6-Capitulo Vi Sujeciones

8/16/2019 6-Capitulo Vi Sujeciones

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TRANSPORTE FERROVIARIO SUJECIONES DE VÍA

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CAPITULO VI

SUJECIONES DE VIA

VI - 1 ) EVOLUCION HISTORICA DE LAS SUJECIONES

Definición:

Las sujeciones de vía son el conjunto de elementos que sirven para fijar los rieles a losdurmientes manteniéndolo en la posición vertical, a la vez que impide (o permite

parcialmente) los movimientos verticales, transversales y longitudinales.

Evolución en función de los requerimientos:

La importancia de la función de las sujeciones ha ido aumentando con el tiempo, amedida que el avance de la técnica ferroviaria ha alcanzado mayores velocidades ycargas por eje y por lo tanto han crecido los esfuerzos que se transmiten de los rieles alos durmientes, demandando sujeciones de mejores prestaciones. .Esto a provocado una evolución en los sistemas de sujeción, incorporando avances encuanto a nuevos materiales y técnicas de fabricación.En un principio, la única misión de los elementos de sujeción consistía en evitar elvuelco del riel y el desplazamiento del mismo sobre el durmiente en sentido transversal.La aparición del riel continuo soldado, dio origen a las sujeciones elásticas, en las cuales

el elemento de apriete del patín del riel se deforma elásticamente, permitiendo que elapriete se mantenga en todo momento. Las sujeciones elásticas, por lo tanto, aseguran laconexión riel-durmiente no solo en el sentido transversal al eje de vía sino también en elsentido longitudinal.La incorporación de los durmientes de hormigón introdujo un nuevo paso en laevolución de los sistemas de sujeción, fue necesario introducir una placa de asientoelástica entre el riel y el durmiente para evitar impactos entre ambos y reducir laexcesiva rigidez del hormigón.Finalmente, cabe destacar que con la electrificación de las líneas y el desarrollo desistemas de señalización cada vez más sofisticados, ha hecho que los componentes delas sujeciones han debido adaptarse a una nueva función de aislamiento eléctrico entre

el riel y el durmiente.


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VI - 2 ) PRESTACIONES QUE DEBEN CUMPLIR LAS SUJECIONES

Funciones:

Los sistemas de sujeción deben cumplir las funciones que se describen a continuación:

- Mantener unidos el riel y el durmiente con un apriete suficiente sobre el patín del riel.

- Mantener el ancho de vía (trocha), restringiendo el movimiento lateraldel riel.

- Evitar el vuelco del riel.- Absorber y transmitir eficazmente a la infraestructura, las cargas

(verticales y horizontales) estáticas y dinámicas producidas por elmaterial rodante.

- Ofrecer una alta resistencia al deslizamiento longitudinal del riel sobre eldurmiente.

Exigencias:

Los sistemas de sujeción deben poseer las características mecánicas y eléctricas que sedescriben a continuación:

- Poseer una frecuencia propia de vibración ( mucho mayor que la del riel,lo que evita que se produzcan aflojamientos).

- Ofrecer una elevada resistencia a la torsión, lo que dificulta el girorelativo entre riel y durmiente.

-

Poseer alta resistencia a la intemperie (inmune a los efectos climáticos).- Presentar un aislamiento eléctrico suficiente.- Tener pocas piezas y de fácil montaje y desmontaje.- Presentar una duración elevada, que permita su renovación simultánea

conjuntamente con los otros elementos de la superestructura (rieles ydurmientes).

VI - 3 ) CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE SUJECION

En función de la forma de anclaje al durmiente, las sujeciones se pueden clasificar enlos tres tipos que se describen a continuación:

1) Sujeciones directas: El elemento de anclaje al durmiente es el mismo que proporciona el esfuerzo de apriete.

2) Sujeciones indirectas: El riel se apoya sobre una placa de asiento metálica. Elelemento que proporciona el esfuerzo de apriete es distinto del de anclaje de la

placa de asiento al durmiente.

3) Sujeciones mixtas: El riel se apoya sobre una placa de asiento metálica, pero elelemento que proporciona el apriete es el mismo de anclaje de la placa de

asiento al durmiente.


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Esquema de los tres tipos de sujeciones (directa, indir ecta y mi xta)

Otra clasificación se puede hacer en función de las características de los elementos quecomponen el sistema de sujeción:

1) Sujeciones rígidas: Cuando la sujeción realiza la transmisión de esfuerzos delriel al durmiente a través de elementos rígidos.

2) Sujeciones elásticas: Cuando la sujeción realiza la transmisión de esfuerzos a

través de un elemento o conjunto de elementos elásticos (que se deforman con elesfuerzo y recupera su forma inicial). Cuando este tipo de sujeciones estácompuesta por varios elementos, la misión de los mismos puede ser: fijar el rielal durmiente, fijar el riel a la placa o fijar la placa al durmiente. A su vez, lassujeciones elásticas pueden subdividirse en:

a) Sujeciones simplemente elásticas: Cuando la sujeción está compuesta porun único elemento elástico o está compuesta por más de un elemento de losdescriptos anteriormente, pero solo uno de ellos es elástico.

b) Sujeciones doblemente elásticas: Cuando el conjunto de la sujeción está

compuesto por varios elementos y más de uno son elásticos, por ejemplo:cuando tanto la sujeción del riel a la placa como la de esta al durmiente serealiza a través de elementos elásticos.

Las sujeciones rígidas tienen el inconveniente de que la calidad de las prestaciones quecumplen se deteriora con bastante rapidez debido a la acción de las cargas transmitidas

por los vehículos que circulan por la vía, dado que la energía de choque que absorben esacumulativa lo que se traduce en deformaciones permanentes y progresivas si no serealizan trabajos periódicos de ajuste y reapretado de las mismas.Por el contrario, las sujeciones elásticas son capaces de deformarse y recuperar en formainmediata esta deformación (salvo que las cargas de impacto que deban soportar

superen su límite elástico).En resumen: La ventaja fundamental de las sujeciones elásticas, sobre las rígidas, esque permiten movimientos verticales del riel al paso del material rodante,amortiguándose, de esa manera la energía de los choques que se producen.

Analizando la forma de trabajo de las sujeciones y la materialización del anclaje, lassujeciones se pueden clasificar en:

1) Sujeciones en las que la presión sobre el patín del riel, se ejerce por rozamiento o“efecto de clavado”.

2)

Sujeciones en las que la presión sobre el patín del riel, se ejerce por medio de unarosca.

Sujeción directa Sujeción indirecta Sujeción mixta


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3) Sujeciones en las que la presión sobre el patín del riel, se ejerce por presión (tantovertical como lateral) mediante un “clip” metálico.

Por lo expuesto anteriormente, las sujeciones pueden ser:Rígidas (directas, indirectas o mixtas) y elásticas (directas, indirectas o mixtas). Pero

además, las rígidas se pueden dividir entre sujeciones por rozamiento o de rosca.Mientras que las sujeciones elásticas se pueden dividir en sujeciones por rozamiento(los clavos elásticos), de rosca o de clip o una combinación de ambas (rosca y clipactuando simultáneamente).

Clasificación de los principales modelos de sujeción:

Tipo de sujeción Tipo de durmiente Nombre de la sujeción

Rígidas directasMadera

Clavo de vía o escarpia

Tirafondo

Acero Grapa con bulón doble

Elásticas directas

Madera

Clavo elástico

Sujeción Nabla

Sujeción Vossloh Skl

Sujeción Pandrol Gauge - Lock

Acero Sujeción Nabla

Hormigón

Sujeción RN

Sujeción P2

Sujeción Nabla

Sujeción Vossloh Skl - 1

Elásticas indirectas

Madera

Sujeción Pandrol E

Sujeción Deenik

Sujeción Vossloh Skl - 12

Sujeción K

Acero

Sujeción Pandrol E

Sujeción Deenik

Sujeción K

Hormigón

Sujeción Pandrol E

Sujeción Pandrol Fast Clip

Sujeción Deenik

Sujeción Vossloh Skl 12

Sujeción K


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VI - 4 ) DESCRIPCIÓN DE LOS DISTINTOS MODELOS DE SUJECIÓN

VI – 4.1) Placas de asiento: Estas piezas, si bien no se pueden considerar como unasujeción propiamente dicha, son parte integrante de muchos sistemas de sujeción y cadatipo de sujeción tiene un diseño especifico de la placa de asiento.

Las placas de asiento pueden ser de dos tipos:1) Metálicas: tienen como misión esencial repartir las cargas transmitidas por el riel aldurmiente, ya que la superficie de apoyo es mayor que la del patín del riel (si esteapoyara directamente sobre el durmiente).

2) Elásticas: pueden ser de caucho, neopreno, poliamida, etc. y sus misiones primordiales son las de amortiguar las vibraciones que el riel transmite al durmientey proporcionar elasticidad a la vía.

Las funciones principales de las placas de asiento como elementos integrantes de unsistema de sujeción pueden ser:1) Servir de relación entre riel y durmiente en sujeciones indirectas.2) Contribuir al correcto posicionamiento del riel (garantizando la trocha y la

inclinación del mismo).3) Contribuir a evitar el desplazamiento longitudinal del riel.

VI – 4.2) Clavo de vía (escarpia): Este tipo de sujeción fue muy utilizada en los primeros tiempos del ferrocarril. Casi la totalidad de las líneas ferroviarias de los paísesdel mundo y particularmente en Iberoamerica, fueron construidos con durmientes demadera con este tipo de sujeción y aún hoy continúa muy extendido su uso en muchosferrocarriles del mundo.Consiste en un clavo de acero de sección cuadrada con punta en forma troncocónica ysu cabeza se prolonga hacia un lado para sujetar el patín del riel, tiene en el lado opuestouna pequeña uña que permite su extracción.Esta sujeción es clásica en durmientes de madera y puede ser utilizada con o sin placade asiento. Se hinca en el durmiente por percusión, la fuerza de sujeción la proporcionael rozamiento de la parte clavada con la madera.Este sistema de sujeción tiene las ventajas de fácil montaje (con martillo manual oneumático) y fácil conservación. Pero tiene el inconveniente que a causa delmovimiento vertical de los durmientes por acción del tráfico se aflojan y pierden sufuerza de apriete sobre el riel.

Clavo de vía común (escarpia) Esquema de sujeción con clavo de vía y

placa de asiento en durmiente de madera


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VI – 4.3) Tirafondo: Este tipo de sujeción tiene una utilización muy grande en todoslos ferrocarriles del mundo. Se utilizan tanto en durmientes de madera como endurmientes de hormigón.Son elementos de acero cilíndricos con la parte superior cónica con un filete helicoidal.La cabeza permite apretar el patín del riel, tiene un prisma rectangular en el cual se

coloca el dado que permite el atornillado y destornillado al durmiente.Esta sujeción se utiliza en durmientes de madera mediante el taladrado con mechas dediámetro ligeramente inferior al del fuste del tirafondo. Puede ser utilizada con o sin

placa de asiento, en el primer caso la propia placa de asiento tiene la inclinacióntransversal 1/20 en el segundo caso se le debe hacer al durmiente un entalle previo.Cuando se utiliza en durmientes de hormigón, se realiza el atornillado mediante tacosroscados (de material sintético o de madera) o mediante roscas metálicas embebidas enel hormigón.Las ventajas son las mismas del caso anterior, fácil montaje y conservación. Suresistencia a los esfuerzos verticales es mayor que el clavo de vía, ya que la rosca

produce un efecto de anclaje en el durmiente que le da una mayor durabilidad, no

obstante (como toda sujeción rígida) no es capaz de seguir los movimientos verticalesdel riel por lo que no es utilizable en vías con riel continuo soldado.Además de ser utilizados como sujeción directa, los tirafondos son muy utilizados comosujeción indirecta y tienen un rendimiento muy satisfactorio como sujeción elásticaindirecta, ya que su función es mantener unida la placa de asiento al durmiente mientrasque las vibraciones son absorbidas por la parte elástica de la sujeción.

Esquema de sujeción con ti rafondo sin placa de asiento en durmiente de madera(apoyo dir ecto del r iel sobre el durmiente).

Esquema de sujeción con tirafondo y placa de asiento metálica en du rmiente de madera.


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Ejemplos de los modelos de tirafondo mas uti li zados


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VI – 4.4) Grapa con bulón doble: Esta sujeción es clásica en durmientes de acero ytambién fue muy utilizada en los primeros tiempos del ferrocarril. Muchas líneasferroviarias de diversos países fueron construidos con durmientes de acero con este tipode sujeción y aún hoy continúa muy extendido su uso.Consiste en un bulón doble cuyos extremos roscados quedan a ambos lados del riel en

los que se coloca la grapa o chapa de apriete que sujeta el patín del riel a ambos lados, lafuerza de sujeción la proporciona la grapa sobre el patín mediante el atornillado de lastuercas en los extremos roscados del bulón doble.Como ventajas se puede destacar que tiene un montaje y conservación relativamentefácil y mantiene en forma correcta el ancho de vía. Al igual que en los casos anterioresno es capaz de seguir los movimientos verticales del riel lo que impide su utilización envías con riel continuo soldado.

Conjunto de suj eción rígida para durmientes de acero(Chapa o grapa de apri ete con bulón doble)


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VI – 4.5) Clavo elástico: Este tipo de sujeción surgió como consecuencia de querercombinar la facilidad de montaje del clavo común agregándole características de lassujeciones elásticas.Su colocación se realiza hincándolo con martillos manuales o neumáticos. La fuerza deanclaje se logra (al igual que con el clavo de vía) por rozamiento de la parte clavada en

el durmiente de madera.La presión sobre el patín del riel se logra por la respuesta elástica de la cabeza del clavo(especialmente diseñado para tal fin) frente a las deformaciones producidas en el apoyodel patín por efecto de las cargas verticales.Se fabrican con aceros de calidad especial, plegados de tal manera que la cabeza formaun bucle que le da la elasticidadComo ventajas se destaca su fácil colocación y tiene buena resistencia a los esfuerzosverticales, pero presenta el inconveniente que una vez de colocado es muy difícilretirarla sin que pierda su características elásticas, por esta misma razón es muy difícilcontrolar la liberación de tensiones para utilizarla en vías con riel continuo soldado.

Entre los modelos de clavos elásticos, se destacan el clavo “Dörken” de origen alemán, pueden ser sencillos o dobles (en este último caso constan de dos bucles y dosvástagos). Se fabrican como una pieza única a partir de una pletina de acero doble desección rectangular.

Otro modelo de clavo elástico es el tipo “T”, que es el que se ha utilizado aquí en

Uruguay. El clavo T es de origen inglés, fabricado en forma muy similar al clavoDörken, por plegado de una pletina doble de sección rectangular, constituida por aceroal siliciomanganeso.Los clavos T se clavan en los durmientes de madera en la dirección longitudinal del riely tienen “mano”, es decir que se pueden dist inguir entre izquierdos y derechos. Parafacilitar esta distinción se suministran identificados con colores diferentes para cadamano.


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Clavo elástico tipo “T”

Sujeción con clavo elástico tipo “T” y placa de asiento en durmiente de madera

VI – 4.6) Sujeción RN: Este tipo de sujeción (de origen francés) surgió para utilizarlaen durmientes de hormigón bibloque (tipo RS) y luego su uso se extendió a otros tiposde durmientes.

Esta sujeción está constituida por varias piezas: una grapa de doble hoja con un bucle,fabricada con acero al cromo manganeso de alta elasticidad; la hoja superior es máslarga que la inferior y es la que apreta el patín del riel; un tornillo cuya cabeza se anclaen el durmiente (hormigón o acero y en caso de durmiente de madera este tornillo sesustituye por un tirafondo) y una placa de caucho acanalada de 4,5 mm de espesor sobrela que se apoya el patín del riel. El esfuerzo de apriete es ejercido por la grapa de aprietesobre el patín del riel. La fuerza de apretado nominal es del orden de 1100 Kg. y elrecorrido elástico de unos 4mm.Tiene como inconvenientes que el proceso de apretado es muy delicado (tiene una única

posición de apretado correcto sobre el patín del riel, con dos puntos de contacto), por loque puede suceder que quede sobre apretada o con un apretado insuficiente, en ambos

casos no cumple la función para la que fue diseñada en forma correcta.


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Además, esta sujeción presenta problemas en cuanto al mantenimiento del ancho de vía por apretado incorrecto o deterioro de sus elementos y de aislamiento eléctricoinsuficiente en tiempo húmedo.La sujeción RN permite su utilización en riel continuo soldado, con las debidasgarantías de apretado correcto y vigilando el posible deterioro de sus elementos.

Esquema de la sujeción elástica RN, para el apretado correcto


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VI – 4.7) Sujeción IB: Este tipo de sujeción (de origen ruso) deriva de la RN y las piezas que la componen son prácticamente las mismas que las de la RN, se diferencia enque la grapa de apriete son dos presillas metálicas separadas, la superior encastra en lainferior, además el elemento de anclaje en el durmiente (en lugar de un tornillo) es untirafondo que se atornilla en una funda roscada embebida en el durmiente.

Se utiliza fundamentalmente en durmientes de hormigón monobloque y al igual que laRN, entre el durmiente y el riel se interpone una placa de asiento elástica.Dentro de los ferrocarriles iberoamericanos su uso está muy difundido en Cuba, dondees fabricado por la Empresa Industrial de Instalaciones Fijas, de propiedad estatal.

Conjunto de sujeción elástica IB en durmiente de hormi gón

VI – 4.8) Sujeción P2: Este tipo de sujeción fue desarrollada en España y adoptada porRENFE, buscando mejorar las prestaciones de la RN en cuanto a mantenimiento delancho de vía y aislamiento eléctrico. Se usa en durmientes bibloques (tipo RS).Está constituida por dos grapas aislantes (interior y exterior) de poliamida reforzada confibra de vidrio, que sujetan el patín del riel, al estar en contacto con el patín del riel,transmiten los esfuerzos verticales y transversales de este al durmiente; por encima decada una de las grapas aislantes se coloca una lámina elástica de acero que le da elapriete vertical, mediante los tornillos (similares a los de la RN); aquí también entre eldurmiente y el riel se interpone una placa de asiento elástica de neopreno.La fuerza de apretado nominal es del orden de 850 Kg. y el recorrido elástico de 2mm.Los resultados obtenidos con la sujeción P2 han sido satisfactorios en lo que respecta a

mantenimiento del ancho de vía y aislamiento eléctrico.


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Además es posible acoplarlas en las cavidades existentes en los durmientes de hormigón para sujeciones RN, utilizándolas por tanto en sustitución de estas. No obstante se han detectado inconvenientes como, pérdida de elasticidad por repeticiónde esfuerzos verticales y posterior rotura de las grapas aislantes.Es utilizada en España para vías con velocidades máximas de 160 Km./h.

Conj unto de suj eción elástica P2 en durmiente de hormigón

VI – 4.9) Sujeción J-2: Este tipo de sujeción también fue desarrollada en España (porRENFE y Mondragón), buscando solucionar los inconvenientes que presentaba lasujeción P2.Está constituida básicamente por las mismas piezas que la P2, logrando mejorarfundamentalmente el diseño de las dos piezas aislantes (interior y exterior) constituidas

en poliamida reforzada con 35 % de fibra de vidrio.

Las mejoras logradas fueron las siguientes:1) El diseño definitivo de las piezas aislantes tienen topes paralelepípedos

emergentes de la cara superior logrando un calce perfecto de la lámina metálica.2) Mayor espesor de las piezas aislantes para aumentar la colaboración en la

absorción de los esfuerzos transmitidos por el riel, obteniendo así una mayorresistencia a la rotura.

3) Nervaduras longitudinales en la cara superior de la pieza aislante, para mejorarel arriostramiento del patín del riel, absorbiendo así los empujes laterales.

4) Entre la tuerca y la lámina metálica se intercala una arandela de presión paragarantizar el mantenimiento de la fuerza de apriete por mayor tiempo.


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Conjunto de suj eción elástica J-2 en durmiente de hormigón

Detall e de las piezas aislantes (interi or y exteri or) en poli amida reforzada en f ibra devidrio

Piezas aislantes de la suj eción J-2


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En Iberoamerica, ha sido adoptada por los ferrocarriles de Cuba, para utilizarlas ensustitución de aquellas sujeciones RN que ya no cumplen una función adecuada,acoplándolas en las cavidades existentes de las anteriores sujeciones en los durmientesde hormigón.

Sujeción J -2 adaptada a durmientes de hormigón monobloque

cubanos para sustitu ir sujeciones RN

VI – 4.10) Sujeción Nabla: Esta sujeción al igual que la P2 y la J-2 deriva de la RN,fue desarrollada en Francia, buscando mejorar las prestaciones de la RN en cuanto amantenimiento del ancho de vía.Está constituida por dos grapas aislantes de poliamida (que cumplen las funciones deaislamiento y transmisión de esfuerzos) y dos láminas elásticas de acero, que

proporciona el esfuerzo elástico vertical de apriete a través del tornillo cuya cabeza seancla en el durmiente (o del tirafondo, en el caso de tener anclaje GS) y una placa decaucho acanalada de 4,5 mm de espesor sobre la que se apoya el patín del riel.Las láminas de acero tienen doble curvatura y planta trapezoidal, lo que le permitentener un gran recorrido elástico y disminuir los esfuerzos que deben soportar las grapasde material sintético.La fuerza de apretado nominal es del orden de 1100 Kg. y el recorrido elástico de unos5mm.Este tipo de sujeción ha sido adoptada en Venezuela para la construcción de los tramosde vía: Caracas – Tuy Medio; Tuy Medio – Puerto Cabello; Puerto Cabello – Barquisimeto y las líneas de Metro de Caracas, Maracaibo y Valencia.


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Esquema de sujeción elástica Nabla en durmiente de hormigón (con anclaje GS, mediante ti rafondo)


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Sujeción NABLA Estándar


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Sujeción NABLA adaptación


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Sujeción NABLA premontada C8 para durmientes de hormigón

Sujeción Nabla C8 previo al montaje del r iel


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Sujeción NABLA con anclaje GS para durmientes de hormigón

Detalle del anclaje GS en durmientes de hormigón para sujeción NABLA


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VI – 4.11) Sujeción Pandrol E-Clip: Esta sujeción puede utilizarse en durmientes dehormigón, madera o acero.Está constituida por un elemento de anclaje al durmiente, dependiendo del tipo dedurmiente y un clip elástico que trabaja a flexión y torsión combinadas, este es elelemento fundamental de la sujeción, el cual se fabrica a partir de una barra de acero de

sección circular de alto límite elástico. El clip elástico se aplica paralelamente al riel ysu colocación y desmontaje se realiza con un martillo manual o herramientas mássofisticadas. Las ventajas fundamentales son su facilidad de montaje y escasomantenimiento, aunque con el tiempo se puede producir pérdida de apriete porrelajación del acero del clip. La fuerza de apriete nominal depende del diámetro de la

barra del clip y puede variar de 900 Kg. a 1250 Kg.El soporte del clip está conformado en una placa de asiento metálica, en el caso dedurmientes de hormigón se sustituye por soportes de acero que se embuten en el

proceso de fabricación, en el caso de durmientes de madera, la placa de asiento se fija aldurmiente mediante tirafondos y en los durmientes de acero, la placa se fija al mismomediante soldadura. Generalmente el riel se apoya sobre una placa de asiento elástica de

neopreno.

Cl ip elástico E

Placa elástica de asiento del r iel para sujeción Pandrol E-Cl ip


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Conjunto de sujeción Pandrol E -Cl ip en durmientes de hormigón

Pieza de alojamiento del cl ip elástico E, que se debe incorporar al durmiente de

hormigón en el proceso de fabri cación del mismo


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Conjunto de sujeción Pandrol E-Cl ip en durmientes de acero

Placa de acero estampada o soldada al durmiente de aceropara alojamiento del clip elástico


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Conjunto de sujeción Pandrol E-Cli p en durmientes de madera

Placa de acero moldeado o laminado para dos cli ps (Riel de 45 Kg/m)

Sujeción Pandrol E-Cl ip en durmientes de madera


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VI – 4.12) Sujeción Pandrol Gauge-Lock : Esta sujeción fue desarrolladaespecialmente por Pandrol para ser utilizada en durmientes de madera dura, sinnecesidad de placa de asiento, resultando por lo tanto de fabricación menos costosa queel clip E.Está constituida fundamentalmente por un clip elástico que trabaja a flexión y torsión

combinadas, fabricado a partir de barra de acero de alto límite elástico, muy similar alclip E, tiene un extremo que se introduce en el durmiente y el otro aprieta el patín delriel, mediante un tirafondo. El clip elástico se aplica paralelamente al riel y sucolocación se realiza mediante el taladrado del durmiente (para el clip y el tirafondo) ycon un martillo se introduce el extremo vertical del clip y el tirafondo medianteatornillado manual o mecanizado.Las ventajas fundamentales son su facilidad de montaje y escaso mantenimiento,aunque con el tiempo se puede producir pérdida de apriete al aflojarse el tirafondo porefecto de las cargas. La fuerza de apriete nominal es de unos 700 Kg.

Esquema de la suj eción elásti ca Pandrol Gauge-L ock en durmientes de madera

Detall e del barr enado del durmiente de madera para la colocación del cli p elásticoGauge-L ock y el ti rafondo de apri ete.


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Fases de la colocación

Sujeción Pandrol Gauge-Lock para durmientes de madera

Las sujeciones Pandrol Gauge-Lock brindan muy buenas prestaciones cuando se lasutiliza en durmientes de madera dura debido al efecto de anclaje que produce eltirafondo en las maderas duras (la resistencia al arranque de tirafondos en maderas durasvaría de 7000 a 10000 Kg.).En muchas vías ferroviarias de países iberoamericanos, se las utiliza (por razones deeconomía), instalándolas en un durmiente de cada tres, cumpliendo así las funciones deanclas de vías.


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VI – 4.13) Sujeción Pandrol Fast Clip: Esta sujeción es utilizada en durmientes dehormigón.Está constituida por un elemento de anclaje al durmiente, dependiendo del tipo dedurmiente y un clip elástico que trabaja a flexión y torsión combinadas, este es elelemento fundamental de la sujeción, el cual se fabrica a partir de barra de acero de alto

límite elástico.El clip elástico se aplica perpendicularmente al riel y su colocación y desmontaje serealiza con un martillo manual o herramientas más sofisticadas.Las ventajas fundamentales son su facilidad de montaje y escaso mantenimiento, ya quemantiene su fuerza de apriete por períodos de tiempo muy prolongados.La fuerza de apriete nominal es de unos 1250 Kg. y el recorrido elástico de 10mm.El soporte del clip está conformado en una placa de asiento metálica cuyos soportes son

preensamblados en el proceso de fabricación del durmiente. Además el riel va apoyadosobre una placa de asiento elástica de material elastómero.Este tipo de sujeción, por sus excelentes características con respecto al mantenimientode la fuerza de apriete, del ancho de vía y del aislamiento eléctrico, son muy aptas para

ser utilizadas en líneas de alta velocidad o de elevadas cargas por eje.

Sujeción Pandrol Fast Cl ip en durmientes de hormigón

Sujeción Pandrol Fast Clip previo al montaje del r iel


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VI – 4.14) Sujeción Deenik: Esta sujeción al igual que la Pandrol, puede utilizarse endurmientes de hormigón, madera o acero.Está constituida por un elemento de anclaje al durmiente, dependiendo del tipo dedurmiente y un clip elástico que trabaja exclusivamente a la flexión, que es el elementofundamental de la sujeción, el cual se fabrica a partir de barra de acero de sección

cuadrada de alto límite elástico.El clip elástico se aplica perpendicularmente al riel y su colocación y desmontaje serealiza con un martillo manual o herramientas más sofisticadas.Las ventajas fundamentales son su facilidad de montaje y escaso mantenimiento. Tieneel inconvenientes que con el tiempo se produce pérdida de apriete por relajación delacero del clip. La fuerza de apriete nominal varía de 900 Kg. a 1100 Kg. dependiendode la sección del clip elástico.El soporte del clip puede ser una placa metálica con unas “uñas” que permiten sujetarlo

al durmiente, en el caso de durmientes de hormigón se embuten dichas “uñas” de acero

en el proceso de fabricación del mismo, también pueden ir soldadas en el caso dedurmientes de acero.

Conj unto de suj eción Deeni k con pl aca de asiento metálica para todo ti po dedurmientes (hormigón, madera o acero)

Cl ip Deenik SV (sección variable)


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Cli p Deenik M (sección uniforme)

VI – 4.15) Sujeción K: Esta sujeción puede utilizarse en durmientes de hormigón,madera o acero.Está constituida por una placa de asiento de acero nervada, que se fija al durmientemediante tirafondos o soldadura en el caso de durmientes de acero.Sobre la placa se coloca el riel, los nervios de la placa de asiento tienen unas cavidadesdonde se colocan dos tornillos con la parte roscada hacia arriba, ensartados en dichostornillos se colocan unas grapas (en forma de U invertida) que se apoyan de un ladosobre el patín del riel y del otro sobre la placa de asiento, al apretar las tuercas en losextremos de los tornillos se asegura el apretado del patín del riel.Esta sujeción ha sido mejorada al incorporarle arandelas elásticas en las uniones contirafondos y con tornillos, evitando el aflojado de las piezas roscadas y dándole mayor

elasticidad al conjunto. También se le han incorporado placas de caucho elástico entre la placa de asiento y el riel, así como entre la placa de asiento y el durmiente.

Conjunto de sujeción desl izante KD 54 para durmientes de madera


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VI – 4.16) Sujeción Vossloh HM: Esta sujeción puede utilizarse en durmientes dehormigón o de madera.Existen dos versiones, una directa (Skl-1) y otra indirecta con placa de asiento de aceronervada (Skl-12).En esta sujeción también el elemento fundamental es el clip elástico (en forma de

epsilon) que trabaja a flexión y torsión combinadas, se fabrica a partir de una barra deacero de sección circular de alto límite elástico (aleado al siliciomanganeso y tratadotérmicamente).En el caso de fijación directa Skl-1, el clip elástico se fija al durmiente mediante untirafondo que se atornilla en el durmiente (en el caso de durmiente de hormigón eltirafondo se atornilla en una vaina de material sintético incorporado al durmiente en el

proceso de fabricación del mismo). La sujeción consta de una placa lateral acodada deguía, fabricada en poliamida reforzada en fibra de vidrio que permite posicionar el clipy contener lateralmente al riel.En el caso de la sujeción indirecta Skl-12, el clip elástico se coloca sobre una placa deasiento de acero nervada, similar a la sujeción K con la diferencia que la grapa de

apriete se sustituye por el clip elástico.Ambos modelos constan de una placa elástica de asiento del riel.La fuerza de apriete nominal es de unos 1100 Kg. y el recorrido elástico de 8mm.Las sujeciones HM tienen excelentes características con respecto al mantenimiento de lafuerza de apriete, del ancho de vía y del aislamiento eléctrico, lo que las hace aptas paraser utilizadas en líneas de alta velocidad o de elevadas cargas por eje.

Sujeción elástica Vossloh Skl – 1 en durmiente de hormigón


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Cl ip elástico Vossloh Skl-1

Sujeción elástica Vossloh Skl -1 en durmiente de hormigón


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Cl ip elástico Vossloh Skl -12

Sujeción elástica Vossloh Skl -12 en durmiente de madera


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Sujeción elástica Vossloh Skl -12 en durmiente de hormigón

A pesar del excelente comportamiento de las sujeciones Vossloh, tanto el modelo Skl-1como el modelo Skl-12, no se tienen datos sobre su utilización en las vías ferroviariasde los países iberoamericanos.

Como consecuencia de perfeccionar los modelos Skl-1 y Skl-12, han surgido otrosnuevos modelos de sujeciones Vossloh, para obtener mejores prestaciones en líneas dealta velocidad. Algunos de estos modelos se muestran en las figuras siguientes.

mmmm

Sujeción Vossloh dff 14 Sujeción Vossloh dff -300


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Sujeción Vossloh ks Suj eción Vossloh sys-300

Sujeción Vossloh svs- 336 w14 Sujeción Vossloh w14


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VI – 4.17) Anclas de vía o Antideslizantes: A pesar de las sujeciones, hay lugares enla vía en los cuales se produce el desplazamiento longitudinal de los rieles con respectoa los durmientes, los que son producidos por los esfuerzos longitudinales creados por elmaterial rodante (esfuerzos de aceleración y frenado), así como por las variaciones detemperatura (alargamientos por aumento de temperatura y acortamientos por

disminución de la misma).Estos fenómenos se ven incrementados si además el trazado de la vía tiene un perfillongitudinal con fuertes pendientes, lo que favorece el corrimiento de los rieles hacia losvalles, donde tiende a producirse el pandeo, mientras en las cimas tiende a producirseholguras en las juntas, provocando incluso la rotura de algunos bulones en las juntas.El fenómeno de desplazamiento longitudinal produce desajustes en la vía, lo que obligaa realizar trabajos correctivos para restablecer la luz de las juntas, corregir la separacióny el escuadrado de los durmientes., así como la geometría de la vía.La forma principal de evitar los desplazamientos longitudinales de los rieles esutilizando anclas de vía o antideslizantes, algunos de cuyos modelos se representan enlas figuras siguientes:

Ancla de vía uti l izada para r ieles perf i l CUR en Uruguay

Ancla de vía uti l izada para r ieles perf i l U 36 en Uruguay

Las anclas de vía se fijan al riel por percusión , abrazando el patín del riel con unafuerza elástica que impide el desplazamiento longitudinal del mismo.


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VI - 5 ) ENSAYOS GENERICOS PARA LOS SISTEMAS DE SUJECIÓN

(Norma de Referencia. prEN 13146)

VI – 5.1 ) Ensayo: de Resistencia al deslizamiento longitudinal:

Para la comprobación de la aptitud de la fijación frente a solicitaciones en direcciónlongitudinal, se efectúa el ensayo de resistencia al deslizamiento longitudinal alconjunto riel-sujeción-durmiente.El ensayo consiste en aplicar una carga longitudinal tirando de un cupón de riel fijo a undurmiente mediante una sujeción. El durmiente tiene restringidos todos susmovimientos. Se debe determinar la carga longitudinal mínima F que se puede aplicar

para iniciar el deslizamiento o desplazamiento no elástico del riel mediante una curva decarga – desplazamiento y se la compara con una especificación mínima dada.

Figura 1 – Configuración del ensayo de resistencia al desplazamiento longitudinal

Metodología:El ensayo consiste en aplicar en uno de los extremos del riel, una carga longitudinal de

tracción en escalones de carga de F i (2.5 0.3) kN a una velocidad de (10 5)kN/min, y manteniéndola durante 30 segundos.Desde el comienzo se miden los desplazamientos relativos entre riel y durmiente frentea los incrementos de carga. Una vez que el riel comienza a deslizar, se reducerápidamente la carga a cero y se continúa midiendo el desplazamiento longitudinaldurante 2 minutos más.Este ciclo de carga y descarga se realiza tres veces con un período de descarga de tresminutos entre ciclo y ciclo, sin reajustar en ningún momento el sistema. En cada ensayose efectúa la gráfica de la carga aplicada frente al desplazamiento.El diagrama resultante de fuerza longitudinal-desplazamiento es similar al de la figura2.

1: RIEL

2: SUJECION

3: SENSOR DE DESPLAZAMIENTO

4: DURMIENTE

5: RESTRICCION DE LA TRAVIESA


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Figura 2- Diagrama carga - desplazamiento D

e

i

: Desplazamiento longitudinal elástico, previo al deslizamiento, para cada ensayo(mm). Dmax

i

: Máximo desplazamiento longitudinal durante cada ensayo (mm). Dres

i

: Desplazamiento residual, tras la aplicación de la carga, para cada ensayo (mm).T: Temperatura de ensayo: 15 a 25º C (desde 4 horas antes de iniciar el ensayo). F

i : Escalones de carga: 2,5 0,3 kN.Velocidad de carga: (10 5) kN/minResultado

La Resistencia característica al deslizamiento longitudinal del sistema de sujeción porcarril se expresa por la formula :

3

F

F

4

2

i

F i: Mínima carga longitudinal del carril necesaria para iniciar el deslizamiento odesplazamiento inelástico.Si D

e

i es inferior a 0,5 mm, se considera Fi para 0,5 mm.

VI – 5.2 ) Ensayo de Resistencia a la torsión:

El ensayo consiste en aplicar una carga transversal al patín de un cupón de riel fijo a undurmiente mediante una sujeción. El durmiente tiene restringidos todos susmovimientos.Se aplica la carga transversal hasta que el movimiento relativo entre el riel y eldurmiente sea de 1.5º. El par necesario para conseguir un ángulo de deformación de 1ºse obtiene de la curva que genera el ensayo.Parámetros del ensayov: Velocidad de carga: 10 1 kN/min.

d: Distancia mínima de aplicación de la carga (mm).


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Para sistemas de sujeción enfrentados en el riel: 300 mm desde el eje formado por los dos sistemas.

Para sistemas de sujeción contrapeados en el riel: 300 mm desde el eje formadoentre los dos sistemas.

Q: Carga perpendicular al eje del riel (kN). : Giro del carril (º) 0.02º.

M : Incremento de la resistencia a la torsión: 3 0,03 kNm

Configuración del ensayoLas distintas configuraciones del ensayo se muestran en las figuras 3 y 4 a continuación:

1: DURMIENTE

2: SUJECION

3: RIEL4: SENSOR DE DESPLAZAMIENTO

Figura 3 – Configuración del ensayo de resistencia a la torsión con sujeciones

simétricas

Figura 4 – Configuración del ensayo de resistencia a la torsión con sujeciones

asimétricas


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MetodologíaSe aplica una carga transversal al patín del riel sujeto, a su vez, a un durmiente por elsistema de sujeción a ensayar. Se registra el giro del riel respecto al durmiente a medidaque la carga va aumentando con una velocidad de carga v, hasta que el riel ha rotado1,5º. El momento que causa la rotación de 1º se determina, entonces, a partir de la curva

que representa la carga frente al desplazamiento angular.Una vez alcanzado un giro de 1,5º, se para la carga y se repite el ciclo de cargaaplicando la misma desde el lado opuesto.El diagrama resultante del momento de rotación – desplazamiento angular presenta unaspecto similar al de la figura 5, con los parámetros del ensayo:

1. Desplazamiento ang ular

2. Carga transvers al

3. Ciclo de carga inicial

4. Ciclo de carga de retorno

Figura 2- Diagrama Par aplicado – desplazamiento angular

El ensayo se realiza tres veces con un intervalo de 3 minutos entre cada ensayo, nodebiéndose ajustar en ningún momento la disposición del sistema de sujeción (consujeciones asimétricas igual número de ensayos por cada una de las dosconfiguraciones).

Resultados

La Resistencia característica a la torsión del sistema de sujeción por carril se expresa por la fórmula:

3

M

M

3

1

i

Mi: Momento necesario para rotar el carril 1º con relación a un plano paralelo a la base

del durmiente, calculado a partir de la carga (kNm).


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VI – 5.3 ) Ensayo de fuerza de apriete

Este ensayo consiste en determinar la fuerza de apriete del sistema de sujeción,midiendo la fuerza necesaria para separar el cupón de riel de la superficie donde seencuentra apoyado. La sujeción debe oponer una resistencia elástica a los movimientos

relativos en sentido vertical: debe ser flexible frente a la deflexión del carril y rígidafrente al levantamiento.

MetodologíaEl conjunto de la sujeción se dispone sobre una porción de durmiente, tal y como semuestra en la figura 13. Todo ello se suspende del carril y se disponen dos sensores dedesplazamiento en el eje del durmiente, en la zona donde apoya el riel.

Figura 13 – Configuración del ensayo de fuerza de apriete

Se ajustan a cero los sensores de desplazamiento y se aplica una carga creciente P

i

hasta que se produce la separación del riel del durmiente, dado que está suspendida de éla través del elemento muelle del sistema de sujeción. Se reduce la carga, hasta que se

produzca el contacto nuevamente del riel con el durmiente. Se vuelve a cargar con unavelocidad de carga v, obteniéndose la curva carga-desplazamiento. Cuando el sensor dedesplazamientos pase por el cero, se obtiene la carga P i

0.

Figura 2- Diagrama carga - desplazamiento

Esta operación se realiza tres veces sobre el mismo conjunto


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Resultados

La fuerza de apriete característica por riel se expresa por la fórmula:

P

P

o

o

i

1

3

3

VI – 5.4 ) Ensayo de rigidez vertical a 80 KN

Se aplica una carga vertical P en la línea del eje central de la cabeza del carril, perpendicular a su superficie de apoyo, y se mide la deformación que se produce en elelemento de apoyo.La rigidez vertical k es la relación entre carga y deformación que se obtiene.Para la caracterización del elemento de apoyo del carril bajo carga se le somete alensayo de rigidez vertical a 80 kN.

Figura 13 – Configuración del ensayo

de rigidez vertical

Parámetros del ensayo

v: Velocidad de carga: 50 5 kN/min.d : Media de los cuatro desplazamientos para un elemento de apoyo.

n : Número de elementos de apoyoQmax : Máxima carga aplicada en un elementos de apoyo: 80 1 kN.Qres : Carga residual, de un elemento de apoyo: 5 kN.

Resultados

Se carga tres veces y se obtiene el valor en la tercera determinaciónRigidez vertical característica del elemento de apoyo: k=k 3

k 3: Rigidez vertical de la tercera determinación (kN/mm).

k Q Q

d n

max res

Rigidez vertical (kN/mm).


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VI – 5.5 ) Ensayo de atenuación de cargas de impacto

Se aplica una carga de impacto dejando caer una masa sobre la cabeza del riel sujeto aun durmiente de hormigón. El efecto del impacto se mide como una deformación en eldurmiente.

La atenuación del impacto se determina comparando la tensión provocada utilizandouna placa de referencia de bajo nivel de atenuación en la sujeción, y la placa aensayarse, en la misma sujeción.

Figura 18 – Configuración del ensayo

Parámetros del ensayo

a si s

i

sr

1001

[ i { , , }1 2 3 ]: Atenuación en la zona superior del durmiente en cada

ensayo (%). s

i : Máxima deformación en la zona superior del durmiente en cada ensayo. sr

: Media de las máximas deformaciones en la zona superior del durmiente con elelemento de apoyo de referencia (estándar) en tres ensayos.

aii i

i

ir

1001

[ i { , , }1 2 3 ]: Atenuación en la zona inferior del durmiente en cada

ensayo (%). i

i : Máxima deformación en la zona inferior del durmiente en cada ensayo. ir

: Media de las máximas deformaciones en la zona inferior del durmiente con el

elemento de apoyo de referencia (estándar) en tres ensayos.Los valores de deformación se obtienen de las gráficas de deformación frente al tiempoen las zonas galgadas.d: Altura de lanzamiento (m)m: Masa lanzada (Kg)Q: Carga de impacto: 100 kN

MetodologíaSe miden las deformaciones sobre el durmiente debidas al impacto sobre la cabeza deun cupón de riel por caída libre de un determinado peso desde una determinada altura.El cupón se debe fijar con el sistema de sujeción a ensayar sobre un durmiente

dispuesto, a su vez, sobre una bancada de balasto, alternativamente, de caucho, tal ycomo se muestra en la figura 18.


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La atenuación de impactos de un determinado diseño y material de elemento de apoyose mide a través del porcentaje de reducción de las deformaciones del durmiente enrelación con el valor obtenido del mismo ensayo con un elemento de apoyo o placa deasiento estándar, de polietileno de alta densidad.

ResultadosLa atenuación de impacto característica del elemento de apoyo se expresa por laformula:

a

ai

1

3

3

aa a

i s

i

i

i

2 [ i { , , }1 2 3 ]: Atenuación del elemento de apoyo en cada ensayo (%).

VI – 5.6 ) Ensayo Dinámico de carga inclinada

Este ensayo está desarrollado para la determinación del comportamiento a largo plazode los sistemas de sujeción del riel mediante la aplicación de ciclos repetitivos de cargarepresentativos de los producidos en la vía.El ensayo consiste en aplicar una carga cíclica de amplitud constante P hasta alcanzar3x106 ciclos por medio de un actuador simple en la cabeza del riel. La carga, su

posición y línea de aplicación se determinan en base a la rigidez vertical dinámica de lasujeción, en función de los radios de curvatura de la vía para la cual la sujeción se estáensayando.La sujeción se evalúa analizando los siguientes parámetros:

el cambio en la fuerza de apriete,la resistencia al desplazamiento longitudinal de la vía,la rigidez vertical, estos 3 antes y después de la aplicación de la carga cíclica yLos desplazamientos del riel relativos al durmiente luego de la aplicación de la cargacíclica en los puntos indicados en la figura 10.finalmente una inspección visual de los componentes de la sujeción luego de losensayos.

Parámetros del ensayof : Frecuencia de aplicación: 4 HzR: Radio de la curva de la vía. (m)P = PV/cos : Carga máxima (kN).: Posicionamiento del aplicador, ángulo entre la línea de aplicación de carga y lanormal al elemento de apoyo.

x: Posición de la línea de aplicación de la carga bajo el centro de curvatura de la cabezadel carril en el extremo de medida de ancho: 15 1 mm.

Deberá medirse el máximo desplazamiento relativo del riel al durmiente durante los tresúltimos ciclos, en los seis puntos del cupón de riel señalados en la figura 10Desplazamiento en la cabeza del riel dc < 1 mmDesplazamiento en el patín del riel dp < 0.5 mm.


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Figura 10 – Puntos de medida del

desplazamiento en el ensayo de carga inclinada

Los valores del ángulo y la distancia x, de aplicación de la fuerza, se obtienen detablas en función del tipo de sujeción que se esté ensayando.

VI – 5.7 ) Ensayo de resistencia a las condiciones ambientales adversas

Este ensayo especifica un procedimiento para conocer los efectos de la exposición acondiciones medioambientales severas en los sistemas de sujeción, incidiendo sobre lacorrosión de sus elementos metálicos, en tal sentido, debe exigirse a la sujeción lamayor durabilidad posible..Se consideran como condiciones climáticas adversas: hielo, humedad, radiacionesultravioletas, etc. Además, las fijaciones se ven sometidas a las formas de

contaminación propias de cada lugar (niebla salina o cualquier elemento corrosivo).


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Para la comprobación de la resistencia de la sujeción frente a los efectos de condicionesatmosféricas extremas se somete al conjunto de la sujeción al ensayo de lluvia salina.

MetodologíaEl sistema de sujeción completo, constituido por un cupón de riel montado sobre un

durmiente y fijado a través de la sujeción, se somete al rociado de una solución salina,durante un tiempo prefijado, tras el cual se desmontan los componentes y se vuelven aexaminar. Se registran los efectos sobre la facilidad de desmontar y volver a montar lasujeción y su nuevo aspecto sobre cada uno de sus componentes.

Se realiza esta operación tres veces sobre nuevos componentes.

ResultadosPreviamente al montaje, se observan y registran, las condiciones iniciales de cadacomponente del sistema de sujeción.Tras cada ensayo hay que registrar cualquier fallo en el desmontaje o montaje del

sistema con las herramientas habituales, además de la modificación de aspecto.

VI – 5.8 ) Ensayo de resistencia eléctrica

El sistema de sujeción debe proporcionar un aislamiento de la vía de forma que no se perturbe el funcionamiento normal de las instalaciones eléctricas y de señalizaciónindependientemente de las condiciones atmosféricas.Para la comprobación de las propiedades aislantes de la sujeción se efectúa el ensayo deresistencia eléctrica al conjunto del sistema.

Se mide la resistencia eléctrica entre dos cupones de riel fijos al durmiente mediante la

sujeción a ensayarse, mientras el conjunto completo de durmiente, sujeciones y cuponesde riel, es humedecido mediante un rociado de agua. Se deberá aplicar un factor decorrección para la conductividad del agua.


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MetodologíaLa resistencia eléctrica se mide entre dos cupones de riel, en perfecto estado, dispuestossobre un durmiente aislado eléctricamente con todos los elementos del sistema de sujeción aensayar, tal y como se muestra en la figura 11. Todo el conjunto se humedece medianterociado de agua con pulverizadores, a una temperatura entre 10 y 20 grados y un caudal de7±1 l/min, durante dos minutos.

Se obtiene la gráfica de la resistencia eléctrica durante el tiempo que dura el rociado ydurante un mínimo de diez minutos desde que finaliza el mismo.

El ensayo se repite dos veces más. Si se usa la misma traviesa, se dejará transcurrir 24 horaso el tiempo necesario para que la superficie quede seca.

Se debe realizar una corrección en función de la conductividad del agua utilizada para elensayo.

Resultados

La resistencia eléctrica característica del sistema de sujeción. viene dada por la formulasiguiente:

R

Ri

33

331

3

3

R33i: Resistencia eléctrica corregida para una conductividad del agua de 33 mS/m (

) paracada ensayo: R K R

i

a min

i

33 i { , , }1 2 3

Rmini

: Resistencia eléctrica mínima para cada ensayo( )

6-Capitulo Vi Sujeciones

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