El término " deficiencia de peralte " se define en el contexto del desplazamiento de un vehículo ferroviario a velocidad constante en una curva de radio constante. Cant en sí es un sinónimo británico de peralte de la curva, es decir, la elevación del riel exterior menos la elevación del riel interior. La deficiencia de peralte está presente cuando la velocidad de un vehículo en una curva es mayor que la velocidad a la que los componentes de la fuerza de la rueda al carril son normales al plano de la vía. En ese caso, la fuerza resultante (fuerza agregada de fuerza gravitacional y fuerza centrífuga) ejerce más el riel exterior que los rieles interiores, en los que crea una aceleración lateral hacia el exterior de la curva. Para reducir la deficiencia de peralte, se puede reducir la velocidad o se puede aumentar el peralte. La cantidad de deficiencia de peralte se expresa en términos de peralte requerido que se agregará para equilibrar la fuerza resultante entre los dos rieles. Por el contrario, se dice que es " exceso de peralte " si la fuerza resultante ejerce más contra el raíl interior que el exterior, por ejemplo, una curva de peralte alto con un tren que viaja a baja velocidad. [1]
Efectivo
Las fuerzas que ejercen sobre el vehículo en este contexto se ilustran en la siguiente figura.
El movimiento de un vehículo a velocidad v a lo largo de una trayectoria circular representa una aceleración centrípeta de magnitud v 2 / R hacia el centro del círculo, siendo la curvatura de esa trayectoria 1 / R donde R es el radio del círculo. Esta aceleración centrípeta es producida por fuerzas horizontales aplicadas por los raíles a las ruedas del vehículo, dirigidas hacia el centro, y que tienen una suma igual a Mv 2 / R donde M es la masa del vehículo.
La fuerza horizontal neta que produce la aceleración centrípeta se separa generalmente en componentes que están respectivamente en el plano de la pista superelevada (es decir, inclinada) y normales a la misma.
El componente normal a la pista actúa junto con el componente mucho mayor de la fuerza gravitacional normal a la pista y generalmente se ignora. Puede aumentar ligeramente la carga vertical vista por la suspensión del vehículo, pero no crea una aceleración lateral como la perciben los pasajeros ni provoca una deflexión lateral de la suspensión del vehículo.
La pista está peraltada de modo que la componente de la aceleración de la gravedad en el plano de la pista proporcionará una fracción de la aceleración horizontal en el plano de la pista debido al movimiento circular. Con referencia a la figura anterior, se puede ver que las componentes de la aceleración gravitacional y centrípeta en el plano de la pista serán iguales cuando se satisfaga la siguiente ecuación de equilibrio, donde α es el ángulo de inclinación lateral.
Para un radio de curva y un ángulo de inclinación determinados (es decir, peralte), la velocidad V que satisface la ecuación de equilibrio se llama velocidad de equilibrio y está dada por
Por las razones que se mencionarán a continuación, los vehículos de pasajeros generalmente atraviesan una curva a una velocidad superior a la velocidad de equilibrio. La cantidad en la que la velocidad real excede la velocidad de equilibrio se expresa convenientemente a través de la llamada deficiencia de peralte, es decir, en la cantidad en la que sería necesario aumentar el peralte para elevar la velocidad de equilibrio a la velocidad a la que realmente viajan los vehículos. . Dejando de calibre se denotan el ancho de vía de baja ferroviario esquina del lado de calibre de alta ferrocarril esquina del lado del campo, dejando super_el denotar el peralte real, y dejando V acto denotar la velocidad real, se deduce de la definición que la insuficiencia de peralte, CD , se da por la fórmula
Ejemplo
Tomando un ejemplo, una curva con una curvatura de 1.0 grados por cada 100 pies de cuerda (radio 1,746.40 m = 5,729.65 pies), gauge_se = 1511.3 mm (59.5 pulgadas) y super_el = 152.4 mm (6.0 pulgadas) tendrá
- :
Si un vehículo atraviesa esa curva a una velocidad de 55.880 m / s (= 201.17 km / h = 125 mph), entonces la deficiencia de peralte será
En rutas que transportan tráfico de mercancías en automóviles con las cargas por eje máximas permitidas, será deseable establecer peraltes de modo que la velocidad de equilibrio de cada curva esté cerca de la velocidad a la que circula la mayoría de ese tráfico. Esto es para disminuir la tendencia de las ruedas pesadas a aplastar la cabeza de cualquiera de los rieles.
Valores límite
El CD permitido se establece por debajo del valor que se permitiría en función de la seguridad para reducir el desgaste de las ruedas y los rieles y reducir la tasa de degradación de la geometría de la vía con balasto. La elección del diseño de CD estará menos limitada por la comodidad del pasajero en el caso de vehículos que tienen capacidad de inclinación. Un enfoque histórico para determinar la deficiencia de peralte seguro fue el requisito de que la proyección al plano de la vía de la resultante de las fuerzas inerciales y gravitacionales que actúan sobre un vehículo caiga dentro del tercio medio del ancho de vía. Los estudios de ingeniería contemporáneos probablemente usarían la simulación del movimiento del vehículo, incluidas las condiciones del viento cruzado, para determinar los márgenes en relación con el descarrilamiento y el vuelco.
Si el peralte determinado para una curva de ruta de pasajeros dedicada sobre bases reglamentarias y de seguridad es inferior a 6 pulg. (152,4 mm), puede ser conveniente aumentar el peralte y reducir la deficiencia de peralte. Sin embargo, si en una curva de este tipo algunos trenes viajan habitualmente a baja velocidad, es posible que no sea aconsejable elevar el peralte por motivos de comodidad de los pasajeros.
En una ruta de tráfico mixto propiedad de una empresa ferroviaria de mercancías, es probable que prevalezcan las consideraciones relativas al transporte de mercancías. En una ruta de tráfico mixto propiedad de una empresa ferroviaria de pasajeros, puede ser necesario algún tipo de compromiso.
La deficiencia de peralte generalmente se considera con respecto a la geometría ideal de la vía . Dado que la geometría de la vía real nunca es perfecta, puede ser deseable complementar las consideraciones estáticas expuestas anteriormente con simulaciones del movimiento del vehículo sobre geometrías medidas de vías reales. Las simulaciones también son deseables para comprender el comportamiento del vehículo al atravesar espirales , desvíos y otros segmentos de la vía donde la curvatura cambia con la distancia por diseño. Cuando las simulaciones o mediciones muestran un comportamiento no ideal al atravesar espirales lineales tradicionales, los resultados se pueden mejorar mediante el uso de espirales avanzadas. Es probable que una buena geometría de la vía, incluidas las espirales avanzadas, fomente la aceptación de los pasajeros por valores de CD más altos.
Estados Unidos
Para el tráfico de pasajeros, se pueden establecer peraltes y velocidades autorizadas para que los trenes circulen con tanta deficiencia de peralte como sea permitido, en base a la seguridad, las regulaciones pertinentes y la comodidad de los pasajeros. A partir de 2007, las regulaciones de la Administración Federal de Ferrocarriles de EE. UU. Limitan el CD a 7 pulg. (178 mm) para vehículos de pasajeros inclinables, 3 pulg. (76 mm) para vehículos convencionales. [ cita requerida ] Esta regulación de la FRA se basa en los estándares AAR basados en un solo estudio en la década de 1950 en una línea de ferrocarril en Connecticut. [ cita requerida ] En Alemania, donde las cargas por eje son típicamente más bajas que las de EE. UU., los trenes basculantes pueden operar con un CD de 12 pulgadas (305 mm) en algunos casos [ cita requerida ] . Un CD por encima de 152 mm (6 pulg.) Puede considerarse demasiado incómodo para los pasajeros (por ejemplo, las cosas de las mesas pueden deslizarse), a excepción de los trenes inclinados.
La FRA emitió nueva información sobre la deficiencia de peralte en 2009 bajo FRA-2009-0036-0003. [2] Debido a las circunstancias descritas, las regulaciones federales sobre deficiencia de peralte fueron enmendadas de modo que cualquier vehículo ferroviario pueda operar con hasta 3 pulgadas de deficiencia de peralte y cualquier vehículo que se opere por encima de este número debe ser aprobado por la FRA para tales operaciones. La aprobación se rige por las condiciones descritas en CFR capítulo 49 sección 213.329 parte (d) [3] y se basa en la idea de que el automóvil no puede descargar la rueda interior en una curva por más del 60% de la carga estática.
Europa
Francia y Alemania permiten que los trenes de las líneas convencionales operen con una deficiencia de peralte de hasta 6 pulgadas (152 mm). El TGV tiene un límite de deficiencia de peralte de 4 pulgadas (102 mm). [4]
Referencias
- ^ Marqués, Brian. Deficiencia de peralte, velocidades de curvatura e inclinación (PDF) . Centro Nacional de Sistemas de Transporte Volpe del Departamento de Transporte de los Estados Unidos . Consultado el 29 de septiembre de 2015 .
- ^ "Regulations.gov" . www.regulations.gov .
- ^ "49 CFR 213.329 - Curvas, elevación y limitaciones de velocidad" . www.gpo.gov .
- ^ Klauser, Peter (octubre de 2005). "Operación en alta deficiencia de peralte" . Diario de interfaz . Consultado el 29 de junio de 2018 .