Fundamentos de la Infraestructura Inferior: Plataforma Ferroviaria y Capa de Balasto

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Índice de contenidos

1. Capítulo I Explanación
2. Capítulo II Plataforma
3. Capítulo III La Banqueta
4. Capítulo IV El Balasto
5. Capítulo V Subbalasto
6. Preguntas de repaso
7. Bibliografía

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Capítulo I Explanación

Dentro del contexto de la ingeniería ferroviaria, la explanación constituye el espacio territorial, ya sea de origen natural o sometido a procesos de preparación, que ha sido concebido específicamente para albergar el conjunto integral de componentes ferroviarios (infraestructura de vías, sistemas de electrificación, instalaciones edilicias y demás estructuras complementarias).

Cuando se examina una sección específica de la vía férrea en su trayecto operacional, se denomina explanación a aquel segmento del terreno delimitado por los límites externos de las obras de tierra que constituyen el sistema de soporte fundamental del ferrocarril. Es importante destacar que esta definición conceptual no aplica a zonas especiales como túneles, puentes, viaductos y complejos de estaciones, los cuales presentan características constructivas y funcionales distintas.

I.1. Protección Legal de la Explanación

En el contexto internacional, es práctica común que los diversos estados implementen mecanismos legales y administrativos para proteger tanto al sistema ferroviario como a otros modos de transporte, extendiendo particularmente esta protección al dominio territorial que constituye la explanación.

En el caso específico de España, esta protección se materializa a través de dos instrumentos legislativos fundamentales: la Ley de Ordenación del Transporte Terrestre (LOTT) promulgada el 30 de julio de 1987, complementada posteriormente por su Reglamento de desarrollo (RLOTT) de fecha 28 de septiembre de 1990. Estos marcos normativos establecen criterios técnicos y administrativos que permiten una regulación ordenada del dominio ferroviario. La legislación vigente define conceptualmente la explanación en los siguientes términos, según lo establecido en el artículo 280 del RLOTT:

Zonas de protección de la explanación (según LOTT y RLOTT). Ministerio de Transportes, movilidad y agenda urbana, 2022

“Se considera explanación la franja de terreno en la que se ha modificado la topografía natural del suelo y sobre la que se construye la línea férrea, se disponen sus elementos funcionales y se ubican sus instalaciones “.

A fin de materializar eficazmente la defensa del dominio ferroviario, las normativas LOTT y RLOTT establecen un sistema integral de protección territorial mediante la configuración de tres bandas diferenciadas de resguardo, las cuales se extienden simétricamente a ambos costados de la explanación, conforme se ilustra en la siguiente figura:

I.2. ZONA DE DOMINIO PUBLICO

La Zona de Dominio Público se configura como el espacio territorial que comprende la explanación propiamente dicha más una franja perimetral de ocho metros de ancho que se proyecta linealmente a ambos lados de esta última. Dentro de los límites de la Zona de Dominio Público, se prohíbe expresamente la realización de cualquier tipo de actividad comercial, construcción de obras civiles o instalación de infraestructuras de naturaleza diversa. Sin embargo, se exceptúan de esta prohibición general aquellas estructuras cuya finalidad específica es la protección y preservación de la propia red ferroviaria y sus elementos constitutivos.

I.3. Protección Legal de la Explanación

El marco regulatorio para la protección de la explanación ferroviaria se sustenta en dos instrumentos normativos de carácter nacional:

• LEY 16/1987, de 30 de julio, DE ORDENACIÓN DE LOS TRANSPORTES TERRESTRES. (BOE, número 182, de 31 de julio de 1988): Este texto legislativo establece los principios fundamentales que rigen la organización y operación de los modos de transporte terrestre en territorio español, incluyendo disposiciones específicas relativas a la protección del dominio ferroviario.

• REAL DECRETO 1211/1990, de 28 de septiembre, REGLAMENTO DE LA LEY DE ORDENACIÓN DE LOS TRANSPORTES TERRESTRES. (BOE, número 241 , de 8 de oct. de 1990): Este instrumento reglamentario desarrolla en detalle los principios contenidos en la ley de ordenación, proporcionando especificaciones técnicas y procedimentales para su aplicación práctica en la gestión del espacio ferroviario.

Dentro de estas normativas se establecen definiciones precisas de los elementos constitutivos del dominio ferroviario: La EXPLANACIÓN se define como aquella franja de terreno sobre la cual se ha modificado la topografía natural del suelo y que sirve de base para la construcción de la línea férrea, la disposición de sus elementos funcionales y la ubicación de sus instalaciones complementarias. La ARISTA EXTERIOR DE LA EXPLANACIÓN, por su parte, representa la línea imaginaria que marca la intersección entre el pie del talud del terraplén, o alternativamente la línea de coronación de trinchera o desmonte, o en su caso, los muros de sostenimiento con el terreno natural circundante.

I.3.1. ZONA DE SERVIDUMBRE

La Zona de Servidumbre se configura como un área territorial dividida en dos franjas paralelas, ubicadas en ambos costados de la línea férrea. Estas franjas presentan un límite interior marcado por la Zona de Dominio Público y se extienden hacia el exterior hasta alcanzar dos líneas imaginarias que corren paralelas a las aristas exteriores de la explanación, situadas a una distancia de veinte metros de dichas aristas. Dentro de los límites de esta zona, las actividades que se deseen realizar requieren de autorización expresa de la compañía explotadora del ferrocarril, y solamente pueden efectuarse en aquellos casos en los que tal ejecución no implique una cesión o transferencia de derechos ferroviarios fundamentales.

I.3.2. ZONA DE AFECCIÓN

La Zona de Afección constituye un área territorial complementaria formada por dos bandas laterales adicionales, cuyo límite exterior se marca mediante líneas paralelas al borde perimetral de la explanación, distanciadas cincuenta metros de estos bordes. En el caso de que se pretenda desarrollar trabajos, ejecutar obras civiles u otras actividades dentro de esta zona de afección, resulta imperativo obtener la autorización previa de la Compañía Ferroviaria responsable de la explotación de la línea. Una característica diferenciadora importante es que el nivel de exigencia regulatoria y administrativa que la administración estatal e incluso las propias compañías ferroviarias ejercen en esta Zona de Afección resulta considerablemente menor comparado con las restricciones y controles aplicables en la Zona de Servidumbre, permitiendo así un régimen más flexible en la gestión de actividades en este espacio territorial.

I.4. Dimensiones de la Explanación

Para una comprensión integral de la infraestructura ferroviaria y sus requerimientos espaciales, es fundamental analizar en detalle las distintas dimensiones que componen la explanación. A continuación se presenta un esquema que desglosa cada uno de estos componentes:

Dimensiones de la explanación. Esquema. NAP 1-2-1.0 Diseño del trazado ferroviario

Dentro de esta configuración, los distintos parámetros dimensionales se definen según los siguientes criterios técnicos:

• a: Ancho de vía en Renfe = 1.668 mm (ancho ibérico)
• b: Cimentación de la electrificación = de 1 a 2 m (infraestructura de soporte para líneas electrificadas)
• c: Ancho de la cuneta (drenaje lateral) = de 0,5 a 1 m (para evacuación de aguas superficiales)
• d: Derrame de la banqueta = oscila de 0,5 a 1 m, según la altura de la banqueta (talud natural del material de balasto)
• e: Entrevia (separación entre rieles) = de 2,1 a 3 m, según las necesidades operacionales específicas
• h: Hombro de la banqueta = de 0,8 a 1 m, dimensionado según las necesidades de estabilidad lateral
• n: Gálibo de electrificación = distancia mínima entre la cara activa del carril y los postes = 2,1 m (parámetro crítico de seguridad)
• p: Paseos (espacios laterales de circulación) = pueden ser uno o dos corredores de 0,7 a 1 m de ancho cada uno

Observando detenidamente esta representación esquemática, podemos constatar que una explanación debidamente configurada, medida entre cunetas, debe alcanzar dimensiones que oscilan entre 12,70 metros y 17,40 metros para una configuración de vía doble electrificada, considerando un único paseo lateral y sin incorporar aún los requerimientos adicionales de señalización ferroviaria, ni los taludes de estabilización, ni los sistemas de saneamiento e drenaje complementarios.

En la práctica constructiva ferroviaria contemporánea se reconoce un principio técnico fundamental: Tradicionalmente se ha considerado que el espacio territorial que demanda el ferrocarril para desarrollar su función logística es significativamente menor en comparación con los requerimientos espaciales de otros modos de transporte competitivos. No obstante, cuando esta premisa se ha llevado al extremo, ha generado con frecuencia la construcción de líneas ferroviarias sobre franjas de terreno insuficiente, lo cual ha comprometido la capacidad de realizar las operaciones ferroviarias con la holgura y eficiencia que demanda el tráfico moderno. Para una mejor visualización y comprensión de la distribución espacial de todas las instalaciones ferroviarias, la figura anterior dimensiona de manera esquemática y aproximada el conjunto de elementos que integran la infraestructura ferroviaria, permitiendo así una asimilación más clara de todo lo expuesto en este apartado.

Capítulo II Plataforma

La plataforma constituye el estrato más profundo de la infraestructura vial, funcionando como el elemento estructural responsable de absorber, distribuir y resistir de manera definitiva todos los esfuerzos mecánicos generados por la dinámica de circulación de los trenes, así como por el propio peso de la superestructura de vía que descansa sobre ella.

Desde una perspectiva de clasificación constructiva, es posible categorizar la plataforma según su naturaleza y proceso de conformación en tres tipologías fundamentales:

• Plataformas naturales: Aquellas que se aprovechan del terreno existente con un mínimo de intervención o preparación superficial.
• Plataformas preparadas: Las que resultan de trabajos de acondicionamiento, mejora y tratamiento del suelo natural mediante técnicas de estabilización, compactación y refuerzo geotécnico.
• Plataformas artificiales: Aquellas constituidas sobre obras de fábrica y estructuras ingenieriles específicamente diseñadas, como pilotes, vigas de atado y sistemas de cimentación profunda.

Estas tres categorías representan distintos niveles de complejidad constructiva y responden a diferentes condiciones geotécnicas y topográficas del terreno en cuestión.

II.1. Misiones de la Plataforma

capacidad de carga y resistencia mecánica suficiente para soportar tanto los esfuerzos estáticos originados por el peso propio de la superestructura y su contenido, como los esfuerzos dinámicos derivados de la circulación de los trenes, con sus correspondientes cargas impulsivas y vibratorias.

Adicionalmente, la plataforma debe cumplir una función hidráulica fundamental Adicionalmente, la plataforma debe cumplir una función hidráulica fundamental: evacuar eficientemente las aguas que de otro modo se infiltrarían y permanecerían en contacto prolongado con la banqueta y la propia plataforma, causando daños significativos. La presencia de agua en la estructura de la plataforma genera múltiples efectos perjudiciales que comprometen su durabilidad y funcionalidad:

• Expansión de arcillas: La presencia de agua provoca la expansión volumétrica incontrolada de materiales arcillosos, simultáneamente contaminando las capas de balasto con finos que cierran los intersticios.
• Efecto de heladas: El agua acumulada experimenta ciclos de congelación y descongelación, disgregando progresivamente el material de la plataforma mediante la acción cicloidal del hielo.
• Colapso de terraplenes: En configuraciones de terraplenes y medias laderas, la infiltración de agua llega a interrumpir completamente la continuidad de la plataforma, generando hundimientos catastróficos y cortes de vía que paralizan la operación ferroviaria.

II.2. La Plataforma en Líneas Antiguas

La herencia constructiva de las líneas ferroviarias contemporáneas presenta un desafío importante que requiere comprensión histórica. Los ingenieros ferroviarios de mediados del siglo diecinueve (período de construcción de prácticamente todas las líneas actuales de la red española) se conformaban con diseñar y ejecutar las plataformas según los requisitos mínimos impuestos por la nivelación longitudinal de las vías, sin considerar otros parámetros fundamentales.

Consecuentemente, realizaban los desmontes y terraplenes necesarios únicamente para conseguir la rasante altimétrica deseada, sin dirigir atención específica a la calidad geotécnica del terreno ni a su capacidad portante bajo cargas dinámicas. Este enfoque constructivo simplista permitió que se heredaran plataformas ejecutadas en épocas donde los parámetros de operación ferroviaria eran radicalmente distintos: las cargas por eje eran muy reducidas, las velocidades de circulación de los trenes resultaban notablemente inferiores, y las intensidades de tráfico permanecían a fracciones de los valores contemporáneos.

En el contexto actual, la realidad operacional ha cambiado drásticamente. Ahora, con cargas por eje que alcanzan 22 toneladas, velocidades máximas cercanas a los 200 km/h en líneas de alta velocidad, e intensidades de tráfico que oscilan entre 100.000 y 200.000 toneladas diarias, estas plataformas antiguas presentan problemas estructurales muy numerosos y de solución técnicamente incierta. Las reparaciones y refuerzos requeridos constituyen obras civiles complejas, costosas y difíciles de ejecutar, particularmente porque deben realizarse sin suprimir el tráfico de trenes en circulación y respetando las rasantes primitivas de diseño de la vía, lo que restringe significativamente las opciones constructivas disponibles.

II.2.1. Problemas Plataformas Antiguas

En la representación gráfica que se presenta a continuación se ilustran los patologías y problemas más recurrentes que se manifiestan en las plataformas ferroviarias de antigüedad considerable. Estos problemas constituyen manifestaciones concretas de los procesos de deterioro derivados de los cambios en los parámetros operacionales mencionados anteriormente.

II.2.2. Soluciones Problemas Plataformas Antiguas

Para hacer frente a la diversidad de patologías que afectan a estas plataformas antiguas, se han desarrollado y aplicado estrategias ingenieriles específicas que se adaptan a cada tipo de problema identificado. A continuación se detallan los procedimientos técnicos habitualmente empleados:

A. Desprendimientos en las trincheras: Estos problemas requieren un enfoque multifacético que incluye:

1. Ejecución de desmontes masivos para eliminar material inestable
2. Limpieza exhaustiva del talud para remover piedras suelta y material meterorizado
3. Construcción de muros de recubrimiento para contención
4. Recubrimiento con redes de protección y geomallas
5. Colocación de vallado especializado tipo caza-piedras
6. Ejecución de escolleras o muros de sostenimiento de mayor envergadura
7. En casos extremos, construcción de túneles artificiales para cubrir la zona

B. Roturas y caídas de muros: Frente a fallos estructurales de muros existentes, se aplican:

1. Demolición completa del muro dañado y construcción de uno nuevo
2. Desmontes masivos del terreno adyacente para aliviar cargas sobre el muro

C. Inundaciones y problemas de drenaje: La gestión del agua requiere intervenciones continuas:

1. Limpiezas periódicas del sistema de saneamiento para mantener permeabilidad
2. Ampliación y ahondamiento de las cunetas laterales para mayor capacidad
3. Multiplicación de los puntos y secciones de desagüe transversal

D y E. Baches arcillosos y descomposición del suelo: Para restaurar la capacidad portante se implementan:

1. Instalación de sistemas de drenaje (drenas) bajo la plataforma y a sus laterales
2. Mejoras del suelo mediante técnicas múltiples: eliminación del material incompetente, aportación de zahorras, colocación de geotextiles, suministro de arenas, estabilización con cal, inyecciones de cemento, etc.
3. Mejoría y rediseño integral de las cunetas
4. Rebaje de los paseos laterales y establecimiento de sistemas específicos para eliminación del agua acumulada

F. Corte y hundimiento de los terraplenes: La solución de estos problemas críticos requiere:

1. Construcción de escolleras en el pie del terraplén con relleno de la zona hundida
2. Implementación alternativa de muros en el pie del terraplén
3. Montaje de pantallas de carriles mediante técnicas de hincado
4. Sistemas de saneamiento mediante pantallas-dren longitudinales o transversales
5. Recomposición completa del terraplén mediante aportación de áridos mejorados y eliminación de tierras primitivas

II.3. Plataformas de Nueva Construcción

En el proceso de diseño y especificación de la plataforma más apropiada para una nueva línea férrea, es imprescindible recopilar y analizar un conjunto de datos técnicos fundamentales que determinarán las características de la solución constructiva:

• Calidad geotécnica del suelo natural existente: Determinación mediante estudios estratigráficos de la capacidad portante y características de compresibilidad del terreno
• Categoría técnica de la línea a construir: Función de la velocidad máxima de operación prevista y del volumen de tráfico que se espera
• Capacidad portante deseada: El valor del índice CBR (California Bearing Ratio) objetivo para la plataforma terminada

1. Determinación de la calidad del suelo:

Los suelos se clasifican en cuatro categorías distintas según las especificaciones de la Unión Internacional de Ferrocarriles (UIC):

• QS0: Suelos de muy difícil mejora (materiales orgánicos, suelos con sustancias solubles, arcillas altamente expansivas, etc.)
• QS1: Suelos malos (conteniendo entre 40% y 15% de partículas finas, rocas muy erosionables, margas con bajo índice de portancia, etc.)
• QS2: Suelos medianos (conteniendo menos del 15% de partículas finas y rocas de dureza media)
• QS3: Suelos buenos (conteniendo menos del 5% de partículas finas y rocas de características duras y resistentes)

Este sistema de clasificación requiere que se realice previamente un estudio geotécnico exhaustivo para categorizar el suelo existente en una de las cuatro divisiones mencionadas.

2. Elección de la categoría de la línea:

Las líneas ferroviarias se clasifican en categorías conforme al volumen de tráfico que soportan y a la velocidad máxima operacional que se desarrolla en ellas. En la administración ferroviaria española ADIF, las líneas se han clasificado en siete categorías diferentes:

CATEGORIA		TRAFICO FICTICIO DIARIO
1	A	\(85.000 \geq \mathrm{Tf} \geq 50.000\)
	B	\(50.000>\mathrm{Tf} \geq 28.000\)
	C	\(28.000>\mathrm{Tf} \geq 14.000\)
2		\(14.000>\mathrm{Tf} \geq 7.000\)
3	A	\(7.000>\mathrm{Tf} \geq 3.500\)
	B	\(3.500>\mathrm{Tf} \geq 1.500\)
4		\(1.500 \geq \mathrm{Tf}\)

El cálculo del tráfico ficticio diario se realiza mediante la siguiente expresión normalizada:

\[T_{f}=\left(T_{v}+T_{m} \cdot K_{m}+T_{t} \cdot K_{t}\right) \cdot S\]

Donde los parámetros se definen conforme a:

• \(\mathrm{T}_{v}\) = Volumen anual de tráfico de viajeros expresado en toneladas equivalentes
• \(\mathrm{T}_{\mathrm{m}}\) = Volumen anual de tráfico de mercancías en toneladas
• \(\mathrm{T}_{\mathrm{t}}\) = Volumen anual de tráfico de locomotoras de tracción en toneladas
• \(\mathrm{K}_{\mathrm{m}}\) = Coeficiente de mayoración por características del tráfico de mercancías. Su valor estándar es 1,15; salvo para vías que soportan tráfico preponderante de ejes de 20 toneladas, en que adopta el valor de 1,30
• \(\mathrm{K}_{\mathrm{t}}\) = Coeficiente de mayoración por circulación de locomotoras de tracción (factor fijo de 1,40)
• \(\mathrm{S}\) = Coeficiente adimensional de calidad de la vía que varía de 1,00 a 1,25, determinado según:
  • \(S=1,00\) para líneas sin tráfico de viajeros o con tráfico esencialmente local
  • \(S=1,10\) para líneas cuyo tráfico de viajeros utiliza trenes de velocidad máxima \(\leq 120 \mathrm{Km} / \mathrm{h}\)
  • \(S=1,20\) para líneas cuyo tráfico de viajeros utiliza trenes con velocidades comprendidas en el rango \(120<v \leq 140 \mathrm{Km} / \mathrm{h}\)
  • \(S=1,25\) para líneas cuyo tráfico de viajeros utiliza trenes con velocidad máxima \(>140 \mathrm{Km} / \mathrm{h}\)

3. Elección de la capacidad portante:

Conforme a la capacidad portante que se desea obtener en el suelo tratado, se clasifican las diferentes opciones de plataforma en tres grupos diferenciados:

• P1: Plataformas malas, con índice CBR \(<5\) (limitada capacidad portante)
• P2: Plataformas medias, con índice CBR comprendido entre \(5<\mathrm{CBR}<20\) (capacidad portante moderada)
• P3: Plataformas buenas, con índice CBR \(>20\) (excelente capacidad portante)

En la matriz de decisión presentada a continuación se desarrolla el proceso de diseño para obtener la plataforma deseada (P1, P2 o P3) mediante la construcción de la capa de forma (estrato superior de la plataforma) a partir de un suelo sin tratar o ya mejorado previamente (categorías QS0, QS1, QS2 o QS3).

II.4. Espesor de la capa de forma (UIC 719 R)

El dimensionamiento de la capa de forma que constituye el estrato superior de la plataforma requiere consultar matrices de diseño normalizadas que relacionan la calidad del suelo inicial con el espesor y características de los materiales a utilizar. La siguiente tabla UIC 719 R especifica los espesores mínimos requeridos para obtener distintos niveles de capacidad portante:

CAPACIDAD PORTANTE DE UNA PLATAFORMA

Calidad del suelo soporte	Capa de forma a constituir para obtener una plataforma con capacidad portante determinada		Capacidad portante obtenida en la plataforma
	Calidad del suelo	Espesor mínimo en m
QS1	QS1	-	P1
	QS2	0,50	P2
	QS3	0,35	P2
	QS3	0,50	P3
QS2	QS2	-	P2
	QS3	0,35	P3
QS3	QS3	-	P3

Esta tabla debe interpretarse de la siguiente manera: Si el suelo natural existente pertenece a la categoría QS1 (malo) y se desea obtener una plataforma de clase P3 (buena), es necesario construir una capa de forma con material de calidad QS3 con un espesor mínimo de 50 centímetros.

II.5. Espesor de la capa de forma (NRV 3-4-1.0)

La normativa española vigente establecida por la administración ferroviaria (Norma de Renfe-Vía NRV 3-4-1.0) proporciona especificaciones complementarias para el dimensionamiento de la capa de forma, con criterios técnicos que pueden resultar más exigentes que los estándares UIC en algunos casos:

N.R.V. 3-4-1.0 - ESPESOR DE CAPA DE FORMA SEGÚN CALIDAD DEL SUELO Y CLASE DE CARGA REQUERIDA

CALIDAD DEL SUELO SOPORTE	CAPA DE FORMA PARA OBTENER LA CLASE DE CAPACIDAD DE CARGA DE LA PLATAFORMA,QUE MARCA ESTE CUADRO		CLASE DE CAPACIDAD DE CARGA DE LA PLATAFORMA
	CALIDAD DEL SUELO	ESPESOR MINIMO EN METROS
Q S1	Q SI	-	P. 1
	SUELO FINO TRATADO CON LIGANTES	0.30	P. 2
	Q S2	0.55	P. 2
	Q S3	0.40	P. 2
	Q S3	0.60	P. 3
Q S2	Q S2	-	P. 2
	Q S3	0.40	Pi 3
Q S 3	Q S3	-	P. 3

Donde las clasificaciones de capacidad portante se definen como:

• P. 1 : \(\mathrm{CBR} \leq 5\) (Plataforma de baja capacidad portante)
• P. 2 : \(5<C B R \leq 20\) (Plataforma de capacidad portante media)
• P. 3 : \(20<C B R\) (Plataforma de alta capacidad portante)

Observando ambas normas, se aprecia que la especificación NRV española introduce el concepto de “suelo fino tratado con ligantes” como alternativa economizadora de espesor cuando se trabaja con suelos deficientes, permitiendo reducir espesores mediante estabilización con cemento o cal.

II.6. Espesor de la capa de Balasto

La determinación del espesor óptimo que debe presentar la capa de balasto constituye una cuestión central en el diseño estructural de la vía ferroviaria. Existen numerosos estudios científicos y técnicos desarrollados a lo largo de décadas que abordan la cuantificación del espesor apropiado para la capa de balasto o para el conjunto combinado de balasto más sub-balasto cuando éste último se posiciona directamente bajo las traviesas. Notablemente, los resultados cuantitativos obtenidos mediante investigaciones teóricas rigurosas coinciden sustancialmente con los criterios empíricos que la experiencia acumulada ha sedimentado a través de los años.

El espesor de la capa de balasto está determinado primariamente por parámetros operacionales: el número total de trenes que circulan diariamente, la carga máxima transportada por cada eje de los vehículos, y la velocidad de operación de las composiciones, todos los cuales se sintetizan en el concepto de categoría de la línea (recordar que esta categoría se determina mediante el concepto de tráfico ficticio diario Tf calculado anteriormente).

Adicionalmente, el espesor requerido depende de la calidad del suelo o más precisamente de la calidad conseguida tras la conformación de la plataforma. Sin embargo, una vez que se ha alcanzado la configuración de plataforma tipo P3 (excelente capacidad portante), el espesor de balasto dependerá principalmente de la categoría de la línea, de acuerdo con los siguientes valores normalizados:

• Grupo 1A (máximo tráfico y velocidad): \(e=45\) centímetros
• Grupo 1B: \(e=40\) centímetros
• Grupo 1C: \(e=40\) centímetros
• Grupo 2: \(e=35\) centímetros
• Grupo 3A: \(e=30\) centímetros
• Grupo 3B: \(e=25\) centímetros
• Grupo 4 (mínimo tráfico y velocidad): \(e=25\) centímetros

El valor de los espesores de balasto y de la capa sub-balasto se establece respetando las siguientes restricciones técnicas fundamentales:

• El espesor mínimo de la capa sub-balasto debe ser al menos la mitad del espesor total e indicado en el ábaco. Cuando el espesor de balasto deba ser superior a la mitad de e, el espesor del sub-balasto se incrementará proporcionalmente en la misma cantidad.
• En líneas de gran velocidad ferroviaria (que sobrepasan los 200 km/h), el espesor total e no debe descender de 60 centímetros en circunstancias normales, aunque excepcionalmente puede adoptarse el valor de 50 centímetros en casos justificados.
• El espesor de la capa de forma debe corresponderse con los valores especificados en las tablas anteriores.
• Según la calidad técnica de la plataforma alcanzada, deben disponerse las capas de asiento específicas indicadas en la Norma 2-1-0.1 de ADIF.

Para determinar estos espesores óptimos en renovaciones de vía existente, es imperativo conocer previamente la capacidad portante de la plataforma vigente y mejorarla cuando sea técnicamente factible, ya que se obtienen mejores resultados mejorando esta capacidad portante que simplemente disponiendo mayor espesor en la capa de balasto.

Leyenda:

• TRAVIESA DE MADERA
• TRAVIESA DE HORMIGÓN DE LONGITUD \(\ell \geq 2,40 \mathrm{~m}\)
• TRAVIESA DE HORMIGÓN DE \(2,20 \leq \ell<2,40 \mathrm{~m}\)

(1) \(T_{f_{2}}=\) Tráfico ficticio diario NRV 3-4-1.0 para cálculo de espesor de balasto

II.7. Secciones de la Banqueta

Para asegurar que la vía ferroviaria desarrolle sus funciones de manera óptima y que mantenga la durabilidad en el servicio, es necesario dimensionar adecuadamente todas las capas que constituyen la banqueta en función de los parámetros operacionales de cada línea. La normativa N.R.V. 3-4-1.0 proporciona especificaciones detalladas para los espesores de las capas de asiento:

Esta matriz permite determinar, en función de la clase de capacidad de carga alcanzada en la plataforma y de la calidad del suelo soporte, qué grupos de categoría ferroviaria son compatibles con cada combinación.

Capítulo III La Banqueta

La banqueta constituye la capa de material granular que forma la superficie de apoyo inmediata sobre la cual se dispone todo el armazón estructural de la vía (el conjunto formado por traviesas, carriles y sistemas de sujeción que unen ambos elementos). Esta capa se compone típicamente de áridos seleccionados que envuelven las traviesas y las mantienen empotradas, siendo los materiales componentes diversos según disponibilidad regional: arenas, tierras mejoradas, grava, balasto de distintas características, escorias de industrias siderúrgicas machacadas, y otros áridos compatibles con los requisitos técnicos.

Geométricamente, la sección transversal de la banqueta presenta forma trapezoidal característica, con la base de mayor dimensión apoyada sobre la plataforma y dimensiones específicas que se describen en las figuras posteriores (en este contexto refiriéndose específicamente a banquetas constituidas por balasto). La capacidad de la banqueta para mantener las traviesas en su posición relativa se logra fundamentalmente mediante el rozamiento interno generado entre los áridos constitutivos, complementado por el rozamiento producido entre las traviesas y estos mismos materiales.

La banqueta debe cumplir con una serie de misiones funcionales críticas para la operación segura y eficiente:

• Arriostramiento y estabilidad: Mantener las traviesas debidamente arriostradas y por extensión los carriles sujetados a ellas, impidiendo movimientos longitudinales no deseados y movimientos transversales que comprometan el ancho de vía, manteniendo constantemente la nivelación longitudinal y el alineamiento horizontal de la vía.
• Amortiguación de impactos: Amortiguar y disipar las acciones dinámicas de los trenes sobre el armado de la vía, reduciendo transmisión de cargas impulsivas.
• Distribución de cargas: Repartir las cargas verticales aplicadas por las traviesas sobre la plataforma de manera gradual y homogénea.
• Drenaje y evacuación de agua: Facilitar el paso del agua a través de la matriz de áridos para que sea evacuada eficientemente de la plataforma, evitando así la formación de charcos y baches que pudieran deshacer la estructura de la banqueta.
• Protección de plataforma: Proteger la plataforma de los efectos de las heladas y de la descomposición de su capa de forma superior.
• Mantenimiento de geometría: Permitir mediante trabajos de mantenimiento sencillos y económicamente viables, la recuperación de la alineación y nivelación de la vía cuando estas características se degraden por uso (banquetas bateables con vibrobaterías).
• Recuperación de forma: Permitir que la banqueta recupere su geometría inicial mediante trabajos de perfilado sencillo para que la vía continúe manteniendo sus características técnicas durante todo su ciclo de utilización (banquetas perfilables).

Históricamente, los primeros ferrocarriles carecían completamente de banqueta, disponiendo las traviesas directamente sobre la explanación o enterrándolas en el terreno. Cuando se constataron problemas graves de nivelación causados por insuficiencia de la capacidad portante de los suelos, se decidió experimentar con el depósito de capas de grava o arena que actuaran como distribuidoras de cargas y facilitadoras de la nivelación.

III.1. Secciones de la Banqueta

El dimensionamiento y la configuración técnica de la banqueta requiere la identificación clara de cada uno de sus componentes constructivos. La figura siguiente ilustra los elementos constitutivos fundamentales:

Cada uno de estos elementos se define técnicamente conforme a:

• Capa de enrase: La superficie superior que define el perfil exterior del volumen de balasto que constituye la banqueta, situada a profundidad específica bajo el nivel del patín del carril.
• Capa de forma: El estrato de terminación de la plataforma ubicado inmediatamente bajo la banqueta, que constituye la interfaz entre el balasto y el suelo mejorado o natural.
• Hombro de la banqueta: La distancia horizontal medida entre la arista superior de la banqueta y el punto más próximo del carril de la vía (generalmente el patín exterior).
• Derrame: La superficie lateral inclinada de la banqueta, determinada por el ángulo natural de reposo del material árido que constituye la banqueta (talud natural).
• Sobrebanqueta: Una elevación adicional de material de balasto dispuesto específicamente para reforzar y estabilizar el hombro lateral de la banqueta.
• Espesor de balasto: La dimensión vertical medida desde la cara inferior de la traviesa hasta la capa de forma, asumiendo que toda la banqueta esté constituida por balasto sin capas intermedias.

Según las especificaciones técnicas requeridas por la administración ferroviaria ADIF, se han establecido dimensiones estándar para las banquetas según la categoría de la línea:

Dimensiones de la banqueta exigidas por ADIF (Vía Simple)

Dimensiones	Grupos.1AyIB	Grupos.IBylC	Grupos.ICy 2	Grupos 2y 3 A	Grupos 3 Ay 3 B	Grupos 3 By 4
Espesores: \(\mathrm{e}_{\mathrm{b}}=\mathrm{e}_{\mathrm{sb}}\)	23 cm	23 cm	20 cm	18 cm	15 cm	13 cm
Capa de enrase	Superficie: 2 cm por debajo del punto más bajo del patín del carril
Hombro: H	105 cm	105 cm	100 cm	100 cm	95 cm	90 cm
Pendiente transversal: i	5\%	5\%	5\%	3\%	3\%	3\%

VIA DOBLE

Dimensiones	Grupos IAyIB	Grupos IBylC	Grupos ICy 2	Grupos 2 y 3 A	Grupos 3Ay3B	Grupos 3 By 4
Espesor: \(\mathrm{e}_{\mathrm{b}}=\mathrm{e}_{\mathrm{sb}}\)	23 cm	23 cm	20 cm	18 cm	15 cm	13 cm
Capa de enrase	Superficie: 2 cm por debajo del punto más bajo del patín del carril.
Hombro: H	105 cm	105 cm	100 cm	100 cm	95 cm	90 cm
Ancho de entrevia: gen	234 cm	234 cm	230 cm	\(\mathbf{2 3 0 ~ c m}\)	\(\mathbf{2 2 0 ~ c m}\)	210 cm
Pendiente transversal: i	5\%	5\%	5\%	3\%	3\%	3\%

Estas especificaciones técnicas aseguran que independientemente de la categoría de la línea, las banquetas proporcionen el arriostramiento adecuado, manteniendo coherencia con los requisitos de drenaje y estabilidad establecidos.

Capítulo IV El Balasto

balasto constituye un árido específicamente preparado y seleccionado, cuya composición base es piedra o roca machacada y clasificada mediante cribado conforme a especificaciones técnicas normalizadas que cada administración ferroviaria ha desarrollado para su aplicación en obras ferroviarias. En términos generales, el balasto moderno consiste en una grava limpia y de granulometría controlada, cuyos elementos componentes presentan un tamaño medio comprendido entre 30 y 60 milímetros El balasto constituye un árido específicamente preparado y seleccionado, cuya composición base es piedra o roca machacada y clasificada mediante cribado conforme a especificaciones técnicas normalizadas que cada administración ferroviaria ha desarrollado para su aplicación en obras ferroviarias. En términos generales, el balasto moderno consiste en una grava limpia y de granulometría controlada, cuyos elementos componentes presentan un tamaño medio comprendido entre 30 y 60 milímetros de diámetro equivalente.

Según las especificaciones normalizadas, ciertos límites de granulometría deben ser respetados obligatoriamente. El porcentaje de elementos con dimensiones comprendidas entre 25 y 16 milímetros, determinado mediante ensayos de tamizado normalizados, no debe exceder el 27 por ciento en peso respecto al total de la muestra analizada. Similarmente, el porcentaje de elementos con dimensiones inferiores a 16 milímetros no debe superar el 5 por ciento en peso respecto a la muestra total, conforme lo especificado en el anexo B de la norma UNE 146147.

En las configuraciones modernas de vías ferroviarias, el balasto constituye el material base para la construcción de las banquetas, por lo que debe existir una correlación tecnológica clara y funcional entre los requisitos que se establecen para las banquetas y las características técnicas del balasto elegido para su formación.

IV.1. Forma del Balasto

La geometría de los elementos constitutivos del balasto (las piedras individuales) es un aspecto crítico del rendimiento de la banqueta. Estos elementos deben poseer aristas vivas y pronunciadas, característica fundamental que, una vez que la banqueta ha alcanzado su estado de consolidación operacional tras el paso repetido de trenes, favorece el máximo rozamiento interno entre las partículas, mejorando significativamente la estabilidad longitudinal y transversal de toda la vía.

Más específicamente, los elementos de balasto deben presentar una forma geométrica poliédrica (aproximadamente cúbica), con múltiples caras y aristas. Por el contrario, debe evitarse completamente el balasto con formas lajosas (planas y extendidas) o aciculares (alargadas y puntiagudas). Estos elementos de forma deficiente presentan un comportamiento mecánico indeseable: los elementos aciculares y lajosos tienden a romperse bajo las cargas cíclicas de operación, alterando irreversiblemente la granulometría original del árido y creando zonas plásticas dentro de la banqueta que comprometen su función portante y de arriostramiento.

IV.2. Estudio petrográfico

La caracterización técnica adecuada del balasto requiere un análisis geológico integral del material, complementado con investigaciones petrográficas específicas. El estudio geológico-geotécnico realizado en la cantera de extracción debe ir acompañado obligatoriamente de un análisis petrográfico detallado de muestras representativas del material procedente de esa cantera, con el propósito específico de efectuar la clasificación petrológica (mineralógica) de la roca madre y evaluar las posibles alteraciones que hayan experimentado los minerales componentes.

Este estudio petrográfico revela también las características fundamentales que determinan de manera significativa el comportamiento físico, químico y mecánico de la roca bajo las condiciones operacionales de servicio.

El análisis petrográfico debe constar de dos partes diferenciadas:

• Descripción macroscópica: Evaluación visual detallada de la roca según las pautas contenidas en la norma UNE-EN 932-3, donde se registran características como color, textura aparente, discontinuidades, signos de meteorización, etc.
• Descripción microscópica: Estudio mediante microscopio petrográfico de láminas delgadas pulidas de la roca, que permite identificar la composición mineral específica, texturas cristalinas, existencia de fracturas intergranulares, y evidencias de alteración.

De manera complementaria, cuando se estime técnicamente necesario por encontrarse evidencias de mineralogía compleja o ambigua, se llevará a cabo un análisis por difracción de rayos X, que proporciona identificación inequívoca de fases cristalinas presentes.

IV.3. Homogeneidad

El ensayo de homogeneidad constituye un control de calidad esencial que se ejecuta cuando, durante el proceso de muestreo inicial de balasto para ensayos de caracterización, se observa la presencia evidente de partículas que evidencian meteorización o componentes blandos en una proporción estimada visualmente superior al 5% del total de la muestra examinada.

En los casos donde se detecte heterogeneidad, es necesario proceder a la recolección de múltiples muestras, en cantidad suficiente para que, tras su tamizado empleando tamices normalizados con aberturas de 50 mm, 40 mm y 31,5 mm, se obtenga una masa mínima de 100 kg de material retenido en el tamiz de 31,5 mm, complementado con otros 100 kg adicionales retenidos en el tamiz de 40 mm.

De cada una de estas fracciones granulométricas se procede a una selección visual cuidadosa de aquellas piedras que presenten mayor evidencia de meteorización o blandura, seleccionando material hasta alcanzar exactamente el 5% de cada fracción (5 kg ± 50 g). Esta masa seleccionada se consolida en una muestra única de 10 kg que se someterá al ensayo de desgaste Los Ángeles, procedimiento que se describe detalladamente en los apartados posteriores. Si el coeficiente de desgaste Los Ángeles obtenido cumple con los valores límite establecidos para balasto, se considera que la homogeneidad es satisfactoria y el balasto resulta apto para uso. En caso contrario, el balasto será rechazado como inaceptable.

Alternativamente, puede optarse por una metodología simplificada que consiste en la extracción manual directo de fragmentos visiblemente meteorizados o blandos de una muestra seca de ensayo de masa mínima de 40 kg. En este procedimiento alternativo, se considera que el balasto presenta homogeneidad adecuada cuando la masa total de fragmentos meteorizados o blandos no supera el 5% de la masa total de la muestra de 40 kg.

En este procedimiento alternativo, debe además recolectarse una muestra complementaria adicional de 15 kg de material alterado procedente del mismo lote que la muestra de 40 kg, por si resultara necesario en fases posteriores efectuar el ensayo de desgaste Los Ángeles sobre esta muestra complementaria para validación.

IV.4. Dureza y Resistencia del Balasto

La presencia de aristas vivas y pronunciadas en los elementos del balasto le confiere también una característica de elasticidad fundamental: los elementos se acoplan y entrelazan entre sí al paso repetido de trenes, permitiendo redistribuciones microestructurales que mantienen la estabilidad dimensional de la banqueta. Para que esta elasticidad se mantenga durante el largo período de vida operacional de la vía, es imperativo que los elementos del balasto posean una dureza específica a la compresión amplia, así como una resistencia muy elevada al desgaste abrasivo y a la rotura por impacto.

Simultáneamente, las operaciones de mantenimiento rutinario y modernización de vía emplean maquinaria pesada especializada (baterías vibrobatidoras, etc.) que somete el balasto a ciclos intensivos de impacto y fricción. Esta realidad operacional exige que las piedras de balasto posean una resistencia extraordinariamente alta al desgaste, tanto por abrasión como por rotura frágil, para evitar la creación rápida de finos que comprometan la funcionalidad de la banqueta.

IV.5. Limpieza del Balasto

Una característica crítica del balasto de calidad es que debe estar prácticamente libre de partículas finas (polvo y arena) que de otro modo obstruirían progresivamente los espacios intersticiales que quedan entre los elementos mayores de balasto, fenómeno conocido como colmatación. Cuando estos poros se bloquean con finos, se compromete fundamentalmente la capacidad de drenaje de la banqueta, creándose zonas de comportamiento plástico donde se acumula agua, que genera los problemas descriptos anteriormente.

De manera complementaria, debe evitarse completamente que se generen finos nuevos durante la operación de la banqueta, situación que ocurriría si las piedras del balasto sufrieran degradación mecánica significativa por fragilidad. Si la roca base es de naturaleza débil o tiene escasa resistencia al impacto, el choque cíclico entre piedras al paso de los trenes causaría fragmentación, generando polvo que rellena los espacios vacíos. Esta consecuencia (generación de finos internos) resultaría tan perjudicial como la contaminación inicial, motivo por el cual la resistencia al desgaste es un parámetro absolutamente crítico en la especificación del balasto.

IV.6. Naturaleza del Balasto

La selección de la roca madre de la cual se extraerá el balasto constituye una decisión crítica de ingeniería. Las rocas cuyo material se emplee para balasto deben presentar características de homogeneidad mineral significativa y no pueden tener facilidad inherente para disgregarse bajo la acción del tiempo, la meteorización o los ciclos de humedad y temperatura. Por estas razones fundamentales, no se emplean areniscas, pizarras u otras rocas sedimentarias similares que son inherentemente débiles.

Tampoco resultan aceptables rocas que presenten susceptibilidad a procesos de oxidación química o que sean vulnerables al ataque químico por agua pura o por iones disueltos en el agua (carbonatos, sulfatos, etc.), situaciones que degradarían progresivamente la resistencia mecánica bajo las condiciones climáticas de servicio.

El balasto destinado a uso ferroviario debe proceder específicamente de operaciones de extracción minera en cantera, seguidas de las operaciones de machaqueo (fragmentación controlada), cribado (clasificación granulométrica) y selección con o sin tratamiento industrial complementario que implique modificación térmica (calcinación, etc.).

Las características geológicas de la roca madre de balasto requieren que posea naturaleza silícea (rica en sílice) y preferiblemente origen ígneo (volcánico o plutónico) o metamórfico. En consecuencia, no se admitirán rocas de naturaleza caliza (carbonato cálcico) ni dolomítica (carbonato de calcio y magnesio), aunque estas sean más económicas de extraer.

El balasto resulta inaceptable si contiene fragmentos de madera, material orgánico, metales, plásticos, rocas fácilmente alterables o meteorizables, materiales de comportamiento tixotrópico, sustancias expansivas o solubles, materiales putrescibles, compuestos combustibles, o cualquier contaminante de origen industrial (desechos, residuos contaminantes, etc.).

Debido al elevado costo que implica la extracción de rocas silíceas de elevada dureza, en banquetas con exigencias técnicas menos rigurosas (vías secundarias, ferrocarriles de bajo tráfico) se permite ocasionalmente el empleo de balasto procedente de calizas duras y resistentes, material que se designa como “balasto de segunda calidad” o “balasto B”. Los procedentes de rocas silíceas o ácidas se clasifican como “balastos de tipo A”, siendo estos los de máxima exigencia. Para resumir esta clasificación:

• Balastos A: De naturaleza ácida, composición silícea (rocas silíceas de calidad)
• Balastos B: De naturaleza básica o alcalina, composición caliza (deben evitarse en la medida de lo posible)

IV.7. Valoración de las Características del Balasto

Todas las administraciones ferroviarias han establecido sistemas rigurosos de control y verificación de calidad para las características técnicas del balasto suministrado. Estos protocolos de aseguramiento de calidad incluyen:

Ensayos principales de caracterización:

1. Ensayos de resistencia mecánica
2. Ensayos de análisis de forma geométrica
3. Ensayos de granulometría (distribución de tamaños)

Procedimientos de muestreo y control: Se recolectan muestras de los siguientes puntos en la cadena de suministro:

• De las propias canteras de extracción (validación en origen)
• De los acopios donde se almacena el balasto antes de su utilización
• Incluso de los propios vagones que transportan estas piedras en tránsito

En todos los casos resulta crítico indicar con precisión el origen y procedencia del material muestreado, para poder rastrear cualquier no-conformidad de calidad hasta su fuente.

IV.8. Ensayo a compresión simple

Este ensayo experimental permite evaluar y cuantificar el comportamiento elasto-plástico de cada piedra individual bajo carga axial, información que se correlaciona directamente con la degradación progresiva que experimentará el balasto durante su vida de servicio operacional.

El ensayo se efectúa sometiendo una probeta cilíndrica normalizada (dimensiones: 10 cm de altura y 5 cm de diámetro exterior) a una carga axial compresiva aplicada uniformemente sobre sus dos caras planas paralelas. Se incrementa la carga gradualmente hasta alcanzar el punto de rotura frágil del espécimen. La carga por unidad de área de sección transversal en el momento exacto de la rotura constituye el parámetro de resistencia que se busca cuantificar.

La administración ferroviaria española ADIF especifica un requisito mínimo de resistencia: el valor debe exceder los 1.200 kilopondios por centímetro cuadrado (kp/cm²), que corresponde aproximadamente a 117,7 megapascales (MPa) en unidades del Sistema Internacional.

IV.9. Resistencia de la piedra al choque y desgaste

El proceso de desgaste del balasto, provocado tanto por el impacto repetido como por la abrasión, ejerce dos efectos perjudiciales diferenciados sobre las características funcionales de la banqueta que resultan igualmente dañinos:

• Generación de polvo: La producción de partículas finas (polvo) derivada del desgaste tiende a rellenar los intersticios que quedan entre las piedras mayores, obstruyendo la libre circulación y drenaje del agua. Esta obstrucción genera zonas húmedas dentro de la banqueta que se comportan como lechos plásticos deformables, comprometiendo la función de arriostramiento y nivelación.
• Pérdida de aristas: La rotura progresiva y el desgaste de las aristas agudas de las piedras causa una pérdida gradual de elasticidad de la banqueta, disminuyendo la capacidad de acomodación microestructural bajo cargas cíclicas.

En síntesis, cuanto mayor sea la resistencia intrínseca de la roca del balasto al desgarre superficial y al choque mecánico, mayor será el período durante el cual se mantienen intactas las características técnicas funcionales de la banqueta.

El ensayo de resistencia al desgarre utilizado universalmente es el denominado ensayo de Los Ángeles, procedimiento que determina un parámetro numérico denominado coeficiente C (coeficiente de Los Ángeles), que mide cuantitativamente la característica de resistencia al desgarre del material.

Este coeficiente se define como el porcentaje en masa de partículas finas que se producen cuando una muestra de piedra normalizada en granulometría y masa es molturada (fragmentada por impacto repetido) junto con un número específico de bolas de acero dentro de un cilindro que rota alrededor de su eje de revolución. Las variables del ensayo (diámetro y peso de las bolas, dimensiones del cilindro, número de revoluciones, velocidad de rotación) se fijan normalizadamente conforme al tipo y severidad del ensayo requerido.

El protocolo de ensayo más frecuentemente utilizado en la industria ferroviaria es aquel que emplea 10 kg de piedra fragmentada en dos fracciones granulométricas (5 kg de piedra entre 1” y 1½” de diámetro, y otros 5 kg entre 3/4” y 1”), dentro de un cilindro de 508 mm de longitud y 711 mm de diámetro, con doce bolas de acero idénticas cuya masa total suma 5 kg. El número de revoluciones del cilindro es de 1.000, ejecutadas a una velocidad angular comprendida entre 188 y 208 rad/s (equivalente a 30-33 revoluciones por minuto).

Específicamente para aplicación en balasto ferroviario se exige un coeficiente de Los Ángeles máximo del 19%, límite que asegura una resistencia al desgarre suficiente para vida útil aceptable.

IV.10. Valoración de la granulometría

El balasto cuya distribución granulométrica sea técnicamente adecuada debe poseer la capacidad simultánea de cumplir con dos funciones que, a primera vista, parecen contradictorias:

• Primera función: Sujetar eficazmente y arriostrar las traviesas de manera firme, característica que requiere la presencia de piedras de dimensiones grandes que generen rozamiento y trabazón. Esta exigencia implica rechazar completamente la presencia de piedras pequeñas.
• Segunda función: Permitir el movimiento libre de los bates (equipos vibrantes) en operaciones de bateo mecanizado de vía, y conseguir una nivelación durable de la vía. Esta segunda característica requiere la presencia de piedras relativamente pequeñas, pero que sean lo suficientemente grandes para que resistan sin desmembrarse bajo la vibración intensa de los bates, ya que se conoce que las piedras muy pequeñas se desmenuzan más fácilmente.

Compaginando y balanceando todas estas necesidades técnicas conflictivas, se ha llegado a especificar una distribución granulométrica particular y exigente para el balasto. Este ensayo de granulometría se realiza conforme a los procedimientos técnicos contenidos en la norma UNE-EN 933-1, utilizando tamizado por vía seca.

La serie de tamices a utilizar es: 63 mm - 50 mm - 40 mm - 31,5 mm - 22,4 mm.

En cada uno de estos tamices debe retenerse una cantidad variable de piedra que debe estar comprendida obligatoriamente dentro de unos porcentajes mínimos y máximos establecidos por especificación técnica.

La representación gráfica de estas tolerancias en un diagrama cartesiano donde en el eje de abscisas se representan los tamaños de tamiz en escala logarítmica, y en el eje de ordenadas se representan los porcentajes acumulados de material que pasa (retenido), da lugar a los denominados husos granulométricos, que definen la envolvente aceptable para la distribución de tamaños:

Huso Granulometrico ET 03.360.004.0 Adif Especificación técnica balasto

Curva granulométrica del balasto
Tamaño de tamiz (mm)	\% que pasa (en peso)
63	100
50	70-99
40	30-65
31,5	1-25
22,4	0-3 (para recepción de lotes situados en el centro de producción)
	0-5 (para recepción de lotes situados en obra o acopio intermedio)

IV.11. Ensayos de Forma

IV.11.1. ELEMENTOS DE ESPESOR MÍNIMO

Este ensayo se lleva a cabo conforme a los procedimientos especificados en el anexo B de la norma UNE 146147, norma que establece métodos para identificar y cuantificar elementos que presentan dimensiones mínimas excesivas.

El porcentaje de elementos con dimensiones comprendidas entre 25 y 16 milímetros, determinado mediante este análisis de tamizado normalizad, no debe superar bajo ninguna circunstancia el 27% en masa respecto al total de la muestra analizada.

Simultáneamente, el porcentaje de elementos cuya dimensión máxima sea inferior a 16 mm determinado mediante el mismo procedimiento, no debe exceder nunca el 5% en masa respecto a la muestra total ensayada.

IV.11.2. ELEMENTOS CON DIMENSIÓN MÁXIMA ≥ 100 MM

Este ensayo consiste en la selección visual y manual de todos aquellos elementos individuales cuya dimensión máxima lineal sea mayor de 100 milímetros. Para efectuar esta identificación se utilizan calibres o plantillas de referencia. Una vez seleccionados y aislados todos estos elementos de tamaño mayor, se procede a su pesaje y se calcula el porcentaje que representan respecto a la masa total de la muestra completa analizada.

Este porcentaje no debe exceder bajo ningún concepto el 4% cuando se trata de validación de canteras nuevas, o del 6% cuando se procede a recepción de balasto ya suministrado para obras.

Dado que este ensayo requiere examen visual intenso, elemento por elemento, resulta práctico combinar su ejecución simultáneamente con el ensayo de determinación de elementos aciculares y lajosos (sección siguiente), permitiendo eficiencia operativa.

IV.11.3. ÍNDICE DE FORMA

El índice de forma de las partículas constituye un parámetro que permite cuantificar el porcentaje de elementos que presentan formas no cúbicas (aciculares, lajosos, o de geometría irregular). Se calcula mediante los procedimientos especificados en la norma UNE-EN 933-4, empleando una plantilla móvil específica (según UNE 146147) o un pie de rey de precisión sobre la fracción de balasto retenida en el tamiz de 22,4 mm.

La especificación establece que la muestra no podrá contener más del 10% de elementos que presenten formas no cúbicas, es decir, elementos aciculares, lajosos, o con proporciones geométricas fuera del rango de 0,5-2 en relación de dimensiones principales.

IV.11.4. PARTÍCULAS FINAS

Este ensayo se realiza utilizando como muestra la fracción de balasto que ha pasado a través del tamiz de 22,4 mm de abertura en el ensayo de granulometría descrito anteriormente.

Esta fracción fina se tamiza nuevamente a través de un tamiz de abertura de 0,5 mm. El material que logra pasar (traspasa) por este tamiz fino no debe constituir más del 0,6% en peso respecto al total de la muestra cuando se procede a validación en cantera, o del 1% cuando se procede a recepción de balasto en obra o almacenamiento intermedio.

IV.11.5. FINOS

Este ensayo consiste en un tamizado mojado (por vía húmeda) de una muestra de balasto, siguiendo exactamente los procedimientos contenidos en la norma UNE-EN 933-1, utilizando un tamiz de abertura extremadamente fina de 0,063 mm (63 micras).

La muestra debe ser preparada previamente secándola en estufa durante 10 horas y dejándola enfriar en desecador durante 2 horas antes de proceder al lavado mojado conforme indica la norma técnica.

El material que pasa a través del tamiz de 0,063 mm no debe constituir más del 0,5% en peso respecto al total cuando se valida en cantera, o del 0,7% cuando se recibe en obra, respecto a la masa total de la muestra utilizada en el ensayo original de granulometría.

IV.11.6. RESISTENCIA A LA ACCIÓN DE LA HELADA

El ensayo de resistencia mide la capacidad de la piedra para soportar ciclos repetidos de congelación y descongelación sin desintegrarse ni perder sus propiedades mecánicas. El balasto es un material granular que, aunque parezca sólido, tiene cierta porosidad. El proceso de deterioro sigue esta lógica:

1. Absorción: El agua de lluvia o la humedad ambiental penetran en los micro-poros o fisuras de la roca.

2. Congelación: Cuando la temperatura baja de 0°C, el agua se convierte en hielo, aumentando su volumen aproximadamente un 9%.

3. Presión Interna: Ese aumento de volumen genera tensiones internas masivas dentro de la piedra.

4. Fractura: Si la roca no es lo suficientemente resistente, se fisura, se descama o se rompe en trozos más pequeños. Si el balasto no resiste bien las heladas, ocurren los siguientes problemas en la vía:

• Colmatación: Las piedras se rompen creando “finos” (polvo y fragmentos pequeños) que rellenan los huecos entre las piedras grandes.

• Pérdida de Drenaje: Al llenarse de finos, el agua ya no evacúa correctamente, lo que empeora el ciclo de congelación (más agua retenida = más daño).

• Inestabilidad: La vía pierde su capacidad de repartir las cargas del tren, lo que puede causar deformaciones peligrosas. Para asegurar que una cantera es apta, se realizan pruebas normativas (como la UNE-EN 1367-1). Los métodos más comunes son:

• Ciclos de Hielo-Deshielo: Se someten muestras de balasto a un número determinado de ciclos (frecuentemente 10 o más) de congelación en aire y descongelación en agua.

• Ensayo de Sulfato de Magnesio: Es un método acelerado. Se sumerge la piedra en una solución saturada de esta sal. Al cristalizar dentro de los poros, la sal ejerce una presión similar a la del hielo. Si la pérdida de masa tras el ensayo es superior a un porcentaje pequeño (habitualmente 1% o 2%), el material se rechaza.

IV.11.7. ENSAYO DE EBULLICIÓN

El Ensayo de Ebullición es una prueba de “envejecimiento acelerado” que se aplica específicamente a ciertas rocas de origen volcánico (como el basalto o la mofeta) para detectar un fenómeno conocido como “mal de la piedra” o meteorización latente.

A diferencia de otros ensayos que miden la fuerza física, este busca debilidades químicas que podrían hacer que el balasto se deshaga en cuestión de meses al estar expuesto a la intemperie.

Algunas rocas volcánicas contienen minerales inestables (como ciertas zeolitas o arcillas expansivas). Estos minerales parecen sólidos y resistentes en la cantera, pero cuando entran en contacto con la humedad y el aire, se hidratan y expanden, provocando que la piedra se agriete o se convierta en arena.

El ensayo de ebullición acelera este proceso natural, que tardaría años, para que ocurra en solo unas horas en el laboratorio.

El procedimiento del Ensayo (Norma UNE-EN 1367-3) es riguroso y busca estresar la estructura interna de la roca:

1. Selección: Se toma una muestra representativa de piedras de balasto.

2. Inmersión y Ebullición: Las piedras se sumergen en agua destilada que se mantiene en ebullición continua durante 4 horas.

3. Observación: Tras el “cocinado”, se dejan enfriar en el agua y se examinan visualmente.

4. Pesaje y Pérdida de Masa: Se mide cuánta masa ha perdido la piedra (cuántos trozos se han desprendido).

Tras el ensayo, el balasto se clasifica según los daños visibles:

• Sin daños: La piedra permanece intacta. Es apta para su uso ferroviario.
• Fisuras superficiales: Aparecen pequeñas grietas, pero la estructura se mantiene.
• Desintegración (Estallido): La piedra se rompe en pedazos o aparecen fisuras profundas (“puntos de sol”). Si la pérdida de masa es superior al valor permitido por la normativa (generalmente el 1%), el material es rechazado de inmediato.

Capítulo V Subbalasto

Se denomina subbalasto a una capa de material granular ubicada estratégicamente entre la banqueta de balasto y la plataforma, siendo constituida por áridos que presentan exigencias técnicas significativamente menores comparadas con las del balasto propiamente dicho.

El origen histórico del uso del subbalasto proviene del aprovechamiento económico del material de balasto antiguo que resultaba de renovaciones o modernizaciones de líneas ferroviarias existentes. En estos trabajos de rehabilitación, el procedimiento consistía en extender el balasto viejo (ya desgastado y degradado) sobre la plataforma nueva o mejorada, y sobre este lecho de material reciclado se disponía la nueva banqueta de balasto virgen. Cuando este procedimiento demostró resultados técnicos favorables en términos de drenaje, protección de plataforma y distribuición de cargas, se consolidó como práctica estándar el incluir una capa de subbalasto incluso en la construcción de líneas completamente nuevas.

V.1. Principales funciones del Subbalasto

Las funciones técnicas del subbalasto son complementarias pero distintas a las del balasto superior. Sus misiones principales incluyen:

• Protección de plataforma contra erosión: Constituye un escudo protector de la parte superior de la plataforma contra los daños erosivos que resultarían tanto del punzonamiento directo de los elementos de balasto superior (que, con sus aristas vivas, tienden a penetrar en materiales blandos), como del impacto destructivo del flujo de agua de lluvia durante episodios de precipitación intensa.

• Protección contra ciclos de helada: Protege la plataforma de los efectos perjudiciales de los ciclos repetidos de congelación y descongelación, que de otro modo causarían disgregación progresiva del material de plataforma, especialmente en zonas climáticas frías.

• Distribución espacial de cargas: Participa en la repartición de las cargas transmitidas desde la superestructura de vía, asegurando que en la parte superior de la plataforma se alcancen únicamente valores de solicitación mecánica que sean técnicamente admisibles considerando la capacidad portante geotécnica del suelo específico.

El espesor y las características del subbalasto están condicionados por múltiples factores interdependientes:

• Características intrínsecas del suelo soporte (naturaleza geológica, sensibilidad a ciclos de helada, índice de portancia CBR)
• Contexto geológico general del lugar de implantación (estratigrafía, composición de acuíferos, etc.)
• Condiciones climáticas regionalesque determinan intensidad de precipitación, amplitud de ciclos térmicos, y profundidad de penetración de heladas

Preguntas de repaso

¿Qué se entiende por “explanación” en ingeniería ferroviaria?

Es la franja de terreno modificada topográficamente (mediante desmontes o terraplenes) sobre la cual se asienta la infraestructura ferroviaria.

¿Cuáles son las tres zonas de protección definidas por la legislación ferroviaria española?

La Zona de Dominio Público (8 m), la Zona de Servidumbre (20 m) y la Zona de Afección (50 m), medidas desde la arista exterior de la explanación.

¿Qué dos funciones principales debe cumplir la plataforma ferroviaria?

Debe tener suficiente capacidad portante para soportar cargas estáticas y dinámicas, y asegurar el drenaje eficaz de las aguas.

¿Qué es el índice CBR y para qué se utiliza en el diseño de plataformas?

Es el California Bearing Ratio, un índice que mide la capacidad portante del suelo y sirve para clasificar la calidad de la plataforma (P1, P2, P3).

¿Cuál es la función principal de la capa de subbalasto?

Proteger la plataforma de la erosión y las heladas, además de colaborar en la distribución de las cargas hacia el terreno.

Bibliografía

Las fuentes documentales consultadas y sobre las cuales se basa sustancialmente la presente exposición académica son las siguientes:

• García Díaz de Villegas, José Manuel. Ferrocarriles. Apuntes de Clase. Notas técnicas compiladas durante la actividad docente en ingeniería ferroviaria, conteniendo síntesis de experiencia práctica y marco normativo acumulado.

• López Pita, Andrés. Infraestructuras Ferroviarias. Obra de referencia que sintetiza principios fundamentales de ingeniería ferroviaria, con énfasis en dimensionamiento de componentes y especificaciones técnicas aplicables.