Conceptos Fundamentales en Ingeniería Ferroviaria y Tráfico

Este documento recopila definiciones y principios clave relacionados con la infraestructura ferroviaria, la dinámica del tráfico y la operación de sistemas de transporte.

Velocidades Características en Carreteras

Velocidad Específica de una Curva Circular (Ve)

Velocidad que puede mantener un vehículo a lo largo de una curva circular considerada aisladamente, en condiciones de comodidad y seguridad, cuando el pavimento se encuentra húmedo y los neumáticos en buen estado, y las condiciones meteorológicas, del tráfico y legales no imponen limitaciones a dicha velocidad.

Velocidad de Proyecto de un Tramo (Vp)

Velocidad para la que se definen las características geométricas del trazado de un tramo de carretera en condiciones de comodidad y seguridad.

V85 (Velocidad Operativa Característica)

Velocidad operativa característica de un elemento, representada por el percentil ochenta y cinco (85) de la distribución de velocidades libres temporales de vehículos ligeros observadas en servicio. En fase de proyecto, deberá ser estimada.

Procedimientos de Aforo de Tráfico

Los aforos son métodos para medir la intensidad del tráfico. Se clasifican en:

• Aforos manuales
• Aforos automáticos
• Aforos móviles
• Aforos fotográficos
• Big Data

Tipos de Aforos por Duración y Objetivo

Aforo Permanente

Aforo continuo realizado con contador automático.

• Datos obtenidos:
  • Intensidad horaria (IH) de todas las horas del año.
  • Variaciones del tráfico (estacionales, semanales y diarias).
  • Tendencias a largo plazo.
  • Los datos obtenidos sirven para deducir las características del tráfico en otras secciones que dispongan de estaciones con menos datos.

Aforo Semipermanente

Se realiza durante 1 semana todos los meses del año (total 84 días).

Aforo de Control

Su objetivo es conocer las variaciones estacionales, semanales y diarias. Sus leyes se aplican a otras estaciones afines.

• Primaria:
  • Obtiene variaciones estacionales, semanales y diarias.
  • Afora un periodo continuo de:
    • 1 semana (recomendable) cada 1 o 2 meses.
    • 4 días (2 días laborables + sábado + domingo) (habitual) cada 1 o 2 meses.
• Secundaria:
  • Obtiene variaciones estacionales, semanales y diarias de forma menos completa.
  • Afora un periodo continuo de:
    • 2 días laborables (recomendable) cada 1 o 2 meses.
    • 1 día laborable (recomendable) cada 1 o 2 meses.
  • Necesita una estación primaria afín, ya que solo obtiene variaciones estacionales.

Obtención de la Intensidad Media Diaria (IMD)

Aforo de Cobertura

Su objeto es estimar la IMD. Afora un periodo continuo de:

• 1 o 2 días al año (primavera y otoño, similar a la media anual) (recomendable).
• 16 horas (1 día de 6h a 22h) al año.

Cálculo de la IMD

No es posible obtener directamente la IMD. Es necesario conocer la relación entre la intensidad del día del aforo y la intensidad media diaria anual.

• Esta relación se puede obtener de una estación de control primaria afín.
• Afinidad: Similar en cuanto a las fluctuaciones de la intensidad de tráfico. A cada estación de control corresponde un grupo de estaciones de cobertura afines.

Componentes de la Vía Férrea

La Traviesa

Las funciones de la traviesa son mantener el ancho y la estabilidad de la vía. Reparte las cargas y mantiene el aislamiento eléctrico entre los hilos.

Pueden ser:

• Metálicas: (no se usan en España)
• Madera:
  • Normales: 2.5 m
  • Cachas (para desvíos): 3.5-4 m
• Hormigón:
  • Monobloque
  • Bibloque

También existen las polivalentes bibloque que permiten emplear distintos tipos de ancho, uno u otro.

Las Juntas de Carril

La función de las juntas es la unión de carriles. Las juntas permiten la dilatación e impiden los movimientos relativos (laterales, longitudinales y verticales).

Partes:

• Bridas: Unen los carriles.
• Tornillos: Unen una brida con otra.
• Conexiones: Hilos de cobre soldados a la cabeza de carril en la parte externa.

Tipos:

• Normales: Al aire o apoyadas.
• Aislantes: Para cerrar el circuito al final del carril. Encoladas o de madera.

Fijaciones y Uniones en la Vía

Tipos de fijaciones en una sujeción:

• Tirafondos y tornillos
• Grapas y abrazaderas

Tipos de uniones:

• Uniones rígidas
• Uniones elásticas

En una traviesa RS se utilizan uniones elásticas directas.

Carril Largo Soldado (CLS)

Barra que ha sido formada a partir de la soldadura de barras elementales o de taller de la mayor longitud posible. Se emplean para las vías sin juntas ya que:

• Aumenta el confort.
• Aumenta la seguridad (no se rompen las bridas).
• Disminuye el mantenimiento.
• La dilatación está controlada.
• Se usa en líneas actuales.

Especificaciones de Vía Estándar (Ejemplo)

Configuración típica para vías de tráfico elevado:

• Carril: UIC 60 (para tráfico elevado).
• Ancho de vía: UIC – 1435 mm.
• Traviesas: Monobloque de hormigón, diseñadas para soportar grandes cargas.
• Plataforma: P1 con CBR >20.
• Carriles: En BLS (Barra Larga Soldada).
• Vía: Doble.
• Balasto: 0.35 m de espesor.
• Subbalasto: 0.3 m de espesor.
• Capa de forma: 0.809 m de espesor.

Material Rodante y Dinámica Ferroviaria

Tipos de Vagones de Carga

Clasificación de vagones según su estructura y uso:

• Cerrados: Frigoríficos, Paredes deslizantes, Cisternas.
• Bordes: Tolvas, Toldos, Basculantes.
• Plataformas: Grandes cargas, Rebajados, Góndola, Desmontables, Automóviles, Contenedores.

Características del Transporte Ferroviario

Ventajas:

• Permite mover un elevado número de toneladas por eje, es decir, grandes cargas unitarias.
• Débil resistencia al avance.
• Bajo desgaste en carriles y ruedas.

Inconvenientes:

• Rodadura muy dura, lo que implica grandes aceleraciones.
• Débil adherencia.
• Vehículos muy pesados.

Movimiento de Culebreo (Hunting Oscillation)

Es un movimiento sinusoidal que se genera cuando la vía no es perfecta o existen obstáculos en el trayecto. Se producen aceleraciones transversales que se transmiten al pasajero. Las causas son que las llantas son cónicas y están unidas mediante un eje. La forma cónica de las llantas hace que, cuando existe este problema, el radio de apoyo de una rueda y otra sea distinto y, por tanto, el espacio que recorren también será distinto. En los trenes Talgo no sucede eso porque sus ruedas giran independientemente una respecto a la otra.

Tren Basculante

Es un tren con el sistema de ejes-bogies convencional, pero que soluciona los problemas de este con un sistema hidráulico en los bogies que inclina la caja y el bastidor del vehículo en el sentido de la curva (S=-). Otra diferencia es que el automotor tiene ejes motrices por toda la rama, mientras que el Talgo los tiene en las cabezas motoras.

Rigidez de la Vía (Coeficiente k)

Es la relación entre la carga puntual ejercida por las ruedas del tren y el asiento producido. k = Q/z. El valor recomendable es en torno a 7.5-7.8 t/mm, que se corresponde con la suma del coste de mantenimiento de la vía y los costes de energía disipada.

Juego de Vía

Es la distancia que hay entre la cara activa del carril (a 14 mm de la superficie de rodadura) y la cara interior de la pestaña (medida a 10 mm de la superficie de rodadura). Es decir, se trata de la holgura que hay entre el carril y la rueda. Por tanto, el juego de vía permite circular a diferentes trenes con ancho muy similar sin necesidad de cambiar de ancho.

Tracción Distribuida

Consiste en que no solo traccionen los ejes de la locomotora, sino disponer ejes motrices a lo largo de toda la composición. Esto busca principalmente aumentar el número de ejes motrices de los trenes para tener la adherencia suficiente como para desarrollar las elevadas velocidades de la alta velocidad, dado que la adherencia depende del peso por eje.

Sistemas y Operaciones Ferroviarias

ERTMS (European Rail Traffic Management System)

Es el sistema europeo de gestión de tráfico ferroviario, que tiene como objetivo garantizar la interoperabilidad de las redes ferroviarias, haciendo que todas las líneas europeas formen una única red.

Ventajas del Transporte Ferroviario Urbano/Regional

Estas ventajas suelen aplicarse a sistemas como el tren ligero o cercanías:

• Tienen una gran capacidad.
• Menor coste de infraestructura que el metro.
• Menor plazo de ejecución.
• Gran accesibilidad.
• Mayor implicación en políticas de restricción del vehículo privado.

Bateo de Balasto

Nivelación y compactación del balasto mediante una bateadora que introduce unos bates vibrantes en la capa de balasto y la compacta bajo las traviesas para dotarlas de un asiento estable y una posición exacta.

Parámetros de Geometría de Vía

• Ancho de vía: Distancia entre caras activas (internas) de los carriles, medida a 14 mm de la zona de rodadura.
• Alabeo: Parámetro que representa la distancia existente entre un punto de la vía (P) y el plano formado por otros tres puntos (ABC).
• Alineación: Parámetro que, para cada hilo de carril, representa la distancia en planta respecto de la alineación teórica.
• Nivelación longitudinal: Parámetro que define las variaciones de cota de la superficie de rodadura de cada hilo de carril, respecto a un plano de comparación.
• Nivelación transversal: Parámetro que establece la diferencia de cota existente entre las superficies de rodadura de los hilos de carril en una sección normal al eje de la vía.

Sistema Ferroviario

Conjunto de elementos organizados que interactúan entre sí para lograr un objetivo común: Mover trenes para transportar el mayor número posible de pasajeros y mercancías.