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UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL

“LISANDRO ALVARADO”

DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO INGENIERIA VIAL

Desarrollo de un Método de Evaluación de los Parámetros Geométricos de las Curvas

Ferroviarias, Caso de Estudio: Curva Número 1 Comprendida entre las Progresivas 1+490,00

y 3+385,28 del tramo Yaritagua – Acarigua del Sistema Ferroviario Centro Occidental

“Simón Bolívar”

Por:

Br. David Alejandro Santeliz González

Tutor:

Ing. Isabel Rosario Romero Ávila.

Barquisimeto; Junio 2014



DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO INGENIERIA VIAL





Trabajo presentado para optar al título de Ingeniero Civil

Por:

Br. David Alejandro Santeliz González

Barquisimeto; Junio 2014



DECANATO DE INGENIERIA CIVIL

AUTORIZACIÓN DE SUSTENTACIÓN DEL TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Visto el Trabajo Especial de Grado bajo la tutora de: Ing. Isabel Romero, el Decano de

Ingeniería Civil autoriza al Bachiller:

David A. Santeliz G.

Sustentar delante del jurado calificador el Trabajo Especial de Grado titulado:





Dicho jurado estará conformado por:

________________________ (Coordinador)

________________________ (Examinador)

________________________ (Suplente)

Decano: _______________________

Barquisimeto, _____ de_________ 2014




CONSTANCIA DE EVALUACIÓN DEL TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

Quien suscribe, Miembros del Jurado designado por el Consejo de Decanato de

Ingeniería Civil de esta Universidad, reunidos para examinar y dictar veredicto sobre el

Trabajo Especial de Grado denominado: “Desarrollo de un Método de Evaluación de los

Parámetros Geométricos de las Curvas Ferroviarias, Caso de Estudio: Curva Número 1

Comprendida entre las Progresivas 1+490,00 y 3+385,28 del tramo Yaritagua – Acarigua

del Sistema Ferroviario Centro Occidental “Simón Bolívar”, presentado por el Bachiller:

David A. Santeliz G., para optar por el título de Ingeniero Civil, habiendo analizado con el

mayor detenimiento e interés dicho trabajo, se procedió a la sustentación por parte de sus

presentadores, emitiendo el veredicto que a continuación se expresa:

_______________________________________________________________________

En fe de lo expuesto firmamos la presente acta en la cuidad de Barquisimeto a los ____

días del mes _______________ del 2014.

____________________________ ___________________________

____________________________ ___________________________

____________________________ ___________________________

OBSERVACIONES:

_______________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________




SOLICITUD DE AUTORIZACIÓN DE SUSTENTACIÓN DEL TRABAJO ESPECIAL

DE GRADO

Quien suscribe, Ing. Isabel R. Romero A., Tutor(a) del Trabajo Especial de Grado

denominado: “Desarrollo de un Método de Evaluación de los Parámetros Geométricos de

las Curvas Ferroviarias, Caso de Estudio: Curva Número 1 Comprendida entre las

Progresivas 1+490,00 y 3+385,28 del tramo Yaritagua – Acarigua del Sistema

Ferroviario Centro Occidental “Simón Bolívar”, presentado por el Bachiller David A.

Santeliz G., considero que el Trabajo Especial de Grado está terminado y se ajusta al

instructivo para la elaboración, presentación y evaluación del Trabajo Especial de Grado de la

Carrera de Ingeniería Civil, por tanto pueden presentarlo, en fe de lo cual firmo:

___________________

Ing. Isabel Romero

Barquisimeto, ____ de __________ del 2014

vi




DEPARTAMENTO DE INGENIERIA VIAL

Desarrollo de un Método de Evaluación de los Parámetros Geométricos de las

Curvas Ferroviarias, Caso de Estudio: Curva Número 1 Comprendida entre las

Progresivas 1+490,00 y 3+385,28 del tramo Yaritagua – Acarigua del Sistema

Ferroviario Centro Occidental “Simón Bolívar”

Autor: David A. Santeliz G.

Tutor(a): Ing. Isabel Romero

RESUMEN

Actualmente en el País se tiene planteado el desarrollo del Plan Ferroviario

Nacional 2006 – 2030, sin embargo el Instituto Ferroviario del Estado no conoce con

certeza el estado en el que se encuentran los parámetros geométricos de las vías en

operación, desconociendo así, los riesgos inherentes a su funcionamiento, razón por

la cual este trabajo tiene como objetivo desarrollar un método de evaluación de los

parámetros geométricos de la curvas ferroviarias. De acuerdo a las estadísticas de la

“RENFE” en España, la “European Railway Agency” en Europa y la “Federal

Railroad Administration” en E.E.U.U., el monitoreo estos parámetros permite operar

de manera segura los sistemas ferroviarios, lo que justifica el desarrollo del método

propuesto según los criterios de diseño establecidos en el mismo con el fin de que su

aplicación sea tanto factible a nivel técnico como rentable a nivel económico, es

decir, que sea de Aplicación Sencilla, Amplia, Auditable y Económica, representado

el método, un algoritmo que va desde la recolección de los datos, pasando por su

plasmado y operacionacionalización hasta el análisis según la normativa.

Palabras Claves: Curvas Ferroviarias, Parámetros Geométricos, Evaluación,

Mantenimiento.

vii

ÍNDICE GENERAL

Pág.

RESUMEN vi

ÍNDICE GENERAL vii

ÍNDICE DE TABLAS x

ÍNDICE DE FIGURAS xi

INTRODUCCIÓN 1

CAPITULO

I EL PROBLEMA 3

Planteamiento 3

Objetivos 5

General 5

Específicos 5

Justificación 6

Alcances y Limitaciones 7

II MARCO TEORICO 9

Antecedentes 9

Bases Teóricas 11

Elementos de la infraestructura 11

Plataforma 11

Obras de Arte 11

Elementos de la Superestructura 13

Balasto 13

Durmiente 14

Riel 17

Parámetros Geométricos 22

Alineación 22

Nivelación 23

viii

Peralte 24

Ancho de Vía 26

Geometría del Trazado 28

Curvas Horizontales 28

Curvas Circular Simple 28

Curva Circular Compuesta. 29

Curvas de Transición. 29

Radio Mínimo de las Curvas 31

Curvas Verticales. 32

Flechas en curvas horizontales y verticales 34

III MARCO METODOLOGICO 37

Tipo de Investigación. 37

Población y Muestra 37

Procedimiento 38

Fases de la investigación 38

Levantamiento de los datos 38

Organización y plasmado de los datos levantados 41

Procesamiento de los datos 43

Operacionalización de los datos 44

Análisis de la condición del caso en estudio 47

Diseño de la Propuesta 47

Criterios de Diseño del Método de Evaluación 48

Sencillez de la aplicación del método 48

Amplitud del método 48

Auditabilidad del método 49

Economía de la aplicación del método 49

Desarrollo de las fórmulas para la evaluación de los parámetros 49

Para el cargado de los datos desde 49

ix

Excel hasta AutoCAD

Para la Extracción de la información

de las flechas desde AutoCAD hasta

Excel

50

Para la alineación 50

Para la nivelación 52

Para el peralte 52

Para el ancho de vía 54

Recursos 55

IV ANALISIS DE LOS RESULTADOS 56

Alineación 57

Nivelación 60

Peralte 62

Ancho de Vía 64

Resultados Obtenidos Vs. Resultados Esperados 67

V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 70

VI LA PROPUESTA 71

Objetivo General 71

Objetivos Específicos 71

Levantamiento de los datos 71

Procesamiento asistido por software 72

Adaptación de los lineamientos 73

Paso a Paso 73

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 76

Documentos IFE 76

Documentos, Normas y Especificaciones 76

Referencias de Fuentes Impresas 76

Referencias de Fuentes Informáticas 77

x

ÍNDICE DE TABLAS

Tablas Pág.

Tabla N°1 Sobre-ancho de acuerdo al Radio de la Curvatura. 28

Tabla N°2 Radios y Longitudes de Espiral del Tramo Yaritagua Acarigua. 38

Tabla N°3 Clasificación según la velocidad de servicio. 57

Tabla N°4 Diferencia Máxima de Flechas según la velocidad de servicio. 57

Tabla N°5 Análisis de la Alineación de la Curva. 59

Tabla N°6 Diferencia Máxima de Flechas según la velocidad de servicio. 60

Tabla N°7 Análisis de la Nivelación de la Curva. 61

Tabla N°8 Tolerancia máxima en Peralte según la velocidad de servicio. 62

Tabla N°9 Análisis del Peralte de la Curva. 63

Tabla N°10 Tolerancia máxima para el Ancho de trocha según la velocidad

de servicio. 64

Tabla N°11 Análisis del Ancho de Vía de la Curva. 66

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura Pág.

Figura N°1 Plataforma con una inclinación. 11

Figura N°2 Plataforma con inclinación a dos aguas. 11

Figura N°3 Durmientes almacenados. 14

Figura N°4 Sujeción Tipo J2. 17

Figura N°5 Detalle del Riel. 18

Figura N°6 Brida o Eclisa. 20

Figura N°7 Soldadura Aluminio-Térmica. 21

Figura N°8 Peralte. 25

Figura N°9 Principales elementos de una Curva Circular Simple. 29

Figura N°10 Elementos de una Curva de Transición. 33

Figura N°11 Principales elementos geométricos de un Acuerdo Vertical. 33

Figura N°12 Flechas. 35

Figura N°13 Diagrama de Desarrollo de Flechas. 35

Figura N°14 Levantamiento de Datos. 39

Figura N°15 Datos alimentados en el Software Excel. 40

Figura N°16 Operacionalización de Datos en el Software Excel. 42

Figura N°17 Alimentación de Datos al Software Autocad. 42

Figura N°18 Información de Flechas extraídas directamente del Autocad. 43

Figura N°19 Importación de las Longitudes de las Flechas en Excel. 44

Figura N°20 Operacionalización de la Alineación. 45

Figura N°21 Operacionalización de la Nivelación. 46

Figura N°22 Operacionalización del Peralte. 46

Figura N°23 Operacionalización del Ancho de Vía. 47

Figura N°24 Mala Instalación, Falla o Pérdida de distintas Sujeciones. 68

Figura N°25 Contaminación del Balasto. 69

1

INTRODUCCION

Los sistemas ferroviarios que operan a lo largo del mundo representan para

los países que han desarrollado importantes infraestructuras ferroviarias como los

europeos, Estados unidos, Canadá y Japón, entre otros, herramientas eficaces para la

dinamización de sus economías, razón por la cual son esenciales para su progreso.

Esta eficiencia depende en gran medida del óptimo desempeño de estos sistemas, que

a su vez, solo puede ser garantizado por la correcta planificación y ejecución de

acciones de mantenimiento pertinentes a la segura, confortable y eficiente operación

de dichos sistemas.

El mantenimiento de sistemas tan complejos, en algunos casos sofisticados e

importantes como el sistema ferroviario, no puede ser llevado a cabo eficientemente

sin el monitoreo de los resultados de las acciones realizadas. Generalmente la

planificación de estas acciones de mantenimiento de los sistemas ferroviarios

eficientes, va acompañadas de programas de revisión constante de los indicadores de

seguridad y calidad de la vía, de manera que estos planes son modificados en

consecuencia según los resultados de la evaluación de estos indicadores, haciendo

cada vez más eficiente la ejecución de las acciones de mantenimiento planificadas.

Los parámetros geométricos de las vías férreas son los factores definitivos en

cuanto a la operación segura, eficiente y confortable del material rodante sobre este

tipo de vías, en función de las características del mismo y la velocidad de proyecto, es

por tal motivo que su evaluación, monitoreo y consecuente mantenimiento es esencial

para conservar dichas condiciones de operacionabilidad.

Actualmente en Venezuela la gestión ferroviaria no cuenta con las

herramientas necesarias para identificar las condiciones en las que se encuentran las

vías, esto implica que la operación del sistema ferroviario está atado a los riesgos

consecuentes a la incertidumbre acerca de estas condiciones, además de que acarrea

un enorme costo económico debido a la ineficiente planificación del mantenimiento y

la corrección de las fallas completamente desvinculadas de cualquier evaluación y

2

monitoreo de la evolución de los parámetros geométricos del sistema ferroviario a lo

largo de su vida útil en servicio.

El fin de este trabajo es desarrollar un método que satisfaga las condiciones

típicas del sistema ferroviario nacional de acuerdo a las observaciones realizadas

durante la evaluación de los parámetros geométricos de la curva Número 1

Comprendida entre las Progresivas 1+490,00 y 3+385,28 del tramo Yaritagua –

Acarigua del Sistema Ferroviario Centro Occidental “Simón Bolívar”, tomada como

caso de estudio

3

CAPITULO I

EL PROBLEMA

Planteamiento del problema

Actualmente en los países que gozan de importantes sistemas ferroviarios,

como Estados Unidos, los países Europeos y Japón, y que dependen de estos a un

importante nivel, se han desarrollado tecnologías altamente sofisticadas para el

monitoreo de los parámetros geométricos de la vía. Estas tecnologías son usadas en el

marco de planificaciones de monitoreo y mantenimiento, producto de políticas

disciplinadas que se sostienen en el tiempo.

Los parámetros geométricos de las vías férreas son los elementos geométricos

que deben satisfacer su trazado tanto a nivel horizontal como vertical, tomando en

cuenta además otros factores como el peralte y el ancho de vía, que le permiten al

material rodante que circula por dichas vías, hacerlo con seguridad y brindar confort a

los pasajeros.

Seria errado considerar como imperturbables las condiciones en las que se

sostienen a lo largo del tiempo cualquier obra civil, esto no deja de ser cierto para las

vías férreas, los parámetros geométricos de las vías férreas se pueden ver alterados

por el uso, abuso, falta de mantenimiento o incluso por los efectos del medioambiente

sobre los componentes de la infraestructura de estas vías, razón por la cual debe ser

monitoreado el estado de conservación de dichos parámetros, pues no podemos

plantear la implementación de un sistema de mantenimiento sin considerar el

desarrollo de un método que nos permita evaluar la condición original de las vías

férreas.

4

La falta de mantenimiento preventivo y correctivo como resultado del

desconocimiento del estado geométrico de la vía trae como consecuencia el aumento

de los riesgos inherentes al tránsito del material rodante sobre una vía que no

satisface los valores mínimos para que no represente un riesgo significativo en

función de la velocidad de proyecto y el material rodante para el que fue diseñada.

La falta de evaluación de la vía también implica que en el momento de

detectarse la alteración de la geometría por otros medios, es decir, por accidentalidad

o porque simplemente los valores de estas variaciones llegan a niveles alarmantes, el

costo económico, la complejidad de las reparaciones y el tiempo en que queda

suspendido el servicio en la vía suelen ser más problemáticos que en el caso de que se

hubieran diagnosticado con premura. Esto quiere decir, que el monitoreo

representaría una herramienta que le brindara la posibilidad a los operadores del

sistema de maximizar la eficiencia del tramo ferroviario, minimizando el tiempo que

esta fuera de servicio por reparaciones y bajar el costo de las intervenciones

necesarias para su respectivo mantenimiento.

El monitoreo constantes de los parámetros y su relación con otros datos como

el transito sobre el tramo, su frecuencia, velocidad y tonelaje así como los datos

asociados al clima, las lluvias y las escorrentías, entre otros, permitirá asociar las

fallas o variaciones a sus posibles causas, permitiendo así facilitar el diagnóstico de

las mismas y la determinación de las acciones más apropiadas para su prevención y

corrección.

A pesar de la existencia de equipos de alta tecnología desarrollados

específicamente para la medición de los parámetros geométricos de las vías férreas,

en nuestro país, debido a una variedad de factores, como la falta de cultura de

mantenimiento, la falta de recursos dirigidas al mismo, la dificultad para contar con

personal especializado en este tipo de tecnologías, la fisionomía de los tramos

ferroviarios activos, entre muchas otras, no contamos con sistemas de evaluación de

este tipo.

5

En materia de mantenimiento, Venezuela se ha quedado rezagada a nivel de

implementación de políticas que enfaticen el desarrollo de este tipo de actividades en

función de sostener a lo largo de la vida útil de cualquier proyecto sus características,

no solo en medio ferroviario, sino, en general, en todo tipo de proyectos de

infraestructura. De hecho no existe actualmente una normativa que rija la

planificación y ejecución de actividades dirigidas a dar mantenimiento a las obras en

general, mucho menos a las obras ferroviarias. Es este vacío legal el que en gran

medida causa el descuido que sufren las vías ferrocarrileras incluso al nivel que se

desconoce el estado actual de su geometría.

En el tramo Acarigua – Yaritagua del Sistema Ferroviario Nacional “Simón

Bolívar”, actualmente el Instituto Ferroviario del Estado no conoce con certeza el

estado en el que se encuentran los parámetros geométricos de la vía, desconociendo

así, los riesgos inherentes a la operación del material rodante sobre la misma, así

como la relación que existe entre las fallas en la misma con los posibles agentes

causales.

Objetivo General:

Desarrollar un método de evaluación de los parámetros geométricos de la

curvas ferroviarias tomando como caso de estudio la curva Nº1, comprendida entre

las progresivas 1+490,00 y 3+385,28 del tramo Acarigua – Yaritagua del Sistema

Ferroviario Centro Occidental “Simón Bolívar”

Objetivos Específicos:

Diagnosticar la condición actual de la curva según los parámetros de diseño.

Analizar los valores resultantes del diagnóstico de la curva

Determinar la condición de la curva en función de la normativa vigente

Desarrollar la propuesta de un método de evaluación de los parámetros

geométricos de la curva.

6

Justificación

El desarrollo de un método de evaluación de los parámetros geométricos de

las vías férreas significaría una herramienta que nos permita monitorear la evolución

de la vía a lo largo de su vida útil, permitiéndonos planificar en función de esta

variabilidad, las medidas más apropiadas para corregir posibles fallas, incluso antes

de que estas alteraciones signifiquen un riesgo considerable para la operación de

material rodante sobre estas vías e incluso podrían servir como datos para identificar

las posibles causas de estas alteraciones.

De acuerdo a la “RENFE”, que es la empresa pública que gestiona el sistema

ferroviario Español, bajo las directrices de la “European Railway Agency”, el 5% de

los accidentes ocurridos en la Unión Europea en el año 2006 están asociados al estado

de la geometría de las vías férreas, estos accidentes representan el 2% de las

fatalidades ocurridas en este periodo. Estas cifras exponen un descenso del 6% de

este tipo de fallas con respecto al año 2005 y un 8% menos con respecto a las

fatalidades, producto de las políticas disciplinadas y dinámicas de evaluación y

mantenimiento de las vías férreas, de acuerdo a la conclusión de la “MESA

REDONDA Nº 2, Metodología de la Investigación Técnica de Accidentes

Ferroviarios, a cargo del Dr. Manuel Conde García, Renfe, España, 2007”.

Según la “Federal Railroad Administration” entre enero del 2009 hasta marzo

del 2012, el 4,8% de los accidentes producidos en este lapso, fueron

descarrilamientos, productos de irregularidades en las nivelaciones y/o alineaciones

de las vías férreas, representando un descenso del 75% para este tipo de

irregularidades como causa de accidentes en comparación con el periodo 2005 –

2008. Esta variación es apreciable gracias al extensivo mantenimiento consecuente al

monitoreo y evaluación de los parámetros de servicio.

Actualmente no existe en Venezuela, al menos en manos del Instituto

ferroviario del Estado, una metodología que les permita evaluar los parámetros

7

geométricos de las vías férreas, razón por la cual no se monitorea el estado de las

condiciones de la vía. Esto quiere decir que no se conoce con certeza bajo qué riesgo

opera el material rodante sobre estas vías. Tal método le permitiría desarrollar planes

de mantenimiento más eficaces que la simple corrección de las fallas en las vías

férreas.

El desarrollo de este trabajo brinda una herramienta a la gestión del sistema

ferroviario que le permitirá evaluar los parámetros geométricos de las curvas, de una

manera rápida, sintetizada de manera sencillas, con la obtención más breve de los

resultados, con la utilización de pocos recursos técnicos y costos aceptables, que le

permitirán desarrollar un monitoreo constante y que se puede traducirse en una

gestión más eficiente del sistema.

Alcance

En este trabajo se propone el estudio y el desarrollo de un método para la

evaluación de los parámetros geométricos de la curva numero 1 comprendida entre

las progresivas 1+490,00 y 3+385,28 del tramo Acarigua – Yaritagua del Sistema

Ferroviario Centro Occidental “Simón Bolívar”, en función de que pueda ser aplicado

en cualquier otra curva del tramo ferroviario, ya que comparten las mismas

características de diseño variando solo en sus magnitudes particulares.

Limitaciones

Para llevar a cabo este estudio se necesita de variados recursos de los cuales

no contamos con holgura, entre los que podemos mencionar la falta de recursos

Humanos, a pesar de contar con el apoyo de la profesora Isabel Romero Ávila como

Tutora y la profesora Carmen Ñañez como parte del personal adscrito al laboratorio

del departamento vial. Los recursos Técnicos, como estaciones totales, miras y

8

equipos especializados para la medición del sobreancho, son de una disponibilidad

muy limitada en el I.F.E., por lo cual su uso es reducido al mínimo, los recursos

logísticos correspondientes al traslado hasta el sitio de estudio también son de difícil

obtención.

9

CAPITULO II

MARCO TEORICO

Antecedentes

Entre los trabajos de grados a los que se puede hacer referencia tenemos:

Piñango, J.; Sequera, A., (2006). UCLA−DIC. En su trabajo especial de grado,

titulado “PROPUESTA DE PLAN DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO PARA

LA RED FERROVIARIA DEL TRAMO CENTROCCIDENTAL, ACORDE CON

LOS PLANES DE REHABILITACION Y MODERNIZACION DEL SISTEMA”

realizaron un inventario técnico para realizar un sistema de codificación de las

estructuras, obras de arte y elementos que conforman la Red Ferroviaria Centro

Occidental, un diseño de formatos de registro descriptivos e históricos de la red

ferroviaria, con la finalidad de optimizar su funcionamiento luego de la rehabilitación

y garantizar al Estado Lara a través del mantenimiento de las vías férreas un enlace

productivo con otros estados del País.

Nieto, P.; Jiménez, A., (2011). UCLA−DIC. Con la “PROPUESTA DE

RECTIFICACION DEL TRAZADO DEL APARTADERO X−5 ENTRE LAS

PROGRESIVAS 150+000 y 154+00 DEL SISTEMA FERROVIARIO CENTRO

OCCIDENTAL “SIMÓN BOLIVAR” TRAMO YARITAGUA−

BARQUISIMETO.” Este tramo en la actualidad está siendo objeto de rehabilitación

sobre esta zona se ubica el apartado X−5 que fue desmantelado para usarse como vía

principal, esto a causa del deslizamiento del talud que lo limita. En el mismo se

estudiaron las alternativas para la rectificación de la vía principal en base los

parámetros de diseño establecidos por el documento de trazado geométrico IAFE

10

(2005) y el manual ferroviario (1992).Se realizaron estudios hidrológicos e

hidráulicos con el fin de solventar la discontinuidad de los drenajes longitudinales,

además caracterizar el tipo de material proveniente de los taludes que limita la vía

principal y el apartadero. Con esta investigación se buscó dar una solución a la

problemática que se presenta y con ello garantizar el servicio de transporte de

personas y carga en condiciones de excelente calidad, seguridad y confort.

Barrientos, Mirhenllys; Delgado, Isabel (2011). UCLA−DIC el que se titula

“RECTIFICACIÓN DEL DISEÑO GEOMÉTRICO EXISTENTE DE LA CURVA

HORIZONTAL UBICADA ENTRE LAS PROGRESIVAS 2+169.19 Y 2+654.16,

DEL SISTEMA FERROVIARIO “SIMÓN BOLÍVAR”, SUB-RAMAL PUENTE

SAN ESTEBAN − MUELLE IPAPC”, en el cual se plantea distintas alternativas de

rectificación del diseño geométrico de la curva horizontal ubicada entre las

progresivas 2+169.19 y 2+654.16 del Sistema Ferroviario Centro Occidental “Simón

Bolívar”, Sub Ramal Puente San Esteban - Muelle IPAPC, de acuerdo a los

requerimientos del material rodante recientemente adquirido, las alternativas de

diseño, se adaptaron los parámetros a la normativa existente y a las condiciones del

tramo, además de empalmar el nuevo alineamiento al existente con la finalidad de

generar un trazado que mejore las deficiencias actuales.

Navas B, Johan J (2012). UCLA – DIC titulado “PROPUESTA DE DISEÑO

DEL ENLACE ENTRE LOS TRAMOS BARQUISIMETO – YARITAGUA Y

YARITAGUA – ACARIGUA DEL SISTEMA FERROVIARIO CENTRO

OCCIDENTAL “SIMÓN BOLÍVAR” PARA LA CIRCULACIÓN DIRECTA DEL

FERROCARRIL BARQUISIMETO – ACARIGUA”, se fundamentó en el desarrollo

de distintas alternativas para el diseño de un enlace que permita la circulación directa

del ferrocarril que parte desde Barquisimeto hacia Acarigua, basándose en las

especificaciones de los elementos involucrados en el diseño (material rodante y

aparatos de vía), en la normativa vigente, tanto la venezolana, como la internacional y

además en las condiciones físicas de la vía, en el cual se tomó especial atención a los

parámetros geométricos de la vía férrea para su diseño.

11

Todos estos trabajos están relacionados con este estudio, ya que están

enfocados en la geometría o el mantenimiento del sistema ferroviario, de manera de

que están basados en los mismos principios teóricos y en las mismas normativas

vigente correspondientes con el sistema ferroviario nacional

Bases teóricas

ELEMENTOS DE LA INFRAESTRUCTURA

Plataforma

Es la superficie del terreno que se ofrece para que sobre ella se coloque la

superestructura, su ancho lo define el número de vías y el ancho de éstas. Posee

cierta inclinación transversal a una o dos aguas, generalmente del 3% para

drenar las aguas hacia los extremos de la vía.

Fuente: www.viasferreas.blogspot.com, 2012

Obras de arte

Son construcciones que completan la infraestructura de la vía férrea, se

realizan para salvar los obstáculos naturales del terreno. Entre ellas podemos citar:

a) Puentes: Son estructuras construidas para dar continuidad a la vía y

Figura N°1 – Plataforma con una inclinación.

Figura N°2 – Plataforma con inclinación a dos aguas

Fuente: www.viasferreas.blogspot.com, 2012

12

facilitar el movimiento sobre obstáculos naturales o artificiales,

normalmente se construyen de acero o concreto reforzado.

b) Obras de Drenajes: Se construyen con la finalidad de reducir la cantidad

de agua que de una u otra forma llega a la vía, y dar salida rápida a la

misma evitando así la formación de baches. Entre las principales obras

de drenaje se tienen:

Aguas Superficiales: Comprende el desalojo del agua que cae

directamente sobre el lecho de la vía y la remoción e

intersección de las aguas que llegan procedentes de terrenos

adyacentes.

Cunetas: Son zanjas que se hacen en ambos lados de la vía y se

mantienen a lo largo de ellas, para retener el flujo de drenaje en

el acotamiento lateral y retardar la erosión del talud. Se colocan

al fondo de las pendientes para conducir el agua hasta una

depresión o curso natural de tierra.

Alcantarillas: Son conductos a través de los cuales circulan las

aguas negras, pluviales u otros desechos bajo las vías.

Generalmente son tubos galvanizados, bóvedas, losas de

concreto reforzado o cajas de concreto con marcos rígidos.

Aguas Subterráneas: Es necesario realizar un buen drenaje de

las mismas para evitar la pérdida de la capacidad de carga,

tener seguridad y estabilidad. Con la instalación de drenes

subterráneos, tubos perforados, entre otros se colecta dicha

agua y se conduce hacia fuera.

c) Muros: son construcciones verticales o con cierta inclinación,

empleadas para encerrar espacios, retener tierra o almacenar materiales.

En elementos sometidos a fuerzas horizontales se utilizan los muros de

sostenimiento de tierra y de contención de agua; el comportamiento de

estos difiere solamente en la magnitud de las presiones a que están

sometidos.

13

d) Túneles: Son galerías subterráneas destinadas para dar paso a una vía de

comunicación. Se debe tener un conocimiento previo sobre las

condiciones geológicas sobre la cual se construirá el túnel, entre ellas:

presencia de fallas, dirección y grado de estratificación, grietas y juntas,

presencia de agua, etc.

ELEMENTOS DE LA SUPERESTRUCTURA

Balasto

Se denomina balasto de vía a la capa de piedra partida que se tiende sobre la

explanación o plataforma y sirve de asiento a los durmientes, la palabra “balasto”

proviene del inglés “ballast” (lastre).

a) Funciones del Balasto: De manera similar, el balasto de vía cumple la

función de dar estabilidad a la vía férrea, haciendo que permanezca con

la geometría dada durante su construcción. Adicionalmente cumple

otras dos funciones importantes: distribuye las presiones que trasmite la

vía al terreno, haciendo que sean admisibles para éste, y permite el

drenaje del agua de lluvia, evitando que se deteriore el conjunto.

b) Producción: Se obtiene por trituración de rocas sanas y debe cumplir

ciertas especificaciones en cuanto a calidad del material madre y en su

granulometría. Se transporta en camiones hasta donde puede ser cargado

en trenes especiales con tolvas que permiten su descarga en la vía.

c) Ensayo de Durabilidad (Deval): Para los materiales de origen basáltico

se exige una degradación inferior a 65% cuando se ensaye en solución

de dimetilsulfóxido. Para el resto de los materiales se exige una

degradación inferior al 12 % cuando se ensaye en solución de sulfato de

sodio.

d) Granulometría: La granulometría debe permitir el drenaje de la

14

formación y debe proporcionar una trabazón adecuada entre partículas,

de forma que se mantenga la estabilidad de la vía.

Durmientes

Los durmientes (llamados en otros países traviesas) son elementos estructurales

que se sitúan en dirección transversal al eje de la vía, el durmiente recibe tensiones

que le transfiere el riel y las transmite atenuadas a la caja de balasto; finalmente la

plataforma recibe atenuadas por el balasto, las tensiones que habrán de ser

compatibles con su capacidad resistente y deformación. Ellos mantienen la separación

entre carriles con un valor fijo denominado trocha, de manera que la geometría inicial

del trazado se mantiene por mucho más tiempo.

Figura N°3 - Durmientes almacenados.

Fuente: www.inferca.gob.ve, 2009

a) Funciones de los durmientes:

Sujetar firmemente y de manera transversal a los rieles o carriles

manteniendo su paralelismo y distancia correspondiente a la

trocha o entreancho de vía.

15

Resistir las presiones provenientes de la base del riel y

transmitirlas a la capa de balasto inmediatamente por debajo de

su cara inferior.

Anclar el riel y a sí mismo en forma transversal y longitudinal

por intermedio de su posición incrustada dentro de la capa de

balasto.

b) Tipos de durmientes:

Durmientes de madera: La madera es muy apropiada para la

confección de durmientes por su buen índice de elasticidad, el

que se mantiene con los años de uso, con poca disminución,

son considerados como un dieléctrico, o mal conductor de la

electricidad, tienen una gran resistencia a todo tipo de

esfuerzos, incluidos los originados en accidentes y por su

transporte; una buena resistencia al deslizamiento sobre

balasto, un peso reducido, lo que facilita su manejo y abarata su

transporte, la desventaja principal del durmientes de madera es

su durabilidad, la cual es menor al durmiente de hormigón.

Durmientes de hormigón: El durmiente de hormigón

pretensado o post-tensado tiene una vida útil en servicio,

superior al doble de los de madera, se conserva a lo largo de

toda la vía una notable constancia en sus condiciones físicas, le

suministra a la vía una mayor resistencia a los desplazamientos

en su plano, se puede diseñar en la forma más conveniente para

resistir los esfuerzos que habrá de soportar en servicio, todo

esto hace que su costo sea un poco mayor que el durmiente de

madera tratada. Para aislar eléctricamente los dos rieles es

necesario usar piezas de aislación especiales, el manejo es más

difícil a causa del peso elevado (más de ) y tiene

relativa fragilidad. En Venezuela se emplea el durmiente de

hormigón Dywidag.

16

Durmientes metálicos: Debido a la escasez y alto precio de la

madera, en algunos países industriales se inició el estudio y

construcción de durmientes metálicos. Se estudió

especialmente la forma del durmiente para obtener una buena

área de apoyo y una buena resistencia al desplazamiento

longitudinal y transversal, los mismos se confeccionaron

inicialmente en acero y en fundición, pero estos últimos son

muy frágiles y no dieron resultados aceptables, por lo que se

dejaron de utilizar. Sólo en la India quedan durmientes de este

tipo colocados en la vía y en la actualidad ya no tienen mucho

uso, sólo en aplicaciones especializadas. Estos durmientes son

habitualmente de tipo monobloque y su perfil, ya definido por

la experiencia, tiene forma de artesa.

c) Colocación de los durmientes: Por norma general los durmientes se

colocan a una distancia de entre ellos; esto puede variar entre los

diferentes aparatos de vía que llevan cada uno unas distancias entre

durmientes específicas. Los sesenta centímetros pueden variar también

para evitar que una soldadura de carril pueda caer encima de un

durmiente con el consiguiente deterioro de este. Esta distancia no es

aleatoria, sino que se basa en estudios concretos: si están más alejadas,

los durmientes se levantarían al paso del tren y si están más cercanas, se

incrementaría notablemente el costo por kilómetro de la obra.

d) Mantenimiento de los durmientes: La principal labor de mantenimiento

de los durmientes es el bateo, el cual es el proceso de meter el balasto

debajo del durmiente justo en la vertical del riel, dejando el centro del

mismo sin balasto.

e) Sistemas de sujeción de durmientes: El sistema de sujeción entre el riel

y el durmiente dependerá del tipo de durmiente, apartando ciertas

consideraciones menores.

17

Figura N°4 – Sujeción Tipo J2

Fuente: Propia.

Riel

El riel, carril o raíl metálicos sobre los que se desplazan las ruedas de los trenes,

los cuales se disponen como una de las partes fundamentales de las vías férreas. La

característica técnica más importante del ferrocarril es el contacto de la rueda con

pestaña y el riel. El perfil utilizado es denominado Vignole, el cual consta de una cara

inferior ancha, destinada al apoyo sobre los durmientes, y una cara superior, más

angosta y de mayor altura, destinada a guiar y sostener las ruedas. En sitios donde

coexiste el tránsito carretero con el tráfico ferroviario se debe pavimentar la

superficie, siendo usual que se utilicen rieles de tipo Vignole modificados mediante

una garganta, la cual permite que se desplace por ella la pestaña de las ruedas del

material ferroviario, al tiempo que actúa como límite del pavimento. El riel consta de:

a) Cabeza: es la parte superior del riel destinada a entrar en contacto con

las llantas del material rodante, tiene una forma definida para que sobre

ella se acomoden las ruedas de los vehículos. La cara superior del riel,

que es la superficie de rodadura, se ofrece plana o ligeramente

abombada, con el objeto de hacer frente a los desgastes recíprocos del

riel y de la rueda.

Sujeción J2

Durmiente

Riel

18

b) Alma: parte más delgada que sirve de unión entre la cabeza y el patín,

debe tener una altura en relación con el ancho del patín o base, a fin de

resistir lo mejor posible los esfuerzos transversales. Esta relación se

acerca cada vez más a la unidad, con esto y con el aumento de ancho del

alma se tiende a establecer una proporción entre las masas de la cabeza,

alma y patín para evitar tensiones interiores y proporcionar al riel mayor

estabilidad y resistencia para soportar los esfuerzos a los que será

sometido.

c) Patín: es la base que sirve de soporte a la cabeza y alma,

proporcionando al riel resistencia máxima y una superficie contra las

fuerzas transversales que provocan su volteo.

Figura N°5 – Detalle del Riel.

Fuente: Propia

La fabricación y montaje de los rieles se obtienen por laminación del acero en

bruto, hasta obtener barras con el perfil requerido. Para realizar el montaje se

disponen las barras sobre los durmientes, y se unen entre sí mediante eclisas, bulones

Cabeza

Alma

Patín

19

y actualmente soldadura sujetándose al durmiente mediante algún sistema de fijación.

Los rieles o carriles constituyen el elemento fundamental de la estructura de la

vía, obligando al material rodante a inscribir su marcha dentro de la geometría que se

ha establecido previamente, por lo que el vehículo y la vía deben poseer

características resistentes que respondan a las condiciones que en cada momento se

derivan del proceso de guiado. Entre las principales funciones del riel destacan:

a) Resistir directamente las tensiones que recibe del material rodante y

trasmitirlas a los otros elementos que componen la estructura de la vía.

b) Realizar el guiado de las ruedas en su movimiento.

c) Servir de conductor de la electricidad para la señalización y la tracción

eléctrica.

Los rieles poseen diversas longitudes, se recomiendan que sean la mayores

posibles , y hasta , para reducir el número de juntas y hacer más eficaz la

resistencia al deslizamiento longitudinal y a los esfuerzos trasversales. Su máxima

longitud viene fijada por la separación entre rieles debido a los cambios volumétricos

que estos experimentan durante su vida útil, por la variación de temperaturas del

medio al cual se encuentran expuestos. Esta separación no debe sobrepasar los

.

El peso de los rieles varía en función del tráfico, la velocidad de los trenes, el

peso de locomotoras y vehículos. Con el peso del riel se aumenta la resistencia de la

vía, en la que también influye de modo principal, el número de durmientes y el

espesor de la capa de balasto.

En Venezuela la red ferroviaria está conformada por rieles A.S.C.E de 60, 65 y

100 lbs/yad, lo equivalente a , y , con una longitud de 18 m

unidos mediante eclisas angulares. En la actualidad están siendo cambiados por los

rieles UIC 60 de longitud 13, 15 y 18 m soldados por fusión eléctrica (flash butt).

20

La Eclisa o brida en vías férreas se denominan a los elementos utilizados para la

unión de rieles. Estos elementos son necesarios en el montaje de la vía y pueden

utilizarse como definitivos, aunque la técnica actual suele sustituirlos, una vez

montada la vía, por uniones soldadas mediante soldadura aluminotérmica. Este

sistema es de conexión mecánica y se hace mediante tornillos que atraviesan el alma

y a la propia eclisa, a este proceso se le conoce como embridaje y tiene como función:

a) Empalmar los rieles de forma que se comporten como una viga continua

en planta y en alzado.

b) Conseguir una resistencia a la deformación del empalme que se

aproxime a la de los carriles que se acoplan.

c) Impedir los movimientos relativos, verticales o laterales, de los

extremos de los rieles, pero haciendo posible su dilatación.

d) Ser lo más simple para que se pueda realizar con unos elementos

mínimos.

Figura N°6 – Brida o Eclisa.

Fuente: Propia.

Desde los inicios del transporte sobre rieles se buscó disminuir en lo posible el

número de juntas, dando continuidad a los rieles mediante soldaduras. Existen

diversos métodos para realizarlos y dependen básicamente de una cuidadosa

ejecución y un personal calificado. Los procedimientos que se emplean para la

soldadura de los rieles son:

21

a) Thermith (Aluminio-térmico): se utiliza por la facilidad que presenta el

aluminio para combinarse con el oxígeno, la mezcla consiste en silicato

de hierro, carbón y silicio sometidos a una temperatura de 2500 °C. Las

extremidades de los rieles son limpiadas y precalentadas y se llena el

vacío de la junta con Thermith fundido. Este procedimiento tiene como

ventaja su bajo costo inicial y la facilidad de su transporte por lo que se

recomienda para soldadura efectuada en plena vía.

Figura N°7 – Soldadura Aluminio-Térmica

Fuente: www.adif.es, 2009

b) Fusión eléctrica (Flash-butt): La soldadura se ejecuta a presión

sometiendo los rieles a una corriente monofásica de 50/60 ciclos, 5/10

voltios y de 40000 amperios los cuales son reducidos a 7.200, al final de

la operación. Se someten los rieles a contactos repetidos, hasta alcanzar

el punto de fusión provocando la unión de los extremos de los rieles a

una presión unitaria de 5 a 6 kg/cm2.

c) Autógena de presión (gas pressure-butt): se efectúa presión sobre los

elementos de manera continua, sometiendo a las juntas a la acciones de

surtidores de gas que funden el metal en toda la superficie hasta logar la

fusión. Su instalación es bastante económica y los resultados obtenidos

son óptimos.

22

Como todo material, los rieles también se van desgastando según el uso que se

les hace a través del tiempo. Según Reverón, (1992), los desgastes que pueden

presentarse según las condiciones de servicio y son:

a) Desgaste vertical: se observa a lo largo de la vía y es causado por el

rodamiento, puede ser agravado por la existencia de rampas superiores a

la pendiente limite o por la deficiente conservación del material rodante.

Este desgaste se mide en el eje vertical del riel y se considera que la cara

superior desgastada permanece paralela a la cara inferior del patín.

b) Desgaste Lateral: Se presenta generalmente en el riel exterior de las

curvas y frecuentemente en el riel interior, y es causado por el roce de

las pestañas contra la cara lateral del hongo. Se admite un ángulo

máximo de entre la cara desgastada y la cara original.

c) Desgaste superficial: se determina suponiendo uniformidad en toda la

superficie del riel, no afectada por desgastes verticales o laterales y se

fijará de acuerdo a las condiciones climáticas de las diversas regiones,

no debiendo sobrepasar de 30% del espesor del alma.

Parámetros geométricos

La idea fundamental para el diseño geométrico es la de mantener factores

de seguridad adecuados con respecto a la estabilidad del vehículo y dar

comodidad al usuario. Los factores de seguridad que siempre estarán en

constante seguimiento serán los siguientes:

Alineación

La alineación teórica de una vía es la proyección horizontal del hilo director

definido por el proyecto o por el replanteo. Es la correcta figura geométrica que

deben de tener los carriles (recta, transición o curva). Las curvas son la conexión

entre alineaciones rectas y estas pueden ser de radio constante o variable.

23

a) Alineaciones rectas: Son aquellas que en el plano horizontal se representan

por una recta, proyección del eje de la vía sobre dicho plano. Este tipo de

alineación es el más natural a la hora de trazar un medio de comunicación,

puesto que la distancia más corta entre dos puntos situados en una

superficie se obtiene siguiendo la línea geodésica, que en la superficie

esférica de la tierra es el circulo máximo, cuya proyección sobre un plano

tangente a la esfera en un punto de él es una recta. En el ferrocarril , las

rectas en planta están caracterizadas por su longitud.

b) Alineaciones curvas: Son aquellas que en el plano horizontal se

representan por una curva, proyección del eje de la vía sobre dicho plano.

En el ferrocarril, las alineaciones curvas se caracterizan, por su radio (o

por su grado de curva) y por su desarrollo. Más adelante se profundizara en

los conceptos expuestos.

Nivelación

Parámetro que define la cota de la superficie de rodadura (TDR o tope de

riel) de un hilo de la vía, referida a un plano de comparación.

El perfil longitudinal está constituido por las cotas del terreno y de la

rasante, expresados a lo largo de una línea de referencia, que generalmente

coincide con el eje horizontal del trazado. Las distintas rasantes se unen

mediante arcos de circunferencia conocidas como curvas verticales, cuyos radios

dependen de diversos factores como la velocidad máxima de operación, rampas,

pendientes y de la magnitud del movimiento de tierras que se deberá hacer para

construirla.

a) Rampas: es el plano inclinado en sentido ascendente según el

sentido de circulación. Se expresa en (‰)

b) Pendientes: es el plano inclinado en sentido descendente según el

sentido de circulación. Se expresa en (‰)

c) Rasante Horizontal: cuando no se tiene inclinación alguna.

24

Las cotas de la rasante se deducen del tope de riel, proyectando

horizontalmente estas al eje del trazado correspondiente y deduciendo la altura

del riel, la altura del durmiente y el espesor mínimo de la capa de balasto debajo

del durmiente, en la proyección del riel inferior.

Peralte

Es la pendiente transversal que se da en las curvas a la plataforma de una

vía férrea, con el fin de compensar con una componente de su propio peso la

inercia (o fuerza centrífuga) del vehículo, y lograr que la resultante total de las

fuerzas se mantenga aproximadamente perpendicular al plano de la vía o de la

calzada.

Todo vehículo que se desplaza por una curva circular de radio R, sufre una

aceleración centrífuga de valor A = V²/R. Esta aceleración centrífuga da lugar a una

fuerza centrífuga aplicada en el centro de gravedad del vehículo, dirigida hacia el

exterior de la curva y perpendicular a la trayectoria, que tiende a empujar el vehículo

hacia el riel exterior provocando efectos perjudiciales tanto para los viajeros como en

las mercancías y puede incluso llegar a provocar descarrilamientos o el vuelco del

vehículo.

La forma de compensar o al menos reducir la ocurrencia de este fenómeno no

deseado, consiste elevar el riel exterior respecto al interior, con el objeto de obtener

un equilibrio entre el peso (W) del vehículo aplicado en el centro de gravedad y la

fuerza centrífuga (FC), buscando una composición de fuerzas que logre que la marcha

del material móvil en curva sea parecida a la que tendría en recta. Esta diferencia de

altura entre los rieles es lo que se denomina peralte (h).

25

Figura N°8 – Peralte

Fuente: “Nociones Básicas sobre el Ferrocarril, 2009”

Los objetivos del peralte obedecen a las siguientes necesidades:

a) Compensar total o parcialmente el efecto de la fuerza centrífuga

b) Reducir la degradación y desgaste de los carriles y las ruedas.

c) Proporcionar un mayor confort a los viajeros.

Peralte Teórico

Es aquél para el cual toda la fuerza centrífuga está compensada por los

componentes del peso del vehículo. En este caso, la fuerza centrífuga, generada por la

circulación de un vehículo en un tramo curvo, no transmite ningún esfuerzo lateral a

los rieles y a la carga de los vagones.

Peralte Real

Es la diferencia de cota entre los dos rieles de una vía, medida en una sección

perpendicular a la tangente de la curva en un punto determinado. El peralte real

compensa parcialmente la fuerza centrífuga generada por la circulación de un

vehículo en un trayecto curvo, los trenes rápidos circulan con insuficiencia de peralte,

del mismo modo, los trenes que circulan a baja velocidad tienen exceso de peralte y

provocan una acción sobre el riel interior.

h= Peralte

FC = Fuerza centrifuga

W= Peso del conjunto

T= Trocha

26

Insuficiencia de peralte

Para trenes rápidos es la diferencia entre el Peralte Teórico y el Peralte Real y

se produce cuando el peralte real no compensa totalmente la fuerza centrífuga

generada por la circulación de un vehículo en un trayecto curvo.

Exceso de peralte

Para trenes lentos es la diferencia entre el peralte real y el teórico, la aceleración

centrífuga real será menor que la aceleración centrífuga correspondiente a la

velocidad de diseño y al peralte teórico.

Ancho de Vía

El ancho de vía (trocha o cartabón) de una vía férrea es la separación

entre los carriles, la cual debe coincidir con la separación entre ruedas del

material rodante. Se mide entre caras internas, tomando como punto de

referencia el ubicado entre y por debajo de la cara superior del

carril, diferencia esta que depende del tipo de carril y de las normas aplicables

en el país, en Venezuela es de . Según sus dimensiones se agrupan en

tres categorías:

a) Trocha ancha: su dimensión es de , generalmente

utilizadas por los países Rusia, India, Argentina y Chile.

b) Trocha Estrecha: sus dimensiones varias desde ,

hasta y son empleadas en Argentina, Bolivia, Brasil

Colombia, Chile, Ecuador y Perú.

c) Trocha Internacional: sus dimensiones fueron normalizadas en

en alineamientos rectos, se ha comprobado que su

estabilidad es satisfactoria en velocidades hasta de

permitiendo un buen uso del material rodante, proporcionando un

coeficiente de explotación bajo en comparación a los de las vías

más anchas.

27

La inscripción de un vehículo ferroviario en una curva presenta dificultades por

dos causas:

a) El que ambas ruedas de un eje son solidarias con él, por lo que la rueda

que va por el riel exterior debe recorrer una longitud mayor que la del

riel inferior.

b) La rigidez del bastidor del bogie, que mantiene paralelos entre sí los

ejes, siendo tanto mayor la dificultad de inscripción cuanto mayor sea la

distancia entre los ejes, llamada ‘base rígida’.

El primer fenómeno se reduce en parte con la conicidad de las superficies de

rodado. Para aminorar el segundo, se han desarrollado bogies que permiten un cierto

grado de convergencia de los ejes en las curvas.

Las dificultades de inscripción se traducen en esfuerzos transversales y

desgastes de pestañas y rieles.

Para facilitar la inscripción de los bogies en curvas, suele darse un sobre-ancho

o ensanche en las curvas a la trocha normal, esto se debe aplicar sobre el riel interior

de la vía.

La variación de la trocha de la vía férrea no debe ser superior a un milímetro

por metro lineal (1 mm/m).

El tema del sobre-ancho es estrictamente empírico, ya que depende de muchos

factores que no es fácil cuantificar, la mayoría de los cuales depende de los equipos

rodantes. Considerando los diferentes equipos que pueden circular por la vía férrea,

los ferrocarriles han optado por utilizar formulas empíricas. La UIC recomienda

utilizar los siguientes valores que a continuación se muestran:

28

Tabla N°1 – Sobre-ancho de acuerdo al Radio de la Curvatura.

Radios (m) Sobre-ancho(mm)

R <180 25

180 ≤ R < 300 20

300 ≤ R < 350 15

350 ≤ R < 450 10

450 ≤ R <550 5

550≤ R 0

Fuente – Norma UIC según el Manual de Mantenimiento Ferroviario, 1991.

Es importante resaltar que la bibliografía que cita esta Tabla la refiere a la

norma UIC, sin embargo no especifica el número de la tabla de donde fue tomada.

GEOMETRIA DEL TRAZADO

Curvas Horizontales

Curvas circulares simples

Es el tipo de curva más empleado por su sencillez, para acordar dos

alineamientos rectos en el trazado de una vía urbana donde el radio es el elemento

principal a ser escogido, sus elementos se aprecian en la figura a continuación.

29

Dónde:

: Radio de Curvatura. : Externa

: Deflexión : Flecha

: Subtangente : Cuerda Larga

: Centro de giro

Curvas circulares compuestas.

Son dos o más arcos circulares empleados para acordar dos alineamientos

rectos, permitiendo que la vía se adapte mejor a las condiciones topográficas urbanas.

Curvas de transición

Es un tipo de curva utilizado en concordancia con alineamientos rectos y la

curva circular, para proporcionar una trayectoria más confortable y segura, posibilitar

Figura N°9 - Principales elementos de una Curva Circular Simple.

Fuente: Guía Ing. Vial I – Geometrización de la Vía. Ing. José Raúl de la Cruz. 2001

30

velocidades más uniformes, facilitar el manejo de los vehículos, efectuar la variación

del peralte y sobreancho, así como para mejorar el aspecto estético del alineamiento.

Generalmente una curva de transición está compuesta por dos tramos con

transición en espiral y un tramo circular

Dónde:

: Unión Tangente−Espiral

: Unión Espiral−Tangente

: Unión Espiral−Círculo

: Unión Círculo−Espiral

: Centro del Acuerdo Horizontal

: Centro de giro

: Radio de curvatura del círculo

Figura N°10 - Elementos de una Curva de Transición.


31

: Retranqueo

: Vértice de las tangentes

: Ángulo de deflexión

: Ángulo del arco circular

: Longitud del arco clotoidal

: Longitud del arco circular

: Ángulo Tangencial en (y en )

: Abscisa de (y de )

: Ordenada de (y de )

: Abscisa del centro de giro

: Subtangente total

: Externa

Radio mínimo de las curvas

La velocidad de proyecto de una línea determina el valor de los radios mínimos

en planta. Es necesario limitar el radio inferiormente debido a ciertos condicionantes:

a) Razones de seguridad debido a las fuerzas transversales que ejerce el

vehículo sobre la vía y que tienden a desplazarla.

b) Razones de seguridad debido a la posibilidad de descarrilo o vuelco del

vehículo ferroviario, razones de confort del viajero (es más sensible a

las fuerzas variables en sentido transversal).

El radio de las curvas influye notoriamente en las condiciones de circulación del

equipo. Los radios reducidos producen dificultades de inscripción de las bases de rodado,

lo que implica una mayor resistencia y desgaste de rieles y ruedas debido al roce.

Lo anterior, naturalmente, depende de la trocha, ya que la inscripción de los

bogies en las curvas no depende solamente de su radio. Esto ha llevado a las

administraciones ferroviarias a fijar radios mínimos, los que varían según si se trata

de vías de circulación, desvíos o vías de talleres, todas ellas de diferente velocidad

de operación. El radio mínimo es variado, pero en general existe la tendencia a

aumentar los radios mínimos de diseño debido al correlativo aumento de las

velocidades de circulación.

32

CURVAS VERTICALES

El alineamiento vertical o perfil longitudinal es la proyección sobre el plano

vertical del trazado ferroviario. Junto con el trazado en planta determina de forma

unívoca la posición geométrica de la vía. El perfil longitudinal del trazado de una vía

férrea está constituido por las cotas del terreno y de la rasante, expresados a lo largo

de una línea de referencia, que generalmente coincide con el eje horizontal del

trazado. Para todos los efectos, las distancias (progresivas) se miden por su

proyección horizontal. Las cotas deben referirse a la Red Básica de Control Vertical

del Instituto Geográfico Venezolano Simón Bolívar (IGVSB). En todos los casos, la

cota de base (datum) debe ser exactamente igual a la utilizada para el Levantamiento

Topográfico del sector involucrado.

Esta concordancia vertical se realiza mediante una curva es una función

parabólica al eje vertical, en algunos casos se inserta una curva de transición o se

aumenta el valor de , lo que suaviza eficazmente el cambio de pendiente de las

rectas que enlaza. Además su forma se ajusta a la trayectoria de los vehículos para la

condición de máximo confort, seguridad y operación

En un acuerdo vertical para carreteras y uno para vías férreas la diferencia que

existe es en cuanto a su referencia altimétrica la que corresponde al tope de riel (al

interior en curvas horizontales peraltadas) y la forma de expresar las pendientes que

se expresan por mil . En la figura siguiente se muestran los elementos

geométricos de la misma.

33

Dónde:

: (L)longitud de la (C)curva (V)vertical

: (P)endiente porcentual de la recta de (E)entrada

: (P)endiente porcentual de la recta de (S)salida

: (P)unto (I)intersección de la (C)curva (V)vertical

: (T)tangente (C)curva de la (C)curva (V)vertical

: (C)curva (T)tangente de la (C)curva (V)vertical

: (C)centro de la (C)curva (V)vertical

: (P)punto genérico (S)sobre la (C)curva

: Distancia (X) entre TCCV y un (PSC)

: Distancia vertical (Y) de un (PSC)

: Distancia vertical (Y) del punto (O)rigen del arco

: (D)desvío de un (PSC)

: (E)extensa

: (F)flecha

: (C)cuerda (L)larga

: (P)endiente porcentual de un (PSC)

: (P)endiente de la (C)cuerda (L)larga

Plano Horizontal de

Referencia Altimétrica

Prog. ápice

Prog. TCCV

Prog. PSC

ápice

Figura N°11 - Principales elementos geométricos de un Acuerdo Vertical.


34

: Distancia (X) entre TCCV y el (ápice)

: Distancia (Y) del (ápice)

Flechas en curvas horizontales y verticales

La Flecha queda definida como la distancia perpendicular a la cuerda medida

desde el punto medio de la misma hasta el riel. La flecha en las curvas circulares se

calcula mediante la expresión siguiente:

Dónde:

C = Cuerda (m)

R = Radio de Curva (m)

f = Flecha de la Curva (mm)

Las flechas en los límites de las curvas de transición, a excepción del comienzo y

final de las mismas, se determinan por la fórmula:

Dónde:

X = distancia desde el comienzo de la curva de transición hasta el punto en el cual se

determina la flecha (m)

f = Flecha de la Curva Circular (mm)

L = longitud de la curva de transición (m)

= flecha de la curva de transición en un punto situado en la curva de transición a

una distancia X del comienzo de ésta (mm)

35

Midiendo la magnitud de las flechas en el centro de la cuerda en posiciones

sucesivas como se muestra en el esquema.

Figura N°12 - Flechas

Fuente: Plan de mantenimiento de la vía férrea, IFE, 1991.

Si disponemos en las ordenadas de un gráfico las mediciones realizadas para cada

punto sucesivo (f1; f2; f3;….fn) y en las abscisas la longitud de la curva (desarrollo),

obtendremos una poligonal que seguramente será muy diferente de la proyectada,

donde se podrá diferenciar claramente las zonas de entrada y salida de la curva

(curvas de transición) y la zona central (curva circular).

Figura N°13 – Diagrama de Desarrollo de Flechas

Fuente: Plan de mantenimiento de la vía férrea, IFE, 1991.

36

Las diferencias entre flechas de curvatura adyacentes para cuerdas de 20m

tendrán como valor máximo los siguientes:

Para radios menores de 400m ……………………………….12mm

Para radios desde 401 hasta 650m……………………..…… 10mm

Para radios mayores que 650m………………………...…….. 8mm

Las variaciones del aumento uniforme de las flechas adyacentes en las curvas de

transición para cuerdas de 20m serán menores de………. 6mm.

37

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

Tipo de investigación

Según el objeto de estudio esta es una Investigación aplicada ya que pretende

la utilización de los conocimientos en la práctica

Según el objetivo, esta investigación es Descriptiva, consistiendo en la

caracterización de un hecho o fenómeno o grupo, con el fin de establecer su

estructura o comportamiento. Tiene como objetivo la descripción precisa del evento

de estudio, en este caso, el estado de los parámetros geométricos de la curva en

cuestión, en función de alcanzar un diagnóstico de la misma. El método se basa en la

indagación, observación, el registro y la definición

Según el origen de los datos se puede definir como una investigación de

campo o investigación directa que es la que se efectúa en el lugar y tiempo en que

ocurren los fenómenos objeto de estudio.

Población y Muestra

La Población para este estudio queda definida por todas las curvas

comprendidas en el tramo Acarigua – Yaritagua del Sistema Ferroviario Centro

Occidental “Simón Bolívar”, ya que todas cumplen con las mismas características de

diseño, variando solo en las magnitudes que las adaptan a cada una a los ángulos de

deflexión de los vértices que enlazan.

38

La muestra de este estudio es representada por la curva comprendida entre las

progresivas 1+490,00 y 3+385,28 del tramo Acarigua – Yaritagua del Sistema

Ferroviario Centro Occidental “Simón Bolívar”, ya que esta es una de las curvas con

valores más críticos en sus parámetros geométricos, de manera que la aplicabilidad

del método que se pretende proponer en este trabajo especial de grado, tendría

particular importancia en este tipo de curvas.

Tabla N°2 – Radios y Longitudes de Espiral del Tramo Yaritagua Acarigua.

Curva Radio Longitud de las Espirales

1 1000 120

2 6000 30

3 2500 60

4 3500 50

5 5000 40

6 3000 50

7 1800 70

8 1800 70

9 2000 60

10 4000 50

11 4000 50

12 3000 50

13 1800 70

14 1500 80

15 2200 60

16 3000 50

17 4000 50

18 3400 50

19 4400 50

Fuente – I.F.E. 2001

39

Procedimiento

Fases de la investigación:

Levantamiento de los datos:

Para este trabajo de grado se procedió a tomar los datos relacionados con el

estado actual de la curva por medio de un levantamiento topográfico enfocado en los

parámetros geométricas de la vía férrea como Alineación, Nivelación y Peralte por

medio del uso de una estación total marca Topcom modelo GTS-235W, de

apreciación angular 5”, ya que es el equipo más apropiado para la recolección de

dichos datos con el que actualmente se cuenta en el departamento de Ingeniería Vial

del Decanato de Ingeniería Civil de la UCLA y es coherente con el tipo de equipos

con los que se contaría actualmente en nuestro país para realizar las mediciones

pertinentes al método que este trabajo tiene como objetivo proponer para el

monitoreo de dichos parámetros. Se consideró la morfología de la curva y del

ambiente que la rodea, de manera de realizar el levantamiento de la forma más

eficiente, esto se tradujo después en observaciones y sugerencias en el método

propuesto por este estudio (Capitulo VI).

Figura N°14 – Levantamiento de Datos

Fuente - Propia

40

En cuanto a las mediciones correspondientes al sobreancho, estas fueron

realizadas con el equipo denominado “regla”, fabricado por la marca Geismar,

modelo “Garnet”, perteneciente al Instituto de Ferrocarriles del Estado, el cual es un

equipo especializado, diseñado específicamente para medir este parámetro.

Actualmente el IFE cuenta con un equipo marca Geismar, modelo “Amber”, que

desarrolla estas mediciones de manera más precisa y a todo lo largo del trazado,

registrando y almacenando los datos de manera electrónica, pero por no contar con

los recursos humanos suficientemente instruidos para su uso en cuantía suficiente, no

fue autorizado su uso para el presente estudio, pues de hecho por esta misma razón el

instituto virtualmente no hace uso del equipo en cuestión.

Los datos levantados deberán ser alimentados en los softwares apropiados

para su organización y operacionalización, en este caso, el software Excel de

Microsoft Office.

Figura N°15 – Datos alimentados en el Software Excel.

Fuente - Propia

41

Organización y plasmado de los datos levantados:

Una vez levantados estos datos en el terreno, fueron llevados o “alimentados”

en un software de dibujo asistido por computador, en este caso, AutoCAD,

desarrollado por la empresa AutoDesk, ya que es el software principalmente

dominado por el medio constructor y ferroviario actualmente, además de que

representa una herramienta electrónica suficiente para la manipulación y análisis de

los datos. Con este fin se desarrolló una hoja de cálculo que permite transforma las

datos arrojados por la Estación en formato texto “.txt” a un comando de AutoCad, el

cual fue anexado a la hoja de Cálculo que formara parte del método. Este plasmado

permitió tener una percepción grafica de la configuración geométrica de la curva y el

desarrollo de los parámetros geométricos de la misma y le permitirá al “Operador” o

“Usuario” del método percatarse de manera más fácil de lo que representa cada una

de las variables en estudio de la misma manera que permitió al autor de este estudio a

digerir los conceptos y su significado en la práctica.

El plasmado de los datos también permitió medir las Flechas de los

parámetros de Alineación y Nivelación del Software AutoCad en la etapa de

procesamiento de datos de este Procedimiento

42

Figura N°16 – Operacionalización de Datos en el Software Excel.

Fuente - Propia

Figura N°17 – Alimentación de Datos al Software Autocad.

Fuente - Propia

43

Procesamiento de los datos:

Una vez plasmado en el plano digital tanto la información recopilada en el

campo, como los planos obtenido del Instituto Ferroviario del Estado, de la condición

original para la que se diseñó la vía. Esto implica medir las “flechas” tanto

horizontales como verticales, así como los desniveles entre rieles internos y externos

en punto de misma progresiva, para obtener así, el Peralte “existente en campo”, así

como la separación entre los puntos de misma progresiva en ambos rieles que define

el ancho de vía o trocha, que se desarrolla para cada punto.

Los parámetros de Alineación y Nivelación, para los cuales se deben medir

sus respectivas flechas en las distintas progresivas, fueron extraídos del Software

AutoCad por medio del comando “list” que arroja en una lista toda la información de

los elementos seleccionados y posteriormente se extrajo con el uso del Software

Microsoft Excel, los valores correspondientes a sus longitudes. Este proceso fue

posteriormente agregado a la hoja de cálculo definitiva del método.

Figura N°18 – Información de Flechas extraídas directamente del Autocad.

Fuente – Propia

44

Figura N°19 – Importación de las Longitudes de las Flechas en Excel.

Fuente - Propia

Operacionalización de los datos:

Una vez recopilada, analizada y organizada la información, fue plasmarla en

una tabla que operacionaliza la misma, de manera que pueden ser comparados los

valores de los parámetros geométricos de la vía arrojados por esta tabla con las

tolerancias establecidas por la normativa definida por Instituto Ferroviario del Estado

para cada uno de los parámetros geométricos. Para este fin se usó el software

denominado Excel del paquete Microsoft Office, desarrollado por la Empresa

Microsoft Inc. Pues de la misma forma que sucede con el Paquete AutoCad, el

software es principalmente dominado por el medio constructor y ferroviario

actualmente, además de que representa una herramienta electrónica suficiente para la

manipulación y análisis de los datos. Así, quedó conformada una hoja de Cálculo que

una vez “alimentada” con los datos provenientes del levantamiento, arrojo los valores

correspondientes a los parámetros geométricos de la vía férrea, de acuerdo a su

definición, a las articulares directrices que son definidas por la normativa pertinente

vigente y a las particularidades del caso en estudio. Fue esta tabla la que sentó una

base para el desarrollo de una hoja de cálculo similar que permitirá evaluar todas las

45

curvas del sistema ferroviario, según sus propias condiciones, adaptándose de manera

dinámica, de acuerdo a la manipulación que acertadamente el “Usuario” haga de la

misma introduciendo los datos que definen las particulares condiciones de futuros

“casos de estudio”, es decir distintas curvas a ser evaluadas por el método propuesto.

El uso de esta tabla es efectivamente entonces, parte esencial del método propuesto.

Para cada Parámetro se desarrolló una hoja de cálculo que operacionaliza los

datos y extrae una sentencia en función de la programación de los cálculos necesarios

y los valores normativos.

Figura N°20 – Operacionalización de la Alineación.

Fuente – Propia

46

Figura N°21 – Operacionalización de la Nivelación.

Fuente – Propia

Figura N°22 – Operacionalización del Peralte.

Fuente – Propia

47

Figura N°23 – Operacionalización del Ancho de Vía.

Fuente – Propia

Análisis de la condición de la Curva Nº1, caso de estudio:

Una vez planteada la información, se comparó contra la normativa vigente y

se pudo concluir acerca del estado de la curva según cada uno de los parámetros, de

lo cual se arrojó el contenido del IV Capitulo de este Estudio, determinando el estado

actual de la curva, de acuerdo con la normativa vigente, dándole cumplimiento al

tercer objetivo específico de este trabajo de grado.

Diseño de la Propuesta:

En función de las observaciones hechas durante el proceso de Levantamiento

de los datos, Organización y plasmado, Procesamiento, Operacionalización y

Análisis, es decir, a lo largo de todo el procedimiento, se deberá desarrollar la

propuesta del método que sintetiza todo el procedimiento de la manera más sencilla y

eficiente, de tal forma que el método resulte de fácil aplicación y que las conclusiones

extraídas de su aplicación sean coherentes con la realidad del trazado donde se

aplique y cumpla con su objetivo principal que es el monitoreo de las condiciones de

seguridad en la vía, dejando a un lado las consideraciones académicas y teóricas de

48

este estudio y dejando solo lo esencial para la sintetización de la información

cuantitativa en una sentencia suficiente sobre las variables en estudio.

Los parámetros para el diseño del método fueron enfocados en las siguientes

condiciones:

Criterios de Diseño del Método de Evaluación

Sencillez de la aplicación del método:

La recolección de los datos debe ser de manera sencilla para que los

datos arrojados tengan una Operacionalización constante y que permita su aplicación

en cualquier caso, al mismo tiempo que se traducirá en el hecho de que la aplicación

del método no significara un importante uso de recursos técnicos, logísticos y

económicos que elevarían el costo de su aplicación, ya que es una de las principales

razones por la cual actualmente no se desarrollan este tipo de actividades. De igual

forma la recopilación y manipulación de datos debe ser amplia, de manera que pueda

procesar datos de cualquier curva del sistema. Este principio también garantiza bajos

costos vinculados al método y la posibilidad de obtener resultados en poco tiempo, lo

cual evita que sean dejados a un lado por los operadores del sistema y por el contrario

se puedan llevar a cabo cronogramas de monitoreo que mantengan actualizados sobre

la condición de servicio del sistema. Este parámetro de diseño también permite que

no sea necesario el uso de personal técnico especialmente entrenado para la

aplicación del método. Sin embargo esta sencillez debe permitir obtener datos con

suficiente precisión para satisfacer las solicitudes de acuerdo a las tolerancias.

Amplitud del método:

El método fue diseñado de manera que pueda ser aplicable a cualquier curva

del sistema, desde el levantamiento de los datos hasta el arrojo de los resultados.

49

Auditabilidad del método:

El método fue desarrollado en función de que cualquier persona que no esté

familiarizada con el desarrollo del mismo pueda verificar la fiabilidad de los

resultados arrojados por el método.

Economía de la aplicación del método:

El método fue ideado con el criterio esencial de que su aplicación no debe

estar asociada a costos técnicos, logísticos, económicos importantes, garantizando así

la posibilidad de que su constante aplicación se pueda convertir en un monitoreo y

que por su bajo costo y sus grandes bondades a la hora de brindarles a los

responsables de sostener en el tiempo los parámetros geométricos de la vía férrea en

función de su operación segura y eficiente, una herramienta que les permita

desarrollar planes adecuados de manteniendo que bajen los costos de manera

importante y justifiquen de manera evidente la consecución de la aplicación del

método de manera frecuente.

Desarrollo de las fórmulas para la evaluación de los parámetros

Para el cargado de los datos desde Excel hasta AutoCad:

=CONCATENAR(H2;I2;B2;J2;C2;J2;D2)

Dónde:

H2; point

I2; Espacio en Blanco ( _ )

B2; Coordenada Este

J2; Coma ( , )

C2; Coordenada Norte

J2; Coma ( , )

D2; Elevación

Generando el comando de la Siguiente manera:

50

point 1000001.35,999992.856,500.153

que generará en AutoCad un punto con las coordenadas señalas

Para la extracción de la información de las flechas desde AutoCad hasta

Excel:

=EXTRAE(B8;21;7)

Dónde:

B8; La celda donde se encuentra la información correspondiente a la

longitud de la flecha

21; el número de caracteres a partir del cual se encuentra la longitud.

7; la cantidad de caracteres que contiene la longitud

Para la alineación:

Cuerda:

=((B6-B7)^2+(C6-C7)^2)^(1/2)

Dónde:

B6; Coordenada Este del Punto

B7; Coordenada Este del Siguiente Punto

C6; Coordenada Norte del Punto

C7; Coordenada Norte del Siguiente Punto

Flecha normativa Para la Espiral de Transición de Entrada:

=((1000*D10^2/(8*E$2))/1000)*(J10-D$4)/H$2

Dónde:

D10; cuerda

E$2; Radio de la Curva (Ubicado en la Celda E2)

51

J10; Progresiva del Punto

D$4; Progresiva del TE (Ubicado en la Celda D4)

H$2; Longitud Espiral de Entrada (Ubicado en la Celda H2)

Flecha normativa Para la Curva Circular:

=(1000*D11^2/(8*E$2))/1000

Dónde:

D11; cuerda


Flecha normativa Para la Espiral de Transición de Salida:

=((1000*D43^2/(8*E$2))/1000)*(G$4-J43)/H$3

Dónde:

D10; cuerda



G$4; Progresiva del ET (Ubicado en la Celda G4)

H$3; Longitud Espiral de Salida (Ubicado en la Celda H3)

Δ Flecha:

=E6-F6

Dónde:

E6; Flecha Medida

F6; Flecha Normativa

52

Análisis Alineación:

=SI(ABS(G6)>(0.018); "La Flecha FALLA"; "La Flecha CUMPLE")

Dónde:

G6; Δ Flecha

Para la Nivelación:

Cuerda:

=((B6-B7)^2+(C6-C7)^2)^(1/2)

Dónde:

B6; Coordenada Este del Punto

B7; Coordenada Este del Siguiente Punto

C6; Coordenada Norte del Punto

C7; Coordenada Norte del Siguiente Punto

Δ Flecha:

=E6-F6

Dónde:

E6; Flecha Medida

F6; Flecha Normativa

Para el Peralte:

Peralte en la Espiral de Entrada:

=(B11-D$4)*D$5/120

Dónde:

53

B11; Progresiva del punto

D$4; Progresiva del TE (Ubicado en la Celda D4)

D$5; Peralte en la Curva Circular (Ubicado en la Celda D5)

Peralte en la Curva Circular:

=11.8*D$2^2/F$2

Dónde:

D$2; Velocidad de Proyecto (Ubicado en la Celda D2)

F$2; Radio de la Curva Circular (Ubicado en la Celda F2)

Peralte en la Espiral de Entrada:

=(G$4-B53)*D$5/120

Dónde:

B53; Progresiva del punto

D$5; Progresiva del ET (Ubicado en la Celda D5)

D$5; Peralte en la Curva Circular (Ubicado en la Celda D5)

Δ Peralte

=C7-D7

Dónde:

C7; Peralte (mm)

D7; Peralte Normativo (mm)

Análisis Peralte:

=SI(ABS(E7)>(7); "El Peralte FALLA"; "El Peralte CUMPLE")

54

Dónde:

E7; Δ Peralte

Para el Ancho de Vía:

Δ Ancho de Vía (mm):

=D3-C3

Dónde:

D3; Ancho de Vía (mm)

C3; Ancho de Vía Normativo (mm)

Análisis Ancho de vía:

=SI(O(E3>8;E3<-5);"El Ancho de Vía FALLA";"El Ancho de Vía

CUMPLE")

Dónde:

E3; Δ Ancho de Vía (mm)

Para la Determinación del Tramo:

Tramo:

=SI(D$4>=J7;"TRAMO RECTO

ENTRADA";SI(J7<=D$5;"TRAMO ESPIRAL DE

ENTRADA";SI(J7<G$5;"TRAMO

CIRCULAR";SI(J7<=G$4;"TRAMO ESPIRAL DE

SALIDA";SI(J7>=G$4;"TRAMO RECTO SALIDA")))))

Donde:


D$4; Progresiva del Punto TE

D$5; Progresiva del Punto EC

G$4; Progresiva del Punto CE

G$5; Progresiva del Punto ET

55

Recursos

1. Materiales

Estación Total

Equipo de medición de Sobreancho

Computador.

Software de CAD.

Software de cálculo sistemático o directo “Excel o similar”.

Software para procesamiento de texto, “Word y PDF”.

2. Institucional

La Universidad Centro Occidental “Lisandro Alvarado” (UCLA)

Laboratorio de Ingeniería Vial del Decanato de Ingeniería Civil

Instituto Ferroviario del Estado

3. Humanos

Tutor de Tesis: Ing. Isabel Romero Ávila

Profesora Carmen Ñañez adscrita al Laboratorio de Ingeniería Vial del

Decanato de Ingeniería Civil

Tesista: Br. David Alejandro Santeliz González

56

CAPITULO IV

ANALISIS Y RESULTADOS

Los resultados arrojados por el software deben ser analizados comparándolos

con los valores esperados, estos deben ser coherentes con las magnitudes pertinentes

a cada parámetro, valores “groseramente” alejados de los Valores esperados pueden

ser evidencia de que algún parámetro fue “alimentado” erróneamente o en Unidad

inadecuada.

Debido a que en el país no existe una norma ferroviaria homogénea,

claramente establecida ni seguida tanto a nivel de diseño, operación o mantenimiento

del sistema ferroviario, el Instituto Ferroviario del Estado, sigue para este trazado

como parámetro normativo el “Plan de Mantenimiento de la Vía Férrea”, redactado

por este mismo organismo, que para razón de los parámetros geométricos, es

considerada la “normativa vigente”.

Los resultados arrojados por el método son sentencias simples sobre el estado

de la geometría de la curva en cada punto medido para cada uno de los cuatro

parámetros geométricos de la vía, esto quiere decir que para cada progresiva indicara

si “Cumple” o “Falla” según los criterios normativos en cada uno de los análisis.

Realizar una tabla o grafica que describa la cantidad de puntos que no

satisfacen la normativa con respecto a la cantidad total de puntos medidos no tendría

relevancia alguna, ya que la normativa no contiene criterios acerca de la cuantía de

puntos que puedan o no satisfacer los parámetros y sus respectivas tolerancias, esto

quiere decir, que desde el momento que un punto no satisface el parámetro, toda la

curva no satisface la normativa.

Los resultados que arroja el método son correspondientes a los parámetros

establecidos por la normativa vigente y pueden ser “graduados” siempre por valores

más estrictos o conservadores.

Las tolerancias para cada parametro estan fijados en la normativa de acuerdo a

la velocidad de servicio del sistema, la que segun la siguiente tabla, establece que

pertenese a la Clasificacion “I”

57

Tabla N°3 - Clasificación según la velocidad de servicio.(Km/h)

Fuente: Plan de Mantenimiento de la Vía Férrea IFE, 1991

De acuerdo a la normativa vigente entonces procedemos a evaluar el estado de

la curva de la siguiente manera:

Alineación:

La diferencia maxima de flechas en rectas y curvas queda establecida en la

normativa según el rango de velocidad, para nuestro caso de estudio la tolerancia es

de 18mm, ya que es el criterio de este estudio diagnosticar los parametros

geometricos en funcion de la operación segura del sistema como queda plasmado en

la siguiente tabla:

Tabla N°4 - Diferencia Máxima de Flechas según la velocidad de servicio. (mm)

Fuente: Plan de Mantenimiento de la Vía Férrea IFE, 1991

58

En el tramo recto precedente a la curva donde se realizaron mediciones

aleatoriamente las 4 flechas medidas cumplieron con las tolerancias descritas en la

normativa.

En el tramo correspondiente a la Espiral de Entrada, para el único punto que

fue medido en este tramo, de acuerdo a la aleatoriedad propuesta por el método

planteado en este trabajo en este caso, la flecha resulto mayor a la tolerable según el

diseño.

En el tramo Circular Simple de la curva en estudio las primeras 13 de las 32

flechas medidas resultaron mayores a las tolerables de acuerdo a la normativa, en el

sentido de caminamiento de la curva. Esto puede estar relacionado a los esfuerzos

característicos de la operación y uso del sistema, ya que se puede apreciar una

agrupación de los puntos donde falla este parámetro.

Para la Espiral de Salida, 4 de los 5 puntos medidos no satisfacen la

normativa.

El hecho de que en ambos tramos espirales, la gran mayoría de puntos no

satisfagan la tolerancia de este parámetro también se puede interpretar como un

comportamiento sintomático de la falla del trazado, probablemente relacionado con

que estos tramos son los que sufren mayores esfuerzos ya que es en los mismos

donde se desarrolla el cambio progresivo de la dirección del material rodante,

sufriendo entonces grandes cargas producto de la fuerza centrífuga resultante de

dicho viraje.

En el tramo recto posterior a la salida de la curva donde se realizaron 14

mediciones solo una resulto satisfactoria según la normativa, lo cual resulta

preocupante ya que en este tramo no deberían existir flechas.

Todo esto que plasmado con detalle en la tabla arrojada por la hoja de cálculo

mostrada a continuación:

59

Tabla N°5 – Análisis de la Alineación de la Curva.

Fuente: Propia

60

Nivelación:

La diferencia maxima de flechas en la Nivelacion, es la misma que para el

Parametro de Alineacion, queda establecida en la normativa según el rango de

velocidad, para nuestro caso de estudio la tolerancia es de 18mm, ya que es el criterio

de este estudio diagnosticar los parametros geometricos en funcion de la operación

segura del sistema como queda plasmado en la siguiente tabla:

Tabla N°6 - Diferencia Máxima de Flechas según la velocidad de servicio. (mm).

Fuente: Plan de Mantenimiento de la Vía Férrea IFE, 1991.

Para el parámetro de nivelación, los puntos medidos aleatoriamente resultaron

estar ubicados en los tramos rectos, ninguno de los puntos resulto ubicado en la curva

circular simple que enlaza los tramos de pendiente positiva y pendiente negativa

respectivamente según el sentido de recorrido de la curva en el estudio y según la

nomenclatura del sistema. Por tal motivo la normativa establece que no deben existir

flechas, es decir que las flechas medidas no deberían ser mayores a la tolerancia.

De los 9 puntos medidos en el tramo de pendiente positiva, 5 flechas

satisfacen los criterios de la normativa.

De los 45 puntos medidos en el tramo de pendiente negativa, 19 flechas no

satisfacen los criterios de la normativa.

No se pudo observar ningún patrón en la distribución de los puntos que

resultaron insatisfactorios para la tolerancia.



61

Tabla N°7 – Análisis de la Nivelación de la Curva.

Fuente: Propia

62

Peralte:

La tolerancia maxima de desnivel relativo o peralte en rectas y curvas queda

establecida en la normativa según el rango de velocidad, para nuestro caso de estudio

la tolerancia es de 7mm, ya que es el criterio de este estudio diagnosticar los

parametros geometricos en funcion de la operación segura del sistema como queda

plasmado en la siguiente tabla:

Tabla N°8 - Tolerancia máxima en Peralte según la velocidad de servicio. (mm).


En el tramo recto precedente a la curva donde se realizaron mediciones

aleatoriamente de las 5 flechas medidas 3 cumplieron con las tolerancias descritas en

la normativa.

En el tramo correspondiente a la Espiral de Entrada, para los 5 puntos

medidos en este tramo, el peralte resulto variar por encima de la tolerancia en 4

puntos.

En el tramo Circular Simple de la curva los 36 puntos medidos fallan de

acuerdo a los parámetros de diseño y tolerancia de la normativa, sin embargo se

observa que la mayoría de los puntos presentan un valor constante, lo que permite

presumir que estos puntos fueron desarrollados constructivamente con un valor

inadecuado ya que no resulta lógico asumir que todos estos puntos fallaron hasta

llegar a valores tan similares. Estos puntos presentan un peralte con valores alrededor

de los 80mm mientras que según la normativa debería ser de 169.92mm.

Para la Espiral de Salida, los 5 puntos medidos no satisfacen la normativa.

63

Los 5 puntos medidos en la recta posterior a la curva satisfacen la tolerancia.



Tabla N°9 – Análisis del Peralte de la Curva.

Fuente: Propia

64

Ancho de Vía:

La tolerancia para el ancho de trocha queda establecida en la normativa según

el rango de velocidad, para nuestro caso de estudio la tolerancia es de 8mm por

esceso y 5mm por defecto, ya que es el criterio de este estudio diagnosticar los

parametros geometricos en funcion de la operación segura del sistema como queda

plasmado en la siguiente tabla:

Tabla N°10 - Tolerancia máxima para el Ancho de trocha según la

velocidad de servicio. (mm).


De acuerdo con la normativa, según el radio de la curva, no debe existir

sobreancho, es decir, que el ancho de la vía debe sostenerse constante a lo largo de la

curva con el mismo valor estándar de la vía en recta de 1435mm. En este sentido la

normativa reza:

“Trocha de la vía en curva.

En curvas, el ancho de la vía es variable para radios pequeños (inferiores a

350m), por necesidades de sobre anchos que faciliten la inscripción de las ruedas de

los vehículos; a tales efectos, para:

R ≥ 350m. la trocha será de 1455mm (+6,- 4)

Para tener en cuenta los desgastes de las caras interiores de los carriles en

las curvas con radios menores que 650m, se admiten variaciones de las tolerancias

del cartabón algo mayores que las establecidas para la vía recta, dadas por la

65

magnitud del desgaste real, pero nunca mayores que el desgaste máximo admisible

para ese tipo de carril; por tanto, la trocha en las curvas no excederá de:

Con radios de 650m. Hasta 350m……………………….1446mm

Con radios de 349m. Hasta 300m……………………….1456mm.

Esto también es aplicable a los tramos en curva de las líneas existentes que

no han sido reparadas, aun cuando no tengan los carriles un desgaste lateral

apreciable. En cualquier caso, la trocha no debe ser menor que 1427mm, ni mayor

que 1459mm.”

Todos los puntos medidos tanto en las espirales de entrada y salida como en la

curva circular e incluso en los tramos rectos, satisfacen la normativa y su tolerancia

según los parámetros de Seguridad, lo cual queda plasmado con detalle en la tabla

arrojada por la hoja de cálculo mostrada a continuación:

66

Tabla N°11 – Análisis del Ancho de Vía de la Curva.

Fuente: Propia

67

Resultados obtenidos Vs. Resultados esperados:

Estos resultados son coherentes con los esperados, ya que existen varios

factores en la operación este sistema ferroviario que no consistentes con los

necesarios para sostener en el tiempo los parámetros geométricos de la vía férrea en

curva, entre estos factores podemos mencionar.

Uso y abuso del sistema:

Los trazados geométricos no son diseñados para ser perennes, tienen una vida

útil, de acuerdo al uso que se ha proyectado para el mismo, al mismo tiempo que se

puede ver limitado por el exceso de uso o el uso inapropiado, es decir, con cargas

para las cuales no fue diseñado. El hecho de que el Instituto Ferroviario del Estado no

lleve no registro detallado del uso del sistema es clara manifestación de este hecho.

Falta de Mantenimiento:

Los trazados geométricos se sostienen en el tiempo gracias al mantenimiento

dirigido específicamente a conservar los parámetros geométricos, estas acciones

trabajan sobre el balasto, los durmientes, las soldaduras, las fijaciones y los rieles, no

realizar mantenimiento sobre cualquiera de estos elementos perjudicara el estado del

trazado. Es evidente que no se ha realizado el mantenimiento mínimo necesario en el

tramo.

Construcción e Instalación incorrecta de los elementos del sistema:

Los elementos de la superestructura deben cumplir con las características de

diseño no solo al momento de su instalación sino durante toda su vida útil para

satisfacer los requerimientos que exigirá la operación del sistema sobre el mismo, las

fijaciones son diseñadas para trabajar solo en la posición en las que son correctamente

instaladas, razón por la cual poseen una guía de dirección en la parte superior para

que evidenciar si se encuentran en una posición inadecuada, durante el levantamiento

de datos se observó una importante cantidad de estos elementos mal instalados a todo

lo largo del tramo en estudio e incluso se observó la falta de varias de las mismas.

68

Figura N°24 – Mala Instalación, Falla o Pérdida de distintas Sujeciones

Fuente: Propia

El balasto tambien se aprecio contaminado con material fino, lo cual se

evidencia con la observacion de maleza en el mismo, lo cual limita su capacidad de

dispersar las vibraciones producto del paso del material rodante sobre el mismo,

funcion para la cual es proyectado.

69

Figura N°25 – Contaminación del Balasto.

Fuente: Propia

70

CAPITULO V

COCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

Se Desarrolló un método de evaluación de los parámetros geométricos de la

curva tomando como caso de estudio la curva Nº1, comprendido por la propuesta

presentada en el Capítulo VI de este trabajo de grado.

Se Diagnosticó la condición actual de la curva según los parámetros de

diseño, resultando alterados los parámetros de acuerdo a los originales plantados en el

proyecto de la vía.

Se Analizaron los valores resultantes del diagnóstico de la curva, asociándolos

a las posibles causas de la alteración de los parámetros de diseño, como el Uso y

Abuso del sistema, la Falta de Mantenimiento del mismo y la Construcción e

Instalación incorrecta de los elementos del sistema.

Se Determinó la condición de la curva, resultando insatisfactoria la situación

de los parámetros geométricos de la vía según la normativa vigente, según los valores

de referencia para los parámetros de Alineación, Nivelación y Peralte, resultando solo

satisfactoria solo para el Parámetro de Ancho de Vía

Se Desarrolló la propuesta de un método de evaluación de los parámetros

geométricos de la curva de acuerdo a los criterios de diseño que se fijaron para la

misma, considerándose de Aplicación Sencilla, Amplia, Auditable y Económica.

71

Recomendaciones

Para la evaluación de cualquier sistema será esencial una profunda revisión

bibliográfica e investigación que se traduzca en un vehemente conocimiento del

mismo que facilitara la comprensión de relación que existe entre todos sus elementos.

Resulta imprescindible conocer a cabalidad las capacidades de los equipos

con los que se trabaja a la hora de levantar los datos en función de sostener una

precisión compatible con las tolerancias que necesitamos satisfacer.

El manejo de paquetes de software de dibujo asistido por computador como el

“AutoCAD”, permitirá plantear gráficamente los datos levantados permitiendo tener

una perspectiva física de lo que estamos midiendo en la realidad, al mismo tiempo

que nos permite realizar otras mediciones indirectas sobre la condición del caso en

estudio.

La Recopilación y Operacionalización de la información es mucho más fluida

y manejable contando con el manejo básico de programa de manejo de datos como el

“Microsoft Excel”, permitiendo además dinamizar la adaptación de las hojas de

cálculo a diferentes parámetros y criterios normativos o propios.

La planificación de actividades de levantamiento de datos deberá contar con

extendidos plazos previos para su planificación debido a la dificulta para concatenar

los recursos necesarios.

72

CAPITULO VI

LA PROPUESTA

Propuesta de un Método de Evaluación de los Parámetros Geométricos de las

Curvas Ferroviarias

La Siguiente propuesta representa un método descrito en forma de Algoritmo

como resultado de las observaciones y la comprensión del caso de estudio y la

aplicabilidad en todo el rango de Curvas del tramo

OBJETIVO GENERAL

Presentar una Propuesta de un Método de Evaluación automatizado y

asistido por software de los Parámetros Geométricos de las Curvas

Ferroviarias.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Diseñar un instrumento de aplicación eficaz, económica y sencilla.

Satisfacer los criterios de diseño del método, establecidos en el III

Capitulo de este Trabajo Especial de Grado

El Método queda planteado en las siguientes etapas:

Levantamiento de Datos

El Levantamiento de los Datos se Llevara a Cabo en dos Partes de acuerdo a

los Equipos utilizados para Cada Parámetros, así:

Alineación y Nivelación: se deben medir con el Uso de la Estación Total

sobre el Riel exterior de la Curva, desde la Ultima Progresiva Redonda del tramo

recto que antecede la Curva hasta la Primera Progresiva Redonda del Tramo Recto

73

que procede la Curva de tal forma que el levantamiento cubra toda la amplitud de la

Curva, se debe ubicar las Estaciones necesarias para medir la Curva a distancias que

permitan, según el equipo que se use, arrojar Datos con precisión Linear menores al

Milímetro. Se recomienda medir los puntos a distancias de progresiva Redonda cada

25 metros.

Peralte y Ancho de Vía: se deben medir con el uso de la “Regla”, desde la

Ultima Progresiva Redonda del tramo recto que antecede la Curva hasta la Primera

Progresiva Redonda del Tramo Recto que procede la Curva de tal forma que el

levantamiento cubra toda la amplitud de la Curva, es decir, en los mismos puntos

donde se medirá la Alineación y la Nivelación.

Procesamiento Asistido por Software

Los datos arrojados por la Estación debe ser alimentados en la hoja de Cálculo

de Excel denominada “Comando AutoCad” para que esta arroje el comando que debe

ser suministrado al software AutoCad para que este nos brinde una representación

Gráfica precisa de la información recogida sobre la condición de la curva, se sugiere

identificar sobre este grafica la ubicación de los puntos notables de la curva y acotar

las magnitudes pertinentes para que se facilite la interpretación de los datos, esto

significa identificar los siguientes puntos:

TE: Punto Tangente - Espiral.

EC: Punto Espiral - Curva Circular

CC: Centro de la Curva

CE: Curva Circular - Punto Espiral

ET: Espiral - Punto Tangente.

También se debe acotar las siguientes distancias:

Longitud de Espiral de Entrada:

Longitud Circular:

Longitud de Espiral de Salida:

74

Adaptación de los Lineamientos

Cada hoja de Cálculo debe ser “alimentada” con los parámetros de Diseño de

la Curva, de Manera que la Hoja de Cálculo desarrolle los Cálculos según las

características de la curva evaluada.

En el caso del análisis de la Alineación, se deben introducir los datos de Radio

de Curvatura, Longitud de Espiral de Entrada y Longitud de Espiral de Salida.

Para el Análisis del Peralte se debe cargar en la hoja de cálculo; la Velocidad

Máxima o Potencial, el Radio de Curvatura, Longitud de Espiral de Entrada y

Longitud de Espiral de Salida.

En la Hoja Denominada “Alineación” se debe “correr” la formula

Correspondiente según se trate del segmento de Recta, Longitud de Espiral de

Entrada, Longitud Circular o Longitud de Espiral de Salida para cada progresiva.

En la Hoja Denominada “Nivelación” se debe “correr” la formula

Correspondiente según se trate del segmento de curva según existan distintas

Pendientes longitudinales o curvas Verticales.

En la Hoja Denominada “Peralte” se debe “correr” la formula

Correspondiente según se trate del segmento de Recta, Longitud de Espiral de

Entrada, Longitud Circular o Longitud de Espiral de Salida para cada progresiva.

Paso a Paso:

1. Cargar los Puntos Levantados con la Estación:

a. Copiar las coordenadas desde el archivo”.txt” y Pegarlos en la

hoja de Excel.

b. Eliminar las filas excedentes

2. Plasmar la Curva en el Software AutoCad.

a. Copiar el Comando arrojado por la hoja de cálculo en la hoja

denominada “Comando AutoCad” y Pegarlo en la Línea de

Comando del Software AutoCad.

b. Dibujar la Curva que une todos los puntos medidos. Se sugiere

que esta curva pertenezca a una capa llamada “Curvatura”.

c. Identificar y Acotar los puntos:

i. TE: Punto Tangente - Espiral.

ii. EC: Punto Espiral - Curva Circular

75

iii. CC: Centro de la Curva

iv. CE: Curva Circular - Punto Espiral

v. ET: Espiral - Punto Tangente.

d. Identificar y Acotar las Distancias:

i. Longitud de Espiral de Entrada.

ii. Longitud Circular.

iii. Longitud de Espiral de Salida.

e. Dibujar las Cuerdas entre cada uno de los puntos medidos. Se

sugiere que estas líneas pertenezcan a una capa llamada

“Cuerdas”

f. Dibujar las flechas entre el punto medio de las cuerdas y el

punto de la curva perpendicular al mismo, para esto es

particularmente útil configurar el AutoCad para que solo señale

los “Puntos medios” y los “Puntos Perpendiculares”. Se sugiere

que estas líneas pertenezca a una capa llamada “flechas”

3. Análisis de la Alineación de la Curva:

a. Alimentación de los parámetros:

i. Radio de Curvatura, en metros

ii. Longitud de Espiral de Entrada en metros

iii. Longitud de Espiral de Salida en metros.

iv. Progresiva del Punto TE

v. Progresiva del Punto CE

b. Alimentación de las flechas medidas en AutoCad a la hoja de

cálculo de Excel.

i. Seleccionar todas las fechas dibujadas en Autocad y

utilizar el comando “list” el cual arroja toda la

información de estos elementos. Se sugiere apagar

todas las capas menos la llamada “Flechas”

ii. Toda la información arrojada por el comando “list”

debe ser copiada y pegada en la hoja denominada “Info

Flechas Autocad”

c. Corrección de las fórmulas para el cálculo de las flechas

normativas:

i. Se debe Copiar y Pegar las Formulas correspondientes a

Cada tramo de la Curva según Corresponda, para las

76

Longitudes de espiral de Entrada y Salida y para la

Curvatura Circular.

d. En este momento la hoja señala las sentencias para cada punto,

pues ya ha sido alimentada con la información necesaria.

4. Análisis de la Nivelación de la Curva:

a. En este momento la hoja señala las sentencias para cada punto,


5. Análisis del Peralte de la Curva:

a. Alimentación de los parámetros:

i. Velocidad Máxima o Potencial, en Kilómetros por

Hora.

ii. Radio de Curvatura, en metros

iii. Longitud de Espiral de Entrada en metros

iv. Longitud de Espiral de Salida.

b. Corrección de las fórmulas para el cálculo de las fechas

normativas:

i. Se debe Copiar y Pegar las Formulas correspondientes a

Cada tramo de la Curva según Corresponda, para las

Longitudes de espiral de Entrada y Salida y para la

Curvatura Circular.

c. En este momento la hoja señala las sentencias para cada punto,


6. Análisis del Ancho de Vía de la Curva:

a. En este momento la hoja señala las sentencias para cada punto,


77

CONCLUSION

La presente propuesta satisface los criterios de aplicabilidad con los que fue

diseñado, ya que su implementación debería resultar sencilla, amplia, auditable y

económica, resultando en una práctica factible a nivel técnico en función de los

recursos humanos y a nivel económica factible en función de los recursos monetarios

y logísticos, de manera que su aplicación continua represente un monitoreo constante

de la condición real de las curvas ferroviarias

78

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Documentos IFE

Instituto Autónomo de Ferrocarriles de Estado. (1991). Manual ferroviario.

Instituto Autónomo de Ferrocarriles de Estado. (1996). Normas Para El

Trazado De Vías Férreas.

Instituto Autónomo de Ferrocarriles de Estado. (1997). Plan de

Mantenimiento de la vía férrea.

Documentos, Normas y Especificaciones.

Normas RENFE de Vías, (2001). Red Nacional de Ferrocarriles Españoles.

Normas UIC. Unión Internacional de Ferrocarriles.

YANKUANG GROUP, (2004). Proyecto Básico de Rehabilitación.

Referencias de Fuentes Impresas.

De la Cruz, J. Guías Teóricas de Ingeniería Vial I. Decanato de Ingeniería

Civil UCLA.

Reverón Larre, A. Vocabulario técnico Ferroviario Vías y Obras.

FERROCAR

Diez E. Nociones básicas sobre el Ferrocarril. FERROCAR

79

Referencias de fuentes Informáticas.

http://epp.eurostat.ec.europa.eu/statistics_explained/index.php/Transport_acci

dent_statistics

Administración Europea de Ferrocarriles

http://safetydata.fra.dot.gov/OfficeofSafety/default.aspx

Administración Federal de Ferrocarriles, EEUU

http://www.mcaleerlaw.com/CM/TrainMARTAAccidents/Train-Accident-

Statistics.asp

Comisión “Mc Aleer” de la Asamblea de EEUU para la

investigación sobre la accidentabilidad ferroviaria.

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http://www.mcaleerlaw.com/CM/TrainMARTAAccidents/Train-Accident-Statistics.asp

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