Plataforma Ferroviaria

La plataforma es la parte superior de la obra de tierra sobre la cual se asienta la vía. Está constituida por suelo trasladado en caso de explanada, o bien por el propio suelo natural en caso de un perfil de excavación. También se puede definir como la parte más profunda de la vía, la cual debe soportar, en última instancia, todos los esfuerzos producidos por la marcha del tren.

Funciones:

• Soportar los esfuerzos estáticos y dinámicos de los trenes y de la propia vía, que se transmiten a través de la banqueta.
• Evacuar las aguas que dañan la banqueta y la propia plataforma.

La calidad de la plataforma depende de dos factores:

1. La naturaleza geológica del suelo.
2. Las condiciones hidrogeológicas e hidrológicas locales. El agua aumenta el efecto de las heladas, disgregando el material. En terraplenes y medias laderas, corta toda la plataforma, con grandes hundimientos y cortes de vía.

Clasificación de suelos según su calidad (QS):

• QS0: Suelos impropios para la realización de una plataforma adecuada.
• QS1: Suelos de mala calidad, aunque aceptables; se pueden mejorar con un buen drenaje. Suelos con más de un 40% de finos. También se consideran QS1 los suelos con finos entre 15% y 40%, pero que con buenas condiciones hidrológicas se consideran QS2.
• QS2: Suelos de mediana calidad; con buenas condiciones hidrológicas se consideran QS3. Suelos con un contenido en finos entre un 5% y un 15%.
• QS3: Suelos de buena calidad. Suelos con menos de un 5% de finos.

Capa de Forma

La plataforma debe quedar rematada por una capa de terminación denominada capa de forma. Debe estar provista de pendientes transversales para facilitar la evacuación de aguas pluviales. La capa de forma se interpone entre la parte superior del terraplén, o en su caso del desmonte, y la capa de subbalasto.

En cuanto a la capacidad portante de la plataforma y su capa de forma, se distinguen tres tipos:

• P1: Plataforma mediocre. CBR < 5.
• P2: Plataforma mediana. 5 < CBR < 20.
• P3: Plataforma buena. CBR > 20.

Clasificación: La clasificación de este tipo de plataforma según la clase del suelo de fundación varía según las diferentes administraciones ferroviarias. Según la UIC, un suelo tipo QS3 corresponde a una plataforma de capacidad portante buena (P3). A su vez, los suelos tipo QS1 y QS2 pueden corresponder también a una plataforma buena (P3) si se efectúa una capa de forma con suelos de aportación de calidad QS3 con 0,50 m y 0,35 m de espesor, respectivamente.

Capas de Asiento: Balasto y Subbalasto

La banqueta, o capas de asiento, es la parte de la vía sobre la que se dispone el armazón o armado de ésta (traviesas, carriles y sujeciones). Así, se denominan capas de asiento al conjunto de balasto y subbalasto que se sitúan entre las traviesas y la capa de forma.

Funciones:

• Amortiguar y repartir los esfuerzos de los trenes sobre el armado de la vía y la plataforma.
• Formar una capa elástica que suavice la rodadura sobre los carriles.
• Reducir el nivel de ruido.
• Formar la geometría adecuada en peralte y alineación para apoyar las traviesas.
• Dar estabilidad horizontal por rozamiento a la vía (arriostrar las traviesas y carriles).
• Permitir el drenaje de la vía y proteger a la plataforma contra heladas.
• Permitir la recuperación geométrica de la vía con labores de bateo, nivelación y alineación.

Partes:

• Capa de forma: Capa de terminación de la plataforma.
• Capa de enrase: Superficie que forma el volumen de balasto que constituye la banqueta.
• Hombro de la banqueta: Distancia entre la arista superior de la banqueta y el carril más próximo.
• Derrame: Superficie lateral de la banqueta determinada por la caída natural del árido que forma la banqueta.
• Sobrebanqueta: Elevación de balasto que refuerza el hombro en el lateral exterior de las curvas.
• Espesor de balasto: Distancia entre la cara inferior de la traviesa y la capa de forma (suponiendo que toda la banqueta sea de balasto y no haya subbalasto).

Secciones de la banqueta:

• Sección superior o de apoyo: Formada por balasto (banqueta de balasto).
• Sección inferior o subbase: Gradúa los efectos hacia la plataforma, evita el posible punzonamiento de ésta por el balasto y la contaminación de éste, facilita el saneamiento, el drenaje y la protección contra el hielo, y a la vez posibilita una cierta independencia de los trabajos de conservación de la vía.

Capa de Subbalasto

Se denomina subbalasto a una capa de áridos de exigencias técnicas menores que el balasto. Se coloca entre el balasto y la plataforma para proteger a esta última. El origen de su uso proviene del aprovechamiento del balasto viejo en renovaciones o modernizaciones de líneas. Se deja en estas obras el balasto viejo extendido sobre la plataforma y sobre el que se dispone la nueva banqueta.

Funciones:

• Proteger la parte superior de la plataforma contra la erosión, bien por el punzonamiento de los elementos del balasto o bien por la acción del agua de lluvia.
• Proteger la plataforma de las heladas.
• Repartir las cargas transmitidas sobre la plataforma, para asegurar que en la parte superior de la misma se cumplan los valores admisibles de la capacidad de carga del suelo o capacidad portante.

Espesor: Debe estar formada por una grava arenosa bien graduada, con algún porcentaje de elementos finos para que sea compactable, no se desligue bajo el tráfico de las máquinas durante la obra, sea insensible al hielo y proteja la plataforma de la erosión de las aguas de lluvia.

Subbalasto Bituminoso

La principal ventaja del subbalasto bituminoso es la mejora de las funciones de la capa de apoyo del balasto dentro del diseño estructural de líneas de alta velocidad o mixtas, e incluso de alta carga por eje. Esta mezcla garantiza una mejor homogeneización de la plataforma y una menor variabilidad de la rigidez de vía. La elevada rigidez de esta capa de subbalasto mejora la compactación de las capas en la superficie de la capa bituminosa, mejorando la estabilidad total. Otra ventaja es que ayuda a tener una menor deformación vertical al paso de las cargas de los trenes. Si se usa una capa asfáltica como subbalasto, se garantiza con ella la impermeabilidad total de la estructura.

Capa de Balasto

El balasto es un árido formado por piedra o roca machacada y cribada conforme a las normas que cada administración ferroviaria ha definido para su uso. El balasto viene a ser una grava limpia con una dimensión media de sus elementos entre 30 y 60 mm de diámetro, de cantos angulosos y sin presentar forma lajada. El balasto es el material granular sobre el que asientan las traviesas. A la capa formada por este material se la denomina banqueta de balasto.

El balasto debe cumplir una serie de cualidades:

• Elasticidad suficiente para absorber las acciones de los vehículos y repartir sus cargas.
• Resistencia eficaz para impedir los desplazamientos horizontales de la vía.
• Proporción de huecos adecuada (sin perjuicio de la elasticidad) para permitir la evacuación de las aguas de lluvia.
• Estabilidad física frente a la acción del agua y del hielo.
• Ser fácilmente bateable, de forma mecánica, con el fin de soportar elásticamente las cargas transmitidas por las traviesas y permitir recuperar la calidad geométrica de la vía.

Funciones:

• Transmitir y repartir uniformemente sobre la plataforma las cargas de los trenes.
• Evacuar lo más rápido posible las aguas de lluvia del asiento de las traviesas.
• Arriostrar las traviesas por rozamiento para evitar el desplazamiento de la vía.
• Constituir con ellas un lecho elástico.
• Evaporar el agua de la plataforma por capilaridad.

Características: Los elementos del balasto, “piedras”, deben tener aristas vivas para que, una vez consolidada la banqueta, tenga ésta el mayor rozamiento interno posible, mejorando la estabilidad longitudinal y transversal de la vía. Deben tener forma poliédrica y nunca plana (lajas) o alargada (agujas). Los elementos aciculares y lajosos tienden a romperse, alterando la granulometría inicial del árido y creando zonas plásticas en la banqueta.

Infraestructura y Superestructura

• Infraestructura: Incluye terraplenes, trincheras, túneles y cualquier obra de movimiento de tierras. También están incluidas estructuras como viaductos, pasos superiores/inferiores y obras de drenaje longitudinales y transversales.
• Superestructura: Comprende la capa de forma, el subbalasto, balasto, traviesas, carriles, electrificación, instalaciones de seguridad y comunicaciones. Otra alternativa es la vía en placa, que consiste en colocar los carriles en una losa de hormigón en lugar de sobre las traviesas y el balasto.

Componentes de la Superestructura

• Carril: Sirve para sustentar las cargas y guiarlas.
• Traviesas: Mantienen el espacio entre carriles (ancho de vía) y transmiten los esfuerzos que reciben a la capa de asiento.
• Capas de apoyo: Reparten sobre la plataforma de forma uniforme la carga de los trenes y aseguran la evacuación de agua.

Carril

El carril es una barra perfilada de hierro o acero laminado que sirve como elemento de guiado del vehículo en su desplazamiento. Es el elemento resistente que soporta directamente las cargas de las ruedas.

Partes del carril:

El carril más usado es el carril de patín o de Vignole, como se le denomina en Europa. Se trata de un carril de sección con tres partes: cabeza, alma y patín, siendo ésta la que le permite una fácil fijación sobre la traviesa. En tranvías y, a veces, en vía en placa, se usa el carril de garganta o Phoenix.

Funciones:

• Guiar el material móvil.
• Resistir los esfuerzos provenientes del material móvil y transmitirlos a las traviesas:
  • Esfuerzos verticales: Cargas estáticas, cuasiestáticas y dinámicas.
  • Esfuerzos transversales: Movimiento de lazo, fuerza centrífuga no compensada.
  • Esfuerzos longitudinales: Variaciones de temperatura, esfuerzos de tracción y frenado de los vehículos.
• Conducir corrientes eléctricas (retorno a centrales eléctricas y señalización).

Tipos de carril: RN 45, UIC-54, UIC-60.

Erosión del Carril

Causas de la erosión:

• Elección de dureza no adecuada.
• Curvas mal peraltadas.
• Material rodante en mal estado.
• Desgastes ordinarios: Desgaste vertical y lateral, y deformación plástica.
• Otros defectos: Roturas, fisuras, marcas de patinaje, mancha oval, corrosión anormal del carril, etc.
• Deslizamiento entre rueda y carril.
• No colocar engrasadores en curvas de radio reducido.
• Desgastes ondulatorios.

Exigencias para Alta Velocidad

• Calidad intrínseca y de las soldaduras aluminotérmicas.
• Óptima conservación.
• Cumplimiento del pliego de bases.

Soldadura Eléctrica

Se realiza en taller y mediante una máquina de soldeo a tope por chispa, usando una secuencia de soldadura automática y programada. La máquina de soldeo dispone de un registrador que debe controlar los siguientes parámetros:

• Corriente de soldeo.
• Fuerza de recalcado o presión.
• Desplazamiento.
• Tiempo de soldeo.
• Identificación del programa y detalles de configuración.

Soldadura Eléctrica por Chisporroteo

(Recorrido de dureza Vickers): A partir de una sección vertical longitudinal de la soldadura, se hace la medición de la variación de dureza a lo largo de la zona afectada por el calentamiento mediante dureza Vickers. Los valores máximos y mínimos de dureza obtenidos deben estar conforme a:

• Dureza mín. > P – 30 (HV30)
• Dureza máx. < P + 60 (HV30)

Soldadura Eléctrica en Vía

Se sustituye el envío de barra elemental de la acería a la planta de soldadura por el envío directo de la barra elemental a vía, realizando las soldaduras eléctricas in situ.

Soldadura Aluminotérmica

Se basa en la fusión de sus extremos por la acción de un metal de aportación en estado líquido y a alta temperatura, que origina una masa homogénea también fundida.

Control de Calidad de Soldaduras

1. Inspección visual: Con la ayuda de líquidos penetrantes para poder observar las microfisuras que no se observan a simple vista.
2. Control geométrico: Midiendo la superficie de rodadura y la cara activa de la misma. Se realiza con una regla de inducción eléctrica, con registro de datos.
3. Inspección por ultrasonidos: Para detectar posibles defectos internos de la soldadura. Dicho control se realiza con un equipo portátil, con registro de datos.

Rodadura

Contacto acero-acero:

• Bajo rozamiento.
• Baja adherencia.

Dureza de la rodadura:

• Defectos en la vía producen aceleraciones muy fuertes.
• Soporta cargas elevadas.

Movimiento guiado:

• Trayectoria prefijada con los detalles geométricos.
• Rigidez en el empleo de las infraestructuras.
• Rigidez en las características de los vehículos – trenes.
• Posibilidad tecnológica cerca de la conducción automática.

Definimos como fuerza motriz a la que es capaz de aportar el motor del tren, que permitirá superar a las fuerzas de rozamiento y además aportar otra componente de la fuerza que logrará acelerar el movimiento. La capacidad de tracción disponible está limitada por la fricción entre las ruedas motrices y el acero del carril.

• Fuerzas positivas: Contribuyen al desplazamiento efectivo y estable de las cargas remolcadas (fuerza de tracción, fuerza de frenado, fuerza de centrado).
• Fuerzas negativas: Aumentan los costes al requerir un mayor consumo de combustible y aumentar el mantenimiento por fatiga de los materiales, desgaste de las cabezas de los carriles, de las ruedas y la desalineación de la geometría de los carriles, debido a la interacción entre las cargas en movimiento y éstos.

Gálibo

Es el área transversal que tiene que quedar libre de obstáculos al poder ser ocupado por algún elemento del material móvil. Conforme a la definición de la UIC, gálibo es un contorno de referencia, denominado gálibo cinemático, al que se le añaden unas reglas de aplicación.

• Partes altas: A más de 0,4 metros de altura sobre el plano de rodadura.
• Partes bajas: Por debajo de 0,4 metros de altura sobre el plano de rodadura.

Gálibo Límite de Obstáculos

Gálibo que no puede ser interceptado bajo ningún concepto por ningún tipo de obra o instalación. Para el cálculo del gálibo límite de obstáculos en la parte alta, hay que añadir al semiancho de cada uno de los vértices del contorno del gálibo cinemático los valores Di en el interior de la curva y De en el exterior.

Gálibo de Implantación de Obstáculos

Es el que se utiliza para replantear cualquier obra o instalación que se coloca en la vía. Al igual que en el gálibo límite de obstáculos, se diferencia entre gálibo en partes altas y gálibo en partes bajas. Asimismo, es diferente en recta que en curva. En zonas por las que tiene que transitar personal junto a la vía, hay que establecer paseos, por lo que se amplía el gálibo de implantación de obstáculos. En los andenes (por necesidades de explotación) no se respeta el gálibo de implantación de obstáculos, ya que el pasajero debe quedar lo más cerca posible del vehículo para permitir un acceso rápido y seguro. Si el andén está en curva con R < 400 metros, se pone un andén de 0,30 m de altura sobre el carril más próximo.

Traviesas

Traviesas de Madera

• Flexibilidad: Rodadura suave, menos cargas transmitidas a la plataforma, cajeado en varias posiciones.
• Utilización en aparatos de vía.
• Resistencia al deslizamiento.
• Peso reducido: Fácil manipulación y transporte, reutilizable, aislamiento eléctrico eficaz.

Traviesas Metálicas

• Producto industrial de construcción fácil, rápida y barata.
• Fácil de colocar.
• Buena resistencia frente a esfuerzos horizontales.
• Vida útil: 30 – 50 años.

Traviesas de Hormigón Pretensado

• Mayor vida útil.
• Permanencia de características constantes a lo largo de toda la vía.
• Mayor estabilidad (mayor peso).
• Diseño adaptable.
• Mayor adaptabilidad de las sujeciones.

Tipología de Traviesas

• Ancho convencional (1668 mm).
• Ancho internacional (1435 mm).
• Polivalente.
• Ancho mixto.
• Bibloque.
• Vía en placa.

Exigencias de una Traviesa para Alta Velocidad

• Monobloque.
• Ancho de vía = 1435 mm.
• Longitud = 2,60 m.
• Peso mínimo = 315 kg.
• Resistencia transversal suficiente.
• Ancho de base en los extremos = 30 cm.
• Inclinación de carril = 1/20.
• Dosificación del cemento = 350 kg/m³.
• Relación agua/cemento < 0,45.
• Cumplimiento del pliego de bases.

Juntas

• Apoyada simple: El embridado se efectúa encima de una traviesa. Poseen mayor resistencia a desplazamientos laterales y verticales, pero son más rígidas y dificultan el bateo de la vía.
• Apoyada doble: Como en el caso anterior, pero se disponen en los extremos de cada carril una traviesa, en contacto y solidariamente unidas por pasadores longitudinales que cosen ambas traviesas.
• Suspendida en el aire: Consiste en colocar la unión en medio de dos traviesas dispuestas a ambos lados de la junta, de forma que el punto de junta carezca de apoyo efectivo sobre las traviesas. Este tipo de uniones son elásticas y el desgaste de los extremos de los carriles es menor, pero tienen el inconveniente de que, al quedar las bridas suspendidas, trabajan en condiciones muy duras de flexión.
• Junta sem suspendida: Se disponen en los extremos de cada carril una traviesa sin que estén en contacto.

Ancho de Vía

Es la distancia medida entre las caras activas de los carriles de uno y otro lado de la vía, en un plano situado 15 mm por debajo del plano de rodadura. En España existen tres tecnologías para realizar el cambio de ancho y poder interoperar con Europa:

• Sistema de cambios de ejes RD de Talgo. Desarrollado por Patentes Talgo.
• Sistema de bogie de rodadura desplazable BRAVA. Desarrollado por CAF.
• Sistema de bogie de rodadura desplazable OGI, para ejes con elevada carga por eje (para vagones de mercancías). Tecnología desarrollada por AZVI.

Entrevía y Entreeje

• Entrevía: Distancia existente entre los bordes activos adyacentes de dos vías contiguas.
• Entreeje: Distancia entre los ejes de una vía doble y es el parámetro más comúnmente utilizado.

Juego de Vía y Sobreancho

• Juego de vía: Es la diferencia entre el ancho de vía (A) y la distancia entre los bordes exteriores de las pestañas de las ruedas (D), montadas en su eje, medida a 10 mm por debajo de su plano de rodadura.
• Sobreancho: En las curvas, las ruedas traseras de un bogie tienen un apoyo oblicuo sobre el carril, lo que aumenta las presiones. Para evitar este problema, se establece un sobreancho en las curvas de radio reducido, con radios menores de 300 m.