .. .. .. ...... 89

3. FORMA ....................................................................................................................... 89

4. PESO . .... .... ...... ... .... .... ..... ........................................................... ..... ..... ..... ... .. .... .. ... .. .. 95

5. COMPORTAMIENTO .. .... ... ................................... ..... ..... ........... ...... ..... ..... ..... .... .. .. .... . 95

6. DEFECTOS Y ROTURAS .................... .. .... .. .......... .. .. .... .. .. .......... .. .. .... .. .. .... .. 98

7. DURACiN ................ . . .. .. ... ... .... .. ... ... .. .... ... ... .. ... .. .... .. ... ... ... ... ... .. .... .. ... ..... . 1~

5


V. TRAVIESAS .. ........................... ......... ........ .... . . ...... 108

1. FUNCIONES ............................................... . . ........ ............... 108

2. TIPOS DE TRAVIESAS Y SUJECIONES ............................. 109

3. TRAVIESAS DE MADERA ............................................................................. . ..... .. 112

4. TRAVIESAS METALlCAS ..

5. TRAVIESAS DE HORMIGN ... VI. LA CONTINUIDAD DE LA VA ..

1. LA VA CON JUNTAS

2. LA VA SIN JUNTAS ............... .

VII. LAS CAPAS DE ASIENTO ..................................... .

1. LA PLATAFORMA ..

2. LAS CAPAS DE ASIENTO ..

3. EL BALASTO.

4. EL SUBBALASTO

. ...... 116

. .............. 118

.138

....................... 138

..142

. ........ .. 158

........ .. 158

. ................................................ 161

................ . .. .. 163

.. ... 164

5. CALCULO DE LOS ESPESORES DE LAS CAPAS DE ASI ENTO ......................... 164

6. DIMENSIONES DE LA BANQUETA DE BALASTO. . ................................ 171

VIII. COMPORTAMIENTO MECANICO DE LA vA. .. . ........... .... ............. ......... ... 174

1. TIPOS DE ESFUERZOS Y CARACTERIZACiN DE LA VA. . ..... ........ ........... 174 2. CALCULO VERTICAL DE LA VA ..... . ...... .... ............... .. 179

3. CALCULO VERTICAL DE LAS CAPAS DE ASIENTO ......................................... 191

4. CALCULO TRANSVERSAL DE LA VA ........... ......... .......... .......... ......... ....... .... 1%

5. CALCULO LONGITUDINAL. .................................................................................... 203

IX. BIBLIOGRAFA ......................................................... . . ...... 208

CAPiTULO 1.- INTRODUCCiN

I

Estacin de Linarejos, Linares (Jan). Linea Vadollano-Linares , 2005.

7


1. INTRODUCCiN

1. DESCRIPCiN GENERAL DEL FERROCARRIL.

1.1. Elementos que integran el ferrocarril.

El ferrocarril es un sistema de transporte terrestre de viajeros y mercancas en el que, a diferencia de la carretera, camino y vehculo necesitan de un conjunto de subsistemas para su correcto funcionamiento, y estos subsistemas estn relacionados entre s. Dichos subsistemas son los siguientes:

La infraestructura.

La superestructura ( va).

La electrificacin (subsistema opcional).

El sistema de control de trfico y sealizacin.

El material mvil.

1

ELECTRIFICACiN

,. ()j:., I ~,

Fotografa: Ignacio Aparicio (2005) Figura 1.1. Subs istemas ferroviarios. Bobadi lla (Mlaga)

8

CAPTULO l.-INTRODUCCiN Infraestructura y superestructura son las partes encargadas de materializar el camino, y por lo tanto, han de ser capaces de resistir conjuntamente las cargas que transmitidas por los trenes y garantizar una cierta seguridad y confort en la circulacin.

1.1.1. Infraestructura.

La componen las obras necesarias para materializar una plataforma que sirva de apoyo a la va. Genera lmente son obras de tierra , tales como desmontes y terraplenes, y se construyen de la misma manera que en el caso de las carreteras (aunque con unos parmetros de calidad ms exigentes), existiendo una normativa especifica para el caso de los ferrocarriles. Sin embargo, debido a las grandes limitaciones que el ferrocarril tiene en trazado, ya que precisa de curvas de grandes radios (situtmdose el mnimo' en torno a los 500 m) y pequeas inclinaciones de rasante (la pendiente limite se sita en torno a 20 milsimas, el 2 %), es necesario construir un gran numero de obras de fbrica, que se materializan en tneles y estructuras.

1.1.2. Superestructura.

Constituye el sistema de soporte (esto conjuntamente con la infraestructura) y guiado del material mvil. Esta formada por el carril, las traviesas, las sujeciones y las capas de apoyo (balasto y subbalasto).

El carril es el elemento que gua el tren y transmite las cargas hacia las capas inferiores.

Las traviesas mantienen el ancho de va y reparten las cargas en las capas de asiento, y las sujeciones mantienen unidos el carril y las traviesas.

El balasto dota a la va de la necesaria elasticidad vertical para absorber los esfuerzos dinmicos, faci lita el drenaje y transmite las cargas al subbalasto.

El sub balasto es la capa ms profunda . Protege a la plataforma del punzonamiento por parte del balasto, y al balasto de las intrusiones de material procedente de la plataforma.

9


BALASTO

su~" ,-'

TRAVIESA

-- ".'" "// "~. / /'=--_______ ~ - -~NFRAE11'RUCTURA - ____ __ _

Figura 1.2. Infraestructura y superestructura ferroviaria .

Por otro lado, el material mvil, la electrificacin y los sistemas de control de trfico contribuyen a realizar el transporte de viajeros y mercancas con seguridad , comodidad y eficacia.

1.1.3. Material mvil.

Est formado por el conjunto de vehculos que circulan sobre la va. Se distinguen dos tipos principales: material motor y remolcado. Dentro del material motor se encuentran las locomotoras y las unidades de tren autopropulsadas, tambin conocidas como automotores.

Las locomotoras son las encargadas de arrastrar el material remolcado. Se diferencian bsicamente en funcin del tipo de traccin: vapor, diesel o elctrica.

Figura 1.3. Tren de mercan cas con doble traccin locomotoras 319. Fbrica del Pedroso (Sevilla), 2005.

10

CAPTULO l.-INTRODUCCiN

El material remolcado son los vehculos encargados de transportar la carga. Se denominan coches si transportan pasajeros y vagones si transportan mercancas. Existen muchos tipos de vagones, en funcin de la carga que vayan a transportar (cisternas, plataformas, cerrados, tolvas, etc. j.

El material mvil autopropulsado (tambin denominado automotor, unidad de tren , etc.) real iza simultneamente las funciones de traccin y tra nsporte. Es decir, se trata de unos trenes formados por coches o vagones con traccin propia, aunque actualmente slo suelen uti lizarse para el transporte de viajeros, reservndose los trenes convencionales para el transporte de mercancas.

1.1.4. Electrificacin.

Este subsistema slo est presente cuando la lnea ferroviaria se encuentra electrificada , pero no es imprescindible, ya que existen sistemas como la traccin vapor o diesel que no lo necesitan. No est presente en todas las lneas, sino principalmente en las que soportan un trfico importante o tiene un trazado difcil, debido a la gran inversin necesaria para su

construccin.

Figura 1.4. Postes de electri fi cacin y catenaria . El Chorro (Mlaga), 2005

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El subsistema de electrificacin se encarga del transporte y la distribucin de la corriente elctrica de traccin. Sus elementos bsicos son la catenaria, los postes de soporte y las subestaciones.

1.1.5. Sistema de control de trfico.

Incluye un conjunto de elementos (sealizacin , sistemas de ayuda a la conduccin , sistemas de bloqueo, enclavamientos, etc.) que aseguran la circulacin de los trenes por la lnea evitando el riesgo de accidentes, de forma que se garantice la seguridad y se aproveche al mximo la capacidad de transporte de la lnea ferroviaria. Hay distintas modalidades; actualmente, uno de los ms avanzados y eficaces es el bloqueo automtico con control de trfico centra lizado.

1.2. Unidades de medida del trfico ferroviario.

A continuacin se incluye la definicin de las principales unidades de medida del trfico ferroviario:

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TBC (Tonelada Bruta Completa). Es el nmero de toneladas que pesa el tren completo (material motor y remolcado)

TBR (Tonelada Bruta Remolcada). Es el peso en toneladas del material remolcado (coches o vagones, incluida la carga) que arrastra la locomotora.

TKBC (Tonelada Ki lmetro Bruta Completa). Se obtiene multiplicando el peso total del tren por la distancia que recorre.

TKBR (Tonelada Kilmetro Bruta Remolcada). Es el producto del nmero de toneladas remolcadas (TBR) por el nmero de kilmetros recorridos.

VK (Viajeros kilmetro). Es el producto del nmero de viajeros que lleva un tren por los kilmetros recorridos.

TK (Toneladas Kilmetro). Es el producto de las toneladas netas (a veces tambin se denomina TKN) que transporta un vagn de mercancas por el numero de kilmetros recorridos.

CAPTULO l. - INTRODUCCIN Tren kilmetro, vehculo kilmetro. Corresponde al desplazamiento de un tren a lo

largo de un ki lmetro

lBR/tren (Carga Bruta Remolcada por Tren). Se obtiene por el cociente entre las TKBR y el nmero de trenes km que le corresponda.

TSC/tren (Carga Sruta Completa por Tren). Se obtiene dividiendo las TKSC por el nmero de tren-km correspondiente

TKBRfTK. Es un indice que refleja el peso tota l del tren necesario (excepto la traccin) para mover una carga neta. Normalmente se sita en torno a 1,5.

Densidad de Remolque. Es la relacin entre el total de TKSR que circulan por la red y el numero de kilmetros de dicha red.

2_ HISTORIA DEL FERROCARRIL EN ESPAA.

2.1. Los origenes del ferrocarril en Espaa.

El ori gen del ferrocarril se sita en Inglaterra, a principios del siglo XIX. En esta poca se usaban en las minas carriles de hierro para mover las vagonetas, que eran arrastradas por caballeras (traccin de sangre). Tras el invento de la mquina de vapor, Stephenson aplic ambas tecnologas (traccin vapor y carriles) para disear una locomotora (la "Rocket") que

remolcab~ un conjunto de vagones sobre carriles de hierro. De esta forma este ingeniero construye la primera lnea de ferrocarril, entre la ciudad minera de Stockton y el puerto fluvial de Darlington, un tramo de 25 kilmetros constru ido en 1825. Despus, en 1830 se construye la primera linea ferroviaria de larga distancia, entre Manchester y Liverpool , comenzando la era de los ferrocarriles. Poco despus este nuevo medio de transporte comienza a implantarse en la Europa continental.

En Espaa la primera solicitud de concesin para la' construccin de una linea ferroviaria se realiza en Andalueia, entre Jerez y el muelle del Portal en 1829 (6 km) para la exportacin de vinos a Inglaterra, pero no lleg a construirse . De forma similar a este primer intento, se solicitaron diversas concesiones, paro la falta de financiacin hizo que no se materializasen.

13


El primer ferrocarril espaol se construye en Cuba en 1837, entre La Habana y Bejucal (28 km). Este primer tramo formaba parte de la linea La Habana-Puerto de Gines, destinada al transporte de caa de azcar.

Mientras tanto, en Espaa se suceden multitud de solicitudes para la construccin de lneas de ferrocarril por lo que en 1844, ante la falta de posicin del Estado frente a este medio de transporte, se encarga un informe a los ingenieros Subercase y Santa Cruz, que luego deriv en una Real Orden (una ley) reguladora de los ferrocarriles espaoles. Se basaba en la experiencia de las primeras realizaciones ferroviarias en otros pases y tuvo gran importancia en muchos aspectos, especialmente en los tcnicos. Las recomendaciones de la ley fueron las siguientes:

Sistema de financiacin combinado entre privado e iniciativa pblica: admita la conveniencia de que fuera el Estado quien construyera los ferrocarriles , aunque en caso de que no fuera posible, se consideraba aceptable que participase la iniciativa privada (si se conciliaban en cierto grado los intereses privados con los pblicos).

Aspectos tcnicos: Fija los glibos de tneles, inclinaciones y radios de curva, etc. y lo ms importante, fija el ancho de va en 6 pies castellanos, equivalentes a 1,67 metros, diferente del ancho que se estaba imponiendo en Europa, de 1,43 metros. La razn de este ancho fue lo complicado del relieve de la Pennsula Ibrica, y por ello la dureza del trazado de las lneas ferroviarias espaolas. Se estim entonces que se necesitaran locomotoras de vapor muy potentes, lo cual era cierto, y a partir de esa observacin se decidi que al necesitar calderas de vapor ms grandes para ganar en potencia haba que aumentar tambin la distancia entre sus ruedas, para dar mayor estabilidad al conjunto. Pero esta ltima apreciacin no era del todo cierta, ya que por un lado existen otros mtodos para aumentar la potencia de la locomotora sin aumentar el tamao de la caldera (aumento de la presin en la misma, etc.) y por otro, a igualdad de distancia entre las ruedas, la estabilidad de la marcha no se ve comprometida por un ligero aumento en el dimetro de la caldera (un ejemplo son los ferrocarriles suizos, que con un relieve an ms dificil que el espaol adoptaron el ancho de 1,43 m e incluso la via mtrica para su red ferroviaria).

A partir de esta ley empieza el desarrollo de los ferrocarri les espaoles: empiezan a construirse varias lneas, como Madrid-Albacete, Barcelona Martorel1, Valencia Jtiva, de forma que en 1855 estn construidos todos estos tramos, con un total de 305 kilmetros de

14

CAPTULO I.-INTRODUCCION

red. Adems, se aprueban las concesiones para muchas otras lineas, que no se construyeron. Las primeras lneas en naugurarse fueron BarcelonaMatar en 1948 y Madrid-Aranjuez en 1851.

2.2. La creacin de las grandes compaias ferroviarias.

Tras el golpe liberal de 1854, el gobierno de Espartero promulga en 1855 Ley General de Ferrocarriles, que daba a los capitales extranjeros grandes facilidades para que invirtieran en Espaa , como subvenciones del Estado y libre importacin de materiales (lo que hizo que se desarrollara la industria de otros pases en detrimento de la espaola). Esto supuso el nacimiento a partir de 1856 de las grandes compaas ferroviarias, que dieron un impulso definitivo a la construccin de la red. Estas compaas privadas construan y explotaban su red ferroviaria. Las ms importantes eran:

M.2.A. (MadridZaragoza-Alicante): Sus lineas ms importantes eran las lneas Madrid-Zaragoza, Madrid-Alicante y Crdoba-Sevilla. Su capital era mayoritariamente francs. Posteriormente su red se fue extendiendo por Andaluca , Extremadura y Levante.

Compaa de los Caminos de Hierro del Norte de Espaa. Tambin de capital mayoritariamente francs, nace en 1858 con la concesin de la lnea Madrid-Irn y posteriormente comienza su expansin en Catalua, y acceso a los puertos de la cornisa cantbrica.

Hasta casi una veintena de pequeas compaas stJrgieron en los aos siguientes a la promulgacin de la Ley de 1855. Se citan a continuacin algunas de ellas:

En 1887 se crea la Compaa de Ferrocarriles Andaluces, de capital espaol y francs. Esta compaa se constituy mediante la unin de varias lneas andaluzas, bajo los auspicios del ingeniero Jorge Loring.

La compaa catalana Tarragona-Barcelona-Francia (T. B.F.), que agrup a las compaas que tenan concesiones de lneas en Catalua. En 1889 fue absorbida por M.Z.A.

La compaa Almansa-Valencia-Tarragona.

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LA COR UA

gRANADA

MALAGA

Fuente: Lorente (2004) Figura 1.5. Crecimiento de la red de ferrocarriles espaola hasta 1875

2.3. La expansin de la red.

___ 1855

__ 1860

---1865

--- 1875

De esta forma, las compaas ferroviarias dan un fuerte impulso a la construccin de la red ferroviaria espaola, que va adoptando una configuracin marcadamente radial. En 1865 la red alcanzaba ya unos 5.000 km.

En 1877 se promulga una nueva Ley General de Ferrocarriles, que supone un nuevo impulso a la construccin de la red de ferrocarri les, al proponer la construccin de 3.300 km de nuevas lneas para conseguir una red mas mallada y extender la red hacia el oeste de Espaa. Esta Ley tambin regul las lneas de va estrecha (generalmente, con un ancho de un metro), lo que propici su expansin, ya que permita reducir costes de construccin y explotacin. Se produce un proceso de absorcin de las pequeas compaas que tenan concesiones de tramos cortos por parte de las grandes. De esta manera, a finales del siglo XIX se disponia en Espaa de una red de 13.168 km.

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CAPTULO 1.- INTRODUCCiN

LA CORUA

Fuente: Lorenle (2004) Figura 1.6. la red espaola a finales del siglo XIX

_ M.Z.A.

_ Norte

---A/\ndaluces _ Oeste

___ Otros

Como puede apreciarse en el mapa, la red bsica adopt una forma arborescente, con grandes lneas troncales que se unan en Madrid y desde las que se derivan otras lneas hacia el resto de las capitales, pero sin llegar a formar una estructura mallada, excepto en el valle del Ebro y en el Levante.

2.4. los primeros aos del siglo XX.

A finales del siglo XIX la red alcanzaba ya un total de unos 13.000 km (mas de 10.000 km en va ancha y el resto en va estrecha), un 90 % de la red existente en 1940. Esta red perteneca principalmente a tres compaas: Norte, con 3.691 km, M.Z.A., con 3.670 km, y Andaluces, con 1.500 km. En los primeros aos del siglo XX se construyen muy pocas lneas, exceptuando las de carcter local y de va estrecha. Empiezan a introducirse avances tcncos tales como mejoras en las locomotoras, la aparicin de los automotores, sistemas de bloqueo, encJavamientos, implantacin de la doble va, etc.

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Las grandes compaas siguen con el proceso de absorcin de otras pequeas lneas, completando su red. En estos primeros aos del siglo XX el ferrocarril es un negocio rentable, ya que hay estabilidad econmica y crecimiento de trficos, por lo que las compaas ferroviarias obtienen beneficios.

Pero a finales de la dcada de 1910 las compaas ferroviarias entran en crisis, debido a una serie de factores:

Frente al aumento de los trficos, las instalaciones y el m~terial mvil se encontraban muchas veces obsoletos, lo que aumenta los costes de explotacin . Aumenta el endeudamiento de las compaas para hacer frente a las mejoras necesarias y, tras la primera guerra mundial, aumenta el precio del carbn desde 34 pesetas por tonelada en 1913 hasta 102 pesetas en 1919, 10 que va a empeorar las cuentas de resultados de las compaas.

Las tarfas no haban subdo desde los primeros tiempos del ferrocarril , por lo que las compa as entran en prdidas; en 1918 el Estado autoriza una subda de115 %, que de todos modos se revela insuficiente para compensar los elevados gastos de las compaas.

Por ltimo, al acercarse el vencimiento del plazo de 99 aos de algunas concesiones, las compaas son ms reacias a las grandes inversiones necesarias en las lneas , ante la posibilidad de su rescate por el Estado.

Todo esto constituy el llamado ~ problema ferroviario", que provoc que en 1918 expertos y tcnicos se reunieran para intentar buscar una solucin. Por primera vez, el entonces ministro de Fomento O. Francisco Camb plante que el Estado se hiciese cargo del ferrocarril a travs de la nacionalizacin de la red y encomendara su explotacin a las compaas ferroviarias.

La solucin a todos estos problemas se plante a travs del Estatuto Ferroviario de 1924, bajo la dictadura de Primo de Rivera. El estatuto inclua ayudas financieras a las compaas para la renovacin del material mvil y la infraestructura. Aunque la ley prevea posibles aumentos de tarifas, el Estado prefiri ayudar a las compaas en forma de subvenciones.

Como consecuencia del Estatuto se realizan importantes inversiones en infraestructuras, instalaciones y material mvil , y las compaas mejoran sus resultados econmicos. De

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todos modos, existen algunas que no salen de la crisis y son rescatadas por el Estado, con lo que comienza el traspaso de lneas privadas a propiedad publica. As naci la Compaa Nacional de Ferrocarriles del Oeste de Espaa, que englob una serie de pequeas compaas y a la lnea Madrid-Cceres-Portugal, que estaba en quiebra.

Asimismo, en 1926 se aprueba el Plan Preferente de Urgente Construccin de Ferrocarri les, en el que se proyectan hasta diecisis nuevas lneas para complementar a las existentes

(ferrocarril directo Madrid-Burgos, directo a Galicia, Jerez - Almargen, Baeza - Utiel, etc.), en total unos 3.000 kilmetros de red, pero es poco lo que se llega a construir, unos 600 km.

La crisis de 1929 propicia un nuevo rebrote del "problema ferroviario", de manera que las compaias vuelven a entrar en prdidas, potenciadas esta vez por el aumento de las cargas sociales y de los salarios de los trabajadores. Todo esto provoca que, a pesar de los aumentos de tarifas autorizados por el Estado durante la II Repblica, las compaas ferroviarias entren en quiebra.

Por ltimo, la Guerra Civil supuso la ruina total de las compaf'ias ferroviarias, ya que las lneas fueron intervenidas por los dos bandos y uti lizadas como medio fundamental de transporte, lo que a su vez las transform en objetivo militar de primer orden . El uso intensivo del ferrocarril durante la contienda, unido a la falta de mantenimiento y las agresiones que sufri, provoc que tras la guerra gran parte del material mvil e infraestructura estuvieran inutilizables .

2.5. Los aos de RENFE.

2.5.1. La creacin de RENFE.

En 1941 el Estado rescata todas las compaas con vas de ancho 1,67 m y las agrupa en una nueva empresa pblica: RENFE, acrnimo ~e Red Nacional de los Ferrocarriles Espaoles. Para ello, el Estado compra los valores y obligaciones de las compaas y se hace el propietario de la red ferroviaria. En el momento de su creacin, RENFE cuenta con 12.401 km de va, procedentes de 23 compaas ferroviarias.

Tras la guerra y la creacin de RENFE, las labores primordiales eran; por un lado la reconstruccin y de las lneas y del material mvil para volver a tener la capacidad de trfico anterior a la contienda y poder as ayudar a la reconstruccin del pa s; por otro lado, la

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propia constitucin de una compaa nica supona un problema de difcil solucin , ya que RENFE hered de las antiguas compaas ms de doscientos modelos distintos de locomotoras (y muchos ms de material remolcado), ms de veinte reglamentos de ci rculacin diferentes, una gran variedad de seales, etc. En 1949 se aprueba el Plan de Reconstruccin y Reformas Urgentes en la Red , cuyo objetivo era el de renovacin y mejora de instalaciones y servicios, 10 que se realiz, renovando la infraestructura, acometiendo electrificaciones y adquiriendo nuevo material tractor y remolcado.

2.5.2. Los aos cincuenta.

Durante los aos cincuenta contina la reconstruccin del sistema ferroviario, ahora con la ayuda econmica de Estados Unidos. Adems, durante los aos posteriores se van introduciendo importantes innovaciones tcnicas, como los trenes Talgo, la via en barra larga soldada , tramos de doble va, electrificaciones, nuevo material mvil (locomotoras elctricas, automotores), modernos sistemas de control de trfico, etc.

Pero de todos modos, el aumento de las tarifas unido al auge del transporte por carretera y el aumento de los costes de personal, hizo que el dficit de RENFE fuera aumentando enormemente, a la vez que los trficos disminuan . El descenso del trfico fue tal que en 1950 RENFE transportada el 60% de los viajeros-km de Espaa, mientras que a finales de los 70 el porcentaje era nicamente del 9%.

2. 5.3. Los aos sesenta.

Entre 1964 Y 1973 se instaur el Plan Decenal de Modernizacin , siguiendo las directrices del Banco Mundial, que inclua la renovacin de 7.500 km de va , la progresiva sustitucin de la traccin vapor por la diesel y elctrica , el aumento de las lneas electrificadas, implantacin de seis estaciones de clasificacin, compra de nuevo material mvil (1.300 vagones, modernos automotores), eliminacin de la tercera clase, mejora en los sistemas de seguridad y comunicaciones. Las ayudas del Banco Mundial se concentraban en la red existente, cesando la financiacin para aquellas lneas que se encontraban en construccin aunque estuvieran casi terminadas (Santander. Mediterrneo, BaezaUtiel, Talavera de la ReinaVilIanueva de la Serena, AlcoyAlicante, etc.) , con lo cual stas grandes lneas nunca vieron pasar su tren inaugural. Con todas estas medidas, los resultados de explotacin de RENFE mejoraron considerablemente, as como los servicios de transporte ofrecidos.

20

CAPiTULO l.-INTRODUCCiN

Figura 1.7. Viaducto de la lnea Talavera de la Reina -Villanueva de la Serena. Guadalupe (Cceres), 2005

2.5.4. Los aos setenta.

Los objetivos de los planes de modernizacin en los aos setenta fueron elevar la velocidad a 140 km/h en la red bsica, el aumento del transporte de mercancias y la mejora de los resultados econmicos, pero con la crisis del petrleo de 1973 RENFE obtiene los peores resultados de su historia , lo cual provoca un retroceso en actuaciones de mejora y consecuentemente en la calidad del servicio.

Frente a esta coyuntura, el Estado asume el dficit de explotacin y el procedente de las cuotas de la seguridad social de los trabajadores, pero disminuyen las inversiones en infraestructura, las cuales tampoco puede acometer RENFE debido a su gran dficit, con lo que el servicio de transporte prestado muchas veces no responde a la demanda de la sociedad y por ello sta deja de demandarlo, lo que a su vez "justifica" un recorte sucesivo de la aportacin estatal al ferrocarril. As pues, RENFE entra en un circulo vicioso de prdidas, acometindose tan solo planes coyunturales para paliar la situacin a corto plazo.

En 1979 se firma el primer Contrato-Programa, como herramienta para controlar el dficit, segn el cual el Estado se hace cargo de las inversiones y los gastos de explotacin y RENFE se compromete a elevar la calidad de los servicios y a captar una mayor cuota de mercado. Las inversiones se centraron en la duplicacin de vas, la implantacin del sistema de ayuda a la conduccin ASFA, adquisicin de nuevos coches y la construccin de cortas pero muy importantes lneas de cercanas. Pero estas ~ctuaciones no resultan suficientes para el relanzamiento del ferrocarril, y el dficit sigue creciendo.

2.5.5. Los aos ochenta.

A principios de los ochenta se aumenta la puntualidad de los trenes y la velocidad en los trayectos de largo recorrido, lo que lleva a ur. fuerte aumento del trfico en este tipo de

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trficos. En estas fechas, el 41 % de la red esta electrificada, y la mitad de esta red electrificada es de doble va.

A mediados de la dcada, el 65% de los traficas de RENFE se concentraban en el 40% de la red, mientras que un 20% de la red tan slo soportaba el 2% del trfico. Por otro lado, la empresa estatal soportaba un elevado dficit y segua perdiendo cuota frente a la carretera.

En el nuevo contrato-programa de 1984 se propone que RENFE mejore servicios, contenga el gasto y mejore la productividad. El Estado por su parte, segua financiando la empresa pblica y se comprometa a mejorar la planificacin del sector transporte en general y las condiciones de competencia entre modos.

Para contener el gasto y mejorar la productividad , el Estado anuncia que RENFE no se har cargo de las lneas llamadas "altamente deficitarias", con lo que a partir del 1 de enero de 1985 se cierran 914 km de lneas (Baza-Almendricos, Jan-Puente Genil , Santander-Mediterrneo, etc.), otros 933 se cierran al servicio de viajeros, prestndose nicamente servicio de mercancas (Plasencia-Astorga, Valladolid-Ariza, etc.) y 637 se salvan gracias a las aportaciones econmicas de las Comunidades Autnomas afectadas (Murcia-guilas, Utrera-Bobadilla, Bobadilla-Granada, etc.). La razn que se dio para el cierre era su elevado dficit de explotacin, pero lo cierto es que difcilmente podan ofrecer un servicio competitivo para captar demanda y asi mejorarlo, teniendo en cuenta que desde hacia dcadas no se inverta en ellas, con lo cual el estado de la infraestructura y del material mvil que por ellas circulaba era psimo. Por otro lado, el paso del tiempo est demostrando que muchas de estas lneas s que tenan un mercado potencial, algo que se ha visto tras el apoyo de las Comunidades Autnomas interesadas y la bsqueda de una alternativa a la carretera (el eje transversal andaluz es un claro ejemplo).

Por otro lado, una nueva subida de tarifas y el descenso de los precios de la gasolina, provoca que el trfico de viajeros vuelva a descender.

Ya en 1987 se aprueba el Plan de Transporte Ferroviario (PTF), que supona una inversin de 2 billones de pesetas hasta el ao 2000. Bsicamente pretenda acondicionar toda la red bsica para permitir velocidades de 160-200 km/h mediante la construccin de grandes variantes en los principales tramos congestionados (puertos de Despeaperros, Guadarrama y Ordua), elevacin de la velocidad en corredores completos (Madrid-Barcelona-Valencia-Alicante) y duplicaciones de va.

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CAPiTULO 1.-INTRODUCCI6N

La gran cualidad que tena el PTF es que era un plan integral, es decir, que supona una mejora en gran parte de la red ferroviaria espaola, al aumentar por un lado la capacidad de la misma y por otro la velocidad. Pero desgraciadamente no lleg a materializarse: la decisin en 1988 de construir el nuevo acceso ferroviario a Andaluca segn los parmetros de alta velocidad absorbi prcticamente todo el presupuesto que iba destinado al PTF, con lo cual el resto de [a red no recibi las mejoras planeadas, e incluso vio recortados sus gastos en mantenimiento, lo cual provoc una import[.nte cada en la calidad del servicio y de los trficos.

En cuanto al transporte de mercancas, RENFE suprime los trenes colectores y ofrece nicamente trenes puros e intermodales.

2.5.6. Los aos noventa.

Debido a los cambios urbansticos y a la saturacin de las carreteras, a finales de los aos ochenta los trficos de cercanas en los principales ncleos urbanos aumentan espectacularmente, lo cual motiv la toma de decisiones al respecto.

En 1990 se aprueba un plan de transporte de cercanas para incrementar la oferta, mejorar la frecuencia y la calidad , aumentando la capacidad en los tramos crticos, mejorar el control de trfico, remodelar estaciones y comprar material mvil adecuado para estos trficos. En este perodo se produjo un aumento del trfico de cercanas de un 9% anual. Madrid genera el 53 % del trfico, y Barcelona el 25 %.

Si la apuesta por la alta velocidad se iba a materializar en la discutible construccin de una sola lnea aislada (Madrid-Sevilla), la decisin de invertir en la creacin de unos modernos servicios de cercanas en las grandes ciudades contribuy a mejorar enormemente la calidad de vida de millones de personas, al permitirles realizar los desplazamientos al trabajo sin utilizar el vehculo privado, que ya colapsaba las calles y carreteras de acceso.

A partir de los aos 90 el ferrocarril espaol va recuperando su prestigio frente a la sociedad espaola, debido al xito meditico de la nueva lnea de alta velocidad Madrid - Sevilla (cuando se habla de su "rentabilidad" tan slo se tiene en cuenta los resultados de la explotacin, sin considerar la amortizacin de la infraestructura ni del material mvil, y por otro lado, la linea se encuentra infrautilizada) y la muy positiva valoracin que hacen los

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DISEO Y CARACTERiSTlCAS DE LA ViA FERROVIARIA

usuarios del nuevo servicio de cercanas, caracterizado por una gran frecuencia y una altsima puntualidad.

Respecto a los trficos de mercancas, aumenta espectacularmente el transporte intermodal, por lo cual el ferrocarril se va acercando a este pujante tipo de transporte, mediante la creacin de terminales intermodales.

Mientras tanto, RENFE opta por la "especializacin" y potencia la "gestin comercial" como base de su actividad empresarial. Fruto de esta nueva fi losofa de empresa es la creacin de las unidades de negocio (UN), cada una de las cuales ofrece un servicio diferenciado (Largo Recorrido, Cercanas, Mantenimiento de Infraestructura, etc.). Con esta nueva organizacin se pretende mejorar la oferta, clarificar las cuentas de cada uno de los mbitos en los que se trabaja y as captar una mayor demanda y reducir el dficit. Por otro lado, estos cambios eran obligatorios para adecuar el ferrocarril espaFiol a la nueva normativa impuesta por la Unin Europea.

Otro de los objetivos perseguidos por la legislacin ferroviaria de la Unin Europea era la separacin de la gestin de la infraestructura ferroviaria de la prestacin de los servicios de transporte. El fin ltimo de este drstico cambio es la liberalizacin del transporte ferroviario, de ta l forma que distintos operadores (tanto pblicos como privados) puedan utilizar las lneas de ferrocarri l (previo pago de un canon) y asi obtener un mayor beneficio social de esta infraestructura de transporte, que en muchas ocasiones se encuentra infrautilizada. Con la toma de esta medida, RENFE se transforma en mera operadora de transporte y se crea un ente pblico (GIF; ms tarde ADIF) para la gestin de la red.

2.6. El ferrocarril espaol en el s iglo XXI.

En la actualidad, el ferrocarril espaol contina con la "resaca" del AVE. Debido al impacto social de la construccin de la lnea Madrid-Sevi lla, los planes de infraestructura de los sucesivos gobiernos de la nacin proponen actuaciones similares para la red ferroviaria: la transformacin a alta velocidad de prcticamente todas sus lneas, ya que ninguna comunidad autnoma se conforma con menos y la alta velocidad se ha convertido en la promesa electoral por excelencia. Desde luego, sera estupendo contar con una red ferroviaria de tales caractersticas, pero las dificultades ante las que se encuentra el cumplimiento de este objetivo no son pocas: inversiones desorbitadas, largusimos plazos

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CAPTULO 1.- INTRODUCCiN de construccin, disminucin de inversiones en la red convencional y falta de continuidad entre ambas redes.

A continuacin describe someramente la red gestionada por ADI F (anteriormente gestionada por RENFE). En cuanto a su ancho de via:

Longitud total: 12.808 km.

Red de alta velocidad (Ancho UIC): 1.010 km.

Red convencional (Ancho Ibrico): 11.759 km.

Red mixta (Ancho Ibrico- Ancho Internacional): 21 km.

Red de va estrecha (Ancho Mtrico) 18 km.

En cuanto a su sistema de traccin:

Va nica electrificada 3.629 km.

Va nica no electrificada 5.236 km.

Va doble electrificada 3.913 km.

Va doble no electrificada 30 km.

Las lneas electrificadas soportan mas del 80% del trafico total de la red.

En cuanto a su velocidad mxima, tramos con velocidad:

Superior a 200 km/h: 656 km.

200 km/h: 675 km.

Entre 140 y 160 km/h: 4.529 km.

Entre 100 y 140 km/h : 3.717 km.

Inferior a 100 km/h: 3.231 km.

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DISEO Y CARA C TERiSTlCAS DE LA ViA FERROVIARIA

En cuanto a la red de via estrecha , la mayor longitud es gestionada por FEVE, mientras que el resto es competencia de las comunidades autnomas. Los principales datos de la red de FEVE son:

145 km de va doble electrificada.

230 km de va nica electrificada .

890 km de va nica sin electrificar.

Mientras la red de alta velocidad avanza lentamente (en realidad, los esfuerzos se han concentrado en tres lineas: Madrid-Barcelona-frontera francesa, Crdoba-Mlaga y Madrid-Valladolid) se van instalando cambiadores de ancho para poder extender los beneficios de la misma. Por otro lado, se compran multitud de trenes de alta velocidad de muy distintas tecnologas y caractersticas, para adaptarse a la creciente diversidad de la red espaola.

Aparte de la alta velocidad, se ha seguido invirtiendo en cercanias ante la creciente demanda social y, por primera vez, se ha realizado un importante esfuerzo inversor para mejorar los servicios regionales.

La continuidad en la aplicacin de la normativa comn ferroviaria ha concretado an ms el papel de las UN de RENFE: algunas de ellas son subvenciona bies (cercanias, regionales) , mientras que otras tienen que ser autosuficientes (Grandes Lneas, Mercancas).

Por ltimo, el proceso de liberalizacin se ha traducido en la apertura de la red ferroviaria espaola a nuevos operadores, mediante la fijacin de las condiciones de acceso y de un canon por la utilizacin de la infraestructura. Diversos operadores de mercancas ya han solicitado licencia , e incluso han contratado material mvil, mientras que RENFE ha optado por reducir los servicios y enajenar activos, lo cual ha provocado una importante cada de los trficos.

Por lo tanto, puede conGluirse que en los prximos aos se esperan importantes cambios, como la terminacin de importantes lneas ferroviarias, la puesta en funcionamiento de nuevos trenes y la aparicin de nuevos operadores en el campo del transporte de mercancas.

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Fuente: Lorenle (2004)

CAPiTULO l. - INTRODUCCiN

PENNSULA IBERICA IvfifS>Or o 92) Re(! de ""che 1 668mm e~ "",,"OO. n 2003

UIICUO MA

Figura 1.8. Red ferroviaria convencional de la Pennsula Ibrica

2.7. Historia del ferrocarril en Andaluca.

La construccin de las lneas de ferrocarril en Andaluca se inicia en 1854, comenzando con

el tramo Jerez-Puerto de Santa Mara, que posteriormente se alarga hasta la ciudad de Cdiz. La siguiente linea fue en 1856 la Crdoba-Sevilla , finalizndose la dcada con la terminacin de la lnea Sevilla-Cdiz.

Hasta 1865 la Compaia M.Z.A. alarga su linea desde Crdoba hasta la meseta por Despeaperros, y se construye el segundo eje de la regin: el Crdoba-Mlaga . A partir de estos dos ejes, la red se expande de forma arborescente, con ramales hasta Granada , la unin entre Bobadilla y Sevi lla por Utrera y Osuna , y la construccin desde Crdoba de una linea hasta las cuencas mineras cordobesas (Crdoba-Blmez).

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La construccin se realiza por compaas privadas con gran presencia de capital extranjero, y destinadas fundamental mente a conducir el trfico de mercancas de los productos de la regin, como el carbn de Crdoba, los vinos de Jerez, los cereales y aceites de la comarca de Sevilla, etc., hasta los puertos de salida como Cdiz y Mlaga. A finales de 1870, se ha construido gran parte de la red principal de Andaluca

A partir de 1870, se inicia un proceso de concentracin de compaas y de final izacin de los ramales que restaban por completar en dcada anterior. M.Z.A. compra la lnea Crdoba-Sevilla y la prolonga hasta Huelva, y en 1877 nace la Compaia de los Ferrocarri les Andaluces, que busca absorber el conjunto de las lneas de la regin. En 1880 ya controla 740 km de lineas, incluyendo la Crdoba-Mlaga-Granada, la Sevi lla-CMiz y la Sevilla-Bobadilla , as como la lnea minera de Crdoba.

-

1J'i . ...

Figura 1.9. Estacin de Linares (Jan), 2005. linea Vadollano-Linares , construida por M.Z.A.

De esta forma, a partir de 1880 compiten en Andaluca dos compaas, la M.Z.A en el eje del Guadalquivir y la conexin con la meseta y Andaluces, que monopoliza la circulacin interior y hacia los puertos de exportacin . Hasta finales de siglo, las nuevas lneas que se construyen son un intento por parte de la compana de Andaluces de hacer la competencia a

la M.Z.A para restarle parte de trfico con itinerarios alternativos. Realiza las lneas Crdoba-Marchena, Algeciras-Bobadilla, Puente Genil-linares, y la Compaa de los Caminos de Hierro del Sur de Espaa construye la lnea linares-Almera , dando salida a los

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productos mineros de la regin hacia el puerto. Posteriormente, esta lnea es comprada por Andaluces, que construye la conexin entre Granada y Moreda.

A grandes rasgos, la red ferroviaria andaluza construida durante el siglo XIX se caracteriza por estar integrada por lneas destinadas al transporte de mercancas (productos mineros y agrcolas) que muchas veces discurren alejadas de los ncleos de poblacin. Tambin son seas de identidad lo complicado de su trazado y la debilidad de su infraestructura, con va y puentes que admiten reducidas cargas por eje.

En el siglo XX, la construccin de nuevas lneas es muy reducida . Se fina liza la conexin con Levante y el enlace con Ayamonte (sin llegar a construirse nunca el puente internacional para conectar con la red portuguesa), y se construyen varias lneas de va estrecha. Los ferrocarriles andaluces sufren los mismos avatares que el resto de la red espaola, con alternancia de prdidas y ganancias, culminando con la situacin de quiebra tras la guerra civil , y la nacionalizacin de las compaas y su inclusin dentro de RENFE .

Tras la guerra civil , se reconstruyen las lneas, y al comienzo de los aos sesenta, se inicia el proceso de cierre de las lneas que no son rentables, debido a su mal estado, y en consecuencia el escaso trfico de viajeros que captan, y porque las comarcas mineras a las que dan servicio han agotado sus recursos. De este modo, hasta nuestros das se han cerrados los ejes Linares-Puente Genil, Guadix-Almendricos, Huelva-Ayamonte, as como otras lneas secundarias. A partir de 1985, el eje Sevilla-Granada-Almeria se mantiene como consecuencia de la financiacin aportada por la Comunidad Autnoma, y actualmente se est adaptando a alta velocidad. En los itinerarios principales se ha realizado duplicacin de vas, implantacin de modernos sistemas de control de trfico y electrificacin , se ha construido la lnea de alta velocidad Madrid-Sevilla , y se encuentra muy avanzada la nueva linea Crdoba-Mlaga .

29

DISENO Y CARACTERSTICAS DE LA VA FERROVIARIA

30

CAPTULO 11. - EL TRAZADO DE LA VA

I

Tren "Miguel de Unamuno" (Salamanca/BilbaofHendaya-Barcelona) compuesto por locomotora 252+Talgo 111 en Tudela (Navarra). Agosto de 2005.

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11. EL TRAZADO DE LA VA

1. INTRODUCCiN. Para la definicin de la posicin geomtrica de los carriles que forman la va se emplean dos elementos geomtricos: el eje de planta y el eje de alzado. El trazado en planta se definir por el eje de la entreva cuando se trate de doble va, y por el eje de la va si es va nica. En el mismo se pueden distinguir tres tipos de alineaciones: rectas, que se definen por dos puntos o por un punto y una direccin, curvas circulares, que se definen por su centro y su radio y curvas de transicin, que se definen por su parmetro.

El desarrollo del perfil longitudinal (eje en alzado) se corresponde con el del eje definido en planta y representa al hilo ms bajo (cota del carril ms bajo), ya que el peralte exige en los tramos curvos una cota distinta para los dos carriles de la misma va.

2. TRAZADO EN PLANTA.

2.1. Las curvas circulares.

Una alineacin curva circular puede ser definida mediante los siguientes parmetros:

R = Radio de la curva .

C = Centro de la curva.

2L = Longitud de la cuerda entre los R

puntos de tangencia.

e = Flecha.

n = ngulo entre las dos alineaciones

rectas consecutivas.

Figura 2.1. Elementos de las curvas circulares.

32

CAPiTULO 11.- EL TRAZADO DE LA ViA

Un problema ferroviario frecuente es el de conocer el rad io real de la curva que tiene una determinada va que lleva mucho tiempo construida y que ha sufrido las cargas de trfico, y consecuentemente ha podido deformarse, o bien el de conocer el rad io de una va antigua de la que no se dispone plano alguno.

Si se aplica el teorema de la potencia, que dice que la potencia de un punto respecto una circunferencia es constante, o sea , es independiente de la recta que se tome como base para calcularla, se puede determinar el radio in situ .

As , tomando potencias respecto del punto donde se cruzan perpendiculrmente el radio y la cuerda, se tiene:

(2R- j )j = L L

Como R toma generalmente valores del orden de 1.000 metros, y el valor de f cuando se determina en cuerdas de 20 metros de longitud (que generalmente es la que se utiliza para realizar estas medidas in situ) est en torno a un valor mximo de 100 milmetros, se desprecia f frente a 2R, por lo que resulta:

2R j=L' L' => R=-2j

Ejemplo: Si en una curva se obtiene una flecha constante de 50 mm en una cuerda de 20 metros, el valor del rad io de la curva es de:

R; 10"10 / (2"0,05) ; 1.000m

El parmetro fundamental que define una curva es el radio.

Debido a las caractersticas del eje montado, en una curva la longitud del carril interior es menor que la del carril exterior. Esto se compensa mediante la conicidad de las ruedas, de forma que en una curva la fuerza centrfuga hace que la llanta exterior remonte ligeramente el carril, adoptando un radio de rodadura mayor, y que la llanta inferior descienda, dando un radio de rodadura menor. Pero si el radio fuese muy pequeo, la pestaa de la llanta chocara con el carril y ya no sera posible el desplazamiento del eje, producindose unos deslizamientos de la llanta sobre el carril , y consecuentemente unos elevados desgastes.

En relacin a los radios mnimos del trazado, se puede aadir lo siguiente:

33


Radio mnimo para la inscripcin del material mvil: 100 m. Con radios menores el material no es capaz de recorrer la curva.

Radios histricos mnimos de la red espaola: 300 m.

V; 140 km/h: R; 1.000 m.

V; 200 km/h: R ; 2.300 m.

V; 250 km/h: R; 4.000 m.

En general, en un nuevo trazado el radio mnimo viene impuesto por la velocidad deseada y por el confort del viajero.

2.2. El peralte.

2.2.1. El peralte terico.

Como consecuencia de la fuerza centrfuga durante el recorrido de las curvas, aparece una aceleracin transversal que sobrecarga el carril exterior, reduce el confort del viajero y que adems puede afectar al estado de las mercancas transportadas. Para evitar estos efectos,

en las curvas se introduce un peralte, es decir, una sobre elevacin del carril exterior respecto del interior. El peralte hace que el material rodante adquiera una inclinacin al recorrer la curva, con lo cual aparece una fuerza hacia el interior de la curva que compensa el efecto de la aceleracin centrifuga. As contribuye a que las cargas se repartan entre los dos carriles, igualando su desgaste, y a aumentar el confort de los viajeros. En cualquier caso, el efecto ms importante es la aceleracin transversal soportada por el pasajero, y es la variable que limita la velocidad de circulacin de los trenes en las curvas.

Durante la circulacin de un vehculo por una trayectoria curva las dos fuerzas actuantes son la fuerza centrifuga y su peso. Ambas fuerzas son perpendiculares entre s y, en ausencia de peralte, no existira ninguna componente que compensara la aceleracin centrfuga que acta sobre el viajero. Sin embargo, cuando hay peralte, el vehculo se inclina y el peso se descompone en dos componentes, una perpendicular al suelo del vehculo y otra opuesta a la fuerza centrifuga.

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CAPiTULO 11.- EL TRAZADO DE LA ViA

Fe

H

s

Figura 2.2 . Diagrama de esfuerzos sobre el material mvil en las curvas.

En la figura 2.2 se representan los esfuerzos que aparecen cuando un vehculo circula en

una curva peraltada. Para el clculo del peralte terico necesario para equilibrar la fuerza centrfuga, hay que aplicar la condicin de que la resultante de las fuerzas Fe Y P sea perpendicular al plano de la va (en este caso el viajero no sentira ninguna fuerza transversal). Para ello, la fuerza Po resultante de descomponer la del peso P en dos componentes, una perpendicular al plano de la via (P ,) y otra en la direccin de Fe (Po), debe ser igual a Fe.

Definiendo "H" (peralte de la via) y "s" (distancia existente entre los ejes de los carriles), y siendo "G" el centro de gravedad del vehculo y "b" el angula de inclinacin del vehculo provocado por la presencia del peralte, se tiene para Fe Y Fa la siguiente relacin:

v' Fe = 111 a = 111-e R

H tanfJ~ s

Po ~ P tan fJ ~ /II g tan fJ

Igualando Fe Y Po se obtiene el peralte terico para neutralizar el efecto de la fuerza

centrifuga:

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v' 111- = mg tanfJ ::::>

R v' H -=g R s =>

H = sV2

gR

Unos valores normales en lneas convencionales de ancho ibrico de la distancia entre ejes de los carriles (s) y del peralte (H) son 1,74 m y 160 mm respectivamente, luego se tendra que para esos ordenes de magnitud el ngulo, el seno y la tangente prcticamente coinciden:

tan ~ = 0,16/1,74 = 0,0919; ~ = 0,0916; sen ~ = 0,09156

Si se tiene una curva con un peralte dado H, se deduce que la aceleracin transversal mxima que compensa dicho peralte toma un valor de:

H a, = g-

s

2.2.2. Las situaciones reales.

En las condiciones reales de circulacin se tiene que una vez construida la va con un peralte determinado, no todos los trenes circulan a la veloc idad terica para la que se ha calculado el peralte , debido a que hay pesados trenes de mercancas que circulan ms despacio y trenes de viajeros que son ms rpidos y ligeros.

En la prctica , la neutralizacin de la fuerza centrifuga por medio del peralte solamente puede conseguirse en una lnea de trfico exclusivo (por la que circulen trenes de las mismas caracteristicas siempre en las mismas condiciones). Un acercamiento a este caso se produce en las lneas exclusivas de cercanas y de metro, en las cuales existe un trfico exclusivo de trenes de viajeros y los automotores son lo suficientemente potentes como para mantener la misma velocidad estando llenos o vacos.

Por lo tanto, en las circunstancias habituales de circulacin, aparecen dos tipos de situaciones:

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Insuficiencia de peralte: Es la situacin que se produce cuando el tren circula a mayor velocidad que la velocidad de equilibrio del peralte. En este caso, la aceleracin centrfuga causada por la velocidad del tren en la curva es mayor que la

CAPTULO 11.- EL TRAZADO DE LA VA

que el peralte es capaz de compensar, es decir, el peralte es insuficiente para compensar la aceleracin transversal del tren al circular en curva.

La aceleracin transversal resultante ser igual a la aceleracin centrifuga menos la aceleracin que compensa el peralte. Por convenio de signos, se toma como aceleracin positiva la que esta dirigida hacia el exterior de la curva.

Exceso de peralte: Es la situacin que se produce cuando el tren circula a menor velocidad que la velocidad de equilibrio del peralte. En este caso, la aceleracin centrfuga causada por la velocidad del tren en la curva es menor que la que el peralte es capaz de compensar, por lo tanto hay una aceleracin no compensada dirigida hacia el interior de la curva.

En esta situacin, la aceleracin transversal no compensada tiene un valor (negativo) de:

a ~ ( V 2 _gH J < O flC R s

2.3. Limitaciones al peralte.

Con el objeto de mantener el mximo confort posible para el viajero y de limitar los problemas de la va y de los vehculos, es necesario establecer una serie de limitaciones al

peralte.

Como se ha visto con anterioridad, la aceleracin transversal que sufre un vehculo cuando circula por una curva de radio R y peralte H a una velocidad V, viene dada por la siguiente expresin:

v = Velocidad de circulacin en la curva (mis);

R = Radio de la curva (m);

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g ; Aceleracin de la gravedad (9,8 mis');

H ; Peralte de la curva (m);

s ;;; Distancia entre ejes de carriles.

2.3.1. La aceleracin transversal mxima admisible.

Los trenes de viajeros generalmente circulan a la mayor velocidad posible, de forma que el lmite del peralte lo impone el confort del viajero. Existe un limite maximo de la aceleracin transversal que puede sufrir un viajero sin sentirse incmodo. Estas aceleraciones tienen dos orgenes distintos, los cuales se superponen durante la rodadura:

La calidad de la va: Debido a las pequeas irregularidades de la va y los defectos de alineacin y nivelacin, junto con el movimiento de lazo, durante el desplazamiento del material sobre la va se produce un espectro continuo de mini aceleraciones de caracter aleatorio, que se superponen a la aceleracin causada por al fuerza centrifuga.

La insuficiencia de peralte: La insuficiencia de peralte en la va genera en el viajero unas aceleraciones transversales no compensadas, debido a la fuerza centrfuga.

El viajero comienza a notar los efectos de la aceleracin transversal a partir de un valor de 0,9 m/s2 , siendo intolerable para valores del orden de 1,8 m/s2 . El lmite mximo admitido es de 1,5 m/s2, sumando todos los efectos.

Si la va es muy buena , con carril continuo, bien nivelada y sin irregularidades, los efectos de las irregularidades se pueden cuantificar en una aceleracin de 0,3 m/s2 . Sin embargo, si la va es antigua, con irregularidades y de mala calidad, estos efectos hacen que la aceleracin suba hasta 0,5 o 0,6 m/s'-

De este modo, la mxima aceleracin transversal no compensada por el peralte se limita, por razones de confort en el viajero, a 0,9 m/s2 en caso de vas normales y hasta 1,2 m/s2 en vias de alta calidad. RENFE impone un limite de 0,9 mis' .

a v.aero = 0,9 m/s2 (vas normales)

(vias de gran calidad)

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2.3.2. El efecto de las suspensiones.

La suspensin de los vehculos, aunque es necesaria para la circulacin, hace que se produzca un aumento de la insuficiencia de peralte.

Fe

s

Figura 2.3. Efecto de las suspensiones.

En las curvas, el amortiguador exterior se comprime, mientras que el interior se alarga, por lo que el peralte de la caja del vehculo es menor que el peralte en el plano de la va. De esta forma, el viajero percibe un aumento de la insuficiencia de peralte. Este efecto se mide por

el coeficiente de flexibilidad "f", que toma valores

entre f = 0,2, para vehculos con suspensiones duras y f = 0,4 para vehculos con suspensiones normales.

Las expresiones obtenidas anteriormente se refieren a la aceleracin que sufre el conjunto del vehculo, por lo que stas deben particularizarse para calcu lar la aceleracin transversal que sufre el pasajero. As , la expresin de la mxima aceleracin transversal no compensada que acta sobre el viajero viene dada por:

(Vl

g HJ a /){J

DISEO Y CARACTERSTICAS DE LA VA FERRO VIARIA

Por facilidad de empleo, considerando los valores habituales del coeficiente de flexibilidad , en las normas de RENFE se establecen unos lmites para la aceleracin transversal no compensada teniendo en cuenta los efectos de las suspensiones. Estos lmites son:

a.,." = 0,9 mis'; ao, = 0,91 (1 + 0,4 ) = 0,642 ~ 0,65 mis' (vas normales)

Este valor puede descender hasta 0,40 m/s2 en caso de grandes variantes de nueva construccin.

En cualquier caso, para calcular las aceleraciones transversales, por facilidad de clculo, es habitual referirse a la aceleracin del vehculo. Por ello, la expresin habitual para calcular la aceleracin transversal que sufre un vehculo es la siguiente:

2.3.3. Trenes rpidos.

En el caso de los trenes de viajeros, que normalmente circulan a mayor velocidad que la de equi librio de la curva , se produce la insuficiencia de peralte, apareciendo una aceleracin transversal no compensada.

Se denomina ~ insuficiencia de peralte" al peralte ficticio que servira para compensar dicha aceleracin transversal que sufre el viajero (H):

g

H, = ao,' s I 9 = 0,65 1,74 19,8 = 0,115 m = 115 mm.

Este valor es el que figura en las normas RENFE como valor normal de la insuficiencia de peralte.

40

CAPTULO /l. - EL TRAZADO DE LA VA

2.3.4. Tren parado.

En este caso, el viajero se "cae" hacia el interior de la curva, ya que el vehculo est inclinado por el peralte de la curva y no hay una velocidad que genere una fuerza centrfuga que compense el efecto del peralte. Adems, este efecto se aumenta por el giro de las suspensiones hacia el interior.

Por otro lado, al estar el tren parado, no aparecen las aceleraciones debidas a las irregularidades de la va , por 10 que la mxima aceleracin transversal que puede admitir el viajero es de 1,5 m/s2.

Aplicando las frmulas de la aceleracin no compensada , se tiene:

( g H) m a~"" = (1 + f ) a""",,,,, = (1 + f ) - s- < 1,5 s' Dando a f el valor de 0,6 correspondiente a la suspensin de vehculos antiguos, y despejando el valor del peralte, se obtiene que:

H = 1,S ' s / 1,6g = 1,S1 ,74/(1 ,69,8)=0,166m=166mm.

Este es el peralte mximo que se puede colocar en una va para que en caso de parada del

tren, el viajero no sufra aceleraciones transversales indeseables. Este peralte mximo en la norma de RENFE es de 160 mm.

2.3.5. Trenes lentos.

En este caso se produce un ~exceso de peralten (He), que se define de la misma manera que la insuficiencia de peralte, es decir, el peralte que habra que quitarle a la curva para eliminar

las aceleraciones transversales no compensadas. La mxima aceleracin no compensada

negativa (hacia el interior de la curva ) es de 0,456 m/s2 .

Normalmente se limita el valor del exceso de peralte en funcin del trfico de mercancas de la lnea , ya que en general los trenes que circulan con exceso de peralte son los trenes

mercantes, por ser lentos y muy pesados. Si el trfico es mayor de 45 TBR I da, el lmite es 80 mm, para evitar posibles daos a las mercancas por desplazamiento dentro de los

vagones. Para menores trficos, aumenta a 90, 100 110 mm.

41


2.3.6. Calculo del peralte prctico de una lnea.

En el caso de las lneas convencionales, en las que circulan trenes de pasajeros y de mercancas con distintas velocidades, en cada una de las curvas (en funcin de su radio) hay que establecer un peralte distinto, de forma que se respeten las limitaciones de exceso e insuficiencia de peralte.

Para el clculo del peralte practico de una determinada curva las dos condiciones a cumplir son las siguientes:

Tren rpido (insuficiencia de peralte):

H , > a ,-d1i,.II/o s = g

Tren lento (exceso de peralte):

H , > g

La primera ecuacin corresponde al confort del viajero y la segunda al exceso de peralte de los trenes de mercancas. Para H y He se aplican los valores mximos establecidos por las normas. De este modo, se obtienen dos ecuaciones con dos incgnitas , R y H, que definen un intervalo de radios y peraltes validos. Por facilidad de manejo, se denomina "m" a "1/R".

Ejemplo. Se tiene una lnea en la cual los vehculos rapidos (de viajeros) circulan a 160 km/h, mientras que los trenes de mercancas lo hacen a 80 km/h. Las dos inecuaciones quedan as:

Tren rapido: tomando los valores tpicos H = 115 mm, s = 1,74 m

H > s/g Vr2 m - Hi;

v = 160 km/h = 44,44 mis

H > 1.74 44.442/9,8 m - 0,115 = 350 m - 0,115

42


Tren Lento: tomando los valores tpicos He :;;; 80 mm

H < He + s/g V? m;

v = 80 km/h = 22,22 mis

H < 0,08 + 1,74 22.222/9 ,8m < 0,08 + 87 ,5 m

Combinando ambas inecuaciones se obtiene un grfico que delimita [a regin de radios y peraltes vlidos:

H

Tren rpido

Tren Ltnlo

~'--------11R"'"

Figura 2.4. rea de rad ios y peraltes vlid os.

La zona rayada corresponde a los valores admisibles de radio y peralte. El punto ptimo con menor radio sera la interseccin de ambas curvas: R = 1.350 m, Z = 144 mm.

Frmula simplificada.

Existe una frmula que permite calcular la mxima velocidad de circulacin de un tren de pasajeros por una curva, asumiendo que dicha curva tiene el peralte mximo de RENFE, de 160 mm. En este caso, se supone desconocido el estado de la va y el tipo de material , por lo que se asume el valor mximo de ane = 0,65 mIs.

a" h>a'o = ( ~ - g sH ) ; 0,65 = ( V2 _ 9,80,16) ; V = ) (0,65 + 0,9)R = 1,25.JR R 1,74 43


Multiplicando por 3,6 para pasar la velocidad a kmlh, se obtiene:

v = 4,5 JR

Para lneas de alta velocidad , en las cuales se pueden llegar a admitir aceleraciones del viajero hasta de 1,5 m/s2, y teniendo en cuenta que la flexibilidad de los coches tiene un valor de 0,2 se obtiene que:

v = 5,3 JR

2.3.7. Establecimiento del peralte.

En las alineaciones rectas el peralte es nulo, mientras que en las curvas tiene un valor determinado. El establecimiento del peralte se realiza elevando el carril exterior, lo cual puede acometerse de tres formas distintas:

En la alineacin recta : se produciran aceleraciones transversales haci~ el interior, las cuales son innecesarias en una recta.

En la curva circular: se produciran fuertes insuficiencias de peralte hasta que se hubiera establecido todo el peralte de la curva.

En curvas de transicin: es el mtodo ptimo, se va aumentando la curvatura de la alineacin y la altura del peralte desde la recta hasta la curva.

De esta forma, el carril exterior se va elevando, ganando peralte desde un valor cero al comienzo de la curva de transicin hasta adoptar el mximo en el punto de tangencia con la curva circular, manteniendo este valor constante durante toda la longitud de la curva ci rcular.

44

CARRil EXTERIOR , ----- --- .....

...... i : ....... ...... i i .......

...... ; ....... ...... ! CARRlllNTERJOR .......

CAPTULO 1/. - EL TRAZADO DE LA VA

2.3.8. Vehculos con cajas inclinables.

Son vehculos que, debido a las caractersticas de su sistema de suspensin , inclinan su caja hacia el interior de las curvas (a diferencia de los trenes convencionales), lo cual supone un aumento de peralte para el viajero, con la consiguiente reduccin de la aceleracin no compensada que siente (aumento de comodidad), lo que permite a estos trenes circular ms rpido en las curvas. Esto puede conseguirse de dos formas: natural artificialmente.

La inclinacin natural consiste en utilizar vehculos cuya suspensin est por encima de su centro de gravedad, y por to tanto pendulan en las curvas (Talgo). La inclinacin artificial se basa en la utilizacin de suspensiones activas, que inclinan artificialmente (consumiendo energa) la caja al pasar el vehculo por la curva , para lo cual el tren necesita ademas conocer previamente el trazado y saber exactamente en qu punto de la lnea se encuentra en cada momento (CAF). Si se dota al vehculo con una capacidad de giro de 4 grados, se esta aadiendo un peralte al viajero de valor:

z' ; aS;4(2rr / 360)' 1,74; O,121 m ; 121 mm

De esta forma, por una curva de radio 1.000 m, un vehculo normal podra transitar a una velocidad de:

v = 4,5 JR = 140 km / h

Fe

H

Figura 2.6. Efecto de las suspensiones en un vehiculo basculante.

45


Sin embargo, un vehculo con cajas incl inables lo podra hacer a una velocidad mayor, que se puede calcular aceptando una aceleracin de 0,9 m/s2 para el viajero (no se aplica el coeficiente de flexibil idad , pues ya se emplea la basculacin):

a , =( V; _gsH -g; ) 0,9 = ( V' _ 9,80,16 _ 9,80,121) R 1,74 1,74

V = -j(0,9 + 0,9 +0,68 )R =1,57-JR ;V= 49,6m / s= 179km / h

No obstante, hay que aadir que sobre el carril exterior de las curvas, debido al incremento de velocidad, la carga aplicada ser mayor que sobre el carril interior, por lo que el carril exterior va a sufrir una' mayor solic itacin (y por ello, deterioro) que en el caso de los trenes normales . Adems, este efecto de aumento de la velocidad se produce exclusivamente en las curvas, pues en los tramos rectos el vehculo con cajas inclinables circula a la misma velocidad que el normal. Por ltimo, dentro de una linea pueden existir tramos en los que la velocidad est limitada por la presencia de pasos a nivel, el estado de la catenaria, etc., de forma que los vehculos basculantes no pueden desarrollar toda la velocidad posible. Por

,

todas estas razones, en un determinado tramo, puede considerarse que los vehculos basculantes como media circulan un 10% mas rapido que los trenes convencionales.

Fuente: www.talgo.com Figura 2.7. Comparacin comportamiento en curva vehculo convencional/pendular

46

CAPiTULO 11. - EL TRAZADO DE LA ViA

En cuanto a los distintos tipos de vehculos con cajas inclinables:

Los vehculos con suspensin libre (pendulacin natural) dan buenos resultados. En ellos se autorizan inclinaciones de caja de hasta 4 para evitar problemas de glibo, y las suspensiones tienen una adecuada velocidad de respuesta.

Los vehculos con suspensiones activas tienen una velocidad de respuesta lenta . Existen sensores (girscopos) que detectan el peralte de la va y adaptan la incl inacin de la caja al mismo. La lenta velocidad de reaccin provoca que a veces el tren ya haya entrado en la curva cuando [as suspensiones comienzan a inclinar la caja, y tambin pueden confundirse defectos de la va con inicios de peralte, ocasionando incomodidades, al activarse la basculacin en alineaciones rectas. Hoy en dia, estos problemas se van corrigiendo con la utilizacin de vehiculos con sistema de reconocimiento del trazado, denominados SI81 (sistema inteligente de basculacin integral ). Con este sistema se alcanzan incl inaciones hasta de 8 aunque esta inclinacin mxima tambin se ve limitada por cuestiones de glibo.

2.4. Las curvas de transicin.

2.4.1. Definicin.

Son los elementos que sirven de enlace entre alineaciones rectas y curvas. Se trata de alineaciones de curvatura variable, la cual va aumentando desde un valor nulo en el punto de tangencia con la recta hasta alcanzar el valor correspondiente a la curva circular en el punto de tangencia con la misma.

Adems, en estas curvas se realiza la transicin del peralte y se definen con la condicin de que para una velocidad dada, se equilibren el efecto de la fuerza centrfuga y la compensacin del peralte:

Siendo p el radio de curvatura de la curva de transicin en cada punto.

Si se aplica la condicin de que la variacin del peralte a 10 largo de la longitud de la curva de transicin sea lineal, es decir, H = K s (s ; longitud de la curva de transicin ), se tiene:

47


V2 = g.K.s::::::> V 2 S =p S P S g K V' S , -- =cle =A' g K

=> p s = A'

Esta ecuacin es la ecuacin que define la clotoide, y A es el parmetro de dicha clotoide.

y

Recta

Origen: s = O '1'=0

Curva circular

Curva de transicin x

Figura 2.8. Definicin de la clotoide .

Si se considera el elemento diferencial ds de la figura, se tiene que ds = p dW; sustituyendo

p = A2 I s, se tiene que:

A' ds =~ drp S

Integrando entre O y

CAPiTULO 11. - EL TRAZADO DE LA ViA

Disponiendo esta ecuacin en coordenadas paramtricas, se tiene:

dx = ds cos


En la normativa de RENFE, el mtodo utilizado para definir las clotoides consiste en establecer varias limitaciones a su longitud, en funcin de diversos parmetros. Es necesario calcular la longitud mnima necesaria para cumplir cada una de las limitaciones, y seleccionar la mayor de todas las longitudes obtenidas . Dichas limitaciones son las siguientes:

a) Mxima pendiente del diagrama de peraltes: (mm/m),

Los trenes circulan normalmente sobre bagies, que son ejes (normalmente dos) agrupados en una estructura metlica. La distancia entre los ejes es de unos dos metros, y por cada bagre hay cuatro ruedas que entran en contacto con los carriles. Cuando el tren ci rcula en una recta o una curva circular, los cuatro puntos de contacto son coplanarios, y no existen problemas para la circulacin .

Figura 2.9. El alabeo.

Sin embargo, en las curvas de transicin el carril exterior se va elevando para ganar peralte, de forma que los cuatro puntos de contacto de las ruedas del bogie no son coplanarios. Los dos ejes no son paralelos, el bogie se torsiona y actan las suspensiones, de forma que se sobrecargan unas ruedas y se descargan otras. Esta descarga es muy peligrosa, ya que puede llevar a que se pierda el contacto rueda-carril y se produzcan descarrilamientos.

50


La distancia existente entre un punto y el plano que forman los otros tres se llama alabeo.

Para evitar problemas, se limita el valor del alabeo de la va, o llamndolo de otro modo, la pendiente del diagrama de peraltes, para que el peralte crezca lentamente y el carril exterior se eleve suavemente.

La frmula a aplicar es la siguiente:

i ( mm J =H(mm) m L (m)

L=H

L = Longitud de la curva de transicin (m).

H = Peralte de la curva (mm).

i = Pendiente mxima del diagrama de peraltes.

En lneas de alta velocidad se suele limitar este valor en 0,6 mm/m y en lneas convencionales se suele situar entre 1 y 3 mm/m.

b) Mxima variacin del peralte: u (mm/s),

La unin entre los bogues, ejes y los bastidores de los vehculos se realiza a travs de las suspensiones. Estas deben absorber el alabeo de la va en la curva de transicin, y dado que son un elemento mecnico, tienen un tiempo de respuesta determinado. Esta limitacin

se establece para dar tiempo a la suspensin para adaptarse desde la situacin en recta a

la situacin en curva. Para ello, se limita la velocidad de ascenso del bogie (es decir, el peralte que se gana por segundo).

Si un tren circula con una velocidad V y se aproxima a una curva con peralte H, la velocidad de ascenso del bogie cuando recorre la clotoide es:

H H u =

L/ V u ( mm J = H(mm)V(m /s )

s L (m)

El valor de u se suele situar entre 20 y 80 mm/s.

HV L= -

u

51


e) Mxima aceleracin media vertical de elevacin de entrada en la curva de transicin: Pv (mis').

Cuando un vehculo ferroviario entra en la curva de transicin inicia un ascenso debido a la presencia del peralte. El centro de gravedad del vehiculo describe una trayectoria curva en un plano vertical, lo que se traduce en la aparicin de una aceleracin vertical , que puede causar molestias al viajero. La tolerancia del pasajero frente a las aceleraciones verticales es mucho menor que respecto a las aceleraciones horizontales, por lo que debe limitarse el valor de esta aceleracin.

Esta aceleracin se calcula con la frmula:

P, (n:)= H(m) V ' (m I s) s- L(m)B(m)

B = Distancia entre los ejes de los bogies (12 a 16 m).

HV ' L=--

P.. B

d) Mxima variacin de la insuficiencia de peralte: w (mm/s).

Cuando el tren circula por una recta, el viajero no experimenta ninguna aceleracin transversal, mientras que al circular en las curvas, el viajero sufre una aceleracin transversal no compensada que viene dada por la insuficiencia de peralte. Para que el viajero no sufra aceleraciones bruscas, esta insuficiencia de peralte debe experimentar una variacin suave entre el valor nulo de la recta y el valor correspondiente a la curva.

Para ello se limita la variacin de la insuficiencia de peralte a lo largo de la curva de transicin (es decir, la insuficiencia de peralte que se gana por segundo).

El concepto es anlogo a la mxima variacin del peralte. En una curva con una insuficiencia de peralte H, cuando circula un tren con una velocidad V, la velocidad de ascenso del bogie es:

w w ( mm ) = H; (mm) V (m I s)

s L (m) L = H ; V

w

El valor mximo de la variacin de la insuficiencia de peralte se suele situar entre 39 y 89 mm/s.

52

CAPTULO 11. EL TRAZADO DE LA VA

Ejemplo: Si se necesita saber la longitud mnima de la curva de transicin que precisa un tren que circula a 200 kmlh (55,5 mis) por una curva de radio 2.000 m. Limitando la variacin de H, a 28 mm/s2, se tendr:

Ooc = V2/R gH/s = 55,52 / 2000 . 9,8 0,16/1 ,74 = 0,640 mis'

H, = s o" /g = 1,74' 0,640/9,8 = 0,113 m = 113 mm

L = V X H, 1 w = 55,5 113 1 28 = 224 m

e) Coeficiente de calidad de una transicin: 4J (m/s\

El viajero pasa de una aceleracin transversal nula en la recta a una determinada aceleracin transversal en la curva. El coeficiente de calidad garantiza que la ganancia de aceleracin se realice suavemente. Es un concepto anlogo al anterior, pero sustituyendo la insuficiencia de peralte por la aceleracin transversal sin compensar.

a 'f' = =

a

L/V 'f' ( m ) = a(m / s' )V(m / s)

s ' L (m)

a;; Aceleracin transversal sin compensar (m/s2).

El valor de este coeficiente se suele situar entre 0,22 y 0,5 m/s3

2.4.3. Implantacin de las curvas de transicin.

aV L= -

'f'

En el proceso de diseo de un trazado se definen primero las alineaciones rectas y las curvas circulares. Posteriormente, se incluyen entre ellas las curvas de transicin, que se definen mediante su longitud mnima, de manera que se cumplan las prescripciones establecidas por la norma. Para incluir una curva de transicin entre ambos elementos, es necesario introducir un desplazamiento relativo entre las alineaciones curva y recta. Para ello, el mtodo habitual consiste en disminuir el radio de la curva ci rcular en un valor llamado retranqueo, de manera que sea posible el encaje de la curva de transicin. Su valor es el siguiente:

l:lR = _L_ 24 R

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L ; longitud de la curva de transicin (m).

R; rad io de la curva circular (m).

/IR ; retranqueo (m).

En la figura 2.10 se representa la inclusin de una curva de transicin entre una recta y una curva.

y

Curva de transicin

Recta O R ________ r-__ ==~~~~-----------1-

x

U2 U2

Figura 2.10. Implantacin de una curva de transicin.

Caso prctico:

1.- Se conoce el punto de contacto de la alineacin recta con la curva circular (O) y el valor del radio de dicha curva circular (Ro).

2.- Se calcula la longitud deseada de la curva de transicin en funcin de las limitaciones establecidas (longitudes minimas).

3.- Una vez conocidos los valores de L y Ro. puede determinarse el valor del retranqueo (/IR).

4.- Se modifica el rad io de la curva circular en LlR y se obtiene el nuevo radio R1 = Ro - LlR. El centro de la curva permanece inalterado.

54

r

CAPTULO 1/.- EL TRAZADO DE LA VA

5.- Los puntos de tangencia de la curva de transicin con la alineacin recta y con la curva circular (T, y T,) se hallan desplazando la magnitud U2 a ambos lados del punto O.

6.- El valor del parmetro de la clotoide viene dado por la ecuacin de la misma en el punto de tangencia de la clotoide con la curva circular: A2 = R1 L.

Este mtodo es el ms habitual , y se caracteriza porque el radio de la curva circular vara, mientras que el centro permanece constante. Sin embargo, la implantacin de curvas de transicin en lineas antiguas implica el problema de la presencia de puntos fijos, tales como puentes, tneles, obras de fbrica, etc., por los cuales la va debe pasar necesariamente, lo

que impide implantar el retranqueo necesario.

Para solucionar estos problemas se han desarrollado otros mtodos, tales como el de centro y radio no conservados, o la curva de transicin de Klein, que exigen menores desplazamientos de las alineaciones originales para el encaje de las curvas de transicin. En concreto, la curva de transicin de Klein exige un retranqueo i1R = L 2 I 61 ,3 R; dos

veces y media inferior al explicado anteriormente.

3. TRAZADO EN ALZADO.

El perfil longitudinal es la representacin bidimensional que relaciona la distancia recorrida s a lo largo del trazado en planta con la cota z medida a partir de un determinado plano de comparacin. Sus componentes son las rasantes uniformes y los acuerdos verticales.

3.1. Rasantes uniformes.

Son las alineaciones rectas en alzado, o sea, rasantes en las cuales la inclinacin es

constante. Pueden ser de tres tipos:

- Horizontales.

- Rampas: ascendentes segn el sentido de la circulacin.

- Pendientes: descendentes segn el sentido de circu lacin.

Con carcter general y por limitaciones de la adherencia rueda carril, la inclinacin de la rasante se debe limitar a 70 %o. Por potencia de los vehculos la inclinacin suele limitarse a 50 %o. Normalmente, por encima de las 60 milsimas se utiliza un sistema de cremallera.

55


En lineas con trfico mixto (viajeros y mercancas) la inclinacin de la rasante suele limitarse por razones de explotacin a 20 milsimas. Las estaciones se deben situar en tramos con inclinaciones inferiores a 2 - 3 milsimas. En la construccin de nuevas variantes en lineas de velocidad de proyecto mayor de 200 km/h y trfico mixto, este valor se suele limitar a 15 milsimas.

3.2. Acuerdos verticales.

Son los elementos que enlazan rasantes uniformes de distintas inclinaciones. Se uti lizan alineaciones circulares, tangentes a ambas rasantes.

El valor de R se limita en funcin de la mxima aceleracin vertical que puede sufrir el viajero sin ocasionarle grandes molestias. Cuando el tren ci rcula por un acuerdo vertical , recorre una trayectoria circular a una velocidad V, luego aparece una aceleracin centrifuga vertical de valor:

a v' R

La to lerancia de los pasajeros frente a las aceleraciones verticales es muy pequea . Los va lores mximos admisibles son los siguientes:

V2 I R < 0,3 m/s 2 en el caso de lneas antiguas ya construidas que se modernicen.

V2 I R < 0,2 m/s2 en lneas de nueva construccin , aunque en casos excepcionales este valor puede subir hasta 0.3.

Esta limitacin conduce a valores mnimos del radio de los acuerdos verticales de 25.000 m en casos normales, y 10.000 m en casos excepcionales.

En la figura 2.11 se muestra cmo se insertan los acuerdos verticales entre dos rasantes uniformes. Las inclinaciones de ambas rasantes se representan por i, e i2 (expresadas por la tangente del ngulo que forman con la horizontal) y dado que los valores de ambas son pequeos (menores de 20 %o), el ngulo y la tangente prcticamente coinciden. En ese caso, el ngulo 8 entre ambas rasantes ser igual al valor absoluto de la diferencia numrica de las inclinaciones:

8 = I i, - i, I

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La longitud del acuerdo sera:

L = e R = (i,- i,) R

El vrtice del acuerdo de sita a la mitad de su longitud , y se halla por interseccin de las dos rasantes uniformes enlazadas por el acuerdo. Una vez conocido el vrtice, las tangentes de entrada y salida se determinan desplazando la mitad de la longitud del acuerdo a cada lado del vrtice.

U2 U2

Cambio de Rasante

Te1-~~9-____ __

Ts

Figura 2.11. Acuerdos verticales.

Si se fija un sistema de coordenadas con centro en la tangente de entrada, las coordenadas del centro de la circunferencia respecto a este punto son:

x =i R , ,

y, =R~

57


Respecto a este mismo sistema, las coordenadas del punto de cambio de rasante son:

Las coordenada y de un punto p cualquiera para cada valor de la coordenada x, respecto al mismo sistema con centro en la tangente de entrada , es:

y=JR'-( i,R-x)' - R ~ Ejemplo:

R ; 25.000 m

;, ; 0,015

;, ; -0,005

8 ; 1-0,005 - 0,015 1; 0,02.

L ; 0,02 25.000 ; 500 m

Coordenadas del vrtice del acuerdo respecto a la tangente de entrada:

Xv ; L/2 ; 250 m

Yv; L/2 ;, ; 3,75 m

Coordenadas del punto alto del acuerdo respecto a la tangente de entrada:

x ,. = i, R;0,015 25.000 =37Sm

Y,. = JI (I -~)= 2S.000( I - ~ I- O,OIS ' )= 2,8126m

58


GEOMETRiA DEL TRAZADO PARA DISTINTAS VELOCIDADES

200 105 2.200 1.850 200 150 15.000 8.000

210 110 2.400 2.050 210 160 16.000 8.000

220 115 2.600 2.200 220 170 17.000 9.000

230 120 2.850 2.450 230 170 19.000 10.000

diseño y caracteristicas de la via ferroviaria

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