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La Vía Férrea. Aparatos de Vía.
CAPITULO 7
APARATOS DE VIA (ADV)
El aparato de vía es un dispositivo que permite asegurar la continuidad de esta para un
itinerario determinado seleccionado entre varios factibles, tanto divergentes o secantes, es
decir posibilitan que dos o más vías puedan cruzarse o conectarse entre sí sin perder la
continuidad de guiado.
Su implementación en la vía surge ante la necesidad de realizar cruces, apartados de
material móvil, clasificación de los mismos y otras operaciones, sin que el elemento guiador,
la pestaña encuentre obstáculos en su camino.
Los aparatos de vía están formados por combinaciones de dos elementos:
-
Desvíos, que permiten que una vía se ramifique en dos o excepcionalmente en
tres.
-
Travesías, que permiten el cruce de dos vías.
A su vez los desvíos y travesías se forman a partir de tres componentes elementales unidos
por tramos de vía normal llamados carriles intermedios. Los componentes elementales son:
-
Cambios, que aseguran la continuidad de cada uno de los itinerarios divergentes.
-
Cruzamientos, que permiten la intersección de dos hilos de carril de manos
opuestas.
-
Cruzamientos dobles o travesías propiamente dichas que permiten la intersección
de dos hilos de carril de la misma mano.
Los desvíos están formados por un cambio y un cruzamiento sencillo unidos mediante
carriles intermedios.
Las travesías, simples o dobles, son una combinación de varios cambios y un cruzamiento
doble.
La combinación de desvíos y travesías permite la realización de:
-
Escapes o combinaciones de dos desvíos que permiten unir entre sí dos
itinerarios principales no convergentes.
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-
Bifurcaciones o combinaciones de dos desvíos y una travesía que permiten la
salida de dos itinerarios divergentes a partir de otros dos principales.
-
Escapes cruzados o conjunto de dos escapes simples que se cruzan.
Características:
En relación con el material rodante las características de un ADV a considerar son:
-
Radio mínimo del aparato que hace posible la inscripción del vehículo en él.
-
El radio del aparato que define la velocidad de circulación sobre la vía desviada.
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El trazado director que determina el guiado de los vehículos, entendiendo por tal la
envolvente de las secciones de las pestañas de las ruedas por un plano situado a
14 mm bajo la superficie de rodadura.
-
Por otra parte las aceleraciones transversales que provoque el aparato no deben sobrepasar
valores que afecten el confort de los viajeros ni originar efectos de impacto inadmisibles.
Además un ADV debe proporcionar:
-
seguridad, por constituir un punto singular de la infraestructura de vía y
establecer una solución de continuidad en la rodadura.
-
Maniobrabilidad, dado que la mayor parte de sus movimientos son mandados a
distancia desde un puesto de control central.
-
Conservación sencilla, lo cual requiere un reducido número de piezas de
repuesto e intervenciones de frecuencia mínima.
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CAMBIOS
Principios básicos:
La misión de los cambios es producir el desvío de las circulaciones hacia una vía
determinada, lo cual se obtiene mediante unas piezas móviles llamadas agujas que
mediante un dispositivo de accionamiento pueden desplazarse hasta entrar en contacto con
el carril adyacente llamado contraaguja, o bien retirarse y dejar un espacio libre para el paso
de las pestañas de la llanta. La dirección principal recibe el nombre de vía directa y la otra
de vía desviada.
Cada cambio consta de dos agujas, una de las cuales debe estar en contacto con su
contraaguja mientras que la otra permanece abierta.
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Las agujas de los cambios pueden accionarse mediante diversos procedimientos, en forma
manual, mecánicos, hidráulicos o eléctricos que las desplazan simultáneamente o con un
pequeño intervalo de tiempo. Durante su movimiento, las agujas resbalan sobre placas
engrasadas denominadas cojinetes de resbalamiento o resbaladeras, hasta adaptarse
perfectamente a la contraaguja correspondiente. Una vez acoplada la aguja, su inmovilidad
sobre la contraaguja se mantiene mediante dispositivos de seguridad denominados cerrojos
de aguja, que se ven complementados por indicadores de posición que señalan la exacta
posición de las agujas.
Este proceso que recibe el nombre de encerrojamiento.
El extremo por el cual se aborda el cambio se denomina punta, mientras que el extremo
opuesto es el talón. Un cambio puede ser tomado de punta o de talón, en el primer caso, un
tren que circula por la vía troncal tomará una de las agujas de punta y seguirá la dirección
que esta le impone, en el segundo caso tomará las agujas de talón y encontrará la vía
abierta si el cambio fue correctamente maniobrado para la vía que trae el tren, si
eventualmente se encuentra este cerrado para dicha vía, las pestañas de las llantas
presionarán entre la aguja y la contraaguja y forzarán a aquella a separarse de esta,
rompiendo los tirantes que mantenían la separación normal entre ambas agujas. En tal
circunstancia, se dice que el cambio ha sido talonado.
El diseño geométrico de las agujas admite dos soluciones teóricas:
-
El trazado tangente, siendo el trazado de la vía desviada tangente a la vía
directa.
-
El trazado secante, cuando el trazado de la vía directa y el de la desviada se
cortan formando un ángulo denominado ángulo de desviación.
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Para disminuir la longitud de las agujas en su parte más frágil, ya que cualquier choque de
una pestaña sobre la aguja produciría su mellado, se limita la zona curva al punto en que el
espesor de las agujas en el plano de su eje está comprendido entre 2 y 2,5 mm y a partir de
este punto continuar hasta la parte matemática con una recta tangente a dicha curva.
Se establecen las siguientes definiciones:
La punta matemática de una aguja (PMA) es el punto teórico de intersección de los
bordes activos de los carriles que convergen hacia ese punto, es decir, de la aguja y la
contraaguja.
La punta real (PRA) es el extremo material de una aguja.
El ángulo de desviación θ de una aguja, es el ángulo que forman los dos bordes
activos en un punto característico de la geometría de la aguja, por ejemplo en una
aguja secante, dicho punto es la punta matemática.
Angulo de ataque β es el ángulo bajo el cual el eje encuentra el borde activo de la
aguja.
Para una misma longitud de aguja, el ángulo de desviación depende del tipo de la misma. La
aguja recta produce mayor ángulo de desviación; la aguja curva tangencial pura daría un
ángulo de desviación nulo. Sin embargo, por los motivos expuestos de resistencia en la
punta, el ángulo debe ser, como mínimo, de 25 minutos.
Constitución de los cambios:
Las agujas y contraagujas de los cambios se fabrican por mecanización de perfiles de carril,
que en determinados casos son perfiles de carriles normales y en otros, especiales.
Las agujas se fabrican generalmente a partir de perfiles especiales de alma gruesa (28 mm),
de los cuales existen dos tipos fundamentales:
El perfil alto simétrico, cuya altura es la misma que la del carril de vía general.
El perfil bajo, cuya menor altura permite respetar el patín de la contraaguja y
del que existen dos modelos:
Perfil bajo simétrico: su mayor rigidez vertical permite mayores cargas por
eje.
Perfil bajo asimétrico: su mayor rigidez transversal admite mayores
velocidades y posibilita la fabricación de aparatos de vía talonables.
En el extremo posterior las agujas deben pivotar alrededor del talón, para lo cual se emplean
dos soluciones:
-
Las agujas de alma articulada en el talón
-
Las agujas de alma flexible encastradas en el talón, donde el desplazamiento de
su punta se obtiene con la flexibilidad de la aguja evitándose las discontinuidades
de curvaturas en el talón.
La longitud de las agujas flexibles de talón encastrado varía entre los 9 y 40 metros en
función de la velocidad para las que el ADV está diseñado. Para aumentar la flexibilidad de
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las agujas cortas, manteniendo el recorrido de maniobra dentro de límites razonables, se
mecaniza el patín del carril a lo largo de una cierta longitud próxima al talón, aligerando su
sección.
Para asegurar una calidad de rodadura suficiente la maniobra de las agujas se limita a una
amplitud variable entre 115 y 140 mm según el tipo de aguja. En cuanto al ángulo de
desviación se procura que sea lo mínimo posible para evitar impactos importantes en los
ejes del material rodante.
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Cojinetes de resbalamiento:
Son los elementos que sirven de apoyo a las agujas y contraagujas en los cambios.
Cumplen una doble función:
-
Afianzar la contraaguja en su posición, de forma tal que el conjunto resista los
esfuerzos transversales generados por el paso de los ejes sobre la aguja.
-
Proporcionar una superficie de deslizamiento que posibilite el desplazamiento
transversal de la aguja.
Dispositivos de maniobra:
Las dos agujas de un cambio están solidariamente unidas entre sí por medio de los tirantes
de separación y de los mecanismos de articulación.
El aislamiento eléctrico entre los dos carriles se obtiene mediante articulaciones elásticas.
Las agujas pueden accionarse manualmente en situ o a distancia por medio de palancas o
bien a través de un motor. Los dispositivos de maniobra constan de una transmisión que
actúan sobre uno o más tirantes de separación a través de los cuales se transmite el
movimiento de las agujas hasta situarlas en posición de cierre o apertura. Cuando las agujas
alcanzan su posición, el dispositivo de maniobra las inmoviliza, pero por los movimientos
parásitos originados por las vibraciones resulta necesaria la utilización de dispositivos de
inmovilización para reforzar la seguridad, garantizando la fijación o el encerrojamiento de las
agujas.
El accionamiento de las agujas a distancia puede realizarse mediante las siguientes
transmisiones:
a) Rígida: a base de elementos metálicos articulados.
b) Funicular: por medio de cables, fijados con contrapesos y guiados por pequeñas
poleas.
c) Fluida: utilizando aire o agua como vehículo impulsor.
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d) Eléctrica: cuando el accionamiento se efectúa por medio de un motor eléctrico de
baja tensión.
Fijación y encerrojamiento de las agujas:
Existen dos modelos de dispositivos de fijación:
-
La fijación de tirante, que se acciona mediante una transmisión independiente de
la de la aguja que inmoviliza el tirante de separación de las agujas.
-
La fijación carter-cojinete que se acciona por el tirante de maniobra del cambio,
de forma que inmoviliza la aguja cerrada por un lado y la abierta por el otro.
El recorrido del tirante de maniobra debe cumplir en este dispositivo tres funciones
sucesivas:
-
Desbloqueo.
-
Desplazamiento de agujas
-
Bloqueo
El encerrojamiento asegura la inmovilización de la aguja cerrada contra la contraaguja
correspondiente mientras que la aguja abierta a la que es solidaria queda libre. Las acciones
imprevistas sobre la aguja abierta pueden provocar el movimiento de la aguja en el otro
sentido.
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Representación gráfica de un desvío
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CRUZAMIENTO
El cruzamiento es el elemento del desvío donde se produce la superposición de los caminos
recorridos. Los cruzamientos clásicos están formados por un corazón de punta fija, dos
patas de liebre o carriles ala y dos contracarriles. Los cruzamientos modernos para alta
velocidad incorporan corazones de punta móvil.
Corazón de punta fija:
Se conoce como corazón la unión de los dos carriles que se interseccionan. Los hilos de la
vía directa y de la vía desviada forman, al cortarse, la llamada punta del corazón. El punto
PM (punta matemática) marca la intersección teórica de ambos hilos; el punto PR (punta
real) materializa el principio de la unión de los dos carriles. La punta real del corazón suele
estar rebajada para conseguir un suave ascenso de la rueda sobre el corazón.
Denominaremos talón del corazón al extremo del corazón que coincide con el final del
desvío.
Para permitir el paso de las pestañas de las llantas, entre la punta del corazón y el carril
queda una abertura denominada laguna. Al paso por el cruzamiento, la parte exterior de la
llanta de la rueda situada sobre la laguna apoya sobre la pata de liebre correspondiente,
mientras que el guiado del eje está asegurado por el carril y el contracarril opuestos a la
laguna, que actúan sobre la otra rueda. Tanto los contracarriles como las patas de liebre se
abren en sus extremos para encauzar las llantas que los abordan, evitando así los choques
frontales.
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La cota de protección de la punta de un cruzamiento es la distancia entre la punta real y la
cara del contracarril del hilo opuesto. Su valor teórico en vías de trocha ancha es de:
-
la distancia máxima de calado del eje .........1603 mm
el espesor máximo de las pestañas ................33 mm
1636 mm
La posibilidad de que los dos máximos se den en la práctica simultáneamente es pequeña,
por lo que algunas administraciones ferroviarias han reducido este valor.
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La separación entre el carril y el contracarril oscila generalmente entre 40 y 45 mm, y este
valor debe ser mínimo para que la llanta que atraviesa el corazón no tome una falsa
dirección ni choque con la punta del corazón.
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Los corazones de los cruzamientos pueden ser rectos o curvos. En los corazones rectos los
dos hilos están alineados, en los curvos un hilo está alineado y el otro forma una curva
cóncava. Los ADV con corazón recto son más cortos que los de corazón curvo para una
desviación dada, lo cual resulta interesante para las desviaciones de gran ángulo.
Corazón de punta móvil:
El corazón de punta móvil es un sistema que permite suprimir la laguna del cruzamiento en
ambas direcciones mediante un dispositivo de accionamiento que actúa sobre la punta del
corazón produciendo su desplazamiento hasta entrar en contacto con la pata de liebre
correspondiente a la posición de cruces deseada.
Este sistema se utiliza en desvíos de alta velocidad y su funcionamiento se basa en el
mismo principio que el de los cambios con agujas flexibles.
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El corazón de punta móvil requiere un dispositivo de maniobra y de control que debe ser
enclavado como en el caso de los cambios, lo que aumenta considerablemente su costo.
Constitución de los cruzamientos:
Los corazones de los cruzamientos se construían a partir de carriles unidos entre sí. En los
corazones de este tipo la unión del conjunto de las patas de liebre y la punta se realiza
mediante bulones. Tanto el corazón como los contracarriles y los carriles exteriores se
fijaban mediante tirafondos a los durmientes de madera.
El aumento progresivo de las cargas por eje y la velocidad de circulación supuso que los
impactos sobre las puntas de los cruzamientos fuesen cada vez más importantes,
originando su rápido deterioro y problemas de conservación. Por ello actualmente se
emplean corazones monobloque moldeados en acero al manganeso. El acero empleado
contiene un 12 a 14 % de manganeso y tiene estructura austenítica que le proporciona alta
resistencia al choque y a la abrasión. Mediante un endurecimiento en frío la austenita se
transforma en una capa de martensita muy dura pero de espesor muy reducido. La
progresión de fisuras se limita a esta delgada capa por lo que estos corazones tienen un
excelente comportamiento en vía.
El diseño del corazón monoblock presenta las siguientes ventajas:
-
Ausencia de bulones y una mejor distribución de los esfuerzos al conjunto de los
durmientes, requiriendo un menor mantenimiento.
-
Desde el punto de vista de su fabricación, la posibilidad de realizar corazones
curvos y perfiles de pata de liebre sobreelevados, que soportan mejor el paso de
los ejes por la laguna.
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La colada debe verterse en los moldes, recocerse y templarse estando su longitud limitada a
la de los hornos de calentamiento y a los estanques de templado. Como consecuencia de
ello, los corazones especialmente largos se realizan con punta móvil en lugar de punta fija.
DESVIOS
Aspectos generales:
Los desvíos son una combinación de aparatos (cambios y cruzamientos) que permiten a las
circulaciones tomar una, entre varias vías concurrentes.
De acuerdo con su forma en planta se distinguen los siguientes tipos de desvíos:
-
Simétrico
-
Divergente
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-
Convergente
Trazado:
Los desvíos son ADV constituidos por un cambio y un cruzamiento, que permiten que una
vía principal se desdoble en dos. La vía directa está situada sobre el itinerario principal y su
trazado debe favorecerse de forma que el paso por el desvío no implique una disminución
de la velocidad de circulación.
La vía desviada forma una curva cuyo radio de curvatura puede ser variable o constante y
cuyo ancho debe ser compatible con la inscripción de los vehículos más restrictivos. Esta
curva es abordada por la rueda bajo un ángulo de ataque que depende del juego de la vía,
del trazado adoptado y del radio de curvatura.
Velocidad de paso por un desvío:
La velocidad de paso por la vía directa no tiene más limitación que las de origen dinámico,
localizándose los puntos críticos en la zona de agujas y, en especial, en los cruzamientos.
En la práctica, esta velocidad debe coincidir con la velocidad máxima de la línea sobre la
que está asentada, con el objeto de evitar que el desvío constituya un punto singular que
imponga una reducción de velocidad con los consiguientes efectos negativos sobre la
explotación de la línea.
La velocidad admisible en la vía desviada depende de dos parámetros geométricos del
desvío: el radio de la vía desviada y el trazado de la aguja, secante o tangente, que
determinan el ángulo de desviación.
DESVIOS DOBLES
Existen dos tipos de desvíos dobles:
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Un tipo es simétrico con un cambio doble que consta de dos agujas yuxtapuestas, un
cruzamiento intermedio y dos cruzamientos gemelos simétricos. Su diseño no permite el
empleo de contracarriles de protección de las puntas de corazón dado que la bí central no
deja espacio para su colocación. Es muy poco usado en la actualidad.
El otro es el de agujas desfasadas, constituido por dos desvíos simples dispuestos de forma
que el cambio del segundo se encuentra entre el cambio y el cruzamiento del primero. Hay
un cruzamiento intermedio y dos laterales que no son gemelos.
TRAVESIAS
Composición:
Las travesías son ADV compuestos por dos cruzamientos simples y un cruzamiento doble o
travesía doble propiamente dicha, que está formada por dos corazones que se protegen
mutuamente, lo que implica que a un ancho de vía dado le corresponde una longitud de
entrecalle fija, ya que las dos medidas determinan la protección de la punta.
IMPLANTACIÓN DE LOS ADV
Representación de los ADV en los planos:
En los planos topográficos los ADV se representan por el eje, así por ejemplo un desvío se
define por cuatro puntos: los tres puntos medios ABC de los extremos y el centro D.
Cuando se instalan los aparatos, el eje de la vía directa se quiebra de forma que el ángulo α
permanece constante.
Existen símbolos convencionales para cada tipo de ADV.
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Radio de los aparatos situados en curva:
Cuando no se puede situar en recta la vía directa de un ADV, debe insertarse en un tramo
de curvatura constante dado que los cambios no admiten variaciones de flecha superiores a
6mm/m por motivos constructivos.
Peralte en los ADV:
Los ADV se instalan sin peralte cuando sus dos vías tienen curvatura de sentido contrario y
deben permitir velocidades de paso equivalente.
Cuando una de las direcciones sea privilegiada el peralte será tal que permita el paso por
ella a la velocidad de circulación de la línea.
Desvío sencillo
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Cruzamiento monobloque
Corazón de punta móvil
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Desvíos mixtos
Travesía rectangular
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Sujeción elástica interior de contraaguja (sistema IBAV):
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Imágenes de distintos componentes de ADV
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Desvío con doble trocha
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