Catenaria.pdf

Practica Profecionalizante 2023
0
Instituto Superior de Formación Técnica N°226
Carrera: Tecnicatura Superior en Material Rodante Ferroviario
Materia: Practica Profecionalizante 2°Año
Alumnos: Rubén Calle
Maximiliano Crenna
Agustín Galardi
José Gaspar
Carlos Pérez
Profesor: Lucas Nemec
Junio 2023 Informe Técnico N°2
Tema: Catenaria-Elementos de vía

1
Contenido.
Introducción..................................................................................................................2
Incorporación de coches eléctricos 0Km en la línea Roca. ...........................................2
Catenarias. ...................................................................................................................3
Utilización de catenaria.................................................................................................3
Aisladores son elementos clave en la catenaria............................................................5
Conductores de catenarias ...........................................................................................5
Elementos de catenaria. ...............................................................................................8
Postes. .........................................................................................................................8
Ménsula........................................................................................................................9
Hilo de contacto............................................................................................................9
Subestaciones. ...........................................................................................................11
Tipos de subestaciones. .............................................................................................11
Subestaciones de corriente continua. .........................................................................11
Circuitos secundarios en la línea ................................................................................12
Elementos de vía. .......................................................................................................13
Durmiente de madera. Ventajas y desventajas...........................................................13
Durmiente de concreto. Ventajas y desventajas. ........................................................14
Durmiente de acero. Ventajas y desventajas. .............................................................15
Durmiente de plástico. Ventajas y desventajas...........................................................16
Fijaciones. ..................................................................................................................18
Terraplén. ...................................................................................................................20
Placas de asiento. ......................................................................................................22
Balasto........................................................................................................................24
Geotextiles, separación, filtro y drenaje. .....................................................................24
Geogrillas, refuerzo del terreno...................................................................................25
Bibliografía..................................................................................................................26

2
Introducción.
La electrificación de la línea Roca es uno de los proyectos de infraestructura
ferroviaria más importante de nuestro país, planificado desde hace más de 40
años, en su momento implicó un cambio trascendental para la movilidad urbana.
El proyecto de electrificación cuya confección estuvo a cargo de un consorcio
argentino- japonés. La tecnología seleccionada para la obra fue electrificación
por catenaria aérea flexible alimentada con 25 kv de corriente alterna y 50HZ
una de las más utilizadas en el mundo, hasta entonces solo contaban con
alimentación eléctrica las líneas Bartolomé Mitre, Domingo Faustino Sarmiento
y Urquiza, todas ellas alimentadas por tercer riel y corriente continua.
La obra de electrificación comenzó oficialmente en diciembre del año 1981. En
cuanto al material rodante se compró una flota de 120 coches eléctricos de las
firmas Nipón sharyo, kinki y Toshiba los primeros coches arribaron al puerto
en el año 1983.
Incorporación de coches eléctricos 0Km en la línea
Roca.
Formaciones nuevas para la línea Roca
Actualmente en la línea Roca hay 160 coches entre eléctricos y diésel con un
promedio de antigüedad de 40 años, el estado realizo una inversión adquiriendo
coches eléctricos fabricados por la empresa china CSR 300 unidades renovando
así el parque tractivo los trenes cuentan con la última tecnología en seguridad y
confort.

3
El ferrocarril general roca es la línea más grande del área metropolitana de
buenos aires.449 km de vías operativas.
Línea que más destinos une (15 municipios del sur del conurbano de la ciudad
de Buenos Aires). Más de un millón de pasajeros por día son transportados
Su última gran obra es la electrificación del ramal Constitución La Plata.
Catenarias.
El sistema de electrificación ferroviaria, también se la conoce como electrificación
de área.
La catenaria es aquel que provee energía eléctrica a los coches, en este caso
sería de 25Kv 50Hz de corriente alterna. Ya sean a locomotoras o formaciones
auto propulsadas para que puedan desplazase sin utilizar motores de
combustión. La principal ventaja de los coches eléctricos es la alta relación que
poseen potencia – peso, en comparación a otros tipos de transporte a diésel.
Los sistemas de electrificación están clasificados de acuerdo a los parámetros
básicos:
 Tensión eléctrica.
 Tipo de corriente.
 Corriente continua.
 Corriente alterna.
Con frecuencia monofásica o multifasica.
Se los denomina también línea aérea de contacto a las catenarias.
Los principales elementos de un sistema de electrificación son: generadores de
línea de trasporte, y subestación de tracción.
En el sistema de electrificación de 2x25Kv en corriente alterna, se caracteriza
porque el retorno por negativo, se produce en el lugar del carril.
Para que este sistema pueda funcionar correctamente, es necesario citar una
serie de centros de auto trasformación distribuidas a lo largo de línea.
Habitualmente cada 10 o 15 km. La función de estos centros es evitar el retorno
de corriente, por donde no circula el tren.
Utilización de catenaria.
Como dijimos antes los sistemas de captación de energía se clasifican por:
Catenaria: Captación por pantógrafo.
Tercer riel: Captación por patín colector

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Catenaria: Cada sistema presenta características debidas a la geografía y el
clima en el que se instala, al tráfico y el material rodante. Al analizar los
distintos sistemas observaremos características eléctricas, mecánicas,
geográficas y otras propias de cada una de ellos.
Sistema de catenarias en argentina
Catenaria en corriente alterna:
╸ 2 x 25 kV CA
╸ Línea Roca
Catenarias en corriente continua:
╸ 1.500 V CC
╸ Tren de la Costa
╸ Líneas A C D E H subterráneos Línea B subterráneos (catenaria rígida):
╸ 600 V CC
Pre metro CABA - Metro Tren (Mendoza):
╸ 750 V C
Sistemas de Tercer riel en Argentina
600 V corriente continua
╸ Línea Urquiza
╸ Línea B Subterráneos
800 V corriente continua
╸ Línea Mitre
╸ Línea Sarmiento
Electrificación: conjunto de instalaciones necesarias para el suministro de
energía al tren.
El consumo más importante es para la tracción, pero también existen otros
consumos (iluminación, aire acondicionado, compresores, instalaciones
auxiliares, etc.)

5
Diferentes vistas de catenarias utilizadas en la línea Roca.
Aisladores son elementos clave en la catenaria.
Aisladores claves en la catenaria de los sistemas del ferrocarril eléctrico, su
función es garantizar que la corriente eléctrica que fluye por la catenaria. se
transmita de manera segura y eficiente en los trenes que circulan por las vías.
Desde la subestación hasta los transformadores que alimentan dichas
catenarias.
Los aisladores se colocan en los postes de soporte de catenarias, para evitar
que la corriente eléctrica se filtre hacia la estructura y hacia tierra, los aisladores
también evitan también evitan cortocircuito entre los cables de catenarias y
producir un corto circuito en la línea.
Son dispositivos que ofrecen muy alta resistencia eléctrica al paso de la
corriente, también soportan cargas mecánicas como el viento, el peso de los
cables, etc.
Por esta razón los aisladores se fabrican con materiales resistentes y duraderos
como: Porcelana, cerámicas, y polímero.
Y bajo las normas Estándar y de seguridad, establecidos por los órganos de
regulación como por ejemplo EN 50119 que establece los diseños y requisitos
fabricación.
Conductores de catenarias.
Los conductores trenzados están hechos principalmente de 19 alambres de
cobre- magnesio, que miden 2,1mm cada alambre. Con un área nominal de
sección 70mm.

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Este es el mejor conductor de la electricidad, no obstante, también hay tipos de
cable que utilizan aluminio u otro tipo de material de distintas calidades
dependiendo de la utilidad y el tipo de cable que se trate.
Los conductores normalmente asociados a la línea aérea de contacto por
catenarias, pueden ser de los siguientes:
 Hilo de contacto.
 Sustentor.
 Feeder positivo o feeder de sub estación.
 Feeder de acompañamiento.
Electrificación: conjunto de instalaciones necesarias para el suministro de
energía al tren.
El consumo más importante es para la tracción, pero también existen otros
consumos (iluminación, aire acondicionado, compresores,instalaciones
auxiliares,etc.

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Elemento de una catenaria

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Distintos elementos que constituyen la catenaria.
Elementos de catenaria.
Postes.
Soporta a la ménsula giratoria de donde pende la línea de sostén y a la cual se
haya vinculada la línea de contacto. Cada poste posee una placa con
numeración identificadora.

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Ménsula.
Consta de un juego de brazos que soporta las líneas de sostén y de contacto, la
vinculación al
poste se efectúa mediante aisladores, las ménsulas fijan la línea de sostén y esta
a su vez la
línea de contacto por medio de péndolas de suspensión.
Hilo de contacto.
En contacto con el pantógrafo del tren suministra energía eléctrica, suele ser de
cobre y su sección transversal varía según los factores de uso, habitualmente
son de sección circulares de 107, 120 y 150 ml2.
Energía.
La energía se obtiene por frotación del as laminas conductoras del pantógrafo
con el hilo, para evitar el desgaste del mismo se suele montar con un
desplazamiento alternativo horizontal.
Sustentador.
Cable superior de la catenaria que soporta el peso del sistema formado por los
hilos de contacto y las péndolas, mantiene el sistema con una determinada
tensión mecánica.
Péndolas.
Unen los hilos de contacto con el cable sustentador manteniendo su
horizontalidad, suelen
estar hechas de cable de acero y se conectan al hilo de contacto mediante una
pieza denominada grifa.
Pendolas

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Subestaciones.
Funciones:
 Transformar la energía procedente de la red general (alta tensión) a la
tensión de alimentación de la catenaria.
 Rectificar la corriente alterna a continua en el caso de que la catenaria
utilice este tipo de corriente (líneas convencionales).
 Alimentar la catenaria a través de los feeders o cables de alimentación.
Éstos transportan la energía desde la subestación hasta los distintos
puntos previstos para la alimentación.
 Suministrar energía para los servicios auxiliares situados en el tramo en
el que se encuentra instalada.
Tipos de subestaciones.
 Subestaciones de corriente continua.
 Subestaciones de corriente alterna.
Subestaciones de corriente continua.
Transforman la corriente de alta tensión de la red pública (corriente alterna
trifásica de 50hz en corriente continua a tensión más baja (3000v,1500v).
Subestaciones de corriente alterna.
Corriente monofásica 132Kv/Hz:
 Con alimentación proporcionada por red privada a 132Kv/Hz, se utilizan
transformadores que reducen la tensión a 25Kv
 Con alimentación directamente de la red de alta tensión pública se
utilizan convertidores de corriente alterna trifásica a 50 Hz a corriente
monofásica de 132Kv/Hz, 25Kv.
Corriente monofásica de 50 Hz (frecuencia industrial) Con alimentación
proporcionada por la red pública.

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Circuitos secundarios en la línea.
La subestación suministra a la línea de alimentación corriente alterna monofásica
con tensión de 132Kv y 50 Hz de frecuencia y a través del sistema (AT) Auto
transformadores, se suministran y se instalan en líneas de distribución trifásicas
380v / 50hz y monofásica para suministrar energía a edificios de las estaciones,
talleres, garita, sistemas de señalamiento, motores, maquinas herramientas, etc.
Transformadores.
Distintas obras ferroviarias.

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Elementos de vía.
Informe de elementos de vías fijaciones y durmiente en la presentación que se
dio en el CENACAF haremos una reseña de los durmientes que se usan en
distintos países para el tendido de vía.
Tenemos diferentes tipos de durmientes:
 Madera
 Acero
 Hormigón
 Plástico
Se puede usar diferentes tipos de durmientes ferroviarios según el área, por
ejemplo, el durmiente de madera depende del lugar. Es uno de los más usados
en América.
El durmiente de concreto es más usado en Europa y Asia.
De acuerdo con los tipos de madera se puede dividir en durmientes de madera
dura y durmientes de madera blanda, pueden ser de quebracho rojo, quebracho
blanco, roble jarrack.
Durmiente de madera. Ventajas y desventajas.
4.Vista de durmientes de madera.

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La ventaja de la durmiente de madera son los siguientes:
 La madera tiene una gran propiedad que es adecuada para cualquier
sección.
 El durmiente de madera es más liviano fácil de transportar instalar y
mantener.
 Tiene un costo menor que otros durmientes.
Las desventajas de durmientes de madera:
 Es fácil verse afectado por la humedad.
 Es difícil de reciclar lo que lo hace más caro.
 La vida útil del durmiente de madera es más corta.
5.Vista de durmiente de hormigón.
Durmiente de concreto. Ventajas y desventajas.
El durmiente de concreto está hecho principalmente de concreto pretensado, es
una técnica que introduce una tensión interna, lo que reduce el daño por presión
externa durante el servicio.
En general se usa en ferrocarriles de alta velocidad. El concreto puede soportar
más carga lo que brinda poder tener una velocidad mayor.
El durmiente de hormigón se usó por primera vez en Francia y se convirtió en
algo común después de la Segunda Guerra Mundial. En la actualidad el
durmiente de hormigón se aplica principalmente en Asia Europa y Australia y va
ganando mercado en América.

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Ventajas del durmiente de hormigón:
 Vida útil más larga entre 40 y 50 años
 Gran estabilidad porque es más pesado que otros durmientes.
 Qué es más rentable a largo plazo.
 Los durmientes de concreto necesitan menos mantenimiento.
Desventaja del durmiente de hormigón:
 El durmiente es tan pesado que es difícil de maniobrar.
 Tiene limitación de aplicación.
 No se puede aplicar en puentes y cruces
.
Durmiente de acero. Ventajas y desventajas.
El durmiente de acero está formado por acero prensado y con una sección en
forma de canal hay una coraza para el sistema de fijación de riel que está soldado
a la parte superior del durmiente de acero.
Debido a que son más fuertes que la madera y más barato que el concreto los
durmientes de acero, también tienen sus ventajas y desventajas.
6.Vista de durmiente de acero.

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Ventajas del durmiente de acero:
 El durmiente de acero es fácil de instalar en la cama de balasto existente
a un bajo costo.
 El durmiente de acero también es fácil de apilar debido a que es más
liviano en su forma.
 Tiene una larga vida útil. Más de 50 años.
 El durmiente de acero es reciclable.
Desventajas de durmiente de acero:
 La corrosión química es un inconveniente del durmiente de acero.
 Mayor costo de mantenimiento.
 Por ahora el durmiente da cero solo puede usarse en algunas áreas
especiales debido a un problema de aislamiento.
Durmiente de plástico. Ventajas y desventajas.
También llamado durmiente compuesto de plástico. El compuesto de plástico es
una materia totalmente moderna para hacer durmientes.
Esta mezcla de plástico y caucho usado con desechos es lo que combina la
flexibilidad de la madera y la durabilidad del concreto.
El durmiente de plástico se usó por primera vez en el Ferrocarril de Japón quien
es líder en fabricación de durmiente de plástico o durmiente compuestos aun así
no tiene mucho mercado por ahora.

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7.Vista de durmientes de plástico.
Ventajas del durmiente de plástico:
 El durmiente de plástico actúa mejor reduciendo la vibración.
 El durmiente de plástico se puede cortar y es liviano.
 El durmiente de plástico es reciclable.
 Su vida útil va de 30 a 80 años.

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Desventajas del durmiente de plástico:
 El costo de los durmientes de plástico restringe su colocación a gran
escala.
En conclusión, los durmientes de madera concreto acero y plástico son
importantes para la vía férrea modernas.
Fijaciones.
Mostraremos las distintas variedades de fijaciones a lo que llamamos riel
durmiente. Para poder amurar los rieles a los durmientes cita fijaciones que
tienen un amplio abanico de variedades y dependerá del durmiente que
estemos usando sea de madera hormigón acero o plástico.
Encontraremos en el mercado. Tipo de fijación rígidas.
Estas se dividen en dos:
Con silleta y sin silleta
Elásticas estas también se dividen en dos con silleta y sin silleta.

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Distintos tipos de fijaciones.
Rígidas la que tienen silleta de apoyo. Tenemos por ejemplo clavo gancho tira
fondo clip rígido con bulón.
Fijaciones rígidas sin silleta de apoyo tenemos:
Ejemplo
Clavo gancho tira fondo.
Fijaciones elásticas billete de apoyo ejemplo no habla rn clip
Sin silleta de apoyo ejemplo
No habla gougeotlook
Fijaciones rígidas sin silleta en durmiente de madera
Otros tipos de fijaciones.
Fijaciones rígidas.
Con silleta en durmiente de madera.
Fijaciones elásticas sin silleta en durmiente de madera.
Fijaciones elásticas.
Durmiente de madera y concreto.

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Fijaciones elásticas para durmiente de acero.
La fijación y accesorios están bajo normas
Fa 7004. 11 /1985.
Fa 7002 resolución pn 584/67.
Fa 7006 9/1984.
Fa 7008. 5 /1973.
Normas iram fal 7027 11/1984.
Durmiente de madera
Normas iram fal-57. 11/1970.
Durmiente hormigón pretensado tipo Monoblock.
Normas Fa 7030. 2/1971.
Durmientes de hormigón armado tipo mito.
Normas Fa 7031. 2/1971.
Rieles
Normas Fa 7065. 11/1980.
Terraplén.
El Diccionario de la Real Academia Española de la Lengua (RAE), define al
terraplén como “macizo de tierra con que se rellena un hueco, o que se levanta
para hacer una defensa, un camino u otra obra semejante”.
En el caso del tema ferroviario, un terraplén se define como “tierra acumulada
para dar soporte a un tramo de vía, tanto en los patios de operaciones como en
tramos entre estaciones”.
El terraplén se compone de varios elementos, como los que se muestran en el
esquema.

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Perfil de un terraplén para vía férrea de acuerdo especificaciones técnicas.
Especificaciones de un terraplén ferroviario.
Parámetros mínimos para un terraplén ferroviario

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Terraplén en vía.
Placas de asiento.
Las placas de asiento son elementos de la vía cuyo objetivo es dar
estabilidad, así como alargar la vida útil a los durmientes de madera. La
placa de asiento vafijada al durmiente y transmite el esfuerzo a los
durmientes, así como también para que el desgaste sea homogéneo en
la base del riel.
Las placas de asiento, permiten además una mejor repartición de la carga al
pasar un tren y aumentan la elasticidad de la superestructura de balasto,
repercutiendo positivamente en el desgaste de los componentes de la vía y en
una mayor comodidad en el manejo de los trenes. La principal función de las
placas de asiento es la carga de la rueda a un área en la cara superior del
durmiente para que la madera y el concreto, puedan resistir los esfuerzos de
compresión al paso de los trenes, por ello, cuando por vandalismo se roban las
placas, al llegar un tren, sufre un descarrilamiento y volcadura, ya que la vía no
tiene estabilidad.
Existen 2 tipos de placa de asiento:
 Placa de asiento de un hombro.
 Placa de asiento de doble hombro

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Nota: Placas de asiento para vía férrea de un hombro (1) y de dos hombros (2)
La placa de asiento debe ser fabricada de acero rolado o cualquier otro material
que resista la alta compresión y los esfuerzos cortantes y de flexión que se
generan al asentar el riel.
Balasto material pétreo que forma parte de los elementos de una vía férrea el
cual tienecomo funciones.
 Trasmita y distribuya la carga de la vía y el equipo rodante ferroviario
al sub- balasto.
 Restrinja la vía lateral, longitudinal y verticalmente bajo las cargas
dinámicas impuestas por el equipo rodante ferroviario y los esfuerzos
térmicos ejercidos porlos rieles.
 Proporcione un drenaje adecuado para la vía, y mantenga en forma
apropiada elnivel normal de la vía, el alineamiento y la nivelación.
 Reparta la presión bajo el durmiente para impedir que el subsuelo
blando se dañe con el peso de los trenes (deformando con ello el
trazado de la vía).
 Ofrezca una superficie sólida, pero con una cierta elasticidad que
permiteabsorber las vibraciones. (México, 2022)
De acuerdo al tamaño del balasto, este se ajusta para que, bajo la presión de los
trenes, se ajusten las piedras una con otra formando un armazón capaz de
distribuir el peso hacia afuera y hacia abajo, con el objetivo de permitir un drenaje
rápido de las aguas pluviales y la evaporación de la humedad del subsuelo, así
como retardar el crecimiento de la vegetación.

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Balasto.
Balasto para vía férrea.
Vías con balasto.
El balasto que conforma vías de para la circulación de trenes de carga de alto
tonelaje y trenes de pasajeros.
Geotextiles, separación, filtro y drenaje.
El uso de geotextil como elemento de separación, filtro y drenaje otorga
grandes ventajas para el desempeño de la superestructura de vía, aumentando
la vida útil, ya que evita la contaminación del balasto por bombeo de material
fino y hace que éste pueda mantener sus propiedades a través del tiempo.

25
Extensión d geotextil.
La instalación de geotextiles ferroviarios pesados (Plus Tex® NFP 35 y NFP
40)con función de filtro y separación justo bajo el balasto, mejora el drenaje del
agua superficial y evita la migración de finos dentro de la piedra, mejorando la
capacidad portante de la base.
Por qué usar geotextiles en obras ferroviarias:
 Elemento de separación y filtro.
 Evitan la contaminación del balasto por el suelo fino del terraplén.
 Colaboran en mantener las propiedades del balasto.
 Mejoran el drenaje superficial.

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Geogrillas, refuerzo del terreno.
Las geogrillas sirven para mejorar las propiedades mecánicas del terreno,
aumentando la capacidad soporte de la vía. Para resistir esfuerzos con mínima
deformación, necesitan tener cierta rigidez tensional. Las geogrillas para
refuerzo se destacan no solo por su resistencia y rigidez ala tracción, sino
también por su gran flexibilidad de interacción sólo poseen los geosintéticos
flexibles). Mejoran sustancialmente la interacciónentre el terreno y el refuerzo,
especialmente cuando el relleno es un material granular, como es el caso del
balasto.
La incorporación de una geogrilla de refuerzo de alta rigidez en la
infraestructura de la vía férrea tendrá como finalidad principal permitir el
aumento de la capacidad de soporte hasta un nivel acorde de acuerdo a los
requerimientos de cada proyecto.
Por qué usar geogrillas en obras ferroviarias:
 Refuerzan de la capacidad soporte de la vía.
 Extienden de la vida de servicio.
 Ahorran costos gracias a la reducción del espesor de la base.
 Se instalan en forma sencilla sin efecto memoria.
Bibliografía.
 Carbajal, J. L. (2022). Propio. Apizaco, Tlaxcala, México.
 Ferromex Dirección de Mantenimiento y Recursos Operativos.
 https://es.scribd.com/document/501018117/AAODL-FFCC-Tema-14-
Materiales-de-Via
 https://es.wikipedia.org/wiki/Catenaria_(ferrocarril)#Conductores
 Http://Electrificación%20del%20ramal%20La%20Plata%20Brandsen
%20de%20la%20línea%20Roca.pdf
 Instructores del CENACAF
- Daniel Pérez – Introducción a los sistemas de Catenaria.
- Martin Arenilla – Introducción a las vías.

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