Peralte en Ingeniería Civil: Conceptos y Aplicaciones

Todo punto de masa m, que se desplaza a una velocidad V describiendo una trayectoria circular de radio R, sufre una aceleración centrífuga que da lugar a una fuerza horizontal F. Esta fuerza se dirige hacia el exterior de la curva, es perpendicular al eje de la vía y se puede considerar aplicada en el centro de gravedad G.

La Fuerza Centrífuga y sus Efectos

Cuando un vehículo describe una curva, actúa sobre él una fuerza centrífuga de dirección perpendicular a su trayectoria. Esta fuerza somete a pasajeros y mercancías a aceleraciones no deseables, perjudica al material rodante y a la vía, y si la velocidad es suficientemente elevada, puede producir descarrilamientos.

Para mitigar estos inconvenientes, se eleva el carril exterior, lo que se conoce como peralte.

El peralte teórico es aquel que logra equilibrar estas fuerzas.

Para calcular el peralte teórico, expresado en milímetros, se utiliza la velocidad en kilómetros por hora y el radio en metros. Las expresiones correspondientes son:

Insuficiencia de Peralte

Se produce cuando un tren circula en una curva a una velocidad real (Vr) superior a la velocidad de equilibrio (V).

La velocidad de equilibrio es aquella a la que un convoy debe circular para que las fuerzas que actúan sobre él durante el recorrido de una curva se igualen, tal como se desprende de la Fórmula 1.

En esta situación, surge una aceleración transversal no compensada. Esta se debe a la componente de la fuerza centrífuga que no es contrarrestada por la componente del peso, y se dirige hacia el exterior de la curva, con un valor de:

Es evidente que el efecto de las aceleraciones no se compensa, lo que resulta en una insuficiencia de peralte, cuya expresión es:

Exceso de Peralte

Se produce cuando un tren circula a una velocidad real (Vr) inferior a la velocidad de equilibrio (V).

En este caso, se genera una aceleración no compensada dirigida hacia el interior de la curva, con un valor de:

El peralte es excesivo para esta velocidad, lo que genera un exceso de peralte, cuyo valor es:

Esto evidencia que los esfuerzos y las sobrecargas experimentadas por cada carril pueden ser significativamente diferentes y desequilibradas. Por ello, es fundamental adoptar una solución intermedia que no comprometa la seguridad ni la comodidad de la marcha de los trenes.

Métodos de Construcción de Túneles: Procesos y Técnicas

Fases Fundamentales en la Construcción de Túneles

• Excavación: Consiste en la creación de la galería (túnel) mediante la rotura y extracción del material excavado.
• Sostenimiento: Es el conjunto de elementos estructurales que deben emplearse para garantizar la estabilidad de la excavación. Su dimensionamiento depende principalmente de la calidad de las rocas, de las dimensiones de las galerías y del estado de equilibrio del terreno antes de la excavación.
• Revestimiento: Se instala con el objetivo de lograr un mejor acabado superficial, ya sea por motivos estéticos o funcionales, como la reducción del rozamiento para el avance de vehículos o la atenuación del ruido.

Clasificación por Tipo de Terreno

La construcción de túneles, en función de las características geológicas del terreno, se clasifica principalmente en dos categorías:

• Construcción de túneles en roca dura.
• Construcción de túneles en terrenos blandos o sueltos.

Nuevo Método Austríaco (NATM)

Fue desarrollado en los años 60. La excavación se realiza en dos fases: Avance (que se realiza desde la mitad de la sección hacia la clave) y Destroza (que completa la excavación hasta alcanzar la cota de la solera).

El método se basa en aprovechar la tensión geológica del macizo rocoso. De esta manera, el túnel se estabiliza a sí mismo mediante el efecto arco. La excavación se protege inmediatamente con la proyección de gunita (hormigón con árido fino) y elementos metálicos, creando un anillo de descarga natural que minimiza la deformación de la roca.

Este método es idóneo para zonas rocosas, pero no es aplicable en terrenos blandos.

Los pases o avances pueden variar considerablemente, oscilando entre 1 y 4-5 metros, dependiendo del tipo de terreno que se atraviese.

El sostenimiento puede ser natural (el propio terreno) o artificial (empleando cerchas, chapas Bernold y bulones).

El jumbo realiza las perforaciones predefinidas según el tipo de terreno. Posteriormente, se procede a la carga del explosivo y, tras la voladura, se retira el material.

Método Clásico de Madrid (Variante del Método Belga)

Este método es una variante del Método Belga y ha adoptado el nombre de «Clásico de Madrid» debido a la gran cantidad de kilómetros de túneles construidos con él en la red de metro de la ciudad.

Consiste en excavar una pequeña galería que se va ensanchando progresivamente hasta permitir el hormigonado de la totalidad de la bóveda. Esta galería de avance cumple dos funciones principales: la reducción del riesgo de hundimiento del frente y el reconocimiento del tipo de terreno a excavar.

En este esquema se aprecian las fases de excavación de un túnel mediante el clásico Método Belga.

En la primera fase, se ejecuta la excavación de la totalidad de la bóveda. En las fases subsiguientes, se realiza la excavación de los hastiales mediante bataches contrapeados y de la contrabóveda. Al finalizar cada fase, se procede al hormigonado del elemento estructural correspondiente.

En este esquema se observa la variante del Método Clásico de Madrid, donde se realiza la galería central en el eje de la bóveda, siendo apuntalada y sostenida con entibación de madera. A medida que esta galería avanza (con dimensiones no mayores a 1,20 metros de ancho y un avance de 2,5 metros), permite, por detrás, la ampliación progresiva de la excavación. Primero se alcanza la cota de avance (la cota de la base de la bóveda) y, a continuación, se realiza la ampliación lateral de la galería. Esto se repite hasta alcanzar la dimensión total de la bóveda.

Método Alemán

En este método se realiza la excavación del túnel mediante la excavación de galerías para cada uno de los elementos de la sección. Se construyen los hastiales definitivos con hormigón moldeado y longitudes de veinte a cuarenta metros. Posteriormente, se construye la bóveda primaria con hormigón proyectado en tramos de uno a dos metros. A continuación, se edifica la bóveda secundaria con hormigón moldeado en tramos de cuatro a seis metros. Finalmente, se construye la solera con hormigón en tramos de cinco o seis metros.

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