Cómo la profundidad del anclaje crea resistencia-a la extracción
Cuando pasa un tren, el riel intenta levantarse y la púa resiste ese levantamiento. La fuerza de resistencia, llamada resistencia de extracción-, proviene de la unión entre la punta y el material de la traviesa a lo largo de la longitud incrustada. En una traviesa de hormigón, la punta del tornillo se acopla a un manguito prefabricado o a una masa de anclaje, y la trayectoria de carga va desde la rosca a través de la masa hasta el hormigón. En una traviesa de madera, la carga se transporta por fricción y apoyo entre el vástago accionado y las fibras de madera. En ambos casos, la longitud incrustada es la variable de control: más profundidad significa más superficie unida, más enganche de hilo y mayor resistencia-a la extracción, hasta el límite en el que la propia traviesa comienza a fallar. Es por eso que la profundidad de anclaje es una dimensión especificada en la documentación del sistema de fijación, no un detalle de instalación que se deja en manos del grupo.
Rangos de profundidad típicos y resistencia a la extracción-conseguida
| tipo de cama | Profundidad de anclaje típica | Resistencia típica-a la extracción |
|---|---|---|
| traviesa de hormigón | 100 a 120 milímetros | 60 a 80 kN |
| traviesa de madera | 80 a 100 milímetros | 40 a 60 kN |
Estos son valores típicos para el servicio ferroviario ordinario con puntas de tornillo y puntas de perro estándar. Las líneas de transporte de alta-velocidad y peso-especifican un anclaje más profundo, de hasta 130 a 150 mm en concreto, y requieren una resistencia de extracción mayor-de 80 kN y más. Los números provienen de pruebas de extracción en campo-y criterios de aceptación en la especificación del sistema de sujeción; un comprador debe solicitar al proveedor el informe de prueba-de extracción que coincida con el tipo de traviesa y el diámetro de púa del proyecto.
¿Qué sucede cuando la profundidad es demasiado poca?
El anclaje superficial acorta la longitud unida y el efecto no es lineal. Las pruebas de campo muestran que reducir la profundidad de 100 mm a 80 mm en una traviesa de concreto puede reducir la resistencia a la extracción entre un 30 y un 40 por ciento, porque el extremo poco profundo de la rosca incrustada soporta una parte desproporcionada de la carga y se libera primero. Las consecuencias en la vía son fáciles de leer: la púa se suelta, el riel pierde agarre y el ancho comienza a abrirse; cada paso del tren bombea la púa contra la traviesa, agrandando el agujero, y el agujero ampliado reduce aún más la resistencia a la extracción. El resultado es un círculo vicioso que termina con un conjunto de sujeción flojo y una traviesa que debe ser reemplazada, no reparada. La desviación del ancho de vía en una curva es el síntoma clásico de picos poco profundos o sueltos, y es un defecto-relevante para la seguridad en cualquier línea operativa.
¿Qué sucede cuando la profundidad es demasiado profunda?
Conducir demasiado tiene su propio modo de falla. En una traviesa de hormigón, un anclaje de más de 140 mm de profundidad puede acercarse o atravesar la parte inferior de la traviesa, cortando la sección estructural y creando una grieta que se expande bajo carga. La traviesa pierde entonces su capacidad de carga de diseño aunque la punta esté bien sujeta. Un clavado demasiado profundo también aumenta considerablemente la fuerza de instalación, lo que puede doblar o dañar la púa, y desperdiciar material y tiempo de trabajo. En el caso de las traviesas de madera, el límite llega antes, porque la madera no puede aguantar un agujero excesivamente profundo sin partirse; el rango de profundidad segura suele ser de 80 a 100 mm, y el espesor y las especies de las traviesas establecen el máximo práctico. La regla de diseño utilizada en la práctica es mantener la punta de la punta alejada del fondo de la traviesa por un margen definido; por lo general, la profundidad de la punta no debe exceder aproximadamente el 70 por ciento del espesor de la traviesa.
Métodos de anclaje y su sensibilidad a la profundidad
El método de anclaje cambia la sensibilidad de la resistencia-a la profundidad. El anclaje de mortero de azufre, en el que la punta se coloca en un orificio pre-taladrado lleno de compuesto de azufre fundido, se usa ampliamente para traviesas de concreto en China. Es económico y cura rápidamente, pero la distribución de resistencia del compuesto de azufre es sensible a la profundidad, por lo que la desviación de la profundidad debe controlarse dentro de más o menos 5 mm. El anclaje de resina utiliza un adhesivo de dos-componentes con un comportamiento de unión más uniforme; con una desviación de profundidad de más o menos 10 mm, la resistencia a la extracción cambia en menos del 5 por ciento, lo que hace que el anclaje de resina sea más tolerante en el sitio. El tercer método es el atornillado directo en un inserto prefabricado de plástico o acero, y su profundidad está fijada por el diseño del inserto, por lo que el control de calidad pasa a la posición del inserto y la longitud de la punta. La selección entre los métodos depende del tipo de traviesa, categoría de línea, tiempo de curado disponible y clima, y la especificación de profundidad de anclaje debe leerse junto con el método de anclaje.
Control de calidad del sitio para la profundidad de anclaje
El control de profundidad comienza antes de la instalación: los orificios para los clavos de las traviesas se verifican con una herramienta de medición y las traviesas con orificios no calificados se reparan o rechazan. Durante la instalación, las herramientas de profundidad-limitada mantienen constante la profundidad de inserción, y marcar una línea de profundidad en la punta le brinda al operador una verificación visible. Después de la instalación, se toma una muestra de la profundidad real con un medidor de profundidad: la regla común es al menos cinco puntos de medición por kilómetro, y se requiere una tasa de aprobación del 100 por ciento antes de que se acepte la línea. Cuando se utiliza anclaje de azufre, el límite de desviación de profundidad es de más o menos 5 mm; cuando la profundidad registrada se desvía más allá del límite, la púa se tira y se vuelve a anclar en lugar de ajustarse. Mantener estos registros es parte de la documentación de entrega, y un comprador que recibe picos para un proyecto debe especificar el requisito de profundidad, la regla de muestreo y el límite de aceptación en el acuerdo técnico.
¿Cuál es la profundidad ideal de las púas en una traviesa de hormigón?
Para servicio ordinario, de 100 a 120 mm, lo que da una resistencia de extracción-de 60 a 80 kN. Las líneas de transporte pesado-de alta-velocidad-especifican de 130 a 150 mm con una resistencia-de extracción de 80 kN y más, adaptadas al diseño de traviesas.
¿Por qué una reducción de profundidad de 20 mm reduce-la resistencia al desprendimiento tan bruscamente?
La resistencia-a la extracción crece de forma no lineal con la longitud incrustada porque la tensión se concentra cerca de la superficie de la traviesa. Cuando se acorta la profundidad, el hilo restante se suelta más rápido, por lo que la resistencia cae entre un 30 y un 40 por ciento para un cambio de 100 a 80 mm.
Anclaje de azufre o resina, ¿cuál debo utilizar?
El mortero de azufre es económico y de curado rápido-pero sensible a la profundidad-, con una tolerancia de más o menos 5 mm. El anclaje de resina cuesta más pero tolera una desviación de más o menos 10 mm con poco efecto sobre la resistencia, lo que se adapta a sitios donde la precisión de la perforación es más difícil de mantener.
¿Se puede clavar una púa demasiado profunda?
Sí. En traviesas de hormigón, más de aproximadamente 140 mm corren el riesgo de romper el fondo de la traviesa y agrietarla; en traviesas de madera, una introducción excesiva-profunda divide la madera. La profundidad debe permanecer dentro del rango especificado para el tipo de traviesa.
¿Cómo se verifica la profundidad de anclaje en obra?
Con un medidor de profundidad en los picos muestreados, al menos cinco puntos por kilómetro y una tasa de aprobación requerida del 100 por ciento. Profundidad-las herramientas de instalación limitadas y una línea de profundidad marcada en la punta ayudan al operador a mantener la profundidad en el objetivo desde el principio.
¿Qué resistencia-a la extracción debo esperar de una estaca de madera?
Normalmente, de 40 a 60 kN para una punta de perro o una punta de tornillo clavada de 80 a 100 mm en madera sana. El valor real depende de la especie de madera, el contenido de humedad y la preparación del orificio, por lo que debe confirmarse mediante pruebas de extracción-en las traviesas del proyecto.