Propuesta de un sistema de acciones para el mantenimiento de la superestructura de las vías férreas angoleñas
Resumen
El artículo en desarrollo tiene por objetivos hacer un análisis crítico de los sistemas de mantenimiento de las vías férreas angoleñas, evaluar los métodos de mantenimiento existentes y proponer un método de planeamiento y controle de las intervenciones que resulte en la mejora de la utilización de los recursos disponibles, basándose en la experiencia internacional y la cubana, destacándose el estado actual de las vías férreas angoleñas. Los estudios serán direccionados para el planteamiento de procedimientos que garanticen un nivel de calidad a los trabajos de corrección de la geometría y de conservación de la superestructura de la vía arriba del mínimo aceptable.
El mantenimiento de la superestructura de la vía férrea corresponde a 12% a 30% del costo de operación de una vía férrea y en las vías férreas angoleñas se verifica una gran debilidad cuanto al mantenimiento de la misma, que el costo de mantenimiento se encuentra arriba de los valores supra citados. Hay básicamente tres tipos de mantenimientos: mantenimiento correctivo, mantenimiento preventivo y mantenimiento predictivo. Con el uso de sistemas de mantenimiento de vías férreas es posible determinar que mantenimiento es el más adecuado y cuando se debe ejecutar, de maneras a utilizar los recursos financieros disponibles de la mejor forma posible. El enfoque de esta pesquisa está en el estudio de la vía férrea con relación a la geometría y a la condición estructural de los elementos de la superestructura y, para eso, se proponen métodos de gerencia, índices de calidad para ambos los casos y el uso de una herramienta de soporte a la decisión, para evaluar los niveles de condición de la vías férreas, determinar los tipos de mantenimientos necesarios y sus respectivos costo, establecer presupuestos y desarrollar planes de trabajos anuales y a largo plazo, que es el RAILER (Railroad Maintenance System). El mismo fue desarrollado como parte de un trabajo ejecutado pelo U.S.Army Construction Engineering Research Laboratory (USA-CERL), con el intento de proveer a su comunidad técnica con métodos de abordaje de fácil entendimiento y sistemáticos de gerencia y mantenimiento de vías férreas, permitiendo una gestión eficaz y eficiente de sus trechos ferroviarios, a través de procedimientos sistemáticos, de tal forma que las partes críticas de la red se mantengan en condiciones ideales con el menor costo posible.
El mantenimiento de las superestructuras de las vías férreas resulta de tamaña importancia, en Angola el desarrollo del sistema de transportes es una prioridad para el gobierno de dicho país, siendo que por su ubicación geográfica en el continente africano y recursos naturales que posee, debido a las causas anteriormente planteadas el gobierno angoleño tiene como metas para la década que adviene poseer un sistema de mantenimiento de sus vías férreas eficaz y económico.
Palabras-clave: Vías férreas; Mantenimiento de vías; Índices de calidad; Superestructura ferroviaria; Geometría ferroviaria; RAILER.
Introducción
El uso de carriles para reducir el rozamiento de rodadura y certificar la guía de los vehículos arrastrados, empujados o remolcados se remonta a épocas lejanas, cuando carriles de piedra fueron usados por los egipcios, y posteriormente, por los romanos. Los carriles metálicos son también antiguos y restos de carriles de bronce han sido hallados en las inmediaciones de las Pirámides de Gizeh y en el istmo de Suez.
La fecha de aparición del ferrocarril, reconocida universalmente, es 1802, cuando el ingeniero inglés Richard Trevithick y su compatriota Andrew Vivian patentaron una locomotora a vapor de adherencia que se desplazaba sobre rieles por medio de un engranaje (Alliende, 2006). Pero esta demostración no tuvo gran repercusión a pesar de haber sido el primer vehículo con tracción a vapor colocado sobre la vía férrea, la falta de adherencia del tren y otras ineficiencias de la caldera usada para este empeño, hicieron resbalar y caer a este intento (Pérez & Ledesma, 2014).
En el año de 1825, Stephenson construyo la locomotora de nombre Locomotion, que transportó en su viaje inaugural 80 toneladas de carbón entra las ciudades de Stockton y Darlington, en una línea de 15 kilómetros a una velocidad de 20 kilómetros/hora (Ildefonso, 2013). Al contrario de Trevithick esta demostración fue bien sucedida, lo que impulsó la construcción de vías férreas por todo el mundo.
Estados Unidos fue el segundo país en disponer de ferrocarril, en el año de 1828 se inauguró la primera línea entre Baltimore y Ohio. Seguido de Francia en 1832 con el tramo entre Saint-Etienne y Lion.
El primer tramo de vía férrea en Cuba se inauguró al 19 de noviembre de 1837, la línea entra Habana y Bejucal, con 27.3 kilómetros. La historia del ferrocarril cubano estuvo estrechamente vinculada al desarrollo vertiginoso de la producción de azúcar (Pérez & Ledesma, 2014).
Cuba fue el sexto país en el mundo que construyó el llamado camino de hierro, solo lo antecedieron Inglaterra, Estados Unidos de América, Francia, Bélgica y Austria. A partir de 1929, coincidiendo con la Crisis Económica Mundial, el ferrocarril en Cuba fue sometido a un abandono total que duró 30 años, justamente hasta el triunfo revolucionario de 1959. (Dominguez, 2012)
La primera vía férrea angoleña fue inaugurada en 31 de octubre de 1888, con el tramo de Luanda-Ambaca y pasó a llamarse de Ferrocarril de Luanda (CFL), con la finalidad de transportar los minerales de las minas hacia los puertos, lo cual pertenecía al gobierno portugués, siendo constituida en una empresa estatal después de la independencia del país en 1980 (INFCA, 2014).
En el año de 1902 el Gobierno de Portugal fue autorizado a celebrar un contrato para construcción y explotación de un puerto y una línea ferroviaria desde Lobito hacia la frontera oriental de Angola, siendo denominada la nueva línea ferroviaria de Compañía de Ferrocarril de Benguela SARL (CFB). El CFB es la línea ferroviaria más larga y de mayor importancia para el país debido a su localización geográfica (INFCA, 2014). En el año siguiente el gobierno portugués se ve en la necesidad de construir una línea ferroviaria que atendiera las necesidades del sur del país, surgiendo así la Compañía de Ferrocarril de Moçamedes (CFM).
En la década de 90, los ferrocarriles angoleños se viran forzados a suspender su funcionamiento normal, debido a la guerra civil que devastó el país por más de tres décadas.
En el año de 2006 se comienza una nueva era para el ferrocarril angoleño, con el Gobierno angoleño a tomar la iniciativa de Obras de rehabilitación y modernización de las vías férreas angoleñas, lo que consistió en lo siguiente:
Rehabilitación y Modernización de los tres ferrocarriles de Angola con el objetivo de restablecer las infraestructuras en las condiciones técnicas internacionalmente recomendadas;
En la adquisición de Locomotoras, Vagones y otros medios circulantes para los 3 Ferrocarriles;
En la construcción de infraestructuras de apoyo al tránsito;
En el restablecimiento de los módulos de telecomunicación y señalización;
En la formación de profesionales en todas los sectores del ramo ferroviario.
Actualmente Angola posee una malla ferroviaria con una trocha de 1.067mm, (trocha Internacional Africana) y con cerca de 2.722 Km de extensión rehabilitada y modernizada, en el cual 424 km pertenece al CFL, 1303 km al CFB y 756 km al CFM. El ferrocarril angoleño enfrenta un nuevo desafío, la capacidad de conservación de dichas líneas ferroviarias. Con la escasa experiencia en este sector, se torna preocupante las interrupciones constantes que tiene sufrido el tráfico de los trenes por todas las líneas angoleñas, debido a defectos que van surgiendo constantemente.
En cualquier país incluso a lo largo de su trayectoria histórica, las vías férreas detienen patrimonios valiosos y extremadamente caros, que urge su protección, controle y conservación, por tratarse esencialmente de un bien común, detentor de una más-valía envidiable e inconmensurable para la instabilidad socio-económico de Angola en particular en las localidades por donde pasa y de la Comunidad de Desarrollo de África Austral (SADC) en general, a través del Corredor de Lobito.
En este trabajo se aprovechará la experiencia centenaria de Cuba en el sector ferroviario e internacional para desarrollarse un conjunto de acciones que pueden servir de mejora para la actividad de mantenimiento de la superestructura de las vías férreas en Angola.
Desarrollo
En los últimos quince años, sistemas técnicos de mantenimientos se han tornado importantes en grande parte de los sectores industriales y de servicios. Fallos de dichos sistemas pueden causar pérdidas de producción considerables y pueden traer efectos negativos a la población y al ambiente.
La conservación de la vía permanente corresponde entre 12% a 30% del costo total de una vía férrea, dependiendo de la importancia del trecho, siendo que más de 70% de ese se refiere al mantenimiento de las estructuras fijas (Fernandes, 2015).
Estudios minuciosos deben ser realizados para garantizar el uso del mejor tipo de mantenimiento para cada trecho de la malla, maximizando, de este modo, las locomotoras en función de los recursos disponibles; de allí el papel esencial de la gestión de las vías férreas.
La preocupación de tenerse un sistema técnico funcionando bajo alta calidad trae como consecuencia un aumento de las acciones de mantenimiento requeridas, que como consecuencia un aumento del costo de mantenimiento.
El concepto de acciones de mantenimiento ha estado sujeto a cambios durante la última década, traspasando el foco original del "rompe-repara" para actividades preventivas.
Clasificación del mantenimiento
Las actividades de mantenimiento son agrupadas en tareas, estas tareas pueden ser clasificadas en tres categorías principales (Fernandes, 2015):
Mantenimiento Correctivo,
Mantenimiento Preventivo,
Mantenimiento Predictivo.
Mantenimiento Correctivo: consiste en corregir solo los defectos que ponen en peligro la seguridad de las circulaciones o que limitan la velocidad. Este tipo de mantenimiento es accionado por un evento no programado, tal como el fallo de un elemento de la vía. El costo de este tipo de mantenimiento usualmente es elevado, debido a razones severas: a) la urgencia de tener el sistema reparado, b) el fallo de un elemento puede concatenar otros, c) derivación de costo externos como consecuencia del fallo original, como pierda de producción, personal y seguridad ambiental (Jimenez, 2011).
Mantenimiento Preventivo: el que se hace antes de que ocurra un fallo. Tiene como objetivo de reducir la probabilidad de ocurrencia de fallos. Este tipo de mantenimiento tiene muchas variaciones e incluye acciones pre planeadas como ajustes, reemplazamientos, renovaciones e inspecciones. Las tareas para este tipo de mantenimiento son ejecutadas con base a un programa determinístico, al contrario del caso imprevisible del mantenimiento correctivo, que actúa solamente en defectos aleatorios.
El principal objetivo de este tipo de mantenimiento es evitar defectos. El mismo puede ser clasificado en:
Mantenimiento preventivo sistemático: que incluye las operaciones pre planeadas en andamiento (Cruz, 2015). Las operaciones sugeridas para las especificaciones técnicas de los equipos, máquinas y sistemas son incluidas en este grupo; también incluye grande parte de las operaciones que serán llevadas a cabo en los elementos principales de una superestructura ferroviaria.
Mantenimiento preventivo de detección: que son los defectos y fallos detectados in situ durante el trabajo de mantenimiento o inspección que pueden ser reparados inmediatamente.
Mantenimiento Predictivo: son las técnicas y tareas que ayudan a determinar las condiciones de la vía en servicio a predecir posibles degradaciones con el fin de predecir cuando el mantenimiento es necesario ser ejecutado. Este tipo de mantenimiento trata de predecir cuándo un fallo ocurrirá y planear un mantenimiento preventivo. Las técnicas usadas son basadas en análisis estadísticos y control para determinar en qué estado de mantenimiento preventivo/correctivo se encuentra el tramo de la vía. También conocido por algunas bibliografías por el mantenimiento según el estado (NRV7-5-0.1, 1994).
Costos de mantenimiento de la infraestructura de la vía férrea
Aparte del mantenimiento de la infraestructura de la vía férrea, una encuesta conducida entre los agentes de mantenimiento reveló que grande parte de las actividades de mantenimiento están concentradas en:
Mantenimiento del riel;
Mantenimiento de la geometría del tramo;
Mantenimiento del balasto;
Inspección del tramo;
Servicios de emergencia (descarrilamiento, etc.).
Todas las actividades arriba afectan en grande parte el sistema de la vía. Los costos primarios de mantenimiento surgen del uso y fatiga al paso que los secundarios surgen de la corrosión, descarrilamiento, error humano y vandalismo. Estas dos causas principales afectan severamente la geometría de la vía y las conexiones, formando 50% del total del costo de mantenimiento.
Hay un segundo factor que no se puede rechazar e influencia el presupuesto total del mantenimiento, es la necesidad de reemplazamiento de los componentes por no funcionaren de forma correcta.
Finalmente, el tercero factor de más influencia es el mantenimiento de vías aplazadas. Cuando esto acontece, el mantenimiento correctivo debe ser empleado con urgencia, y el costo aumenta.
El estado del arte reporta que los costos de mantenimiento son influenciados por los siguientes factores:
Actividades de mantenimiento de la infraestructura;
Costos de recursos;
Costos de trabajos;
Costos de inspección y tecnologías de mantenimiento;
Costos de políticas de mantenimiento;
Costos de operación;
Costos indirectos (Jimenez, 2011).
Planeamiento y programación del mantenimiento
El objetivo del planeamiento y programación del mantenimiento es lograr que todas las actividades de mantenimiento que de todas las maneras cuestan, sea minimizado. Planear involucra ordenar las tareas y recursos, programar trata de dar una secuencia a las tareas teniendo en cuenta el tiempo.
Desde un punto de vista cronológico las actividades de mantenimiento pueden ser agrupadas en dos categorías:
Estacionarias o tácticas, que son planeadas a largo plazo. La programación de las actividades puede ser modelada en un plano de horizonte infinito, definiendo reglas estáticas que no cambian con el tiempo. Este tipo de actividades permiten agrupar las mismas en actividades relacionadas puestas con el interés de una programación bajo un esquema óptimo.
Dinámicas u operacionales, llevadas a cabo en corto plazo. Las actividades tienen lugar debido a tareas inesperadas para realizar operaciones correctivas y otras de carácter no correctivo usando a oportunidades no esperadas. El plan de mantenimiento es modelado en un plano de horizonte finito, que cambia continuamente (Jimenez, 2011).
El RAILER y el análisis estructural
El RAILER (Railroad Maintenance System) es herramienta de soporte a la decisión, para evaluar los niveles de condición de la vías férreas, determinar los tipos de mantenimientos necesarios y sus respectivos costo, establecer presupuestos y desarrollar planes de trabajos anuales y a largo plazo, que es El mismo fue desarrollado como parte de un trabajo ejecutado pelo U.S.Army Construction Engineering Research Laboratory (USA-CERL), con el intento de proveer a su comunidad técnica con métodos de abordaje de fácil entendimiento y sistemáticos de gerencia y mantenimiento de vías férreas, permitiendo una gestión eficaz y eficiente de sus trechos ferroviarios, a través de procedimientos sistemáticos, de tal forma que las partes críticas de la red se mantengan en condiciones ideales con el menor costo posible. Este trabajo fue inicialmente desarrollado con la implementación de normas de mantenimiento ferroviarias, que incluían inspección de elementos, frecuencia y procedimientos, el RAILAR vino agregar esas normas en un programa computacional que se tornase más fácil y practico de ejecútalas (Ildefonso, 2013).
Muchas de las tareas de soporte a la decisión son concebidas para ejecutar el análisis de la condición de la vía y determinar sus necesidades de mantenimiento de forma cuantitativa y cualitativa, a partir de inspecciones realizadas a la vía. Sin embargo, hay diferentes intervenciones de mantenimiento que pueden ser ejecutadas, dependendo de las informaciones de la inspeccion de la via. El RAILER prevé esto haciendo uso de tres niveles de inspección, que son asociados con la seguridad, la malla ferroviaria y proyecto.
Inspecciones
Los procedimientos de inspección son detalladamente divididos en siete áreas:
a) Inspección de traviesas;
b) Inspección de rieles;
c) Inspección de materiales de fijación y otros;
d) Inspección balasto y vía;
e) Inspección del drenaje;
f) inspección de conexiones;
g) Inspección geométrica.
Las inspecciones consisten en una observación visual y medidas manuales específicas de la estructura de la vía, las cuales pueden ser facilitadas por la automación en la coleta de datos tanto de la geometría del tramo cuanto de los defectos de los rieles.
La inspección manual de la geometría normalmente es realizada solamente cuando haya indicios concretos de potenciales problemas.
Inventário de la malla
La localización de la via y los procedimientos de idenficación de sus componentes son particularmente importantes. Otros tipos de informaciones como el largo del riel, espaciado entre traviesas, etc., son usados cuando los datos de inspección son posteriormente procesados en la computadora.
El procedimiento tradicional es localizar los componentes y defectos de la vía. Cada tramo de vía es dividido en un o más segmentos – que es la unidad básica dentro del programa RAILER – y los asimila a un número de identificación único. Las conexiones y la identificación de las curvas también son usadas, bien como los componentes del área de geometría de la vía.
Índices de condición
Los índices de condición deben ser capaces de medir objetivamente y cuantitativamente la condición general de cada tramo de vía, bien como ser capaces de ayudar en la toma de decisión del mantenimiento necesario en las categorías básicas, en el desarrollo de los planos de trabajo, medir la eficacia del trabajo, establecer tasas de deterioración, hacer proyecciones de la condición de la vía y dar prioridad al trabajo de mantenimiento.
El RAILER permite la determinación de índices para rieles, juntas e fijaciones (RJCI), para traviesas (TCI) y para balasto y demás elementos de vía (BSCI). La compilación de estos tres índices fornece el Índice de Condición General de la Estructura (TSCI).
Escala de los índices de condición
La escala usada pelos índices del RAILER varia de 0 a 100 y es dividida en siete categorías de condición, como muestra a Figura 1. La Tabla 1 muestra la descripción pormenorizada de cada categoría usada en la escala dos índices de condición.
Figura 1: Escala dos índices de condição usada pelo RAILER.
Tabla 1: Categorias da escala dos índices de condição.
Conclusiones
Los mantenimientos realizados de forma cíclica o programada disminuyen la posibilidad de interrupciones en el tráfico por problemas geométricos o estructurales.
Un estudio detallado de las características de la vía férrea y del tráfico que por ella pasa ayudan bastante en el mejoramiento del mantenimiento según el estado de la vía.
Es posible con ayuda de programas computacionales mejorar la eficiencia del mantenimiento de las vías férreas.
Bibliografía
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Pérez, A. A. P. & Ledesma, J. R. M., 2014. ELEMENTOS BÁSICOS DEL FERROCARRIL – Primera parte. La Habana: Editorial Pueblo y Educación.
MANTOBRAS 2016
3er Taller Nacional
23 y 24 de julio de 2016.
Santa Clara, Villa Clara.
PONENCIA
Autor:
Ing. Civil Danilo Anderson Lucas Faustino.
Estudiante de la Maestría de Vías de Comunicación Terrestre 3ra edición Fac. de Construcciones de la UCLV.