ANEJO Nº11. SUPERESTRUCTURA DE VÍA

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1 ANEJO Nº11. SUPERESTRUCTURA DE VÍA Página 1 de 13

2 Índice 1. Condiciones generales Tipología de superestructuras y elementos constitutivos de la sección trasversal Tráfico de diseño Dimensionamiento de vía sobre balasto Dimensionamiento de la apa de asiento Dimensionado de la capa de balasto Dimensionado de la capa de sub-balasto Dimensionamiento de la capa de forma Secciones tipo Apéndices Apéndice 1: Cálculo de tonelaje medio diario de mercancías Consideraciones generales Cálculo de T m Cálculo de T tm Cálculo de carga máxima por eje de los vehículos remolcados Apéndice 2: Tablas necesarias para dimensionamiento de la capa de asiento Clasificación de los suelos de la capa de forma Capacidad portante de la plataforma Parámetros para cálculo de espesor de capa de asiento...13 Página 2 de 13

3 1. Condiciones generales En este anejo se profundiza en la definición de la sección tipo analizando las tipologías de superestructuras necesarias para el correcto diseño de la plataforma. Para ello, es conveniente contemplar una serie de consideraciones. La vía está sometida a acciones verticales y horizontales provocadas por la circulación de los trenes. Sólo debería de haber esfuerzos verticales procedentes del peso de los vehículos y trasversales debidos a la fuerza centrífuga que éstos ejercen en las alineaciones curvas. En realidad, tales esfuerzos quedan aumentados por diferentes causas como: - Las irregularidades que se producen en el perfil y planta de la vía. - El rozamiento de las llantas de las ruedas de los vehículos sobre los carriles. - Los rozamientos y acciones de las pestañas de las ruedas sobre dichos carriles. - Las deformaciones del carril por los cambios de temperatura etc. La banqueta de balasto tiene como finalidad repartir las cargas verticales sobre la plataforma y absorber los esfuerzos verticales impidiendo el desplazamiento de la vía, tanto longitudinalmente como transversalmente. Para ello, el balasto que lo constituye debe estar bien consolidado y la banqueta poseer unas dimensiones adecuadas. De acuerdo con las Normas N.R.V y la N.R.V el efecto de la banqueta debe completarse mediante una sub-base. Dicha capa mejora el drenaje y contribuye a repartir las cargas verticales sobre la plataforma, asegurando con ellos el buen comportamiento de la vía. La composición del tráfico previsible y los condicionantes geométricos impuestos por el territorio son los dos factores principales que condicionan el diseño de la superestructura. Para nuestro proyecto, el dimensionado de las capas de asiento, sub-base, y base se realiza, para las solicitaciones de tráfico más restrictivas, es decir considerando el tramo más cargado. 2. Tipología de superestructuras y elementos constitutivos de la sección trasversal. A lo largo de la traza se han planteado una tipología de superestructura que se dimensiona en el presente anejo: - Vía sobre balasto La sección trasversal ferroviaria está constituida, de arriba abajo, por los siguientes elementos: - Carril. - Elementos de sujeción y apoyo entre carril y traviesas. - Traviesas. - Banqueta de balasto:(*) está constituida por piedra machacada de gran resistencia al desgaste, con granulometría uniforme y tamaños que oscilan aproximadamente entre 20 y Página 3 de 13

4 60 mm. Deberá tener unas características que se establecen en ORDEN FOM/1269/2006 del 17 de abril. - Sub-base: (*) constituida por una única capa de sub-balasto., cuya misión es la de contribuir al reparto de cargas y a dotar a la vía de la rigidez vertical adecuada, absorber vibraciones, evitar la contaminación del balasto pos ascenso de finos, proteger la plataforma contra las heladas y evacuar las aguas de lluvia. - Capa de forma: es la capa superior de remate y coronación de la explanada o superficie del terraplén o excavación. Su función principal es mejorar la capacidad portante de ésta. - Explanada ferroviaria bajo la capa de forma: está constituida generalmente por el terreno natural (secciones en desmonte) o por material de aportación (secciones en terraplén). En el caso de sección a media ladera la composición será mixta. Las características geotécnicas de la plataforma dependerá, en principio, de la calidad del material y de sus condiciones de puesta en obra. (*)La capa de balasto y sub-balasto forman en conjunto la llamada capas de asiento ferroviarias o de soporte de la vía, que son las responsables de su comportamiento en cuanto a rigidez, alineación, nivelación y drenaje. Sección trasversal general ferroviaria. 3. Tráfico de diseño Para la determinación del tráfico que soporta una vía, nos vamos a basar en el Anejo nº2: Determinación del tráfico de la Instrucción para el proyecto y construcción de obras ferroviarias IF-3. Vía sobre balasto. Cálculo de espesores de capas de la sección transversal. Dicha norma clasifica el tráfico soportado por una línea ferroviaria, según las toneladas/día, en diferentes Grupos de Tráfico. Para ello se utiliza el concepto de Tráfico medio diario equivalente, el cual es un tráfico ficticio que se obtiene a través de la suma de los tráficos de pasajeros y Página 4 de 13

5 mercancías, ponderados en función de su mayor o menos agresividad sobre la vía. Así podemos definir T f como: Siendo: T f = S v (T v + K T T TV ) + s m (K m T m + K T T Tm ) Tf = Tráfico medio diario equivalente (t / día). Tv = Tonelaje (cargas acumuladas) medio diario de vehículos remolcados de viajeros (t/día). Tm = Tonelaje medio diario de vehículos remolcados de mercancías (t / día). Ttv = Tonelaje medio diario de vehículos de tracción en trenes de viajeros (t/día). Ttm = Tonelaje medio diario de vehículos de tracción en trenes de mercancías (t/día) Km = 1,15 (valor normal). 1,30 (tráfico con más del 50% de ejes de 20 t o más del 25% de ejes de 22,5 t). 1,45 (tráfico con más del 75% de ejes de 20 t o más del 50% de ejes de 22,5 t). Kt = Coeficiente que tiene en cuenta la influencia de los ejes del material motor en la agresividad sobre la vía. Se adopta Kt = 1,40. Sv = Factor corrector por velocidad de los trenes de viajeros. Se determina entrando en la tabla siguiente, con la velocidad del tren de viajeros más rápido. Sm = Factor corrector por velocidad de los trenes de mercancías. Se determina entrando en la tabla siguiente. V(km/h) Sv Sm V 60 1,00 1,00 60 < V 80 1,05 1,05 80 < V 100 1,15 1, < V 130 1,25 1, < V 160 1, < V 200 1, < V 250 1,45 - V > 250 1,50 - En el caso de nuestro proyecto, adoptamos los siguientes valores: - Sv: 1,00, debido a que no circulan trenes de pasajeros y es el valor mínimo aceptable. - Tv: 0, debido a que no circulan trenes de pasajeros - Kt: 1,40. - Ttv: 0, debido a que no circulan trenes de pasajeros - Sm: 1,05 - Km: 1,15 - Tm: 6.331,5 (t/día) (*) - Kt: 1,40 - Ttm: (t/día) (*) (*) Los valores de Tm y Ttm se han obtenido según lo indicado en el Apéndice nº1. Página 5 de 13

6 Por lo que obtenemos: T f = 1.00 (0 + 1,40 0) + 1,05 (1, ,5 + 1, ) = 9.850,28 (t/día). A partir del tráfico obtenido, la IF-3 clasifica las vías de cada línea en los siguientes grupos: - Grupo 1: t/día < Tf - Grupo 2: t/día < Tf < t/día - Grupo 3: t/día < Tf < t/día - Grupo 4: t/día < Tf < t/día - Grupo 5: t/día < Tf< t/día - Grupo 6: Tf < t/día Por lo que según los datos obtenidos nos encontramos en la categoría de tráfico Grupo Dimensionamiento de vía sobre balasto 4.1 Dimensionamiento de la capa de asiento El dimensionamiento de las capas de asiento se realizará según la Instrucción para el proyecto y construcción de obras ferroviarias IF-3. Vía sobre balasto. Cálculo de espesores de capas de la sección transversal. El espesor conjunto de las capas de asiento de la vía depende de los siguientes factores: - Características de la plataforma. - Condiciones climáticas del lugar. - Características del tráfico ferroviario. - Características de la superestructura o armamento de la vía. Como se ha citado anteriormente la capa de asiento está formada por la capa de balas y la capa de sub-balasto Dimensionado de la capa de balasto El espesor de la capa de balasto será el que garantice de manera conjunta las siguientes funciones principales: - Amortiguar las acciones que ejercen los vehículos sobre la vía al transmitirlas a la plataforma. - Repartir uniformemente estas acciones sobre dicha plataforma. - Facilitar la evacuación de las aguas. - Permitir la recuperación de la geometría de la vía mediante operaciones de alineación y nivelación. El espesor mínimo de la capa de balasto bajo traviesa e b, en función de la velocidad máxima de circulación en la línea ferroviaria y la normativa aplicada, será de 25 (cm) en el caso de V (km/h) < Página 6 de 13

7 120. En nuestro caso para mayor seguridad adoptamos un espesor de la capa de balasto de 30 cm, del material balasto tipo Dimensionado de la capa de sub-balasto El cálculo del espesor de la capa de sub-balasto se realizará mediante la siguiente fórmula: Donde: e sb = E + a + b + c + d + f - e b e sb = espesor de la capa de sub-base, en m. e b = espesor de la capa de Balasto calculada en el apartado anterior. Los valores de los diferentes parámetros serán los siguientes: - E depende de la clase de la plataforma. Para plataforma P3, E=0.45 m. - a = 0, ya que se considera categoría de tráfico de Grupo 2. - b = 0, ya que se dispondremos traviesas de hormigón tipo DW cuya longitud es de 2.60 metros. - c = 0, para un dimensionamiento normal. - d = 0,05, para cargas máxima por eje de los vehículos remolcados 225 kn. - f = 0, ya que el material a utilizar como capa de forma será de QS3. Dicho valores se han obtenido a partir de lo redactado en el Apéndice nº 2. Por lo tanto: e ab = , = 0,20. Para mayor seguridad en nuestro proyecto adoptaremos un espesor de la capa de sub-base de 25 cm. Finalmente, nuestra capa de asiento tendrá un espesor total de 55 cm. 4.2 Dimensionamiento de la capa de forma El espesor necesario de la capa de forma se obtendrá a partir de los siguientes datos de entrada: - Capacidad portante de la plataforma. - Calidad del material de la explanada existente. - Calidad del material disponible para la capa de forma. Página 7 de 13

8 Según la tabla que se adjunta a continuación, el espesor de la capa de forma será de 50 cm; esto es debido a que nuestro suelo de explanada es de clase QS1, queremos realizar una plataforma P3 con un suelo de la capa de forma QS3. El material a emplear en la capa de forma será suelo seleccionado procedente de cantera. 5. Secciones tipo Para nuestro proyecto, la tipología de estructura empleada será de vía en balasto. Las principales características de la plataforma de vía única que se proyectan tanto en desmonte como en terraplén, son las siguientes: - Ancho de vía: m - Ancho de coronación del balasto: 3,70 m - Hombro de balasto: 1,00 m - Espesor mínimo de balasto bajo traviesa: 0,30 m - Talud de Balasto: 3H:2V - Ancho de coronación de plataforma: 7,00 m - Distancia al eje de vía al eje de canaleta de comunicaciones: 3,10 m - Espesor de sub-balasto: 0,25 m - Espesor de capa de forma: 0,50 m - Talud exterior de sub-balasto y capa de forma: 3H:2V - Pendiente transversal entre capas sucesivas de la plataforma: 4% - Paseo de vía: 0,80 m. Las secciones tipos que nos encontramos a los largo del trazado son: Página 8 de 13

9 Nº Sección Tipo pk o pk f Longitud (m) Radio (m) 1 Recta , Recta , , Curva Derecha 1+218, ,395 40,00 Transición 2 Curva Derecha 1+258, , , Curva Derecha 2+012, ,629 40,00 Transición 3 Curva Izquierda 2+052, ,629 40,00 Transición 3 Curva Izquierda 2+092, , , Curva Izquierda 2+829, ,645 40,00 Transición 4 Recta 2+869, , , Curva Derecha 4+269, ,376 30,00 Transición 5 Curva Derecha 4+299, , , Curva Derecha 4+508, ,739 30,00 Transición 6 Curva Izquierda 4+538, ,739 30,00 Transición 6 Curva Izquierda 4+568, , , Curva Izquierda 4+778, ,739 30,00 Transición 2 Curva Derecha 4+808, ,739 30,00 Transición 2 Curva Derecha 4+838, , , Curva Derecha 5+353, ,929 30,00 Transición 7 Curva Izquierda 5+383, ,929 40,00 Transición 7 Curva Izquierda 5+413, , , Curva Izquierda 5+739, ,825 40,00 Transición 8 Curva Derecha 5+779, ,825 40,00 Transición 8 Curva Derecha 5+819, ,781 37, Curva Derecha 5+857, ,781 40,00 Transición 9 Recta 5+897, ,970 48, Playa de vía 5+945, ,70 599,73 0 Las secciones se pueden observar en el Plano nº 2.9. Secciones tipo de este proyecto. La superestructura ferroviaria está constituida por: - Carril: UIC Traviesa: Polivalente de hormigón monobloque tipo DW, modelo PR 90 UIC 54 constituida por una sola pieza de hormigón pretensado. - Balasto: tipo 2. Página 9 de 13

10 6. Apéndices 6.1 Apéndice 1: Cálculo de tonelaje medio diario de mercancías Consideraciones generales Para realizar el cálculo deberemos de saber que la Planta Industrial producirá t/año de cemento y dicho material será transportado al completo por medio de transporte ferroviario hasta la Estación de la Calahorra. El tren solo circulará en días laborables. Según el Convenio de la Construcción de Granada 2015, las horas laborales al año son de 1738 horas; por lo que considerando que las jornadas de trabajo son de 8 horas diarias, obtenemos que los días laborables que el tren estará en funcionamiento sean 217 días. El trayecto será del siguiente modo: el tren hará un viaje en lleno hacia la Estación de la Calahorra, allí descargará todo el material y volverá a realizar el viaje de vuelta hacia la Planta Industrial esta vez en vacío. Además deberemos de saber que la composición de nuestro tren será la siguiente: - Dispondrá de una Locomotora diesel serie 335, cuyo peso es de 125 toneladas. - Dispondrá de 10 tolvas cerradas para transporte de cemento y cenizas Serie INT Uacns: TTC9, cuyo peso en vacío es de 22,1 toneladas y puede albergar 66,9 toneladas de mercancía Cálculo de T m - Calculamos las toneladas de cemento que deberán de ser transportadas por día: = t/día - A continuación calculamos el número de tolvas necesarias para transportar toda la cantidad de mercancía: = 55 tolvas/día - Debido a que nuestra composición es de 10 tolvas, nuestro tren deberá de realizar 6 viajes de ida y 6 viajes de vuelta, donde en los 5 primeros viajes irán las 10 tolvas al completo y en el último solo irán 5 tolvas llenas y las otras 5 en vacío: Viajes en lleno: + = t/día. Página 10 de 13

11 Viajes en vacío: + = 1.436,5 t/día. Sumando las toneladas en vacío y las toneladas en lleno hacen un total de T m = ,5 = 6.331,5 t/día Cálculo de T tm Para dicho cálculo se ha considerado que la locomotora realiza 12 viajes, 6 de ida a la Estación de la Calahorra y 6 de vuelta a la Planta Industrial; de ese modo obtenemos: T tm = = t/día Cálculo de carga máxima por eje de los vehículos remolcados Para realizar el siguiente cálculo hay que considerar que cada tolva está compuesta por 4 ejes. 1 tolva = (66,9 + 22,1) t = kg kg 9.8 m/s 2 = N = 872,200 kn. 872,200 kn : 4 ejes = 218 kn/eje. Página 11 de 13

12 6.2 Apéndice 2: Tablas necesarias para dimensionamiento de la capa de asiento Clasificación de los suelos de la capa de forma Los materiales, del terreno natural o de aportación, que constituye la plataforma ferroviaria, se clasificaran del siguiente modo: Página 12 de 13

13 6.2.2 Capacidad portante de la plataforma La capacidad portante de una plataforma depende de la calidad de su material constituyente: - P1: plataforma de mala capacidad portante (CBR 5). - P2: plataforma de capacidad portante media (5 < CBR 20). - P3: plataforma de capacidad portante buena (CBR > 20) Parámetros para cálculo de espesor de capa de asiento Página 13 de 13