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La vía con juntas y su rehabilitación.

El costo de conservación de la vía con juntas es entre 50% y un 70% mayor que el correspondiente a una vía soldada con traviesas de hormigón con un tráfico equivalente

T1.- PROBLEMÁTICA DE LA VÍA CON JUNTAS

Este tipo de vía exige un mantenimiento periódico, básicamente manual, por las operaciones de nivelación de juntas (por bateo del balasto), mantenimiento del corredor de ancho, engrase y el apretado de los tornillos de brida, comprobación y regulación de la abertura de las calas entre carriles, consolidación y el ajuste de la clavazón del carril a la traviesa (en la zona de juntas, en caso de sujeción elástica), conservación de la cama (asiento inferior) de la traviesa, colocación y el ajuste de antideslizantes en el carril, etc.
Tales problemas se traducen en una geometría deficiente de la vía casi permanente y en un desgaste rápido de los elementos que forman las juntas, repercutiendo en la limitación de la velocidad de circulación y en una falta de confort en la rodadura, menor cuanto menores sean las longitudes de los carriles. Es decir, se efectúan gastos fuertes para continuar manteniendo igual tipo de vía y con los mismos inconvenientes que tenía, solución que aboca en sustituirla, más o menos rápidamente, por otro tipo que tenga menores gastos de mantenimiento como es la vía sin junta, si bien ha de tenerse en cuenta que tal solución ha de conllevar una inversión razonable que, además, debe quedar compensada por menores cargas de mantenimiento que permitan amortizarla.
Por ello, el costo de conservación de la vía con juntas es entre 50% y un 70% mayor que el correspondiente a una vía soldada con traviesas de hormigón con un tráfico equivalente.
Ello es debido a que la junta supone una discontinuidad en las características mecánicas de la vía. Para paliar en lo posible sus efectos los carriles contiguos a la junta se solidarizan a través de unos cierres mecánicos, denominados bridas, cuya misión es unir sus extremos de forma que se comporten en lo posible como una viga continua, vertical y lateralmente, permitiendo a su vez los movimientos de dilatación y contracción.
Su discontinuidad vertical genera fuerzas e irregularidades de onda larga a lo largo de la vía, por deformación del balasto y la plataforma. Y la lateral influye sobre la estabilidad del vehículo y sobre el desgaste lateral, al ser de forma senoidal similar al de las frecuencias propias de los vehículos.
Estas bridas soportan esfuerzos importantes bajo el efecto de las deformaciones de flexión y los choques al paso de los trenes. Estos esfuerzos provocan desgastes localizados en su zona de transmisión que obligan a efectuar periódicamente diversas operaciones de conservación, de muy difícil mecanización.
Estos efectos implican un rápido deterioro de la zona de junta con la consiguiente necesidad de incrementar los trabajos de conservación de las sujeciones, las traviesas y sus asientos, así como de los cables que conectan sus extremos para hacer posible la continuidad de las corrientes eléctricas, y en cualquier caso producen una depresión permanente en cada junta que disminuye notablemente la comodidad de la marcha y acentúa la fatiga del material, tanto de la propia vía como rodante.
En definitiva puede decirse que la presencia de juntas en la vía puede considerarse como un mal, necesario hasta hace unos años por razones técnicas, pero que en la actualidad no puede justificarse ni técnica ni económicamente salvo en líneas antiguas de poco tráfico, en razón de cual no pueda rentabilizarse la implantación de carril continuo soldado.

 

 

 

2.- DESCRIPCIÓN DE SOLUCIONES

La solución a los problemas planteados por la vía con juntas pasa lógicamente por la supresión de sus causas. En este sentido, y desde el punto de vista puramente técnico la solución óptima consiste en la renovación de los tramos de vía con juntas mediante la implantación de vía soldada.
Sin embargo, el costo de esta solución es muy alto, por lo que las condiciones de explotación deben garantizar su rentabilidad. Por ello, debemos estudiar posibles alternativas que si bien no serán tan buenas desde el punto de vista técnico, si serán suficientes para las condiciones de explotación de la línea, presentando un menor costo. En cualquier caso, deberemos tender a buscar la total supresión de las juntas, por ser este uno de los elementos más nocivos en la vía, como hemos visto.
No obstante esto no será siempre posible sin acometer trabajos de envergadura. En este sentido, debemos recordar las condiciones que deben cumplirse para el establecimiento del carril continuo soldado:



- Plataforma estable.

- Perfil de balasto completo, no contaminado, bateable mecanicamente.

- Imposibilidad de deslizamiento longitudinal y transversal entre carril y traviesa, lo cual implica la existencia de sujeciones elásticas correctamente ancladas a las traviesas (o un gran número de antideslizantes), para lo que éstas deberán estar en buenas condiciones y muy especialmente en la zona de anclaje de la sujeción.

- Limitación de radios en planta para garantizar la estabilidad de la vía frente al pandeo.
A este respecto hay que indicar que la resistencia lateral de las traviesas de madera asentadas sobre balasto es aproximadamente el 60% de las de hormigón, lo que, en teoría, significa que en vía sin juntas su temperatura de pandeo es de 10ºC inferior a las de la vía con traviesas de hormigón.
Otra solución, sería la renovación de la vía, mediante la reutilización de la superestructura de la vía (carriles, traviesas, sujeciones y aparatos de vía), procedentes de las renovaciones de las líneas principales, en su adaptación a las nuevas condiciones de tráfico.
Manteniendo la superestructura básica en madera, son posibles las siguientes soluciones, en función de las características de la vía existente y teniendo en cuenta las condiciones para el establecimiento de la vía
sin juntas que hemos citado:


- Rehabilitar la vía, implantando barra soldada con aprovechamiento del máximo posible de los elementos existentes en el momento de la ejecución, siempre y cuando el tipo de traviesas, su peso, el balasto y el tipo
de sujeciones lo permitan.

- Rehabilitación progresiva de la vía.
Otro sistema sería rehabilitar la vía, suprimiendo el máximo posible de juntas intermedias, garantizando su funcionalidad y mejorando las características dinámicas de las juntas restantes, con aprovechamiento casi total de los elementos existentes en el momento de la ejecución.
Sistema aplicable a los tramos de vía que no cumplen las condiciones básicas para el establecimiento de vía sin juntas, esto es balasto de calidad y bateable, si los materiales de vía están muy degradados, si existe gran número de curvas de radio reducido con traviesas de madera, etc.

 

2.1. REHABILITACIÓN EN VÍA SOLDADA CON APROVECHAMIENTO DEL MÁXIMO
POSIBLE DE LOS ELEMENTOS EXISTENTES EN EL MOMENTO DE SU EJECUCIÓN

Esta solución implica aprovechar la mayor parte del carril y traviesas existentes, sustituyendo la sujeción rígida por otra elástica y soldando aluminotérmicamente (o eléctricamente) las barras útiles existentes para constituir el carril largo soldado.
En este sentido debe tenerse en cuenta que no es posible soldar las barras torcidas, fuertemente achaflanadas, ni las que tengan desconchados o huellas importantes de patinaje.
En cuanto a la implantación de sujeciones elásticas las soluciones más convenientes, teniendo en cuenta los condicionantes existentes derivados de las características del resto de los componentes de la superestructura, el precio, la facilidad de colocación y la experiencia existente en su empleo por diversas Administraciones, creemos que son las proporcionadas por:


- La sujeción francesa Nabla, con placa metálica de asiento en curva y directamente, con tan solo la interposición de una placa elástica en recta, siempre y cuando la madera tenga la dureza necesaria para evitar
el hundimiento del apoyo del carril en la misma.

- La sujeción G-4, desarrollada, en su día, por RENFE con la colaboración de las empresas Tranosa y Mondragón y la ingeniería Tifsa, en base al aprovechamiento integral de las placas metálicas de asiento y de los
tirafondos útiles.

- La sujeción mediante clip Pandrol gaugelock, utilizada en madera dura, semidura o blanda.
Así, para poder efectuar una rehabilitación de vía deben concurrir las circunstancias siguientes:

- Buen estado general de los materiales de vía existentes, y en particular de los carriles y traviesas.

- Barras elementales de la mayor longitud posible, para limitar el número total de soldaduras aluminotérmicas (o eléctricas mediante chisporroteo “in situ”) a efectuar así como la proximidad de estas soldaduras entre sí (fijar la distancia mínima en el apoyo del cupón de carril en, al menos, 4 traviesas consecutivas).

- Número suficiente de antideslizantes (anclas de vía), para garantizar su estabilidad frente al pandeo

 

 

 

2.2 REHABILITACIÓN PROGRESIVA DE LA VÍA

Cuando no todas las traviesas estén en buen estado, pero sí una gran parte de ellas, puede aplicarse esta alternativa, basada en los criterios fijados en el documento ORE DT 180 (AZ 46) [3] e implantación con éxito
en la SNCF, es la que, en la Dirección Técnica de Mantenimiento de Infraestructura de Líneas Convencionales de Adif (España) se ha denominado “Rehabilitación progresiva de la vía”.
Se trata de unir las ventajas de las técnicas del AREA (utilización de sujeciones rígidas sobre madera, con antideslizantes de carril) y de las UIC (utilización de traviesas de hormigón con sujeción elástica) para el establecimiento de la vía soldada.
Consiste en el aprovechamiento de carriles y traviesas de madera útiles o regenerables “in situ” existentes (cualquier material que pueda realizar sus funciones otros dos o tres años no debe levantarse), sustituyendo el resto: el carril, por otro regenerado en taller de la misma tipología, y las traviesas por otras de hormigón, bibloques de poca altura, dotadas de sujeción elástica con alta capacidad de apriete, con lo que se consigue, en base a una distribución adecuada de las mismas, entre las de madera útiles, según radios de las curvas, soldar el carril mediante procedimiento aluminotérmico (o eléctrico por chisporroteo “insitu”), para conseguir la vía continua sin juntas.
Han de tratarse un mínimo entre 2 a 5 traviesas, bien por la utilización de antideslizantes en ambas caras, o por la sustitución de la traviesa antigua por una de hormigón, si bien en las curvas de radios pequeños es necesaria la sustitución de su totalidad, e incluso disminuir el espaciamiento entre las mismas, para aumentar la resistencia a los desplazamientos transversales de la vía.
También puede optarse por el montaje de una sujeción elástica, al menos en la mitad de las traviesas de madera, suprimiendo parcialmente los antideslizantes.
Realizados los despuntes y soldadas las barras provisionales se deberá efectuar la liberación de tensiones mediante tracción aplicada al carril, y longitudes máximas de 160 m., si no se emplean rodillos para facilitar el deslizamiento del carril.
Una vez calculadas y determinadas las zonas de anclaje (constituidas a partir de la junta adyacente a la barra larga soldada), se realizará el correcto apretado de su sujeción, montando los correspondientes antideslizantes (anclas de vía) en las traviesas de madera existentes.
En las zonas donde se conserven, por su buen estado, las traviesas de madera, inmediatamente después de realizada la neutralización, se colocarán cuatro antideslizantes por traviesa, siguiendo la siguiente distribución:


- 1 traviesa de cada 2 en los primeros 100 m., de la barra larga soldada.

- 1 traviesa de cada 3 en la zona central.
Las operaciones, se completan, en su caso, mediante la compactación del balasto no bateable existente, en formación de subcapa de balasto, así como la aportación de balasto silíceo bateable mecánicamente en los
15-20 cm situados bajo la cara inferior de la traviesa, y los tratamientos de infraestructura de carácter puntual mínimos imprescindibles para garantizar la seguridad y un adecuado saneamiento.
El levante de la vía con maquinaria pesada, previamente marcado por los responsables del trabajo, se realizarán en varias pasadas. En la primera, se deberá obtener una subida de 7 cm., reduciendo la presión de los bates a 7 bares a fin de no mezclar el balasto existente con el de nueva aportación.
Antes del corrido de carriles y lo más próximo posible a esta operación, se deberá dejar la vía 2 cm., por debajo de la rasante definitiva, para después de finalizada la operación de sustitución de traviesas proceder a la última etapa del levante, limitándola a un máximo de 2 cm., sobre la rasante definitiva.
En las zonas donde la plataforma carezca de amplitud necesaria para conseguir el perfil de banqueta prescrito, se colocarán muretes formados con traviesas de madera procedentes del levante de vía, o con piezas prefabricadas de hormigón en forma de L, para contener la banqueta.
Igualmente, en las zonas donde es previsible se deteriore dicho perfil transversal de balasto (pasos inferiores, pasos viciosos, etc...) se instalarán protecciones guardabalasto.
Posteriormente, en las operaciones de Mantenimiento se deberán seguir sustituyendo los materiales que por su uso pasen a ser inútiles, hasta conseguir en el tiempo la renovación completa de las traviesas de madera, por las de nueva tecnología, con mejores prestaciones y mayor vida útil.
La base de esta aplicación está en la utilización de una traviesa de hormigón válida para su intercalación con las traviesas de madera existentes, teniendo en cuenta su sección y peso, que garantice una buena unión con entre sujeción-traviesa, a efectos de resistencia a los desplazamientos longitudinales y transversales de la vía soldada, así como los corredores de ancho de vía necesarios mediante la intercalación si se instala en la cantidad media teórica que se describirá mas adelante.
Por ello, el diseño de los topes plásticos aislantes situados bajo los clips ó láminas elásticas, para el aislamiento eléctrico, transmisión de esfuerzos y para el mantenimiento del ancho, se deben realizar para cualquier ancho de vía (y modificando las mismas, para los tipos de carril existentes), con un máximo de cuatro piezas distintas, por cada tipo de carril, diferentemente coloreadas, para poder distinguirlas fácilmente en la vía, consiguen los anchos de vía desde el teórico a este más 15 mm, con saltos cada 2,5 mm. Estas piezas deben venir asociadas dos a dos, a saber, en un bloque deben ir unidos los colores negro-verde-rojo o azul, pudiéndose colocar en el orden prefijado exterior-interior a la caja de la vía o en orden inverso. Esta es la pieza básica del diseño y del proceso de rehabilitación progresiva, ya que con ellas se puede ejecutar el corredor de ancho de vía, según se encuentren las traviesas de madera colaterales. Para instalarlas o cambiarlas no debe ser necesario levantar completamente la sujeción de la traviesa.
La sustitución de traviesas de madera por las de hormigón, debe realizarse, según la N.R.V. 7-5-7.1 [2], siguiendo los siguientes criterios (diferencia entre temperatura máxima y mínima de 80 ºC, 22,5 t/eje velocidad máxima de 120 km/h y 160 km/h una vez renovada) básicos:
2500 > R + 1000 m, sustituir al menos una traviesa de cada 51000 > R + 500 m, , sustituir al menos una traviesa de cada 3500 > R + 450 m, , sustituir al menos una traviesa de cada 2R < 450 m, sustituir todas las traviesas.

A este respecto, cuando se sustituyan todas las traviesas, pueden ser también monobloque.
Nota: No se recomienda intercalar monobloque con madera (aunque algunas compañías lo han realizado) dada su diferente altura y (dificultando su posterior bateo) y rigidez vertical (diferentes asentamientos diferenciales).
Todas las traviesas de madera que permanezcan en la vía deben tener la sujeción en buen estado, para lo que habrá que consolidar las mismas, además del posible rectificado del ancho, bien mediante estaquillado de
taladros y giro o desplazamiento de la placa o bien mediante espirales metálicas tipo Vortok. El corredor de ancho deber ser el mismo que tradicionalmente se emplea en los trabajos de mantenimiento sobre traviesas
de madera, o sea, 6 mm, no debiendo existir más de 2 mm de diferencia entre dos traviesas contiguas.
Cuando el carril existente agote su vida útil, puede sustituirse por otro de mayor peso, mediante la simple sustitución de dichas pieza plásticas, instalando la vía en su ancho nominal.
En los extremos de la barra larga soldada se deberá instalar, bien un aparato de dilatación, bien un dispositivo de juntas múltiples (tres barras de 18 m), que, en este último caso debe estar situado en un tramo recto de al menos 150 m. de longitud.
Antes de realizar la neutralización, las juntas adyacentes a la barra larga soldada se unirán provisionalmente a ésta mediante “Ces” de embridado rápido (no necesitan taladro en carril), para que una vez realizadas las operaciones, pueda cortarse el carril extremo de la barra larga en una cantidad calculada y repartir su valor entre las cuatro juntas.
En las uniones con lo apoyos móviles de los tramos metálicos se dispondrán, de ser necesarios, los aparatos de dilatación que fija la normativa vigente.
Para disminuir el desgaste del carril, se colocarán engrasadores en todas las curvas de radio reducido, según una distribución dada en función de dichos radios.
La aplicación de esta técnica puede realizarse bien como una operación completa (consolidación de la sujeción, sustitución de materiales inútiles, y establecimiento de la barra larga consolidada, o progresivamente, según las consignaciones anuales. Así se pueden ir sustituyendo las traviesas inútiles por las de hormigón, excepto las de junta y las dos de contrajunta, hasta que exista un número suficiente para poder acometer la soldadura en barras de hasta 72 m y posteriormente en barra larga mediante la neutralización de la vía, para continuar sustituyendo posteriormente, año tras año, la madera restante, según vaya agotándose su vida útil, para finalmente contar con una vía continua sobre traviesas de hormigón, momento en el cual, cambiando simplemente las piezas plásticas, puede adaptarse el ancho teórico de la vía. De esta forma la inversión se realiza progresivamente y a largo plazo, mediante las operaciones propias de mantenimiento.
Como inconvenientes a estas soluciones debemos indicar, las dificultades, una vez establecida la barra larga soldada, en la sustitución del carril y las traviesas. En el carril, debido a tener que cortar y soldar, así como neutralizar u homogeneizar tensiones en la vía. En las traviesas, al tener mayor canto (unos 4 cm con traviesas bibloque) y al no poder tener desguarnecido más de un cajón entre traviesas de cada cinco simultáneamente, con el fin de no desestabilizar el asiento de la vía, y al tener que compactarse el balasto bajo las traviesas inmediatamente después de la sustitución mediante bateadora mecánica manual.
Igualmente, al realizarse progresivamente, no podrán soldarse las curvas de radio menor a 450 m en ancho 1668 mm (180 m. en ancho métrico), hasta que no estén sustituidas todas las traviesas con la densidad prescrita, lo que obligará a levantar las maderas útiles, para su instalación en zonas con radios mayores. Como ventaja, en las curvas de radio menor a 300 m (90 m. en ancho métrico), podrán soldarse las barras de carril a 72 m., cuando tengan como mínimo una de cada tres traviesas de hormigón dotadas de antideslizantes, con la salvedad ya indicada de las tres colaterales a las juntas.
Por otra parte, de no continuarse las operaciones de consolidación de la clavazón y sustitución de traviesas de madera, posteriormente a la constitución de la barra larga soldada, dado que la sujeción rígida de tirafondos no sigue los movimientos verticales del carril al paso de las circulaciones, produciendo el golpeteo constante de la cabeza de los tirafondos, y con ello el aflojado de la sujeción y el deterioro de los taladros de anclaje, puede llegarse, en los tramos con un alto número de traviesas de madera, al pandeo de la vía.


Bibliografía:
[1] Mendoza Fernández, J.J., “La rehabilitación progresiva de la vía”.
Revista de Obras Públicas nº 3327. Diciembre 1993.

[2] N.R.V. (Norma RENFE Vía) 7-5-7.1 Trabajos en la vía. Conservación
de la Vía. Rehabilitación progresiva de la vía. Marzo 1995.

[3] Rapport ORE DT 180 (AZ 46) Office de Recherches et D´Essais de
L´union Internationale des Chemins de fer “Aspectos técnicos de las
soluciones de bajo coste para líneas de débil tráfico”




 

 




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