ES2371568B1 - Sistema constructivo de vía en placa para ferrocarril mediante el empleo de piezas prefabricadas unidas en obra con hormigón autocompactable. - Google Patents
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Abstract
La presente innovación se refiere a un sistema constructivo de vía en placa para ferrocarril mediante el empleo de piezas prefabricadas unidas en obra con hormigón autocompactable. La invención realizada consta de dos piezas prefabricadas, una prelosa de base, que representa también una innovación, y dados prefabricados comerciales que contienen las fijaciones de carril. Se parte de una subbase ejecutada in situ sobre la cual se tienden las prelosas y dentro de éstas, en unos huecos destinados para ello, los dados. Es preciso apear provisionalmente los dados hasta que mediante hormigón autocompactable se solidariza el conjunto. Este sistema constructivo reduce la mano de obra y facilita el posicionamiento de la vía respecto al método de hormigonado in situ. Además, presenta un acabado liso, adecuado tanto para el tránsito peatonal como para la circulación de vehículos de emergencias sobre neumáticos, en el caso de incidencias.
Description
yor número de soluciones de vía en placa. Desde hace
Sistema constructivo de vía en placa para ferrocarril mediante el empleo de piezas prefabricadas unidas en obra con hormigón autocompactable. Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un sistema constructivo de vía en placa para ferrocarril convencional
o de alta velocidad, en el que se emplean piezas prefabricadas unidas en obra mediante hormigón autocompactable.
Antecedentes de la invención
En España, actualmente, el empleo de vía en placa se suele restringir a túneles, viaductos o infraestructuras urbanas y, en estos casos, el método elegido para la ejecución es el “top-down”, es decir, se sitúa el carril en su posición final suspendido de pórticos y debajo de él se construye la placa de hormigón. Los tipos de vías así realizadas hasta el momento requieren de un complejo aparellaje para poder construir la vía con la precisión geométrica requerida, así como una mano de obra relativamente especializada para poder lograr dicha precisión geométrica. Estas circunstancias son críticas en túneles, donde el espacio disponible es menor y las condiciones de trabajo son más penosas.
Existe experiencia en el empleo de piezas prefabricadas para la construcción de vía en placa, pero éstas suelen adolecer de varios problemas comunes a todas:
- •
- Una variedad de tipos poco adaptable a los requerimientos de curva o pendiente, con lo que es preciso el empleo de muchas piezas diferentes o de sistemas relativamente complejos para conseguir la geometría de la vía con un único tipo de molde de la placa.
- •
- Requieren una colocación muy precisa de piezas de gran envergadura.
Aunque la gran mayoría de las líneas de ferrocarril que se construyen actualmente se diseñan adoptando la solución de vía sobre balasto, recientes estudios y aplicaciones (por ejemplo, la línea de Alta Velocidad alemana Colonia -Main) han puesto de actualidad lasventajas de la vía en placa. Éstas pueden resumirse en una baja necesidad de mantenimiento, bajo cargas elevadas o tráfico intenso.
Ya en 1924, en Japón, se tendió por primera vez un sistema de superestructura rígida en un túnel. Sustituyendo el balasto, se colocaron bloques de madera con dimensiones de 600 × 250 × 150 mm y se monolitizaron con hormigón, constituyendo un apoyo bajo cada hilo de carril. Sería en Japón, tras los resultados de la explotación de la primera línea de Alta Velocidad (Tokaido, de 515 km de vía sobre balasto), abierta en 1964, donde se puso de manifiesto la necesidad de buscar nuevos diseños de vía. En su segunda línea de Alta Velocidad (San-yo, de 554 km), abierta en 1975, se construyeron 281 km realizados en vía en placa. En las restantes, el porcentaje de este tipo de vía supera el 90% de la longitud total de la línea.
En 1964, Roger Sonneville desarrolló un tipo de vía en placa denominado STEDEF, cuya primera aplicación la realizaron los Ferrocarriles Federales Suizos (CFF), en 1966, en el túnel de Bozberg. La circulación diaria sobre esa vía es de más de 10000 t, con velocidades de 125 km/h.
más de cuarenta años han construido tramos experimentales con soluciones diferentes: línea de pruebas en Hirschaid (1967), Rheda y Oelde (1972), tramos de Dachau-Karlsfeld (1977) y Munich-Nordring (1979).
La aplicación de técnicas de prefabricación a la vía en placa permite optimizar el diseño de la placa, aprovechando más eficientemente las características de los materiales. Por otra parte, el uso de elementos prefabricados facilita, en general, la reparación de la placa en el caso de que se produzca alguna avería en la vía. Por todo ello, no es de extrañar que en numerosos sistemas de vía en placa se adopten, en mayor o menor medida, elementos prefabricados. Entre ellos, cabe destacar las siguientes realizaciones:
- •
- Vía en placa con placas completamente prefabricadas: entre ellas, cabe reseñar las soluciones japonesas, la IPA (Italia) y la BÖGL (Alemania).
- •
- Sistemas de vía sin balasto con traviesas apoyadas: soluciones con mezcla bituminosa como subbalasto, vía sobre placa asfáltica con traviesas en Y (Alemania), vía ATD (Alemania), solución GETRAC (Alemania) o las traviesas apoyadas sobre placa de hormigón según el sistema RETHWISCH (Alemania).
- •
- Vía en placa con elementos prefabricados embebidos en la placa: Solución RHEDA (Alemania), en sus diferentes evoluciones; solución ZÜBLIN (Alemania), solución STEDEF (Francia), sistema SAT S312 (Francia), vía LVT -Low Vibration Track (Estados Unidos), solución COOPSETTE (Italia) y la solución de bloques elásticos EDILON.
Los métodos habituales de construcción de vía en placa empleados en España requieren una gran cantidad de mano de obra, además de un gran esfuerzo técnico debido al elevado requerimiento geométrico que exigen las infraestructuras ferroviarias.
La presente innovación surge gracias a la aparición de una variante del hormigón convencional, el hormigón autocompactable, material que rellena perfectamente los espacios de los encofrados sin necesidad de compactación. Surge de aquí la idea de prefabricar al máximo la vía en placa, con el consiguiente abaratamiento, y construir la vía mediante el método “top-down”, uniendo las piezas prefabricadas con hormigón autocompactable y consiguiendo, de este modo, el nivel de precisión requerido. Adicionalmente, se reduce en gran medida el volumen de hormigón colocado en obra y la mano de obra necesaria en la fase de ejecución in situ. Descripción de la invención
La invención consiste en un sistema de vía en placa en el que se emplean piezas prefabricadas que se unen en obra mediante hormigón autocompactable. Se parte, al igual que en otros tipos de vía en placa, de una solera de hormigón de baja regularidad geométrica. Sobre esta solera se apoya este nuevo tipo de vía en placa, que consta de dos piezas prefabricadas: una base constituida por prelosas, que representan una innovación, y bloques prefabricados existentes en el mercado para el apoyo de los carriles. Al emplear bloques de hormigón comerciales, cuyo comportamiento en vía está contrastado, se evita el uso de sujeciones especiales (por ejemplo, la IOARV 300), de elevado coste. Por otro lado el diseño de la vía admite muy diferentes tipos de bloques prefabricados variando únicamente el tamaño de las acanaladuras que han de albergarlos.
Para constituir un tramo de vía se colocan de manera sucesiva estas nuevas prelosas que, además de constituir parte de la placa portante, sirven como encofrado para el hormigón autocompactable. Estas prelosas de base poseen dos acanaladuras destinadas a albergar a los dados y al hormigón autocompactable que los ha de unir con la prelosa de base constituyendo la vía en placa. En la figura 1 se puede ver una sección del sistema constructivo y también una planta de un tramo de vía, donde se destaca una de las prelosas sujeto de innovación (1), los dados prefabricados comerciales (2), el hormigón autocompactable que sirve de unión entre las piezas prefabricadas (3) y la colocación final de los carriles (4).
Como ya se ha mencionado, la unión de las dos piezas empleadas se realiza mediante hormigón autocompactable. Este hormigón posee una trabajabilidad muy alta combinada con una buena resistencia, por lo que es capaz de fluir bajo los bloques rellenando los huecos y creando, de este modo, una unión firme que no sería alcanzable con hormigón convencional.
El sistema constructivo desarrollado es muy flexible respecto al trazado en planta y alzado de la vía, admitiendo las pendientes y peraltes máximos de cualquier tipo de infraestructura ferroviaria convencional sin tener que emplear más piezas que las descritas. En concreto, se ha tomado como peralte máximo 180 mm en ancho UIC, un 20‰ de pendiente longitudinal y cargas de tráfico de categoría D4, es decir, 225 kN de carga por eje y un peso de 80 kN/m.
La prelosa desarrollada para este sistema constructivo se puede observar en una de sus posibles realizaciones en la figura 2 en forma de planta, alzado y perspectiva isométrica. Esta realización concreta tiene 320 cm de ancho (a), 60 cm de longitud (b) y 40 cm de espesor (c). Como se puede ver, posee dos acanaladuras que sirven para alojar los dados prefabricados comerciales, que además poseen un sobreancho a cada lado respecto del mínimo necesario para albergar cada dado. Esto es así para permitir una colocación de la prelosa con un nivel bajo de precisión y sólo colocar de manera precisa los dados. Obviamente, en función de las dimensiones del dado prefabricado comercial elegido, el tamaño de las acanaladuras de la prelosa varía.
El control de la geometría es creciente, es decir, en los carriles es muy estricto y en la explanada de subbase mucho menor. Por tanto, para enlazar ambas situaciones se requiere un ajuste, el cual se realiza gracias al hormigón autocompactable. La subbase tiene una tolerancia alta, del orden de ± 3 cm en vertical. Sobre esta subbase se colocan las prelosas (invención propia) con un nivel de precisión en planta de ± 5 cm. Finalmente, se emplean carriles provisionales de 18 m de longitud suspendidos de pórticos para apear los dados. En este último paso se sitúa el carril en su posición con una tolerancia de ± 1 mm, la necesaria para una vía de alta velocidad. Una vez los dados están en su posición, se vierte el hormigón autocompactable que une las dos piezas prefabricadas descritas. En los extremos inicial y final del tramo en ejecución es preciso disponer encofrados para impedir la salida del hormigón. La colocación de estos encofrados se haría andándolos a las prelosas.
Uno de los condicionantes de diseño más importantes es la disposición constructiva en planta y alzado. Esto es debido que el hormigón autocompactable se autonivela y, por tanto, tras su fraguado, quedarían desniveles en algunas zonas. En los casos extremos de ambos requerimientos (pendiente de 20‰ e inclinación de 180 mm para el ancho UIC), estos desniveles nunca superarían los 8 cm. Para conseguir un acabado plano será necesario aplicar un hormigón de acabado que lamine estas discontinuidades. Este último proceso, sin embargo, resulta fácil de ejecutar ya que se puede disponer de la propia vía para mover maquinaria y facilitar las labores de vertido, compactación y remate. Un ejemplo de acabado en curva se expone en forma de sección en la figura 3, que representa un ejemplo de aplicación del sistema constructivo en el caso del peralte ferroviario máximo. En esta figura se observa la prelosa inventada (1), los dados (2), el hormigón autocompactable (3), el hormigón de remate
(5) y los carriles (4).
Si se compara este proceso productivo con el proceso actual de hormigonado in situ se pueden observar una serie de ventajas. Por un lado la introducción de la prefabricación permite disminuir costes y, por otro, simplificar el proceso constructivo, lo que facilita alcanzar la precisión requerida en la colocación de los carriles. Si se compara este sistema constructivo con otros de vía en placa prefabricada, también aparecen ciertas ventajas, ya que este proceso emplea piezas de bajo peso, por lo que no se requiere maquinaria muy potente, facilitando su colocación en túneles. Además no son necesarias piezas distintas para rampa, pendiente o curva. Breve descripción de los dibujos
Para la mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria, se acompañan unos dibujos en los que, tan solo a título de ejemplo, se representa un caso práctico de realización de la vía en placa para ferrocarril mediante el empleo de piezas prefabricadas unidas en obra con hormigón autocompactable.
En dichos dibujos, la figura 1 es un ejemplo del resultado del sistema constructivo desarrollado, que se encuentra representado mediante alzado y planta. En esta figura además, se detallan las piezas prefabricadas: la prelosa sujeto de invención (1) y los dados prefabricados comerciales (2). En la misma se puede ver también el hormigón autocompactable que une ambas piezas (3). La figura 2 muestra la prelosa prefabricada sujeto de invención representada en alzado, planta y perspectiva isométrica. Finalmente, la figura 3 representa un ejemplo de aplicación del sistema constructivo en el caso de una curva con peralte ferroviario máximo. Descripción de una realización preferente
En resumen, el proceso constructivo es fácilmente reproducible siguiendo las siguientes fases:
- 1.
- Colocación de las prelosas inferiores, de bajo peso unitario, fácilmente situables con una pequeña grúa.
- 2.
- Sellado de las uniones entre las prelosas individuales mediante un material expandible de baja densidad (por ejemplo, poliestireno exandido).
- 3.
- Fijación mediante apeos de unos carriles provisionales de los que cuelgan los dados prefabricados. Estos dados tienen un peso unitario muy bajo, incluyendo las fijaciones del carril.
- 4.
- Colocación de hormigón autocompactable, para lo cual se requiere un volumen de 0,25 m3 por metro de vía. Se trata de una cantidad pequeña, sobre todo comparada con los volúmenes necesarios para la construcción de una placa in situ (1,4 m3).
- 5.
- La retirada del apeo provisional, que está vinculada a la adquisición de resistencia del hormigón, estimada en 24 h.
- 6.
- Una vez retirado el apeo se rellenan los desniveles que puedan quedar con un hormigón de
acabado tal y como se ha reseñado en la figura
3.
En cuanto a la ejecución de la prelosa de base, es una pieza sencilla de fabricar en cualquier industriade prefabricados de hormigón. Únicamente, en función de la geometría del bloque de fijaciones comercial elegido, varía el tamaño de las acanaladuras. Posibilidades de aplicación industrial
El sistema constructivo desarrollado es mejor, tanto en precio, como en plazo de ejecución, que el sistema convencional de hormigonado in situ. Por ello existen varios sectores industriales que podrían estar interesados en su comercialización, el sector de prefabricados de hormigón, fabricantes de traviesas y fijaciones de carril, así como empresas constructoras que podrían emplear este proceso.
Claims (5)
- REIVINDICACIONES
- 1.
- Sistema constructivo de vía en placa para ferrocarril constituido por piezas prefabricadas unidas en obra con hormigón autocompactable, que consta de una pieza inferior o prelosa que tiene carácter resistente y también sirve de encofrado para la colocación de los bloques de fijaciones.
-
- 2.
- Sistema constructivo de vía en placa para ferrocarril caracterizado por emplear dos piezas prefabricadas, una prelosa de base y dados prefabricados, que
se unen en obra mediante hormigón autocompactable. El resultado es una placa de hormigón resistente y con una regularidad superficial que facilita el tránsito de personas y vehículos sobre neumáticos en casos de emergencia. - 3. Prelosa prefabricada de hormigón, según la reivindicación 1, caracterizada por poseer dos acanaladuras que sirven para alojar los dados prefabricados comerciales y el hormigón autocompactable que ha de unir ésta con los dados prefabricados.OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud: 200802013ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 02.07.2008Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA51 Int. Cl. : E01B1/00 (2006.01) C04B28/02 (2006.01)DOCUMENTOS RELEVANTES
- Categoría
- Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- X
- US 3907200 A (BERNARD RAOUL) 23.09.1975, columna 1, línea 5 – columna 4, línea 20; figuras 1-3. 1-3
- X
- EP 0603927 A2 (COOPSETTE SCRL) 29.06.1994, columna 1, línea 1 – columna 6, línea 18; figuras 1-3. 1-3
- A
- FR 2866330 A1 (EIFFAGE TP) 19.08.2005, descripción; figuras. 1-3
- A
- US 5312038 A (MERLANTI PAOLO et al.) 17.05.1994, descripción; figuras. 1-3
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 15.12.2011
- Examinador I. Rodríguez Goñi Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 200802013Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) E01B, C04B Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos debúsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPIInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 200802013Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 15.12.2011Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-3 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-3 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2008020131. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- US 3907200 A (BERNARD RAOUL) 23.09.1975
- D02
- FR 2866330 A1 (EIFFAGE TP) 19.08.2005
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónEl objeto de la invención es un sistema constructivo de vía en placa para ferrocarril mediante el empleo de piezas prefabricadas unidas en obra con hormigón autocompactable.El problema técnico que se pretende resolver es conseguir un abaratamiento por la reducción del volumen de hormigón colocado en obra así como una reducción de la mano de obra necesaria en la fase de ejecución “in situ”.La solución técnica planteada, propone, aprovechando la aparición del hormigón autocompactable, prefabricar al máximo la vía en placa, construyendo después la vía mediante la unión de piezas prefabricadas, con hormigón autocompactable, que rellena los espacios sin necesidad de compactación.En el estado de la técnica son conocidas soluciones técnicas de vía en placa, para las que se utilizan elementos prefabricados como losas y bloques que son unidos mediante hormigón. Es conocido que este tipo de soluciones aportan un abaratamiento por la reducción del volumen de hormigón colocado en obra así como una reducción de los costes de mano de obra. Por otra parte, el que por utilizar hormigón autocompactable no se necesite compactación no es sino una propiedad intrínseca de dicho hormigón, que es conocido en el estado de la técnica por esa misma propiedad.El objeto de la reivindicación 1 es un sistema constructivo de vía en placa para ferrocarril: -constituido por piezas prefabricadas: -unidas en obra con hormigón autocompactable -que consta de una pieza inferior o prelosa: -que tiene carácter resistente -y también sirve de encofrado para la colocación de los bloques de fijacionesPara la reivindicación 1, el documento D01 es considerado el estado de la técnica más cercano. D01 divulga un sistema constructivo de vía en placa para ferrocarril: -constituido por piezas prefabricadas: -unidas en obra con hormigón -que consta de una pieza inferior o prelosa: -que tiene carácter resistente -y también sirve de encofrado para la colocación de los bloques de fijacionesLa diferencia entre la reivindicación 1 y el documento D01 es que en la reivindicación 1 se utiliza hormigón autocompactable.El efecto técnico que se quiere conseguir es aprovechar las ventajas del hormigón autocompactable respecto a otros tipos de hormigón, ya que rellena los espacios sin necesidad de compactación. Pero la utilización de hormigón autocompactable en la ingeniería civil es algo conocido en el estado de la técnica, puede verse el documento D02 en el que ya se divulga que la utilización del hormigón autocompactable tiene como ventaja que no necesita compactación. Se trata por tanto de una de las elecciones que se le ocurriría al experto en la materia, y por tanto se considera que es una elección evidente.Por todo lo expuesto, se considera que la reivindicación 1 es nueva (Art. 6.1 LP 11/1986) pero no implica actividad inventiva (Art. 8.1 LP 11/1986).La reivindicación 2 es una variante de diseño respecto a la reivindicación 1 y carece así mismo de actividad inventiva (Art.
- 8.1 LP 11/1986).La reivindicación 3 depende de la 1 y se trata de una variante de diseño respecto a la reivindicación 1 que carece también así mismo de actividad inventiva (Art. 8.1 LP 11/1986).Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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2008
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| Publication number | Publication date |
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| ES2371568A1 (es) | 2012-01-05 |
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Legal Events
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2371568 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20120914 |