El es­ta­bi­lizador dinámico de vía ante nuevos tipos de supe­res­truc­tura en el la­bo­ra­torio

Sophie Feurig dedica su tesis doctoral al estudio exhaustivo de la estabilización dinámica de vía en condiciones de laboratorio. El conocimiento profundo del comportamiento sistémico de la superestructura de balasto no solo despierta el entusiasmo de Sophie.

La Facultad y el Centro de ensayos para la construcción de rutas de transporte de la Universidad Técnica de Múnich (TUM, por sus siglas en alemán) son los lugares más indicados cuando se trata de realizar análisis de laboratorio bien fundados y con relevancia práctica de la superestructura ferroviaria. Durante una visita se percibe de inmediato una de las grandes motivaciones de esta institución: la vía como ruta de transporte del presente - y del futuro. Esta pasión la irradian el profesor Stephan Freudenstein, director de la unidad, y el doctor Walter Stahl, director adjunto del centro de ensayos, además de todo su equipo. Las numerosas actividades de investigación en curso reflejan la complejidad de la construcción de infraestructuras viarias.

Efecto analizado en tres tipos de superestructura

Plasser & Theurer decidió aprovechar el entusiasmo y los conocimientos especializados sobre la vía y sus componentes de este centro para el proyecto de investigación DynlaTrack. El objetivo de la cooperación con la TUM es responder a las nuevas condiciones marco existentes en el mantenimiento de la infraestructura ferroviaria y desarrollar este tema desde la perspectiva científica en forma de tesis. La investigación se centra, por un lado, en la influencia que tienen los nuevos tipos de superestructura con componentes elásticos adicionales en el comportamiento sistémico de la vía sobre balasto y, por el otro, en las posibilidades de optimizar los resultados de los trabajos mediante las nuevas tecnologías del Estabilizador Dinámico de Vía (DGS).

El proyecto de investigación DynlaTrack iniciado por Plasser & Theurer incluye tres tipos diferentes de superestructura. Se trata de los tres tipos de traviesa más comunes y sus respectivas sujeciones estándar, empleadas por Deutsche Bahn. Se analizan las traviesas de hormigón pretensado de los tipos B70, B90 y B07So. Estas no solo se diferencian por su geometría, sino también, en combinación con las capas intermedias correspondientes, por sus propiedades elásticas. En el caso de la traviesa B07So, se añade elasticidad al sistema mediante la colocación de una suela de material plástico en su cara inferior. Esto tiene un impacto especialmente positivo, entre otras cosas, sobre la distribución de las cargas y tiene, por tanto, un efecto reductor del desgaste del balasto colocado en la vía.

Paciencia, precisión y, sobre todo, perseverancia – estas son algunas de las cualidades requeridas por la directora del proyecto de investigación a la hora de diseñar y montar los ensayos. Sophie Feurig cumple los requisitos previos ideales. Trabaja con entusiasmo en su tesis y, en el marco de este proyecto, está dedicando toda su atención a la estabilización dinámica de vía.

Ensayos de laboratorio, práctica y simulación: una combinación complementaria

Entre los retos que plantea la simulación de la realidad en el laboratorio destaca el hecho de que el DGS, en la obra, avanza por la vía a una velocidad continua. Puesto que esto no es factible en la configuración experimental del laboratorio, Sophie Feurig simula mediante el control de los parámetros de la máquina una rampa de impacto que corresponde exactamente al efecto de una pasada de DGS, previamente medido en la práctica por el Centro de ensayos para la construcción de rutas de transporte.

El nutrido sistema de sensores registra deformaciones, aceleraciones y dilataciones. Entre cada una de las fases de ensayo se mide y documenta repetidamente la resistencia lateral. Los ensayos de laboratorio estuvieron precedidos de extensos ensayos de campo y mediciones en la vía real para poder diseñar la configuración experimental con todas las influencias interactuantes y el máximo realismo. Antes de proceder a una variación de los parámetros, la vía de ensayo del laboratorio debe volver a ponerse en su estado referenciable. Para ello, en cada nuevo ensayo se aporta balasto nuevo, se coloca la vía en su posición correcta y se embalastan las traviesas, tal y como se acostumbra hacer en la práctica. Este esfuerzo es necesario para garantizar las mismas condiciones para cada variación de parámetros. En este contexto, cabe reiterar nuestro agradecimiento a la empresa constructora alemana Leonhard Weiss por la ejecución tan precisa y diligente de estos trabajos.

Como socio de proyecto de Plasser & Theurer, Samir Omerović, experto en infraestructuras, está trabajando en un modelo de simulación numérica para complementar los ensayos de laboratorio. Con el método de elementos discretos (DEM) y la moderna tecnología informática, es capaz de simular la heterogeneidad material del balasto con su estructura discontinua de partículas. Los hallazgos obtenidos en la práctica y en el laboratorio sirven para calibrar su modelo de cálculo. También el Centro de ensayos para la construcción de rutas de transporte pretende llevar a cabo cálculos de simulación, a modo de base y para validar los resultados de los ensayos. Este enfoque permite ampliar los conocimientos sobre una réplica simulada del ensayo de laboratorio.

El análisis detallado de los resultados brinda un gran potencial: la investigación básica permite avanzar en la comprensión de la complejidad de la vía en una superestructura elástica de balasto. Gracias a los nuevos materiales y su influencia en los parámetros de trabajo, los límites operativos de este tipo de infraestructuras se amplían continuamente. ¡Y esto no solo apasiona a los profesionales y expertos!

¿Qué es lo que hace exactamente el DGS?

Mediante los trabajos de superestructura, concretamente el levante, el ripado y el bateo, se afloja la estructura del balasto. Como efecto secundario, la resistencia lateral de la vía disminuye. El DGS contrarresta este fenómeno. Gracias al movimiento horizontal ejercido sobre la vía en combinación con una carga vertical, se produce una redistribución del grano, lo que favorece el asentamiento "artificial" del emparrillado de vía en el lecho de balasto. La consiguiente consolidación del lecho de balasto aumenta la resistencia lateral del emparrillado de vía. En la práctica, este proceso consigue reducir las limitaciones de velocidad, que de otro modo serían necesarias, y aumenta la disponibilidad de la infraestructura ferroviaria.

El DGS ya fue desarrollado a finales de la década de 1970 y, en muchas partes del mundo, ha pasado a formar parte integrante de los trabajos de conservación y mantenimiento de vía. Los cambios en los materiales de superestructura y las nuevas modalidades de control del DGS sirvieron de acicate para analizar en laboratorio parámetros de eficacia probada.

Datos de configuración del ensayo DynlaTrack

Sección normal de Deutsche Bahn

• 6 m de vía
• 9 traviesas
• 19 t de balasto
• 3 superestructuras: traviesas B70/B07So/B90
• Ensayo con suelas elásticas en las traviesas
• Variación en las cargas verticales y la frecuencia aplicadas por el DGS
• Mediciones de la resistencia lateral

Esquema de un ensayo de laboratorio

• Construcción de una vía: colocar y compactar la capa base de balasto, posicionar el emparrillado de vía, embalastar, levantar y ripar, perfilar la banqueta
• Instalación de la tecnología de medición: galgas extensométricas, transductores de desplazamiento inductivos, piedras de medición de balasto uniaxiales y triaxiales a distintas profundidades, sensores de aceleración en la traviesa
• Medición de la resistencia lateral después del bateo
• Estabilización dinámica de vía
• Medición de la resistencia lateral tras el uso del DGS
• Colocación cilindro de carga de circulaciones en la vía mediante cilindros de presión
• Simulación de 100.000 toneladas-kilómetro con cilindros de presión
• Medición de la resistencia lateral después de 100.000 toneladas-kilómetro (tkm)
• Aplicación de otros 1,4 millones de tkm con cilindros de presión
• Medición de la resistencia lateral después de un total de 1,5 millones de tkm
• Desmontaje de la tecnología de medición
• Excavación del emparrillado de vía y nueva construcción de vía