VĂas sin balasto en tramos de alta velocidad Una garantĂa de seguridad y confort
Prólogo En todo el mundo cada vez adquieren más importancia los trenes de alta velocidad como medio de conexión rápida entre áreas con alta densidad de población y como alternativa para el transporte aéreo, que suele estar sobrecargado y es menos sostenible. Teniendo en cuenta el crecimiento del tráfico, las críticas a los costes de ciclos de vida y el aumento significativo de los requisitos impuestos a la disponibilidad de las vías férreas, crece la demanda de sistemas que, con un ciclo de vida largo y menores costes de mantenimiento y reparación, garanticen seguridad y confort para los pasajeros.
La alta velocidad y el balasto Debido al aumento de la velocidad de marcha o del peso por eje se modifican los requerimientos de la ruta. La carga transportada origina fuerzas inerciales y aumenta considerablemente la frecuencia de las fallas ocasionadas por el proceso de balanceo. Mecanismos de deformación alterados con estimulación dinámica pueden causar grandes cambios en el grano de la pila de balasto, lo que limita significativamente la funcionalidad de la vía con balasto y origina asientos irregulares y desplazamientos de vías en la cama del balasto. Asimismo, a alta velocidad las partículas del balasto son succionadas por los trenes (vuelo de balasto) y pueden dañarlos. Incluso cuando se seleccionan tipos de piedras más duras para el balasto de tramos de alta velocidad, los costes de mantenimiento son muy elevados. Generalmente, en un tramo en el que los trenes alcanzan velocidades de entre 250 y 300 km/h se duplican los costes de mantenimiento respecto de los de tramos en los que las velocidades son de entre 160 y 200 km/h. En dichos tramos es necesario cambiar el balasto después de unas 300 millones de toneladas de carga (toneladas de carga = suma del peso por eje), en lugar de después de más de mil millones de toneladas de carga, como se hacía anteriormente. La cama del balasto también es más sensible a las grandes impurezas que pueden aparecer en el transporte a granel de minerales y carbón.
Visualización de vías sin balasto como pieza prefabricada (Tipo Bögl FFB) en el túnel Katzenberg
visualización: bit-better visualisierungen / SSF Ingenieure AG
Las vías sin balasto (VSB) empleadas en el tráfico de alta velocidad ofrecen gran cantidad de ventajas frente a las vías tradicionales con balasto debido a sus menores costes de mantenimiento, ciclos de vida más largos, mejor precisión de rieles y la estabilidad de la marcha asociada.
Vías sin balasto sobre estructura de tierra en zona de desmonte Tipo Bögl FFB sobre la nueva línea férrea Núremberg – Ingolstadt Eje de vía (dirección B)
Mástil de catenaria de hormigón
Eje de vía (dirección A)
Eje del tren
Distancia de rieles 4,50
5,10
Mástil de catenaria de hormigón
5,075 4,77 en eje de drenaje profundo
4,77 en eje de drenaje profundo 4,40
4,40
40,0 mástil de catenaria
40,0 mástil de catenaria
3,80
3,80
3,70 en borde guía del mástil de catenaria
3,70 en borde guía del mástil de catenaria
3,25
3,25
2,80
2,80 1,625
1,625 Formation width 12,10
Sistema de vías sin balasto de superestructura Bögl
Canalón de cables tamaño II
Sistema de vías sin balasto de superestructura Bögl
Superficie de bordes y capa de base ligada en forma hidráulica: emulsión bituminosa (U70K)
Cobertura central según requisitos (asfalto, hormigón y balasto)
Relleno lateral (balasto 32/56)
Mezcla de agregados minerales (grava, arena, resistente a helada)
Canalón de cables tamaño II
Riel UIC60 Fijación de riel Ioarv 300
Mezcla de agregados minerales (grava, arena, resistente a helada)
Bloque prefabricado
TE MZR DN 250 conf. a cálculos hidráulicos
Capa anticongelante
Capa anticongelante
Formación de suelo
Tolerancia
Tubo PE-HD multipropósito de material filtrante (drenaje balasto 8/16), revestimiento de filtro de geotextil
Formación de suelo Soil formation PFA 21 Soil formation PFA 31/32 Tolerancia
Siendo un sistema de transporte continuo, ampliamente resistente a flexiones y tracciones, con condiciones de almacenamiento claramente definidas y condiciones de rigidez homogéneas, la vía sin balasto no presenta desventajas de este tipo y, por ello, es muy adecuada para su uso en tramos de alta velocidad y bajo condiciones de aplicación especiales en el transporte de cargas pesadas. Comparación entre vías con y sin balasto Las vías con balasto se caracterizan por su bajo coste de producción. Asimismo, el mantenimiento de la vía se puede automatizar en gran medida, efectuándose en intervalos nocturnos. La posición de la línea férrea puede ser regulada fácilmente. La desventaja es que el paso de los trenes modifica dicha posición, la cual
debe ser rectificada periódicamente. Este proceso de rectificación causa una elevación de las vías, por lo que deben ser tendidas desde el inicio con mayor profundidad que las vías sin balasto. En este contexto se habla de una “reserva para compensar la elevación”. Los trabajos mecanizados con máquinas pesadas de mantenimiento también causan un impacto ambiental considerable debido a emisiones de ruidos y polvo. Las vías sin balasto, en las que el balasto de alto mantenimiento se remplaza por una estructura sólida, garantizan una posición adecuada duradera y el cumplimiento de los criterios de confort más elevados, con gastos de mantenimiento reducidos. Comparada con las vías con balastro, la estructura sólida soporta mayores fuerzas de aceleración lateral. El trazado puede ser más estrecho y aumenta la velocidad en las curvas. Por otro lado, los tipos de construcción estándar de las vías sin balasto poseen una altura de base menor que los de las vías con balasto, lo cual es especialmente importante para reducir al mínimo las secciones transver-
sales de los túneles o para los gálibos en túneles ya existentes. La desventaja es que la renovación de las vías sin balasto no puede ser ejecutada en intervalos nocturnos y que este tipo de construcción, en general, es muy sensible a diferencias de altura en el sustrato, teniendo en cuenta las limitadas opciones de compensación de los puntos de apoyo de las vías. La inversión inicial es considerablemente más elevada que cuando no se utiliza balasto.
gráfico: SSF Ingenieure AG
La penetración permanente de partículas finas hace que los componentes del balasto “floten”, fenómeno que debe ser combatido mediante un mayor gasto en limpieza y apisonado del balasto.
TE MZR DN 250 conf. a cálculos hidráulicos
Funcionalidad Resulta útil explicar la funcionalidad de las vías sin balasto comparándolas con el sistema con balasto. En este último, las dispersiones de los esfuerzos verticales y horizontales, y la consecuente deformación de la línea férrea ocasionada por la creciente velocidad dependen de la calidad de la posición de la línea, la cual es irregular a lo largo del eje de las vías debido a las diferentes elasticidades de soporte del balasto y del sustrato. En las vías sin balasto se forma un sistema de soporte de múltiples capas, ampli-
Tubería colectiva DN 500 y encastre de tuberías de hormigón
amente resistente a la tracción y flexión, con diferentes placas de soporte y sustratos libres definidos. La elasticidad necesaria en la línea para distribuir las cargas del tráfico y amortizar los efectos dinámicos se logra, a diferencia de en los sistemas con balasto, casi exclusivamente a través de capas intermedias elásticas del sistema de fijación de rieles o de sistemas de soporte de durmientes sobre apoyos elásticos. De esta manera, las vías sin balasto ofrecen una gran homogeneidad en la rigidez vertical, con valores definibles con precisión y de escasa variación, lo cual es sumamente importante para la interacción entre el vehículo y la vía en el marco del tráfico de alta velocidad. Subestructura de las vías sin balasto Las vías sin balasto precisan de un sustrato que sea prácticamente resistente a alteraciones o asientos. En general, este sustrato se debe preparar aplicando material de terraplén adecuado, apto para los requisitos del caso y de calidad hasta una profundidad
de por lo menos 2,5 m bajo la placa de soporte. En caso de que el suelo sea blando o pastoso y de baja capacidad de soporte, se deben tomar medidas especiales para mejorar el sustrato a fin de asegurar la estabilidad y aptitud de utilización y/o la estabilización duradera de asientos del suelo. Actualmente, en las vías sin balasto sobre estructuras colocadas sobre el suelo se asegura un soporte uniforme y de baja deformación a largo plazo para la superestructura mediante un sistema de múltiples capas adecuadamente dimensionado y formado por una base de soporte ligada en forma hidráulica o, alternativamente, una capa de asfalto, con una capa subyacente de protección anticongelante, y el sustrato inferior (plano del suelo) con propiedades comprobadas. La base de soporte ligada en forma hidráulica o la capa de asfalto protegen el sistema de múltiples capas que sostiene las vías sin balasto al distribuir las fuerzas so-
bre una gran superficie antes de que tengan efecto los esfuerzos dinámicos. En terraplenes, el sustrato libre subyacente a la capa anticongelante consiste de relleno con comprobación especial y en las zanjas el sustrato también debe presentar propiedades comprobadas, siendo que puede ser necesario sustituir el suelo.
Contrafuerte de un viaducto con transición a estructura sobre suelo
Excavación parcial para obra de contrafuerte
Vías sin balasto sobre puentes Por razones estructurales y de mantenimiento es conveniente mantener el mismo tipo de vía sin balasto en el trayecto de vía libre y sobre puentes. Además de la disipación de fuerzas longitudinales, la transición entre el puente y la vía libre, y también entre trayectos separados del puente, es decisiva para el uso de vías sin balasto sobre puentes.
Ev2 ≥ 120 MN/m2 Pozo de construcción para contrafuerte y obra de armadura
Hormigón delgado C8/11 subyacente a ala de contrafuerte construido junto con relleno Ev2 ≥ 45 MN/m2
El factor decisivo en la aplicación de vías sin balasto sobre puentes es la longitud del puente. Por ello se diferencia entre vías
Extracción de suelo superficial aprox. 0,50 m, terraplenado del terreno longitud aprox. 5 m, compensación de altura 1 a 1,5 m
Ev2 ≥ 45 MN/m2
Formación de suelo anterior
Requerimientos de relleno y terraplén Tamaño de grano aceptable
Clasificación de suelos conf. DIN 18196
Compactación
Capacidad portante
Requisitos especiales
KG 2 conf. a DBS 918 062 (normas ferroviarias alemanas)
GW
Dpr ≥ 1,0
Ev2 ≥ 120 MN/m2 en borde superior formación de tierra
kf ≥ 1 x 10-5 m/s
1.I
superestructura: capa anticongelante
1.II
Subestructura Espesor máx. ≤ 20 mm capa de + relleno desp. de tratamiento de de contrafuerte material inicial
GU, GT, SU, ST
Dpr ≥ 1,0
Ev2 ≥ 60 MN/m2 en borde superior formación de tierra
Mezcla aglomerante: aglomerantes ≥ 5 peso% *) capa superior anticongelante espesor ≥ 0,3 m, qu,M ≥ 0,8 MN/m2 qu,M ≥ 1,0 MN/m2
1.III
subestructura: relleno
GU*, GT*, ST*, SU*, UL, UM, TL (TM, TA) uso conf. a UIG
Dpr ≥ 1,0 y nA ≤ 0,12
Ev2 ≥ 60 MN/m2 en borde superior formación de tierra
Mezcla de aglomerante: aglomerantes ≥ 5 peso% *) capa superior anticongelante espesor ≥ 0,3 m, qu,M ≥ 0,8 MN/m2 qu,M ≥ 1,0 MN/m2
1.IV
1.V
subestructura: relleno
espesor máx. ≤ 20 mm desp. de tratamiento de material inicial
espesor máx. ≤ 20 mm desp. de tratamiento de material inicial
Relleno subyacen- espesor máx. ≤ 20 mm te al contrafuerte desp. de tratamiento de material inicial
GU*, GT*, ST*, SU*, UL, UM, TL (TM, TA) uso conf. a UIG
GU*, GT*, ST*, SU*, UL, UM, TL (TM, TA) uso conf. a UIG
Dpr ≥ 1,0 y nA ≤ 0,12
Dpr ≥ 1,0 y nA ≤ 0,12
Ev2 ≥ 60 MN/m2 en borde superior formación de tierra
Ev2 ≥ 60 MN/m2 en borde superior formación de tierra
Vías sin balasto sobre estructura de tierra, en zona de terraplén
1:20 1:40
Mezcla aglomerante: Aglomerantes ≥ 6 peso % *) capa superior anticongelante espesor ≥ 0,3 m, qu,M ≥ 1,6 MN/m2 qu,M ≥ 2,0 MN/m2 Mezcla aglomerante: Aglomerantes ≥ 5 peso % *) capa superior anticongelante espesor ≥ 0,3 m, qu,M ≥ 0,3 MN/m2 qu,M ≥ 1,0 MN/m2
7,12
7,12
6,15
6,15
1:20 1:40
Ev2=120 MN/m2 Cobertura de terraplén
Ev2=60 MN/m2
1:20
1:20
Apuntalamiento de terraplén conf. a directriz alemana Ril 836
,8 1:1
gráficos: SSF Ingenieure AG
Zona
Ev2=45 MN/m2
Borde superior del terreno existente
Extracción de suelo superficial aprox. 0,50 m, terraplenado del terreno
1:1
,8
Ev2 ≥ 60 MN/m2
Nueva línea ferroviaria Núremberg-Ingolstadt – Estación regional/de adelantamiento Allersberg Vías principales: sistema sin balasto Bögl; estación/puesto de adelantamiento: vías con balasto
Detalles de transición entre puente y vía abierta. Viaducto Füllbach
Vías sin balasto Vías sin balasto
Estribo ∅14
Bloque de base (11 a 14 cm)
3 anclas compuestas Bloque de base Sellado 1,0 cm
Contrafuerte Transición tipo 30 conf. a dibujos de directriz de DB M-ÜF 1931
Sellado
Relleno HGT
Bloque de base
gráficos: SSF Ingenieure AG
créditos de las fotos: Photographie Wolfgang Seitz
Superestructura
Bloque de fibra blanda bituminosa Contrafuerte
Cuña de tierra estabilizada con cemento Piedras de filtro
sin balasto sobre puentes cortos y sobre puentes largos. Se consideran puentes cortos los que poseen una extensión de hasta 25 metros. Esta limitación de la extensión permite que las fuerzas horizontales de los frenos y/o el arranque se disipen por la vía soldada en continuo en dirección longitudinal (dirección x) sin superar la tensión de carril permitida de 92 N/mm2, siendo que para ello dicha vía debe extenderse 40 metros más allá del extremo del puente. Las vías sin balasto sobre puentes cortos se apoyan básicamente en sentido longitudinal sobre un plano deslizante que permite su movilidad. La dispersión de las fuerzas laterales horizontales (dirección y) se obtiene por medio de rodamientos de guía (guía lateral con rodamientos de elastómeros). Se consideran puentes largos los que poseen una extensión de más de 25 metros. Las placas de la superestructura de las vías deben estar fijadas a la superestructura del puente a fin de que la mayor parte de las fuerzas longitudinales de los frenos y/o el arranque se disipe en la superestructura y, desde allí, en los rodamientos del puente. De esta manera se garantiza que la porción de las fuerzas longitudinales que permanece en las vías no supere las tensiones de carril permitidas (sistema combinado de puente y vía). Básicamente, la placa de la superestructura de la vía está unida firmemente a la superestructura del puente, es decir, apoyada en forma elástica y no desplazable en dirección longitudinal o transversal. La disipación de las fuerzas laterales horizontales se obtiene por medio de una unión por presión entre la superestructura de la vía y el puente, a través de una placa convexa en la que la superestructura de la vía encaja mediante levas (también llamadas “tapones”). Almohadillas elastoméricas simples se colocan en las superficies verticales de la placa convexa para disipar las fuerzas de dirección “y” y “x”. Junto con las delgadas capas de elastómero de las superficies horizontales de separación, esto garantiza la compensación de los pequeños desniveles, torsiones e inclinaciones. A fin de garantizar un mantenimiento óptimo de las vías sin balasto sobre puentes, las placas de la superestructura se dividen en placas cortas de unos 4,50 a 5,50 m de longitud. Tipos de estructuras En la construcción de las vías sin balasto se distinguen tres formas básicas: - Estructuras monolíticas Durmientes o bloques de soporte (p. ej. sistema Rheda, Züblin) empotrados en una placa de hormigón vaciado en el lugar, apoyada sobre una base de soporte ligada en forma hidráulica - Estructuras monolíticas Durmientes o bloques de soporte reves-
9 10 10 9
11 12
1 2 3 4 5 6 7 8
14 15
11
9
13
1 2 3 4
5
6
5
7 8
Visualización de vías sin balasto sobre puente largo (longitud > 25m). Tipo Bögl FFB
9 Capa de hormigón de protección, C20/25, no armado 10 Rodamiento elastomérico 0,20 m x 0,10 m x 0,01 m; a = 1,0 m; sobre panel de acero inoxidable espesor = 0,005 m 11 Capa de separación Styrodur, espesor = 0,01 m vertical y horizontal 12 Mortero de lechada, espesor = 0,03 m para unir capa prefabricada y capa ligada de forma hidráulica 13 Placa para vías sin balasto, sistema de placas prefabricadas Bögl, C45/55, ancho 2,55 m 14 Rieles UIC 60 / perfil de riel CHN 60 15 Fijación de rieles Vossloh Ioarv 300-1
1 Balasto, parte superior (espesor = 0,10 m) pegado con Kryorit 2 Sellado de superestructura, espesor = 0,01 m 3 Placa de base/hormigón de protección, espesor = 0,11 m, C25/35, armado con estribo de unión a placa convexa 4 Placa convexa, C25/35, armado 5 Manta de separación elástica, espesor = 0,0012 m sobre todas las superficies horizontales de la placa 6 Rodamiento elastomérico, espesor = 0,015 m, rodeando las superficies verticales de la placa convexa/tapones, absorción de cargas en dirección x e y
7 Mortero de lechada, espesor = 0,03 m entre placa convexa y manta de separación 8 Placa para vías sin balasto, sistema de placas prefabricadas Bögl con tapones (Nocke), C45/55, ancho 2,55 m, longitud de placa 5,50 a 6,50 m, unión transversal en áreas de placa convexa y tapones, ancho de unión 0,10 m 9 Rieles UIC 60 / perfil de riel CHN 60 10 Fijación de rieles Vossloh Ioarv 300-1
tidos con capa elástica (p. ej. sistema LVT) empotrados en una placa de hormigón vaciado en el lugar - Estructuras con placas prefabricadas Piezas/placas de hormigón prefabricadas (p. ej. sistema Bögl, Porr) con mortero de lechada, apoyadas sobre una base de soporte ligada en forma hidráulica - Estructuras con apoyo directo en el sustrato Capa de asfalto (p. ej. sistema Getrac) o (con menos frecuencia) capa de hormigón con vías apoyadas directamente e instalación de durmientes individuales
puntos de fijación de rieles prefabricados, ya sea que se empleen durmientes de bloque simple o doble, o placas prefabricadas/ bloques de soporte individuales.
a desplazamientos laterales y levantamientos antes y después del pasaje del eje de un vehículo. En las estructuras monolíticas y las estructuras con placas de hormigón prefabricadas, las vías se mantienen fijas en su posición frente a efectos externos del tráfico de trenes y la temperatura, principalmente debido al propio peso de la placa de base y al rozamiento con la capa de base ligada en forma hidráulica. En las estructuras con “apoyo directo de las vías sobre capa de asfalto”, en cambio, los durmientes se colocan directamente sobre la capa de asfalto y se fijan de manera permanente y elástica por medio de bloques de anclaje de hormigón fundido altamente resistente, el cual disipa las fuerzas longitudinales y transversales. Las estructuras básicas presenta-
das anteriormente, asentadas sobre una capa de base ligada en forma hidráulica, no requieren de ninguna diferenciación respecto de los requisitos de terraplenado de la subestructura/cimientos. La mayor rigidez de la placa de hormigón, con las consecuentes tensiones menores y más uniformes cuando pasa el tren, contrasta con la mayor elasticidad de la capa de asfalto, que causa menores cargas dinámicas en el sustrato, pero ambas son mucho más convenientes que las estructuras con balasto.
Lo que comparten todos los tipos de construcción son los requisitos específicos de los trabajos de movimiento de tierras y el uso de
Los sistemas de vías sin balasto monolíticos y/o las estructuras con placas prefabricadas se montan siguiendo el principio “de arriba hacia abajo”. La posición exacta horizontal y vertical de los rieles (generalmente, vías con placas) se define sobre las vías y/o sobre las placas prefabricadas antes de que estas sean empotradas por medio del hormigón vaciado en el lugar o el mortero de lechada. Los tipos de construcción con apoyo directo en el sustrato se destacan sobre todo por la seguridad constructiva de las vías frente
visualizaciónes: bit-better visualisierungen / SSF Ingenieure AG
Visualización de vías sin balasto sobre puente corto (longitud < 25m). Tipo Bögl FFB 1 Caños de drenaje PE-HD DN 250 / mezcla de minerales, resistente a heladas (grava/arena); material KG1, Dpr. ≥ 0,98 / material resistente a heladas 2 Hormigón de grano simple 8/16 o mezcla de minerales 11/16 3 Sellado de superestructura, espesor = 0,01 m 4 Placa de base/hormigón de protección a, C20/25, espesor = 0,11 m 5 Placa de espuma rígida 0,05 m, Styrodur 5000 pegada 6 Formación de superficie de deslizamiento, 2 rodamientos de papel bituminoso (150 g/m2) / 2 rodamientos de hojas de PE (de 0,245 mm cada una) 7 Capa de base/compensación de hormigón b, C25/35, armado, espesor = 0,17 m 8 Guía lateral para vías sin balasto
Protección contra vibraciones y ruido estructural Boceto del túnel Katzenberg (Plan 400 – LMFS) En los tramos de túneles en áreas densamente pobladas se deben
Sección transversal de vías sin balasto como pieza prefabricada (Tipo Bögl FFB) en túnel con sistema masa-muelle ligero para protección contra vibraciones
Elemento superficial fijo transitable, hormigón no armado C30/37, clase de exposición XF1
1
11
1 2
13 14 15 16 17 18 19
3
10
9
12
Eje de vía
6
Caño de drenaje parcial DN 160 en lecho de mortero Caño de drenaje completo bajo DN 60
Hormigón no armado
Eje de túnel
Elemento superficial extraíble transitable, hormigón no armado C30/37, clase de exposición XF1
Chimenea de inspección
Placa para vía sin balasto, sistema Bögl
Hormigón no armado
Espesor de mortero de lechada = 3 cm Hormigón de grano simple 8/16 Espesor del filtro de tela = 2,5 cm Cables de la línea (Enkadrain) 7
Manta elástica de celda cerrada Sylodyn N23290 Lecho de mortero
4
Visualización de vías sin balasto sobre estructura en área de terraplén sin inclinación. Tipo Bögl FFB (placa prefabricada con mortero de lechada sobre capa portante ligada en forma hidráulica) 1 Mezcla de minerales, resistente a heladas (grava, arena); material KG1, Dpr. ≥ 0,98 2 Cobertura media impermeable al agua (asfalto u hormigón), espesor = 0,10 m 3 Acera 4 Relleno lateral con balasto; tamaño de grano 32/56, ancho de remate 0,40 a 0,70 m 5 Drenaje profundo: caños de drenaje PE-HD DN 250 6 Drenaje profundo: balasto, tamaño del grano 8/16 7 Drenaje profundo: cobertura de geotextil 8 Hormigón magro 9 Zanja adyacente a las vías con material rocoso de filtración 10 Canalón de cables prefabricado, ancho 0,40 m 11 Barrera contra el ruido de alta absorción montada sobre pilotes in situ
Anilla de tubería - túnel
12 Tubería colectora con tubos de hormigón DN 400 13 Formación de tierra (capa libre inferior); Ev2≥ 60 MN/m2 14 Capa anticongelante (capa libre superior) ; material KG2, Ev2≥ 120 MN/m2 ; espesor mín. = 0,50 m 15 Capa ligada en forma hidráulica, espesor = 0,30 m; ancho de remate 2,95 m, ancho de contacto 3,25 m, inclinación lateral 2:1 16 Mortero de lechada, espesor = 0,03 m, para unir placa prefabricada y capa ligada en forma hidráulica, ancho 17 Placa para vías sin balasto, sistema de placas prefabricadas Bögl, C45/55, ancho 2,55 m 18 Rieles UIC 60 19 Fijación de rieles Vossloh Ioarv 300-1
Piso hormigón no armado C8/10, hasta – 0,78 m debajo del borde superior del riel
Sección transversal de vías sin balasto como pieza prefabricada (Tipo Bögl FFB) sin sistema masa-muelle ligero
Elemento superficial fijo transitable, hormigón no armado C30/37; clase de exposición XF1
Chimenea de inspección
Eje de túnel
5
Eje de vía
8
Placa portante de hormigón armado C20/35
Elemento superficial extraíble transitable, hormigón no armado C30/37; clase de exposición XF1
Caño de drenaje complete bajo DN 60
La manera más efectiva de lograr este objetivo es mediante el uso de sistemas masa-muelle, en los que la superestructura de las vías sin balasto se coloca sobre una pesada placa de soporte con apoyos elásticos. Estos apoyos elásticos causan un desacoplamiento entre la superestructura y el sustrato, lo que reduce significativamente las velocidades que origina el tráfico de trenes sobre el sustrato.
El objetivo prioritario es reducir la energía de alta frecuencia. El principio básico del sistema masa-muelle se deriva de la teoría del oscilador de masa simple amortiguado lineal. Básicamente, cada sistema masa-muelle está formado por dos componentes: una masa rígida vibrátil m y un muelle blando elástico con rigidez elástica c. En general, el sistema masa-muelle debe ajustarse con la mayor precisión posible (con una frecuencia natural f0 tan baja como sea posible). Los sistemas masa-muelle efectivos se basan en una placa de masa sin junturas sobre la que se colocan las vías sin balasto, así
Hormigón de grano simple 8/16 Cables de la línea gráficos: SSF Ingenieure AG
reducir las vibraciones y el ruido aéreo secundario, tanto existentes como esperados, originados en el tráfico de trenes a fin de cumplir con los límites legales y, en especial, para no perjudicar la calidad de vida de los residentes o los procesos de producción industrial.
visualización: bit-better visualisierungen / SSF Ingenieure AG
Hormigón no armado
Tubos de plástico Placa para vías sin balasto, sistema Bögl Espesor de mortero de lechada = 3 cm Capa de base ligada en forma hidráulica
Anilla de tubería - túnel
Piso hormigón no armado C8/10, hasta – 0,78 m debajo del borde superior del riel
como una estructura modular con los siguientes componentes: - sustrato (piso del túnel y/o hormigón que recubre el piso del túnel) - manta elástica (muelle amortiguador) - placa de masa continua (plataforma de vías o placa de base) - sistema de vías (placa con vías sin balasto, incl. posibles capas de lechada) - vías + equipamiento Para el dimensionamiento dinámico de los sistemas masa-muelle es imprescindible conocer la relación de transmisión entre el piso del túnel y los edificios que se deben proteger. Dicha relación solamente se puede determinar de manera confiable mediante pruebas experimentales (p. ej. con un generador de vibraciones VibroScan). Una vez determinada la función de transmisión es posible definir el ajuste necesario del sistema masa-muelle con la ayuda del procedimiento de pronóstico, siendo que debe existir una separación temporal entre el final de la obra bruta y el
inicio de la construcción de las vías sin balasto. Dado que esto casi nunca es posible en la práctica, en general, se debe planificar un rango de diferentes ajustes y/o se deben analizar valores límite. En el diseño de los sistemas masa-muelle se deben tener en cuenta, además de los requisitos relacionados con la protección contra el ruido y las vibraciones, las exigencias desde el punto de vista de la dinámica de marcha y la desviación de cargas. De allí surgen los requisitos de un escalonamiento continuo de los grados de rigidez en la longitud de la línea y una limitación de la línea de flexión respecto de la inclinación tangencial, la relación entre el asiento total en la vía y la longitud de la línea de flexión y el asiento total en la vía. En los sistemas masa-muelle para zonas de cambio de vías se deben tener en cuenta los picos de vibraciones ocasionados por la alteración en la uniformidad de la marcha del tren en el área del corazón de cambio y las puntas de cruzamiento, y se deben restringir las torsiones adicionales generadas. En general, es necesario afirmar la posición de la masa apoyada de
forma flotante, especialmente en las curvas del trazado, mediante sujeciones elásticas horizontales. Control prospectivo de deformaciones en vías sin balasto, asientos y compensación de tolerancias Considerando las limitadas posibilidades de efectuar ajustes en la posición de las vías una vez que la vía sin balasto está terminada, el comportamiento de la subestructura respecto de deformaciones es particularmente importante. Especialmente en los pasos a nivel es necesario definir límites para las diferencias de deformación. A fin de garantizar la funcionalidad del sistema durante todo el período de uso se debe realizar un análisis completo de las deformaciones para controlar todos los aspectos relevantes a los efectos de asegurar la aptitud de uso del sistema. Tras el montaje de las vías sin balasto se modifican localmente los radios de curvatura de los gradientes nominales, en algunos
visualización: bit-better visualisierungen / SSF Ingenieure AG
Visualización de vías sin balasto como pieza prefabricada (Tipo Bögl FFB) en el túnel Katzenberg
casos debido a asientos residuales y a las depresiones resultantes. Por ello los radios de curvatura, que se determinan por la superposición de los radios nominales y los asientos esperados y/o pronosticados matemáticamente, deben ser considerados un criterio de evaluación esencial que representa la relación entre los valores límite del trazado y la posición esperada de la línea férrea. En consecuencia, es particularmente importante efectuar una estimación realista de los asientos residuales esperables tras el tendido de las vías sin balasto. El elemento básico para elaborar pronósticos confiables de asientos y asientos residuales es un análisis prospectivo cuidadoso y una observación amplia del comportamiento de los asientos con anterioridad al tendido de las vías sin balasto. En el caso de estructuras de ingeniería y áreas especiales de zanjas o terraplenes, las cuales presentan un mayor potencial de que se produzcan asientos, es conveniente integrar en la base de datos Visualiza-
ción los datos de mediciones de control/fabricación de las condiciones de fabricación de las respectivas estructuras/tierras a fin de poder determinar una tendencia básica relacionada con los asientos ya antes de la producción de las estructuras. Los valores pronosticados se ajustan de acuerdo con las posibilidades de compensación permitidas (teóricas) tras la puesta en servicio de la ruta y existentes en el área de los puntos de apoyo de las vías y los valores de trazado aplicados (valores especificados y valores límite). El valor de asientos residuales resultante de la diferencia entre el total de asientos (tras la puesta en servicio) y los posibles reajustes equivale a la depresión de asiento restante. Esta debe ser evaluada considerando la superposición de la curvatura nominal de los gradientes respecto de la definición de valores límites establecidos. Planificación de vías sin balasto Debido a su ventajoso sistema de soporte y su estructura de capas, los sistemas de vías sin balasto son ideales para su aplicación en el tráfico de alta velocidad y de trenes de carga pesada. El sistema se destaca por su larga vida útil, bajos costes de ciclo de vida y elevada precisión de carriles. Una de las condiciones esenciales para asegurar una operación casi sin asientos y que presente las ventajas mencionadas es contar con procedimientos continuos y completos de evaluación y control. La interacción estrecha y di-
recta entre actividades de ingeniería y geocientíficas asegura procesos optimizados y soluciones técnicas. Se debe prestar especial atención a la planificación cuidadosa de las transiciones entre la vía y las obras de ingeniería (puentes o túneles) a fin de evitar discontinuidades. Asimismo, en la interacción entre las vías y los puentes, es necesario registrar con precisión los efectos externos y las reacciones de las piezas de ingeniería, haciendo los ajustes necesarios para asegurar la compatibilidad de los requisitos de los sistemas de vías sin balasto. En la ejecución de la obra se debe prestar atención a las extraordinarias exigencias de calidad que rigen para la preparación del sustrato, la instalación y el uso de materiales y, no menos importante, la implementación de una posición de la línea férrea precisa y homogénea.
1
SSF Ingenieure posee una experiencia de larga data y profundos conocimientos técnicos sobre la prestación de servicios completos de consultoría e ingeniería en la planificación y ejecución de rutas de alta velocidad con vías sin balasto. El equipo de SSF Ingenieure, formado por ingenieros civiles y geotécnicos, expertos en hormigón y en ejecución de obras, está a su disposición para asistirle en la óptima implementación de los elevados criterios de calidad y precisión aplicables a la construcción de vías sin balasto.
2
3
3,20 2,40
Hueco para tarugo de anclaje Fijaciones de rieles
Vía sobre capa de asfalto
Capa de cobertura de asfalto
60
30
Capa de soporte de asfalto
Ev2 ≥ 120N/mm2
fleece
FFS
Diagrama esquemático de un sistema de vías sin balasto con soporte, sistema GETRAC A3 con capa de asfalto
gráfico:: RAIL.ONE GmbH
Ev2 ≥ 45N/mm2
créditos de las fotos: bit-better visualisierungen / SSF Ingenieure AG, RAIL.ONE GmbH
1,436
4
1 Visualización de vías sin balasto sobre estructura de tierra, en zona de terraplén inclinación u = 170 mm, sistema Rheda 2000 VSBB 2 Tendido automatizado de la placa de vías 3 Fijación del perfil de rieles 4 Instalación del hormigón de las vías sin balasto
SSF Ingenieure – Proyectos
Alemania
India
China
Línea reacondicionada/nueva Karlsruhe–Basilea, túnel Katzenberg
Proyecto ferroviario Udhampur–Srinagar–Baramulla
Tramo de prueba de línea Sui-Yu: Suining–Chongquing
Conexión de tráfico rápido Changsa–Hangzhou
Tipo de tráfico
Mixto (trenes de carga y pasajeros)
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Vel. máx.
vE = 280 km/h
Vel. máx.
vE = 160 km/h
Vel. máx.
vE = 160 km/h
Vel. máx.
vE = 350 km/h
Longitud en km
10 km, incluyendo 9,4 km en túnel Katzenberg (tubos separados)
Longitud en km
10 km, longitud total 160 km
Longitud en km
26 km
Longitud en km
840 km
Tipo de vías
Vías sin balasto, Sistema Rheda 2000
Tipo de vías
Sistema Bögl de vías sin balasto
Tipo de vías
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema CRT II
Servicios
Servicios
Implementación de planificación de diseño de vías sin balasto, placas de cobertura de ruta transitable, puestos de primeros auxilios y sistema masa-muelle ligero
Concepción y diseño de ejecución de la línea en túneles
Vías sin balasto; sistemas: sistema japonés, sistema Rheda, sistema Rheda 2000, sistema de marco
Servicios
Servicios
Consultoría sobre vías sin balasto, consultoría sobre puntos y transiciones para la planificación de implementación, inspección de cálculos estáticos y dinámicos de diversos sistemas de vías sin balasto y puntos
Supervisión/consultoría sobre superestructura de vías sin balasto (ruta, puentes y túneles)
Conexión de tráfico rápido Heifei–Fuzhou
Tráfico de pasajeros: vE = 300 km/h; Tráfico de carga: vE = 160 km/h
Longitud en km
35,02 km (2 líneas principales)
Tipo de vías
Sistema Bögl de vías sin balasto
Servicios
Plan general de todas las estructuras y equipos
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Vel. máx.
vE = 350 km/h
vE = 100 km/h
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Vel. máx.
Longitud en km
810 km
7,66 km
Vel. máx.
vE = 350 km/h
Longitud en km
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema CRT II
Vías sin balasto, sistema mejicano
Longitud en km
66 km
Tipo de vías
Servicios
Consultoría técnica sobre planificación de implementación
Tipo de vías
Sistema de vías sin balasto chino Bögl
Supervisión/consultoría sobre superestructura de vías sin balasto (ruta, puentes y túneles)
Servicios
Servicios
Supervisión/consultoría de superestructura de vías sin balasto
Nueva línea de ferrocarriles Núremberg–Ebensfels–Erfurt– Leipzig/Halle Tramo Ebensfeld–Erfurt, línea 5919
Conexión de tráfico rápido Zhengzhou–Xian
Tipo de tráfico
Mixto (trenes de carga y pasajeros)
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Vel. máx.
Vía principal, continua vE máx. = 300 km/h Vía de adelantamiento en las estaciones vE = 100 km/h Conexiones de cambio de vía vE = 130 km/h
Vel. máx.
vE = 350 km/h
Longitud en km
10 km de vía de prueba
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema Züblin
32,34 km Sistema Bögl de vías sin balasto
Servicios
Diseño final
Servicios Hamburg Bremen
Nueva línea Erfurt–Leipzig/Halle, línea 5919, Incluyendo desvío Planena Tipo de tráfico
Mixto (trenes de carga y pasajeros)
Vel. máx.
Ruta 5919: vE = 300 km/h; Ruta 6394: vE = 160 km/h; Vías de paso-estaciones de adelantamiento vE = 100 km/h; Conexiones: vE = 160 km/h
Longitud en km
90,241 km (2 líneas principales)
Tipo de vías
Líneas principales con 8 conexiones: vías sin balasto en sistema abierto; estaciones: vías con balasto
Servicios
Preparación de documentos de invitación a presentar ofertas para diversos oficios
Renovación de túneles en la ciudad de Maguncia Tipo de tráfico
vE = 160 km/h
Longitud en km
0,662 km
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema Rheda 2000
Servicios
Diseño final
Berlin
Hanover
Halle Leipzig Erfurt
Cologne
Old tunnels in the City of Mainz
Dresden Ilmenau
Frankfurt
Ebensfeld
Tianjin
Planificación de implementación de vías sin balasto en ruta y puentes
Taiyuan
Línea de pasajeros
Vel. máx.
vE = 350 km/h
Longitud en km
116 km
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema CRT II
Servicios
Supervisión/consultoría de superestructura de vías sin balasto
Jinan Quingdao
Huang Ho
Línea de alta velocidad de Wuhan a Guangzhou Línea dedicada a pasajeros Tipo de tráfico
Nuremberg Karlsruhe Stuttgart
Tipo de tráfico
Línea de pasajeros
Vel. máx.
vE = 380 km/h
Longitud en km
1.208 km
Dalian
Shijiazhuang
Zhengzhou Xi’an
Xuzhou
Hefei
Dawu Yangtse
Wuhan
Nanjing New Nanjing Dashengguan Yangtse Bridge
Hangzhou
Shanghai Ningbo
Nanchang Changsha
Conexión de tráfico rápido, Beijing–Wuhan Línea dedicada a pasajeros
Mainz
Línea de pasajeros
Vel. máx.
Jinan Jinan Jinan Jinan
Beijing
PingXiang
Wenzhou Wuyishan Fuzhou IT
Tipo de vías
Ingolstadt Munich
Katzenberg Tunnel
Basle = tunnel
gráficos: SSF Ingenieure AG
Longitud en km
Datong
Tipo de vías
Vías sin balasto, sistema CRT II
Servicios
Gestión de calidad extranjera (FQR) en joint venture con Segundo Instituto de Análisis y Diseño de Chengdu, China
RA
Vel. máx.
Mixto (trenes de carga y pasajeros)
Línea de pasajeros
ST
Tipo de tráfico
Tipo de tráfico
Conexión de tráfico rápido Beijing–Tianjin, Lote 1 ferrocarriles suburbanos
Underground Railway in Monterrey, Nuevo Lean, Mexico
Pearl River Yujiang Bridge
Nanning
TA IW AN
Nueva línea Núremberg–Ingolstadt, lote norte
Mexico
Guangzhou Macau
Hong Kong
SOUTH CHINA SEA
= office = bridge
título: Photographie Wolfgang Seitz
Múnich Berlín Halle Colonia