Balasto artificial para infraestructuras ferroviarias.La invención consiste en partículas artificiales diseñadas para su utilización como balasto en infraestructuras ferroviarias en sustitución de las partículas de roca natural machacada que lo componen actualmente.

Las partículas que forman el balasto artificial son elementos sintéticos con un elevado grado de control en dos características fundamentales: geometría (forma y dimensión) y composición material. Se han determinado diversas formas (poliédricas, troncocónicas, elipsoidales, esféricas), diferentes dimensiones y diferentes materiales, que se combinan para conformar un material granular sintético cuyas propiedades controladas, prestaciones y comportamiento perfeccionan los del balasto de origen natural.El balasto artificial permite, respecto del balasto natural, mejorar el comportamiento mecánico e incrementar la vida útil del lecho de balasto, así como reducir los costes de mantenimiento de vía y reducir el impacto medioambiental generado por la explotación de canteras de roca natural

Balasto artificial para infraestructuras ferroviarias.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de elementos modulares artificiales cuya geometría y composición material se diseñan con el fin de producir un balasto ferroviario de características controladas y prestaciones mejoradas respecto del balasto de origen natural usado en la actualidad.

Antecedentes de la invención

La vía con balasto es una tipología de infraestructura ferroviaria avalada por la práctica y con aplicación continuada y reciente en líneas ferroviarias con las máximas exigencias, como las de alta velocidad.

Las ventajas de la solución de vía con balasto son múltiples, destacando la economía de construcción y la adaptabilidad de esta tipología para corregir los defectos geométricos de vía que aparecen a lo largo de su vida útil. Además la flexibilidad de la capa de balasto y su capacidad de amortiguamiento hacen que el balasto sea la tipología más adecuada para la reducción del ruido y de las vibraciones producidos por el tráfico ferroviario.

Sin embargo la solución de vía con balasto cuenta con desventajas que puede resumirse en la necesidad de operaciones de mantenimiento de la geometría de la vía relativamente frecuentes, en una vida útil de este material relativamente corta (entre 15 y 30 años, en función de los tráficos), y problemas asociados al vuelo de balasto en el caso de circulaciones de alta velocidad.

Buena parte de las desventajas del balasto natural derivan del desconocimiento de su comportamiento, puesto que al tratarse de un material proveniente del machaqueo de rocas naturales de tipo metamórfico, ni la geometría, ni las características del material pueden definirse con precisión, si no es dentro de unos intervalos, dentro de los cuales, éstas tienen un carácter aleatorio.

Por otro lado, la utilización de este material representa un coste y un impacto medioambiental crecientes, por la necesidad de encontrar canteras de roca que proporcionen un balasto natural que cumpla las exigencias cada vez más severas de la normativa en vigor.

Las mejoras introducidas paulatinamente en los elementos que componen una infraestructura ferroviaria han llegado de forma descendente. En el caso de los carriles, con la mejora de las aleaciones y del tratamiento del acero, en el caso de los dispositivos que fijan el carril a la traviesa, con la mejora del diseño y de los materiales metálicos y poliméricos, en el caso de las traviesas, con la sustitución de las tradicionales traviesas de madera por traviesas primero de hormigón armado y actualmente de hormigón pretensado.

Dentro de las tendencias de mejora de la infraestructura ferroviaria se plantea actualmente la sustitución de la vía con balasto por la solución llamada de vía en placa, en general de hormigón armado o pretensado.

La solución de vía en placa supone pasar de un material natural a otro diseñado (losa de hormigón) y renunciar por tanto a las ventajas del balasto, planteándose importantes interrogantes técnicos (exigencia de un soporte de la losa perfectamente ejecutado y estable a muy largo plazo, dificultad de mantenimiento correctivo de vía o de reparación, exigencia de sujeciones de carril más caras, complejas y difíciles de mantener, pérdida de flexibilidad de la vía, aumento del ruido y de las vibraciones).

El balasto artificial representa por tanto una solución alternativa, y hasta cierto punto intermedia, entre la vía con balasto natural y la vía en placa, incorporando las cualidades del balasto (medio granular) y las de la vía en placa (diseño y materiales controlados). Esta dinámica de mejora lleva a considerar el balasto desde el punto de vista del diseño de las partículas (geometría) y desde el punto de vista del diseño de materiales (composición), obteniendo un material controlado en su naturaleza y en su producción.

La utilización de módulos artificiales de geometrías específicas es bien conocida especialmente en obras generales de protección marítima y fluvial, así como para defensas militares y encarrilamiento del tráfico. Sirvan como ejemplo los descritos en las Patentes ES 2 224 874 y WO 95/32338, o los módulos de hormigón de tipo Tetrapode, Accropode y Core-Loc.

Por otro lado, existen numerosos antecedentes en la producción de áridos de diseño con fines concretos (por ejemplo, ARLITA® para rellenos ligeros o para la producción de morteros aligerados) y para sustituir materiales naturales por artificiales en estructuras, cerramientos o revestimientos en edificación.

Asimismo existen métodos de reforzamiento y consolidación de un balasto natural por adición de módulos poliméricos con características elásticas (Patente FR 2202978 A1 - Shimizu) o por inyección de espuma de poliuretano (Patente US 20070172590 - Hoffmann). Estos perfeccionamientos, si bien aumentan la eficiencia del balasto natural, resuelven esencialmente una pequeña parte de los problemas planteados, que el balasto artificial pretende solucionar en su conjunto.

Descripción de la invención

El balasto artificial se compone de una pluralidad de partículas sintéticas de geometría (forma y dimensión) y composición material seleccionadas, fabricadas mediante un proceso industrial.

Los requisitos normativos de suministro de balasto natural ferroviario (principalmente, y en el ámbito nacional, la "ORDEN FOM/1269/2006, de 17 de abril, Capítulo 6.-Balasto, del Pliego de prescripciones técnicas generales de materiales ferroviarios") representan los criterios básicos de partida que permiten determinar la geometría y composición material adecuadas del balasto artificial.

En cuanto a la geometría, por un lado, la forma de las partículas del balasto artificial puede ser poliédrica, troncocónica, elipsoidal o esférica, o una mezcla de éstas, con indentaciones orientadas a incrementar las fuerzas de rozamiento entre partículas. Por otro lado, las partículas tienen diferentes dimensiones (entendiendo por dimensión el radio de la esfera en que quedaría inscrita una partícula) razonablemente coherente con el huso granulométrico definido en la mencionada ORDEN FOM/1269/2006.

En cuanto al material constitutivo de los elementos del balasto artificial, consiste en hormigón o mortero elaborado con árido de pequeño tamaño y con un material ligante de tipo hidráulico (cementos de elevadas prestaciones) o mezcla de ligante hidráulico con ligante bituminoso, con adición opcional de cenizas volantes y/o fibras sintéticas.

Las posibles combinaciones de geometrías y materiales responderán a la aplicación ferroviaria concreta (diferentes tipos de líneas ferroviarias) o a características específicas deseadas o del grado de mejora deseado en cuanto a sus prestaciones.

El balasto artificial permitirá reducir los costes de mantenimiento de la geometría de la vía dada su mayor estabilidad, así como optimizar el rendimiento de la maquinaria actualmente desarrollada para el extendido, estabilización y bateo del balasto natural, maquinaria que sería utilizable con escasas adaptaciones o mejoras.

Otra importante ventaja del balasto artificial es la de constituir una mejora que se puede introducir en líneas ya construidas sin reducción significativa del tráfico ferroviario, mediante su introducción paulatina y con absoluta flexibilidad en la red ferroviaria en servicio.

Además la puesta en producción a escala industrial del balasto artificial conllevará las ventajas siguientes:

- el aumento de su vida útil respecto del balasto natural, que podrá compensar su mayor coste;

- el precio de producción será un coste relativamente estable como lo es, actualmente, el coste de elementos prefabricados en obra civil;

- la implantación de unidades de producción en puntos estratégicos (vinculados a la red de transporte ferroviaria) o de centrales de producción de menor tamaño a pie de obra, serán factores de eficiencia económica por reducción de los costes de transporte;

- al tratarse de un prefabricado, el coste se ajustará por la natural competencia actualmente alterada en el caso del balasto artificial por el número limitado de canteras;

- al tratarse de un producto diseñado, su producción se podrá adaptar a los requerimientos de la infraestructura (línea convencional, de alta velocidad, cercanías) o a requerimientos específicos de reducción de ruido y principalmente vibraciones... [Seguir leyendo]

1. Balasto artificial para infraestructuras ferroviarias, constituido por una pluralidad de partículas sintetizadas, caracterizadas por su forma elipsoidal, esférica, troncocónica o poliédrica, o por una mezcla de éstas, con indentaciones para aumentar el rozamiento entre partículas; por sus dimensiones en proporciones determinadas por un huso granulométrico que limita las dimensiones de las partículas entre 25 mm y 100 mm; por su material constitutivo compuesto de hormigón o mortero con árido de pequeño tamaño y ligante hidráulico (cemento de elevadas prestaciones) o compuesto de hormigón o mortero con árido de pequeño tamaño y ligante mezcla de cemento de elevadas prestaciones y producto bituminoso o consistente en una mezcla de ambos compuestos, realizándose dichas partículas mediante un proceso industrial de prefabricación.

2. Balasto artificial para infraestructuras ferroviarias, de acuerdo con la reivindicación 1ª, caracterizado porque el material constitutivo de las partículas que componen el balasto incluye adición de cenizas volantes y/o de fibras sintéticas.