Innovación

Dinatrans: zona de transición vía en placa-balasto

Descripción técnica desde un punto de vista asociado al proceso de Gestión de Riesgos conforme al Método Común de Seguridad (MCS)

El presente artículo describe el proceso de gestión y evaluación de riesgo conforme al Método Común de Seguridad (MCS), que está regulado por el Reglamento 402/2013, a través de su aplicación a un nuevo prototipo de transición de vía en placa a vía en balasto desarrollado por Adif, Ferrovial Agroman, Precon, Universidad de Cantabria y CI3 y al que se ha denominado transición Dinatrans. Este desarrollo vino motivado, principalmente, con el objetivo de obtener un ahorro de los costes de mantenimiento de estas zonas singulares de las líneas ferroviarias. 

Palabras clave: Transición de vía, prototipo, peligro, riesgo, medida de mitigación, análisis de riesgo 402. 

This article describes the risk management and assessment process in accordance with the Common Security Method (MCS), regulated by Regulation 402/2013, through its application to a new prototype of transition from slab track to ballast track developed by Adif, Ferrovial Agroman, Precon, Universidad de Cantabria and CI3 and which has been called Dinatrans transition. This development was motivated, mainly, with the aim of obtaining savings in maintenance costs in these singular areas of the railway lines. 

Keywords: Track transition, prototype, hazard, risk, mitigation measure, risk evaluation 402.

Miguel Rodríguez Plaza

Jefe de Área de Emprendimiento y Transferencia Tecnológica. Adif (i).

Licenciado con Grado en Ciencias Geológicas.

Eugenio Nasarre Serrano

Director Técnico (ii)

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos.

María García Santiago

Técnico de proyectos de I+D+i de Ingeniería Civil. Adif (i).

Ingeniera de Caminos, Canales y Puertos.

José Conrado Martínez Acevedo

Jefe de Área de Desarrollo de Proyectos de I+D+i (i).

Ingeniero Industrial.

© Vicente Tofiño

Introducción 

El problema de la transición de vía surge cuando se produce un cambio de rigidez vertical tanto en la infraestructura como en los propios elementos de la vía, provocando un incremento de las sobrecargas dinámicas al paso del tren. La rigidez es un parámetro mecánico indicador de la calidad de la vía y el más estudiado en las transiciones. El incremento de las cargas y de las velocidades de los trenes genera unos mayores valores de esfuerzos, tensiones y asientos que pueden desembocar en una pérdida de geometría de la vía y en problemas de desgaste y fatiga de sus componentes.

En 2012 Adif, junto a las empresas Ferrovial Agroman y Precon, inició el proyecto técnico colaborativo (iii) DINATRANS para el desarrollo de una nueva transición dinámica entre vía en placa y vía en balasto. En él también participaron la Universidad de Cantabria y el Centro de Innovación CI3. El proyecto finalizó en 2016, habiendo construido e instalado el prototipo en la nueva Variante de Puebla de San Julián (línea Monforte de Lemos–Lugo). La nueva transición se encuentra localizada en el portal del lado Monforte de Lemos del túnel 3 de dicha Variante. En el otro portal se instaló una transición estándar empleada por Adif.

El objetivo principal del proyecto fue desarrollar un nuevo tipo de zona de transición que minimizara el desgaste acusado de materiales y la posible pérdida de la geometría y calidad de la vía. De esta manera se previó que con este nuevo sistema se pudiera llegar
a conseguir un ahorro de los costes de mantenimiento de estas zonas singulares. 

El planteamiento seguido en el desarrollo se basó en la evaluación de distintas configuraciones de superestructura, combinando los distintos componentes para cumplir los objetivos establecidos. Los cálculos y simulaciones demostraron que, con combinaciones en la longitud y geometría de las traviesas, arriostramiento con carriles y variaciones de rigidez de la placa de asiento, se pueden obtener soluciones óptimas respecto a las tensiones y desplazamientos verticales generados sobre el balasto y la vía en placa. La modelización de estas variables se realizó con un programa informático de cálculo dinámico de elementos finitos.

Finalmente se concluyó que la mejor solución pasaba por combinar traviesas más largas que las habituales, carriles de arriostramiento interiores y exteriores de longitudes distintas y diferentes rigideces de placas de asiento.

Tras la construccion se llevó a cabo una campaña de mediciones en cada transición sobre puntos análogos. Esta campaña reveló que ambos sistemas presentaban un comportamiento adecuado, con valores de rigidez similares. Se realizarán nuevas campañas de medición de acuerdo a las distintas fases de servicio.

Arriba, transición tipo estándar. Balasto Cuña. Abajo, transición tipo Dinatrans. Túnel 3 de la Variante de Puebla de San Julián, en la línea Monforte de Lemos-Lugo. Fuente: Adif.

Proceso de gestión del riesgo 

Con arreglo a lo dispuesto en el Reglamento 402/2013 y el Reglamento de Ejecución (UE) 2015/1136 por el que se modifica el Reglamento anterior, siempre que se modifique un sistema ferroviario en uso, ya sea por un cambio técnico, de explotación u organizativo, debe evaluarse la importancia del cambio y valorar si es o no un cambio significativo. Si el cambio es significativo será necesario aplicar un proceso de gestión de riesgos conforme al Método Común de Seguridad (MCS). Este método establece tres pasos principales:

  • La definición del sistema.

  • El análisis del riesgo, incluida la identificación de los peligros.

  • La valoración del riesgo.

La transición Dinatrans es un sistema de vía formado por diferentes componentes independientes que deben prestar servicio de manera conjunta para la función final requerida. Un primer paso en su definición se refiere a la descripción detallada de estos componentes:

  • Carriles de rodadura.

  • Secciones con las traviesas monobloque de hormigón pretensado de distinta longitud.

  • Carriles de arriostramiento interiores y exteriores.

  • Placas de asiento bajo carril de rigidez variable.

  • Sujeciones por cada tipo de placa y elementos constitutivos asociados (clips, tornillos, vainas y placas acodadas principalmente).

  • Cuña de hormigón.

Un segundo paso consistirá en desarrollar un diagrama de bloques que permita diferenciar los componentes anteriores. El siguiente esquema representa el diagrama de bloques de la transición Dinatrans:

Diagrama de bloques de la transición Dinatrans
Fuente: Adif.

Interfaces físicas 

Debe realizarse un análisis que identifique las interfaces físicas del sistema con el resto de los subsistemas de la infraestructura. La transición Dinatrans presenta interfaces físicas con el subsistema de energía (en relación con el retorno de la corriente de tracción, al ser el carril parte activa del circuito de tracción) y con el subsistema de señalización (los circuitos de vía emplean los carriles como soporte físico). 

En la Variante de Puebla de San Julián no se dispone hasta el momento de sistema de tracción eléctrica por lo que no existe un interface físico con el subsistema de energía.

Respecto al subsistema de señalización, en dicha Variante se emplean contadores de ejes, por lo que tampoco existe un interface físico con dicho subsistema.

Sí existe un interface físico con el subsistema material rodante y con la plataforma ferroviaria sobre la que se instala la transición.

Entorno geográfico y operativo 

El entorno geográfico en el que prestará servicio el nuevo sistema debe ser también evaluado durante esta etapa. Para el caso aquí considerado:

  • Desde un punto de vista meteorológico, la transición debe trabajar en un clima oceánico Cfb, con influencias de los climas mediterráneos y con cierto matiz continental. La temperatura media anual en la provincia de Lugo es de 11,5 °C y las precipitaciones son abundantes, más de 1.000 mm de agua al año.

  • Teniendo en cuenta la operación ferroviaria, la velocidad de diseño del tramo donde se ubica el sistema es 220 km/h.

  • La línea ferroviaria es tipo D4 (según la clasificación de Adif) lo que define una carga máxima por eje de 22,5 toneladas, carga a la que se ha diseñado la nueva transición.

© Santi Burgos

Identificación de los peligros 

En la fase de diseño no se han identificado peligros. Por el contrario sí se dio solución a diversos factores que, en otros diseños de transición, sí podrían introducir escenarios peligrosos. Así por ejemplo el aumento de la longitud de las traviesas permite el arriostramiento de carriles externos, consiguiendo un marco “traviesas-carriles” que rigidiza de manera óptima el sistema.

Los peligros identificados son enmarcados en el ámbito operativo. La mayor parte de ellos son los mismos que se darían en una configuración de vía normal. Los carriles de arriostramiento son los elementos que introducen una mayor diferencia con respecto a esta configuración.

Los peligros identificados han sido los siguientes:

1. Rotura del “carril de rodadura”. Podría tener graves consecuencias para la seguridad de la circulación del tren, pudiendo producir su descarrilamiento. El riesgo asociado es similar al que se produce en cualquier carril de una vía en servicio teniendo en cuenta que la transición no introduce variaciones en el comportamiento en servicio del carril. Además se trata de carril normalizado UIC-60 empleado por Adif en gran parte de su red.

2. Rotura múltiple del “clip elástico”. Aunque un fallo aislado de un clip no tendría consecuencias, un fallo múltiple sí podría afectar a la seguridad. Concretamente se podría producir un desajuste del carril de rodadura (o del de arriostramiento), desalineándolo y modificando en última instancia su posición. 

Al igual que el peligro anterior, esta amenaza sería similar a la que existe en una vía en servicio. El sistema Dinatrans tampoco introduce variaciones en el comportamiento en servicio del clip. Los clips empleados son elementos normalizados por Adif y que también se emplean en otras vías de la red.

3. Rotura múltiple de la “traviesa”. La rotura de una traviesa es un peligro que también podría producir un escenario inseguro para la circulación del tren. Las traviesas empleadas son, desde un punto de vista de diseño geométrico y estructural, una mejora de las traviesas empleadas en los aparatos de vía de la red de alta velocidad de Adif. Concretamente la sección de hormigón utilizada es la misma que en las traviesas de aparatos de vía, habiendo aumentado el pretensado. Por todo ello es importante destacar que esta amenaza sería menor a la que puede darse en estos aparatos de vía.

Una rotura localizada de una traviesa no supondría un peligro para la circulación dado que se trataría de un fenómeno aislado y el carácter de marco de vía de esta solución permitiría la circulación segura del tren en caso de que ocurriese. La rotura múltiple sí debe ser contemplada como un peligro real de descarrilamiento.

4. Desajuste del “carril de arriostramiento”. Este elemento sólo es introducido en puntos singulares como son las zonas de transición.
Aunque la rotura de este elemento no tendría consecuencias inseguras para la circulación, un desajuste podría variar su posición e interferir en el gálibo de los órganos de rodadura del tren, presentando una situación de peligro. 

El caso más desfavorable sería el de los carriles de arriostramiento internos, al estar más próximos al flanco activo del carril, pudiéndose producir interacciones mecánicas con la pestaña de la rueda.

5. Operación de bateo inadecuada. Un bateo inadecuado de la transición podría llevar asociado una variación de los parámetros de diseño del sistema como la rigidez, sobre todo en las proximidades de la vía en placa. La Tabla Resumen de los peligros identificados (pág. 54) resume los peligros identificados, así como diversas clasificaciones y observaciones hechas para cada uno de ellos.

Análisis del riesgo de cada peligro 

El Método Común de Seguridad establece que el análisis de los riesgos se puede realizar con los siguientes principios de valoración: 1) Aplicación de Códigos Prácticos; 2) Comparación con sistemas similares; 3) Estimación explícita del riesgo.

El primer principio valora el riesgo considerando que el diseño y el comportamiento del sistema analizado está regulado por diferentes normativas. El segundo principio evalúa el riesgo considerando otros sistemas similares y que pueden ser tomados como referencia. El tercer principio valora el riesgo asociado a un peligro teniendo en cuenta las directrices marcadas por la norma CENELEC 50126, que establece el riesgo en términos cualitativos como el producto de la frecuencia de ocurrencia del peligro y su severidad. 

Las Tabla Clasificación según Frecuencia y Clasificación según Severidad recogen la clasificación impuesta por dicha norma.

La Tabla Clasificación final del Riesgo recoge cómo clasificar el Riesgo R correspondiente. Aunque el empleo de códigos prácticos podría ser un análisis adecuado teniendo en cuenta que algunos de los componentes empleados en la transición se encuentran regularizados por normativa variada (EN, UNE, ETI y de Adif), finalmente, por su carácter innovador, se planteó evaluar el riesgo de cada peligro según el principio de estimación explícita del riesgo.

Análisis del riesgo inicial 

La Tabla Riesgo inicial de cada peligro identificado recoge el análisis de riesgo inicial para cada peligro identificado, sin tomar ninguna medida de mitigación. Puede concluirse que los peligros 1 y 5 deben reducirse, habida cuenta que existen medidas de mitigación que pueden reducirlos.

Análisis del riesgo final 

La Tabla Riesgo residual de cada peligro identificado recoge el análisis de riesgo final o residual teniendo en cuenta la definición de distintas medidas de mitigación. Estas medidas se refieren al desarrollo de actividades de mantenimiento, empleadas normalmente para el control de los parámetros de la vía.

La implantación de todas estas medidas permitirá controlar el peligro 1, pudiendo reducir su frecuencia de ocurrencia. En el caso de los peligros 2, 3 y 4 también se aplicarán medidas similares aunque se concluye que la frecuencia de riesgo inicial no será apenas reducida. 

Respecto al peligro 5 se propuso desarrollar actividades de formación al personal de mantenimiento. Adicionalmente se realizarán campañas de instrumentación puntuales para controlar la calidad general del sistema.

Referencias

1

Sañudo, R., Dell’Olio, L., Jardi, I., Sanchez F.J., Sanchez, D., Pombo, J. (2018). Track transitions 462 in railways. DINATRANS solution.

2

Reglamento de Ejecución (UE) N.º 402/2013 de la Comisión de 30 de abril de 2013 relativo a la adopción de un método común de seguridad para la evaluación y valoración del riesgo.

 
 

3

Reglamento de Ejecución (UE) N.º 2015/1136 de la Comisión del 13 de Julio de 2015 por el que se modifica el Reglamento de Ejecución (UE) N.º 402/2013 relativo a la adopción de un método común de seguridad para la evaluación y valoración del riesgo.