Se indicará aquí la disposición de las juntas entre rieles visualizando en planta a las mismas. La situación es distinta según se trate de vía recta o en curva.
A. En Vía Recta
Normalmente en vía recta las juntas en ambos rieles de la vía se disponen (en planta) en la misma sección transversal de vía, es decir enfrentadas. El objeto de tal disposición está relacionado al confort de la marcha de trenes, o sea, que en el avance de los vehículos se produzca un solo golpe (impacto) de ambas llantas de un eje al pasar de un riel al siguiente. Lo manifestado es un criterio de aplicación general en el diseño y construcción de vías. Ver Figura U4.
Figura U4 Vista en Planta
A.1. Disposición de Durmientes en Juntas
En la Figura U4 se han indicado distintas separaciones entre durmientes en la medida que nos acercamos a la unión riel – riel, siendo la disposición de las
90º
a a b c
Eje de Junta
separaciones simétricas respecto de la junta. Tales dimensiones se describen a continuación:
a: distancia normal entre ejes de durmientes; está en función del tipo y
dimensiones de los durmientes, de la carga por eje y de las frecuencias y tipologías predominantes de trenes circulantes. Normalmente se establece en términos del Nº de durmientes por Kilómetro. Ej: en la Obra de Renovación de Vía de Pedro Vargas a Los Terneros, se estableció en 1755 durmientes por kilómetro para una carga por eje estimada de 24 ton/eje y trenes de cargas con una frecuencia de 10 trenes/día. La cifra indicada (1755) da una distancia promedio de 54 cm entre ejes de durmientes.
b y c: al aproximarnos a las juntas se densifica la cantidad de durmientes,
es decir se disminuye la distancia entre ejes de los mismos a los efectos de conferir a la vía mayor capacidad portante en correspondencia con la unión riel – riel, ya que es allí donde se producen algunas de las cargas dinámicas significativas como el impacto de las llantas sobre el hongo del riel al pasar un vehículo de un riel a otro. Para el caso del ejemplo citado en el apartado anterior, las dimensiones correspondientes serían de: b de 50 cm y c de 46 cm.
B. En Vía Curva
En vía curva sería de aplicación el mismo criterio que para vía recta a no ser por la cuasi imposibilidad geométrica de llevarlo a cabo y un importante factor como el económico, explicado más adelante.
En curva hay que tener presente que los radios teóricos (curvas de transición y circular) se miden al eje de vía, por lo tanto los rieles exteriores e interiores presentan distintos radios:
Re = R + T/2 Donde: Re: radio riel exterior
Ri = R – T/2 Ri: radio riel interior
R: radio teórico (a eje de vía) T: trocha de la vía
Teniendo presente que la longitud de las curvas circulares se determinan como producto del radio por el ángulo central de la misma, es claro que el riel exterior curvo es más largo que el riel interior curvo, lo cual implica que se produzca un desfasaje progresivo entre los rieles (si todos tienen la misma longitud), por lo cual el riel interior “avanza” más que el riel exterior; obviamente esta circunstancia hace que las juntas entre ambos rieles no coincidan transversalmente al eje de vía. Esta situación es indeseable porque afecta seriamente el confort de marcha y la seguridad de vía al producirse impactos de las llantas con los rieles en forma discontinua y muy cercana uno de otro. Además induce otro problema: en la salida de la curva el extremo de ambos rieles de la vía no coincidiría transversalmente afectando el criterio general expresado en la vía recta subsiguiente a la curva.
¿Cómo se resuelve este problema? (si todos los rieles conservan su longitud)
No hay otra posibilidad que producir el máximo desfasaje factible en las juntas de ambos rieles para que los impactos de las llantas sobre los rieles sea lo más discontinua posible a los efectos de afectar en menor medida el confort de marcha. Esto se logra intercalando al inicio de la curva un riel interior más corto (cupón) que permita lograr el máximo desfasaje de juntas entre riel interior y exterior; la longitud de dicho riel es objeto de cálculo ya que depende del radio de la curva y de la trocha, pero en general se encuentra en el orden del tercio medio de la longitud de riel (p/ riel de 36 m, entre 12 y 18 m); para luego “cerrar” la curva enfrentando nuevamente las juntas en vía recta, colocando un nuevo cupón. Ver
Figura U5 y el ejemplo de disposición de rieles en curva.
Figura U5 Vista en Planta
Notas:
PC: principio de curva (incluye transición) FC: final de curva (incluye transición)
Otra posibilidad de solución es enfrentar las juntas de ambos rieles, es decir disponerlas como en vía recta. Si se conserva la longitud original (36 m) en los rieles exteriores implica que los rieles interiores tendrán menos de 36 m. Esto es posible de realizar pero normalmente incrementa los costos de conservación al tener que disponer de stock de rieles de longitudes diversas, sobre todo teniendo presente que en las curvas de transición se presentaría un alto número de rieles de distintas longitudes, no así en la curva circular donde tendríamos rieles interiores de longitud menor pero uniforme; pero al extender la aplicación de tal criterio a todo un ramal, por ejemplo, se incrementa la problemática dado el gran número de curvas de radio diversos que pueden presentarse.
Normalmente se opta por la primer solución indicada (Figura U5) por tener menor costo de conservación, ya que tanto para el riel exterior como interior se emplean rieles de longitud normal (36 m) y sólo se presentan dos rieles de longitud distinta al PC y al FC. El primero de ellos (al PC) se coloca para producir el desfasaje de juntas entre riel exterior e interior de la curva, el segundo (al FC) es el que permite que las juntas se enfrenten a la salida de la curva para continuar así en la vía recta posterior a la curva.
EJEMPLO: De disposición de rieles en curva
Consideraremos una curva de radio R = 800 m (curva circular) y cuya longitud es de L = 2400 m, para una vía de troncha ancha T = 1,676 m, y construida con rieles de longitud Lr = 36 m. La longitud L corresponde al eje de vía.
1. A esta curva corresponde por tanto un ángulo central de: = L / R = 3 rad 2. El radio del riel exterior es: Re = R + T/2 = 800,838 m
3. El radio del riel interior es: Ri = R – T/2 = 799,162 m 4. Longitud de riel exterior: Le = Re . = 2.402,514 m 5. Longitud de riel interior: Li = Ri . = 2.397,486 m 6. Desfasaje entre rieles: D = Le – Li = 5,028 m
7. Nº de rieles en riel exterior: Nre = Le / Lr = 66, 7365 rieles 8. Nº de rieles en riel interior: Nri = Li / Lr = 66, 5968 rieles
9. De los ítems 7 y 8 se infiere que hay menor cantidad de rieles en el riel interior lo cual implica el “avance progresivo” ya indicado de los rieles interiores respecto de los exteriores.
10. Según ítems 7 y 8 habrá 66 juntas con desfasajes progresivos, esto es lo que se trata de evitar intercalando rieles de menor longitud al PC y al FC. Para saber que estamos hablando aquí calculemos los desfasajes progresivos riel a riel (de 36 m) para cinco juntas arbitrarias a partir del PC:
Considerando que:
Angulo central de un riel: r = Lr / R = 0,045 rad (al eje de vía) El desfasaje entre rieles (Dr) estará dado por:
Dr = Nr . (Re . r – Ri . r) = Nr . (Re – Ri) . r = Nr . T . r
Donde: Nr es el número de rieles contados a partir del PC.
En la Tabla siguiente se indicará el desfasaje progresivo para cinco rieles de posición arbitrariamente escogida:
Posición del Riel 1º 5º 10º 30º 66º
Nº de Rieles 1 5 10 30 66
Desfasaje entre Rieles
(cm) 7,54 37,70 75,40 226,20 497,64
Obsérvese que para las diez primeras juntas se producen desfasajes de entre 7,54 y 75,40 cm entre riel interior (adelantado) y exterior (atrasado), lo cual implica la incómoda situación de la discontinuidad de las juntas y cercanía de impactos de las llantas con las puntas de rieles, afectando seriamente el confort de marcha de los trenes circulantes.
11. Solución: Intercalar rieles de menor longitud que 36 m, al PC y al FC. 12. Objetivos:
Que las juntas de riel interior y riel exterior en curva presenten el máximo desfasaje posible a lo largo de toda la curva.
Que los rieles exterior e interior de la curva coincidan en su junta en el FC para continuar con juntas transversalmente coincidentes en vía recta.
Cálculo de Rieles Intercalados:
13.1. Intercalamos un riel interior de longitud Lri = 18 m al PC.
13.2. Implica que el desfasaje (adelanto) al FC del riel interior respecto del riel exterior será de: 18 m + D = 23,028 m
13.3. Por lo tanto podemos intercalar sobre el riel exterior y en el FC un riel de 23,028 m para establecer la coincidencia de juntas en el FC.
13.4. Se trata que el desfasaje entre rieles se encuentre en el tercio medio de un riel (entre 12 y 18 m).
13.5. Teóricamente el desfasaje de las juntas intermedias a lo largo de la curva estará entre los 18 m y los 23,028 m. En realidad el desfasaje entre el último riel interior y el anteúltimo riel exterior es de: (36 m – 23,028 m ) = 12,972 m
13.6. Otro criterio es distribuir el desfasaje total entre rieles para toda la curva (D = 5,028 m) equitativamente entre PC y FC. De tal modo se puede colocar al PC un riel interior intercalado de longitud igual a: [18 m – (5,028 / 2) m] = 15,486 m. De tal forma que el riel intercalado exterior al FC será de: (15,486 m + D) = 20,514 m. 13.7. El desfasaje entre el último riel interior y el anteúltimo riel exterior será ahora de: (36 m – 20,514 m) = 15,486 m. Esta situación es más favorable que la anterior en términos de distribuir el desfasaje entre rieles en forma más equitativa a lo largo de la curva.
13.8. No obstante lo indicado es conveniente verificar el desfasaje riel a riel usando la expresión de Dr indicada anteriormente, y produciendo los ajustes que fueran menester hacer.