planeación de vías ferreas

7/28/2019 Planeacin de vas ferreas

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FERROCARRILES.-PLANEACIN DEL MANTENIMIENTO DE LAS VAS FERREAS, BASADA EN SUSCONDICIONES GEOMETRICAS.

DESARROLLO DEL TEMA.-

INNOVACIONES EN LOS CRITERIOS DE PLANEACIN.-

Los antiguos procedimientos y tcnicas de planeacin, apoyadas en inspecciones

visuales y elaboracin de reportes de campo, as como el manejo e interpretacin por las

Residencias o Superintendencias de Conservacin, a la fecha han sido superados por un gran

nmero de Empresas Operadoras de Ferrocarriles en Norteamrica, principalmente

Estadounidenses y Canadienses. La elaboracin de pronsticos de mantenimiento a corto y

largo plazos, requieren de la elaboracin de planes basados en inspecciones objetivas, pero

con el uso de herramientas adecuadas para el desarrollo de una planeacin gil y racional.

SISTEMA DE PLANEACIN EN ACCIONES DE MANTENIMIENTO DE VAS

FERREAS.

Este sistema engloba 3 componentes bsicos:

1) Una BASE DE DATOS, integrada para la va en cuestin y para cada uno de sus

elementos.

2) Series de relaciones para determinar fallas/degradaciones de los componentes de la va.

3) Base de datos para un sistema de Administracin de vas que comprenda:

a) Un mtodo de generacin de reportes.

b) Una relacin de prioridades.

c) Criterios de calibracin y validacin de las relaciones falla/degradacin.

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En el esquema de la Grfica # 1, se representan las acciones a ejecutar, para el logro

de una PLANEACIN COORDINADA.

De la observacin de este diagrama de flujo se podr detectar la presencia de lossiguientes elementos bsicos:

a) DATOS DE INSPECCIN DE VA.- Tanto visuales (subjetivos) como medidos

(objetivos), sta ltima informacin se deriva del empleo individual o combinado de

vehculos de inspeccin/deteccin de la geometra de la va, desgaste, fatiga u ondulacin

del riel, principalmente.

b) BASE DE DATOS GEOMTRICOS DE LAS VAS.- Reportes de inspeccin anteriores,

historia del mantenimiento, etc., que deber estar disponible en una computadora central.

c) ANLISIS DEL DETERIORO DE LA VA.- Informacin que describa el deterioro y/o

falla de los componentes bsicos de la va.

d) PRONSTICO DE ACCIONES DE MANTENIMIENTO.- Producto del anlisis de

deterioro o envejecimiento, aplicado a los distintos tramos de va en donde se cuenta con

base de datos.

e) POLTICAS Y CONTROLES.- Lineamientos que definan los procedimientos de

mantenimiento.

f) COSTOS.- Restricciones econmicas y financieras para el desarrollo de las actividades de

mantenimiento.

g) PROGRAMAS DE MANTENIMIENTO.- Programas de obra e inversiones a corto y largo

plazos.

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h) SEGMENTOS DE VA HOMOGNEOS.- La aplicacin de los criterios anteriormente

expuestos requieren de la clasificacin de tramos de va que tengan parmetros

geomtricos y defectos semejantes, as como histriales de conservacin similares, en sta

forma se podr predecir no solo fallas de los componentes individuales, sino las de todo eltramo o segmento de va, que es en realidad el objetivo final que se persigue.

Concentrando la informacin de todos esos tramos de va analizados, se podr contar

con una BASE DE DATOS a nivel Regional y en ltima instancia, de toda una Red

Ferroviaria, con el objeto de inventariar las necesidades materiales y econmicas, en periodos

anuales o a ms largo plazo.

2.- EL CONCEPTO TCNICO DE CALIDAD DE VA.-

La alteracin de las caractersticas geomtricas de una superestructura de va (rieles,

durmientes y fijaciones), es una consecuencia de la accin de 2 factores, bsicamente:

a) El tipo y volumen de trfico y

b) La inestabilidad del apoyo o desplante de la va, constituido por las capas de balasto,

subalasto y terracerias (capa subrasante).

Un criterio muy antiguo y a la vez simplista para definir las condiciones de soporte o

apoyo de una va, lo constituye el concepto de VIGA CONTINUA SOBRE UN APOYO

ELSTICO, (NO RIGIDO); el riel constituye la viga, los durmientes los apoyos y las capas

subyacentes, el apoyo elstico; esta teora, sustentada originalmente por el Ing. Winkler, enpoca tan lejana como en el ao de 1867, fue confirmada por el Ing. Talbot, a principios del

pasado siglo XX, mediante experiencias y elucubraciones tcnicas realizadas dentro del

COMIT ESPECIAL SOBRE ESFUERZOS EN LAS VAS. La teora introduce un

concepto denominado MODULO VERTICAL DE VA, que en realidad corresponde al

mdulo de elasticidad del soporte del riel y es una medida de la rigidez vertical del apoyo,

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constituido por los durmientes, balasto, subalasto y terraceria; se le designa con el trmino

; se puede agregar que el coeficiente relaciona la deflexin de la va con las cargas que

soporta y es, relativamente independiente de la seccin o calibre del riel o rieles. En el cuadro

#2 se describe la relacin; DEFLEXIN VERTICAL DE LA VA VS MODULO DE

ELASTICIDAD DE VA y en la Tabla # 3, se reportan valores de para diferentes

tipos y condiciones de va; a bajos valores del mdulo de va corresponden fuertes deflexiones

del riel, sometido a la accin de las cargas, estticas y dinmicas.

En diversas investigaciones y pruebas fsicas, tanto el comit Talbot, como otros

investigadores, se ha llegado a la conclusin que es deseable contar con valores altos del

Mdulo de va; en va clavada tradicional los valores del Mdulo de va son del orden de los2,500 lbs/pulg./pulg., mientras que para vas sobre durmientes de concreto y riel soldado,

alcanzan el valor de 6,000 lbs/pulg/pulg, sin embargo estos valores tan altos producen vas

demasiado rgidas, muy sensibles a los impactos provocados en el contacto rueda/riel.

EL CONCEPTO DE GEOMETRA DE VA Y SUS APLICACIONES.-

El trmino Geometra de va, como se emplear en el desarrollo de sta intervencin,

se refiere a las caractersticas geomtricas de la superestructura de la va, en el espacio y en un

determinado lapso de tiempo.

Los elementos bsicos de la Geometra de va son:

- Superficie o perfil de rieles.

- Alineamiento horizontal de rieles y va.

- Escantilln de va, que es la distancia entre caras interiores de rieles.

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- Nivel transversal o sobrelevacin en tramos con curvatura, que es la diferencia de

elevaciones entre los dos rieles.

- Alabeo.- Que es la variacin del nivel transversal, medido en sentido diagonal.

El monitoreo constante de estos elementos proporciona una informacin valiosa del

estado geomtrico de la misma, as como de sus condiciones, aceptables o no aceptables,

cuando se le compara con normas o estandares previamente establecidos. Estas normas

reportan las diferencias mximas permisibles para vas con diferentes rangos de trfico y otros

aspectos operativos, pudiendo variar significativamente para trficos de carga y de pasajeros.

APLICACIONES DE LA INFORMACIN OBTENIDA DE LAS MEDICIONES

GEOMTRICAS.-

Son 3 aplicaciones fundamentales:

1.- La bsqueda de EXCEPCIONES A normas especficas pre-establecidas, para realizar

correcciones inmediatas a defectos potencialmente peligrosos.

2.- La planeacin oportuna de los trabajos de mantenimiento; tambin aplica criterios o

ndices de calidad. Los ndices de calidad orientan al personal de mantenimiento, para la

evaluacin, establecimiento de prioridades y asignacin de recursos fsicos y econmicos;

estos ndices de calidad estan relacionados con la informacin o las mediciones obtenidas

del vehculo o carro medidor, como se ver ms adelante.

3.- Pronstico de variaciones de las caractersticas geomtricas de la va, a mediano y largo

plazos.

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RESUMEN.- APLICACIONES DE LA BASE DE DATOS (GEOMTRICA).

OBEJTIVO REQUISITOS Y ANLISIS RESULTADOS

1.DETECTAR LASEXCEPCIONES.

2.

ESTADO ACTUALDE LA VA

3.PREDICCIONES

DE LOSCAMBIOS DEL

ESTADO DELA VA.

PROCEDIMIENTO MANUAL OAUTOMTICO PARADETERMINAR LANATURALEZA Y UBICACINDE LAS EXCEPCIONES.

PROCEDIMIENTOAUTOMTICO PARA LAOBTENCIN DE NDICES DECALIDAD DE VA (ICV), PARASEGMENTOS O TRAMOS DEVA PREFIJADOS.

INTRODUCCIN DE LOSCAMBIOS NECESARIOS PARALA DETERMINACIN DE LOS

NDICES DE CALIDAD DE VA(ICV), CUYOS VALORES VANASOCIADOS CON: TRAFICO,TIPO DE VA E HISTORIA DEMANTENIMIENTO,BSICAMENTE.

CORREGIR DEFECTOS PARAREDUCIR RIESGOSPOTENCIALES ALMOVIMIENTO DE TRENES.

CONTAR CON UNAHERRAMIENTA IDNEAPARA ENCAMINAR LOSESFUERZOS DE PLANEACINDEL MANTENIMIENTO.

CONTAR CON PLANES YPROGRAMAS A DIFERENTESPLAZOS, AS COMO

DETECTAR LAS CAUSAS DELA DEGRADACIN DE VAS YEVALUAR LA EFECTIVIDADDE LOS TRABAJOS DEMANTENIMIENTO.

DESCRIPCIN DEL FUNCIONAMIENTO DEL CARRO GEOMTRICO, MARCA

PLASSER, MODELO EM-25 HC (CONOCIDO EN NUESTRO MEDIO COMO

DRESINA).-

Este vehculo monitorea o mide 8 parmetros de la va:

- Escantilln.

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- Curvatura.

- Sobrelevacin.

- Alineamiento de riel izquierdo.

- Alineamiento de riel derecho.

- Perfil de riel izquierdo.

- Perfil del riel derecho y

- Alabeo, que se calcula a travs de algunos de los parmetros arriba citados.

Durante el proceso de medicin una mini computadora checa las mediciones y calcula

los parmetros por EXCEPCIONES, para una categora o clase de va previamente

especificada; as mismo reporta los defectos geomtricos ms peligrosos para el trfico detrenes. Al final de cada tramo de longitud unitaria (milla o kilmetro), en forma impresa se

resumen las EXCEPCIONES, para cada una de tres categoras de vas, incluyendo la clase de

va que se est monitoreando.

Toda la informacin es almacenada en cinta magntica para su futuro procesado, bien

sea a bordo del vehculo medidor o en una computadora central. Toda esta capacidad instalada

se dispone a bordo de un vehculo sobre llantas neumticas y carretilla de Hy-riel, que lo

mismo transita en carretera que en va.

Los sensores de medicin estn constituidos por ruedas metlicas de 12 pulgadas de

dimetro, montadas en ejes telescpicos que se mantienen en contacto con los rieles, gracias a

una presin constante, tanto transversal como verticalmente. Figura # 4.-

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Eje de medicin transitando por la zona del cambio.

ACCESORIOS DE MEDICIN.-

El carro medidor cuenta con 3 ejes de medicin con ruedas de dimetro igual a 28

cms.; se emplean para detectar los distintos parmetros geomtricos de la va; los ejes trasero y

frontal estn colocados a una distancia de 4.72 m (15,6); el eje central, colocado al centro de

los anteriores, mide la ordenada media de la cuerda o longitud, definida por la separacin de

los ejes extremos (trasero y delantero).

MEDICIN DEL ESCANTILLN.-

El ESCANTILLN de una va es uno de los parmetros geomtricos que ms cuidado

demanda de los responsables del mantenimiento de la va; los valores excesivos de su

alteracin, pueden provocar descarrilamientos as como producir aceleraciones transversales

importantes, al paso de los equipos trctivo y de arrastre, con los consecuentes desgastes

prematuros de rieles y cejas de ruedas.

El eje de medicin de ste parmetro es el central ya que es la posicin ms adecuada

para detectar deformaciones, bien sea en va en tangente como va en curva.

La presin lateral, aplicada a las ruedas de este eje, provoca un contacto ntimo entre la

cara lateral de riel y la ceja de las ruedas, detectando cualquier variacin en el valor estndardel escantillon (1,435 mm en tangentes y algunas variantes de ampliacin especificada, en

curvas); los desplazamientos lineales son registrados por un TRANSDUCTOR

(TRANSDUCER). Figura # 5.-

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MEDICIN DEL NIVEL TRANSVERSAL O SOBRELEVACIN.-

El valor de la sobrelevacin puede ser escaso o excesivo, en relacin con un valor

especificado para uno o varios tipos de trenes (trfico mayoritario y en el sentido de cargados).

S el valor de la sobrelevacin es escaso se producir desgaste prematuro de rieles

exteriores y cejas de ruedas, con peligro potencial de descarrilamientos; en caso contrario, con

sobrelevacin excedida, se producirn fenmenos semejantes, pero en los rieles interiores de

la va en curva. Para la localizacin y medicin de estos defectos, el carro medidor dispone deun INCLINAMIENTO y dos PALPADORES que corrigen los desplazamientos laterales de la

carrocera del vehculo medidor. Figura # 6.- Medicin de la sobrelevacin.

MEDICIN DEL PERFIL DE RIELES.-

Las diferencias en el nivel o perfil de los rieles en una va en operacin, en relacin con

una rasante de proyecto, pueden conducir a la generacin de impactos y aceleraciones

indeseables y destructivas para la propia va y el equipo, tanto ms importantes cuanto ms

altas sean la carga por rueda y las velocidades de operacin.

Para medir ste parmetro se emplea una base de medicin o cuerda con longitud de

9.45 m (31), definida por la posicin de los 3 ejes del vehculo, que proporcionan mediciones

de nivel independientes uno de otro.

Los ejes frontal y trasero constituyen la base de medicin del perfil de ambos rieles; el

eje central detecta la ordenada media.

Figura. # 7.

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MEDICIN DE ALINEAMIENTO DE LOS RIELES.-

Una va desalineada produce importantes aceleraciones instantneas transversales al

paso de los trenes, trayendo como consecuencia la generacin de daos al equipo, a la carga y

a la propia va.

Las desviaciones horizontales relacionadas con la trayectoria original de la va, son

detectadas por las ruedas medidoras y transmitidas a los transductores, en donde los

desplazamientos fsicos naturales son convertidos en seales elctricas y enviadas a lacomputadora del sistema.

Figura #8.- Medicin del alineamiento.

MEDICIN DEL ALABEO.-

Existen varias causas que pueden provocar el alabeo de la va (diferencia del nivel de

los rieles en el plano transversal), algunas de ellas pueden ser: Fatiga del material de rieles,

asentamiento o erosin de la capa subrasante (terracera), escasez de balasto, etc.

A medida que el convoy (tren) se desplaza por una va alabeada, los trucks o los ejes

del equipo se torsionan, generando fricciones indeseables entre hongo de riel y cejas de

ruedas, producindose desgaste acelerado en ambos elementos.

El alabeo se calcula a partir de la sobrelevacin y del desnivel, en dos secciones de vaconsecutivas, separadas a una distancia convenida; se obtiene de la diferencia de 2 medidas:

A = S1 S2

A = Alabeo

S1 = Desnivel

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S2 = Sobrelevacin

Figura # 9.

MEDICIN DE LA DISTANCIA.-

Se hace por medio de un aditamento que va montando al eje de medicin (eje central),

accionado por medio de una flecha y engrane a una de las ruedas de ese eje.

PLANEACIN.-

Para alcanzar el objetivo ltimo en labores de Planeacin, se requiere desarrollar unproceso adicional, descrito esquemticamente en el diagrama contenido en la Figura #10.-

Anlisis de la Base de datos geomtrica.

NDICES DE CALIDAD DE VA (ICV).-

Los NDICES DE CALIDAD DE VA, vienen a ser la representacin numrica de los

valores de la geometra de va, resumiendo las caractersticas estructurales de la misma, por

secciones o tramos de va, proporcionando un amplio espectro de posibilidades, en

comparacin con el tradicional y escueto REPORTE DE VA, elaborado hasta hace algunos

aos atrs, por los Mayordomos de va.

Los ndices de calidad de va, as mismo determinan el grado de aproximacin o

alejamiento, que un segmento de va est en relacin con las NORMAS O ESTANDARES ya

establecidos; tambin permite comparaciones de calidad entre dos o ms segmentos de va; enuna Red Ferroviaria.

CRITERIOS PARA DETERMINAR LOS NDICES DE CALIDAD DE VA (IVC).-

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A.- Criterios Estadsticos.-

La ESTADSTICA es la rama de las Matemticas que tiene la funcin de colectar,

interpretar, analizar y presentar abundantes datos numricos, aplicados a un fin determinado;

para la obtencin de los ICV, comnmente se emplean:

a) La MEDIA.- Que es la representacin del PROMEDIO de un volumen

determinado de datos.

b) La DESVIACIN ESTANDAR.- Que es un rango de variacin de esos datos o

parmetros alrededor de la MEDIA.

c) EL VALOR PORCENTAL (PERCENTIL) 99%.- Es el valor inferior en el cual se

halla el 99% de las muestras (datos) individuales.

Los ms comnmente empleados en el campo ferroviario son la DESVIACIN

ESTANDAR y el VALOR PORCENTUAL 99%.

B.- Criterios basados en la interelacin VA/EQUIPO.-

Para esta alternativa en la determinacin de ICV, el carro geomtrico registra

aceleraciones instantneas que son traducidas en fuerzas, tanto en la direccin horizontal como

en la vertical, valores de fuerzas que van ntimamente relacionadas con los defectos de

alineamiento y perfil de la va.

El efecto de la sobrelevacin influye en el valor de las fuerzas verticales; eliminando el

peso del vehculo (fuerza unitaria), se obtiene un grupo de ndices relacionados con:

- Alineamiento.

- Perfil de riel interior (curva)

- Perfil de riel exterior (curva).

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ndices que se pueden manejar individual o combinadamente, si se desea obtener un

solo ICV.

DESCARRILAMIENTO POTENCIAL.-

Otro criterio para la determinacin del ICV, es la correlacin de ste con la posibilidad

(potencial) de ocurrencia de descarrilamiento del tren o convoy.

Este criterio emplea un anlisis de regresin para interelacionar varios parmetros deva y la posibilidad de ocurrencia de descarrilamiento, obtenindose finalmente un slo

concepto, a partir del cual se obtiene un ICV basado en la seguridad del Trfico, que

llamaremos NDICE DE TRFICO DE VA (ITV) cuyo valor ltimo est apoyado en la

combinacin de dos parmetros: Alabeo y alineamiento de rieles. Este valor del ITV es una

produccin (output) adicional del carro medidor, para la evaluacin de las condiciones de la

va.

Cuadro # 11.- Relacin de ndices de calidad de va (ICV).

Se concluye que otras Entidades tanto privadas como pblicas, en N.A. estn

desarrollando criterios y experimentos para la determinacin de NDICES DE CALIDAD DE

VA, en base a otros defectos o parmetros de la va; ojal que en nuestro medio ferroviario

Mexicano no nos vayamos a quedar a la zaga en el logro de tan importante objetivo.

Ing. Isaac Moscoso Legorreta.

Conferencista.( XIV Reunin Nacional de V.T.)

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