Descripción y contextualización de la asignatura

Esta asignatura es común al Máster Profesional de Ingeniería Industrial de esta Universidad, ya aprobado. La asignatura forma al alumno en los problemas de diseño, cálculo y experimentación en ferrocarriles , lo cual -junto con el ámbito de los automóviles- constituye un campo de actividad profesional específico de los ingenieros mecánicos, de forma paralela a como el diseño de aeronaves lo es para los ingenieros aeronáuticos y el diseño de barcos lo es para el ingeniero naval.

La asignatura incluye el diseño y cálculo de los principales elementos fijos ferroviarios, y en particular de la vía y sus componentes; y concepción, diseño, análisis y simulación de vehículos ferroviarios, incluyendo los problemas dinámicos de la marcha.

El enfoque de la asignatura tiene en cuenta la elevada actividad ferroviaria del entorno geográfico de Bilbao, tanto por el número de empresas de explotación de ferrocarriles, metros y tranvías, como por los importantes constructores de material móvil tractor y remolcado del entorno geográfico y su industria auxiliar, así como por la cercanía geográfica de los principales fabricantes de aparatos de vía. Igualmente se ha tenido en cuenta las importantes ingenierías de la zona con elevado número de proyectos en el sector ferroviario, así como las empresas constructoras con negocio en el sector del ferrocarril.



Tema 1. Introducción al transporte por ferrocarril.

Tema 2. Otros mercados del ferrocarril.

Tema 3. Introducción al material móvil.

Tema 4. El ferrocarril y la seguridad.

Tema 5. La vía.

Tema 6. La vía en curva.

Tema 7. Curvas de transición.

Tema 8. Otros aspectos de la vía en curva.

Tema 9. Irregularidades de la vía.

Tema 10. Aparatos de vía.

Tema 11. Comportamiento dinámico de la vía

Tema 12. Sistemas de captación de corriente. La catenaria. Comportamiento dinámico sistema

pantógrafocatenaria.

Tema 13. Ruedas. El eje montado. El bogie. Elementos de la suspensión del bogie.

Tema 14. Geometría en el contacto rueda-carril.

Resultados del aprendizaje de la asignatura

Cálculos básicos relacionados con la vía ferroviaria y su trazado.

Cálculos básicos relacionados con los aparatos de vía, incluyendo desvíos y cruzamientos.

Conocimiento de los componentes fundamentales del vehículo ferroviario y su comportamiento básico.

Cálculos sobre potencia y consumo del ferrocarril en las diferentes situaciones de circulación.

Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

Examen escrito: 90% de la nota de la asignatura. Trabajos Prácticos 10% de la nota de la asignatura. Para aprobar la asignatura es imprescindible que en todos los ejercicios del examen escrito se obtenga una calificación superior a los 2 puntos sobre 10.

Convocatoria extraordinaria: orientaciones y renuncia

Examen escrito: 90% de la nota de la asignatura. Trabajos Prácticos 10% de la nota de la asignatura. Para aprobar la asignatura es imprescindible que en todos los ejercicios del examen escrito se obtenga una calificación superior a los 2 puntos sobre 10.

Temario

Tema 1 INTRODUCCION AL TRANSPORTE POR FERROCARRIL

1.1. Notas históricas.

1.2. Presente y futuro del ferrocarril y sus vehículos.

1.3. Los vehículos de alta velocidad.

1.4. Situación mundial en la explotación ferroviaria



Tema 2 OTROS MERCADOS DEL FERROCARRIL.

2.1. Ferrocarriles metropolitanos.

2.2. Mercancías.



Tema 3 INTRODUCCION AL MATERIAL MOVIL

3.1. El material rodante: tipos y clasificación.

3.2. Introducción a los elementos comunes al material móvil ferroviario.

3.3. La industria de construcción de material ferroviario.

3.4. El mantenimiento de material móvil ferroviario



Tema 4 EL FERROCARRIL Y LA SEGURIDAD

4.1. Determinación de la capacidad de circulación de trenes.

4.2. Cálculo del gráfico de servicio.

4.3. Seguridad. Señalización. CTC. BEM.

4.4. ATP. ATO. ERTMS.



Tema 5 LA VIA

5.1. Descripción general de la vía.

5.2. El carril. Diseños y características mecánicas. Fabricación.

5.3. CCS y su estabilidad en recta. Radio mínimo.

5.4. Traviesas. Sujeciones.

.5. La vía en placa.



Tema 6 LA VIA EN CURVA

6.1. Trazado de curvas en planta y en alzado.

6.2. Diagramas de curvaturas y diagramas de flechas.

6.3. Peralte. Insuficiencia de peralte.

6.4. Aceleración transversal no compensada. Efecto Souplesse.



Tema 7 CURVAS DE TRANSICION

7.1. Trazado y sobreaceleraciones.

7.2. Clotoide: definición y obtención de sus expresiones paramétricas.

7.3. Ovalos de Cassini y Lemniscata de Bernouilli.

7.4. Curva de Klein y curva de Schramm.

7.5. Parábola cúbica. Variaciones en la rampa de peralte



Tema 8 OTROS ASPECTOS DE LA VÍA EN CURVA

8.1. Cálculo de sobreanchos.

8.2. Entrevías y su aumento en curva.

8.3. Cálculo para vehículos compensados. Gálibo dinámico.

8.4. Radio mínimo.

8.5. Alineaciones en alzado.



Tema 9 IRREGULARIDADES DE LA VIA

9.1. Defectos de vía e interacción vía-vehículo.

9.2. Defectos de nivelación lateral, de flecha lateral, de alabeo y de ancho.

9.3. Principios de los coches auscultadores.Funciones deTransferencia.

9.4. Medida de defectos armónicos. Solución a las limitaciones.

9.5. Medidas en caja de grasa.



Tema 10 APARATOS DE VIA.

10.1. Clasificación y elementos.

10.2. Travesías.

10.3. Trazado teórico y trazado práctico de los desvíos.

10.4. Cálculo de la anchura de huella. Cálculo del cruzamiento.

10.5. Desvíos para alta velocidad.

10.6. Desvíos en estuche.

10.7. Aparatos de dilatación.

10.8. Estudio cinemático y dinámico de la entrada en un desvío



Tema 11 COMPORTAMIENTO DINAMICO DE LA VIA

11.1. Análisis general de la vía sometida a cargas verticales: método de Zimmerman y de Talbot.

11.2. Análisis mecánico de la vía sometida a esfuerzos horizontales, transversales y longitudinales.

11.3. Estabilidad de la vía en el plano horizontal y vertical.

11.4. Influencia sobre el comportamiento dinámico del vehículo.Modelos.



Tema 12 SISTEMAS DE CAPTACION DE CORRIENTE. LA CATENARIA. COMPORTAMIENTO DINAMICO SISTEMA PANTOGRAFO-CATENARIA

12.1. Sistemas de captación de corriente.

12.2. Características geométricas de la catenaria.

12.3. Tensiones en la catenaria. Compensación mecánica.

12.4. Elasticidad de la catenaria.

12.5. Frecuencia propia de oscilación de la catenaria.

12.6. Postes y cimentación.



Tema 13 RUEDAS. EL EJE MONTADO. EL BOGIE. ELEMENTOS DE LA SUSPENSION DEL BOGIE

13.1. Solicitaciones mecánicas. Cálculo de tensiones mediante el M.E.F.

13.2. Diseño del alma. Ruedas sin simetría de revolución en el alma.

13.3. Solicitación de calado. Restricciones geométricas diferenciales.

13.4. Contacto zapata-rueda en el frenado: formulación del problema termo-elástico.

13.5. Determinación teórico-experimental del coeficiente de película.

13.6. Formulación del problema termo-elasto-plástico. Propagación de grietas

13.7. Tipos y características principales.

13.8. Evolución de la tecnología del eje montado.

13.9. Solicitaciones. Cálculo a fatiga.



Tema 14 GEOMETRIA EN EL CONTACTO RUEDA-CARRIL

14.1. Relaciones geométricas en el contacto rueda-carril.

14.2. Medición experimental de las relaciones geométricas.

14.3. Teoría Lineal. Asimilación al cuadrilátero articulado.

14.4. Teoría no lineal simplificada.

14.5. Teoría no lineal general. Obtención de la conicidad efectiva.

14.6. Contacto elástico. Perfil de Heumann y perfil ORE.



Tema 15 ESFUERZOS EN EL CONTACTO RUEDA-CARRIL

15.1. Aplicación de la teoría de Hertz. Contacto normal.

15.2. El contacto en rodadura. Pseudodeslizamiento.

15.3. Teoría de Carter. Teoría de las Bandas de Haines y Ollerton.

15.4. Teoría lineal del contacto en rodadura de Kalker.

15.5. Problema general: Teoría no lineal de Kalker.



Tema 16 ESTABILIDAD DINAMICA EN RECTA (Introducción)

16.1. Introducción a la inestabilidad dinámica de la marcha.

16.2. Introducción al eje montado en rodadura libre.

16.3. Introducción al bogie rígido

16.4. Introducción al guiado elástico.



Tema 17 CIRCULACION EN CURVA DE VEHICULOS FERROVIARIOS (Introducción)

17.1. Introducción a la circulación en curva de vehículos ferroviarios.

17.2. Introducción al concepto de marcha libre y marcha forzada.

17.4. Introducción al equilibrio del vehículo en curva.



Tema 18 SEGURIDAD DE RODADURA (Introducción)

18.1. Introducción a la seguridad de rodadura

18.2. Concepto de remonte de la pestaña.

18.3. Introducción a la influencia del ángulo de ataque.



Tema 19 EL EQUIPO DE FRENO (Introducción)

19.1. Tipos de dispositivos y accionamientos.

19.2. Ecuación de frenado. Distancia de parada.

19.3. Peso freno.

19.4. Frenado a la carga y frenado a la tara.

19.5. Frenado en trenes de alta velocidad.



Tema 20 PRINCIPIOS DE DINAMICA VERTICAL

20.1. Oscilaciones de la caja de un vehículo.

20.2. Cálculo de los movimientos perturbadores de la marcha.

20.3. Interacción vía-vehículo. Estudio en el plano vertical.

20.4. Modelos dinámicos para optimización de suspensiones.



Tema 21 LA ESTRUCTURA DE LA CAJA. ENSAYOS DE LA ESTRUCTURA DE LA CAJA

21.1. El bastidor en material rígido y articulado.

21.2. La estructura de la caja.

21.3. Métodos de cálculo. Hipótesis de cargas. Viga Vierendeel.

21.4. Técnicas modernas de cálculo. Aplicación del M.E.F.

21.5. Optimización dinámica de la estructura de la caja.



Tema 22 TRACCION MECANICA

22.1. Resistencias al avance.

22.2. Estudio de la adherencia. Mejora de la adherencia.

22.3. Curvas características



Tema 23 REGULACION DE POTENCIA EN LOCOMOTORAS ELECTRICAS

23.1. Motores de tracción en corriente continua.

23.2. Arranque y frenado en los motores de tracción.

23.3. Control de los motores mediante tiristores.

23.4. Técnicas modernas en tracción eléctrica.

Bibliografía

Materiales de uso obligatorio

Ernesto García Vadillo, Javier Astarloa, "Apuntes de Ferrocarriles", Sección de Publicaciones de la ETSI Bilbao, 2012

Bibliografía básica

Jean Alias, Antonio Valdés, ¿La vía del ferrocarril¿, Editorial Bellisco,

Fernando Oliveros, ¿Tratado de ferrocarriles. Tomo 1 de La Vía¿, Editorial Rueda, 1977

Fernando Oliveros ¿Tratado de ferrocarriles. Tomo 2 Ingeniería Civil e instalaciones¿, Editorial Rueda, 1980

Bibliografía de profundización

José Manuel García Díaz de Villegas, Miguel Rodríguez Bugarín, ¿Desvíos Ferroviarios¿, Ingeniería Cántabra 1995

Revistas

Railway Gazette



Revue Generale des Chemins de Fer

Enlaces

Fundación de los Ferrocarriles Españoles www.ffe.es



UIC - International Union of Railways - www.uic.asso.fr



Professional association for the railway supply industry - www.unife.org



ERRAC - www.errac.org



EURNEX, the European rail Research Network of Excellence, www.eurnex.net



Alamys.- Asociación Latinoamericana de Metros y Subterráneos. www.alamys.org