Una traviesa de hormigón ( en inglés británico ) o traviesa de hormigón ( en inglés americano ) es un tipo de traviesa de ferrocarril o durmiente de ferrocarril hecha de hormigón reforzado con acero .
En 1877, Joseph Monier , un jardinero francés, sugirió que el hormigón reforzado con acero podía utilizarse para fabricar traviesas para vías de ferrocarril. Monier diseñó una traviesa y obtuvo una patente para ella, pero no tuvo éxito. [ cita requerida ]
Las traviesas de hormigón se utilizaron por primera vez en el tranvía de Alford y Sutton en 1884. Su primer uso en una línea ferroviaria principal fue por parte de la Reading Company en Estados Unidos en 1896, según consta en AREA Proceedings en ese momento. Los diseños se desarrollaron aún más y los ferrocarriles de Austria e Italia utilizaron las primeras traviesas de hormigón a principios del siglo XX. Esto fue seguido de cerca por otros ferrocarriles europeos. [ cita requerida ]
No se lograron avances importantes hasta la Segunda Guerra Mundial , cuando la madera utilizada para las traviesas era escasa debido a la competencia de otros usos, como las minas. [1] A raíz de las investigaciones realizadas en los ferrocarriles franceses y otros europeos, se desarrolló la moderna traviesa de hormigón pretensado. También se instalaron secciones de carril más pesadas y carriles soldados más largos, lo que exigía traviesas de mayor calidad. Estas condiciones estimularon el desarrollo de las traviesas de hormigón en Francia, Alemania y Gran Bretaña, donde se perfeccionó la tecnología. [ cita requerida ]
El 1 pie 11+Lynton and Barnstaple Railwayde 597 mm( 1 ⁄ 2 in)en el norte de Devon, experimentó con traviesas de hormigón en varios lugares a lo largo de la línea. Como las traviesas se moldeaban según el ancho de vía, eran de poca utilidad fuera de las áreas de la estación en esta línea muy curvilínea donde era necesario aflojar el ancho de vía. También eran ruidosas y carecían de la elasticidad de las traviesas de madera, lo que creaba una vía muy rígida.[2]Algunas de esas traviesas de hormigón se pueden ver ahora en exhibición en la estación Woody Bay.[3]
El interés por las traviesas de ferrocarril de hormigón aumentó después de la Segunda Guerra Mundial tras los avances en el diseño, la calidad y la producción de hormigón pretensado.
Las traviesas de hormigón con cabeza de toro con sillares se han utilizado al menos desde la década de 1940; el Great Western utilizaba una silla de dos agujeros, lo que permitía ahorrar tanto la escasa madera de la época de la guerra como los pernos de fijación de acero. [4] Este diseño fue utilizado por los ferrocarriles estatales durante la Segunda Guerra Mundial y, en particular, inmediatamente antes del Día D, cuando la madera escaseaba y se necesitaba con urgencia ampliar o sustituir las vías. Por ello, la estación de Gravesend West Street fue rehabilitada en 1944 para permitir el enorme aumento de carga. [ cita requerida ]
En 2021 se utilizaron en Bélgica traviesas de hormigón azufrado , cuya fabricación requiere poca energía y nada de agua. [5]
Las traviesas de hormigón pueden ser de una sola pieza de dimensiones uniformes o variables. También pueden constar de dos bloques separados conectados por un tirante de acero. De nuevo, el Great Western Railway durante la Segunda Guerra Mundial produjo traviesas de tipo "pot" con sillares (dos módulos de hormigón conectados por barras de acero) para su uso en vías de apartadero y algunos bucles, pero estas traviesas monobloque de tipo pote no llevaban una traviesa de referencia en cada posición, ya que normalmente se colocaban cada 3 o 4 potes o sucesivamente en las juntas de los raíles. Se registró un ejemplo de este tipo en una vía de apartadero en Talyllyn East Junction y en Rock Siding, Talybont-on Usk, en el antiguo ferrocarril Brecon & Merthyr en septiembre de 1963. Hasta hace muy poco, se podían ver ejemplos en Dovey Junction en la costa cámbrica y es posible que todavía existan otros en otros lugares. [6]
Excepcionalmente, el hormigón se puede verter en dos losas longitudinales separadas, como se ha hecho en Namibia . La vía en losa consiste en una plataforma de hormigón continua sin división en traviesas separadas, y estas se utilizan con mayor frecuencia en túneles. British Rail experimentó con losas a fines de la década de 1960 y las colocó varias millas a lo largo de las principales líneas de circulación al norte de Derby. [ cita requerida ]
Las traviesas de hormigón carecen de la elasticidad de las traviesas de madera y, por lo tanto, las vías de balasto con traviesas de hormigón suelen sufrir una degradación mucho más rápida del balasto cuando se someten a carga. Esto es especialmente cierto en curvas, desvíos y agujas. Para reducir el desgaste del balasto y, en algunos casos, ofrecer aislamiento de vibraciones, se colocan almohadillas en la base de la traviesa. Las almohadillas suelen estar fabricadas con espumas de poliuretano con una rigidez adaptada a los requisitos de elasticidad de la vía. [ cita requerida ]
Para reducir la degradación del balasto, se puede utilizar una espuma de poliuretano semiplástica muy rígida que imita el comportamiento plástico de las traviesas de madera; las piedras de balasto se presionan contra la superficie de la traviesa, lo que aumenta el área de contacto. Por lo general, estas almohadillas tienen un espesor de entre 7 mm (0,28 in) y 10 mm (0,39 in). Para lograr también un aislamiento de las vibraciones, la capa elástica debe ser más blanda y, en muchos casos, más gruesa. Se puede lograr un aislamiento de las vibraciones de entre 5 y 12 dB, pero los resultados dependerán de muchos factores, como la carga por eje, la velocidad, la rigidez del subsuelo, el espesor del balasto, la calidad del balasto y otros. Por lo tanto, es muy difícil predecir los resultados con exactitud. [ cita requerida ]
A pesar de que las traviesas de hormigón son menos elásticas que las de madera, se ha comprobado que no generan mayores emisiones de ruido cuando circulan trenes sobre ellas. Un estudio realizado en el marco de Euronoise 2018 determinó que las traviesas de hormigón son, de media, 2 dB(A) más silenciosas que las de madera, pero en tramos rectos de vía provocan más emisiones de ruido en los rangos de frecuencias subgraves (16–60 Hz) y medias (500–2000 Hz). Aunque las traviesas de madera provocan más emisiones de ruido casi universalmente en todo el rango de frecuencias audibles en tramos curvos de vía, la respuesta acústica más aguda de las traviesas de hormigón en vía recta puede provocar una percepción subjetiva de que las traviesas de hormigón son más ruidosas. [7]
Las ventajas incluyen: no se pudren como las traviesas de madera, son ignífugas, su peso adicional hace que la vía sea más estable (especialmente con los cambios de temperatura), pueden soportar riesgos de incendio mejor que las traviesas de madera, dan más retentividad a la vía, tienen una vida útil más larga que las traviesas de madera y necesitan menos mantenimiento, lo que resulta en menores costos continuos y menos cierres de vías. Además, las traviesas de hormigón no están empapadas en creosota como la mayoría de las traviesas de madera (utilizadas principalmente en Europa), por lo tanto, son más respetuosas con el medio ambiente.
Las desventajas incluyen: Cuando los trenes descarrilan y las ruedas golpean las traviesas, las traviesas de madera tienden a absorber el golpe y permanecer intactas, mientras que las traviesas de hormigón tienden a romperse y deben reemplazarse. Los costos iniciales son mayores y no son adecuadas para el cambio de ancho, a menos que esto ya se tenga en cuenta. Las traviesas de hormigón son hasta 300 libras (136,1 kg) más pesadas que sus contrapartes de madera. Como resultado, se requiere un balasto de mayor tamaño para soportar y mantener en su lugar las traviesas en la plataforma de la vía. Además, no absorben tanta vibración de los trenes que pasan como lo hacen las traviesas de madera. Esto puede causar la degradación de las propias traviesas, que van desde pequeñas grietas hasta la falla completa con el tiempo. Este problema es más frecuente cuando las traviesas están ubicadas junto a las juntas de los rieles. Por esta razón, los ferrocarriles que usaban traviesas de hormigón para líneas simples las evitaban en los desvíos y enclavamientos; sin embargo, los diseños modernos permiten el uso de soportes de hormigón para desvíos y se han convertido en estándar para las renovaciones de cambios en muchos ferrocarriles. Otro defecto potencial es la rigidez lateral, que puede provocar fatiga acumulada del metal, en particular en curvas en reversa, donde las tensiones se acentúan por el cambio abrupto de las fuerzas laterales. Esto, a su vez, puede ser la causa de grietas en las esquinas de los rieles y en el refuerzo de acero de las traviesas.
Los ferrocarriles alemanes han sufrido grietas en sus traviesas en líneas de alta velocidad y han tenido que sustituir miles de ellas tras una vida útil muy corta; sin embargo, se ha descubierto que esto se debe al uso de áridos inadecuados en la mezcla de hormigón. [8] Las traviesas de hormigón dañadas no se pueden reparar. Las traviesas de hormigón viejas se pueden utilizar para cosas como muros de contención, de lo contrario se pueden triturar para reciclar la grava y el acero de refuerzo. [9]
En curvas muy cerradas, como el nuevo triángulo de Newmarket (Nueva Zelanda), en el ancho de vía de 1067 mm ( 3 pies 6 pulgadas ) y un radio de 95 m (312 pies), pueden ser necesarias traviesas especiales. En este caso, las traviesas son especialmente pesadas (unos 250 kg) y pueden incluir ensanchamiento de ancho de vía con ensanchamiento de ancho de transición. [10]
Las traviesas de hormigón para desvíos deben diseñarse a medida para cada ubicación. Son mucho más largas que las traviesas normales, tienen huecos para los motores de los desvíos y, por lo general, las fabrican unos pocos fabricantes especializados. Si se necesita un desvío con urgencia, se puede fabricar con traviesas de madera que se pueden perforar fácilmente para adaptarlas.
La UIC, la Unión Internacional de Ferrocarriles, ha emitido una norma (#710) para traviesas de hormigón.
En otros países, como Malasia y Singapur, se utilizan diversas normas, como las normas australianas AS 1085.14:2012 (Material de vías ferroviarias: traviesas de hormigón pretensado) o EN 13230-4:2016 (Aplicaciones ferroviarias: traviesas y vigas de hormigón para vías, parte 4: vigas pretensadas para cambios de vía y cruces). El folleto UIC 713R también se utiliza como referencia complementaria debido a que la parte 6 de la EN 13230 todavía se encuentra en fase de borrador, es decir, pr EN 13230-6:2016. 122333
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Las traviesas de hormigón se fabrican en moldes de varias longitudes, boca abajo. En los moldes se introducen las bases de sujeción Pandrol u otros accesorios. En estos moldes se colocan las barras de refuerzo de acero pretensado y, a continuación, se vierte el hormigón. El hormigón tarda varios días en endurecerse, tras lo cual se sacan las traviesas de los moldes y se cortan en traviesas individuales. En la parte inferior del molde se marca el logotipo del fabricante y un sello con la fecha.
En ocasiones, las traviesas se fabrican con conductos para el cableado del circuito de vía o con accesorios adicionales para barandillas de protección. Las traviesas se pueden fabricar mediante un método de línea larga o un método de línea corta; cada método tiene sus ventajas y desventajas. [11]
Existen numerosas empresas que fabrican traviesas en todo el mundo. Éstas se transportan hasta el lugar de trabajo en pequeñas pilas, con trozos de madera que separan las capas de traviesas. A continuación, se colocan mediante métodos manuales o utilizando diversas máquinas de colocación de traviesas.
En 2011, la Administración Federal de Ferrocarriles de los Estados Unidos (FRA) puso en vigor nuevas regulaciones sobre traviesas de hormigón, con avisos publicados por la FRA en el Registro Federal de los Estados Unidos del 1 de abril al 9 de septiembre de 2011. Los avisos de la FRA decían que la necesidad de las nuevas reglas quedó demostrada por el descarrilamiento de un tren de Amtrak cerca de Home Valley, Washington, el 3 de abril de 2005, que, según la Junta Nacional de Seguridad del Transporte de los Estados Unidos , fue causado en parte por una abrasión excesiva (más de 0,5 pulgadas (13 milímetros)) del hormigón.
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