La limpieza del lastre en los hombros demuestra su valor

Las manchas de LODO, un problema común en las vías con balasto, a menudo se asocian con un mayor deterioro de la geometría de la vía y con bombeo de las traviesas, lo que no solo afecta la geometría sino que también puede resultar en una vida útil más corta de las traviesas y un aumento de fallas en la estructura de la vía. Si bien lo ideal es reemplazar completamente el lastre del socavamiento, los métodos de mejora del drenaje, como la limpieza puntual del lastre en los hombros (SBC), pueden retardar el deterioro de la estructura de la vía y extender el tiempo antes de que sea necesario socavar.

Reconociendo la necesidad de abordar las manchas de lodo para mantener una estructura de vía saludable y reducir problemas futuros, MxV Rail realizó SBC en una ubicación de balasto muy fino para evaluar cómo el drenaje mejorado del arcén afecta el rendimiento de la vía (Figura 1). La investigación muestra que, si bien el SBC fue eficaz en áreas de capas superiores de lastre altamente degradadas, los resultados mostraron que la utilidad general del método variará según la ubicación.

SBC realizó más de un año de pruebas en la “sección lluviosa” del Centro de Pruebas de Servicio Acelerado (Fast) en Pueblo, Colorado. Esto se centró específicamente en el bombeo de lodo superficial, asentamiento, drenaje y migración de finos, para determinar si SBC “limpia” la sección de lastre central.

Este trabajo fue financiado conjuntamente por el programa de Iniciativas de Investigación Estratégica (SRI) de la Asociación de Ferrocarriles Americanos (AAR) y el Programa de Pruebas en Vía de Investigación de Cargas por Eje Pesado de la Administración Federal de Ferrocarriles (FRA).

La sección de lluvias rápidas ha servido como banco de pruebas para el bombeo de lodo y la investigación de lastre relleno desde 2017. La sección tiene 6,09 m de largo y un índice de incrustaciones (FI) de Selig de 40 (donde la mayoría de los huecos de lastre están llenos de finos). , y puede crear lluvia artificial controlada mediante un sistema de riego manual.

Las pruebas de la fase 1 entre 2017 y 2019 implicaron cuantificar la influencia de la humedad en el rendimiento de la pista. Los eventos de lluvia se simularon mojando manualmente la pista y comparando el rendimiento en seco y en mojado. Un hallazgo clave de las pruebas de la Fase 1 indicó que mojar la vía hasta que se produzca el bombeo de lodo en la superficie (alrededor de una hora de lluvia a 10 mm/hora) puede aumentar las tasas de asentamiento en un factor de hasta 15, puede reducir la rigidez de la vía y puede extender los tiempos de drenaje. desde aproximadamente un día hasta más de una semana. Un segundo hallazgo demostró que cuando se aplica agua desde arriba de la vía (como ocurre con la lluvia), la lechada de lodo viaja sólo unos pocos centímetros por debajo del fondo de la traviesa. Por lo tanto, el proceso de drenaje debe centrarse en abrir vías de drenaje cerca de la parte inferior de la traviesa.

Las pruebas de la Fase 2 entre 2020 y 2022 implicaron realizar SBC puntual y comparar los resultados de rendimiento con los resultados de la Fase 1 mal drenados. Para el spot SBC, los hombros se quitaron manualmente desde el extremo de la traviesa hacia afuera hasta una profundidad de 150 mm por debajo de la parte inferior de la traviesa. Se replicó un escarificador, una barra utilizada para eliminar material debajo del extremo de la traviesa, utilizando equipo pesado para abrir aún más los caminos de drenaje debajo de la traviesa, y un nuevo lastre de grado 4 de la Asociación Estadounidense de Ingeniería Ferroviaria y Mantenimiento de Vías (Arema) reemplazó los hombros. . La Figura 2 ilustra la configuración de limpieza de hombros.

Se realizaron tres pruebas de humedecimiento para simular eventos de lluvias intensas. Durante el transcurso del período de prueba, Fast experimentó precipitaciones naturales ligeramente superiores a la media, y las precipitaciones variaron considerablemente de un mes a otro. Para las Pruebas 1 y 3, la precipitación natural y artificial combinada en abril de 2021 y 2022 (alrededor de 33 mm) fue ligeramente más seca que el promedio de 38 mm. Sin embargo, la prueba 2 se produjo durante un período muy húmedo: mayo de 2021 experimentó una combinación de 146 mm de lluvia natural y artificial en comparación con el promedio de 38 mm. Esta diferente precipitación natural permitió al equipo de investigación utilizar las diferentes pruebas como indicadores de diversas condiciones climáticas.

El desempeño del SBC se evaluó de tres maneras: bombeo de lodo en superficie, drenaje y asentamiento de vías.

Bombeo de lodo superficial

Debido a que las ubicaciones de las manchas de lodo generalmente se identifican mediante inspección visual, es importante observar estos cambios visuales junto con los cambios subyacentes en el drenaje. No se observó bombeo de lodo en la superficie después de cada una de las tres pruebas. Si bien los finos de la superficie estaban húmedos, no dieron como resultado la formación de lodo que era común en la Fase 1. Esta falta de bombeo de lodo muestra un mejor rendimiento e indica que las vías de drenaje permanecieron abiertas durante la prueba de 13 meses, incluidos siete meses de operación del tren. . Estos resultados muestran que SBC puede proporcionar un drenaje mejorado para evitar el bombeo de lodo.

Drenaje

El exceso de agua de la lluvia debe drenar a través de la pista y lejos de ella, idealmente manteniendo la pista en un estado más seco. El drenaje se calculó monitoreando los niveles de humedad en el centro de la pista en la cuna. Para evaluar el drenaje, se utilizaron los “días hasta el drenaje por debajo de la saturación” (15% de los sensores de humedad). Aunque este no es un indicador perfecto, es una métrica simple que representa un comportamiento complicado de manera razonable, basado en experiencias pasadas. La Figura 3 compara la cantidad de días que tardó la sección en drenarse por debajo de los niveles de humedad de saturación para dos pruebas de la Fase 1 (pruebas A y B en rojo), las dos pruebas SBC más secas (pruebas 1 y 3 en verde) y la SBC más húmeda. (Prueba 2 en azul).

Los resultados muestran que la prueba de la Fase 1 (rojo) tardó más de cinco días para que la humedad cayera por debajo de la saturación; esto concuerda con la observación visual del bombeo de lodo y el estancamiento de agua superficial durante días después de mojarse. Las pruebas 1 y 3 (verde) mostraron el drenaje más rápido, entre tres y seis horas. Este rápido drenaje se atribuyó a la escorrentía superficial y a la sequedad inicial. La prueba 2 (azul) tardó más en drenar (alrededor de dos días), pero la humedad previa a la humectación ya estaba cerca de la saturación en aproximadamente 14,3 %, y la sección de prueba tardó aproximadamente dos días en volver a su nivel de humedad previo a la humectación. La diferencia de drenaje sugiere que SBC mejorará el drenaje tanto en climas secos como húmedos, pero será más efectivo para drenar en climas más secos donde la pista puede secarse entre eventos de humedad.

Asentamiento

El asentamiento indica deformación de la vía. Cuando el asentamiento se localiza en un buzamiento, como fue el caso en esta prueba, el asentamiento tiene una fuerte relación con el perfil de la superficie. El asentamiento de la vía se midió con elevaciones topográficas de la parte superior del riel sin carga. La Figura 4 compara el asentamiento de la vía en el centro del buzamiento de la sección lluviosa después del apisonamiento con el asentamiento anticipado sin SBC utilizando las tasas de asentamiento de la Fase 1.

El apisonamiento de la sección lluviosa se produjo inmediatamente después del SBC. Los 12 mm iniciales de asentamiento resultaron de la compactación del lastre, lo cual es común después del apisonamiento. Las tres regiones sombreadas muestran las pruebas de humectación. Las pruebas 1 y 3 mostraron un asentamiento mínimo. Estas bajas tasas de asentamiento coinciden bien con el asentamiento seco de la Fase 1 (sin humectación). La prueba 2 mostró tasas de asentamiento mucho mayores, que fueron similares a la tasa de asentamiento húmedo en la Fase 1, lo que sugiere que la efectividad del SBC se reducirá en ambientes constantemente húmedos. Si no se hubiera producido ningún SBC, se anticiparían altas tasas de liquidación para las tres pruebas, según la experiencia pasada.

En climas áridos que experimentan tormentas esporádicas, el SBC puede reducir la degradación de la geometría de la vía porque el exceso de agua se drena de los hombros de lastre en lugar de acumularse debajo de la traviesa, y el clima seco permite que se seque la humedad atrapada debajo de la traviesa. En climas más húmedos, los lugares aún pueden experimentar mayores tasas de asentamiento si los finos se humedecen hasta un estado casi saturado debido a lluvias repetidas. Estos lugares aún drenan más rápidamente que los lugares sin drenaje en los hombros, lo que impide el bombeo de lodo en la superficie.

Como método de mantenimiento puntual, cortar el hombro de lastre en un lugar de lastre severamente degradado que esté experimentando bombeo de lodo y abrir el drenaje unas pocas pulgadas por debajo de la parte inferior de la traviesa debería proporcionar beneficios intermedios. Apisonar con una elevación más alta (38 mm-50 mm) también puede ayudar a sacar la oruga del barro. Spot SBC se puede utilizar como medida temporal hasta que la ubicación sea socavada o renovada. Spot SBC no limpiará ni solucionará la causa raíz del problema del bombeo de lodo, pero es probable que proporcione estabilidad y evite el lodo superficial hasta que una cantidad suficiente de lluvia induzca el asentamiento o los finos llenen el arcén nuevamente. El éxito también dependerá del perfil de lastre debajo de la traviesa. Si el lastre tiene múltiples puntos bajos, todavía se pueden producir encharcamientos y bombeo de lodo localmente debajo de la traviesa, incluso si los hombros drenarán libremente.