Sistemas de Superestructura Ferroviaria sin Balasto: Tecnología y Aplicaciones de la Vía en Placa
Índice de contenidos
Capítulo I Introducción
La vía en placa representa una alternativa innovadora a los sistemas tradicionales de superestructura ferroviaria. Puede caracterizarse como un sistema de vía en el cual el balasto convencional ha sido reemplazado por una o más capas de materiales estructurales de diversa rigidez, que comprenden capas de hormigón, bases de asfalto o soportes metálicos.
Las soluciones constructivas de la losa portante pueden ejecutarse tanto mediante hormigonado in situ como mediante la utilización de elementos prefabricados que se ensamblan en el sitio de la obra. En el caso de las bases asfálticas, la construcción procede mediante compactación continua del material durante su colocación. Se debe señalar que en determinadas aplicaciones, además de sustituir el balasto, también se prescinde de las traviesas tradicionales, integrando sus funciones en otros componentes del sistema.
En esta configuración, la totalidad de las funciones que originalmente desempeñaban el balasto y las traviesas debe ser asumida por los diversos componentes que conforman la estructura de la vía en placa.
El propósito fundamental de la implementación de sistemas de vía en placa radica en la consecución de infraestructuras de alta calidad mediante mecanismos que permiten reducir significativamente los gastos operacionales y los tiempos requeridos para labores de mantenimiento. Al disminuir el número de intervenciones necesarias, se incrementa la disponibilidad de las instalaciones para la explotación real del transporte.
Aunque este enfoque requiere inversiones capitales iniciales considerables, es importante destacar que los costes de conservación representan entre el 15% y el 20% de los costes totales de explotación. Para ilustrar la relevancia de esta cuestión, consideremos el caso del metro de Bilbao, donde el 85% de las reparaciones anuales de vía se concentran en segmentos con balasto, a pesar de que estos representan solamente el 39% de la extensión total de la red. Esta disparidad subraya la necesidad de evaluar estas soluciones desde una perspectiva de amortización a largo plazo, donde los ahorros acumulativos en mantenimiento justifican la inversión inicial más elevada.
Los sistemas de vía en placa están compuestos por una serie de elementos que interactúan de manera integrada para proporcionar el soporte estructural y el funcionamiento adecuado de la superestructura ferroviaria.
Nota: todas las partes pueden ser prescindibles excepto el apoyo elástico bajo carril y la losa portante
I.1. Antecedentes
El desarrollo histórico de la tecnología de vía en placa constituye un proceso gradual de innovación que se extiende a lo largo de más de un siglo. Los primeros ensayos con esta tecnología fueron llevados a cabo en Japón en 1924, durante una época en que la ingeniería ferroviaria exploraba alternativas a los métodos constructivos tradicionales.
En 1972, Alemania realizó una contribución significativa con el desarrollo del sistema Rheda en la estación que le da nombre, introduciendo una configuración donde traviesas prefabricadas se encuentran interconectadas mediante armadura longitudinal y ancladas dentro de una losa de hormigón armado apoyada sobre dos capas de subbases rígidas. Durante la década de 1970, Francia y Gran Bretaña desarrollaron independientemente los sistemas Stedef y PACT, respectivamente, ampliando así el abanico de soluciones disponibles.
La década de 1980 marcó un punto de inflexión importante, caracterizada por el intenso desarrollo tanto teórico como experimental de diversos sistemas de vía en placa, que se comenzaron a implementar en múltiples contextos operacionales tales como líneas de cercanías, estructuras de viaductos, túneles, sistemas de transporte metropolitano y complejos de estaciones. Durante los años 90, el enfoque se orientó hacia la adaptación de estos sistemas para aplicaciones de alta velocidad, decisión que fue pioneramente adoptada por Alemania en la construcción de sus líneas de AVE.
Paralelamente, España estableció grupos de trabajo especializados para investigar y desarrollar soluciones propias en esta materia.
I.2. Beneficios
- La vía en placa ofrece :
- Comportamiento mecánico: Gran uniformidad de rigidez vertical, fuerte resistencia lateral y mejor transmisión de tensiones a capas de asiento (entre 1 y \(3 \mathrm{~N} / \mathrm{cm} 2\) )
- Durabilidad: Mayor vida útil de la superficie o losa portante (60 años) y mejora de la de otros elementos (carril y sub-base) respecto a la vía sobre balasto
- Mantenimiento: Conservación de la geometría de vía buena y prácticamente invariable con el paso del tiempo a casi cualquiera que sea la velocidad de explotación. Menores costes a lo largo de toda la vida útil. Reduce la necesidad de intervalos dedicados al mismo de forma diaria (bandas) y por tanto la disponibilidad de tiempo para la explotación pura (circulación de trenes)
- Altura de Construcción y Gálibo: Disminución significativa respecto a balasto
- Practicabilidad: La transitabilidad con vehículos de ruedas neumáticas posible en algunos casos
- Limpieza: Mejora estética y eficacia de elementos habilitados
Capítulo II Sistemas
En este capítulo se presentan los principales sistemas de vía en placa desarrollados internacionalmente. Cada solución responde a necesidades específicas del contexto en que se aplica, considerando factores como la velocidad de operación, las condiciones geotécnicas, los requerimientos de mantenimiento y las restricciones constructivas. La clasificación que se expone a continuación muestra la diversidad de enfoques adoptados por diferentes ingenieros y fabricantes para resolver el desafío de substituir el balasto mientras se mantienen o mejoran las prestaciones de la vía.
II.1. Sistemas de traviesa embebida en hormigón insitu
II.2.1. Sistema RHEDA
El sistema RHEDA representa uno de los enfoques más difundidos en la actualidad. Su concepción se basa en la integración de traviesas prefabricadas dentro de una matriz de hormigón ejecutado in situ, proporcionando una estructura altamente monolítica. La variante Rheda Dywidag constituye una opción alternativa que introduce refinamientos en el diseño original.
En la configuración estándar RHEDA 2000, traviesas monobloque se encuentran empotradas dentro de una losa de hormigón armado, la cual a su vez está confinada dentro de una artesa de soporte. Esta disposición permite eliminar la junta entre el hormigón de la losa de cubierta y el de la artesa, mejorando significativamente la durabilidad al prevenir grietas de mediano plazo que derivarían de los movimientos relativos entre estos componentes. La eliminación de esta discontinuidad estructural también posibilita una reducción importante en la altura total de construcción.
Entre la artesa soporte y la losa que contiene las traviesas se coloca una capa bituminosa de espesor reducido. La artesa misma es construida en hormigón armado con juntas de dilatación estratégicamente posicionadas para controlar la aparición de fisuras, y descansa sobre una capa de material granular cementado de 30 centímetros de espesor.
Dentro de la familia de sistemas RHEDA, existen múltiples variantes adaptadas a diferentes contextos de aplicación. El modelo City ha sido específicamente desarrollado para soportar tráfico de tranvías, manteniendo la construcción monolítica de la losa e incorporando traviesas bíbloque de hormigón. El sistema MRT, destinado a servir líneas de cercanías y transporte metropolitano, representa una versión aligerada del RHEDA 2000, prescindiendo de la artesa de soporte mientras mantiene la integración monolítica entre traviesa y losa.
Rheda 2000
Rheda City.
Rheda City with embedded road surface asphalt
Rheda Dywidag
II.2.2. Hormigón in situ con traviesas: Sistema ZÜBLIN
El modelo Züblin representa un enfoque alternativo a la metodología RHEDA. En esta solución, el hormigón no es vertido entre traviesas de una estructura previa, sino que las traviesas se integran directamente dentro del hormigón fresco de la losa principal durante su hormigonado in situ. Este proceso requiere equipamiento especialmente diseñado que permite insertar las traviesas de hormigón bajo presión mientras se vibra el material fresco, asegurando su correcta posición y penetración en la mezcla.
ΙΙ.3. Segmentos de hormigón prefabricados
II.3.1 Sistema SHINKANSEN
- El sistema consta de una placa prefabricada que apoya sobre una solera de hormigón. El desarrollo de las placas prefabricadas ha experimentado una importante evolución tecnológica. En sus orígenes, se utilizaba hormigón armado convencional para fabricar placas de grandes dimensiones; sin embargo, la tecnología moderna ha incorporado hormigón pretensado que permite una reducción significativa en el peso de los componentes mientras se mantienen sus propiedades estructurales.
La variabilidad en el diseño de placas responde fundamentalmente a dos parámetros: sus dimensiones geométricas y la estrategia de conexión con la solera de soporte. Las placas Tipo M presentan dimensiones de 2,3 metros de largo por 2,4 metros de ancho, encontrándose apoyadas en puntos discretos mediante topes y juntas elastoméricas. Las placas Tipo A, de mayores dimensiones (4,95 metros de largo por 2,34 metros de ancho), se caracterizan por tener contacto continuo con la solera mediante una película de mortero en frío, resultante de la combinación de betún asfáltico y cemento.
La interface entre la solera y cada placa prefabricada se completa con la introducción de mortero autonivelante, que proporciona aislamiento del suelo base y mejora significativamente la durabilidad ante ciclos repetidos de congelación y descongelación. El posicionamiento de las placas se logra encajándolas entre cilindros de hormigón vertical, denominados “stoppers”, que emergen de la solera. Estos elementos cumplen funciones estructurales múltiples: proporcionan conexión entre losas contiguas, vinculan cada placa con la solera, y al estar revestidos de mortero de resina, actúan como elementos de dilatación térmica del hormigón. El carril se monta sobre una almohadilla de asiento ubicada en una placa de apoyo que está directamente fijada a la losa.
Estructura de la Vía en Placa
II.3.2. Sistema ÖBB-PORR
The PORR Slab Track System (specifically the Austrian Slab Track Austria or STA system) is one of the most widely used ballastless track designs in the world. Developed through a partnership between PORR and Austrian Federal Railways (ÖBB), it’s a high-performance alternative to traditional sleepers and gravel.
II.3.2.1. Core Components and Design
The system is built on the principle of unbonded construction, which allows for high precision and easier maintenance than monolithic concrete pours.
- Precast Concrete Slabs: The heart of the system is a reinforced concrete base plate, manufactured in a factory to ensure extreme structural integrity and surface smoothness.
- Elastic Layer: A specialized elastic coating (usually an elastomer) is applied to the bottom of the slab. This acts as a vibration damper and creates a defined separation between the slab and the self-compacting concrete (SCC) poured beneath it.
- Tapered Cones: The slabs feature large, tapered openings. During installation, SCC is pumped into these holes, anchoring the slab to the hydraulic bonded layer (HBL) below.
II.3.2.2. Key Advantages
The PORR system is favored for projects like the HS2 in the UK and various Alpine tunnels for several reasons:
- Extreme Precision: Because the slabs are precast, the rail fastenings are positioned with millimeter accuracy before the slab ever reaches the construction site.
- Rapid Installation: The “plug-and-play” nature of the slabs speeds up the construction timeline compared to traditional ballast, which requires extensive tamping.
- Low Maintenance: Unlike ballast, which shifts and breaks down over time, slab track remains stable for decades, significantly reducing long-term operational costs.
- Easy Replacement: If a slab is damaged, the “unbonded” design means it can be lifted out and replaced without destroying the entire track bed.
II.3.2.3. Where It’s Used
- High-Speed Lines: Where stability at 300+ km/h is non-negotiable.
- Tunnels: Where the limited space makes traditional ballast maintenance nearly impossible.
- Mass Transit: Urban environments that require heavy vibration dampening to protect nearby buildings.
II.3.3. Sistema Precon Aftrav
El sistema de vía en placa prefabricada VP-AFTRAV, fabricado por Precon (del Grupo Molins), es una solución técnica avanzada diseñada específicamente para líneas ferroviarias de altas prestaciones, especialmente en tramos complejos como viaductos, túneles y zonas de alta velocidad.
A diferencia de los sistemas tradicionales de hormigonado in situ, este sistema se basa en el uso de losas de hormigón pretensado prefabricadas, lo que garantiza un control de calidad industrial y una ejecución mucho más rápida en obra.
II.3.3.1. Características Técnicas de la Placa
- Dimensiones estándar: Las placas suelen tener una longitud de 5,10 metros, un ancho de 2,50 metros y un canto (espesor) de unos 20 cm.
- Hormigón Pretensado: A diferencia de las losas de hormigón armado convencionales, estas placas están pretensadas en ambas direcciones (longitudinal y transversal). Esto evita la fisuración por flexión y mejora drásticamente la durabilidad del sistema.
- Peso: Cada placa pesa aproximadamente 8 toneladas, lo que permite su manipulación y transporte con maquinaria estándar de obra ferroviaria.
II.3.3.2. Componentes del Sistema
El sistema AFTRAV se compone de una estructura multicapa:
- Base: Una subbase de hormigón o el propio tablero del viaducto.
- Capa de nivelación: Se utiliza hormigón autocompactante o morteros especiales para solidarizar la placa prefabricada con la base y asegurar la cota exacta.
- Fijaciones: Incorpora sistemas de sujeción (habitualmente de la marca Pandrol) que van anclados directamente a la placa. Estas fijaciones permiten una alta regulación (hasta +26 mm en vertical y ±10 mm en horizontal), fundamental para corregir desviaciones tras el montaje.
- Elementos elásticos: Se incluyen almohadillas bajo el carril o bajo la propia placa (dependiendo del diseño específico para control de vibraciones) para proporcionar la elasticidad que en la vía convencional aporta el balasto.
II.3.3.3. Ventajas Principales
- Idoneidad para Viaductos: Es el sistema de referencia para puentes de gran longitud (como los de la LAV Madrid-Galicia o el Paso de Pajares), ya que permite un comportamiento dinámico excelente y reduce las cargas muertas en comparación con el balasto.
- Bajo Mantenimiento: Al ser un sistema rígido y pretensado, las necesidades de nivelación y alineación a lo largo del tiempo son mínimas.
- Rapidez de Ejecución: El montaje es casi como un “puzzle”. Las placas llegan terminadas de fábrica y solo requieren posicionamiento, nivelación y vertido del hormigón de unión.
- Adaptabilidad: Existen piezas especiales para arquetas, placas de menor longitud o placas triangulares para puentes esviados.
II.3.3.4. Aplicaciones Relevantes
Este sistema ha sido protagonista en la ingeniería ferroviaria española reciente:
- LAV Madrid-Galicia: Instalado en numerosos viaductos del tramo Pedralba-Ourense.
- Variante de Pajares (Asturias): Utilizado para garantizar la estabilidad de la vía en condiciones geológicas y estructurales extremas.
II.3.4 Bogl
Tanto el sistema Bögl (Max Bögl) como el PORR (Slab Track Austria) parecen similares para un ojo no entrenado, pero difieren significativamente en la forma en que se conectan las losas y cómo se integra la elasticidad en la vía.
| Característica | Bögl (FFB) | PORR (Slab Track Austria) |
|---|---|---|
| Origen | Alemania (Max Bögl) | Austria (ÖBB/PORR) |
| Conexión de Losas | Acoplamiento longitudinal (juntas de transmisión de fuerza) para formar una cinta continua. | Losas independientes (separadas por pequeños huecos) sin acoplamiento longitudinal rígido. |
| Elasticidad | Proporcionada principalmente por el sistema de fijación del carril (pads elásticos). | Multicapa: Elasticidad en el sistema de fijación más una capa elástica bajo la losa. |
| Soporte de Base | Las losas se asientan sobre una capa de mortero de cemento-betún. | Las losas se apoyan sobre hormigón autocompactante (HAC). |
| Estructura | Hormigón pretensado biaxialmente. | Hormigón armado o pretensado con “huecos” (pockets) integrados. |
II.4. Segmentos de hormigón in situ sin traviesas
Este sistema, que guarda similitudes con los planteamientos japoneses, se desarrolló como una alternativa para contextos donde se busca una mayor flexibilidad en el diseño. La estructura se fundamenta en una plataforma de hormigón que actúa como losa de cimentación, ejecutada in situ con juntas de dilatación espaciadas cada 30 metros. Sobre esta base, y mediando una capa de mortero bituminoso de 5 centímetros de espesor, se colocan placas de hormigón pretensado de un espesor algo menor que en el sistema SHINKANSEN (15 centímetros comparado con los 16-22 centímetros del sistema japonés).
Para completar la sección transversal de la vía, se rellena con balasto para reconstitución de las banquetas laterales. En el caso particular de su aplicación en túneles, la sección se completa mediante elementos prefabricados colocados en la entrevía y en los laterales, permitiendo obtener un plano de rodadura adecuado para el tráfico de vehículos equipados con neumáticos.
II.3. Segmentos de hormigón in situ sin traviesas: fijación directa
Esta solución se fundamenta en el hormigonado integral in situ de la vía, combinado con un sistema de anclaje directo del carril. La característica distintiva de este enfoque es que la mayor parte de la rigidez del sistema proviene de la estructura de hormigón, mientras que la elasticidad necesaria para el amortiguamiento y la acomodación de deformaciones es proporcionada completamente por el sistema de sujeción.
La estructura consiste en dos capas de hormigón: una capa inferior de hormigón de baja resistencia que actúa como base, sobre la cual se ejecuta una segunda capa de hormigón armado de mayores prestaciones, construida sin juntas de dilatación. El carril se apoya sobre una placa elastomérica que proporciona la interfase elástica entre el carril y la estructura rígida. El sistema de sujeción está conformado por múltiples componentes integrados: un soporte anclado al hormigón mediante mortero de resinas epoxi, un clip elástico que presiona el carril, y un elemento aislante que incluye una placa de fundición y una funda de nylon que envuelve la grapa, asegurando el contacto controlado con el patín del carril.
II.4. Sistemas de carril embebido
En estos sistemas, el carril opera sin apoyos discretos en traviesas, sino que se apoya de forma continua a lo largo de toda su longitud sobre la estructura portante. Esta configuración elimina la flexión intermitente que sufre el carril entre apoyos discretos, reduciendo significativamente las tensiones de fatiga en el mismo. Consecuentemente, se produce una mejora substancial en la distribución de cargas, tanto en condiciones estáticas como dinámicas.
El concepto fundamental consiste en una losa de hormigón armado sobre la cual se ejecutan canaletas longitudinales. En estas acanaladuras se introduce el carril y se fija mediante tacos de madera que mantienen la inclinación especificada (típicamente 1/20). Posteriormente, el carril se embebe completamente en un material elastomérico que le proporciona tanto fijación como elasticidad y amortiguamiento necesarios para su correcto funcionamiento durante la explotación. Con el propósito de optimizar el uso de material elastomérico, se insertan tubos de PVC en ambos lados del alma del carril.
La diversidad de sistemas disponibles en esta categoría deriva de variaciones en las dimensiones de los componentes constitutivos, incluyendo la placa de asiento del carril, el dado de hormigón y el material elastomérico utilizado. Existen múltiples variantes comerciales tales como LTV, Coopsette, y Walo, algunas de las cuales pueden incluso incorporar traviesas RS prescindiendo de la riostra metálica central. El sistema comercial más reconocido es el Edilon, célebre por su composición elastomérica específica que incorpora partículas de corcho, la cual se vierte en estado líquido y solidifica adoptando la forma requerida. Este sistema ha ganado amplia aceptación por la facilidad que proporciona durante su instalación en obra.
En el sistema Edilon, el elastómero (conocido como Corkelast) se vierte en forma líquida en la bandeja de hormigón sobre la que reposa el bloque. Las dimensiones de los tacos de fijación se modulan en función del tráfico esperado en la línea, y el elastómero presenta una flexibilidad regulable según el tipo y nivel de tráfico que deba soportar. Aunque se pueden utilizar diversos tipos de carriles (incluyendo carriles de garganta y perfil Vignole), la mayoría de las aplicaciones emplean carriles de garganta.
II.5. Losa flotante: FST
Este sistema representa una solución orientada hacia la minimización de ruido y vibraciones transmitidas. La estructura consiste en una placa postensada que reposa sobre cuatro puntos de apoyo elastoméricos de geometría circular, encontrándose simultáneamente confinada lateralmente mediante topes de hormigón. Las dimensiones de las losas son relativamente reducidas (1,25 metros de largo por 2,85 metros de ancho), con un espesor mínimo de 20 centímetros. En la parte superior de cada losa se disponen dos topes, ya sean de acero o de hormigón, que previenen posibles situaciones de descarrilamiento.
El posicionamiento del carril se realiza con precisión en su ubicación correcta sobre la losa soporte, efectuándose posteriormente su fijación en esa posición mediante sujeciones específicamente diseñadas. El nivel correcto de apoyo del carril se logra mediante almohadillas ubicadas en las sujeciones, con un espesor típico de 12 milímetros. Un aspecto diferenciador de este sistema es que las sujeciones fijan lateralmente el carril pero no restringen sus movimientos longitudinales, permitiendo así la acomodación térmica.
II.6 Bloques recubiertos de elastómero
II.6.1. VIESA
El sistema VIESA representa una solución basada en bloques prefabricados que permiten una flexibilidad en el diseño y construcción. Este sistema se caracteriza por utilizar bloques de hormigón con cazoletas elásticas integradas, facilitando la instalación del carril con las características de elasticidad requeridas.
BLOQUES (VIESA).
II.6.2. SATEBA
Sateba es un fabricante europeo líder (ahora parte del Grupo Vossloh) especializado en soluciones de hormigón prefabricado para vía en placa (conocida en inglés como slab track o ballastless track).
Sateba ofrece varios sistemas diseñados para diferentes entornos ferroviarios:
II.6.2.1. PREFARAILS® (Carril Embebido)
Es la solución insignia de Sateba para tranvías urbanos y trenes ligeros.
- Diseño: Los carriles se envuelven en una chaqueta de caucho continua (hecha de neumáticos reciclados) y se insertan directamente en losas de hormigón.
- Beneficios: Proporciona una amortiguación extrema de ruido y vibraciones (hasta 15 dB) e insolación eléctrica. Es ideal para la construcción “top-down”, permitiendo una instalación muy rápida.
II.6.2.2. Traviesas de Alta Atenuación (M312 y S312)
Son traviesas “con bota” (encapsuladas) diseñadas para integrarse en losas de hormigón vertidas in situ.
- M312 (Monobloque): Una traviesa pretensada de una sola pieza. Ofrece una mitigación de vibraciones muy alta (> 20 dB) y es una alternativa económica a las “Lozas Flotantes” (FST).
- S312 (Bibloque): Formada por dos bloques de hormigón unidos por una barra de acero, diseñada para reducir el ruido hasta en 15 dB.
II.6.2.3. Traviesa Integrada TW120
Una traviesa bibloque de fondo plano y poca profundidad, diseñada específicamente para vías urbanas embebidas.
- Aplicación: Su diseño compacto es ideal para zonas con muchos servicios públicos subterráneos o donde la vía debe acabarse con césped, asfalto o adoquines.
II.6.2.4. Vía en Escalera (Ladder Track)
Sateba fabrica “escaleras” de hormigón prefabricado (vigas longitudinales conectadas por travesaños).
- Eficiencia: Es un sistema muy robusto que se usa frecuentemente en “vías verdes” (con césped), ya que facilita el riego y reduce la profundidad necesaria de hormigón.
II.6.2.5. Ventajas Clave
| Característica | Beneficio |
|---|---|
| Durabilidad | Vida útil superior a los 60 años (frente a los 15-20 de la vía con balasto). |
| Mantenimiento | Requisito de mantenimiento casi nulo; no requiere bateo ni limpieza de balasto. |
| Precisión | Mantiene la geometría de la vía con exactitud, incluso en alta velocidad. |
| Sostenibilidad | Iniciativa “EcoTrack” que utiliza cemento bajo en carbono y materiales reciclados. |
II.6.2.6. Referencias en Proyectos
- Elizabeth Line (Crossrail), Reino Unido: Uso de traviesas M312 para control de vibraciones en túneles profundos.
- Túnel de Chamartín-Atocha, España: Implementación de sistemas de carril embebido para alta velocidad.
- Grand Paris Express, Francia: Instalación de miles de traviesas monobloque para las nuevas líneas de metro.
II.6.3. TRANOSA
El sistema TRANOSA representa otra aproximación de bloques prefabricados para vía en placa, fundamentado en componentes modulares que integran elementos elásticos. Los bloques de este sistema se diseñan con cazoletas elásticas que proporcionan las condiciones de amortiguamiento requeridas para el correcto desempeño de la vía.
BLOQUES (TRANOSA).
Bloque con cazoleta elástica
II.6.3. Low Vibration Track System LVT (Gotthard)
The Low Vibration Track (LVT) system used in the Gotthard Base Tunnel is a world-renowned example of high-performance slab track technology. Originally developed by Roger Sonneville (now part of the Vigier Rail / Sateba group), it was chosen for the Gotthard tunnel specifically because it can handle the extreme pressures and high speeds (\(250\text{ km/h}\)) of the world’s longest railway tunnel.
The LVT system is a dual-block (or bi-block) non-ballasted track. Unlike a traditional sleeper that is embedded directly into a concrete slab, the LVT system uses a “booted” method to decouple the track from the tunnel structure.
II.6.3.1. The System Components
The system consists of four primary layers that work together to dampen energy:
- Concrete Block: Two separate reinforced concrete blocks support each rail.
- Rail Pad: Sits between the rail and the block to provide primary elasticity.
- Resilient Block Pad: A flexible pad placed underneath the concrete block.
- Rubber Boot: A rubber “cup” that encloses the block and the block pad, separating them entirely from the surrounding poured concrete (the track bed).
II.6.3.2. Characteristics
The Gotthard tunnel presents a hostile environment for track: high temperatures, high humidity, and massive aerodynamic pressure from passing trains.
- Dual-Level Elasticity: LVT provides two levels of damping. The rail pad handles high-frequency vibrations, while the block pad underneath the sleeper handles lower-frequency vibrations. This dual-layer approach is why it is called “Low Vibration Track.”
- High Geometric Precision: In a \(57\text{ km}\) tunnel, maintenance is incredibly difficult and expensive. Because the LVT blocks are cast into the concrete slab, the track geometry (gauge and alignment) remains fixed for decades without the need for the constant “tamping” (re-aligning) that ballasted tracks require.
- Ease of Replacement: A unique feature of LVT is that it is modular. If a concrete block or a rubber component is damaged, it can be removed from its “boot” and replaced without having to demolish the entire concrete floor of the tunnel.
- Aerodynamics and Drainage: The flat surface of the LVT slab track reduces air resistance compared to uneven ballast, which is crucial for \(250\text{ km/h}\) speeds. Additionally, the system allows for integrated drainage channels to manage the significant water ingress common in deep Alpine tunnels.
| Feature | Traditional Ballast | LVT (Gotthard) |
|---|---|---|
| Maintenance Frequency | High (every 2-5 years) | Very Low (30+ years) |
| Vibration Damping | Moderate | Very High |
| Construction Height | High (\(70\text{ cm}+\)) | Low (\(40\text{-}50\text{ cm}\)) |
| Installation Cost | Lower | Higher |
Fun Fact: There are over 380,000 LVT blocks installed throughout the Gotthard Base Tunnel, covering both tubes and the cross-passages.
II.6.4. Edilon
The Edilon Sedra Embedded Rail System (ERS) is a ballastless track solution where the rail is continuously supported and “floating” within a channel, rather than being fixed to sleepers (ties) with traditional clips.
Instead of the point-loading you see on traditional tracks (where the weight hits specific sleepers), the ERS distributes the load evenly along the entire length of the rail.
- The Channel: A concrete slab or steel bridge deck features a longitudinal groove (the “channal”).
- The Rail: The rail is positioned precisely within this channel.
- Corkelast®: This is the “secret sauce.” It’s a two-component polyurethane resin mixed with cork. It is poured into the gaps around the rail, where it cures to provide elastic support and electrical insulation.
II.6.4.1. Key Advantages
The ERS is often the “go-to” for urban environments and heavy-duty infrastructure because it solves several engineering headaches simultaneously:
- Noise and Vibration Damping: Because the rail is wrapped in an elastic material, it absorbs the “screech” and “hum” of passing trains, making it ideal for residential areas or tunnels.
- Low Maintenance: There are no bolts, clips, or pads to tighten or replace. Once it’s poured, it’s largely a “set it and forget it” system.
- Water Tightness: The system is completely sealed, preventing water from seeping into the concrete structure, which is vital for bridges and tunnels to prevent corrosion.
- Stray Current Protection: The resin acts as an insulator, preventing electricity from the rails (in electric train systems) from leaking into the ground and damaging nearby pipes or cables.
II.6.4.2. Common Use Cases
- Street Trams & Light Rail: Allows vehicles and pedestrians to cross the tracks easily because the rail is flush with the road surface.
- Bridges and Viaducts: Reduces the dead weight on the structure by eliminating the need for heavy ballast (rocks).
- High-Speed Rail: Provides a high level of stability and precision required for 300+ km/h travel.
- Level Crossings: Durable enough to handle heavy truck traffic crossing over the rails.
II.6.4.3. Installation Process
- Preparation: The concrete channel is cleaned and primed.
- Alignment: The rail is suspended in the channel using specialized jigs to ensure perfect vertical and horizontal alignment.
- Pouring: The Corkelast® compound is mixed and poured into the voids.
- Curing: Once the resin hardens, the jigs are removed, and the track is ready for service.
II.7. Apoyo directo de traviesas
II.7.1ATD
El sistema ATD (AsphalTragschicht mit Direktauflagerung) constituye una solución alternativa que utiliza capas asfálticas como elemento base de la superestructura. La composición constructiva comienza con una capa de 40 centímetros de subbalasto sobre la cual se extiende una capa uniforme de 30 centímetros de material granular cementado (grava-cemento). Subsecuentemente, se colocan cuatro capas de asfalto, siendo la capa superior mejorada con adición de polímeros para incrementar sus propiedades de durabilidad y elasticidad. Una vez que las capas asfálticas han alcanzado su estabilidad térmica y estructural, se posicionan las traviesas sobre el asfalto. La fijación de las traviesas se logra mediante inyección de una masilla sintética a través de orificios específicamente practicados en la parte superior de cada traviesa.
SECCIÓN TIPO SISTEMA ATD
II.7.2. Getrac
El sistema Getrac se fundamenta en una arquitectura de capas donde la placa soporte consiste en aglomerado asfáltico de alta calidad, sobre la cual se posiciona una traviesa monobloque de hormigón. El paquete total de aglomerado asfáltico se apoya sobre una base de material granular cementado (grava-cemento), alcanzando un espesor aproximado de 30 centímetros para la estructura de soporte.
La estructura multicapa permite una distribución eficiente de las cargas. La primera capa de aglomerado actúa como elemento de unión con la explanada y distribuye las cargas hacia las capas inferiores. La segunda capa cumple función de elemento elástico, permitiendo el amortiguamiento de las tensiones que se generan en la capa superior donde se colocan las traviesas. La unión entre traviesa y la capa soporte de aglomerado se realiza mediante piezas de hormigón especialmente conformadas, denominadas “stoppers”, que crean puntos de conexión entre ambos elementos.
- La primera capa sirve de unión con la explanada y reparte las cargas a esta, la segunda capa es un muelle permite amortiguar las tensiones que se producen en la capa superior, la capa soporte donde van colocadas las traviesas.
- La unión entre la traviesa y la capa soporte se realiza a través de una pieza de hormigón en forma de taco, denominado “stopper”.
SECCIÓN TIPO SISTEMA GETRAC
II.13. Comportamiento
A la hora de seleccionar el sistema de vía en placa más adecuado para una determinada aplicación, es fundamental comprender las características de comportamiento que cada tipología ofrece. Las construcciones en capas o monolíticas reducen efectivamente las tensiones derivadas de las cargas transmitidas a través de la estructura, facilitando las operaciones de reparación cuando éstas son necesarias. Sin embargo, presentan la limitación de tener un único plano de elasticidad, lo que puede originar problemáticas acústicas.
Los sistemas de bloques proporcionan reducciones considerables del ruido a bajas frecuencias y ofrecen una amortiguación considerable de vibraciones. No obstante, en aplicaciones a cielo abierto pueden presentar problemas de durabilidad relacionados con la retención de agua en las cazoletas, así como daños por ciclos repetidos de congelación y descongelación.
Los sistemas con carril embebido logran una reducción efectiva de tensiones al minimizar la fatiga del carril, que queda completamente protegido de los agentes atmosféricos. Estos sistemas permiten el tránsito de vehículos sobre su superficie y distribuyen las cargas de forma homogénea. Su principal desventaja radica en la complejidad de las operaciones de reparación.
Las losas flotantes ofrecen la mayor reducción de ruido y vibraciones al contar con múltiples planos de elasticidad. El uso de elementos prefabricados permite una sistematización eficiente del proceso constructivo, aunque requiere un control muy estricto del posicionamiento de los componentes. Su costo inicial es considerablemente mayor que otras soluciones.
Capítulo III Montaje de Via en Placa
- Introducción
- Sistemas
- Montaje de vía en placa
- Procedimientos constructivos
- La vía en placa en España
- Comparativa frente a vía en balasto
El proceso constructivo de la vía en placa difiere significativamente del de sistemas convencionales sobre balasto. La naturaleza monolítica y la rigidez estructural de estos sistemas imponen requisitos muy exigentes en las fases de preparación, ejecución y control. La presente sección examina las consideraciones técnicas específicas que deben tenerse en cuenta en diferentes contextos topográficos y estructurales.
III.1. Vía en placa en explanaciones
La implementación de vía en placa en terrenos naturales demanda condiciones de soporte substancialmente superiores a las requeridas para vía convencional sobre balasto. Esta exigencia fundamental se deriva de la rigidez inherente del sistema, que lo hace vulnerable al descalce o a la rotura por flexión si el soporte no proporciona un contacto uniforme.
Es necesario evitar cuidadosamente una serie de problemáticas geotécnicas que pueden comprometer la integridad del sistema. Entre éstas se encuentran las deformaciones o deflexiones significativas, así como asientos continuos o irregulares de la explanación. Debe prevenirse también el lavado o lixiviado de materiales del terreno de fundación, así como la posibilidad de colapsos locales. Igualmente importante es el control del comportamiento del terreno ante variaciones de humedad, ciclos de congelación y descongelación, y procesos de expansión o contracción térmica.
El objetivo primordial en el diseño del terreno de soporte consiste en minimizar, dentro de lo posible, los asientos residuales naturales de la explanación anterior a la instalación de la vía, así como los que puedan ocurrir durante la explotación posterior. Dada esta exigencia crítica, cuando existen riesgos geotécnicos significativos, la solución más prudente suele ser la adopción de vía convencional sobre balasto, que proporciona mayor flexibilidad para acomodarse a irregularidades del terreno.
III.2. Vía en placa sobre terraplén
La instalación de vía en placa sobre rellenos artificiales requiere la implementación de una serie de medidas preventivas y constructivas que garanticen la estabilidad del sistema a largo plazo. Estas medidas deben coordinarse durante las fases de diseño, construcción y control.
En primer lugar, es fundamental limitar la altura del terraplén, reconociendo que si bien existe correlación entre altura y asientos, la relación no es necesariamente lineal. Para los casos en que el suelo de cimentación presenta cierta capacidad portante, es recomendable realizar trabajos de saneamiento del cimiento, mejorando tanto su impermeabilidad como la estabilidad del terreno subyacente. En suelos con escasa o nula capacidad portante, o bien aquellos que presentan deformabilidad significativa (como en los casos documentados de Holanda y Japón), es necesario ejecutar obras especiales de apoyo o mejora del cimiento.
La optimización de los materiales utilizados en la construcción de los terraplenes y sus capas de asiento contribuye significativamente a la estabilidad del sistema. Cuando sea posible, se deben seleccionar materiales de mejor calidad que los convencionales. Paralelamente, debe dedicarse especial atención a los procesos de compactación durante la construcción, asegurando que se logren los niveles de compactación especificados y que éstos se verifiquen mediante ensayos en campo.
| Tipo de Material | Compactación | Rigidez Vertical |
|---|---|---|
| SUBBALASTO | No Aplica | \(\mathrm{E}_{\mathrm{v} 2}>1.200 \mathrm{~kg} / \mathrm{cm}^{2}\) |
| CAPA DE FORMA (Material QS3) | \(\mathbf{1 0 0} \boldsymbol{\%}\) Proctor Modificado | \(\mathrm{E}_{\mathrm{v} 2} \boldsymbol{>} \mathbf{8 0 0 ~ k g} / \mathbf{c m}^{2}\) |
| SUELO CALIDAD QS3/QS2 (Terraplén) | \(\mathbf{9 5} \boldsymbol{\%}\) Proctor Modificado | \(\mathbf{E}_{\mathrm{v} 2} \boldsymbol{>} \mathbf{6 0 0 ~ k g} / \mathbf{c m}^{2}\) |
III.3. Vía en placa sobre desmonte
La construcción de vía en placa sobre excavaciones en terreno natural (desmontes) presenta desafíos distintos a los encontrados en terraplenes, aunque igualmente exigentes desde el punto de vista geotécnico. La estrategia de mitigación de riesgos comprende dos medidas principales.
En primer lugar, cuando el suelo excavado presenta cierta capacidad portante, se debe proceder a sanear el cimiento, mejorando particularmente su impermeabilidad e incrementando la estabilidad general del terreno. Esta mejora es especialmente crítica en desmontes, donde los efectos de infiltración de agua y movimientos de masa pueden ser más pronunciados que en terraplenes.
En segundo término, cuando los suelos presentan escasa o nula capacidad portante, o cuando demuestran deformabilidad significativa, es imprescindible diseñar e implementar obras especiales de mejora del cimiento o del apoyo estructural. Las experiencias de Holanda y Japón proporcionan ejemplos bien documentados de soluciones sofisticadas en estas circunstancias.
Complementariamente a lo anterior, se recomienda enfáticamente la utilización de materiales de soporte de la más alta calidad disponible, seleccionando suelos de categoría QS3, QS2 o QS1 cuando sea necesario. El cumplimiento riguroso de las especificaciones de rigidez y compactación de cada capa, junto con un programa intensificado de control de calidad in situ, son elementos esenciales para el éxito de este tipo de proyectos.
| Tipo de Material | Compactación | Rigidez Vertical |
| :— | :— | :— |
| SUBBALASTO | No Aplica | \(\mathrm{E}_{\mathrm{v} 2}>1.200 \mathrm{~kg} / \mathrm{cm}^{2}\) |
| CAPA DE FORMA (Material QS3) | 100\% Proctor Modificado | \(\mathrm{E}_{\mathrm{v} 2}>800 \mathrm{~kg} / \mathrm{cm}^{2}\) |
| SUELO CALIDAD QS3/QS2 (Desmonte) /QS1 (Desmonte) | 95\% Proctor Modificado | \(\mathrm{E}_{\mathrm{v} 2}>600 \mathrm{~kg} / \mathrm{cm}^{2}\) |
III.4. Vía en placa sobre viaductos
La incorporación de vía en balasto convencional sobre estructuras de viaducto introduce una serie de problemáticas que pueden ser significativamente mitigadas mediante la adopción de sistemas de vía en placa.
En los viaductos con vía sobre balasto, el contacto rígido entre el balasto y las superficies de hormigón de la losa de cubierta genera concentraciones de tensiones que se ven exacerbadas por el confinamiento inherente del material. Adicionalmente, las operaciones de mantenimiento habitual (nivelación y alineación mediante bateo del balasto) pueden acelerar el deterioro del material en estas condiciones de rigidez aumentada.
Cuando la explotación demanda niveles muy elevados de servicio, puede ser necesario disponer bajo las traviesas o sobre la superficie de la losa elementos elastoméricos que reduzcan la rigidez del contacto y disminuyan la dureza de la interfase, minimizando así el desgaste del balasto y reduciendo las tensiones. En circunstancias especiales, pueden instalarse sistemas de sujeción con características más elásticas que las convencionales.
Alternativamente, es posible diseñar específicamente la estructura del viaducto para alojar un sistema particular de vía en placa, considerando en el diseño el incremento de carga permanente que estos sistemas generan. Simultáneamente, es factible disminuir los factores de amplificación dinámica admisibles de la estructura debido a la superior calidad continua de la geometría de vía proporcionada por estos sistemas.
Sin embargo, la integración de vía en placa con estructuras de viaducto requiere asegurar la compatibilidad de múltiples aspectos: los movimientos verticales relativos entre el tablero y la losa portante de la vía deben ser acomodados mediante libertades de giro y sistemas de movimiento relativo controlado. Los movimientos longitudinales del tablero debidos a efectos térmicos deben ser compatibilizados con los del carril. Los movimientos transversales del tablero respecto a estribos, o entre tableros independientes, deben ser limitados convenientemente. Finalmente, la transmisión de esfuerzos transversales y longitudinales desde la vía hacia la estructura debe garantizar un flujo seguro de fuerzas.
III.5. Vía en placa en túneles
Los túneles ferroviarios constituyen el contexto más favorable para la implementación de sistemas de vía en placa, en virtud de las múltiples ventajas que estos sistemas aportan en este tipo de infraestructura.
La vía convencional sobre balasto en contextos de túneles presenta una serie de limitaciones significativas. La altura constructiva requerida es considerablemente mayor que la de sistemas de vía en placa, lo que implica excavaciones de mayor sección y, consecuentemente, mayores costos y complejidades constructivas. Las operaciones de mantenimiento rutinario de vía con balasto (bateo y desguarnecido) presentan dificultades excepcionales en el contexto confinado de un túnel. La estabilidad y disponibilidad de la vía se ve comprometida por la tendencia del balasto a desplazarse bajo cargas dinámicas repetidas en el ambiente cerrado del túnel. El acceso al túnel para operaciones de mantenimiento o emergencia es inherentemente complicado, y la evacuación a pie de los viajeros en caso de incidente, así como el acceso de vehículos de emergencia, presentan restricciones significativas. Finalmente, la experiencia operacional ha documentado la ocurrencia de asientos debidos a la inestabilidad del balasto, así como problemas de contaminación de las capas de soporte y acumulación de agua, derivados de la colmatación de los sistemas de drenaje de vía.
Por el contrario, los túneles constituyen la infraestructura más compatible para el montaje de vía en placa. El diseño de la contrabóveda o losa de cubierta del túnel puede ser ejecutado considerando específicamente las solicitaciones y características de un sistema particular de vía en placa, teniendo en cuenta el incremento de peso permanente que estos sistemas generan. En muchos casos, la losa portante de hormigón puede considerarse como colaborante estructural en la resistencia del túnel, particularmente cuando se han dispuesto armaduras transversales de cosido entre la losa y la estructura resistente de la contrabóveda.
La estabilidad térmica en el interior del túnel usualmente implica que no existan movimientos transversales o longitudinales significativos de la estructura, eliminando así la necesidad de compatibilizar movimientos complejos entre distintos componentes. Finalmente, es esencial que se diseñe e implemente un sistema adecuado de impermeabilización y drenaje específicamente dimensionado para las características de la vía en placa en contexto de túnel.
Capítulo IV Procedimientos constructivos
La ejecución de vías en placa requiere procedimientos constructivos altamente sistematizados y controlados. El presente capítulo examina en detalle las operaciones típicas involucradas en la instalación de un sistema RHEDA 2000, que constituye uno de los sistemas más ampliamente utilizados en proyectos españoles y europeos. Los procedimientos aquí descritos ilustran los principios generales aplicables a otros sistemas, aunque con adaptaciones específicas según sus características particulares.
Secciones tipo (1).
Secciones tipo (2).
Topografía Bases de Replanteo
IV.2. Puntos de marcaje y levantamiento de la solera
Las operaciones iniciales de replanteo constituyen la base sobre la cual descansa la precisión de toda la instalación subsecuente. El levantamiento topográfico de la solera existente se realiza mediante un muestreo sistemático, tomando 5 puntos de medición por perfil transversal, espaciados longitudinalmente a intervalos de 10 metros.
Una vez obtenida la información topográfica del soporte, se procede al ajuste del trazado de la vía, verificando que el espesor resultante entre la solera existente y la cota del eje central del carril se mantenga dentro de las tolerancias especificadas (típicamente 0,493 milímetros). El encaje del trazado de vía en planta y alzado requiere validación simultánea de múltiples parámetros: tanto parámetros geométricos fundamentales (alineación, peralte, pendiente longitudinal) como parámetros funcionales (radios de curvatura, transiciones de peralte). Concurrentemente, deben verificarse los gálibos de la infraestructura contra las normativas vigentes de seguridad y funcionamiento.
IV.3. Preparación de la solera y posicionamiento de traviesas
La primera fase constructiva comprende la ejecución de la solera de hormigón en masa de clase HM-20. Esta capa constituye la base sobre la cual descansa toda la superestructura. En los casos donde es necesario mantener o ajustar el peralte del trazado, se puede diseñar una solera peraltada que proporciona ya la inclinación necesaria del carril, facilitando posteriores operaciones de montaje.
Una vez alcanzada la resistencia del hormigón de la solera, se procede al posicionamiento preciso de las traviesas sobre ella, considerando el trazado geométrico previamente validado. El posicionamiento de traviesas constituye una operación crítica, ya que define la posición definitiva del carril en la estructura final.
La descarga del carril en el sitio de la obra constituye una operación que requiere cuidado para evitar daños. El carril se suministra en tramos o barras largas que se descargan utilizando equipos apropiados. El montaje del carril sobre las traviesas se realiza siguiendo procedimientos precisos, con posterior clavado de la vía para asegurar la posición inicial durante las operaciones subsecuentes de nivelación y ajuste.
La operación de nivelación de la vía constituye un paso crítico en la secuencia constructiva. Se utilizan husillos (tornillos de elevación) colocados a intervalos aproximados de 1,80 metros para ajustar tanto la alineación horizontal como la nivelación vertical de la vía. Estos husillos permiten aproximar la posición del carril a sus valores teóricos especificados, considerando tanto los parámetros en planta (alineación) como los parámetros en alzado (nivelación).
Ajuste topográfico (1).
IV.4. Armado y hormigonado
El refuerzo de la estructura mediante armadura de acero constituye un componente esencial de la losa monolítica de hormigón. En contextos de túneles, la armadura convencional puede ser parcialmente sustituida por fibras de polipropileno, que proporcionan control de fisuración distribuida. Sin embargo, en las bocas de túneles, donde ocurren variaciones bruscas de temperatura, se mantiene refuerzo tradicional completo.
La armadura longitudinal típicamente consiste en 8 barras de 20 milímetros de diámetro, mientras que la armadura transversal comprende barras de 20 milímetros de diámetro con longitud total de 2,70 metros. Los solapes entre barras se diseñan con longitud mínima de 1,20 metros, asegurando que al menos 3 barras se encuentren soldadas. Se establecen puntos de toma a tierra cada 100 metros máximo, e instalando conectores especiales en las últimas 10 traviesas para efectos de drenaje.
El hormigonado de la losa se vierte en capas sucesivas. La primera capa de HM-20 se coloca con espesor especificado (típicamente 250 milímetros), incorporando fibras de polipropileno en dosis de 900 gramos por metro cúbico cuando se utiliza esta tecnología. Subsecuentemente, una segunda capa de hormigón HM-35 de mayores prestaciones se hormigona sobre la primera. Se aplica riego de traviesas y se ejecuta vibrado cuidadoso para asegurar la correcta consolidación del hormigón, eliminación de vacíos, y penetración completa del material en torno a traviesas y armadura.
Una fase crucial posterior al hormigonado del sistema de vía es la formación de barras largas soldadas. Este proceso permite integrar múltiples tramos de carril en unidades longitudinales continuas, mejorando el comportamiento dinámico y reduciendo la tensión en juntas intermedias. Las soldaduras aluminotérmicas constituyen el método más ampliamente utilizado para esta operación, proporcionando uniones de gran resistencia y durabilidad.
Las riostras metálicas se instalan subsecuentemente para rigidizar el conjunto de traviesas, previniendo desplazamientos laterales durante el paso de los primeros trenes y hasta que la estructura de hormigón alcance su resistencia completa. Las transiciones entre vía en placa y vía en balasto se construyen cuidadosamente para evitar cambios abruptos de rigidez que puedan generar vibraciones excesivas o impactos dinámicos.
Capítulo V La vía en placa en España en la red Adif
La adopción de sistemas de vía en placa en España ha seguido una trayectoria gradual, reflejando la necesidad de validar estas tecnologías en contextos operacionales antes de su implementación masiva. Los datos de disponibilidad actual proporcionan una perspectiva clara del estado de la tecnología en la infraestructura ferroviaria española.
En la Red Convencional de ADIF con ancho ibérico, actualmente se encuentran en operación 58 kilómetros de vía en placa, cifra que representa apenas el 0,5% del total de la red de ancho convencional. Estos tramos se localizan predominantemente en túneles y estaciones, contextos donde las ventajas del sistema son más pronunciadas. Un hito importante en la validación de la tecnología lo constituye un tramo de 2,5 kilómetros situado en el Corredor Mediterráneo (línea Valencia-Barcelona, segmento Las Palmas-Oropesa) que opera a 220 km/h. Este tramo, instalado en el año 2003, ha servido como banco de pruebas para validar modelos de vía en placa de altas prestaciones que fueron posteriormente implantados en la Red de Alta Velocidad. Se espera que con la finalización de las obras del Eje Atlántico (Vigo-La Coruña), la longitud total de vía en placa en la Red Convencional alcance aproximadamente 70 kilómetros.
Concerniente a la Red de Alta Velocidad de ADIF con ancho internacional, se registran actualmente 75 kilómetros de vía en placa en operación, representando aproximadamente el 3% del total de esa red. Estos kilómetros se distribuyen en túneles, accesos a estaciones y complejos de estaciones. Un tramo experimental de significativa importancia se localiza entre Medina y Olmedo en la Línea de Alta Velocidad Madrid-Valladolid, también operando a 220 km/h. La institucionalización del esfuerzo de investigación y desarrollo en esta materia se concretó con la creación, en los primeros años de la década de 2000, del GRUPO DE TRABAJO PARA EL DESARROLLO DE LA VÍA SIN BALASTO.
V.1. Criterios de aplicación
Las normas que regulan la utilización de vía en placa en España están establecidas en la ORDEN FOM/3317/2010 de 17 de diciembre, que aprueba la Instrucción sobre las medidas específicas para la mejora de la eficiencia en la ejecución de obras públicas de infraestructuras ferroviarias, carreteras y aeropuertos del Ministerio de Fomento (publicada en el Boletín Oficial del Estado el 23 de diciembre de 2010).
De acuerdo con esta normativa, la vía en placa debe instalarse obligatoriamente en todos los túneles con longitud superior a 1.500 metros, siempre que no existan otras circunstancias especiales que desaconsejen su implementación. Para los casos en que exista una sucesión de túneles y viaductos que en conjunto alcancen esa longitud, para túneles entre 500 y 1.500 metros de longitud, o cuando otras consideraciones técnicas así lo justifiquen, la decisión entre vía en placa o vía convencional debe fundamentarse en un estudio técnico-económico completo, que incluya análisis del tipo de tráfico previsto, las condiciones y costes de construcción, los costes de explotación y mantenimiento, así como el coste asociado a las transiciones necesarias entre sistemas de vía.
La Resolución Circular 2/2012 de la Dirección General de Ferrocarriles complementa las disposiciones anteriores con recomendaciones específicas para el diseño de superestructura de vía en túneles. Para actuaciones de renovación, rehabilitación o acondicionamiento en túneles existentes con condiciones geométricas muy restrictivas (gálibos reducidos, radios horizontales muy pequeños, peraltes máximos, espacios entre ejes reducidos, etc.), se debe analizar la viabilidad de sustituir la superestructura convencional por vía en placa, optando por este sistema siempre que sea razonablemente viable desde los puntos de vista constructivo, económico y geométrico.
Adicionalmente, se recomienda la utilización de vía en placa en estaciones ferroviarias y en emplazamientos singulares donde el objetivo es uniformizar la superestructura de vía y facilitar así la coordinación del mantenimiento a lo largo de líneas que contengan sucesiones de túneles largos, combinaciones de túneles y viaductos, u otras configuraciones complejas.
V.2. Kilómetros de vía sin balasto instalados en España
V.2.1. En túneles:
La infraestructura de túneles constituye uno de los ámbitos de aplicación más extensos para sistemas de vía en placa en el contexto español. El sistema RHEDA 2000 se encuentra implementado en una extensión de 79,99 kilómetros, representando la solución más ampliamente desplegada en infraestructuras subterráneas. La variante RHEDA 2000 Polivalente, diseñada para proporcionar mayor versatilidad en contextos complejos, ha sido instalada en 34,4 kilómetros. De mayor envergadura es la implementación del sistema VPA/A, que alcanza 405,6 kilómetros, constituyendo la solución de placa predominante en túneles de la red española.
V.2.2. En estaciones:
Los espacios de estaciones ferroviarias han experimentado una diversificación de sistemas de vía en placa adaptados a los requerimientos específicos de operación e integración urbana. El sistema Carril Embebido Edilon representa la solución más extendida en estaciones, con 2,66 kilómetros de implementación. Complementando esta solución, se encuentran diversos sistemas especializados: el sistema STEDEF ha sido instalado en 900 metros, la modalidad EDILON EDF-FF en 450 metros, el sistema de Bloques TRANOSA en 450 metros, y finalmente el sistema DFF en 900 metros, reflejando la multiplicidad de enfoques técnicos disponibles para este contexto operacional.
V.3. Kilómetros de vía sin balasto instalados en España
V.3.1. En viaductos:
La implementación en estructuras de viaductos ha seguido una aproximación selectiva y experimental. El sistema DFF ha sido instalado en 450 metros de viaductos españoles, constituyendo una aplicación piloto de esta solución. El sistema SFC representa otra alternativa desplegada, alcanzando 573 metros, confirmando la viabilidad técnica de sistemas de placa en contextos de estructura elevada.
V.3.2. En desmonte/terraplén (tramos de pruebas):
Las secciones de desmonte y terraplén constituyen ámbitos donde se han desarrollado extensos tramos de prueba con diversos sistemas de vía en placa, permitiendo acumular experiencia operacional antes de decisiones de implementación a mayor escala. El sistema Carril Embebido Edilon fue evaluado en 432 metros, proporcionando datos sobre comportamiento en contextos de terreno variable. El sistema RHEDA DYWIDAG alcanzó similar longitud de prueba (432 metros) para evaluar sus características en estas condiciones. El sistema RHEDA 2000, como solución de referencia, fue evaluado también en 432 metros de este tipo de infraestructura. El sistema STEDEF completó evaluaciones en 432 metros, permitiendo comparativas técnicas en iguales condiciones. El sistema GETRAC fue igualmente probado en 432 metros en estos contextos, al igual que el sistema ATD, que constituyó su extensión de validación en terraplén y desmonte.
Capítulo VI Ventajas e inconvenientes
VI.1. Ventajas principales
Los sistemas de vía en placa ofrecen una amplia gama de ventajas que los hacen particularmente atractivos para aplicaciones específicas:
El comportamiento mecánico se caracteriza por una uniformidad excepcional de la rigidez vertical, combinada con fuerte resistencia a esfuerzos laterales, proporcionando una mejor transmisión de tensiones hacia las capas de asiento (valores típicos entre 1 y 3 N/cm²). Respecto a durabilidad, la vida útil de la losa portante alcanza aproximadamente 60 años, superando significativamente la de componentes alternativos, mientras que simultáneamente se extiende la vida útil de elementos como el carril y la subbase.
Concerniente al mantenimiento, estos sistemas preservan la geometría de vía en condiciones satisfactorias y prácticamente invariables a través del tiempo, independientemente de la velocidad de explotación, permitiendo reducir considerablemente los costes asociados a conservación. Particularmente relevante es la disminución en intervalos diarios dedicados a tareas rutinarias, liberando capacidad para explotación del transporte.
La altura total de construcción requerida es notablemente inferior a la de sistemas convencionales sobre balasto. En ciertos casos, la rigidez permite el tránsito de vehículos con ruedas neumáticas. Finalmente, mejoran significativamente la limpieza de la infraestructura y la eficiencia de los elementos de seguridad.
VI.2. Limitaciones y desventajas
Junto a las ventajas substanciales que ofrecen los sistemas de vía en placa, es importante reconocer una serie de desafíos técnicos y económicos que deben considerarse en el proceso de selección:
La rigidez de estos sistemas, aunque ventajosa para muchas aplicaciones, puede resultar excesiva en algunos contextos, teniendo cierta incidencia negativa sobre el confort de los viajeros a altas velocidades de circulación. Las transiciones entre vía en placa y vía convencional sobre balasto requieren diseño y construcción cuidadosa, ya que los cambios abruptos de rigidez generan reacciones dinámicas y esfuerzos concentrados que pueden comprometer la estabilidad de ambos sistemas.
Las tolerancias de construcción requeridas son muy exigentes, siendo las correcciones post-construcción difíciles de ejecutar dada la naturaleza monolítica de estos sistemas. El requisito de asiento “nulo” del terreno de soporte es crítico, ya que la ausencia de apoyo continuo puede derivar en flexión localizada, fisuración y potencial rotura de la losa portante. Esto limita significativamente la altura máxima de construcción sobre terraplén (generalmente entre 2 a 5 metros, o hasta 10 metros en circunstancias muy favorables).
Los requisitos de calidad del terreno de soporte son muy exigentes, demandando suelos de categoría QS2 o QS3 como mínimo, lo que frecuentemente requiere trabajos de mejora del terreno u obras extraordinarias de infraestructura. Las capas de soporte bajo la losa deben constituirse con materiales hidráulicamente ligados (con cemento, gravacemento, o cal) de al menos 30 centímetros de espesor, siendo necesarias capas adicionalmente rígidas en la explanación (subbalasto con \(E_{v2} > 1.200\) kg/cm² y capas de forma con \(E_{v2} > 600-800\) kg/cm²).
Los costes de inversión en materiales e instalación suelen ser superiores a los de vía convencional, con variabilidad importante según el sistema seleccionado y las circunstancias del proyecto. Actualmente existe falta general de experiencia y mecanización de los procesos constructivos en muchos contextos. Los tiempos requeridos para reparaciones de incidencias, aunque potencialmente menores durante la explotación normal, pueden ser significativamente mayores en caso de necesidad de intervención estructural. El drenaje e impermeabilización de estos sistemas exigen mejoras del terreno y tratamientos especiales. Finalmente, la emisión acústica puede ser problemática en túneles largos, con riesgo de amplificación de vibraciones por la homogeneidad de materiales, aunque existen medidas mitigadoras que pueden reducir el ruido incluso por debajo de los niveles de vía sobre balasto.
VI.3. Criterios de selección según contexto de aplicación
La selección del sistema de vía más apropiado debe responder a los requisitos específicos de cada aplicación. Para operaciones a velocidades superiores a 220 km/h en líneas de alta velocidad, los sistemas recomendados incluyen RHEDA 2000, VPP, STEDEF, ÖBB, BOGL, y SHINKANSEN, que han demostrado excelente desempeño en contextos de tráfico intenso y exigente.
Para aplicaciones en estaciones ferroviarias, la gama de opciones es más amplia, permitiendo selecciones basadas en requisitos específicos de circulación y mantenimiento: vía en placa directa (sistemas EDF, ELASTIPLUS, DFF), carril embebido o enchaquetado (EDILON, CDM), o bloques y tacos (TRANOSA, LVT, VIESA).
En contextos donde la reducción de vibraciones es crítica (proximidad a zonas urbanas, instalaciones sensibles), se recomiendan sistemas de losas flotantes con apoyos continuos o discretos, bloques y tacos, carril embebido, vía en placa directa, y sistemas monolíticos, en función de las características específicas del proyecto.
Para sistemas de transporte metropolitano (metros), se emplean frecuentemente vía en placa directa, carril embebido, y bloques o tacos, siendo la selección dependiente de los niveles de ruido admisibles, capacidad de circulación, y disponibilidad de espacios.
- Exigencias materiales soporte y tratamientos capas de asiento: Suelen exigir una mayor contribución de rigidez para soporte de la losa, teniendo que configurar bajo la losa capas hidráulicamente ligadas (con cemento HGT-gravacemento) o cal) de al menos 30 cm . de espesor, y en explanaciones también capas más rígidas (subbalasto Ev2> \(1.200 \mathrm{~kg} / \mathrm{cm} 2\) y capas de forma (Ev2> \(600-800 \mathrm{~kg} / \mathrm{cm} 2\) ))
- Costes de Inversión en Materiales e Instalación: Suelen ser superiores a los de la vía sobre balasto, y muy variables dependiendo del sistema a montar y su situación Falta general de experiencia y mecanización de los procesos constructivos.
- Tiempos de reparación: En principio, las incidencias sobre el sistema de vía supondrían mayor tiempo que sobre balasto.
- Drenaje e Impermeabilización: Exigen mejoras del terreno (tratamientos).
- Emisiones acústicas: Problemas de ruido en túneles largos, pueden acentuarse junto a vibraciones al terreno por homogeneidad de materiales. Se pueden poner medidas (materiales y dispositivos especiales) para conseguir atenuarlo a niveles inferiores incluso por debajo de vía sobre balasto.
VI.2. Costes de vía sobre balasto
La estructura de costes de la vía convencional sobre balasto puede desglosarse en componentes específicos, reflejando la composición constructiva de esta solución consolidada. Los elementos de superestructura presentan costes unitarios bien definidos y disponibles en el mercado: el conjunto traviesa más sujeción tiene un coste unitario de 67 euros, la suela de apoyoasiento contribuye con 30 euros por unidad, mientras que el carril requiere una inversión de 40 euros por metro lineal. Los aparatos de vía, elementos especializados para cambios de trazado, presentan costes muy variables en función de su complejidad: los desvíos tipo 17000/7300 alcanzan un valor de 740.500 euros, los desvíos tipo 10000/4000 se sitúan en 644.500 euros, mientras que los de menor complejidad tipo 3000 tienen un coste de 430.000 euros. El bifurcador longitudinal de vía (BLS) constituye un elemento especializado con coste unitario de 17.000 euros.
El balasto, elemento fundamental de la vía convencional, requiere una cantidad aproximada de 9 toneladas por metro lineal, con un coste del material (puesto en obra) de 8,54 euros por tonelada. El transporte del balasto desde los centros de producción constituye un componente significativo, con costes de 0,112 euros por tonelada y por kilómetro de distancia de transporte.
Los sistemas de sujeción de traviesa tienen especificaciones técnicas detalladas que se reflejan en sus costes componentes. La sujeción traviesa AI-04, ampliamente empleada en la red española, integra diversos elementos especializados con costes individuales: la placa de asiento (PAE 7 mm de tipo elástico) tiene un valor unitario de 1,01 euros, con un total de 2 placas por traviesa; las placas acodadas ligeras tipo A-2 se valoran en 0,55 euros unitarios, con dos placas requeridas por traviesa (2,20 euros totales); los tirafondos de tornillo tienen coste unitario de 1,16 euros con 4 unidades por traviesa (4,64 euros totales); las vainas constituyen un componente que alcanza 0,815 euros por unidad con 4 vainas por traviesa (3,26 euros totales); finalmente, los clips elásticos tipo SKL 1 tienen valor unitario de 1,05 euros con 4 unidades requeridas (4,20 euros totales). El coste integral de la sujeción AI-04 se establece en 16,32 euros por traviesa, reflejando la complejidad del sistema de fijación.
VI.3. Costes de vía en placa
Los costes de implantación de sistemas de vía en placa varían significativamente según la solución tecnológica seleccionada y los requerimientos específicos de cada proyecto. El análisis detallado de los sistemas de sujeción para vía en placa, ilustrado en la siguiente documentación gráfica, permite evaluar estas diferencias.
El sistema de carril enchaquetado constituye una solución de relativo bajo coste, con un valor de 450 euros por metro lineal. Esta configuración integra todas las operaciones de montaje necesarias para la puesta en servicio de la infraestructura.
La modalidad prefabricada de carril enchaquetado representa una opción de mayor costo inicial, situándose en 1.000 euros por metro lineal. Este incremento de inversión se justifica por la inclusión de losa prefabricada de hormigón en la configuración completa del sistema, que mejora los tiempos de construcción y la garantía de calidad en el proceso de fabricación.
El sistema RHEDA CITY ofrece una solución con coste intermedio de 500 euros por metro lineal, proporcionando un equilibrio entre inversión inicial y capacidad técnica.
Para aplicaciones que requieren máxima reducción de vibraciones y mayor durabilidad, el sistema de losa flotante representa la solución de más elevado coste unitario, con un valor de 1.400 euros por metro lineal. Esta configuración incluye losa prefabricada de hormigón con sistema de aislamiento flotante, lo que justifica el incremento significativo de inversión.
VI.4. Comparativa costes medios
Vía sobre balasto
La infraestructura convencional con balasto presenta una estructura de costes bien definida y consolidada en el sector ferroviario. El coste total de plataforma se sitúa aproximadamente en 4 millones de euros por kilómetro, reflejando las necesidades de preparación del terreno, drenaje y estabilización. Para la superestructura, el coste medio alcanza 980.000 euros por kilómetro, desglosándose en diversos componentes especializados.
Los materiales constituyen el 85% del coste de superestructura, alcanzando 830.000 euros por kilómetro. De este total, la traviesa y su sistema de sujeción representan 215.000 euros por kilómetro, lo que evidencia su importancia en el coste total. El carril contribuye con 160.000 euros por kilómetro, mientras que el balasto (incluyendo su colocación, compactación y mantenimiento periódico) requiere una inversión de 270.000 euros por kilómetro. Los desvíos y aparatos de vía complementarios representan 185.000 euros por kilómetro. En líneas convencionales, el coste total medio de superestructura se aproxima a 834.000 euros por kilómetro.
Vía en placa
Los sistemas de vía en placa presentan estructuras de costes significativamente diferentes respecto a la solución tradicional. El coste total medio de un sistema de placa flotante alcanza aproximadamente 1.307.000 euros por kilómetro, representando una inversión inicial más elevada que la vía sobre balasto. Sin embargo, esta cifra debe contextualizarse considerando la composición del coste y la estructura de inversión a lo largo del ciclo de vida útil de la infraestructura.
Desglosando estos costes, aproximadamente 927.000 euros por kilómetro se destinan a componentes de superestructura de placa, mientras que 380.000 euros corresponden a sistemas complementarios y acabados. Esta distribución refleja la complejidad técnica y los requerimientos de precisión en la fabricación e instalación de sistemas de placa.
VI.5. Costes de mantenimiento
La evaluación económica integral de los sistemas de vía debe considerar, más allá de la inversión inicial, los costes operacionales y de mantenimiento a lo largo de toda la vida útil de la infraestructura. La inversión inicial más elevada en sistemas de vía en placa puede verse compensada sustancialmente por reducciones significativas en los costes de conservación y mantenimiento durante las décadas de operación. Por este motivo, resulta esencial evaluar cuales son los costes anuales de mantenimiento estimados para cada alternativa de superestructura.
Este análisis de costes debe incluir no solamente los gastos directos de conservación, sino también los retornos económicos derivados de una mayor disponibilidad de la infraestructura, la reducción de intervenciones no planificadas, y las externalidades que generan ahorros o costes en términos sociales y medioambientales. Estos datos constituyen los fundamentos sobre los que deberían sustentarse los criterios técnico-económicos para la selección entre alternativas de vía, ya sea balasto o placa, considerando incluso la posibilidad de optimizar las soluciones convencionales de balasto como alternativa competitiva.
Los costes de mantenimiento se ven influidos por múltiples factores, incluyendo la localización geográfica en relación con los centros de producción y transformación de materiales, la homogeneidad del sistema de vía implementado, la disponibilidad de medios técnicos y de personal especializado, y las condiciones climáticas y edáficas del entorno.
La evidencia internacional documenta variaciones considerables en los costes de mantenimiento según la región y el grado de implantación de las soluciones de vía en placa. En Japón, se ha documentado que los costes de mantenimiento de vía en placa tipo J, utilizada en las líneas Shinkansen, representan únicamente entre el 20% y el 30% de los costes de mantenimiento equivalentes en vía sobre balasto. Las intervenciones principales en estos sistemas se concentran en el amolado de carril y el cambio o sustitución periódica de los elementos elásticos de sujeción.
La experiencia alemana con el sistema RHEDA 2000 ha demostrado reducciones aún más significativas, con costes de mantenimiento que se sitúan en torno al 10% respecto a la vía convencional sobre balasto. En este caso, la principal actividad de mantenimiento corresponde al amolado preventivo del carril para mantener su perfil óptimo.
Para el contexto español, las estimaciones técnicas disponibles sugieren que la relación de costes de mantenimiento entre vía en placa y vía sobre balasto se situaría en el entorno del 40% al 50%, representando ahorros sustanciales aunque inferiores a los documentados en otras regiones europeas y asiáticas. Esta diferencia puede atribuirse a factores como la experiencia acumulada, la disponibilidad de recursos especializados y las características específicas de la red ferroviaria nacional.
VI.6. Coste de Ciclo de Vida
El análisis económico completo de los sistemas de vía requiere una evaluación integral de costes a lo largo de todo su ciclo de vida operacional. Este enfoque de coste total de propiedad (Total Cost of Ownership) proporciona una perspectiva más realista de la inversión requerida y la relación económica entre alternativas de vía.
La comparación entre vía sobre balasto y sistemas de vía en placa, considerando especialmente la innovación representada por soluciones como la placa flotante BB ERS, revela diferencias fundamentales en los parámetros técnico-económicos. La vida útil de la superestructura de vía convencional sobre balasto se estima en 40 años, mientras que los sistemas modernos de placa flotante alcanzan vidas útiles de 60 años o superior, representando un incremento del 50% o más en el horizonte de explotación sin reemplazo completo.
Los perfiles de carril utilizados en ambos sistemas presentan también diferencias significativas. La vía convencional emplea carril tipo UIC 60 con una vida útil aproximada de 20 años, requiriendo sustituciones múltiples durante el ciclo de vida total de la infraestructura. Por el contrario, los sistemas de placa flotante pueden utilizar perfiles especializados como el BB ERS, que alcanza vidas útiles de 36 años, reduciendo el número de reemplazos necesarios durante la operación.
La configuración del apoyo del carril constituye otra diferencia fundamental: la vía sobre balasto proporciona apoyo discreto (mediante traviesas espaciadas), mientras que los sistemas de placa proporcionan apoyo continuo a todo lo largo de la vía. Este parámetro fundamental incide en la distribución de cargas, la vida útil de componentes y los requerimientos de mantenimiento.
En cuanto a la construcción de la vía, mientras que la solución convencional utiliza balasto como medio de soporte y regularización, los sistemas de placa utilizan hormigón armado o pretensado, proporcionando una base de mayor rigidez y durabilidad. La vida útil del apoyo elástico del carril presenta diferencias operacionales importantes: en la vía sobre balasto, estos elementos elásticos (arandelas y elementos de asiento) se renuevan conjuntamente con las traviesas cada 40 años aproximadamente, mientras que en los sistemas de placa flotante el cambio del apoyo elástico se produce de manera conjunta con el carril, alargando significativamente los intervalos de mantenimiento mayor.
Para el análisis económico detallado del ciclo de vida, se han considerado parámetros financieros especificados conforme a estudios de referencia. El tipo de interés utilizado en las evaluaciones de viabilidad económica ha sido estimado entre el 4% y el 9%, reflejando las condiciones de financiación de proyectos ferroviarios españoles. La tasa de inflación se ha establecido en el 2%, representando una estimación conservadora para los últimos años del horizonte de análisis del ciclo de vida total.
Nota técnica: Los valores presentados constituyen estimaciones de referencia para los parámetros de modelo BB ERS, que sirven de base para análisis técnico-económicos comparativos en la selección de soluciones de vía.
Preguntas de repaso
¿Qué define fundamentalmente a un sistema de vía en placa frente a la vía convencional?
La sustitución del balasto por capas de materiales estructurales (hormigón o asfalto) que aportan soporte continuo y mayor rigidez.
¿Cuáles son tres beneficios principales de la vía en placa?
Menores costes de mantenimiento, mayor vida útil (aprox. 60 años) y reducción de gálibo (altura de construcción).
¿Qué diferencia al sistema Rheda 2000 de otros sistemas de vía en placa?
Es un sistema monolítico de hormigón in situ donde las traviesas quedan totalmente embebidas en la losa de hormigón armado.
¿Qué ventaja principal aporta el sistema de losa flotante (Mass-Spring Systems)?
Proporciona la máxima atenuación de ruido y vibraciones mediante la interposición de elementos elásticos bajo la losa.
¿Por qué se considera a los túneles el entorno más favorable para la instalación de vía en placa?
Por la estabilidad del cimiento, la facilidad de instalación logística y la necesidad crítica de reducir el mantenimiento en zonas confinadas.
Bibliografía
- Díaz de Villegas, J.M. (2003) Ferrocarriles. Apuntes de clase. E.T.S. Ing. Caminos, Canales y Puertos Santander.
- García Álvarez, A. (2022) Manual de ferrocarriles. El sistema ferroviario español. Ed. Garceta.
- Lichtberger, B. (2011) Manual de vía. Infraestructura, superestructura, conservación, rentabilidad. Eurail Press.
- Villaronte Fernández-Villa, J.A. (2009) Ingeniería y Tecnología Ferroviaria - Tecnología de la vía. Delta Publicaciones.
- Adif: normativa técnica: http://descargas.adif.es/ade/u18/GCN/ NormativaTecnica.nsf