Otros mundos ferroviarios: Japón (IV)

Este post es el ultimo  de la serie sobre el ferrocarril japonés, centrado en la vía en placa y las características constructivas de la plataforma y la infraestructura. Tanto en el momento inicial como su evolución en el tiempo.

 Como en todos los post de la serie la mayor parte de las citas son del trabajo ganador del premio COMSA 2009 sobre el ferrocarril japonés, un fantástico trabajo de Ramiro Pigem Cameselle, dirigido por Andrés López Pita.

 Los  parámetros de vía utilizados, al no haber experiencia previa en funcionamiento a esas velocidades, han cambiado con el tiempo. “La evolución de la inspección y del mantenimiento en la red Shinkansen ha estado siempre muy ligada a los aumentos de velocidad que se han dado en su historia. Es por ello que, como en otros casos, no ha sido hasta después de la privatización de JNR que no se han dado cambios significativos. Las compañías JR, al incrementar las velocidades de servicio, incrementaban también las exigencias sobre la calidad de la vía y sobre la precisión y calidad de los equipos de medida, hubo que variar los límites relacionados con los defectos de la vía, siendo más estrictos que los originales para mantener un mismo de nivel de confort en el interior de los coches.” El efecto percibido sobre el confort de la calidad de via depende del cuadrado de la velocidad con lo que defectos que apenas afectan a bajas velocidades se vuelven importantes a altas velocidades.

 

 

“Vemos, por lo tanto, que la línea Tokaido sirvió de ejemplo para la construcción de las líneas siguientes. A partir de su trazado se determinaron los parámetros que podían mejorarse para conseguir mayores velocidades. Este hecho no se dio solo en Japón, sino, como acabamos de ver, otros países como Alemania o Francia se inspiraron en las experiencias japonesas para ajustar los parámetros de trazado a las exigencias de circulación. En la red Shinkansen, desde la Sanyo Line podríamos afirmar que se han mantenido los mismos estándares hasta la actualidad. No se observa una tendencia precisa en cuanto a radios mínimos. Alemania comenzó apostando por radios generosos (7.000 m en la línea Hannover-Würzburg), pero los rebajó en su siguiente línea. Francia, empero, lo aumentó considerablemente, ya que se aumentó la velocidad de diseño en 50 km/h. Lo que es evidente es que la Tokaido Line es la línea de alta velocidad con radios mínimos más bajos. En lo que se refiere a las pendientes máximas, los valores dependerán de la topografía de la zona, si es posible salvar los desniveles con túneles o viaductos o hay que adaptarse más al terreno existente. En el caso de Alemania pasamos de valores muy bajos entre Hannover y Würzburg (1,25%) a valores de 4% en la línea Köln-Rhein/Main. En todos los casos, como en el japonés, los valores se mantienen por debajo de un límite superior del 4%. Como ya hemos visto antes, se podría decir que la línea Tokaido tiene un peralte máximo excesivo. En Japón y en los demás países se optó por rebajarlo en obras futuras.” Para ponerlo en contexto los valores máximos habituales en la red convencional son del 2% con las medias en el entorno del 1-1,5%. Los principales perjudicados del uso de pendientes muy fuertes son los trenes mas pesados, los mercancías, que son los que además crean mayor desgaste sobre la vía, por lo que esas pendientes no permiten el uso de trenes my pesados y desde luego no a velocidades elevadas. Los radios de giro, una vez superados unos valores mínimos, influyen principalmente en el confort, para reducir la aceleración lateral no compensada y reducir ese bamboleo de las curvas, es por eso que varían tanto, siendo además la sensación percibida por el viajero (que es la realmente importante) dependiente de la suspensión del tren y de sus parámetros elásticos, además del radio de la curva. A la hora de evaluar el uso de radios de curva mas duros, hay que tener en cuenta que el coste al aumentar el radio aumenta mucho, al tener que hacer muchos mas túneles y obras de fabrica sin que la reducción de los tiempos de viaje sea importante.

 

 

“Otro gran aspecto que caracteriza la construcción de las líneas Shinkansen es la aparición de la vía en placa. Actualmente las nuevas líneas ya se construyen exclusivamente con este método, descartando la vía con balasto. Planteémonos pues cómo y porqué se ha llegado a esta situación, teniendo en cuenta que la primera línea japonesa fue construida íntegramente sobre balasto. La puesta en servicio de la línea Tokaido de alta velocidad a 210 km/h en 1964 puso de manifiesto que su superestructura de vía sobre balasto no podía garantizar el mantenimiento de su calidad geométrica con la tecnología de conservación aplicada entonces. Si a esto le añadimos que la escasez de medios de JNR en esos años no permitió hacer los tratamientos de terreno necesarios ni utilizar materiales de excelente calidad para los rellenos de sus 230 km de terraplén, no es de extrañar que en 1976, 12 años después de la inauguración, todo el balasto de la línea tuviera que ser cambiado y renovado. Esta operación se prolongó durante 5 años y obligó a reducir el número de circulaciones al día de 230 a 180. Esto suponía un paso atrás, ya que, como hemos visto, en esta primera década la intensidad de tráfico había experimentado un incremento espectacular por la gran demanda de servicio. Para las demás líneas cabía la posibilidad de desarrollar una vía sobre balasto mejorada y una maquinaria para su mantenimiento mecanizado de altas prestaciones. Para las nuevas líneas se optó por instalar un sistema rígido alternativo, la vía en placa, que sobre la base de sustituir el balasto, ofrecieran al menos el mismo comportamiento dinámico y una necesidad muy inferior de mantenimiento.” las técnicas de mantenimiento y conformado de la capa de balasto tuvieron que evolucionar y ahora mismo, la diferencia entre una línea convencional y una de alta velocidad no esta en los métodos utilizados sino en la frecuencia de las revisiones y  en los parámetros utilizados (mas estrictos). Nada como un buen cambio para revolucionar un sector en profundidad. La vía en placa consiste en la sustitución de la capa “elástica” de balasto que absorbe las deformaciones de vía y del terreno por una capa de hormigón en la que encaja el carril. Aunque hay muchas formas de hacerlo todas unen muy rígidamente el carril a una capa de hormigón, transfiriendo las funciones elásticas a elementos adicionales.

 

La principal desventaja de la vía en placa es que es mas cara que en balasto “Si en el Sanyo Shinkansen se hablaba globalmente de un coste del 160% del de balasto, actualmente en las líneas Hokuriku o Kyushu el valor ha disminuido hasta el 130%. Además hay que destacar que en estas líneas el porcentaje de túneles y viaductos es muy elevado, por lo que los avances son aun más significativos. De hecho en las secciones de terraplén se habla solamente de un 24% más de coste y en los desmontes del 18%. Los costes de mantenimiento de la vía en placa son del orden de la cuarta parte de la vía en balasto. En el Sanyo Shinkansen, la proporción de vía en balasto es la misma que de vía en placa, 281 km en ambos casos.”

 Sin título

 

 

“Los menores requisitos de conservación se deben básicamente a la permanencia de las características geométricas de la vía en el tiempo. Además aporta otras ventajas respecto a la vía sobre balasto, como puede ser una mejor absorción de los esfuerzos sobre el carril. La utilización de balasto exige mayores secciones en los túneles para conseguir un gálibo mínimo. Esto se debe a que el espesor de balasto eleva las vías respecto a la cota del suelo (entre 30-60 cm según el tipo de vía). La vía en placa puede reducir la sección necesaria en casi 10 m2, ya que las placas son de apenas 20 cm de espesor. Un problema que apareció por primera vez en el mundo ferroviario fueron las proyecciones de balasto al circular trenes a velocidades muy superiores a las que hasta ese momento se estaba acostumbrado. Carriles dañados, bogies y rodales golpeados y dañados son algunas de las consecuencias de circular a elevadas velocidades sobre vías de balasto.

Otro problema que surgió en los viaductos y puentes de la línea Tokaido fue una rápida trituración de la capa de balasto situada en las proximidades del tablero. La elevada rigidez del tablero y la escasa reducción de presiones en profundidad provocaban la abrasión del balasto durante la explotación comercial de la línea. Como solución se colocaron esteras procedentes de neumáticos de automóviles sobre el tablero del puente. Se lograba aumentar la flexibilidad vertical de la vía, y así reducir la trituración del balasto. Este hecho, empero, también se tradujo en una motivación extra para los ingenieros japoneses para buscar una solución diferente que no tuviera que enfrentarse a este tipo de problemas.

Los abundantes terraplenes en la línea Tokaido, además de no permitir la vía en placa, contaban con el inconveniente añadido de ocupar un gran espacio en el territorio. Además hay que mencionar la gran sensibilidad de estas estructuras ante terremotos.  Japón es uno de los países en el mundo más propenso a movimientos sísmicos, por lo que sus infraestructuras han de estar especialmente diseñadas para soportar esfuerzos dinámicos” La rigidez de la vía en placa es alta y casi independiente del tipo de infraestructura sobre la que esté colocada así que evitaba todos esos problemas, eso si, a coste de requerir una construcción con parámetros mas estrictos y no poder modificarlos una vez terminada. La vía en placa no es amiga de las prisas en la construcción.

 

 

“Es significativo ver cómo la vía en placa mantiene mejor sus propiedades geométrica esta es una gran ventaja de las placas de hormigón. Sin embargo hay que notar aquí una de las principales diferencias entre ambos sistemas en cuanto a su instalación. Si la vía sobre balasto no queda en su posición correcta o bien, cuando por efecto de las cargas y empujes laterales del tráfico se ha asentado o desplazado, puede ser objeto de un rectificado en planta y alzado. Sin embargo, la vía en placa no se puede posicionar inicialmente de forma aproximada, para después proceder a un afinado con ayuda de maquinaria adecuada. La vía en placa debe tenderse con precisión milimétrica. Este hecho exige un alto grado de exactitud, no sólo en la técnica de tendido, sino también en la de replanteo. Solo así será posible una permanencia tan buena de sus características geométricas.” No solo la construcción de la vía en placa ha de ser estricta sino que también todos los demás elementos, si tras montar la vía en placa se producen asentamientos en la plataforma, no es posible corregirlos sin romper la vía en placa. La necesidad de esa calidad impide utilizar terraplenes clásicos y a tener un control muy estricto del asentamiento de la infraestructura con el tiempo. 

 

 

“Como resumen podemos concluir que las situaciones que favorecen la implantación de la solución de vía en placa son básicamente los trayectos que presentan un gran número de obras de fábrica, especialmente túneles. Este es el caso de las líneas de alta velocidad japonesa. Es también el caso de la red alemana, donde la abundancia de viaductos y túneles en los tramos Colonia-Frankfurt y Nürnberg-Ingolstadt ha permitido colocar vía en placa en un 85% de su longitud. En el caso alemán juega un papel muy importante en esta decisión la utilización de la misma vía para trenes nocturnos de mercancías, hecho que no sería posible con el mantenimiento nocturno del balasto como ocurre en Francia y otros países europeos. La influencia japonesa en Taiwán ha hecho que la nueva línea de alta velocidad taiwanesa sea también con vía en placa.” En general en casi todos los túneles y viaductos modernos en España se usa vía en placa, reservándose el balasto para los tramos en campo abierto o en zonas menos criticas para el mantenimiento. Si el trafico no va a ser muy intenso en cuanto a numero de trenes y los márgenes de tiempo para mantenimiento son altos todavía resulta interesante utilizar balasto en la mayor parte de la red en España.

 

 

“Las estructuras de la Figura solventan los problemas de los terraplenes en gran medida. Tienen el inconveniente de tener un mayor coste, pero por consiguiente no necesitan un mantenimiento tan estricto como en el otro caso. Desde principios de los años noventa los terraplenes absolutamente necesarios suelen hacerse armados, con geotextiles y técnicas similares a la tierra armada, de paredes verticales protegidas por muros delgados. Éstos tienen una altura limitada de 9 metros. En la  se observa la evidente mejora en cuanto a ocupación del espacio. Además se ha demostrado que son más resistentes a los terremotos que los terraplenes clásicos. Hasta aquí esta técnica mejora dos de los tres principales inconvenientes de los terraplenes. Intuitivamente se podría pensar que confinando de este modo las tierras cosiéndolas con geotextiles y flejes como la tierra armada se consigue limitar los descensos. Pero esto solo ocurriría si el coeficiente de Poisson fuera 0,5 y el relleno fuera en consecuencia totalmente incompresible. El profesor M. Melis (otra de las grandes figuras del ferrocarril en la España de los últimos años)  ha comprobado que los muros de esta nueva técnica consiguen el mismo efecto de confinamiento que provocan los faldones de un terraplén normal sobre su núcleo. En cambio el nuevo sistema sí que tiene un efecto muy beneficioso en cuanto a la menor necesidad de mantenimiento, ya que el relleno está totalmente protegido y cubierto, por lo que no se ve afectado por los agentes atmosféricos.” Con la falta de espacio para realizar las obras de infraestructura y lo complejo que resulta gestionar las expropiaciones para realizar las lineas, este tipo de soluciones reducen el uso del suelo (y el coste de expropiación) y la sensibilidad de la plataforma a los efectos ambientales.

terraplenes

 

 

“Si hablamos de trenes circulando al aire libre, en Japón son comunes las pantallas antirruido en las proximidades de zonas residenciales. Los resultados muestran que el mejor efecto se logra colocando pantallas altas muy cercanas a la vía. En el Hokuriku Shinkansen, por ejemplo, paneles de 3 metros de alto consiguen mantener los niveles de ruido por debajo de 70 dB(A). La gran longitud de algunos trenes (400 metros en las líneas Sanyo y Tokaido) agrava el problema, sobre todo en el momento en que dos trenes se cruzan. Muy relacionado con este tema se encuentran las vibraciones generadas por el paso de los trenes. La ya mencionada vía en placa arrastra los problemas de generar más ruido y vibraciones que el balasto por su elevada rigidez. Estos problemas se redujeron con la colocación de sistemas de vía en placa diseñadas para limitar este problema . Se mejoraba la suspensión del conjunto de la vía colocando dos placas acanaladas debajo de la placa principal. Entre ellas se sitúa un separador de espuma con un alto coeficiente de amortiguamiento. Se demostró que este dispositivo reducía tanto las vibraciones por el contacto entre rueda y carril como el ruido generado por la estructura de hormigón. Para conseguir esto es conveniente alisar al máximo las superficies de las placas.” Evidentemente el problema del ruido es mayor en las zonas urbanas o en países tan densamente poblados como Japón, no siendo tan significativo para la construcción de vías en placa para túneles sin acceso a a viajeros o viaductos.

Japón, como el primer país del mundo en disponer de red de alta velocidad también es el mejor laboratorio del efecto a medio y largo plazo sobre las decisiones de transporte  y como se ven afectadas por la existencia de la red, “El país ha experimentado un aumento global de población, pasando de 94 millones de habitantes a 128 en la actualidad. Sin embargo, notamos que este crecimiento ha sido más acusado a lo largo de los trazados de las líneas Shinkansen También se observan diferencias entre las ciudades con parada y otras que están en torno a la línea pero que no disponen de estación directa. Se observa que en los primeros años, la tasa de crecimiento del primer caso es un 50% mayor que en el segundo. Se puede concluir que el Tokaido Shinkansen ayudó a la centralización de la población en las grandes ciudades del centro de Honshu entre 1964 y 1975, periodo que coincide con la tasa media de crecimiento anual más elevada de los últimos 65 años (1,2% anual).  La apertura de las líneas radiales desde Tokio y la localización de estaciones en ciudades de mucha menor envergadura seguían el plan de descongestionar el área metropolitana o, al menos frenar la masificación, mejorando la accesibilidad de zonas que se estaban convirtiendo en remotas, a efectos de transporte.”


Con este post cierro los comentarios sobre la red ferroviaria japonesa. Como ya he comentado anteriormente casi todo el trabajo ha sido de Ramiro Pigem Cameselle, pero he intentado resumirlo y complementarlo con otras aportaciones fuera del ámbito de su trabajo. El sistema ferroviario japonés es muy interesante y su estudio tiene muchas cosas que pueden resultar interesantes en todos los aspectos relacionados con el transporte en España y en Europa. Desgraciadamente tienen problemas muy similares a los nuestros y no han encontrado soluciones revolucionarias a los problemas comunes.

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