Rótula esférica

Es el equivalente tridimensional de la articulación plana. No permite ningún desplazamiento, y sí permite los tres giros. Su reacción son tres fuerzas ortogonales (o un vector fuerza de dirección arbitraria), como se indica en la siguiente figura.

Apoyo deslizante sobre un plano

Se trata de un punto que puede moverse apoyado sobre todo un plano, el cual puede ser uno de los planos coordenados, u otro cualquiera. Su reacción es una fuerza normal al plano de deslizamiento. Ver la siguiente figura

No influye en los giros que pueda tener la estructura, que podrán ser uno o varios, en función de la forma en que los distintos elementos estructurales se unan al nudo.

Empotramiento deslizante

Permite únicamente el desplazamiento en una dirección, pero impide el desplazamiento en la dirección perpendicular y también el giro. Se trata por lo tanto de un caso particular del empotramiento, pero que permite el deslizamiento en una dirección determinada. Su reacción es una fuerza perpendicular al eje de deslizamiento H, y un momento M perpendicular al plano de la estructura. Este tipo de apoyo no suele encontrarse habitualmente en la realidad, pero aparece cuando se emplean simplificaciones para considerar la simetría de una estructura. Ver la siguiente figura.

Apoyo flexible

El apoyo flexible está constituido por un punto de la estructura que está unido a la sustentación mediante uno o varios muelles, como se muestra en la siguiente figura. En general puede haber constantes de rigidez distintas en cada dirección, pudiendo ser cero en alguna de ellas (dirección libre). Asimismo el apoyo elástico puede coexistir con otras condiciones de ligadura.

Es habitual incluir el apoyo flexible en la descripción de los tipos de apoyos, pero en sentido estricto este apoyo no es una condición de ligadura para la estructura, pues no es un punto en el que se conoce el valor de la deformación. En efecto, no se conocen ni el desplazamiento del nudo ni la fuerza en el muelle, sino únicamente la relación entre ellos, que es la constante de rigidez del muelle: la fuerza en el muelle es proporcional a la deformación del apoyo y la reacción de la sustentación es igual a la fuerza en el muelle. Esta igualdad entre la fuerza en el muelle y la reacción de la sustentación es la que hace que este nudo se considere a veces como un apoyo, aunque como se ha dicho no lo es. Se trata por lo tanto de un nudo de la estructura como cualquier otro, al que llegan una serie de elementos estructurales y además el muelle, que debe considerarse como uno más. En este sentido, siempre se considerarán aquí los muelles como elementos estructurales, y se les dará el mismo tratamiento que a los demás.

Apoyo articulado

No permite ningún tipo de desplazamiento, y su reacción es una fuerza de dirección arbitraria, que equivale a dos fuerzas según dos ejes ortogonales.

Este apoyo no influye en el giro de la estructura, que puede tener uno o varios giros, en función de la forma en que los distintos elementos estructurales se unen al nudo. Ver la siguiente figura.

Empotramiento

No permite ningún desplazamiento ni el giro. Su reacción son dos fuerzas (H y V) contenidas en el plano de la estructura, y un momento M perpendicular a él. Ver la siguiente figura.

CONDICIONES DE SUSTENTACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS – Estructuras planas (Primera parte)

A continuación se describen los tipos de apoyos más habituales que pueden encontrarse en las estructuras, indicando las condiciones de ligadura que introducen.

ESTRUCTURAS PLANAS

Apoyo deslizante o de rodillos

Impide el desplazamiento perpendicular a la línea de apoyo, y su reacción es una fuerza perpendicular a dicha línea. Se supone sin rozamiento y bidireccional, es decir que es capaz de ejercer reacción en los dos sentidos (a pesar de la forma sencilla que se emplea para su representación).

Este apoyo no influye en el giro de la estructura, que puede tener uno o varios giros, en función de la forma en que los distintos elementos estructurales se unan al nudo, como se muestra en la siguiente Figura.

CONDICIONES DE SUSTENTACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS

Para que una estructura pueda considerarse como tal, debe estar en equilibrio bajo la acción de todas las fuerzas que actúan sobre ella, entre las que se incluyen tanto las acciones exteriores conocidas, como las reacciones desconocidas en los puntos de sustentación.

En el equilibrio de la estructura juega un papel fundamental la forma en que la estructura se halla unida a su sustentación, que se efectúa habitualmente a través de uno o varios puntos de apoyo, cada uno de los cuales introduce una o varias restricciones al movimiento de la estructura. Se denomina condición de ligadura (o simplemente ligadura, o también condición de apoyo) a una condición que define la deformación en un punto y una dirección dados de la estructura.

Como cada ligadura define la forma en que la estructura puede deformarse en el punto y la dirección donde está aplicada, aparece una fuerza o momento desconocido en la dirección de la ligadura, denominada fuerza o momento de reacción. Esta fuerza de reacción es la fuerza que la sustentación debe hacer para que se satisfaga la condición de ligadura.

Las ligaduras son direccionales, es decir que cada una de ellas actúa en una sola dirección del espacio. Sin embargo las condiciones de apoyo habituales de las estructuras hacen que varias ligaduras aparezcan agrupadas, introduciendo simultáneamente varias condiciones de deformación.

Siempre se cumple que en la dirección donde hay una ligadura aplicada se conoce el valor de la deformación (normalmente dicho valor es cero), y se desconoce el valor de la reacción que aparece. En el caso de desconocerse el valor de la deformación se dice que no hay ninguna ligadura aplicada, y en ese caso se conocerá el valor de la fuerza exterior aplicada en esa dirección, estando la deformación controlada por el comportamiento de la estructura.

CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL

A continuación se resumen los principales métodos de análisis estructural para estructuras discretas, no pretendiéndose hacer una clasificación exhaustiva, sino sólo indicar los más importantes. Se presentan englobados en cuatro grandes bloques, en base a su naturaleza.

Soluciones analíticas

Consisten en resolver directamente las ecuaciones que controlan el problema, por lo que normalmente sólo se pueden aplicar a casos sencillos.

• Integración de la ecuación de la elástica en vigas.
• Teoremas de Mohr para vigas.
• Método de la viga conjugada para vigas.

Empleo de las ecuaciones de la estática

Sólo se pueden aplicar a estructuras isostáticas.

• Método del equilibrio de los nudos para celosías.
• Método de las secciones para celosías.
• Método de la barra sustituida para celosías.

Métodos basados en la flexibilidad

• Principio del Trabajo Virtual Complementario y principio del potencial complementario estacionario.
• Segundo teorema de Castigliano y teorema de Crotti-Engesser.
• Método general de flexibilidad, basado en el segundo teorema de Engesser.
• Método de la compatibilidad de deformaciones en vigas.
• Fórmula de los tres momentos para vigas.
• Principio de Müller-Breslau para cargas móviles.

Métodos basados en la rigidez

• Principio del Trabajo Virtual y principio del potencial total estacionario.
• Primer teorema de Castigliano.
• Método de rigidez en formulación matricial, para estructuras de cualquier tipo.
• Método de la distribución de momentos, o de Cross, para pórticos planos.

ESTUDIOS DE DRENAJE EN CARRETERAS (Segunda parte)

A continuación se exponen algunas normas que deben guiar al ingeniero localizador en lo relativo al drenaje de los caminos:

Cuando el camino debe seguir el curso de un valle o corriente de agua, las terracerias deben quedar a una altura conveniente sobre el nivel de las aguas máximas del río o valle, ya sea que se admita o no que el agua llegue hasta mojar las terracerías. El mismo problema se presenta en el caso que el camino tenga que bordear algún lago o cualquier otra extensión considerable de agua, en cuyo caso es patente el problema de drenaje en relación con la estabilidad de los terraplenes. Además, al trazar un camino en la ladera de una montaña o loma, el localizador debe evitar en cuanto sea posible, el paso por lugares sumamente húmedos en los que hubiera el peligro de la existencia de manantiales los cuales casi siempre son perjudiciales al camino. Debe evitarse así mismo que los cortes debiliten peligrosamente la estabilidad de la estructura geológica del terreno y evitarse que los terraplenes lleguen a sobrecargar demasiado alguna capa de detritus o materiales sueltos que estén en las pendientes de las montañas. En estos últimos casos, una localización no acertada puede dar origen a complicados problemas de drenaje y de estabilidad del terreno.

En cuanto al trazo de la subrasante, también debe estudiarse cuidadosamente con relación al drenaje, ya que frecuentemente bastan ligeros cambios en ella para facilitar la remoción rápida y completa del agua. Además, es mucho más importante que la superficie sea rápida y correctamente drenada y protegida contra las inundaciones, que lograr que las terracerías tengan el costo mínimo.

ESTUDIOS DE DRENAJE EN CARRETERAS (Primera parte)

El objeto del drenaje en los caminos, es en primer término, el reducir al máximo posible la cantidad de agua que de una y otra forma llega al mismo, y en segundo término dar salida rápida al agua que llegue al camino.

Para que un camino tenga buen drenaje debe evitarse que el agua circule en cantidades excesivas por el mismo destruyendo el pavimento y originando la formación de baches, así como también que el agua que debe escurrir por las cunetas se estanque y reblandezca las terracerías originando pérdidas de estabilidad de las mismas con sus consiguientes asentamientos perjudiciales. Debe evitarse también que los cortes, formados por materiales de mala calidad, se saturen de agua con peligro de derrumbes o deslizamientos según el tipo de material del corte, y debe evitarse además, que el agua subterránea reblandezca la subrasante con su consiguiente peligro.

El prever un buen drenaje es uno de los factores más importantes en el proyecto de un camino y por lo tanto debe preverse desde la localización misma tratando de alojar siempre el camino sobre suelos estables, permanentes y naturalmente drenados. Sin embargo, debido a la necesidad de un alineamiento determinado, el camino puede atravesar suelos variables, permeables unos e impermeables otros, obligando ello a la construcción de obras de drenaje de acuerdo con las condiciones requeridas. La experiencia en el análisis y estudio de muchos caminos en mal estado ha enseñado que el drenaje inadecuado más que ninguna otra causa, ha sido el responsable del daño que han sufrido.

CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS – ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS CONTINUOS

En estas estructuras no se identifica a priori ninguna dirección preponderante y el material está distribuido de manera continua en toda la estructura. El concepto de nudo estructural tampoco puede introducirse de forma intuitiva y simple. Su análisis es más complejo que para las estructuras reticulares y no se aborda en este texto. Sin embargo, a continuación se resumen los casos más habituales de estructuras continuas.

Membranas planas

Consisten en un material continuo, de espesor pequeño frente a sus dimensiones transversales, situado en un plano y con cargas contenidas en él. Corresponde al problema de elasticidad bidimensional, y son el equivalente continuo de un pórtico.

Placas

Consisten en un medio continuo plano, de espesor pequeño frente a sus dimensiones transversales, con fuerzas actuantes perpendiculares a su plano. Son el equivalente continuo de un emparrillado plano.

Sólidos

Son medios continuos tridimensionales sometidos a un estado general de tensiones y deformaciones.

Cáscaras

Son medios continuos curvos, con pequeño espesor. Son el equivalente a la suma de una membrana y una placa, pero cuya superficie directriz es curva.

Emparrillados planos

Son estructuras formadas por elementos viga dispuestos formando una retícula plana, pero con fuerzas actuantes perpendiculares a su plano. Se deforman perpendicularmente a su plano, y sus elementos trabajan a torsión y flexión.

A continuación se muestran algunas de las estructuras mencionadas:

CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS – ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS DISCRETOS (Segunda parte)

TIPOS DE ESTRUCTURAS RETICULARES

Los tipos más importantes de estructuras reticulares son:

Cerchas o celosías

Están formadas por elementos articulados entre sí, y con cargas actuantes únicamente en los nudos. Los elementos trabajan a esfuerzo axial, y no hay flexión ni cortadura. Por su disposición espacial pueden ser planas o tridimensionales.

Vigas

Están formadas por elementos lineales unidos rígidamente entre sí, y que pueden absorber esfuerzos de flexión y cortadura, sin torsión. También pueden absorber esfuerzo axial, pero éste está desacoplado de los esfuerzos de flexión y cortadura, en la hipótesis de pequeñas deformaciones.

Pórticos planos

Son estructuras compuestas por elementos prismáticos, unidos rígidamente entre sí, y dispuestos formando una retícula plana, con las fuerzas actuantes situadas en su plano. Estas estructuras se deforman dentro de su plano y sus elementos trabajan a flexión, cortadura y esfuerzo axial.

Pórticos espaciales

Son similares a los anteriores, pero situados formando una retícula espacial. Sus elementos pueden trabajar a esfuerzo axial, torsión y flexión en dos planos.

Arcos

Son estructuras compuestas por una única pieza, cuya directriz es habitualmente una curva plana. Absorben esfuerzos axiales, de flexión y de cortadura. Como caso general existen también los arcos espaciales, cuya directriz es una curva no plana. En muchas ocasiones los arcos se encuentran integrados en otras estructuras más complejas, del tipo pórtico plano o espacial.

CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS – ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS DISCRETOS (Primera parte)

Efectuar una clasificación detallada de las estructuras no es tarea fácil, pues depende de la tecnología y materiales usados para su construcción y del uso que se da a la estructura. Por esta razón sólo se incluyen aquí los tipos más usuales de estructuras, atendiendo a sus diferencias desde el punto de vista de su análisis, pero no desde el punto de vista de su funcionalidad.

Ya las primeras definiciones del concepto de estructura orientan a considerar dos grandes tipos de ellas: con elementos discretos o con elementos continuos. Ambos tipos se detallan a continuación.

Estructuras con elementos discretos

En estas estructuras se identifican claramente los elementos que la forman. Estos elementos se caracterizan por tener:

• Una dimensión longitudinal mucho mayor que las otras dos.
• El material agrupado alrededor de la línea directriz del elemento, que normalmente es recta.

Estos elementos son por lo tanto piezas prismáticas y se denominan habitualmente vigas o barras. Los puntos de unión de unos elementos con otros se llaman nudos y cada elemento siempre tiene dos nudos extremos. Con esto la estructura se asemeja a una retícula formada por los distintos elementos unidos en los nudos. De hecho a estas estructuras se les denomina habitualmente reticulares.

La unión de unos elementos con otros en los nudos puede hacerse de distintas formas, siendo las más importantes:

• Unión rígida o empotramiento, que impone desplazamientos y giros comunes al elemento y al nudo, de tal manera que entre ellos se transmiten fuerzas y momentos,
• Articulación, que permite giros distintos del elemento y del nudo, y en la que no se transmite momento en la dirección de la articulación,
• Unión flexible, en la que los giros del elemento y el nudo son diferentes, pero se transmite un momento entre ambos elementos.

ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS - DEFINICIONES GENERALES

Para que el análisis de una estructura sea correcto es necesario que la idealización que de ella se haga se acerque lo más posible a su comportamiento real. Para efectuar esta idealización existen diversos aspectos a tener en cuenta, como son:

• Disposición espacial de la estructura: puede ser en una, dos o tres dimensiones.
• Tipo de cargas actuantes: estáticas o dinámicas, según que sean constantes en el tiempo o variables con él.
• Tipo de elementos que forman la estructura: elementos discretos (piezas prismáticas), elementos continuos, o incluso estructuras mixtas.
• Tipo de uniones estructurales entre los elementos: articuladas, rígidas (habitualmente llamadas empotradas), o flexibles.
• Comportamiento del material: puede ser elástico, cuando al desaparecer las cargas el material vuelve a su estado inicial o no (por ejemplo si hay plasticidad). Dentro de los materiales elásticos el caso más habitual es el lineal, cuando la tensión y la deformación unitaria son proporcionales.
• Pequeñas deformaciones: cuando la posición deformada de la estructura coincide sensiblemente con su posición sin deformar. Esto simplifica la relación entre las deformaciones unitarias y los desplazamientos de un punto, que es lineal. En caso contrario se trata de un problema de grandes deformaciones, y la relación entre deformaciones unitarias y desplazamiento no es lineal.

De entre todos estos aspectos, se estudiarán estructuras de las siguientes características:

• Estructuras formadas por elementos discretos,
• Sometidas a cargas no variables con el tiempo, es decir en régimen estático,
• Con uniones entre los elementos rígidas, articuladas o flexibles,
• Extendidas en una, dos o tres dimensiones,
• Formadas por un material con comportamiento elástico lineal, y
• Con pequeñas deformaciones.

CONCEPTO DE ESTRUCTURA EN INGENIERÍA (Cuarta parte)

FASE DE DISEÑO

En la fase de diseño, que es la que interesa para el análisis estructural, se pueden distinguir a su vez las siguientes etapas:

• Determinación de la forma y dimensiones generales: se eligen el tipo de estructura y la geometría de la misma, de acuerdo con su funcionalidad y la normativa aplicable. Se determinan asimismo los materiales principales a utilizar.
• Determinación de las cargas: se determinan las fuerzas exteriores que actúan sobre la estructura, así como todos aquellos efectos que puedan afectar a su comportamiento (errores de forma, movimientos de los apoyos, etc.).

FASE DE DISEÑO

Consiste en determinar los esfuerzos internos y las deformaciones que se originan en la estructura como consecuencia de las cargas actuantes. Para efectuar el análisis de una estructura es necesario proceder primero a su idealización, es decir a asimilarla a un modelo cuyo cálculo sea posible efectuar. Esta idealización se hace básicamente introduciendo algunas suposiciones sobre el comportamiento de los elementos que forman la estructura, sobre la forma en que éstos están unidos entre sí, y sobre la forma en que se sustenta. Una vez idealizada la estructura se procede a su análisis, calculando las deformaciones y esfuerzos que aparecen en ella, y utilizando para ello las técnicas propias del Análisis Estructural. Para este análisis siempre se dispone, como datos de partida, de los valores de las acciones exteriores y las dimensiones de la estructura, determinadas en las fases anteriores.

Salvo en casos muy simples, para el análisis de la estructura es necesario conocer las dimensiones transversales de los elementos que la componen, pero ocurre que estas dimensiones están básicamente determinadas por los esfuerzos internos que aparecen sobre ellos, y que en principio son desconocidos. Por esta razón el análisis de una estructura suele ser en general iterativo, hasta lograr unos esfuerzos internos y unas deformaciones que sean adecuados a las dimensiones transversales de los elementos.

Para comenzar este proceso iterativo de análisis se deben imponer unos valores para las dimensiones transversales de los elementos, basándose en la experiencia, o en un predimensionamiento, que normalmente se basa en hipótesis simplificativas.

FASE DE CONSTRUCCIÓN

Diseño de detalles

Son propios de la tecnología usada en la construcción de la estructura: nudos de unión, aparatos de apoyo, armaduras de hormigón, etc. El análisis de estructuras no interviene en esta fase.

CONCEPTO DE ESTRUCTURA EN INGENIERÍA (Tercera parte)

ANÁLISIS ESTRUCTURAL

El problema que trata de resolver el Análisis Estructural es la determinación del estado de deformaciones y tensiones que se producen en el interior de la estructura, a consecuencia de todas las acciones actuantes sobre ella. Como consecuencia también se determinan las reacciones que aparecen en la sustentación de la estructura.

Una vez conocidas las tensiones y deformaciones, el decidir si éstas son admisibles y si la estructura está en buen estado de funcionamiento, es objeto de otras materias específicas como el diseño de estructuras metálicas o de hormigón armado, la construcción de máquinas, etc., y a veces la propia experiencia y sentido común del analista.

Como primeras reseñas históricas sobre Análisis Estructural se debe citar a Leonardo da Vinci y a Galileo, que fue el primero en estudiar el fallo de una viga en voladizo. Posteriormente han sido muy numerosos los autores que han colaborado al desarrollo del estudio de las estructuras. Una excelente revisión de la contribución de todos ellos ha sido publicada por Timoshenko en 1953. Asimismo una revisión bibliográfica muy detallada sobre los fundamentos teóricos del Análisis Estructural ha sido publicada por Oravas y McLean, en 1966.

La concepción de una estructura, por parte del ingeniero, se desglosa en tres fases:

• Fase de planteamiento
• Fase de diseño
• Fase de construcción.

CONCEPTO DE ESTRUCTURA EN INGENIERÍA (Segunda parte)

En las definiciones anteriores se dice que actúan sobre la estructura unas cargas, que normalmente son de tipo mecánico, es decir fuerzas o pares. También se considera la posibilidad de otros efectos, como: variaciones en la temperatura del material de la estructura, movimientos conocidos de los apoyos, errores en la longitud y forma de los elementos, esfuerzos de pretensión durante el montaje, etc. Todos estos efectos dan lugar a unas cargas mecánicas equivalentes, por lo que resulta fácil considerarlos.

Respecto a la forma en que la estructura debe soportar las cargas no es fácil poner un límite claro. Quizás lo más general sea decir que la estructura debe tener un estado de tensiones y deformaciones tal que no se produzca un fracaso estructural que lleve a la destrucción de la misma, en ninguno de los estados de carga posibles. Por debajo de este amplio límite se imponen limitaciones más estrictas en función del tipo de estructura y de su aplicación concreta. La limitación que siempre se impone es la del valor máximo de las tensiones que aparecen en el material, en cualquier punto de la estructura, a fin de evitar su rotura. Este es el caso de edificios, naves industriales, bastidores de vehículos y maquinaria, tuberías, etc.

Además de la limitación en las tensiones, es también muy habitual imponer un límite a las deformaciones de la estructura, bien por motivos funcionales (p.e. bastidores de máquinas), estéticos, o de resistencia de los elementos que apoyen sobre la estructura (tabiques de edificios de viviendas).

En estructuras sofisticadas las tensiones alcanzadas pueden ser muy grandes, llegando a sobrepasar el límite elástico, y permitiéndose incluso la existencia de alguna grieta, cuyo tamaño máximo es entonces el límite para el buen funcionamiento estructural, siempre bajo severas condiciones de control (esto ocurre por ejemplo en tecnología nuclear). En otros casos más complejos la idoneidad de la estructura viene controlada por la ausencia de inestabilidades en la misma (pandeo), o incluso porque su respuesta dinámica sea la adecuada (por ejemplo en brazos de manipuladores, antenas, etc).

CONCEPTO DE ESTRUCTURA EN INGENIERÍA (Primera parte)

¿QUÉ ES UNA ESTRUCTURA?

Una estructura es, para un ingeniero, cualquier tipo de construcción formada por uno o varios elementos enlazados entre sí que están destinados a soportar la acción de una serie de fuerzas aplicadas sobre ellos.

Esta definición es quizás excesivamente simplista, ya que al emplear los términos “elementos enlazados entre sí”, se induce a pensar en estructuras formadas por componentes discretos, por lo que sólo puede servir como una primera definición. La realidad es que las estructuras con componentes discretos son muy frecuentes en la práctica por lo que su estudio resulta del máximo interés. Además lo habitual es que los elementos sean lineales, del tipo pieza prismática, conocidos como vigas o barras, y cuyo comportamiento estructural individual es relativamente fácil de estudiar, como se hace en Resistencia de Materiales. Con la definición anterior serían ejemplos de estructuras una viga, un puente metálico, una torre de conducción de energía, la estructura de un edificio, un eje...

La definición anterior puede generalizarse diciendo que una estructura es cualquier dominio u extensión de un medio material sólido, que está destinado a soportar alguna acción mecánica aplicada sobre él.

Esta definición amplía el concepto de estructura a sistemas continuos donde no se identifican elementos estructurales discretos, como por ejemplo: la carrocería de un automóvil, la bancada de una máquina herramienta, un depósito de agua, un ala de avión, una presa de hormigón..., que no estaban incluidas en la idea inicial. De esta manera se introduce en realidad el estudio de problemas de mecánica de sólidos en medios continuos, que requieren del empleo de métodos sofisticados de análisis. Por esta razón este texto se limita al estudio de estructuras formadas por elementos discretos, de directriz habitualmente recta y en algunos casos curva.

PERALTE TEÓRICO

Este peralte debe considerarse solo como teórico, ya que en la practica el peralte que se puede dar a la vía se encuentra limitado por la coexistencia de trenes rápidos y trenes lentos; en estos últimos, que se encuentran con exceso de peralte, el apoyo de las pestañas con el riel interior, agravado por la resultante de las fuerzas de tracción, origina el desgaste de tales elementos y, sobre todo, aumenta notablemente la resistencia a la rodadura, hasta el punto de hacer difícil el arranque en caso de parada imprevista en curva. Debe observarse que, por efecto del peralte, la presión del vehículo sobre los rieles aumenta.

h=(V^2*s)/(127*R)

PERALTE PRÁCTICO

Se tomara al peralte práctico a los 2/3 del valor del teórico.

Donde:

h = Peralte teórico.

h1 = Peralte práctico.

V = Velocidad.

R = Radio de curvatura.

s = Ancho de vía mas dos veces el semiancho de la cabeza del riel.

g = Ancho de la cabeza del riel.

El límite del peralte se encontrara entre:

¿QUÉ ES EL PERALTE?

Se denomina peralte a la diferencia de cota entre los dos rieles de la vía en curva, para una sección normal al eje de la vía. Se proporciona mediante la elevación gradual del riel exterior sobre el interior, manteniendo esté a su nivel original en la recta. Las principales misiones del peralte son:

• Producir una mejor distribución de cargas en ambos rieles.
• Reducir la degradación y desgaste de los rieles y del material rodante.
• Compensar parcial o totalmente el efecto de la fuerza centrífuga con la consiguiente reducción de sus consecuencias.
• Proporcionar confort a los viajeros.
  

LÍNEAS DE VÍA ANGOSTA Y VÍA ANCHA

Esta clasificación corresponde al nivel de servicio que prestan las líneas férreas, sin tener en cuenta si es una línea principal o secundaria, es decir que una línea principal no necesariamente debe ser de línea ancha o que una secundaria sea de línea angosta, ya que ello dependerá de los aspectos de servicio que son relacionados a la construcción. El ancho de la vía, definida como trocha de vía, es la separación entre rieles, como se muestra en la siguiente figura:

LÍNEAS DE TRANSITO GENERAL, URBANAS Y SUB - URBANAS

Esta es una clasificación relativa al servicio público que prestan. Así se tiene que las líneas de tránsito general corresponden al servicio nacional o internacional de larga distancia. Las líneas suburbanas son aquellas que comunican una población con sus zonas de influencia cercanas. Las líneas urbanas son las que prestan servicio dentro de las poblaciones, ya sean estos servicios efectuados sobre la superficie, como los tranvías, subterráneos o elevados, y como los metropolitanos.

Existen también líneas de servicio particular que corresponden a las líneas dedicadas exclusivamente al servicio de algunas empresas de carácter privado, tales como las líneas mineras.

A pesar que el estudio del trazado geométrico de la vía, no ha sido considerado en el presente tomo de libro, es necesario introducir al menos el análisis del peralte de la vía, como un criterio practico, ya que al no satisfacer este criterio, no se aseguraría ciertas condiciones en el calculo de la seguridad, donde este peralte tiene influencia indirecta.

VÍAS FÉRREAS – DEFINICIONES (Primera parte)

DEFINICIÓN

Un ferrocarril se define como el camino provisto de perfiles paralelos denominados rieles, sobre los que se deslizan una serie de vehículos movidos por tracción eléctrica, motores eléctricos o motores diesel - eléctricos.

CLASIFICACIÓN

En la actualidad no se cuenta con una clasificación unificada de las líneas del ferrocarril, debido a que las mismas presentan una gran variedad en sus características. Tomando en cuenta algunos puntos de vista, se pueden clasificar en:

• Líneas principales y secundarias
• Líneas de vía angosta y vía ancha
• Líneas de transito general, urbanas y sub-urbanas

LÍNEAS PRINCIPALES Y SECUNDARIAS

Las líneas principales son aquellas que forman las grandes líneas tróncales, y las líneas secundarias las que complementan la red formada por las anteriores dando así un sistema completo de líneas férreas.

FALLAS EN EL PAVIMENTO RÍGIDO (Cuarta parte)

Desportilladuras en juntas y fisuras

Es un proceso de daño gradual o rotura en los bordes de una junta o fisura. Las causas pueden ser la infiltración de materiales incompresibles dentro de las juntas o fisuras, falta de alineación y corrosión de pasadores o juntas mal diseñadas.

Fisuras transversales y diagonales

Las fisuras transversales son aquellas que recorren el pavimento en forma más o menos perpendicular a la línea central. Sus causas son la repetición de cargas, tensiones por alabeo y por contracción por secado.

Este fenómeno, no es una falta para pavimentos de hormigón simple, no lo es para pavimentos de hormigón armado continuo y/o juntas. Estas fisuras están previstas en el diseño, la retracción del hormigón produce tensiones de tracción que son contrarrestadas por la fricción entre losa y sub-base y por la armadura prevista, esta última mantiene unidas las fisuras y asegura una buena transferencia de cargas a través de la trabazón de agregados. Las fisuras transversales se convierten en una falla en estos casos cuando se rompe la armadura y se abren las fisuras con todos los problemas inherentes a este fenómeno (entrada de agua, corrosión de armaduras, perdida de trabazón entre agregados, deterioro de fisuras)

Fisura Longitudinal

Las fisuras longitudinales van, en general, paralelas a la línea central del pavimento. Las causas son: construcción inadecuada de juntas longitudinales, alabeo de la losa y movimientos de la subrasante por suelos expansivos o por hinchamiento debido a congelamiento

FALLAS EN EL PAVIMENTO RÍGIDO (Tercera parte)

Daños en el sellado de juntas

Ocurre este problema cuando penetran materiales incompresibles o agua dentro de las juntas. Las fallas en el sellado pueden deberse a una durabilidad baja, forma inadecuada del reservorio para el sellante, o las propiedades de este ultimo. Las fallas más comunes dentro de esta clase son:

• Extrusión del sellante de la junta
• Sellante de baja calidad
• Endurecimiento de sellante (oxidación)
• Perdida de adherencia entre el sellante y los bordes del reservorio
• Ausencia de sellante
• Fisuración del sellante (falla cohesiva)

Fisuras en forma de mapa

Consisten en una red de fisuras poco profundas, finas, en forma errática que se extienden solo en la parte superior de la losa. Se las encuentran en hormigones antiguos, en los cuales no se usaron aditivos incorporadotes de aire en climas sujetos a congelamiento.

FALLAS EN EL PAVIMENTO RÍGIDO (Segunda parte)

Desplazamientos verticales (escalonamiento)

Este fenómeno tiene lugar en correspondencia con fisuras y juntas. Las causas son una perdida de soporte en una de las losas que desciende con respecto a la otra. La causa de esto es el bombeo de finos y el arrastre de finos que migran en la parte inferior de una losa con respecto a la otra. Este fenómeno es mas probable cuando no existen mecanismos de transferencia de cargas o los mismos son poco eficientes y la capa base es erosionable.

Bombeo de Finos

El bombeo de finos de la base o subrasante se origina por movimiento vertical de la losa en juntas y fisuras bajo las cargas pesadas, cuando existe agua en la capa de apoyo, el impacto de la llanta provoca la eyección de materiales y agua a través de juntas y fisuras. El bombeo resulta grave cuando la cantidad de material eyectado deja partes importantes de la losa, especialmente en esquinas, sin soporte, esto produce incrementos de tensiones, deformaciones y finalmente rotura de losa.

Punzonamiento

Es la falla más importante en pavimentos de hormigón con armadura continua. El punzonamiento tiene lugar cuando una sección de una losa de hormigón situada entre dos fisuras de contracción muy próximas se rompe y desciende bajo la acción de cargas repetidas. Esto ocurre, en general, en el borde externo del carril mas transitado por los camiones. A veces se encuentran evidencias de bombeo cerca de los sectores punzonados.