II edición del curso de especialización en:

INGENIERÍA FERROVIARIA MÓDULO: 3. Explotación Ferroviaria TEMA: 7. Explotación de las infraestructuras ferroviarias FECHA: 9 de mayo de 2014 PROFESOR: Joan Cantero de Matos

Sistemas de bloqueo Definición Bloqueo: todo procedimiento verbal, escrito o tecnológico que sirva para evitar la colisión frontal en vía única y el alcance de trenes en vía doble. Inicio del ferrocarril: protección de los trenes mediante guardas (espaciamiento de trenes por tiempo). Evolución al espaciamiento por intervalo: sistema de bloqueo, mediante la división de la vía en cantones con señales a la entrada.

Sistemas de bloqueo Evolución Expedición de trenes mediante unos horarios: línea bloqueada Trenes separados en distancia Bastón testigo o token Equipo morse más equipo de bloqueo eléctrico

Sistemas de bloqueo Principales sistemas Bloqueo telefónico Bloqueo eléctrico manual Bloqueo automático Con pedales Con contadores de ejes Con circuitos de vía Bloqueo automático luminoso Bloqueo automático con CTC

Sistemas de bloqueo Principales sistemas Bloqueo telefónico Seguridad mediante el aviso de la llegada del tren a una estación y la petición de vía por parte de esta estación a la contigua y la concesión por ésta última estación de dicha solicitud por medio de telefonemas. Sistema flexible, condicionado a las averías telefónicas y limitadora de la capacidad de la línea.

Sistemas de bloqueo Principales sistemas Bloqueo eléctrico manual Sistema eléctrico que relaciona la señalización de las estaciones colaterales.

Sistemas de bloqueo Principales sistemas Bloqueo automático Las circulaciones establecen a su paso la señalización correspondiente. Con pedales. Con contadores de ejes. Con circuitos de vía: shuntado del circuito de vía por el eje de los vehículos. Bloqueo automático luminoso: circuitos de vía más señalización luminosa. Bloqueo automático con CTC (Control de Tráfico Centralizado).

Sistemas de bloqueo Principales sistemas Bloqueo automático entre estaciones con contadores de ejes

LOPEZ PITA, 2008 (DE RENFE Y V. GONZALEZ, 2007)

Sistemas de bloqueo Principales sistemas Secuencia de cambio de señales durante el funcionamiento del bloqueo automático luminoso en doble vía

LOPEZ PITA, 2008 (DE RENFE)

Sistemas de bloqueo Principales sistemas

Bloqueo eléctrico manual

Bloqueo automático en vía única

Sistemas de bloqueo Principales sistemas Bloqueo automático en vía doble: la secuencia verde, amarillo, rojo (líneas 160 km/h) Incremento de la densidad de circulación: instalación de una segunda vía, dando lugar a sistemas de bloqueo independientes en cada vía (bloqueo automático en vía doble). Estos sistemas de bloqueo fueron dotados de una señalización luminosa lateral en la que se estableció una secuencia de tres aspectos (colores): rojo, amarillo, verde. Un tren se encuentra protegido por la distancia existente entre señales que se corresponde con la distancia de frenado necesaria, desde la máxima velocidad a la que el tren puede circular por ese punto. Evidentemente, esta distancia depende de la capacidad de frenado de cada tren. La seguridad en la circulación se garantiza limitando la velocidad máxima de circulación de cada tipo de tren. Así aparecen los diferentes tipos de tren que en definitiva son trenes con diferentes capacidades de frenado. A menor capacidad de frenado corresponde una menor velocidad máxima.

Sistemas de bloqueo Principales sistemas Bloqueo automático en vía doble: la secuencia verde, verde intermitente, amarillo, rojo (líneas 220 km/h) Nuevamente el incremento de la demanda y la competitividad entre los sistemas de transporte requirió aumentar la velocidad de los trenes de 160 a 220 km/h. En las líneas seleccionadas para circular a 220 km/h fue necesario adaptar el bloqueo automático ya establecido a 160 km/h, de modo que se pudiese mantener una distancia de frenado suficiente para que los trenes que circulasen a 220 km/h fueran capaces de parar ante una señal en rojo de peligro. Esto obligó a crear un nuevo aspecto: verde intermitente. El bloqueo automático en vía doble pasa a tener cuatro aspectos: verde, verde intermitente, amarillo y rojo.

Sistemas de bloqueo Principales sistemas En el área de los trenes metropolitanos, caracterizados por velocidades en el entorno de los 100 km/h e intervalos entre trenes típicos de 100 segundos, aparecieron los sistemas de ATP continuos (Automatic Train Protection) y ATO (Automatic Train Operation) casi simultáneamente con el desarrollo de la Alta Velocidad. Más recientemente se han creado los sistemas CBTC (Communications Based Train Control) basados en comunicación por radio, con el objetivo de proporcionar intervalos de unos 70 segundos entre trenes al mismo tiempo que tratan de reducir costes.

Sistemas de bloqueo Vías banalizadas Aprovechamiento de la infraestructura con incremento de la capacidad de la línea en caso de necesidad de hacer circular los trenes por la vía a contravía (por obstrucciones de vía, trabajos de mantenimiento, etc.) Número de circulaciones diarias entre 350 y 400 (en varias vías). Existencia de playas horarias en donde predominasen los tráficos en un sentido. Presencia de trenes de viajeros y mercancías.

Diseño del servicio ferroviario Proceso Perfil de demanda Confección de horarios Datos del perfil de la vía Velocidades máxima por geometría de la vía Tipo de tracción a utilizar y curvas características de tracción Composición y carga del tren Condiciones de seguridad. Tipo de frenado, enclavamiento y bloqueos Longitud de estaciones

Diseño del servicio ferroviario Proceso Cuadros de marcha: Tiempo de marcha tipo: tiempo de marcha necesaria entre dos puntos. Marcha base: tiempo más corto posible para recorrer una sección determinada de la línea, en función de: La conducción del tren por el maquinista Las prestaciones del material motor La alimentación de la corriente de tracción La adherencia La resistencia del material remolcado por las secciones de la línea La velocidad permitida por el trazado

Diseño del servicio ferroviario Proceso Cuadros de marcha: Margen de regularidad: tiempo suplementario a la marcha base para compensar: Trabajos periódicos de conservación de las instalaciones Posibles tiempos perdidos a causa de incidentes técnicos a nivel de explotación, condiciones, meteorológicas adversas, tiempos de parada en estaciones elevados por afluencia de viajeros, etc. Ficha UIC 451-1 (basado en distancia recorrida o porcentaje del tiempo de recorrido)

Diseño del servicio ferroviario Proceso Cuadros de marcha: Margen suplementario: incremento de tiempo para compensar retrasos debidos a la realización de importantes trabajos en las instalaciones durante un largo periodo de tiempo.

Diseño del servicio ferroviario Proceso Diseño del servicio

Estático

Dinámico

Programación del servicio Ciclos de material

Turnos de personal

Documentación operativa

Información estática cliente

Diseño del servicio ferroviario Proceso Diseño del servicio

Programación del Servicio Ciclos de material MULTIRAIL

Diseño estático

Diseño dinámico

Definición horarios y mallas

Análisis de estabilidad

HASTUS de GIRO DAVINCI de INDRA MULTIRAIL

ISW (LRTC) EGIS RAIL MOM (ADIF-UPV) OPENTRACK

Salidas de información

Turnos de personal

LP-EasyDriver de EURODECISION

Cargas del servicio en los diferentes sistemas Información comercial Consultas para los agentes Consultas varias

Diseño del servicio ferroviario Cuadros de marchas. FGC Barcelona-Vallès

Diseño del servicio ferroviario Cuadros de marchas. FGC Barcelona-Vallès

Diseño del servicio ferroviario Cuadros de marchas. FGC Barcelona-Vallès

Diseño del servicio ferroviario Cuadros de marchas. FGC Llobregat-Anoia

Diseño del servicio ferroviario Cuadros de marchas. FGC Llobregat-Anoia

Diseño del servicio ferroviario Cuadros de marchas. FGC Llobregat-Anoia

Diseño del servicio ferroviario Análisis dinámico Simulación de procesos: movimientos de trenes, comportamiento del sistema de señalización, consecuencias de retrasos y otras incidencias. Comparación de diferentes escenarios en función de la infraestructura, analizar la capacidad de líneas y estaciones y realizar estudios en función del material móvil. Permite realizar análisis de robustez (o estabilidad) mediante la simulación dinámica del servicio.

Diseño del servicio ferroviario Análisis dinámico

OPENTRACK TM

Diseño del servicio ferroviario Análisis dinámico

OPENTRACK TM

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Para la optimización del servicio ferroviario, a través del máximo aprovechamiento de los recursos implicados, es necesario gestionar la capacidad de las líneas, es decir: Programar los trenes de acuerdo con la capacidad disponible. Tomar decisiones en caso de incidencias en la explotación Priorizar las inversiones de incremento de capacidad, teniendo en cuenta su eficiencia.

El cálculo de la capacidad de una línea depende de : Condiciones técnicas de explotación (señalización, distancia entre estaciones, vía, material móvil, etc..) Márgenes a respetar.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Qué es la capacidad de una línea ferroviaria: El número de trenes que puede circular por una determinada línea en un intervalo de tiempo dado, y de acuerdo con un sistema de explotación específico. No es una característica de la infraestructura, sino que depende de la modalidad en que sea utilizada, es decir, del sistema de explotación.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Qué es el tiempo mínimo de sucesión: El tiempo mínimo de secuencia de trenes circulando uno detrás del otro, de manera que el segundo tren no sea perturbado en su marcha por el tren precedente. Qué es perturbación de la marcha de un tren: Situación en la que un tren recibe una orden de la señalización que le obligue a reducir la marcha por distancia del tren precedente.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Conceptos básicos Sección o cantón: Porción de línea comprendido entre dos estaciones o puntos de cruce y/o alcance colaterales. Tramo: Sucesión correlativa de secciones situadas entre dos puntos significativos y homogéneos de una línea (ejemplo: bifurcaciones) Línea: Sucesión correlativa de tramos que unen dos puntos significativos de una red, como estaciones terminales. Surco: Lugar geométrico seguido por la marcha de un tren (sillon, slot)

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Factores que inciden en la capacidad de una línea:

Número de trenes Velocidad media Estabilidad / Robustez Heterogeneidad

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Factores que inciden en la capacidad de una línea

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Intervalo entre trenes en vía única t1 = tiempo de salida tren 1 desde estación A hacia B t2 = tiempo de recorrido de A a B tren 1 t3 = tiempo de entrada tren 1 en estación B t4 = tiempo de activación de señal de salida tren 2 de B t5 = tiempo de salida tren 2 desde estación B hacia A t6 = tiempo de recorrido de B a A tren 2 t7 = tiempo de entrada tren 2 en estación A t8 = tiempo de activación de señal de salida tren 3 de A

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Intervalo entre trenes en vía única Estación B

t4

Señal Entrada B

t3

t5

t6

t2

Señal Entrada A

t1

t7

Estación A

t8

Intervalo mínimo de sucesión

8

I = ∑ ti i =1

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Intervalo entre trenes en doble vía Doble vía

Estación B

Estación A

V

A

R

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Intervalo entre trenes en doble vía t0 = tiempo de establecimiento de bloqueo en estación A para tren 1 t1 = tiempo de visibilidad y recorrido a inicio cantón (salida de A) para tren 1 t2 = tiempo de recorrido de A a B tren 1 t3 = tiempo de liberación de bloqueo para tren 1 t4 = tiempo de establecimiento de bloqueo en estación A para tren 3 t5 = tiempo de visibilidad y recorrido a inicio cantón (salida de A) para tren 3

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Intervalo entre trenes en doble vía t3

Tr en

Tr en

1

3

Estación B

t2

Señal

t1 Estación A

t5

t0

t3

I= intervalo mínimo de sucesión

4

I = ∑ ti i =1

t4

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Cálculo de la capacidad Existen diversos métodos: American Association of Railroads, 1960 Renfe, 1973 Deutsche Bundesbahn, 1975 Método UIC, 1979

El Método UIC permite: Ser aplicado en cualquier línea Tener en cuenta la heterogeneidad de circulaciones Tener en cuenta los distintos sistemas de explotación Sencillez de aplicación

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Formulación de la capacidad (UIC)

donde: N = Número de trenes en el periodo de referencia T Emin = Intervalo medio de sucesión mínima entre trenes consecutivos (min) tinc = Tiempo correspondiente a incidencias o margen de regularidad (min) tsup = Tiempo suplementario

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Formulación de la capacidad (UIC) T = Periodo de referencia 1 día = 1.440 minutos 1 hora = 60 minutos Emin = Separación media entre trenes, por sus valores mínimos, en la sección determinada

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Las restricciones de la capacidad Prioridad de tráficos Las reglas de prioridad de tráfico influyen en la capacidad de una línea, puesto que fijan algunos surcos por razones ajenas al máximo aprovechamiento de la infraestructura (ejemplo, reglas relativas al tráfico internacional). Estructura del horario La combinación de tráficos de viajeros, media distancia, metropolitanos cadenciados, mercancías, etc. generan mermas de capacidad. A mayor homogeneidad, más capacidad diferentes tiempos concedidos generan menor aprovechamiento (menos surcos).

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Las restricciones de la capacidad Protección del medio ambiente La normativa de protección ambiental, relativa a la emisión de ruido, puede implicar restricciones para el volumen de tráfico a lo largo de un periodo determinado (el efecto es acumulativo con el tiempo), o a partir de cierta hora del día (servicios nocturnos). El transporte de mercancías peligrosas, puede también ser desviado de un corredor a otro, influyendo en su capacidad. Aspectos relativos a la seguridad y restricciones técnicas Ciertos tipos de tráfico, ciertos sistemas de frenado, el tipo de alimentación energética, el tipo de corriente suministrada, o la potencia disponible, pueden ser factores limitantes de la capacidad.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Tiempo de ocupación de una sección. El tiempo de ocupación de una sección o cantón de bloqueo depende del tiempo necesario para el recorrido del tren, del sistema de bloqueo, de la señalización y de la tecnología de seguridad.

Ficha UIC 406. Esta ficha ha sido publicada por la unión internacional de los ferrocarriles (UIC) en septiembre de 2004 y está conforme al copyright de UIC.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Tiempo de ocupación de una sección. Para una misma sección, velocidades de tren distintas implican tiempos de ocupación distintos.

Ficha UIC 406. Esta ficha ha sido publicada por la unión internacional de los ferrocarriles (UIC) en septiembre de 2004 y está conforme al copyright de UIC.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Cálculo del consumo de capacidad Método indirecto y objetivo de cálculo de la capacidad para líneas de operación compleja (heterogeneidad, densidad, etc.) Zonas apropiadas Se aplica a una sección dada. Para el cálculo de una línea, requiere el análisis de todas las secciones para todos los itinerarios posibles. Ventanas de tiempo apropiadas Se aplica a un día representativo (miércoles, jueves) y para un periodo punta de 2 horas mínimo.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Cálculo del consumo de capacidad Compresión de surcos Surcos a considerar : Surcos en operación (horario vigente) Surcos pre-programados o potenciales (corredores de mercancías) Surcos para el mantenimiento (bandas de mantenimiento) Maniobras en los nudos Ocupación de vías para el material móvil (estacionamiento) En la compresión, los surcos se aproximan, unos a otros, manteniendo el orden de sucesión de trenes, pero sin dejar tiempo entre las ocupaciones de una misma sección para cada tren, sin solapes.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Compresión de surcos

Ficha UIC 406. Esta ficha ha sido publicada por la unión internacional de los ferrocarriles (UIC) en septiembre de 2004 y está conforme al copyright de UIC.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Tiempos Tiempo de trayecto Equivale a la marcha del tren en la sección (marcha base + margen de regularidad) Tiempo tampón Es el tiempo a añadir al intervalo mínimo entre trenes por exigencia de la señalización. Permite reducir la probabilidad de perturbación de la marcha de los trenes. Tiempo tampón de cruce Para línea de vía única, se utiliza entre surcos de trenes en sentido alternado, en el momento de producirse un cruce en una estación o apartadero que lo permita.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Métodos de cálculo

Ficha UIC 406. Esta ficha ha sido publicada por la unión internacional de los ferrocarriles (UIC) en septiembre de 2004 y está conforme al copyright de UIC.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Métodos de cálculo La capacidad consumida es, expresada en minutos : λ=a+b+c+d donde : λ = tiempo total de consumo de capacidad a = tiempo de ocupación (suma de tiempos de trayecto) b = tiempo tampón c = tiempo tampón de cruce (líneas en vía única) d = tiempo añadido para el mantenimiento

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Métodos de cálculo Por lo tanto, el porcentaje de capacidad consumida es : K = λ .100 U donde: K = Consumo de capacidad (%) U = Ventana de tiempo elegida (min)

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Aplicación. Valores de saturación Etapas de aplicación: Proceder a la compresión de los surcos de los trenes del horario. El volumen de ocupación (% en la ventana de tiempo) resultante, se compara con los valores del cuadro siguiente:

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Aplicación. Valores de saturación Si la ocupación (%) es igual o superior al valor del cuadro, la infraestructura se considera saturada, y no se puede añadir ningún surco. Si la ocupación (%) es inferior al valor del cuadro, prosigue el proceso de aplicación. Se intentará insertar surcos suplementarios en el horario y la sección precisos. Si no es posible, la capacidad remanente representa una capacidad perdida e inutilizable. Si los surcos añadidos son posibles, una parte de la capacidad residual se considera utilizable. Entonces debe repetirse el análisis de compresión con estos nuevos surcos. El proceso prosigue hasta alcanzar los valores de saturación de la infraestructura.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Aumento de capacidad de las líneas Medidas referentes a la organización de los trenes Aumento de la velocidad de los trenes Agrupamiento de las diferentes velocidades de circulación Formación de “paquetes” de trenes Programación de los trabajos de conservación Medidas técnicas referentes a las instalaciones de seguridad y comunicaciones Modificación de los cantones, recantonamiento Banalización de vías Reducción del tiempo necesario para la formación y la destrucción de itinerarios, por modernización de las instalaciones de seguridad. Modernización de los sistemas de bloqueo y seguimiento de los trenes.

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Aumento de capacidad de las líneas Medidas técnicas referentes a la infraestructura Mejora de las líneas existentes (trazado, superestructura) Construcción de nuevas líneas Desdoblamiento de vías únicas Modernización de las vías de adelantamiento (velocidad de entrada y salida y/o aumento de la longitud útil) Construcción de saltos de carnero para evitar cruces a nivel Acondicionamiento de los nudos ferroviarios Medidas técnicas referentes a la tracción Electrificación de la línea Incorporación de locomotoras politensión

Diseño del servicio ferroviario Capacidad de las líneas Valores de referencia

Muchas gracias ¿ Preguntas… ?