Dilatacion En Vias Ferreas Y Puentes

DILATACION EN VIAS FERREAS Y PUENTES I.- OBJETIVOS  Explicar el porqué del ensanchamiento de los metales.  Entender que es la dilatación lineal aplicada en la construcción.  Determinar la dilatación lineal en vías férreas y puentes de armadura. II. INTRODUCCION ¿Dónde aplicamos la dilatación? Pues en muchos casos, cuando empleamos materiales que tienen la propiedad de dilatarse y justamente empleamos estos materiales en nuestras construcciones, es conveniente saber cuánto se va a dilatar o contraer, por ejemplo: En los rieles de los trenes, se colocan "juntas de dilatación" cada cierta longitud, como al estar expuestos al sol se calienta y se expande y al no tener a donde dilatarse pues se doblaría terriblemente con esto la línea del tren se echa a perder por que no conserva la dimensión ni forma por donde podría pasar el tren. Entonces para que no ocurra esto se calcula cuanto se va a expandir por ejemplo 10m de riel, si se expande 2cm, entonces hacemos el riel en tramos de 10m separados 2cm uno de otro para que cuando se expanda tenga espacio de alargarse sin que se deforme. También se hace esto en construcciones de concreto, porque el concreto también se expande, observa que hay "juntas" cada cierto tramo por ejemplo en muros continuos, se les pone tecnoport entre cada tramo de muros. Para el caso de tuberías expuestas también se hace el cálculo de la dilatación para construirlas solo que aquí es más difícil hacer una junta y mantener hermético para que no se escape liquido o gas, para esto los fabricantes de las tuberías han creado juntas especiales que es como una caja cerrada que permite que dentro de ella la tubería que llega y la que sale pueda dilatarse sin que se escape fluido. En puentes metálicos por ejemplo, como todo el puente se expande se coloca fijo en un extremo, pero en el otro se le apoya en una especie de rodillo, cuando se dilata el puente se dilata del extremo fijo hacia el extremo donde está el rodillo. Lo que hace el rodillo es permitir moverse a este extremo del puente tanto cuando se expande como cuando se contrae.

III. MARCO TEORICO Dilatación Térmica De una forma general, cuando aumentamos la temperatura de un cuerpo (sólido o líquido), aumentamos la agitación de las partículas que forman ese cuerpo. Esto causa un alejamiento entre las partículas, resultando en un aumento en las dimensiones del cuerpo (dilatación térmica). Por otra parte, una disminución en la temperatura de un cuerpo, acarrea una reducción en sus dimensiones (construcción térmica)

En la construcción civil, por ejemplo, para prevenir posibles trincas y rupturas por causa de dilatación térmica de los materiales, se utilizan “folgas” llamadas como juntas de dilatación. Tipos   

de Dilatación Dilatación Lineal Dilatación Superficial Dilatación Volumétrica

Dilatación Lineal Más allá que la dilatación de un sólido suceda en todas las dimensiones, puede predominar la dilatación de apenas una de sus dimensiones sobre

las demás. O aún, podemos estar interesados en una única dimensión del sólido. En este caso, tenemos la dilatación lineal (DL) Dilatación Superficial La dilatación superficial corresponde a la variación del área de una placa, cuando sometida a una variación de temperatura. Las figuras a continuación, representan una placa rectangular a temperatura T o a temperatura T >To.

Dilatación Volumétrica En este tipo de dilatación, vamos a considerar la variación del volumen, esto es, la dilatación en las tres dimensiones del sólido (longitud ancho y altura). Veamos el ejemplo del cuadro debajo:

Relación entre Coeficientes

IV. ELEMENTOS DE LA INFRAESTRUCTURA 

Aparato de vía

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Balasto

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Catenaria (ferrocarril)

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Circuito de vía

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Desvíos (agujas, cruzamientos)

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Estación ferroviaria

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Carril

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Señalización de vías férreas

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Subestructura ferroviaria

V. APLICACIONES La dilatación térmica puede aprovecharse. El aluminio, por ejemplo, se dilata dos veces más que el hierro. Si soldamos en una barra dos tiras paralelas de estos metales y la calentamos, la mayor dilatación del aluminio hará que la barra se doble hacia un lado; y si la enfriamos ocurrirá exactamente al contrario. Habremos fabricado así un termómetro que puede señalarnos las temperaturas y, en ciertos casos, un termostato, como muestra la ilustración. La dilatación tiene aplicaciones industriales. El cilindro debe ajustar perfectamente en su camisa. Para colocarlo se lo enfría en oxígeno líquido; se lo coloca mientras está contraído, y al dilatarse y recuperar la temperatura ambiente queda firmemente sujeto en su lugar.

Existen así muchos disyuntores, que cortan la corriente eléctrica, o aparatos que desencadenan algún otro proceso, cuando la temperatura llega a un punto crítico. DILATACIÓN DE VÍAS FERREAS Una de las consecuencias del aumento de volumen con el incremento de la temperatura es que existe una disminución de la densidad del sólido, y que su masa debe permanecer constante. La expansión o dilatación en un factor de vital importancia para brindar seguridad a ciertas construcciones. Ejemplo:

Esta junta de dilatación se debe a que al estar expuestos a las condiciones climáticas más diversas y extremas, el aumento de temperatura provoca la dilatación de los materiales, cuando se deja un espacio se evita que se presente un colapso que puedan provocar un accidente. REQUISITOS PARA LA MARCHA DE UN TREN Y EL TIEMPO DE VIAJE Este cálculo se realiza con los valores promedios del intervalo de velocidades (5 o 10 Kph).

Lo primero que debemos hacer, es establecer las reglas que se utilizarán en el cálculo: 1. - Dividir el espacio a recorrer en tramos correspondientes al perfil transformado. 2. - Aumentar paulatinamente la velocidad según el intervalo que seleccionemos. 3. - Si al calcular la distancia entre dos puntos se obtiene un valor mayor que el real, se recalcula la velocidad final del tramo, realizando el cálculo a la inversa, es decir teniendo como espacio el que falta para llegar al final del tramo dado como dato. 4. - Al comenzar el siguiente tramo, la velocidad inicial será la velocidad final del tramo anterior. 5. - Si la velocidad final se alcanza antes de llegar al límite del tramo que se calcula, se continua con esta velocidad hasta llegar al límite. 6. - Cuando la resultante es negativa, esto significa que no podemos utilizar en el tramo analizado la velocidad final del intervalo, sino que debemos reducir la velocidad. Esto se realiza por dos métodos: a. - en casos de rampas, reducimos la velocidad hasta que la resultante sea igual a 0 y la mantenemos hasta el final del tramo b. - en caso de pendientes, pasamos a régimen de frenado, y seguimos con el régimen de regulador cerrado, disminuyendo la velocidad. 7. - Si en una pendiente la velocidad que se alcanza es mayor que la autorizada, frenamos o vamos a régimen de regulador cerrado hasta alcanzar la velocidad autorizada, posteriormente analizamos su comportamiento hasta el final del tramo analizado. 8. - Si la velocidad es uniforme el tiempo será igual al cálculo del espacio entre la velocidad. REPARACION DE UNA VIA FERREA Reparación media. Son cambios de elementos en la superestructura de la vía, en una cantidad tal que no llega a ser una reparación capital. Se toma en cuenta la cantidad de traviesas, carriles y balasto en mal estado y se cambia un por ciento de ellos.

APARATO DE DILATACION DE VIAS FERREAS. Los aparatos de dilatación de vía garantizan el mantenimiento del ancho del tendido férreo frente a cambios de temperatura al permitir movimientos de dilatación y contracción producidos por efectos térmicos. Los aparatos de dilatación de vía están formados por un mecanismo compuesto por dos barras de acero que se deslizan una sobre otra en un lugar en el que se han practicado unas secciones en diagonal en los raíles. Su objetivo es compensar las posibles dilataciones que se producen en los carriles ante cambios considerables de temperatura. Los carriles carecen de juntas, están soldados entre sí a una temperatura de neutralización (la temperatura media de la zona) y sometidos a estiramientos para que sean capaces de absorber las variaciones térmicas en su propia tensión interna y no las trasladen a posibles dilataciones. Los aparatos de dilatación se usan por ejemplo en los extremos de puentes o viaductos cuya longitud varía en función de influencias exteriores (carga del tráfico, temperatura, viento). A veces, las tensiones ejercidas implican también torsiones en la zona situada entre la parte móvil del puente o viaducto y su estructura portadora. El papel de los aparatos de dilatación es absorber estas variaciones de longitud y hacer frente, cuando proceda, a las torsiones.

DILATACION DE PUENTES La mayoría de los sólidos se dilatan cuando se calientan, e inversamente se encogen al enfriarse. Esta dilatación o contracción es pequeña, pero sus consecuencias son importantes. Un puente de metal de 50 m. de largo que pase de 0° a 50 podrá aumentar unos 12 cm. de longitud; si sus extremos son fijos se engendrarán tensiones sumamente peligrosas. Por eso se suele montarlos sobre rodillos como muestra la ilustración.

LAS JUNTAS DE DILATACIÓN PARA PUENTES Y CONSTRUCCIÓN Las juntas de dilatación para puentes son fabricadas con mezclas de EPDM peróxido curado de caucho de Etileno y Propileno de alta calidad, combinado con materias primas que le confieren una gran elasticidad además de resistencia al envejecimiento por agentes atmosféricos. La principal función de las juntas de dilatación es permitir y controlar los movimientos entre dos partes de una estructura, ya sea por variaciones de temperatura así como de humedad o movimientos externos como el tráfico vehicular. Las juntas de construcción son perfiles de caucho que producen un sello hermético en estructuras sometidas a fuertes movimientos longitudinales, transversales o de rotación.

Las juntas también son utilizadas en las superficies planas de las estructuras, pisos, muros, columnas y uniones de cielos rasos para absorber los movimientos en las estructuras además a mantener una presión sellante en todo momento. Más abajo se muestra una tabla de dilatación de algunas sustancias. Conocido el coeficiente de dilatación es necesario multiplicarlo por el número de centímetros y por el número de grados, para saber cuál será la extensión total del sólido en las condiciones que deberá soportar. En otras palabras, si el sólido tiene 1,50 m. y la variación de temperatura es de 30° habrá que multiplicar ese coeficiente tan pequeño por 150 y por 30 a fin de conocer su dilatación total en centímetros. Coeficientes de dilatación lineal (por coda grado de temperatura y centímetro de longitud) Roble, a lo ancho de fibra 0,000054 Caucho duro 0,000080

DILATACIÓN EN DIFERENTES CAMPOS Y MATERIALES

 En las carreteras de hormigón o en los embaldosados de gran tamaño se ven, a intervalos regulares líneas de material asfáltico destinadas a absorber las dilataciones producidas por el calor; de otro modo la construcción saltaría en pedazos en los días de mucho sol.  El vidrio común es un mal conductor del calor y se dilata apreciablemente; si echamos agua hirviendo en un vaso grueso, la parte interior se calienta y expande, mientras la parte exterior queda fría y encogida, de modo que el recipiente se rompe. Si previamente, colocamos una cucharilla capaz de absorber el calor, neutralizaremos en parte la brusquedad del ataque y, posiblemente, salvaremos el vaso.

 El vidrio pírex se usa para cambios bruscos de temperatura, simplemente porque su coeficiente (le dilatación es muy bajo y se libra así del peligro de ruptura.  Los líquidos se dilatan más que los sólidos: el mercurio sube en el termómetro porque se dilata más que el recipiente de vidrio que lo contiene. • Los gases, cuyas moléculas son más libres, tienden a dilatarse más que los líquidos.  Cuando se necesita unir vidrio con metal, como en los tubos de vacío, se usa el kovar que, además de hierro, contiene 29 % de níquel y 17 % de cobalto y su dilatación es idéntica a la del vidrio.  El período de oscilación de un péndulo varía con su longitud; entonces se procura que ésta sea invariable utilizando materiales cuyas respectivas dilataciones se contrapesan. En la ilustración el equilibrio se obtiene así: el cinc, que proporcionalmente se expande más, es más corto que la barra de modero, menos variable. En definitivo, las dos dilataciones opuestas se anulan y la oscilación del péndulo es uniforme, o pesar de los cambios de temperatura a que puede estar expuesto.

VI. CALCULOS DE EJERCICIOS