Rigidez vía AV y comportamiento vehículos

Estudio de la rigidez de la vía ferroviaria y su relación con el comportamiento dinámico vertical de los
vehículos. Influencia de aspectos constructivos: el bombeo de la sección transversal y la diferente rigidez
por debajo de cada carril. Aplicación a los tramos Ciudad Real-Puertollano y Santaella-Antequera.
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ÍNDICE
1 ANTECEDENTES Y OBJETIVO DEL PROYECTO ................................... 4
1.1 Antecedentes ................................................................................................4
1.2 Objetivos.......................................................................................................5
1.3 Metodología..................................................................................................6
2 RECOPILACIÓN DEL ESTADO DEL ARTE EN LA MATERIA......................8
2.1 Alta Velocidad Española................................................................................8
2.1.1 Definición.............................................................................................................. 8
2.1.2 Definición de vía sobre balasto........................................................................... 10
2.1.3 Exigencias generales en líneas de alta velocidad. Directiva 96/48/EC DE
23/07/1996..................................................................................................................... 15
2.1.4 Características técnicas específicas de un trazado de una línea férrea de alta
velocidad en España....................................................................................................... 18
2.1.5 Secciones estructurales de vías de alta velocidad balastadas............................ 28
2.2 Rigidez vertical de la vía..................................................................................... 32
2.2.1 Tipologías de análisis de la rigidez vertical de la vía. Repaso histórico de los
distintos métodos........................................................................................................... 32
2.2.2 Relación entre los coeficientes de rigidez vertical ............................................. 41
2.2.3 Magnitudes habituales de la resistencia vertical de la vía ................................. 43
2.2.4 La mayor utilidad del parámetro Rigidez Vertical de la vía. Medición de la rigidez
vertical……………………………………………………………………………………………………………………… 47
2.2.5 Importancia de una rigidez vertical óptima de la vía. Influencia en los costes de
mantenimiento............................................................................................................... 53
2.3 El método de los elementos finitos.................................................................. 62
2.3.1 Introducción histórica........................................................................................ 62
2.3.2 Conceptos generales del método...................................................................... 63
2.3.3 Programas informáticos de elementos finitos................................................... 65
2.3.4 Ansys .................................................................................................................. 66
2.4 Aplicación del MEF al cálculo de la rigidez vertical de la vía........................... 76
2.4.1 Experiencias previas........................................................................................... 77
2.4.2 Análisis y exposición de modelos....................................................................... 79
2.4.2.1 El modelo 3D20N............................................................................................... 79
2.4.2.2 Modelo desarrollado por la SNCF para la aplicación del programa ROSALIE ... 82
2.4.2.3 Modelo desarrollado por la L.C.P.C. para la aplicación del programa ROSALIE 84
2.4.2.4 El modelo GEOTRACK ........................................................................................ 85

2
2.4.2.5 El modelo ILLITRACK........................................................................................... 88
2.4.2.6 El modelo KENTRACK.......................................................................................... 89
2.4.2.7 Modelo tridimensional del comité ORE D-117................................................... 91
2.4.3 Recomendaciones para el proyecto de plataformas ferroviarias ..................... 92
2.5 Modelos de la dinámica vertical de vehículos ferroviarios ............................. 96
2.5.1 Características de los vehículos ferroviarios que circulan por las líneas de alta
velocidad…………………………………………………………………………………………………………………..96
2.5.2 Modelos de vehículos ferroviarios................................................................... 104
2.5.2.1 Modelo de un grado de libertad...................................................................... 109
2.5.2.2 Modelo de dos grados de libertad .................................................................. 109
2.5.2.3 Sistema de cuatro grados de libertad. El modelo de Medio Bogie................. 110
2.5.2.4 El modelo de bogie entero .............................................................................. 110
2.5.3 Modelo empleado en el estudio. Modelo de medio bogie ............................. 111
2.5.3.1 Sistema dinámico de cuatro grados de libertad. Balanceo del vehículo......... 111
2.5.3.2 Masa inferior izquierda m1 .............................................................................. 113
2.5.3.3 Masa inferior derecha m2................................................................................ 114
2.5.3.4 Masa superior m3. Desplazamiento vertical................................................... 114
2.5.3.5 Solución por diferencias finitas ....................................................................... 115
2.5.3.5 Solución por la ecuación de Estado................................................................. 120
2.6 Efecto de la rigidez vertical de la vía en el comportamiento del vehículo .. 122
2.6.1 Cargas dinámicas verticales ejercidas por los vehículos ferroviarios............. 122
2.6.2 Comportamiento mecánico de una vía frente a esfuerzos verticales............ 134
2.6.2.1 Solicitaciones en la vía por flexión del carril. Método de Zimmermann......... 135
2.6.2.2 Influencia en la modificación de las condiciones estructurales de la vía en su
respuesta a los esfuerzos verticales............................................................................. 139
3 MODELIZACIÓN DE DOS SECCIONES TIPO DE VÍA Y ANÁLISIS DE
LOS RESULTADOS................................................................................................... 140
3.1 Proceso de modelado con el MEF................................................................... 140
3.1.1 Generación de la geometría y de la malla ....................................................... 140
3.1.2 Elección del tipo de elementos........................................................................ 149
3.1.3 Modelización del dominio de análisis. Simetrías............................................. 151
3.1.4 Aplicación de cargas......................................................................................... 153
3.1.5 Elección del tipo de análisis............................................................................. 155
3.2 Sección tipo en vía única de alta velocidad en recta................................... 157
3.3 Sección tipo en vía única de alta velocidad en curva....................................... 158
3.4 Proceso de modelado del vehículo.................................................................. 160
3.5 Modelo de vehículo ferroviario tipo ................................................................ 162

3
3.6 Resumen y conclusiones ................................................................................ 164
4 APLICACIÓN DE LOS MODELOS, ANÁLISIS Y COMPARATIVA DEL
TRAMO CIUDAD REAL-PUERTOLLANO DE LA LÍNEA DE ALTA VELOCIDAD
MADRID-SEVILLA Y DEL TRAMO SANTAELLA-ANTEQUERA DE LA LÍNEA DE
ALTA VELOCIDAD CÓRDOBA-MÁLAGA............................................................ 165
4.1 Tramo Ciudad Real – Puertollano de la línea de A.V Madrid – Sevilla. ........ 169
4.1.1 Introducción................................................................................................... 169
4.1.2 Modelo de vía en recta .................................................................................. 173
4.1.3 Modelo de vía en curva.................................................................................. 186
4.1.4 Modelo de vehículo........................................................................................ 190
4.2 Tramo Santaella - Antequera de la línea de A.V Córdoba - Málaga.............. 195
4.2.1 Introducción................................................................................................... 195
4.2.2 Modelo de vía en recta .................................................................................. 198
4.2.3 Modelo de vía en curva.................................................................................. 202
4.2.4 Modelo de vehículo........................................................................................ 207
4.3 Análisis de los resultados............................................................................... 212
5 INFLUENCIA DEL BOMBEO DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE UNA
PLATAFORMA EN LA RIGIDEZ DE LA VÍA. SECCIONES DE APLICACIÓN
PRÁCTICA. ANÁLISIS DE SU RELACIÓN CON EL COMPORTAMIENTO DEL
VEHÍCULO................................................................................................................. 217
5.1 Modelo de vía ................................................................................................ 217
5.2 Modelo del vehículo ...................................................................................... 219
6 CONCLUSIONES ........................................................................................ 221
7 LISTADO DE FIGURAS Y TABLAS...................................................... 225
7.1 Listado de figuras........................................................................................... 225
7.2 Listado de tablas ............................................................................................ 235
8 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 237

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1 ANTECEDENTES Y OBJETIVO DEL PROYECTO
1.1 Antecedentes
La ingente inversión en infraestructuras ferroviarias contemplada en el PEIT 2005-2020
(Plan Estratégico de Infraestructuras y Transporte) muestra el importante papel de la
futura red de Alta Velocidad Española, la cual pretende convertirse, en la medida de lo
posible, en una alternativa al tráfico aéreo nacional, para lo cual ha de conseguir una
elevada velocidad media de recorrido con el fin de ser una alternativa factible.
Un análisis preliminar del PEIT permite constatar la adopción de vía en balasto como
modelo de superestructura ferroviaria para Alta Velocidad, a pesar de la problemática
de la misma en cuanto al fenómeno de “vuelco del balasto”. Esta es la razón que ha
motivado que el presente EFC se circunscriba exclusivamente a la vía convencional, y
no aborde el estudio de la vía en placa de hormigón o de otros materiales.
Las razones apuntadas ponen de manifiesto la necesidad de plantear una metodología
moderna de análisis de dichos sistemas de vía, y en concreto introducir el análisis
numérico mediante técnicas matemáticas en auge, como es el Método de los
Elementos Finitos. En este aspecto cabe remarcar la necesidad de validar los modelos
matemáticos creados mediante la comparación con datos reales auscultados en vía, y
si así ocurre, que estos modelos sirvan como base al análisis de la influencia de
diversos factores que quieran ser estudiados.
En definitiva, se pretende crear una herramienta de cálculo que permita modelar y
estudiar diferentes situaciones de la superestructura e infraestructura ferroviaria, con
la intención de mejorar el diseño de las mismas.
Se dice además que el ferrocarril es un modo de transporte muy rígido. Y es evidente
que esta rigidez se ha trasladado también a la concepción del mismo. En este sentido,
a pesar del avance considerable de los métodos de cálculo estructural, el estudio de
variaciones en los materiales, analizando tanto su comportamiento funcional como
estructural, no se está desarrollando como a priori cabría esperar, teniendo en cuenta
la magnitud de las futuras inversiones previstas en materia de ferrocarril en España.
Además, según la bibliografía consultada, los estudios realizados hasta ahora basados
en la modelización matemática con el método de elementos finitos, simplifican en la
mayoría de los casos el comportamiento de distintos aspectos constructivos como
viene siendo la pendiente de bombeo transversal y peralte propio de los tramos en
curva.
En el presente EFC se implementará como aspecto novedoso la influencia de dichas
pendientes en el modelo de elementos finitos para obtener así la diferente rigidez por

5
debajo de cada carril y estudiar como ésta puede influir en el comportamiento del
vehículo ferroviario.
1.2 Objetivos
En este proyecto final de carrera se pretende analizar la influencia del bombeo de la
sección transversal y la diferente rigidez existente por debajo de cada carril de la vía
ferroviaria y su relación con el comportamiento dinámico vertical de los vehículos.
Es por ello que uno de los primeros objetivos será conocer como influye dicho bombeo
en la rigidez, conociendo así, si la variación de rigidez existente bajo carril es lo
suficientemente significativa como para tenerla en cuenta en futuros diseños.
De manera que el primer objetivo será crear un modelo de elementos finitos que
permita calcular y analizar la rigidez vertical de la vía.
El segundo de los objetivos consistirá en crear un modelo matemático del vehículo que
nos permita estudiar su comportamiento vertical.
Como resultado de dichos objetivos, mediante ambos modelos descritos
anteriormente se relacionará la rigidez vertical de la vía con el comportamiento
dinámico del vehículo ferroviario.
Tras esto otro de los objetivos será estudiar para una sección tipo de vía única en alta
velocidad, tanto en recta como en curva, el efecto tanto del peralte como del bombeo
de drenaje en la rigidez vertical y su posterior influencia en la dinámica vertical del
vehículo.
Y por último como síntesis de los objetivos descritos anteriormente se estudiará la
magnitud de rigidez vertical en dos tramos reales de vía de distintas líneas de alta
velocidad utilizando los modelos elaborados, así como su influencia en el
comportamiento dinámico del vehículo ferroviario.

6
1.3 Metodología
El presente Proyecto Final de Carrera se lleva a cabo siguiendo la serie de pasos que se
detalla a continuación y mediante los cuales se han alcanzado los objetivos descritos
anteriormente.
En primer lugar se ha iniciado un proceso de recopilación y estudio minucioso acerca
de la documentación general sobre el ámbito de estudio del Proyecto Final de Carrera.
En esta fase se busca adquirir un conocimiento básico sobre el ámbito de estudio del
PFC. Para ello se ha realizado una recopilación bibliográfica de la temática relacionada
con el propósito del proyecto, así como artículos especializados y otros proyectos
finales de carrera para hallar la información acerca de los siguientes temas:
La Alta Velocidad Española
Concepto de rigidez vertical de la vía
El método de los elementos finitos.
Estado del arte acerca de los métodos de modelización de vehículos
ferroviarios.
Efectos de la rigidez vertical en el comportamiento del vehículo.
Fijación de los objetivos del presente proyecto final de carrera.
Tras finalizar esta fase se procede a la modelización mediante el método de elementos
finitos de las secciones tipo a analizar con el fin de obtener la rigidez vertical de la vía.
Para ello se procederá a utilizar un programa informático de elementos finitos.
Una vez finalizada dicha modelización se podrá obtener como resultados la rigidez
vertical bajo carril y así conocer la magnitud de esa diferencia en caso de que la exista.
Posteriormente a la obtención de dichos resultados y tras una correcta elección entre
los diferentes tipos de modelos existentes para la dinámica vertical de vehículos
ferroviarios, se procede a programar mediante el programa informático Matlab, las
ecuaciones que describen el movimiento de las distintas masas que forman parte del
vehículo. Obteniendo así, el balanceo y las oscilaciones en masa existentes.
Una vez se realizan los distintos modelos tanto para vía como vehículo procede a su
aplicación práctica en los tramos de Ciudad Real – Puertollano y Santaella – Antequera,
que son objeto de estudio en el proyecto final de carrera, pertenecientes a las Líneas
de las Líneas de Alta Velocidad de Madrid-Sevilla y Córdoba-Málaga respectivamente.
Se analiza posteriormente la influencia del bombeo de drenaje en la rigidez de la vía de
las secciones de aplicación práctica, y su relación con el comportamiento del vehículo.

7
Es decir, se analiza como influyen futuras modificaciones en la pendiente de bombeo
en dicho comportamiento.
Por último a partir de los resultados obtenidos en las fases anteriores, se obtienen
conclusiones en relación a los objetivos que se habían planteado.

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2 RECOPILACIÓN DEL ESTADO DEL ARTE EN LA MATERIA
2.1 Alta Velocidad Española
2.1.1 Definición
Antes de estudiar las características técnicas de un sistema de alta velocidad, es
necesario definir qué se entiende por “alta velocidad”, intentando en la medida de lo
posible dar una definición ampliamente consensuada.
2.1.1.1 Definición Comercial
Desde un punto de vista puramente comercial, que es aquél que percibe el cliente, el
servicio de Alta Velocidad se entiende como un servicio de trenes Express que son
operados, mediante una nueva generación de trenes, a velocidades que oscilan entre
los 200 y los 300 kilómetros por hora (y que llegarán a los 350 en un futuro muy
próximo), y que llevan asociados de por sí, en los propios trenes y estaciones, unos
servicios de prestaciones superiores a lo habitual, como pueden ser:
la frecuencia del servicio
el intervalo regular de trenes
un alto nivel de confort
mayor cantidad de servicios a bordo y en las estaciones
Sin embargo, resulta más adecuado dar una definición más general de servicio de Alta
Velocidad que además de la velocidad tenga en cuenta el material rodante así como la
infraestructura sobre la que se circule.
Para evitar equívocos y ambigüedades, los políticos han tratado de dar una definición
más clara sobre los requisitos especiales que se deben aplicar a estos servicios.
2.1.1.2 Definición política
La Unión Europea decidió dar una definición de Alta Velocidad que fuera clara y
concisa, pero también lo suficientemente amplia para agrupar bajo la misma las muy
diferentes situaciones que se pueden encontrar en los países europeos. Con este
objetivo, para armonizar los diferentes sistemas ferroviarios y las normas técnicas que
se aplican en los ferrocarriles europeos, se redactó la Directiva 96/48/EC de 23 de julio
de 1996, que define lo que se debe entender como sistema europeo de ferrocarril de
Alta Velocidad, y que afecta tanto a las infraestructuras como al material rodante que

9
se empleará en lo que deberá constituir la futura Red Europea de Alta Velocidad. Las
especificaciones exigidas a uno y otro son las siguientes:
Las redes que forman parte del sistema ferroviario europeo de Alta Velocidad
incluirán:
Líneas especialmente diseñadas y construidas para la alta velocidad y
equipadas para la circulación a velocidades superiores a 250 Km/h.
Líneas que ya estaban en funcionamiento para el tren convencional, pero que
han sido especialmente acondicionadas para la Alta Velocidad y equipadas para
alcanzar velocidades del entorno de los 200 kilómetros por hora.
Líneas que, sin llegar a las velocidades anteriores, satisfacen criterios especiales
tales como reducciones sustanciales en tiempos de viaje, al superar accidentes
geográficos como montañas y estrechos y que han sido adaptadas para la Alta
Velocidad.
En cuanto al material rodante, los trenes de Alta Velocidad de tecnología avanzada
deberán estar concebidos para garantizar una circulación continua y segura:
A velocidades mínimas de 250 km por hora en las líneas construidas
especialmente para la circulación a Alta Velocidad, pudiéndose al mismo
tiempo, y en las circunstancias adecuadas, alcanzar velocidades superiores a
300 km por hora.
A velocidades del orden de los 200 kilómetros por hora en las líneas existentes
acondicionadas especialmente para permitir la circulación de este tipo de
tráfico.
A la velocidad lo más alta posible en el resto de las líneas.
Por tanto, dentro del marco europeo, todo servicio ferroviario de viajeros que respete
estas dos premisas concernientes a infraestructura y material rodante podrá
catalogarse sin reparo alguno como servicio de Alta Velocidad e implicará unas
prestaciones superiores a las ofrecidas por los servicios tradicionales.

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2.1.2 Definición de vía sobre balasto
Se entiende por vía convencional, o vía balastada, aquella cuya capacidad portante
reside en el balasto.
La sección estructural tipo de una vía de alta velocidad sobre balasto está constituida
por lo que se denomina emparrillado de vía, formado por el sistema carril-placa de
asiento-fijación-traviesa, que asienta en un soporte formado por una capa de balasto,
capas de subbalasto, capa de forma y la plataforma.
Figura 2.1: Perfil transversal tipo de una línea de alta velocidad. Fuente: CENIT (2004)
Actualmente, en la Alta Velocidad Española viene instalándose generalmente, para vía
convencional un carril UIC 60, es decir, de 60 Kg por metro lineal, con unas traviesas
monobloque o bibloque (entre 300 y 400 kg las monobloque y unos 245 kg las
bibloque) sobre las cuales se apoya el carril mediante unas sujeciones elásticas con
unos cojines que poseen una elasticidad comprendida entre valores de 30 KN/mm a
500 KN/mm.
Figura 2.2: Estructura de vías de alta velocidad sobre balasto en Europa. Fuente: Fonseca Teixeira, P.

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La vía sobre balasto presenta una serie de ventajas que la han llevado a ser la más
utilizada desde los comienzos del ferrocarril. Su construcción es más barata que
cualquier otra alternativa sin balasto, además presenta buenas características en
cuanto a amortiguación de ruidos y vibraciones y permite de forma rápida y sencilla la
corrección en planta o alzado de cualquier defecto del trazado, en general con un
simple pase del equipo de bateo.
La vía de balasto es relativamente frecuente en ciertos países, e infrecuente en otros.
Entre los primeros, cabe citar España y Francia. Probablemente, esta circunstancia se
deba a la existencia de canteras adecuadas para abastecer de material granular que
satisfaga las estrictas exigencias del balasto.
En lo referente a vías de Alta Velocidad, Francia inauguró su primera línea en
septiembre de 1981, la París-Lyon, tramo St. Florentin-Lyon Sathonay. La vía se
construyó con balasto. Francia optó desde el inicio de la construcción de vías de Alta
Velocidad por vía balastada, y continúa así. Lo mismo ocurre con países bajo su
influencia técnica como España, Italia o incluso Corea.
Se debe remarcar que la línea París-Lyon se tuvo que renovar totalmente, cambiando
todo el balasto y los aparatos de vía a los 14 años de su puesta en servicio.
En cambio, otros países como Japón y Alemania optaron por la vía en placa como
solución a la Alta Velocidad. Japón desde hace más de 25 años y Alemania desde los
años 90 del siglo XX construyen vías en placa para líneas con velocidades de 200 km/h
o superiores.
Como se observa en la figura 2.3, las partes que conforman la vía con balasto son:
formando la superestructura, carriles, sujeciones, traviesas y balasto; y ya formando la
infraestructura, se tiene el subbalasto, la capa de forma y el suelo o terraplén en su
caso.
Figura 2.3: Elementos de la vía convencional. Fuente: Apuntes Ferrocarriles. ETSICCP

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La vía de balasto, al igual que cualquier otro tipo de infraestructura de transporte, ha
de soportar ciertas cargas, transmitir unos esfuerzos concretos y experimentar unas
deformaciones o asientos.
Estas circunstancias obligan a plantear el estudio del ferrocarril como una estructura; y
como tal, ha de hablarse de tipos de solicitaciones, parámetros estructurales, etc.
Se entiende por rigidez vertical de la vía férrea el cociente entre la carga puntual,
actuando en un carril y el hundimiento originado en su punto de aplicación, sufriendo
el carril contiguo una fuerza de igual magnitud. Este parámetro depende del carril, las
traviesas, sujeciones, balasto y plataforma.
En cualquier tipo de vía ferroviaria ha de conseguirse un equilibrio entre rigidez y
flexibilidad, ya que una rigidez elevada comporta elevados gastos de mantenimiento
que no se podrían contener y, sin embargo, una muy baja implicaría aumentar los
gastos de explotación.
En las líneas con circulaciones a velocidad elevada (200 km/h) la rigidez óptima es del
orden de 5 t/mm, mientras que en las líneas de alta velocidad (300 km/h) este valor es
de 8 t/mm, lo que corresponde a plataformas de gran calidad con espesores
aproximados de 25 cm de balasto y, formando el subbalasto, entre 30 y 40 cm de grava
y 15 cm de arena.
El espesor de balasto tiene influencia en la rigidez de la vía. Al aumentar la altura de
balasto, aumenta la elasticidad de la vía. Para la relación con la rigidez se debe conocer
la tensión máxima en la base de la traviesa, que es la carga que soporta el balasto.
Donde Q es la carga por rueda (kg.), K=q/z es el módulo de la vía (kg/cm2), con z la
flecha vertical en cm. y q una carga repartida uniformemente sobre un carril en kg/cm,
E es el módulo de elasticidad (kg/cm2), I es el momento de inercia del carril (cm4), Sr
es el área que soporta el peso de la rueda (cm2) y σd es la tensión en la base de la
traviesa (kg/mm2).
Donde Q es la carga por rueda (kg.), K=q/z es el módulo de la vía (kg/cm2), con z la
flecha vertical en cm. y q una carga repartida uniformemente sobre un carril en kg/cm,
E es el módulo de elasticidad (kg/cm2), I es el momento de inercia del carril (cm4), Sr
es el área que soporta el peso de la rueda (cm2) y σd es la tensión en la base de la
traviesa (kg/mm2).

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La plataforma es el soporte de la superestructura de la vía. Presenta una tensión
admisible calculada por la ecuación de Heukelom, que evalúa la carga por unidad de
área producida por el número de ciclos a la que ésta se encuentra sometida.
Donde σpadm es la tensión admisible de la plataforma (kg/cm2), Ed es el módulo de
elasticidad dinámico de la plataforma (kg/cm2), y n es el número de ciclos de
repetición de la carga.
Fox elaboró mediante ensayos de laboratorio un método que relaciona el espesor de
balasto con la razón entre los módulos elásticos de la plataforma y del balasto con la
razón de las tensiones admisibles del balasto y de la plataforma. De esto se deduce la
importancia que tienen las características portantes de la infraestructura para
determinar la altura de balasto necesaria para soportar las cargas dinámicas
producidas por el movimiento de los trenes de la superestructura.
Las tensiones que llegan a la cara inferior de las traviesas a causa de la flexión del
emparrillado de la vía se pueden calcular por el método Zimmermann en valor medio y
en el sentido longitudinal de la vía, como se verá más adelante. Sin embargo, la
distribución no es uniforme y se debe comparar con el nivel tensional admisible por la
capa de balasto. Las referencias señalan como magnitud máxima los 3 ó 4 kg/cm2,
para evitar deformaciones permanentes importantes.
Para establecer los espesores de capas granulares es necesario determinar las
tensiones admisibles por la plataforma. Existen multitud de métodos para determinar
las deformaciones admisibles, sobretodo en el ámbito de la carretera, obteniendo
después, suponiendo régimen elástico, las tensiones. Existen también relaciones entre
el CBR y el número de ciclos de carga con la tensión límite a determinar. Las
referencias señalan como magnitud a no superar de 0,2 a 1 kg/cm2, para evitar
deformaciones permanentes importantes.
Con esto se ha visto, en el caso de la vía balastada, que el material granular que le da
nombre es el que le proporciona la elasticidad requerida. Ciertamente esta propiedad
sufre variaciones a lo largo de la vida útil de la vía ya que, en definitiva, como material
granular que es, éste se deteriora, provocando cambios de rigidez de la banqueta de
balasto.
Es decir, el balasto tiene deformabilidad permanente y creciente bajo las cargas del
tráfico. Se desgasta y se vuelve impermeable, por lo que es necesario realizar
operaciones de mantenimiento para evitar la degradación de la vía y asegurar la
seguridad de la marcha.

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Es lógico, a la hora de abordar el proyecto de una línea de Alta Velocidad, plantearse
las ventajas y los inconvenientes que la vía convencional puede tener frente a otras
tipologías, como la vía en placa.
Una de las principales ventajas es, como se ha comentado anteriormente, que el coste
de construcción de la vía convencional es considerablemente menor que el de la vía en
placa. Otra de las ventajas que se ha citado al definir la vía convencional al inicio de
este capítulo es el hecho de que ésta presenta determinadas características que hacen
posible cierta amortiguación de ruidos y vibraciones.
En general, las mayores deformaciones verticales que sufre la vía son las
deformaciones de las estructuras de tierra –terraplenes y pedraplenes- sobre las que
asienta. El análisis de estos asientos es más complicado que el debido a la deformación
por flexión del carril, el debido a las sujeciones, el relacionado con el balasto o las
deformaciones del terreno natural. Estas deformaciones suelen ser pequeñas, del
orden de milímetros o centímetros, pero las deformaciones de los terraplenes
ferroviarios pueden ser decimétricas
Una vez construidos los terraplenes ferroviarios, sobre todo en Alta Velocidad, éstos
sufren los llamados asientos post-constructivos que pueden llegar a ser muy grandes y
pueden incluso llegar a inutilizar la vía. Por esta razón, en grandes terraplenes, donde
los asientos son mayores de 30 mm, ya no es posible construir vía en placa, ya que
estos asientos la partirían. En algunos países, como Japón y Alemania, se han
elaborado recomendaciones para limitar la altura de los terraplenes y acotar así sus
asientos para poder construir sus vías en placa para la Alta Velocidad.
En cambio, un inconveniente de la vía convencional es el fenómeno conocido como
vuelo del balasto. El tren a alta velocidad levanta el balasto, que vuela y golpea entre el
carril y la llanta y en los bajos del tren. Este fenómeno empieza a aparecer a
velocidades cercanas a los 300 km/h. La Société Nationale des Chemins de fer Français
(SNCF) ha creado el sistema Ivoire para analizar en tiempo real los daños al carril y
llantas por las piedras del balasto que caen entre ellos.
En cuanto al mantenimiento, es relativamente sencillo corregir en planta o en alzado
cualquier defecto del trazado, mediante el empleo de máquinas bateadoras. Pero las
operaciones de mantenimiento son necesarias más frecuentemente en vía
convencional, lo que imposibilita que los trenes de mercancías utilicen la vía de noche,
ya que se estaría realizando el citado mantenimiento, lo que afecta directamente al
régimen de explotación de la línea, en el caso de una línea de tráfico mixto.
Por otro lado, debemos tener en cuenta que los bates de las bateadoras miden unos
30-35 cm de largo, de manera que la máxima profundidad de balasto que pueden
batear es de 30 cm bajo la cara inferior de la traviesa. En zonas en las que haya
espesores de balasto superiores, quedarán franjas de balasto sin batear. Como

15
consecuencia, debido al fenómeno de roturas de aristas y esquinas por fricción de las
distintas partículas de balasto, su rozamiento interno y su compacidad se verán
disminuidos con el tiempo y el paso de los trenes. Con esto, la resistencia lateral de la
vía también irá disminuyendo gradualmente.
2.1.3 Exigencias generales en líneas de alta velocidad. Directiva
96/48/EC DE 23/07/1996
Un sistema ferroviario transeuropeo de Alta Velocidad ha de satisfacer cierto número
de exigencias indispensables; así podrá responder a los criterios de interoperabilidad
en proceso de definición por las directrices europeas. Las exigencias esenciales son
aspectos referentes a:
▪ La seguridad.
▪ La fiabilidad y disponibilidad
▪ La salud de las personas.
▪ La protección del medio ambiente.
2.1.3.1 Seguridad
La seguridad de la superestructura queda garantizada mientras se reduzcan los riesgos
de descarrilamiento o de colisión de trenes entre ellos o contra los obstáculos. Esto
implica el tener en cuenta las consecuencias de eventuales disfunciones de elementos
participantes en la seguridad.
Órganos críticos afectados por la exigencia de Seguridad
▪ Naturaleza del acero de los carriles.
▪ Aparatos de vía.
▪ Traviesas, fijaciones.
▪ Disciplinas pasivas (obras en tierra, estructuras).
Interacción crítica: contacto rueda-carril
▪ Ancho de vía.
▪ Inclinación del carril.
▪ Perfil de la cabeza del carril.
▪ Nivel de esfuerzos verticales y transversales aplicados (peralte, insuficiencia del
peralte)

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Nivel de solicitación de los órganos críticos
Los órganos utilizados deben resistir las solicitaciones normales o excepcionales
especificadas durante el tiempo de servicio. Las disfunciones fortuitas deben ser
limitadas en sus consecuencias sobre la seguridad del modo apropiado. En aquello que
concierne a la vía propiamente dicha, los elementos constitutivos deben satisfacer las
exigencias de las normas europeas en fase de experimentación, la ENV 13803-1, y la
norma en vigor en España para la alta velocidad, la UNE-ENV 13803-1 EX.
Nivel de solicitación de estructuras y obras en tierra
Estas obras deben ser dimensionadas bajo el efecto de las acciones ferroviarias para:
▪ Asegurar las condiciones de resistencia y de deformabilidad requeridas por la
estructura.
▪ Asegurar permanentemente las condiciones requeridas para la seguridad de la
vía y el contacto carril–rueda, en particular bajo los efectos dinámicos del
convoy.
Los parámetros concernientes a las disciplinas pasivas son:
▪ Cargas estáticas verticales.
▪ Cargas estáticas horizontales.
▪ Esfuerzos de frenado.
Para las obras en tierra es necesario tener en cuenta el nivel de sensibilidad de
numerosos factores técnicos y exteriores (hielo, hidrología del terreno, geología: por
ejemplo, un terreno malo necesita ser drenado previamente, etc.).
Acceso e intrusiones a las instalaciones de la línea
Se tomarán las medidas oportunas a fin de evitar accesos o intrusiones indeseables a
las instalaciones de la línea.
2.1.3.2 Fiabilidad, disponibilidad y mantenimiento
Naturaleza de la exigencia
La explotación comercial de un servicio de trenes de alta velocidad obliga a mantener
un nivel suficiente de disponibilidad de los factores que participan, y por tanto
garantizar un nivel de fiabilidad suficiente por todos los componentes. Las

17
consecuencias de eventuales disfunciones de estos componentes deberán ser tomadas
en cuenta, permitiendo definir los regímenes degradados admisibles.
Objetivo de calidad final
La búsqueda de la calidad final del sistema ferroviario debe ser el objetivo esencial:
▪ En la fase de proyecto: El estudio debe incluir las necesidades de
mantenimiento (facilidad de acceso, tiempo de reparación...). Además debe
optimizar los costes de mantenimiento integrantes en el método: Fiabilidad,
disponibilidad, mantenimiento, seguridad en el curso del proyecto.
▪ En la fase de realización de las obras: La construcción debe respetar una
metodología basada en el control de la calidad durante todas las fases de la
construcción.
"La confianza no excluye el control": La calidad en el estadio de la
construcción debe ser garantizada por un control exterior independiente de
las empresas adjudicatarias.
▪ En la fase de explotación: La política de mantenimiento debe estar claramente
definida. La inspección implica en un esfuerzo sostenido y constante de
sensibilización y formación del personal.
2.1.3.3 Salud de las personas
En este apartado se trata de examinar las consecuencias de la presencia y del
funcionamiento del sistema en condiciones normales o excepcionales de servicio
frente a las personas, sean las que sean: usuarios, personal ferroviario, habitantes del
entorno, etc.
Materiales utilizados
Los materiales empleados en las estructuras no deben poner en peligro la salud de las
personas que tengan acceso a ellas. La elección de la puesta en obra de estos
materiales debe estar encaminada a limitar la emisión de humos y gases nocivos y
peligrosos, especialmente en caso de incendio. Los equipos y/o las disposiciones
empleadas por el sistema ferroviario deben permitir la seguridad en la protección de
las personas autorizadas frente a los efectos aerodinámicos.

18
2.1.3.4 Protección del medio ambiente
Las exigencias relacionadas con este dominio tienen en cuenta el hecho de que la
construcción, la presencia y la explotación del tramo Madrid-Lleida de la línea de alta
velocidad Madrid-Barcelona modificará necesariamente el medio ambiente donde se
ubique, desde un punto de vista físico, sonoro, vibratorio, electromagnético, etc.
2.1.4 Características técnicas específicas de un trazado de una línea
férrea de alta velocidad en España.
La redacción del presente epígrafe se basa en la normativa ENV-13803-1.
2.1.4.1 Introducción
Como ya se ha puesto de manifiesto en el apartado anterior, la circulación a Alta
Velocidad implica afrontar una serie de condicionantes especiales que afectan a la
superestructura que la soporta, al material rodante que se emplea y a la forma de
operar los trenes de dicha línea. En el presente apartado, se verán los parámetros de
diseño adoptados, siguiendo la normativa provisional del CEN, la Norma ENV 13803-1,
en su versión española: Norma UNE-ENV 13803-1 EX.
Se puede dar por hecho que los principales condicionantes, o al menos los más
destacados, son los que afectan a la superestructura sobre la que se explotará el
servicio. En este sentido, la circulación a Alta Velocidad exige que la vía responda a
unos requisitos geométricos básicos que son los radios mínimos de curva necesarios y
las pendientes longitudinales máximas admisibles. Sin ellos, el objetivo de alcanzar
velocidades de 200 kilómetros por hora es poco menos que imposible.
2.1.4.2 Perfil longitudinal
Rampas máximas
Las rampas máximas han de ser definidas en función de la potencia motriz de las
locomotoras, pues se pretende asegurar que el tren pueda circular a velocidades de
200 kilómetros por hora por tales inclinaciones. Además, la tracción disponible

19
también debe permitir circular con la adherencia adecuada incluso en las peores
condiciones posibles (lluvia, efecto de hojas secas, etcétera).
La definición de las rampas tiene consecuencias directas sobre las características del
material rodante, e indirectas sobre el intervalo entre trenes, que redundan en una
mayor o menor capacidad de la vía. Estas premisas constituyen elementos importantes
en el coste de la ingeniería civil.
Las características del material implicadas son:
• La capacidad de arranque en rampa, que interviene a partir de distancias muy
cortas (la longitud del tren).
• La capacidad del frenado de urgencia, que interviene para distancias del orden
de 4 a 6 km.
• El mismo freno de urgencia, en su situación más desfavorable, interviene en el
intervalo entre trenes que, si es de 3 minutos, lleva a considerar las distancias
de 10 a 15 Km., en función de los arcenes y de los sistemas de señalización.
Por este motivo, las pendientes máximas que se pueden encontrar en las relaciones de
alta velocidad se mueven por valores del orden de las 30 milésimas; excepcionalmente
se pueden alcanzar las 40 milésimas.
A título de ejemplo citamos las pendientes máximas de ciertas líneas europeas de Alta
Velocidad:

20
Tabla 2.1: Pendientes máximas en Europa. Fuente: Elaboración Propia
Radios de los acuerdos verticales
Las curvas de acuerdo entre rampas o pendientes sucesivas deben tener radios
suficientes para limitar la aceleración vertical cuasi-estática (av) a valores aceptables
desde el punto de vista del confort.
Además, también se deberá delimitar el valor de la aceleración vertical cuasiestática, y
por tanto del radio del acuerdo vertical, por cuestiones de seguridad, al poderse
producir descarrilamiento por la descarga de alguna rueda al pasar por las crestas del
acuerdo. Sin embargo, no es preciso considerar este condicionante de seguridad, a no
ser que se sobrepase el valor av límite. El cálculo de la aceleración vertical cuasi-
estática responde a la expresión:
La norma ENV-13803-1, limita los valores de la aceleración vertical cuasiestática l-imite
en los siguientes valores para Alta Velocidad:

21
Tabla 2.2: Valores límite de la aceleración vertical. Fuente: NORMA UNE-ENV-13803-1 EX
Por consiguiente, la obtención del radio de las curvas verticales, Rv, viene dada por la
siguiente fórmula:
Se pueden observar en la siguiente página en la tabla 2.3 los valores límite de los
radios de acuerdos verticales.

22
Tabla 2.3. Valor límite de los radios de acuerdos verticales. Fuente: Norma ENV-13803-1
2.1.4.3 Trazado en planta. Radios mínimos en curvas horizontales
El principal problema que se encuentra un tren cuando circula por una curva, es que se
ve sometido a la acción de la fuerza centrífuga que lo empuja hacia fuera de la misma,
de forma que el vehículo podría llegar a perder la estabilidad y salirse del carril. En
cuanto al transporte de pasajeros, caso en que se encuentra la Alta Velocidad, el
problema de la fuerza centrífuga se agudiza mucho más. Esto es debido a que el
confort de un viajero cuando el tren circula en curva, depende de la magnitud de la
aceleración centrífuga sin compensar que sufre, y que se manifiesta como una fuerza
que le empuja hacia el exterior.
El radio mínimo en planta debe ser tal que:
▪ Los esfuerzos transversales ejercidos por los ejes sobre la vía, que comprenden
una parte continua debida al peralte insuficiente para la velocidad considerada,
no sobrepasen la resistencia transversal de la vía Hp.

23
▪ La aceleración centrífuga no compensada no debe resultar de valor excesivo
para los viajeros.
La primera condición es una condición de seguridad; la segunda es una condición de
confort.
Condición de seguridad
Los esfuerzos dinámicos transversales H comprenden dos términos:
Un término cuasi estático debido a la parte no compensada de la fuerza
centrífuga, proporcional a la insuficiencia de peralte I (mm) y a la carga P del
eje:
(e= distancia entre los ejes de los carriles = 1500 mm)
▪ Un término aleatorio Ha, que depende de la estabilidad propia del vehículo, de
la calidad geométrica de la vía y de sus características mecánicas.
Debemos tener:
Para una vía de alta velocidad, el valor mínimo de Hl es igual en kN a:
Para P= 170 KN, Hl=104 KN
Ha no sobrepasa el 60 % de Hl, que es 62,4 kN; el bastidor está estable y restan 41,6 kN
disponibles para la parte cuasi estática H0. Generalmente se constata que el esfuerzo
debido a la fuerza centrífuga no compensada no se reparte igualmente entre los dos
ejes del mismo bastidor, así que es prudente tomar:

24
Así:
De donde con P=170 KN l<306 mm
Condición de confort
Para que el viajero se sienta cómodo, conviene que estas aceleraciones no sobrepasen
valores del orden de los 0,65 m/s2, aunque esta cifra podría variar según los
estándares que se hayan establecido en la correspondiente administración ferroviaria.
Además, los sistemas de amortiguación de los vehículos convencionales tienden a
provocar la inclinación del vehículo hacia el exterior de la curva, con lo que la
aceleración que experimenta el viajero es todavía mayor que la anteriormente citada.
En función de este valor de aceleración que reciba el viajero, se podrá clasificar el
grado de comodidad del vehículo que circula.
Los valores límites se muestran en la siguiente tabla siguiente según aceleraciones
experimentadas:
Tabla 2.4. Valores de la aceleración sin compensar límites. Fuente: López Pita, A. Infraestructuras
ferroviarias.
Las expresiones que permiten calcular la aceleración centrífuga sin compensar y la que
siente el viajero, se exponen a continuación, y permiten ver cuáles son los parámetros
de los que dependen y sobre los que se podría actuar:

25
Donde
γsc: aceleración centrífuga sin compensar
V: velocidad del vehículo
R: radio de la curva
S: separación entre los ejes de los raíles
h: peralte de la vía (en unidades de longitud)
g: aceleración de la gravedad
Mientras que la aceleración que siente el viajero es:
donde
γsc: aceleración centrífuga sin compensar
θ : coeficiente de Souplesse o flexibilidad, que varía en función del tipo de
vehículo empleado, entre valores de 0,2 y 0,3.
Como se puede ver en la fórmula anterior, la magnitud de la aceleración centrífuga sin
compensar γsc crece con el cuadrado de la velocidad de circulación, por lo que es
relativamente fácil darse cuenta de lo crítico que puede llegar a resultar este
parámetro en relaciones de Alta Velocidad, donde se pueden desarrollar velocidades
superiores a 200 kilómetros por hora, y hasta puntas de 350 km/h. También resulta
evidente la importancia que juega el radio de la curva en la expresión de la aceleración
centrífuga. Por tanto, resulta fundamental que los trazados para alta velocidad
dispongan de radios lo suficientemente amplios como para permitir la circulación a
grandes velocidades sin que el valor de la aceleración centrífuga se dispare. Por este
motivo, en las líneas de Alta Velocidad deberán imponerse unos radios de curva
mínimos bastante más holgados que en líneas convencionales.
Otra forma de contrarrestar el efecto de la fuerza centrífuga es a través del peralte de
las curvas. Sin embargo, el peralte máximo con que se puede proyectar una curva de
un cierto radio, está limitado generalmente a valores de 160 milímetros, debido a
motivos de diversa índole (confort, problemas técnicos, estabilidad y operatividad de
los vehículos,...) como pueden ser los siguientes:

26
▪ El confort del viajero, en tanto en cuanto los valores superiores impedirían que
los pasajeros pudieran desplazarse a lo largo del tren en condiciones aceptables
de comodidad.
▪ Para evitar que el arranque del tren, una vez parado en mitad de la curva, se
vea imposibilitado debido a la gran resistencia al avance que se produce en el
contacto rueda-carril. No se debe olvidar que, en este caso, toda la superficie
de las pestañas de la rueda se encuentran en contacto con el carril, lo que se
traduce en una resistencia mucho mayor (existen numerosas ruedas con mayor
área de contacto) que en condiciones de vía horizontal.
▪ De aumentarse los valores del peralte por encima de los 160mm, el efecto de la
vibración que produciría el paso de los trenes provocaría la desconsolidación
del balasto en el caso de vía convencional, por lo que el peralte se reduciría
hasta valores estables semejantes a los referidos anteriormente, de manera
que deberían recomponerse a cada momento, lo que resulta una tarea
bastante inútil.
Aunque el peralte compensa parte del efecto de la aceleración centrífuga, a veces
puede resultar insuficiente para llegar a los niveles deseados de γsc. Por esa razón, se
han desarrollado varios sistemas que permiten que la caja del coche se incline hacia el
interior, en lugar de hacia el exterior de las curvas, contribuyendo activamente a la
reducción de las aceleraciones que experimenta el viajero (figura 2.6). De esta forma, a
igualdad de aceleraciones recibidas (el confort será el mismo), la velocidad de paso por
la curva puede ser mayor en este tipo de vehículos que en los convencionales. Esto se
consigue con diseños pendulares o con sistemas de caja inclinable controlados
electrónicamente.
El único problema que puede presentar este tipo de material se produce en vías
sinuosas, donde al encadenar curvas de distinto sentido se produce tal balanceo que
puede llegar a inducir mareos entre los viajeros. Por tanto, será importante también el
tipo de material que se emplea en la línea, hecho que se pone de manifiesto en la
fórmula (2.4) con el uso del coeficiente θ.

27
Figura 2.4: Esquema de funcionamiento de una suspensión tradicional y de un sistema de
pendulación, a su paso por una curva. Fuente: López Pita, A. Infraestructuras ferroviarias.
2.1.4.4 Peralte Dt
Los valores de peralte propuestos por la norma europea ENV-13803-1 son los
siguientes:
Este parámetro, tal como se ha comentado anteriormente, está íntimamente ligado
con el concepto precedente de aceleración sin compensar.
Tabla 2.5. Valores de peralte en alta velocidad. Fuente: Norma ENV-13803-1.

28
2.1.4.5 Otros condicionantes
A parte de todo lo que se ha ido explicando, en los servicios de Alta Velocidad existen
otros requisitos adicionales que afectan tanto a la infraestructura como al material
rodante y a la operación de los vehículos. De entre ellos se pueden destacar los
siguientes:
▪ El funcionamiento óptimo del servicio se conseguirá minimizando el número de
paradas de la línea, de manera que se pueda explotar durante el máximo
tiempo posible las exclusivas características de velocidad que poseen estos
servicios, sin lamentar pérdidas de tiempo debidas a continuos frenados y
aceleraciones al entrar y salir de las estaciones.
▪ El uso de un sistema de señalización convencional es inviable en estas líneas,
porque las altas velocidades de circulación hacen que resulte prácticamente
imposible distinguir las señales colocadas en la vía, incluso en las situaciones
atmosféricas más favorables, y sin considerar posibles distracciones por parte
del conductor.
▪ Los gestores y planificadores de un servicio de Alta Velocidad de nueva
construcción deben decidir acerca de la exclusividad de la línea: si sólo podrán
▪ circular ramas de Alta Velocidad, si se permite el tránsito de trenes de
pasajeros convencionales o si también se permite el paso de mercancías. Esto
tiene influencia sobre la operabilidad de la relación, las acciones a considerar
sobre la vía (el material convencional suele presentar mayores masas no
suspendidas y resulta, por tanto, más agresivo sobre la vía) y sobre el propio
trazado geométrico de la línea (los mercancías requieren de pendientes de
menor inclinación que los servicios de pasajeros).
La tendencia del ferrocarril de Alta Velocidad europeo hacia mayores cotas de
integración en una red conjunta puede obligar a asegurar una adecuada
interoperabilidad del tren sobre líneas de países distintos. Ello supone básicamente
disponer de sistemas que permitan utilizar los diversos sistemas de electrificación,
señalización, comunicaciones y ancho de vía.
2.1.5 Secciones estructurales de vías de alta velocidad balastadas.
El diseño de las secciones estructurales y en concreto de las capas de asiento debe
tener en cuenta los problemas de capacidad portante así como los problemas
derivados de las heladas.

29
En términos de capacidad portante, el efecto combinado del espesor de balasto y del
subbalasto debe suponer una disminución de los esfuerzos cortantes sobre la
plataforma hasta valores sustancialmente inferiores a la resistencia no drenada del
suelo, con el fin de prevenir el desarrollo de asientos permanentes significativos en la
misma. Para el diseño de los espesores se suele tener en cuenta el tipo de plataforma
(clases P1, P2 o P3), su capacidad portante, las características del emparrillado de vía,
en especial el tipo y espaciamiento de las traviesas, y las características del tráfico.
A continuación se muestra el criterio de la U.I.C. para el diseño de las secciones
estructurales en términos de capacidad portante.
Figura 2.5: Cálculo de los espesores de las capas de asiento según el catálogo de secciones
estructurales de la U.I.C. Fuente: Ficha 719R, 1994
A su vez, cada administración ferroviaria dispone de sus propios catálogos de secciones
estructurales los cuales presentan variaciones más o menos relevantes con relación al
catálogo de secciones de la U.I.C. Por otra parte, a la hora de diseñar las estructuras de
asiento de las vías es cada vez más frecuente el recurso a modelizaciones de la
estructura de la vía, con modelos multicapas o por elementos finitos, incorporando las

30
propiedades de la plataforma sobre la que transcurre, principalmente cuando esta
plataforma de débil capacidad portante. Un ejemplo de la metodología a seguir a la
hora de efectuar este diseño aplicado al caso español puede encontrarse en las
Recomendaciones para el Proyecto de Plataformas Ferroviarias del Ministerio de
Fomento, 1999.
Para el caso específico de los nuevos trazados de alta velocidad en Europa cabe señalar
que los mismos se construyeron siguiendo secciones estructurales propias de cada
administración ferroviaria, aunque se pueden identificar algunos puntos comunes,
siempre para vías balastadas, como son el empleo mayoritario de capas de subbalasto
en material granular (grava y arena) y un espesor de balasto entre 30 y 35 cm.
Se muestran a continuación las secciones estructurales desarrolladas por la S.N.C.F.
para la línea de alta velocidad París-Lyon. Se observa como el espesor mínimo de
subbalasto se sitúa entre 15 y 20 cm. en casos de plataforma de excelente calidad y
hasta 55 cm. en caso de plataforma de reducida calidad.
Figura 2.6: Estructuras de asiento, con espesores mínimos, de la línea TGV París-Lyon. Fuente: López
Pita, A. (2002)
En España, la primera línea de alta velocidad construida entre Madrid y Sevilla
estipulaba una capa única de grava bien graduada bajo balasto, con un espesor
mínimo de 25 cm. En el caso de los nuevos trazados diseñados para permitir
velocidades máximas de hasta 350 km/h, como la línea Madrid- Barcelona, se
mantiene como recomendación una capa única de subbalasto, aunque con un espesor
mínimo que se eleva ahora a 30 cm., como se observa en la siguiente figura.

31
Figura 2.7: Estructura tipo en las líneas de alta velocidad en España. Fuente: López Pita, A.(2002)
Figura 2.8: Estructura tipo en las líneas de alta velocidad en España. Fuente: López Pita, A.(2002)
Por otro lado, en virtud de los conocidos problemas de deterioro acelerado de la
calidad geométrica de las vías en las transiciones entre obras de fábrica y terreno
natural, se emplean materiales granulares tratados en las secciones de transición que
acceden a la obra de fábrica. A continuación se muestra la sección de transición
proyectada para la línea de alta velocidad Madrid-Sevilla, la cual es similar a las
especificaciones seguidas en las primeras líneas de alta velocidad alemanas.
Figura 2.9: Sección de transición terraplén-obra de fábrica de la línea Madrid-Sevilla. Fuente: López
Pita, A. (2002)

32
Conforme se observa, la zona inmediatamente contigua a la obra de fábrica está
compuesta de gravas bien graduadas tratadas con cemento, al 3%, de manera que se
consigue minimizar el asiento del mismo y con ello el asiento diferencial respecto a la
obra de fábrica.
2.2 Rigidez vertical de la vía
Se pasa ahora a analizar las distintas formulaciones que han ido apareciendo para la
determinación de la rigidez vertical de la vía, que será, como se ha apuntado
anteriormente, el parámetro que introduce mayores modificaciones en los esfuerzos
dinámicos de una vía.
2.2.1 Tipologías de análisis de la rigidez vertical de la vía.
Repaso histórico de los distintos métodos
Las primeras aportaciones de relieve se atribuyen a autores como Winkler (1867),
Schwedler (1882) y Zimmermann (1888), cuyas formulaciones basadas en un modelo
de viga sobre fundación elástica para vías sobre largueros fueron posteriormente
adaptadas a vías sobre traviesas y constituyen aún hoy la metodología convencional de
cálculo de los esfuerzos producidos por flexión del conjunto carril-traviesa sobre el
sistema balasto-plataforma.
En esta referida metodología de análisis, la resistencia vertical de la vía viene definida a
través de un parámetro global de resistencia vertical, el coeficiente de balasto o
módulo de vía, según se adopte la teoría de Winkler (1867) o la de Talbot (1918).
Otra metodología de análisis de los esfuerzos sobre la vía, más acorde con las
características de una estructura de vía sobre traviesas, consiste en considerar el carril
como una viga continua sobre apoyos discretos elásticos. También en este caso, la
resistencia vertical del apoyo del carril se evalúa considerando un parámetro global: el
coeficiente de rigidez del apoyo.
Así, en cualquiera de estas metodologías de análisis, las características resistentes de la
vía en el sentido vertical se reducen en cada caso a un solo parámetro, lo cual
simplifica el cálculo de esfuerzos sobre la vía. No obstante, la validez de estos métodos
depende de una correcta estimación de la magnitud de estos parámetros globales, los
cuales en realidad deben representar la compleja interacción entre los diferentes
elementos que constituyen el apoyo de las traviesas. En este sentido, existe una cierta
ambigüedad en cuanto a los métodos de cuantificación, así como al significado físico
de los resultados obtenidos.

33
Se comprueba que, para que las mediciones obtenidas en ensayos experimentales
correspondan a la situación real, esos parámetros no pueden cuantificarse
directamente por sí mismos, sino que deben deducirse de mediciones efectuadas
sobre el carril. De este modo, el parámetro “rigidez vertical de la vía”, definido como la
relación entre la carga puntual aplicada sobre el carril y el asiento elástico provocado
por la misma, es en realidad el parámetro conceptualmente más adecuado para
caracterizar la resistencia vertical de una vía, conforme se expondrá a continuación.
Teoría del coeficiente del balasto
Los primeros estudios de relieve sobre el comportamiento mecánico de una vía, se
atribuyen a Winkler (1867), quien para el caso de vigas sobre largueros, planteó el
análisis en base a la asimilación del conjunto carril-larguero como una viga continua
apoyada uniformemente sobre un medio compresible partiendo de la conocida
ecuación diferencial de equilibrio a flexión:
Donde
y(x) es la deformación longitudinal del carril en punto x
EI es la rigidez efectiva a flexión, en el sentido vertical del conjunto carrillarguero
q(x) es la carga vertical ejercida por las ruedas
p(x) es la presión de contacto continuo entre el larguero y la plataforma
Para caracterizar la resistencia vertical del apoyo del sistema carril-larguero, el autor
alemán propuso la consideración de una relación de proporcionalidad entre asientos y
presiones del tipo:
Donde
p*(x) es la presión por unidad de superficie
C es una constante
La constante C, con dimensiones de densidad, quedaría posteriormente conocida
como constante de Winkler o coeficiente de balasto.

34
Figura 2.10: Modelo de Winkler para vías sobre largueros. Fuente: Fonseca Teixeira, P.
Así, considerando un larguero de ancho b:
Con lo que, sustituyendo en la expresión:
Se obtiene:
Ecuación que representa la reacción de la viga carril-larguero reposando sobre un
medio elástico definido por el coeficiente de balasto C, bajo la acción de una carga
uniformemente distribuida q(x).
Winkler (1875) desarrolló las soluciones para el caso de cargas concentradas
equidistantes y más tarde, primero Schwedler (1882) y luego Zimmermann (1888)
publicaron las conocidas soluciones para el caso de una sola carga aplicada en un
punto x=0:

35
Donde
Q es la carga aplicada en el punto x=0
EI es la rigidez a flexión en el sentido vertical del conjunto carril-larguero, N/mm2
B es el ancho del larguero, mm
Lv es la longitud elástica definida por
Una buena correlación entre los resultados calculados con esta metodología y las
mediciones de las flexiones del carril obtenidas en ensayos con un vagón de dos ejes,
llevaron a Zimmermann (1888) a afirmar como suficiente, el empleo de las citadas
fórmulas para el cálculo de esfuerzos verticales en vías sobre largueros.
Teoría de Timoshenko, Saller y Hanker
La teoría de viga sobre fundación elástica expuesta anteriormente para el coeficiente
de balasto corresponde al caso de un apoyo continuo del carril. La aplicación del
método de Winkler a vías sobre traviesas fue propuesta primero por Flamache (1904) y
luego Timoshenko (1915), suponiendo que desde el punto de vista mecánico, la vía
sobre traviesas puede asimilarse a una vía sobre largueros, cuando el soporte que
ofrece la traviesa al carril es igual al que ofrece al larguero situado entre dos traviesas
consecutivas, o sea:
Siendo
At el área de apoyo de la traviesa, mm2
b el ancho equivalente del larguero, mm
d la distancia entre traviesas, mm
Cabe señalar que la relación anterior parte de la admisión de una cierta proximidad de
los soportes elásticos, por lo que desde un punto de vista conceptual dicha relación no
sería válida para apoyos muy distantes.

36
Figura 2.11: Transformación del apoyo sobre larguero a apoyo sobre traviesa, según Timoshenko
(1915). Fuente: López Pita, A. (2003)
Más tarde Saller (1932) y Hanker (1935) plantearían la adopción de un área útil de
apoyo conforme se ha mostrado en el esquema de la figura 2.11, consideración más
representativa de lo que ocurre en la realidad, dada la reducida influencia de la zona
central de la vía en la resistencia vertical de la misma.
Toda esta teoría ha servido de base para la adecuación de las fórmulas de
Zimmermann para vías sobre traviesas, como se ha explicado anteriormente.
Teoría del módulo de vía
A inicios del siglo XX y en el marco de los importantes trabajos del “Comitee AREA-
ASCE on stresses in Track”, Talbot aplicó la formulación de viga continua sobre apoyos
elásticos propuesta por Winkler (1867) y Schwedler (1882), utilizando un parámetro
‘módulo de vía’ para caracterizar la rigidez del apoyo del carril por unidad de longitud
de éste, matemáticamente:
Donde
p(x) es la fuerza de soporte por unidad de longitud de carril en N/mm,
y(x) es el asiento vertical del carril en mm, y
u es el módulo de vía en N/mm2
El significado práctico del módulo de vía se describe como la carga uniformemente
aplicada en el carril que produce en éste un asiento unitario (kg/cm2). No obstante,
dado que en la realidad las cargas transmitidas por los vehículos pueden ser
consideradas como puntuales, resulta más adecuado definir el módulo de vía en
términos de reacción del apoyo del carril, por unidad de longitud y por unidad de
deflexión del mismo, conforme se muestra en la figura 2.12.

37
Figura 2.12: Método de viga sobre fundación elástica con base en el módulo de vía. Fuente:
Fonseca Teixeira, P.
Así, la conocida ecuación diferencial del modelo de viga sobre fundación elástica toma
en este caso la forma siguiente:
cuyas soluciones para la deflexión del carril y el momento flector del mismo
son:
Con
Cabe destacar que, por definición, el módulo de vía representa la resistencia vertical
de la vía por unidad de longitud del carril, por lo que la distancia entre traviesas y su
área de apoyo no intervienen explícitamente en el cálculo de los esfuerzos sobre el
carril.

38
Teoría del coeficiente de rigidez del apoyo
Otro parámetro utilizado para caracterizar la elasticidad de la vía es el coeficiente de
rigidez del apoyo, que define la relación entre la carga transmitida a una traviesa y el
respectivo asiento producido, conforme se puede apreciar en la siguiente figura:
Figura 2.13: Coeficiente de reacción de la traviesa (o de rigidez de apoyo de la traviesa). Fuente:
Fonseca Teixeira, P.
El concepto de coeficiente de rigidez surge en el ámbito de las teorías de análisis de la
vía como viga sobre apoyos discretos elásticos, en las cuales se considera el carril
apoyado sobre muelles de constante lineal, que representan el efecto de la resistencia
vertical conferida por cada traviesa. Con relación a este grupo de teorías, caber
destacar los métodos propuestos entre otros, por autores como Zimmerman (1888),
Schwedler (1889) y Engesser (1890). Sin embargo, el método de apoyos discretos
implicaba la resolución de un gran número de ecuaciones algebraicas, lo que suponía
una gran labor para la época, llevando a la investigación ferroviaria a buscar una
metodología más cómoda, con la ya mencionada adaptación, con posterioridad, del
modelo de viga continuamente apoyada de Winkler en las vías sobre traviesas.
Hutter (1955) comprobaría la equivalencia de resultados a que conducía esta
metodología con relación a la de viga sobre fundación elástica, definiendo el
coeficiente de reacción como un muelle cuya rigidez (keq) representa de forma
indirecta la rigidez vertical del conjunto de los componentes de la vía en el sentido
vertical, calculado de acuerdo con la siguiente expresión:
Donde
keq es la rigidez vertical equivalente del soporte del carril en t/mm, (kN/mm),
kb es la rigidez vertical del balasto en t/mm, (kN/mm),
kp es la rigidez vertical de la plataforma en t/mm, (kN/mm),
kpa es la rigidez vertical de la placa de asiento en t/mm, (kN/mm), y
ktrav es la rigidez vertical de la traviesa en t/mm, (kN/mm).

39
Autores como Luber (1962), Birmann (1968), Alias (1971) y Melentiev (1973), entre
otros, se han encargado de cuantificar experimentalmente la magnitud de la rigidez de
los diferentes componentes mencionados.
Sin embargo, dada la elevada rigidez de las traviesas de hormigón y su consecuente
pequeña influencia en la magnitud de keq, así como las dificultades en determinar de
forma separada la rigidez del balasto y de la plataforma, la ecuación anterior adopta
corrientemente la forma:
donde
keq= rigidez vertical equivalente del soporte del carril, t/mm, (kN/mm),
kbp= rigidez vertical del sistema balasto-plataforma, t/mm (kN/mm), y
kpa= rigidez vertical de la placa de asiento, t/mm (kN/mm).
Figura 2.14: Representación esquemática del significado del coeficiente de rigidez de apoyo de la
traviesa en el modelo de viga sobre apoyos discretos elásticos. Fuente: Fonseca Teixeira, P.
El parámetro rigidez vertical de la vía
Conforme se expuso con anterioridad, el coeficiente de balasto, el módulo de vía y el
coeficiente de rigidez de apoyo de la traviesa fueron durante muchos años los
parámetros más frecuentemente utilizados para caracterizar la resistencia vertical del
apoyo del carril, para de esa forma evaluar los esfuerzos verticales producidos por los
vehículos sobre la vía.
No obstante, a partir de la década de los 50 se empezó a constatar el gran interés por
emplear un parámetro que cuantificase, de forma global, la elasticidad de la vía tal y
como es percibida por el paso de los vehículos sobre la misma.

40
En un análisis estático, ese parámetro es la rigidez vertical de la vía, que se define
como el cociente entre la carga puntual aplicada sobre la superficie del carril y el
asiento máximo producido en el conjunto de la vía (figura 2.15). Matemáticamente:
Donde
K: rigidez vertical de la vía, t/mm, (kN/mm),
Q: carga aplicada por rueda, t (kN), y
ym: asiento máximo producido en el carril, mm
Figura 2.15: Rigidez vertical de la vía. Fuente: Fonseca Teixeira, P.
A su vez, la rigidez vertical dinámica consiste en la respuesta del conjunto de la vía a
los movimientos (oscilaciones) verticales dinámicos transmitidos por las ruedas de los
vehículos al circular por la misma. En el caso de un estudio en el dominio de la
frecuencia, resulta preferible el empleo de su inversa, la receptancia de la vía (R, α),
número complejo cuya parte real (R) corresponde a la inversa de la rigidez vertical
estática de la vía, mientras que la parte imaginaria (α) indica el desfase entre la onda
de desplazamiento y la onda de la fuerza aplicada:
Cabe señalar que, por su propia definición, la rigidez vertical estática de la vía es el
parámetro que menos dificultades presenta para su cuantificación, siendo preciso para
ello únicamente medir la deflexión máxima producida por una rueda en un punto dado
para así obtener su magnitud.

41
2.2.2 Relación entre los coeficientes de rigidez vertical
Como se describió, las metodologías tradicionales de análisis mecánico de la vía
consideran la resistencia vertical de la misma representada a través de un único
parámetro global: el coeficiente de balasto o el módulo de vía para el método de viga
continua sobre fundación elástica, y el coeficiente de rigidez de apoyo para el método
de viga sobre apoyos elásticos.
Estos parámetros consisten en constantes de proporcionalidad entre esfuerzos
transmitidos por el carril y los respectivos asientos verticales producidos, admitiendo
por lo tanto un comportamiento lineal del apoyo del carril. El cuadro 2.6 resume, el
significado físico de los parámetros mencionados, a partir de los cuales se deduce la
relación lógica entre los mismos.
Tabla 2.6: Significado físico y relación entre los parámetros de rigidez vertical de una vía. Fuente:
Elaboración propia
Matemáticamente, y en base a las metodologías expuestas de viga sobre fundación
elástica, la relación entre el módulo de vía (u) y el coeficiente de balasto (C) se puede
deducir de la siguiente expresión:

42
Por lo que, sustituyendo en:
Se obtiene:
Por otro lado, de acuerdo con la transformación del modelo de viga continua sobre
largueros para el caso de vías sobre traviesas propuesto por Timoshenko (1915), la
relación entre un coeficiente de reacción de apoyo (keq) y el módulo de vía (u) viene
dado por:
La relación entre el coeficiente de reacción de apoyo (keq) y el coeficiente de balasto
(C) se obtiene a partir de las ecuaciones anteriores, resultando:
En cuanto a la relación entre los parámetros de rigidez de apoyo del carril y la rigidez
vertical global de la vía (K), esta se puede obtener a partir de las formulaciones del
método de viga continua sobre fundación elástica. Así, por definición, la rigidez vertical
de la vía consiste en la relación entre la carga aplicada y la deflexión máxima producida
(y0), por lo que, sabiendo que esta última viene dada por:

43
Se obtiene la relación entre la rigidez vertical la vía (K) y el módulo de vía (u):
La relación entre la rigidez vertical de la vía (K) y el coeficiente de balasto (C) pueden
deducirse de las ecuaciones anteriores, obteniendo:
Del mismo modo se obtiene:
relación entre la rigidez vertical la vía (K) y el coeficiente de reacción (keq).
2.2.3 Magnitudes habituales de la resistencia vertical de la vía
2.2.3.1 Líneas convencionales
A continuación se expone el orden de magnitud de la resistencia vertical de las líneas
convencionales. En concreto, el cuadro 2.7 recoge los valores obtenidos
experimentalmente por diferentes autores relativos al coeficiente de balasto, el
módulo de vía y la rigidez vertical de la vía. Los resultados del coeficiente de balasto
aquí presentados fueron deducidos de mediciones sobre el carril, por lo que se trata
del coeficiente de balasto equivalente discutido anteriormente. En cuanto a las
unidades de los diferentes parámetros, cabe destacar que, hasta hace pocos años, la
literatura ferroviaria se refería a [kg/cm3] para los valores de coeficiente de balasto y
[t/mm] para la rigidez vertical de la vía o para la rigidez vertical equivalente de apoyo
del balasto. En la actualidad es usual referirse a esos parámetros en [N/mm3] y
[kN/mm] respectivamente, por lo que en el cuadro 2.7 se convirtieron los valores
publicados a dichas unidades, las cuales se emplearán de ahora en adelante en este
estudio.

44
Tabla 2.7: Magnitud de la resistencia vertical de la vía en líneas convencionales. Fuente: Fonseca
Teixeira, P.
2.2.3.2 Líneas de Alta Velocidad
La construcción de las primeras líneas de Alta Velocidad en Europa trajo consigo
algunas importantes modificaciones en el diseño estructural de las vías, debido en
parte al incremento de cargas que este nuevo servicio suponía, así como a las mayores
exigencias en términos de fiabilidad. El reconocimiento del cualitativo efecto del
incremento de los espesores de sub-balasto en la disminución de las tensiones

45
transmitidas a la plataforma, conforme se ejemplifica en la figura 2.16, condujo a la
elaboración de estructuras de vía con mayores espesores de capas granulares, para
prevenir eventuales fallos de la plataforma.
Figura 2.16: Influencia cualitativa de la incorporación de capas de sub-balasto, en la distribución de
tensiones sobre la plataforma. Fuente: Eisenmann (1974)
Así, la infraestructura típica de una vía de alta velocidad balastada (fig.2.17) está
constituida en general por una capa de forma y una o dos capas granulares de sub-
balasto de espesor variable, sobre las cuales asienta la superestructura ferroviaria en
general constante a lo largo de la misma.
Figura 2.17: Sección transversal de una línea de alta velocidad. Fuente: Eisenmann (1974)
Los referidos incrementos de espesores se traducen en la práctica en elevados
incrementos en la rigidez del sistema balasto-plataforma y, consecuentemente, en la
magnitud de la rigidez vertical de la vía. En el caso de la línea de Alta Velocidad Paris-
Lyon, Sauvage y Larible (1982) pusieron de manifiesto que según la solución
estructural adoptada en casos de plataforma arcillosa la rigidez equivalente del
sistema balasto-plataforma (kbp) puede llegar a duplicarse (cuadro 2.8).

46
Tabla 2.8: Rigidez vertical del sistema balasto-plataforma en vías sobre una plataforma arcillosa de
reducido espesor -70cm- (capa de grava muy rígida). Fuente: Sauvage y Larible (1982)
En términos prácticos, los resultados de ensayos realizados en la referida línea Paris-
Lyon, por Alias y Prud’homme (1981) o por Sauvage y Fortin (1982) ponen de
manifiesto unos incrementos del orden de 80% en la rigidez vertical de la vía
comparada con las líneas convencionales, aun cuando en la nueva línea se emplearon
placas de asiento de elevada elasticidad (90 KN/mm).
Pero los incrementos de rigidez vertical de la vía se hicieron principalmente visibles en
las nuevas líneas de alta velocidad alemanas, donde según los datos comparativos
publicados por Eisenmann y Rump (1997), la magnitud de la rigidez del sistema balasto
plataforma se incrementó entre dos y tres veces con relación a las líneas
convencionales modernizadas, conforme se sintetiza en el cuadro 2.9.
Tabla 2.9: Rigidez vertical en las líneas de alta velocidad. Fuente: Eisenmann (1974)

47
2.2.4 La mayor utilidad del parámetro Rigidez Vertical de la vía.
Medición de la rigidez vertical.
La mayor utilidad del parámetro rigidez vertical de la vía
Conforme se viene discutiendo, una de las metodologías más prácticas y correctas para
evaluar experimentalmente la resistencia vertical de una vía consiste en medir la
deformación vertical producida por una carga puntual aplicada sobre el carril; o sea,
consiste en calcular la magnitud del parámetro rigidez vertical de la vía. Aun cuando
diferentes autores hacen alusión a mediciones experimentales de parámetros como el
coeficiente de balasto, el coeficiente de rigidez de apoyo o el módulo de vía, lo que en
realidad se está evaluando es el comportamiento global de la estructura, dado que las
mediciones se efectúan siempre sobre el carril. Así, el cálculo de los parámetros de
resistencia vertical mencionados se hace de forma indirecta, mediante la aplicación de
las relaciones proporcionadas por la teoría de viga sobre fundación elástica. En otras
palabras, se puede decir que en la práctica, estos parámetros se deducen del
parámetro “rigidez vertical de la vía”.
Por otra parte, el parámetro “rigidez vertical de la vía” es también el que presenta un
significado físico más claro, dado que:
La aplicación de un parámetro como el coeficiente de balasto es en realidad
artificial, dado que la consideración de una distribución uniforme de tensiones
bajo un área de apoyo equivalente de la traviesa no corresponde a la realidad.
A su vez, el coeficiente de balasto obtenido mediante mediciones sobre el carril
es en realidad un coeficiente de balasto equivalente, dado que incluye también
la elasticidad de la placa de asiento y traviesa: de este modo el propio
significado físico de coeficiente de balasto (con unidades de densidad) es poco
claro.
El coeficiente de rigidez de apoyo es más correcto que el coeficiente de balasto,
al ser un parámetro unidimensional que no toma en consideración la forma
como se distribuyen los esfuerzos por las traviesas. No obstante, presenta una
cierta ambigüedad en su significado físico: en teoría, representa la relación
entre la carga recibida por la traviesa (admitiendo la misma como una fuerza
vertical) y la deformación vertical de la traviesa. Sin embargo, la fuerza que
recibe la traviesa depende de la elasticidad de la placa de asiento entre la
traviesa y el carril. Ahora bien, el coeficiente de rigidez vertical de apoyo que se
deduce de la teoría de viga sobre fundación elástica es en realidad un
coeficiente de rigidez vertical de apoyo equivalente, el cual incorpora a su vez
la rigidez vertical de la placa de asiento y de la traviesa. De este modo, este
coeficiente correspondería en términos físicos a la carga puntual que, aplicada
sobre la placa de asiento,

48
produce una deformación unitaria de la misma. Pero en la práctica, una
medición de esta deformación de forma aislada no correspondería tampoco a
la magnitud deducida de la medición sobre el carril a partir de la teoría de viga
sobre fundación elástica, debido al efecto de la continuidad del carril que
distribuye esfuerzos sobre las traviesas contiguas.
En el caso del módulo de vía, su significado físico definido como la carga
uniformemente repartida sobre el carril que produce sobre éste una
deformación unitaria no resulta muy entendible en el caso de la vía férrea en el
que las cargas son puntuales y los apoyos discretos.
En el caso del módulo de vía, su significado físico definido como la carga
uniformemente repartida sobre el carril que produce sobre éste una deformación
unitaria no resulta muy entendible en el caso de la vía férrea en el que las cargas son
puntuales y los apoyos discretos.
La medición del parámetro Rigidez vertical de la vía
La rigidez de la vía está íntimamente relacionada con el dimensionamiento de los
elementos de la infraestructura, en especial del balasto. Esta rigidez viene asociada a
una resistencia a la deformación vertical que experimentaría la vía. Para conocer
cuáles son los valores de la rigidez vertical y optimizar su valor es necesario poder
realizar mediciones con el fin de obtener una serie de datos y valores que permitan
calcular posteriormente este parámetro resistente.
En las líneas ferroviarias de Alta Velocidad, los espesores de las capas que forman la
superestructura son considerables para garantizar la resistencia a estas velocidades.
Para poder realizar la medición correcta de la resistencia vertical de la vía se
recomienda, siempre que sea posible, realizar la medición de la resistencia vertical de
la vía directamente sobre el carril.
Figure 2.18: Sistema de medida. Fuente: Design of a system to measure track modulus from a moving
railcar.

49
Es por ello que la estimación de la rigidez no es un proceso sencillo, puesto que
requiere enviar a equipos de medida al terreno para aplicar unas ciertas cargas
determinadas y medir los asientos que se originan. Esta metodología conlleva un
proceso costoso, laborioso y que requiere un cierto tiempo de trabajo, durante el que
la vía permanece cerrada. Además, la medición de la rigidez a través de un vehículo
que se desplaza por la línea no es sencilla, puesto que el vehículo en movimiento no
proporciona un soporte de referencia para las mediciones. No obstante, la medición
directa sigue siendo el método más eficaz de medida del que se dispone hasta el
momento. En estos casos, la rigidez vertical de la vía puede ser monitorizada
constantemente, eliminando los posibles problemas de mantenimiento que pueden
surgir.
Hoy en día, existen diferentes metodologías que permiten realizar la medición de la
resistencia vertical directamente sobre el carril y que tienen una validez y una
aplicación distintas. No obstante, estas distintas metodologías se pueden agrupar en
dos grupos fundamentalmente: métodos basados en mediciones discretas a intervalos
y mediciones en continuo.
Tal y como se vio anteriormente, la rigidez de la vía es una función de la frecuencia y es
necesario seleccionar un dispositivo adecuado para la medición en función de la
frecuencia de interés. La estática y la dinámica de baja frecuencia están en su mayoría
relacionadas con la geotecnia y la geodinámica.
Las mediciones de rigidez de la vía en estas frecuencias pueden ser muy útiles para las
investigaciones relacionadas con la capacidad portante de la subrasante y con las
suaves vibraciones y los problemas relacionados con el suelo. En cambio, las
frecuencias altas están relacionadas con problemas de ruidos y con las fuerzas de
interacción entre el carril y el vehículo ferroviario.
El “falling weight deflectometer” (FWD) es un dispositivo de medida estático que es
utilizado habitualmente para medir la rigidez de la estructura con exclusión de los
carriles. El método estándar de medida del FWD consiste en una masa que se deja caer
desde una altura conocida hacia unos topes de goma montados en un pie. El efecto
resultante es medido por una célula de carga en el centro de la placa y mediante unos
transductores se determina la velocidad de la superficie a varias distancias. Mediante
la integración de las velocidades se obtienen los desplazamientos verticales.
En este sistema de medida se considera que un impulso de carga aplicado por la masa
es similar a la carga aplicada por un solo eje de un vehículo de alta velocidad.
Mediante la modificación de la altura y el tipo de masa que golpea la placa colocada
sobre las traviesas se puede simular el efecto de diversos ejes ferroviarios.
Otra metodología estática de medición empleada es el denominado “track loading
vehicle” (TLV), el cual utiliza su propio peso para transmitir la carga a la vía mediante

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