Baseline study Round 1

La madera es muy apropiada para la confección de durmientes por su buen índice de elasticidad, el cual se mantiene con los años de uso, con poca disminución. El módulo de elasticidad que tienen las maderas aptas para confeccionar durmientes varía entre 80.000 a 140.000 Kg./cm². En Europa se considera para durmientes de roble, un módulo de elasticidad promedio de 80.000 Kg./cm2, con variaciones no mayores de 10%. Esta característica le proporciona una notable ventaja a la madera respecto a otros materiales como el acero o el hormigón.

Características de aislamiento eléctrico

En general, la madera se considera como un dieléctrico, o mal conductor de la electricidad. Sin embargo, la resistencia eléctrica de la madera presenta fuertes variaciones con los cambios en su contenido de humedad y variaciones menores según su especie, densidad, dirección con relación a la fibra y temperatura. En los ferrocarriles la madera se usa en las vías sin necesidad de colocar otros elementos aislantes para los servicios de señales y no se presentan anomalías aunque la humedad sea alta.

Durabilidad de los durmientes de madera

Los durmientes de madera tienen características muy favorables para el servicio, ya que aparte de las cualidades mencionadas en los puntos anteriores, 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; una buena posibilidad de reutilización en vías secundarias y un proceso de fabricación simple y económico. Sin embargo, tienen algunas características desfavorables en especial su combustibilidad y el cambio de sus características por el envejecimiento su servicio; degradación por microorganismos hongos, gusanos o termitas y debilitamiento de las sujeciones. Para tratar de paliar estos defectos se le exige a la madera algunas

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características generales, tales como: una densidad superior 0,60 gr. /cm3; una adecuada resistencia a la compresión y al impacto; una buena capacidad de anclaje de los elementos de sujeción; un pequeño coeficiente de contracción volumétrica y la facultad de absorber sustancias antisépticas. En especial, es necesario que la madera retenga con firmeza los elementos de sujeción. Es conveniente que la resistencia al arranque de un tirafondo nuevo sea superior a 4.000 Kg. EFE establece los siguientes valores mínimos en las propiedades mecánicas de las maderas aceptables para durmientes al estado seco (12% de humedad), los cuales se pueden observar en la tabla Nº 11.

Tabla Nº 11. Propiedades Mecánicas de la Madera para Durmientes

Compresión Normal Limite Proporcional 5% (kg / cm² ) Cizalle Longitudinal Tangencial Tensión de ruptura(kg / cm² ) Extracción Normal a la fibra del clavo

normalizado

65 90 90

Fuente: Norma Arema (American Railway Engineering and Maintenance of Way Association) (2006).

Vida útil de los durmientes de madera

Los durmientes de madera duran menos que los de hormigón postensados, la dureza y la clase de tratamiento que se le aplique a los durmientes de madera contribuye a mejorar su vida útil. Un durmiente de madera semidura con tratamiento creosotado dura más en los países tropicales que maderas duras sin tratamiento alguno; la vida útil de los durmientes en cambiavías es un poco mayor que la de los durmientes en servicio de vía principal.

Los incendios forestales frecuentes cercanos al ferrocarril acortan significativamente el promedio de vida de los durmientes de madera. El hongo y la polilla atacan con mayor rapidez a los durmientes de maderas importadas sin tratamiento alguno y duran menos que en sus países de origen. Los durmientes de madera tratada,

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tienen en los ferrocarriles de carga muy pesada un promedio de vida del orden de los 15 años en vía principal, 20 años en cambiavías y unos 12 años en puentes metálicos, los durmientes de maderas duras no tratadas traídas del exterior, tienen vida promedio de 8 años.

Dimensiones de los durmientes de madera

Los durmientes tienen tres dimensiones básicas de gran importancia como elemento estructural: longitud, ancho y altura.

Longitud: La longitud imparte la estabilidad necesaria en el plano transversal y contribuye a reducir los esfuerzos sobre la capa de balasto. A mayor longitud del durmiente para una sección transversal dada, menor la presión total que se transmite a la capa de balasto. El largo también estará determinado según la función que presta. Los durmientes de vía principal por ejemplo, son las de menor longitud mientras que las de cambiavías son de longitud variable. La longitud de los durmientes para vía principal comprenden longitudes de 2.60 metros (8 ft 6 pulg) en durmientes de madera y 2.60 metros (8 ft 6 pulg), para durmientes monobloques de hormigón. La longitud de los durmientes de cambiavías están comprendidos entre un mínimo de 2.74 metros (9 ft) en las puntas de las agujas de los cambiavías, hasta un máximo de 5.18 metros (17 ft) por debajo del área de la rana del cambiavías.

Ancho (base): El ancho o base de la sección transversal es muy importante, pues contribuye a disminuir la presión sobre el balasto. A mayor ancho, menor presión y mayor asiento. Sin embargo, al ancho lo rigen básicamente consideraciones de tipo económico y de manejo físico de durmiente. AREMA recomienda anchos de 8, 9 y hasta 10 pulgadas según su uso. En Venezuela se usa el durmiente de 9 pulgadas de ancho (22,86 cms.) por 7 pulgadas de altura (17.78 cms).

Altura: La norma AREMA recomienda alturas de 7 y de 8 pulgadas (17,78 y 20,32 cms. respectivamente). La altura del durmiente, combinado con la longitud establece el área de la cara vertical de la cual contribuye a ofrecer la resistencia longitudinal,

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conjuntamente con el balasto, a los esfuerzos de corrimiento de los rieles en sentido longitudinal que se producen por efecto del frenado, pendientes y temperatura del ambiente.

Durmientes de Concreto

El concreto es el material más adecuado para la fabricación de durmientes. Su longevidad hace que sea rentable su uso a pesar de su alto costo. Debido a su gran peso es adecuado para el empleo con carril soldado y por tanto para vías de alta velocidad (http://www.ferroclubchile.cl/vias_y_ruedas01.htm).

La norma AREMA en su Parte 12 establece los requisitos mínimos esenciales para el diseño, fabricación y uso del Durmiente de Concreto y sus componentes para sistemas ferroviarios con línea principal de trocha estándar (1.435 ó 56-1/2”). La norma cubre materiales, dimensiones físicas y resistencia estructural de los durmientes de concreto Bi-bloque reforzado convencionalmente y el durmiente monobloque postensados. Adicionalmente, contempla los requisitos en las limitaciones de cargas longitudinales y laterales, los requisitos de desempeño eléctrico de la combinación entre el durmiente y las fijaciones del riel. Establece pruebas de laboratorio para determinar la conveniencia de los nuevos diseños de durmientes y los procesos de controles de calidad durante la fabricación. No cubre técnicas o equipos para la fabricación de fijaciones y durmientes de concreto.

Postensado: están formados por un concreto que una vez fraguado durante 28 días en cámara de calor, se le aplica una tensión con un torque en un banco de 4 varillas que en forma de “U” se cruzan y van de un extremo a otro del durmiente.

La vida útil del durmiente de concreto se calcula de 30 a 50 años en condiciones normales de manejo, colocación y cuidado.

Separación entre Durmientes de Concreto. (AREMA 2006)

a. La separación entre durmientes afecta el esfuerzo flexionante del riel, el esfuerzo de compresión en el balasto y el terraplén, el esfuerzo flexionante generado en los

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durmientes para valores determinados de las dimensiones del durmiente y de las cargas por rueda. Las consecuencias que se obtienen al incrementar la separación entre los durmientes son mayores momentos flexionante en el riel y esfuerzos mayores en cada durmiente. Por lo descrito, entre mayor sea la separación entre los durmientes, mayor será el hundimiento de la vía por carga unitaria de rueda, esto es, el módulo de vía será más bajo. A la inversa entre menor sea el espaciamiento entre durmientes, menor será el esfuerzo unitario y mayor el módulo de vía.

b. Estas especificaciones cubren durmientes de concreto para vías con separaciones entre durmientes de 20 y 24 pulg. (50 a 60 cm), de centro a centro.

Dimensiones del durmiente de Concreto

a. El empleo de durmientes más largos, más anchos o más rígidos, en el área de apoyo del durmiente-balasto, tendrá casi los mismos efectos que el reducir la separación entre durmientes. Existen sin embargo, límites dentro de los cuales el incremento en el tamaño no tiene efecto alguno para reducir el esfuerzo en la vía. La concentración de la carga de durmiente-balasto disminuye a medida que se separa el durmiente del riel. Y esta reducción es más rápida cuando los durmientes están construidos con materiales flexibles. Por lo tanto, existe un punto en el cual el diseño de alargamiento del durmiente disminuirá significativamente la carga de la superficie por unidad. Existen además, limitaciones de la maquinaria y separaciones requeridas de la misma que restringen la longitud del durmiente.

b. El diseño de durmientes más anchos tiene beneficios similares a los incrementos en la longitud del durmiente. Dicho diseño, sin embargo, corresponde al punto donde resulta práctico compactar el balasto abajo del durmiente.

c. Estas especificaciones cubren diseños de durmientes con longitudes de 250 cm y anchos inferior de 30 cm y una altura total 22.78 cm.

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