Averías en las Traviesas de Madera: Causas y Soluciones para Prolongar su Vida Útil
Las traviesas de madera sufren deterioros por diversas causas, que podemos clasificar en:
Causas Mecánicas
El carril ejerce una presión considerable sobre la traviesa, aproximadamente 90 Kp/cm2, equivalente a 16 toneladas. Esta presión se intensifica en curvas debido a los esfuerzos laterales y la distribución desigual de tensiones. Además, el patín del carril, sometido a esfuerzos horizontales, ensancha la entalladura y actúa sobre los tirafondos, ovalando sus agujeros. La ausencia de una placa de asiento provoca deformaciones en el patín del carril, desgastando el cajeado. Para una sujeción adecuada, es necesario eliminar rebordes y, en ocasiones, reentallar la traviesa, reduciendo su espesor. Estas operaciones, repetidas en el tiempo, dejan la traviesa fuera de servicio. Una solución efectiva es la interposición de placas de asiento metálicas o elásticas entre el patín y la traviesa.
Causas Relacionadas con la Formación de Grietas
La formación de grietas se debe principalmente a:
- Estructura anisotrópica de la madera: La madera presenta diferentes propiedades en distintas direcciones.
- Tendencia al equilibrio higroscópico: La madera busca equilibrarse con la humedad ambiental. Las variaciones de humedad provocan cambios dimensionales y tensiones internas que superan la cohesión de las fibras, generando grietas.
Causas Biológicas
Las maderas sin protección son susceptibles al ataque de hongos, especialmente en presencia de grietas. Este ataque puede llevar a la destrucción total de la traviesa, siendo el corazón del roble particularmente vulnerable si está expuesto.
Causas Químicas
La corrosión del acero en contacto con la madera provoca la disgregación de esta última en las cajas de las traviesas.
La vida útil de una traviesa de madera sin tratamiento se estimaba en 5 años. Sin embargo, con tratamientos de impregnación, su duración puede extenderse hasta 20 años.
Ventajas e Inconvenientes de las Traviesas de Hormigón Armado frente a las de Madera
Ventajas
- Mayor durabilidad: Su vida útil es de 2 a 3 veces mayor que la de la madera, alcanzando los 50 años.
- Características elásticas constantes: La homogeneidad del hormigón garantiza un apoyo uniforme bajo el carril durante toda su vida útil.
- Estabilidad de la vía: Su mayor peso (300 kg frente a 80 kg de la madera) proporciona una mayor estabilidad, tanto longitudinal como transversalmente. Esto es especialmente beneficioso para la utilización de barras largas soldadas y reduce el riesgo de pandeo.
- Diseño adaptable: Permite adaptar su forma para soportar mejor los esfuerzos de servicio.
Inconvenientes
- Mayor coste: Son más caras que las traviesas de madera.
- Conducción eléctrica: Conducen mejor la electricidad, lo que puede generar problemas de aislamiento en los carriles.
- Mayor peso: Dificulta su manipulación.
- Mayor rigidez: El módulo de elasticidad del hormigón es mayor que el de la madera, lo que se traduce en una vía más rígida. Sin embargo, las consecuencias sobre el material y las oscilaciones no parecen ser significativas.
Dificultades de Sujeción en Traviesas de Hormigón y Soluciones Adoptadas
El hormigón presenta dificultades para el anclaje duradero de las sujeciones. Se han desarrollado diversas soluciones:
Soluciones en Traviesas Monobloque
Inicialmente, se utilizaron tirafondos similares a los de las traviesas de madera, atornillados sobre tacos de madera embebidos en el hormigón. Sin embargo, esta solución no era duradera debido a la influencia de la humedad en la madera. Se mejoró roscando la espiga de madera en una espiral metálica dentro del hormigón. Otra solución es la espira-tirafondo, que consiste en insertar una espira metálica donde rosca el tirafondo. También se puede utilizar una vaina de fundición fileteada, embebida en el hormigón durante la fabricación, pero este método es costoso y requiere una fabricación precisa. Además, se necesita un elemento intermedio de características plásticas. Se utilizó alquitrán, pero con el polvo formaba un mortero duro, dificultando el reapriete de los tirafondos. Este problema se solucionó fijando el patín con una grapa y una tuerca roscada a un perno. Esta solución permite usar la misma traviesa para carriles con diferente ancho de patín, pero requiere reaprietes periódicos.
Soluciones en Traviesas Mixtas
Una solución es disponer de chimeneas en los lados de la traviesa que llegan hasta una riostra con oquedades elípticas. Se introducen pernos que se giran un cuarto de vuelta y se aprietan con una tuerca. De esta forma, la riostra soporta los esfuerzos del carril.
Averías de la Traviesa Monobloque de Hormigón Armado y Soluciones
Las traviesas monobloque de hormigón armado, al imitar la forma de las de madera, sufren la dispersión del balasto bajo los carriles y su concentración en el centro debido al martilleo de las cargas. Esto genera un momento flector negativo que hace que el hormigón trabaje a tracción en el centro.
Defectos o Averías
- Fisuración en la parte central: Los esfuerzos alternados producen fatiga en el hormigón, que tiene poca resistencia a la tracción. La armadura se desliza y luego se fisura. Las fisuras crecen con el tráfico y pueden llegar a la armadura, oxidándola y debilitando la adherencia con el hormigón, lo que lleva a la destrucción de la traviesa.
- Falta de resistencia a esfuerzos localizados: La fragilidad del hormigón puede provocar su fractura en la zona de las sujeciones, llevando a su desintegración.
Soluciones para Evitar la Fisuración
Se han ideado varias soluciones para evitar la fisuración debida al momento flector negativo en la parte central:
- Reforzar las armaduras: Aumentar la cantidad de armadura para evitar fisuras. Inconveniente: Coste elevado.
- Reducir el momento flector en la sección transversal:
- Actuar sobre el balasto: Crear un surco en la parte central para que la traviesa no se apoye en esa zona. Inconveniente: El surco se colmata con el balasto adyacente. Desechado por su coste de mantenimiento.
- Actuar sobre la traviesa: Adelgazar la parte central en su canto. Inconvenientes: El asiento de los extremos agota el espacio y es de construcción difícil.
- Adelgazar la parte central en su ancho: Reducir el ancho de la parte central para disminuir el momento flector. Una forma de hacerlo es con una sección triangular, con el vértice hacia abajo.
Otras Soluciones hasta llegar a la Traviesa de Hormigón Armado Pretensado
- Traviesas de dos rótulas: Se intentó reducir el momento flector en la parte central mediante rótulas. Inconvenientes: Incapacidad para mantener el ancho de vía, degradación del balasto y corta vida útil de las rótulas.
- Apoyos independientes o semitraviesas: Los carriles se apoyan en dados de hormigón sin unión entre ellos. Inconvenientes: Problemas de bateo, peralte, etc.
- Traviesas mixtas, de dos dados o de dos bloques: La parte central se sustituye por una viga metálica. Inconvenientes: Gran consumo de acero, mala conservación del ancho de vía, corrosión de la riostra, mal comportamiento en descarriles, rotura de la riostra, etc. Un ejemplo es la traviesa Vagneux, semirrígida, con una viga metálica de doble T empotrada en dos bloques de hormigón armado.
- Traviesas de hormigón armado pretensado: Permiten una mejor resistencia a los esfuerzos alternados, ya que el hormigón trabaja siempre a compresión. Además, reduce el espesor de la traviesa y la cantidad de acero necesaria.