FERROCARRILES El ferrocarril es un sistema de transporte terrestre de personas y mercancías guiado sobre carriles o rieles. Aunque normalmente se entiende que los raíles son de acero o hierro, que hacen el camino o vía férrea sobre la cual circulan los trenes, dentro de esta clasificación se incluyen medios de transporte que emplean otros tipos de guiado, tales como los trenes de levitación magnética. Se trata de un transporte con ventajas comparativas en ciertos aspectos, tales como el consumo de combustible por tonelada/kilómetro transportada, la entidad del impacto ambiental que causa o la posibilidad de realizar transportes masivos, que hacen relevante su uso en el mundo moderno Vía férrea
Vía férrea Se denomina vía férrea a la parte de la infraestructura ferroviaria formada por el conjunto de elementos que conforman el sitio por el cual se desplazan los trenes. Las vías férreas son el elemento esencial de la infraestructura ferroviaria y constan, básicamente, de raíles apoyados sobre traviesas que se disponen dentro de una capa de balasto. Para su construcción es necesario realizar movimiento de suelos y obras complementarias (puentes, alcantarillas, muros de contención, drenajes, etc.). Se completa la infraestructura básica con sistemas de señalización (antes manuales y ahora automáticas) y, en el caso de líneas electrificadas, con el tendido eléctrico que provee de energía a las locomotoras.
Elementos de la Infraestructura 1. Aparato de vía Un aparato de vía es un dispositivo que permite la ramificación y el cruce de diferentes vías de ferrocarril. Los aparatos de vía están formados por dos elementos básicos: Los desvíos o cambio de agujas, que permiten a una vía ramificarse en dos o excepcionalmente en tres vías, siendo los ejes de las vías tangentes entre sí. Una de las vías (denominada vía directa, sigue una línea recta; mientras que el resto (denominadas vías desviadas ) cambian de dirección en el desvío. El cambio en sí permite la conexión de dos carriles divergentes asegurando la continuidad de las respectivas vías. Está formado por dos conjuntos aguja-contraaguja. La aguja es el elemento móvil y la contraaguja es el carril fijo. El par de agujas móviles se mueve solidariamente mediante un tirante. Estos elementos tienen una sección reducida, por lo que es fácil que puedan romperse y requieren mantenimiento. Las travesías permiten la intersección de dos vías sin posibilidad de cambiar de una a otra. También se entiende en ocasiones por aparato de vía al dispositivo para el intercambio de datos entre la vía y el tren, como por ejemplo las balizas 2. Balasto Se denomina balasto a un tipo de árido de una granulometría variable entre 40 y 150mm aproximadamente. Su utilización va desde la construcción hasta aplicaciones industriales. Un uso extendido internacionalmente es en la construcción de vías férreas. Funciones De manera similar, el balasto de vía cumple la función de aportar estabilidad a la vía férrea, haciendo que permanezca con la geometría dada durante su construcción. Adicionalmente Adicionalmente cumple otras dos funciones importantes: importantes: distribuye distribuye las presiones que trasmite la vía al terreno, haciendo que sean admisibles para éste, y permite el drenaje del agua de lluvia, evitando que se deteriore el conjunto.
Balasto depositado en las vías.
Obtención Se obtiene por trituración de rocas sanas y debe cumplir ciertas especificaciones en cuanto a calidad del material madre y en su granulometría. Se transporta en camiones hasta donde puede ser cargado en trenes especiales con tolvas que permiten su descarga en la vía. Especificaciones típicas Ensayo de Desgaste (Los Ángeles) El porcentaje de desgaste de la piedra partida ensayada por el procedimiento de Los Ángeles (Norma ASTM C535, Degradación por abrasión de Agregados Grandes, gradación F), no será mayor del 22% como porcentaje máximo admisible. Ensayo de Durabilidad (Deval)
Para los materiales de origen basáltico se exige una degradación inferior a 65% cuando se ensaye en solución de dimetil sulfóxido. Para el resto de los materiales se exige una degradación inferior al 12 % cuando se ensaye en solución de sulfato de sodio. Granulometría La granulometría debe permitir el drenaje de la formación y debe proporcionar una trabazón adecuada entre partículas, de forma que se mantenga la estabilidad de la vía. 3. Catenaria (ferrocarril) En ferrocarriles se denomina catenaria a la línea aérea de alimentación que transmite energía eléctrica a las locomotoras u otro material motor. Algunos autores prefieren utilizar el término "Línea Aérea de Contacto" o abreviadamente L.A.C., que puede incluir los sistemas denominados "línea tranviaria", "línea de trolebús", "catenaria flexible" y "catenaria rígida". Existen otros sistemas de alimentación eléctrica para ferrocarriles que no deben ser considerados como catenarias; los más importantes son el tercer carril y la levitación magnética. Las tensiones de alimentación más comunes van desde 600 V a 3 KV en corriente continua, o entre 15 y 25 KV en corriente alterna. La mayor parte de las instalaciones funcionan con corriente continua o alterna monofásica, aunque existen algunas instalaciones de alterna trifásicas.
Pantógrafo ferroviario. En las líneas aéreas, el polo positivo de la instalación es normalmente la catenaria y el negativo son los carriles sobre los que circula el tren. Las corrientes provenientes de la subestación (transformadora o rectificadora de la tensión de la red general) llegan al tren por la catenaria a través del pantógrafo y vuelven a la subestación a través de los carriles de la vía férrea. Una excepción a esta norma son las líneas aéreas de contacto para trolebuses, donde al no existir carriles, la corriente de retorno circula hacia la subestación por un segundo cable paralelo al primero y en contacto con el vehículo por un segundo trole. El nombre de catenaria proviene de la forma geométrica característica de la curva que forma un hilo flexible sometido a su propio peso, curva que se presenta en el caso de una línea tranviaria formada por un único cable. Sin embargo, en los casos en que se requiere una mayor velocidad del material rodante (cercanías, líneas suburbanas e interurbanas y, por supuesto, ferrocarriles de alta velocidad) se requiere que el conductor del que el pantógrafo toma la tensión abandone la geometría de la catenaria aproximándose a una recta paralela a la vía. Por ello, la solución a este problema pasa por instalar un segundo cable del que este se cuelga. La curva adoptada por este segundo cable tampoco será una catenaria, ya que soporta un peso variable por unidad de longitud (al soportar el peso del hilo de contacto). No obstante, se denomina catenaria a todo el conjunto formado por los cables alimentadores, apoyos y elementos de tracción y suspensión de los cables que transmiten la energía eléctrica. Tipos de catenaria Hay varios tipos de líneas aéreas de contacto para ferrocarriles:
Línea tranviaria Líneas de trolebús Catenaria aérea flexible Catenaria aérea rígida
Línea tranviaria
Línea tranviaria La línea tranviaria es la más sencilla de las aplicaciones de este tipo. Consiste en un hilo de contacto suspendido en apoyos consecutivos sobre la vía férrea. El tren toma energía de este hilo a través de un pantógrafo o de un trole. La diferencia entre un pantógrafo y un trole consiste en que el pantógrafo tiene una pletina que "frota" el hilo por la parte inferior de este, mientras que el trole tiene una polea o roldana que rueda bajo el hilo. La velocidad que puede alcanzar un vehículo alimentado por línea aérea de contacto depende de la regularidad de la altura del hilo y de la uniformidad en la elasticidad de la línea, por lo cual la línea tranviaria sólo está aconsejada para velocidades bajas. Se emplea comúnmente en tranvías, metros ligeros, estaciones de carga, cocheras, etc. Catenaria Aérea Flexible
Catenaria aérea flexible compuesta en la red de la RFF en Villeneuve-Saint-Georges (Francia). La catenaria flexible consiste en dos cables principales, de los cuales el superior tiene aproximadamente la forma de la curva conocida como catenaria y se llama "sustentador"; en algunos países hispanohablantes se denomina también "cable portador". Mediante una serie de elementos colgantes (péndolas) sostiene otro cable, el de contacto, llamado hilo de contacto, de modo que permanezca manteniéndose en un plano paralelo al plano de
las vías. A veces hay un tercer cable intermedio para mejorar el trazado del de contacto, al que se suele llamar "falso sustentador" o "sustentador secundario". Las catenarias con un segundo sustentador en todo lo largo de su recorrido se suelen llamar catenarias compuestas. El hilo de contacto no es propiamente lo que se conoce como cable, con varios hilos o alambres enrollados en varias capas, sino un trefilado, es decir, un alambre macizo de una sola pieza. Este sistema de cables tiene una geometría compleja, que va variando a lo largo de la línea en función de los requerimientos que se exigen en cada punto. Los parámetros geométricos más importantes que definen esta geometría son los siguientes:
Vano. Altura del hilo de contacto. Altura de la catenaria. Elevación. Flecha de los hilos. Longitud del cantón. Descentramiento.
Catenaria Aérea Rígida
Catenaria aérea rígida en la estación Espanya del Metro de Barcelona, España La catenaria rígida se distingue de las otras en que el elemento que transmite la corriente eléctrica no es un cable, sino un carril rígido. Lógicamente para mantener este carril rígido paralelo a la vía, ya que su peso es muy grande, no basta tensarlo o suspenderlo de otro cable con más flecha, sino que es necesario aumentar el número de apoyos en los que hay que suspenderlo, para disminuir la distancia entre ellos. Como ejemplo diré que para suspender una catenaria rígida se usan vanos (distancia entre apoyos) de 10 ó 12 m, mientras que el vano para catenarias flexibles está en torno a los 50 ó 60 m. Dicha limitación restringe su uso a los túneles, estructuras o sitios de muy escaso espacio, donde otros sistemas se muestran ineficaces.
El origen del sistema parte de una idea básica, y es solucionar el principal inconveniente del tercer carril, que es la peligrosidad de los contactos directos. La solución más simple a este problema pasaba por mover el tercer carril de contacto a la parte superior del tren. La solución en principio se practicó con el mismo carril (de acero), pero enseguida se desarrollaron carriles más avanzados, con menor peso y mayor conductividad. Otra ventaja de la catenaria rígida frente al tercer carril, es su compatibilidad con sistemas de catenarias flexibles. El mismo tren con el mismo pantógrafo puede circular por la catenaria flexible y rígida sin equipar distintos dispositivos de captación de corriente. Las transiciones entre catenarias flexibles y rígidas han sido solucionadas en distintas administraciones ferroviarias con el uso de barras de elasticidad variable o estableciendo seccionamientos de transición (separación de sistemas). El carril empleado actualmente consiste en una barra de aluminio que lleva en su parte inferior un hilo de contacto de cobre. La transmisión de energía se realiza por el aluminio y el cobre, pero sólo el cobre debe entrar en contacto con el pantógrafo. Elementos de una catenaria Estructuras de soporte de catenaria Las estructuras de soporte tienen como fin sostener los cables (conductores) sobre el tren de la manera adecuada. La estructura de soporte de la catenaria consta, en el caso más sencillo, de dos partes: el poste y la ménsula. Evidentemente el poste debe fijarse al terreno, ya sea este natural o no. En el caso de terreno natural se suele fundamentar con una zapata de hormigón, que en el argot ferroviario se denomina "macizo", "macizo de fundación" o "fundación". En el caso de fijarse sobre estructuras, existen múltiples métodos, siendo algunos de los más comunes los anclajes gewi, anclajes express, resinas epoxi, etc. Los postes son pilares verticales que se levantan desde la altura del terreno hasta la altura adecuada para soportar la línea aérea de contacto. Existen infinidad de tipos, siendo los más comunes los metálicos y los de hormigón armado. Los de madera están actualmente casi olvidados, salvo en alguna línea minera o turística. Las ménsulas son elementos estructurales, en voladizo desde el poste, que tienen como función sostener la línea aérea de contacto en su posición correcta sobre el tren. Otras estructuras de soporte pueden ser los pórticos. Estos pueden dividirse en flexibles y rígidos. Los pórticos flexibles (comúnmente llamados "funiculares") se componen de dos postes a ambos lados de las vías y uno o más cables que cruzan transversalmente sobre
estas, amarrándose a los postes. Las catenarias cuelgan de estos cables, paralelas al trazado de las vías. Los pórticos rígidos se componen igualmente de dos postes y en este caso de un dintel rígido entre ambos postes, que será el encargado de soportar las catenarias. Conductores Llamamos conductores a los cables que conducen la corriente eléctrica desde la subestación al tren. Los conductores normalmente asociados al sistema de línea aérea de contacto, o catenaria, pueden ser los siguientes:
Hilo de contacto Sustentador Feeder positivo o feeder de subestación Feeder de acompañamiento Feeder negativo
Geometría de la catenaria Para tener una idea general de la geometría de la catenaria debemos definir en primer lugar los términos comunes para referirse a sus valores geométricos.
Vano: Distancia entre dos apoyos consecutivos en el sentido de avance de la línea. Altura del hilo de contacto: Distancia vertical entre el plano de rodadura del tren, definido por los carriles, y el punto más bajo del hilo de contacto. Altura de la catenaria: Distancia entre el hilo de contacto y el sustentador (en las catenarias que disponen de este) medida en el apoyo. Descentramiento: Distancia horizontal, medida a la altura del hilo de contacto y en el plano paralelo al de rodadura, que existe entre el eje de la vía y la posición del hilo de contacto. Flecha de los hilos de contacto: Distancia vertical medida en el centro de un vano entre la cota del hilo de contacto en ese punto y en los apoyos anterior y posterior. Si la cota es diferente en éstos, la flecha se establecerá como la semidiferencia de ambas cotas.
4.
Circuito de Vía
Un circuito de vía es un circuito eléctrico o electrónico que sirve para saber si hay trenes en un tramo de vía determinado. Se utiliza normalmente para actuar sobre las señales y evitar que un tren acceda al cantón si este es utilizado por otro tren. El circuito se realiza creando una diferencia de potencial entre ambos carriles. Al entrar un tren en un circuito de vía, las ruedas metálicas cortocircuitan los carriles y este cortocircuito es detectado por un relé. Este relé informa al resto de los sistemas conectados a él de que el circuito de vía se encuentra ocupado. Cuando el tren sale del circuito de vía, las ruedas dejan de cortocircuitar los raíles y el circuito vuelve a considerarse como libre. En el caso de los bloqueos, los circuitos de vía coinciden con los cantones e indican si los cantones están o no ocupados. También pueden situarse en una estación como parte de un enclavamiento en una estación. La separación entre circuitos de vía se realiza cortando los raíles o colocando una pieza aislante para evitar que la corriente eléctrica pase de un circuito a otro. En vías electrificadas en corriente continua, para mantener la continuidad de la alimentación, el circuito de vía funciona con corriente alterna y la separación entre circuitos de vía se realiza mediante aparatos que permiten el paso de la corriente continua y no de la alterna. En aquellos bloqueos y enclavamientos en los que no se dispone de circuitos de vía, la ocupación de los cantones se efectúa a través de contadores de ejes (que cuentan los ejes que entran y que salen en un cantón) o de la comprobación directa de la ocupación por parte del jefe de circulación. En ocasiones algunos vehículos ferroviarios pequeños (como vagonetas de trabajos) no tienen la capacidad de conducir la electricidad y cortocircuitar las vías, por lo que necesitan utilizar un bloqueo por ocupación. En estas instalaciones se exige un nivel de seguridad muy alto, tanto en el diseño general como en los componentes, denominado nivel de seguridad ferroviario , dado que los fallos podrían ser de consecuencias catastróficas
5. Desvíos (Agujas, Cruzamientos) Desvío (ferrocarril)
Desvío manual. Un desvío o cambio de agujas es un aparato de vía que permite a los trenes cambiar de una vía a otra. Puede ser derecho o izquierdo, según sea su ubicación en relación a un observador situado entre las agujas del cambio y mirando hacia el cruzamiento. Se componen de unas agujas (raíles móviles) que se apoyan en su respectiva contraaguja (raíl fijo) y que están unidas al rail mediante una soldadura, dejando una parte del patín suprimido para permitir la flexibilidad necesaria para moverse y acoplar o desacoplar la punta de la aguja sobre la contraaguja. A su vez, la cabeza de la aguja está mecanizada para permitir el adecuado acoplamiento. Componentes Los componentes principales del desvío son las agujas (en marrón), las contraagujas (en negro), los contracarriles (en azul) y el corazón (en verde):
Y los tramos de los que se compone son: Cambio de agujas (1), Carriles de unión (2) y Cruzamiento (3) Las agujas tienen la cabeza limada para permitir que encajen con su respectiva contraaguja, guiar y soportar las ruedas del tren. Estas agujas se pueden fabricar a partir de raíles normales o raíles especiales para agujas. Existen perfiles especiales de eclisa más gruesa y se usan especialmente para hacer agujas más largas y robustas que
permiten mayor velocidad de circulación. Según el ángulo que formen en el cambio, las agujas serán:
Aguja curva secante Aguja curva tangente de punta recta Aguja curva tangente de punta achaflanada
Esta última es la que proporciona un menor ángulo de desviación y está siendo normalizada en los ferrocarriles europeos. A agujas y contraagujas se unen los tirantes, que unen las agujas con el fin de solidarizar sus movimientos. Parámetros Los parámetros con los que se define un cambio (por ejemplo, en planos o informes que necesiten indicar las características de un cambio) son:
Ancho de vía Tangente del ángulo del cruzamiento Largo y tipo de las agujas Tipo de raíl. Radio mínimo de curva del riel de enlace Largo de ocupación Tipo de cruzamiento
Vías De las vías en las que bifurca un desvío se distinguen dos tipos:
Vía principal: continúa el trazado de la vía anterior Vía desviada: es la que se diferencia del trazado anterior, por lo que el tren tiene que hacer curva al tomarla
El mayor problema que plantea el desvío es la velocidad de la vía máxima admisible de la vía desviada, ya que ésta no tiene peralte y el radio de la curva descrita suele ser pequeño. Por tanto la aceleración centrífuga es muy fuerte si no se realizan los desvíos con gran longitud. Las tecnologías recientes han desarrollado nuevas formas de solucionar estos problemas y los golpes con el carril creando corazones y patas de liebre móviles que se unen perfectamente al carril dando más estabilidad al conjunto. Normalmente los trenes tienen que reducir la velocidad para entrar en una vía desviada, mientras que pueden continuar a la misma velocidad por la vía principal. Por ejemplo, la LAV Madrid-Sevilla permite 300 km/h por vía directa y 160 km/h por vía desviada:
Velocidades máximas en desvío Velocidad máxima (km/h) Tipo de desvío Vía directa Vía desviada A B
140
30
160 ó 140* 30, 45 ó 60*
C
200
45, 50 ó 60*
V
200
100
AV
300
160
AV+
350
220
*Según el modelo de aparato. Desvío de corazón móvil En un desvío convencional, en el cruce del corazón entre ambos trazados la rueda del tren tiene que pasar por un tramo en el que no hay carril, lo que provoca los mayores problemas en los cambios. Para evitar este tramo se utilizan desvíos de corazón móvil, que disponen de piezas móviles en esta zona que permiten que la continuidad de la banda de rodadura sea completa en ambos trayectos a lo largo de todo el desvío. Estación Ferroviaria Una estación ferroviaria o estación de ferrocarril es una instalación ferroviaria con vías a la que pueden llegar y desde la que se pueden expedir trenes. Se compone de varias vías, con desvíos entre ellas, y se delimita por señales de entrada y salida. Adicionalmente son un punto de acceso al ferrocarril de pasajeros y mercancías, aunque no es una condición indispensable para ser una estación. Suelen componerse de andenes junto a las vías y un edificio de viajeros con servicios como venta de billetes y sala de espera.
Papel de las estaciones en la explotación ferroviaria
Estación de tren de Marylebone, Londres. Antes de la proliferación actual de señales ferroviarias la única manera de controlar la circulación de trenes (para evitar las colisiones entre ellos) era controlando la llegada y la expedición de trenes en las propias estaciones, para que no hubiera dos trenes en la misma vía. Esto ha provocado que las estaciones sean un punto fundamental en la gestión de la circulación, siendo siempre inicio o fin de cantón. Además los itinerarios de los trenes tienen que comenzar y terminar en estaciones, y no en plena vía. La importancia de las estaciones se ha reducido actualmente gracias a la proliferación de los sistemas de bloqueo automáticos que permiten situar señales en plena vía y controlar la explotación ferroviaria a distancia, por lo que el número de estaciones necesario es mucho menor. Aún con los nuevos bloqueos, los desvíos y las señales se suelen acumular en las estaciones, por lo que se sigue situando en ellas la mayor parte de la gestión de la circulación. El control de la circulación de trenes en el interior de las estaciones se lleva a través de un dispositivo llamando enclavamiento. Cuando un tren atraviesa una estación se encuentra con las siguientes señales:
Señal avanzada: Se sitúa antes de llegar a la estación, a suficiente distancia como para permitir al tren detenerse antes de llegar a la entrada. Pueden existir tantas como vías lleguen a la estación. Indica al tren la situación de la entrada de la estación. Señal de entrada: Se sitúa a la entrada de la estación, indica al tren si está autorizado a entrar en ella. Pueden existir tantas como vías haya en la estación. Señal de salida: Se sitúa a la salida de la estación, indica al tren si está autorizado a salir de ella. Pueden existir tantas como vías haya en la estación.
Desarrollo Las estaciones han adquirido progresivamente una importancia histórica, sociológica y estética que sobrepasa su simple función técnica. Son, como el ferrocarril en sí, uno de
los elementos característicos del desarrollo industrial y urbanístico del siglo XIX. Las estaciones ferroviarias aparecieron en Reino Unido durante los años 1820, posteriormente se desarrollaron en Francia y finalmente en todos los países industrializados. Las primeras en sentido moderno aparecieron en 1830 en la línea Mánchester - Liverpool, la primera en tener un servicio regular. Las estaciones fueron un reto importante para la arquitectura de la época, ya que requerían grandes espacios y, debido a la gran acumulación de humos provenientes de las locomotoras, grandes alturas. Esto propició la construcción de grandes bóvedas metálicas y el desarrollo de la arquitectura del hierro. Con el tiempo las estaciones se convirtieron en algo completamente funcional. Fueron víctimas de una relativa pérdida de identidad durante los años 1950 hasta que, en parte gracias a los trenes de alta velocidad al principio de los años 1980 y a un desarrollo del servicio ferroviario suburbano, las estaciones conocen una nueva renovación arquitectónica. El desarrollo de la mayoría de las ciudades ha echo que las estaciones se modernicen añadiendo detalles arquitectónicos o creando andenes subterráneos como en las ciudades de Madrid o Logroño en España. Configuración La mayoría de estaciones son de dos tipos:
Pasantes: se sitúan en mitad de una vía Terminales: se sitúan al final de una vía
Algunas estaciones tienen configuraciones particulares, como las estaciones triangulares que se forman en el encuentro de las líneas, o las estaciones con cruce a distinto nivel como en la estación central de Berlín. Riel Se denomina riel, carril, raíl o trillo a cada una de las barras metálicas sobre las que se desplazan las ruedas de los trenes y tranvías. Los rieles se disponen como una de las partes fundamentales de las vías férreas y actúan como soporte, dispositivo de guiado y elemento conductor de la corriente eléctrica. La característica técnica más importante del ferrocarril es el contacto entre el riel y la rueda con pestaña, siendo sus principales cualidades su material, forma y peso. Historia Los primeros rieles que se conocen datan de la Edad de Piedra y del Bronce, en el siglo V a. C., apareciendo nuevamente como rieles de madera para facilitar el transporte en las minas. La mejora de éstos en el sector minero fue lo que llevó a la aparición de los
primeros carriles de hierro en el siglo XVIII en Alemania e Inglaterra, para convertirse en los carriles de acero en el siglo XIX. Los primeros carriles fueron pequeños rieles de fundición, que no aguantaban el paso de las ruedas por su fragilidad, con lo que se pasó al acero laminado mientras que se aumentaba su longitud y su duración (en algunas situaciones llegaban a durar sólo 3 meses), a la vez que se le añadía el patín plano después de estudios sobre el perfil, y llegando a durar hasta 16 años. Fabricación y montaje Por la laminación del acero en bruto se obtienen barras con el perfil requerido, que se cortan en tramos de 18 a 288 m. Para realizar el montaje se disponen las barras sobre los durmientes y se unen entre sí mediante eclisas y bulones, sujetándose al durmiente mediante algún sistema de fijación. También se ajusta la trocha y se alinea y nivela el conjunto. Después es usual, en las vías modernas, quitar las eclisas y bulones para sustituirlas por uniones soldadas. De esta forma se eliminan las juntas, punto en el cual se produce el mayor desgaste. Perfiles utilizados En el comienzo del transporte por ferrocarril se utilizaron rieles con dos cabezas, con la intención de que fueran usados nuevamente una vez que la cabeza en servicio llegara a su límite de desgaste. Posteriormente se vio que tal operación no era posible, dado que, al invertir su posición, no resultaban aptos para el tráfico debido al desgaste ocasionado por los durmientes en la superficie de apoyo, y se adoptó el perfil actual, denominado Vignole, el cual consta de una cara inferior ancha, destinada al apoyo sobre los durmientes, y una cara superior, más angosta y de mayor altura, destinada a guiar y sostener las ruedas. En sitios donde coexiste el tránsito carretero con el tráfico ferroviario se debe pavimentar la superficie, siendo usual que se utilicen rieles de tipo Vignole modificados mediante una garganta, la cual permite que se desplace por ella la pestaña de las ruedas del material ferroviario, al tiempo que actúa como límite del pavimento. En grúas es común emplear un perfil específico, denominado Burdach , con una forma más achatada y ancha que en el perfil Vignole.
Riel antiguo
Riel de garganta
Riel Burdach
Rieles Vignole
Riel Phoenix Partes del riel
Cabeza: Parte superior, que se utiliza como elemento de rodadura.
Patín: Base, de anchura mayor que la cabeza, cuya superficie inferior es plana para su apoyo en la traviesa. Alma: Parte de pequeño espesor que une la cabeza con el patín.
Tipos
Riel ligero: Es aquél cuyo peso no excede de los 40 kg por metro lineal. Se usa en líneas por las que circulan trenes sin excesivo peso o que transportan cargas ligeras, y cuya velocidad no es alta. Por ejemplo, en los ferrocarriles mineros o los tranvías. Riel pesado: Su peso oscila entre los 40 y los 60 kg por metro lineal. Se utilizan cuando aumentan los requerimientos de velocidad, seguridad y carga máxima a transportar. Principalmente se emplea en ferrocarriles de mercancías o pasajeros y metropolitanos, así como líneas de alta velocidad.
Requisitos que debe cumplir el carril
Resistir directamente las tensiones que recibe del material rodante y transmitirlas, a su vez, a los otros elementos que componen la estructura de la vía. Realizar el guiado de las ruedas en su movimiento. Servir de conductor de la corriente eléctrica para la señalización y la tracción en las líneas electrificadas.
Cualidades buscadas en los rieles
La superficie de rodadura debe ser lo más lisa posible para reducir la fricción, pero a la vez, posea rugosidad para mejorar la adherencia rueda carril. Características geométricas deben encontrarse dentro del intervalo que delimita una calzada de buena calidad, con elevada rigidez, pero debe absorber la energía en forma de deformación elástica. Su peso es deseable para tener elevadas cargas por eje, velocidades y para mantener la seguridad, pero el coste aumenta, aunque también se reducen costes de mantenimiento, mayor duración y menor resistencia al avance de las ruedas. Se suele usar la fórmula de Shajunianz para buscar el peso óptimo del carril.
Características necesarias del perfil
La cabeza del raíl debe tener un ancho y altura suficiente según las cargas y la pestaña. El contacto en la rodadura no debe ser puntual, repartiendo los esfuerzos para evitar desgastes, para lo que la inclinación de la cabeza es de 1/20, compromiso entre la circulación en recta y en curva. El espesor del alma del raíl debe transmitir las solicitaciones de la cabeza hacia el patín, teniendo en cuenta la corrosión y las solicitaciones transversales. La anchura del patín da la rigidez para una repartición correcta de la carga sin volteo del raíl, siendo la relación altura-anchura óptima entre 1,1 y 1,2. La relación
espesor/ancho del patín debe ser inferior a 0,075, y el espesor exterior superior a 11 mm para evitar enfriamientos irregulares en caso de soldadura. Además, también se requiere un equilibrio térmico entre cabeza y patín para evitar deformaciones o tensiones residuales después de la laminación o soldadura. Esto se logra con una relación cabeza-patín 1:1. También se buscan radios de acuerdo grandes (sin perjudicar el comportamiento de servicio) para evitar concentraciones de tensiones en la laminación del rail, lo que asegura asimismo una mejor expansión y más regular de la llama de precalentado en las soldaduras. El radio de aristas exteriores será mayor o igual a 3 mm y su ancho inferior a 160 mm por razones de laminación.
Dureza y materiales En cuanto a la dureza de los raíles, debe coincidir con la de las ruedas, siendo la dureza interna 341HB o superior. Esta dureza depende del tratamiento superficial (estructura microperlítica) y de los compuestos del acero de los raíles, que son: el hierro, carbono, silicio, azufre, fósforo, arsénico y otros minerales e impurezas. Tabla de materiales de los raíles Porcentaje de material Fabricados en Europa Fabricados en América % de carbono
0,4 - 0,57
mayor a 0,57
% de manganeso
0,8 - 1,2
menor a 0,8
% de silicio
0,1 - 0,25
0,1 - 0,25
% de fósforo
máximo admisible 0,06 máximo admisible 0,06
% de azufre
máximo admisible 0,06 máximo admisible 0,06 Dureza del riel Dureza Brinell, HB Tipo de riel
Mínimo Máximo
Rieles normales
300
-
Rieles de alta resistencia
341
388
Fluencia en los aceros usuales en los carriles
Concepto Límite de fluencia, kg/cm2 mínimo
Normal Alta resistencia 4920
7730
Límite de ruptura a la tracción, kg/cm2 mínimo 9840
11950
Alargamiento en 50 mm, % mínimo
9
10
Señalización De Vías Férreas Una señal de ferrocarril es un dispositivo vertical situado junto a la vía que indica al maquinista las condiciones de la vía que se va a encontrar por delante. En contraposición a las normalmente más conocidas señales de tráfico, en el ferrocarril se denomina como señales principalmente a las indicaciones la regulación de tráfico, como semáforos y similares. La necesidad de cierta distancia para permitir que un tren frene condiciona este tipo de señales, ya que es necesario informar al tren de que debe parar con suficiente antelación al punto de parada. Posición de las señales
Señal avanzada y de entrada en Japón Normalmente un tren necesita una distancia importante para frenar, que puede ser superior a un kilómetro. Es por ello que las señales anuncian al tren cuándo debe parar con bastantes metros de antelación al punto de parada. Esto también es aplicable a las reducciones de velocidad, que deben ser anunciadas con mayor antelación cuanto mayor es la reducción.
Normalmente esta situación se resuelve con pares de señales: la que se sitúa en primer lugar indica que se debe comenzar a frenar, y la segunda indica el punto donde el tren debe detenerse o haber reducido su velocidad. En el caso de los semáforos, la secuencia que se encuentra el tren para detenerse es una primera señal de anuncio de parada (brazo inclinado en señales mecánicas, o ámbar en señales luminosas) y una segunda señal de parada (brazo horizontal en señales mecánicas, o rojo en señales luminosas) que es la que el tren no debe rebasar. En el caso de las señales de límite de velocidad, el tren en primer lugar se encuentra una señal que le indica que debe comenzar a frenar y la velocidad hasta la que debe hacerlo, y en segundo lugar que indica el punto a partir del cual la velocidad está limitada. Las señales son muy variables de unos sistemas ferroviarios a otros, existiendo numerosas excepciones. En el caso de su posición, en algunos sistemas ferroviarios las señales de limitación de velocidad no disponen de un anuncio previo para que el tren frene, ya que los agentes de conducción conocen suficientemente la línea como para adaptar su velocidad con la necesaria antelación. Asimismo, en líneas con una gran capacidad de frenada, como las líneas de metro, puede no ser necesario la existencia de señales de anuncio ya que los trenes son capaces de frenar sin problemas ante una señal en parada. En un origen el control de tráfico se realizaba entre estación y estación, de modo que se garantizaba que dos trenes no coincidían en la misma vía manteniendo un único tren entre dos estaciones contiguas. Para ello las señales se sitúan a la entrada y salida de la estación:
la «señal de entrada» indica si el tren tiene vía libre dentro de la estación y si se le autoriza al tren a entrar la «señal de salida» indica si tiene vía libre hasta la siguiente estación la «señal avanzada» es la que anuncia el estado de la señal de entrada y permitir que el tren pueda frenar antes de entrar en la estación si esta se encuentra en parada. Su indicación puede ser vía libre o anuncio de parada, si la señal de entrada indica parada.
Para la regulación del tráfico se han ido añadiendo nuevas señales:
la «señal de protección» es la que protege el acceso a un cargadero la «señal de retroceso» es la que se sitúa a contravía o en el interior de una estación y la «señal de paso a nivel» la que indica si el siguiente paso a nivel las barreras han actuado correctamente.
La generalización de bloqueos automáticos permitió situar más de un tren entre estaciones contiguas, dividiendo la vía en varios cantones. Con ellos se introdujeron las «señales intermedias», que protegen cada uno de los cantones. Al existir varias señales
entre estaciones contiguas cada una de las señales actúan como señal avanzada de la siguiente, situándose en anuncio de parada si la señal siguiente indica parada. Señales permisivas. En aquellas señales intermedias en vías en las que sólo se circula en un sentido y no hay aparatos de vía se puede asumir que una señal de parada indica que nos estamos acercando al tren precedente. En este caso, entrar en un cantón ocupado no implica peligro siempre que no se produzca una colisión por alcance con el tren precedente. Por ello este tipo de señales se pueden rebasar cuando se tomen las precauciones necesarias para evitar la colisión, siendo estas condiciones habitualmente detenerse ante la señal en rojo para después reiniciar la marcha a muy poca velocidad hasta la señal siguiente. La escasa velocidad permite al operario del tren detenerse antes de la cola del tren anterior en caso de cualquier incidencia. Este tipo de señales se denominan habitualmente «permisivas» ya que permiten ser rebasadas en rojo bajo ciertas condiciones. Se identifican con un cartelón en el poste de la señal que indica la permisividad (o la no permisividad en sistemas que consideran todas las señales permisivas por defecto), cartelón diferente según la normativa de cada país. Cuando es posible entrar en un tramo donde hay otro tren con precaución pero existen otros elementos protegidos por las señales (como que los aparatos de vía estén correctamente configurados) es necesario que el rebase sea autorizado por el gabinete de circulación, considerándose una señal no permisiva. Señalización en cabina
Indicador de velocidad con un sistema de señalización en cabina. La aparición de la alta velocidad, y la imposibilidad de los agentes de conducción de observar adecuadamente las señales a esas velocidades, ha llevado al desarrollo de sistemas de señalización en cabina. Hay una gran variedad de sistemas de señalización en cabina.
Entre los sistemas más sencillos están los sistemas de alarma automáticos, que tienen la función de garantizar que el agente del tren ha comprendido las señales. Algunos disponen de un botón que el agente ha de pulsar tras pasar cada señal, y si el maquinista no reconoce la señal o la pasa en rojo el tren frena automáticamente. La transmisión de la posición de las señales se realiza mediante balizas situadas puntualmente. Los sistemas habitualmente utilizados en alta velocidad disponen de una pantalla donde indican la situación de las señales. Eventualmente pueden mostrarse otras indicaciones como el resto de las señales por delante en la línea, las limitaciones de velocidad u otros. Algunos sistemas incluyen indicadores analógicos, como indicadores de velocidad máxima. La transmisión se realiza mediante balizas puntuales, cables radiantes, a través del carril o mediante radio. Cuando el sistema de señalización es suficientemente avanzado, se puede llegar a prescindir de la señalización lateral. En el caso del sistema ERMTS existe la posibilidad de sólo colocar un símbolo que indica el fin de cada cantón, para saber el punto ante el que tren se ha detener si la señalización en cabina así lo indica, sin que exista ninguna señalización luminosa. Muchas líneas de alta velocidad mantiene la señalización lateral para poder funcionar a baja velocidad en caso de incidencia del sistema de señalización en cabina y permitir la circulación de trenes que no disponen de cabinas preparadas. Tipos de señales según su forma
Señal mecánica.
Señal mediante posición de luces En el caso de las señales que varían indicando si un tren puede o no circular, conocidas en algunos casos como «semáforos», se pueden encontrar diferentes tipos. Todos son capaces de mostrar la misma información, e incluso se pueden encontrar conjuntamente en la misma línea, la única diferencia reside en cómo están realizadas. Señales mecánicas Las señales mecánicas se componen exclusivamente de un mecanismo, y no disponen de piezas eléctricas. Se componen de un brazo mecánico que puede moverse en diferentes posiciones, indicando generalmente vía libre cuando se encuentra vertical y parada cuando se encuentra horizontal. El color del brazo depende del tipo de señal y de lo que la señal indique. Su cambio de posición se realiza a través de unos cables metálicos, que pueden ser movidos directamente desde el enclavamiento de la estación anexa o remotamente mediante motores eléctricos o hidráulicos. Algunas señales mecánicas disponen de iluminación para ser claramente entendidas tanto de noche como en condiciones meteorológicas adversas. Señales mediante luces de colores Son muy parecidas a los semáforos utilizados en el tráfico rodado, aunque la posición de las luces y su indicación es diferente. A diferencia de las señales mecánicas, requieren continuamente de alimentación eléctrica. Las lentes utilizadas son de tipo « Fresnel», que permiten que la luz sea visible desde muchísima distancia a cambio de que sólo sea visible en un reducido ángulo. Señales mediante posición de luces Un sistema intermedio entre las dos anteriores, consisten en un disco que contiene varias luces, dependiendo la indicación de la posición de estas. Así, normalmente, se dispone de una línea de luces que indican vía libre cuando se sitúan en vertical y parada cuando se sitúan en horizontal. El cambio de una indicación a otra puede realizarse tanto girando el disco como encendiendo lámparas diferentes para cada una de las posiciones. En ocasiones las luces no sólo cambian de posición sino que además cambian de color, dando una indicación redundante y por lo tanto más segura de su situación. Este tipo de indicación es muy poco habitual en países hispanohablantes.
Accionamiento de las señales Las señales pueden ser accionadas tanto a mano por agentes de circulación como automáticamente por sistemas ferroviarios diseñados al efecto. La posición de las señales las decide el bloqueo ferroviario, que es el sistema que evita la colisión entre trenes abriendo y cerrando las señales que tiene asignadas. En el caso de las estaciones, las señales son manejadas a través de un enclavamiento. Indicaciones Las indicaciones son muy variables de unos sistemas a otros, aunque algunas indicaciones suelen ser generales a todos los sistemas. Aún así siempre hay excepciones, por ejemplo aunque el verde se utiliza para indicar vía libre y el rojo para parada, en el caso de la línea de alta velocidad Madrid-Sevilla para estas indicaciones se utiliza el blanco y el azul respectivamente. Las indicaciones más usuales son las siguientes: Semáforos Posición Indicación de la señal
Actuación
Vía libre
Circular normalmente si nada se opone.
Anuncio de parada
Indica al agente del tren que debe ponerse en condiciones de parar ante la señal siguiente, piquete de salida de la vía de estacionamiento o final de vía.
Parada
Ordena al agente del tren parar ante la señal sin rebasarla.
Anuncio de precaución
No exceder de 30 km/h o la velocidad indicada por la alfanumérica de información fija o variable luminosa, al paso por las agujas situadas a continuación de la siguiente señal.
Rebase autorizado
Indica que la señal en rojo puede ser rebasada siguiendo la normativa. Se utiliza para acceder con autorización a vías donde ya hay otro tren u otra incidencia durante una maniobra.
Subestructura Ferroviaria Se denomina subestructura ferroviaria al terreno que se encuentra inmediatamente debajo del balasto o de la plataforma (si es vía en placa) soportando las cargas que estas transmiten, y tiene como función básica proporcionar el apoyo a la superestructura de la vía, de modo que ésta no sufra deformaciones que impidan o influyan negativamente en la explotación, bajo las condiciones del tráfico que determinan el trazado de la vía, gracias a las técnicas de mecánica de suelos y rocas. Por lo tanto, los problemas que la subestructura presenta son determinar su capacidad portante, y conocer las causas y efectos de las deformaciones y asentamientos, para dimensionar el espesor del balasto, y conocer la degradación geométrica de la vía. La subestructura es el terreno natural modificado por las obras necesarias para adecuar la superficie de apoyo de la superestructura de la vía férrea, para dar a la plataforma (subestructura y superestructura), unas características resistentes. Esta plataforma, es la parte superior de la subestructura, siendo el resto de esta, tratada como otra infraestructura de caminos. La calidad de un suelo se define por su naturaleza y su estado, variando sus propiedades de resistencia y deformación. La naturaleza del suelo se establece gracias a la identificación visual, granulometría, sedimentación, límites de Atterberg, estudio
Proctor-CBR y, eventualmente, el equivalente de arena, contenido de CO3 y Ca y materia orgánica. Solicitaciones sobre la plataforma Las solicitaciones sobre la plataforma y su magnitud son función de:
La carga por eje Las características constructivas de los vehículos La velocidad de circulación de los trenes El espesor de la caja de balasto La densidad del tráfico Las condiciones climatológicas Resistencia de diferentes tipos de suelos (tabla 1) Material Roca coherente
Tensión admisible (kg/cm 2) 4,5
Banco de cantos rodados
3,5
Grava Arcilla Seca
3 2,0 a 2,5
Arena Fina Grava arcillosa
1,0 a 1,5 0,8 a 1,0
Arcilla húmeda Arena con granulometría uniforme
0,8 a 1,0 0,4 a 0,6
Arcilla semiresistente Arcilla blanda
0,3 a 0,4 0,2 a 0,3
De acuerdo con los factores que influyen en la capacidad portante de la plataforma el problema tiene una complejidad notable. En Europa se ha establecido por cálculos tanto teóricos como experimentales, que las solicitaciones están comprendidas entre 0,6 y 1 kg/cm², con lo que la plataforma de la vía debe tener una capacidad portante mínima de 1,0 kg/cm². Los suelos no cohesivos, como las gravas y arenas, normalmente aportan la resistencia necesaria. Para los suelos de carácter plástico, como algunos limos y arcillas, es necesario mejorarlos. En el caso de usar balasto bajo las traviesas hay diferentes estudios sobre sus necesidades de cálculo, y que pueden ser interesantes para la subestructura. Para este problema, hay que determinar la presión en la cara inferior de la traviesa, su distribución de presiones en el balasto, conocer la capacidad portante de la plataforma y determinar la capacidad portante del suelo. Como simplificación, los ferrocarriles mundiales clasifican
sus vías según características, y fijan el espesor mínimo del balasto según la velocidad máxima, el tonelaje bruto anual, y el tipo de traviesa y su separación. Considerando todas las dificultades para medir las tensiones que distribuye el balasto, los ferrocarriles han establecido criterios generales para la plataforma de la vía según sistema establecido para la construcción de caminos fijando la capacidad soportante del suelo por el índice de California (C.B.R.), con un CBR superior a 20 para la plataforma, o sistemas similares en Europa. Estos criterios fueron mejor acotados en la hipótesis de Clarke. Ancho de Vía
Tipos de ancho de vía dominantes en cada país. El ancho de vía o trocha de una vía férrea es la distancia entre las caras internas de los rieles, medida 14 mm por debajo del plano de rodadura en alineación recta. Existen diez anchos de vía que se usan como estándar en el mundo. En algunos países pueden coexistir más de uno:
500 mm - Es usado en el turístico Ferrocarril Austral Fueguino (FCAF), al oeste de Ushuaia, en el sur de la Argentina. 600 mm - Usado en el Sistema Decauville en Portugal y Brasil, en el Ferrocarril turístico del Alto Llobregat en España, en Chile en el extinto Ferrocarril Militar de Puente Alto hasta El Volcán, Cajón del Maipo, y en la Argentina hasta 1960 en el Ferrocarril Económico Correntino, y en el siglo XXI en el Tren Ecológico de la Selva. 762 mm - Usado en Austria, Bosnia Herzegovina, Eslovaquia, Hungría, India, Polonia, República Checa, Rumania y Sri Lanka. 914 mm - Usado en Canadá (Whitepass and Yukon Railroad White Pass and Yukon Route), Colombia, EE. UU., El Salvador, Guatemala y Perú. 1.000 mm (trocha métrica o ancho métrico ) - Usado en el este de África, Alemania, Argentina, sudeste de Asia, Bangladés, Birmania, Bolivia, Brasil, Chile, España (FEVE), Grecia, India, Irak, Pakistán, Portugal, Suiza y Vietnam
1.067 mm - Usado en Australia, Ecuador, Chile, Costa Rica, Ghana, Indonesia, Japón, Nigeria, Nueva Zelanda, Sudáfrica, Sudán y Terranova (hasta septiembre de 1988, en: Newfoundland Railway). 1.435 mm (también denominado trocha estándar, ancho de vía normal, ancho internacional o ancho UIC) - Usado en el norte de África, Alaska, Argentina, Australia, Canadá, Chile (Metro de Santiago en todas sus líneas), Colombia (FC del Cerrejón y Metro de Medellín), China, Corea del Norte, Corea del Sur, EE. UU., en gran parte de Europa (en España, solo en líneas de alta velocidad), Irán, Irak, Israel, Japón (Shinkansen), México, Paraguay, Perú, Uruguay y Venezuela. 1.520 mm - Usado en Mongolia, Rusia y en todos los países que formaban parte de la antigua Unión Soviética. 1.524 mm - Usado en Finlandia y en Panamá (antes de 2000, ahora 1.435 mm) 1.600 mm - Usado en Australia, Brasil e Irlanda. 1.668 mm (ancho ibérico) - Usado en España (a excepción de la alta velocidad, que usa 1.435 mm y otras líneas menores) y Portugal. 1.676 mm - Usado en Argentina, Bangladés, Chile (EFE), India, Pakistán y Sri Lanka.
Pueden existir otros de diferente medida, pero los indicados son los más comunes.
