El Cajón Ferroviario del CEDEX

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Publicado en Interempresas.net

Autores: José Estaire (Responsable del Cajón Ferroviario) y Fernando Pardo de Santayana (Director del Laboratorio de Geotecnia)
CEDEX, Ministerio de Ministerio de Transportes, Movilidad y Agencia Urbana (Madrid, España)

Este interesante artículo describe la instalación de ensayos construida en el Departamento de Geotecnia del CEDEX  (Madrid) para ensayar, a escala 1:1, secciones completas de vías férreas convencionales y de alta velocidad lo que permite avanzar en el estudio de la Geotecnia Ferroviaria. 
Se presenta un resumen de algunos de los resultados más interesantes obtenidos durante los años de trabajo de la instalación desde su puesta en servicio: medición de la rigidez vertical de vía, determinación de la resistencia lateral de vía, deducción de las leyes de asiento permanente de la capa de balasto en ensayos de fatiga y el análisis de la velocidad crítica de secciones ferroviarias.

Se realizaron ensayos en el CFC simulando el paso de trenes a diferentes velocidades (50-100-150-200-250-300-350-400 km/h), mediante los actuadores servohidráulicos, para analizar el efecto de la velocidad en la respuesta global de la vía. Para ello, se simuló un tren Siemens tipo S-103 (un tren con 17 bogies y casi 200 m de longitud), suponiendo una carga constante por rueda de 71 kN en lugar de las cargas reales, que se encuentran en el rango entre 63 y 76 kN, para facilitar la interpretación de los resultados.

extraído del texto

Para llenar el espacio experimental entre los ensayos de laboratorio sencillos y las pruebas reales con mediciones en la propia vía, el CEDEX diseñó, construyó y puso en servicio en el 2004 el Cajón Ferroviario del CEDEX (CFC), como parte del proyecto de I+D+i Supertrack ('Sustained Perfomance of Railway Tracks', 2001-2005) financiado por el 5º Programa Marco de la Unión Europea (Manzanas et al, 2007).

Desde entonces, en esta instalación se han realizado numerosos ensayos para los siguientes proyectos I+D+i, financiados también por la Unión Europea: Innotrack (2005-09), Rivas (2009-13) y Capacity for Rails (2013-17) (Cuéllar, 2016). Actualmente está comenzando el proyecto GEOLAB (2021-2024), dentro del marco H2020 bajo el programa 'Integrating and opening research infrastructures of European interest'. El principal objetivo del proyecto GEOLAB es permitir que empresas europeas puedan realizar ensayos, pagados por la Unión Europea, en los distintos laboratorios acogidos al proyecto, entre los que se encuentra el CFC.

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El Cajón Ferroviario del CEDEX (CFC) es una instalación de 21 m de longitud, 5 m de anchura y 4 m de profundidad cuyo principal objetivo es ensayar, a escala 1:1, secciones completas de vías férreas convencionales y de alta velocidad, tanto para trenes de pasajeros y de mercancías, y con velocidades de hasta 420 km/h. En la Figura 2 se muestra una vista general de la instalación....

La simulación del efecto de la aproximación, paso y alejamiento de los trenes en la sección de ensayo, como ocurre en secciones reales de vía, se consigue mediante la aplicación de cargas, adecuadamente desfasadas en función de la velocidad del tren que se quiera simular. Las cargas se generan con tres pares de actuadores servohidráulicos alimentados por un sistema hidráulico, activado por tres motores con una potencia de 350 CV cada uno para generar un caudal de 1.800 l/min a una presión de 210 bares. Cada uno de los actuadores puede aplicar una carga máxima de 250 kN, con frecuencias asociadas de hasta 50 Hz. Estos actuadores están separados 1,5 m en dirección longitudinal, en cada uno de los carriles, como se observa en la Figura 3.

Adicionalmente, la simulación de los efectos derivados de posibles imperfecciones en la rodadura de las ruedas en los carriles, que se traducen en cargas dinámicas de baja amplitud y alta frecuencia, se realiza mediante dos actuadores piezoeléctricos que pueden aplicar cargas de hasta 20 kN, con frecuencias asociadas de hasta 300 Hz, 

La respuesta mecánica de la sección de línea férrea ensayada se obtiene mediante medidas de desplazamientos, velocidades, aceleraciones y presiones, realizadas con un gran número de transductores de desplazamiento variable lineal (LVDT), geófonos, acelerómetros y células de presión instaladas tanto en el terraplén como en las capas de la sección ferroviaria (balasto, sub-balasto y capa de forma). En la Figura 5 se muestra un esquema de la sección del CFC con la posición de los sensores usados en uno de los ensayos. Puede verse asimismo que la sección de ensayo reproduce fielmente la sección transversal de una línea férrea. 

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