martes, 27 de julio de 2010

CARACTERISTICAS, COMPONENTES, CONCEPTOS Y ANEXOS DE UN SISTEMA FERROVIARIO

VIAS FERREAS

Historia:

Algunas fechas históricas del ferrocarril relacionadas con la evolución de la vía se pueden relacionar en la introducción de los carriles de madera 1676, el forro de hierro del carril 1776, los carriles de hierro fundido 1789, los desvíos ferroviarios 1796, el carril tipo Vignole 1836, el creosato de las traviesas de madera 1838, los carriles de acero 1857, el trazado secante de las agujas 1886, las traviesas bigblock de hormigón 1954, el radio único en vía desviada 1965, la traviesa monobloque de hormigón pretensada 1979, el cambio con velocidad de 100 Km./h por vía desviada 1986, el corazón de punta móvil para el cruzamiento de los desvíos 1992 y el cambio con velocidad de 230 Km./h por vía desviada 1998.

Impacto ambiental de las vías terrestres

Las obras de infraestructura de transporte o vías terrestres, como son por ejemplo: caminos, carreteras autopistas, o autovías y vías férreas, y sus obras de cruce y empalmes utilizan áreas importantes en el territorio creando en el entorno impactos ambientales importantes.

Los beneficios socioeconómicos proporcionados por las vías terrestres incluyen la confiabilidad bajo todas las condiciones climáticas, la reducción de los costos de transporte, el mayor acceso a los mercados para los cultivos y productos locales, el acceso a nuevos centros de empleo, la contratación de trabajadores locales en obras en sí, el mayor acceso a la atención médica y otros servicios sociales y el fortalecimiento de las economías locales.

Sin embargo, las vías terrestres pueden producir también complejos impactos negativos directos e indirectos, a continuación se mencionan los principales:

Impactos directos:

Estos se dan desde la fase de construcción de las mismas, y durante toda su vida útil por lo tanto cabe destacar que los impactos más importantes relacionados con la construcción son aquellos que corresponden a la limpieza, nivelación o construcción del piso: pérdida de la capa vegetal, exclusión de otros usos para la tierra; modificación de patrones naturales de drenaje; cambios en la elevación de las aguas subterráneas; deslaves, erosión y sedimentación de ríos y lagos; degradación del paisaje o destrucción de sitios culturales; e interferencia con la movilización de animales silvestres, ganado y residentes locales. Muchos de estos impactos pueden surgir no sólo en el sitio de construcción sino también en las pedreras, canteras apropiadas y áreas de almacenamiento de materiales que sirven al proyecto. Adicionalmente, pueden darse impactos ambientales y socioculturales adversos en proyectos tanto de construcción como de mantenimiento, como resultado de la contaminación del aire y del suelo, proveniente de las plantas de asfalto, el polvo y el ruido del equipo de construcción y la dinamita; el uso de pesticidas, derrame de combustibles y aceites; la basura; y, en proyectos grandes, la presencia de mano de obra no residente.

Los impactos directos por el uso de las vías terrestres pueden incluir: mayor demanda de combustibles para los motores; accidentes con los medios no motorizados de transporte o el reemplazo de los mismos; mayor contaminación del aire, ruido, desechos a los lados del camino; daños físicos o muerte a animales y personas que intentan cruzar la vía; riesgos de salud y daños ambientales a raíz de los accidentes con materiales peligrosos en tránsito; y contaminación del agua debido a los derrames o la acumulación de contaminantes en la superficie de los caminos.

Impactos indirectos:

Una amplia gama de impactos indirectos negativos han sido atribuidos a la construcción o mejoramiento de las vías terrestres. Muchas de éstos son principalmente socioculturales. Éstos incluyen: la degradación visual debido a la colocación de carteles a los lados del camino; los impactos de la urbanización no planificada, inducida por el proyecto; la alteración de la tenencia local de tierras debido a la especulación; la construcción de nuevos caminos secundarios, primarios y terciarios; el mayor acceso humano a las tierras silvestres y otras áreas naturales; y la migración de mano de obra y desplazamiento de las economías de subsistencia.

Pérdida de tierras agrícolas:

La mejor tierra agrícola, relativamente plana y con buen drenaje, proporciona una ruta ideal para las vías terrestres, y muchos son colocados allí. En sí, la pérdida de tierra para el derecho de paso puede ser relativamente insignificante y normalmente se toma en cuenta al decidir si procede con un proyecto. Sin embargo, el fenómeno del desarrollo inducido, junto con el aumento del valor de la tierra por los caminos, puede resultar en la conversión de grandes áreas de tierra agrícola a otros usos. Tales conversiones pueden tener impactos negativos sobre los programas nacionales para agricultura sostenible y la autosuficiencia, así como sobre la viabilidad de la economía agrícola local.

Interferencia con los métodos acostumbrados de transporte local:

Los peatones y vehículos tirados por animales y de pedal, son tipos importantes de tránsito por los caminos de muchos países, especialmente los caminos locales y aquellos que llevan a los principales mercados urbanos. El mejoramiento de los caminos rurales no pavimentados al nivel de los pavimentados, que no tome en cuenta el volumen de dicho tránsito, resultará en un número inaceptable de accidentes y el reemplazo de los modos más lentos de transporte.

Implicaciones nacionales y globales:

La construcción de caminos y carreteras puede incrementar la demanda de vehículos motorizados, combustibles y lubricantes. Si éstos deben ser importados, se puede agravar el problema del balance de pagos. puede deteriorarse la calidad del aire a nivel local o regional, y aumentará el aporte a los gases de efecto invernadero.




Vías férreas:


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 rieles apoyados sobre traviesas que se disponen dentro de una capa de balasto. Para su construcción es necesario realizar movimiento de suelos y obras existentes (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.



Subestructura ferroviaria


Vía sobre durmientes de madera, con balasto de canto rodado.

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:

• a. La carga por eje
• b. Las características constructivas de los vehículos
• c. La velocidad de circulación de los trenes
• d. El espesor de la caja de balasto
• e. La densidad del tráfico
• f. Las condiciones climatológicas


Resistencia de diferentes tipos de suelos (tabla 1)
Material Tensión admisible (Kg./cm2)
Roca coherente 4,5
Banco de cantos rodados 3,5
Grava 3
Arcilla Seca 2,0 a 2,5
Arena Fina 1,0 a 1,5
Grava arcillosa 0,8 a 1,0
Arcilla húmeda 0,8 a 1,0
Arena con granulometría uniforme 0,4 a 0,6
Arcilla semiresistente 0,3 a 0,4
Arcilla blanda 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. Algunos estudios especializados dan las estimaciones que se indican en la tabla 1.

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 o Trochas


Se denomina trocha o ancho de vía a la separación entre los carriles, la cual debe coincidir con la separación entre ruedas del material rodante. Se mide entre caras internas, tomando como punto de referencia el ubicado entre 10 mm y 15 mm por debajo de la cara superior del carril, diferencia ésta que depende del tipo de carril y de las normas aplicables en el país.

La vía trabaja como una viga sobre lecho elástico debido a su propio peso y la forma de comportarse del balasto, elemento destinado al apoyo y a la distribución de cargas en el terreno, y a contención. Desde el inicio de los ferrocarriles se utilizaban carriles de longitudes reducidas, con juntas de dilatación entre ellos, lo que producía el característico traqueteo de los ferrocarriles, con traviesas de madera tratada para evitar la putrefacción.

En la actualidad se emplean principalmente traviesas o durmientes de hormigón pretensado y materiales plásticos sobre los que apoyan rieles soldados con longitudes relativamente grandes y juntas de dilatación más separadas gracias a un diseño más perfeccionado.


Elementos de la infraestructura


• Aparato de vía
• Balasto
• Catenaria (ferrocarril)
• Circuito de vía
• Desvíos (agujas, cruzamientos)
• Estación ferroviaria
• Riel
• Señalización de vías férreas
• Subestructura ferroviaria


Aparatos de vías:


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: desvíos y travesías.[1] También se entiende por aparato de vía al dispositivo para el intercambio de datos entre la vía y el tren, Existen dos tipos básicos de aparatos de vía:

Los desvíos 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, la vía directa, sigue una línea recta; mientras que las vías que se denomina vía desviada a la que cambia de dirección en el desvío.

Las travesías permiten la intersección de dos vías sin posibilidad de cambiar de una a otra:


Componentes elementales

Los desvíos y las travesías están formados por componentes elementales que se unen por tramos de vía denominados 'carriles intermedios' o 'carriles de unión'. Estos componentes elementales son tres:
• El cambio de agujas, también conocido simplemente como 'cambio', es exclusivo de los desvíos y permite la conexión de dos carriles divergentes asegurando su 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.
• El cruzamiento o cruce, permiten la intersección de dos carriles. Pueden ser sencillos o dobles. Este a su vez se divide en:
Corazón, que es la unión de dos carriles que se interseccionan. Es una pieza de gran calidad que está fabricada de acero en manganeso. Al corazón le acompañan paralelas unas vías, las patas de liebre que ayudan a la rueda a dirigirse.
• Contracarriles: Ayudan a situar el eje en el carril y son carriles paralelos a los carriles principales e interiores. Los 'carriles intermedios' o 'carriles de unión' están en la parte intermedia del desvío y van desde el talón de las agujas hasta el principio del corazón. En esta zona las agujas tiene el perfil constante igual al de un carril normal, en las travesías, los carriles intermedios conectan los diferentes cruzamientos.



Desvíos

Un desvío es una bifurcación de una línea ferroviaria en otras dos, denominadas vía directa, la que mantiene generalmente la trayectoria original, y vía desviada, que cambia de dirección. Es por tanto un aparato de vía utilizado para dirigir el tráfico ferroviario en una dirección diferente a la original.

Tipos:

El mayor problema que plantea el desvío es la velocidad de la vía máxima admisible de la vía desviada ya que esta 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 nuevas tecnologías 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.

Tipo de desvío Velocidad máxima (Km./h)
Vía directa Vía desviada
A 140 30
B 160 ó 140* 30, 45 ó 60*
C 200 45, 50 ó 60*
V 200 100
AV 300 160
? 350 220
*Según el modelo de aparato.



Parámetros básicos de los desviadores sencillos

• Trocha de la vía.
• Tangente del ángulo del cruzamiento.
• Largo y tipo de las agujas.
• Tipo de riel
• Radio mínimo de curva del riel de enlace.
• Largo de ocupación.
• Tipo de cruzamiento.

Aparatos de vía en los desvíos

• Agujas
• Topes de aguja
• Contraagujas
• Durmientes
• Horquilla, muñón (ferrocarril)


Esquema de funcionamiento de un desvío.
1. Cambio de agujas.
2. Carriles de unión.
3. Cruzamiento.
En verde el corazón, en azul los contracarriles.


Aguja

La aguja ferroviaria es el elemento de los cambios o aparatos de vías que desvía las ruedas del tren hacia una vía o la otra, según se accione el mecanismo.


Topes de aguja

El tope de aguja consiste en una pieza metálica que se acopla a un riel en un desvío de ferrocarril, y sobre el que se apoyará la aguja del cambio de agujas con la finalidad de traspasar parte de la carga que un tren ejerce sobre la aguja al pasar por los desvíos.

En el cambio, existe una zona donde la aguja no se encuentra sujeta para permitir su desplazamiento lateral. Siempre que el cambio es recorrido por un vehículo, se producen fuerzas transversales debidas al movimiento de lazo o a la propia inscripción de los ejes cuando el cambio se dispone en vía desviada. Siendo el vano entre ambas zonas de apoyo de la aguja de gran luz, con grandes momentos flectores, se opta por usar “topes de aguja”, que hacen contacto con la aguja reduciendo el vano entre los puntos de apoyo, y evitando la deformación plástica.

Contraagujas

En vías férreas, se denomina contraaguja o contrarriel de aguja al riel contra el cual se adosa la aguja de un cruzamiento o cambio de vía. Está formada por un riel de perfil normal al cual se le perfora en el alma una serie de orificios para afirmar las sillas de cambio, los talones de las agujas, los tirantes, etc.

Otra característica importante de la contraaguja es la influencia que tiene sobre la dinámica de los desvíos. Cuando un eje aborda el cambio de un desvío ferroviario, dado por vía directa, el punto de contacto rueda-contraaguja curva se desplaza hacia el exterior de la rueda por la presencia de la aguja recta, e incluso un impacto de la pestaña con la aguja recta. Este desplazamiento del punto de contacto provoca en el eje un movimiento perturbador que puede llegar a agotar el juego de vía, solicitando lateralmente la aguja recta en una zona de longitud variable, con las consiguientes mermas en la comodidad de los viajeros y en la vida útil del desvío y del material rodante.


Dispositivo de horquilla-muñón

En vías férreas, los dispositivos horquilla-muñón consisten en una U y una I, que se acoplan mutuamente y con cierta holgura, para impedir las excesivas deformaciones térmicas en los cambios de aguja en el ferrocarril, que sacarían de tolerancia el desvío. A fin de evitar los movimientos longitudinales de la aguja con respecto a la contraaguja, hecho que impediría que ambos ajustasen perfectamente, se emplean los dispositivos de horquilla-muñón. Estos movimientos de descuadre son debidos al fenómeno de dilatación restringida que se presenta en las agujas, característico de la barra larga soldada.

Durmientes

En vías férreas, las traviesas o durmientes son el elemento transversal al eje de la vía que sirve para mantener unidos y a la vez a una distancia fija (galga, o trocha) a los dos carril (riel) es que conforman la vía, así como mantenerlos unidos al balasto, trasmitiendo el peso del material rodante al balasto y, por intermedio de éste, al suelo. También cumplen la función de dar peso al conjunto, de manera que la geometría inicial del trazado se mantenga en la mayor medida posible. Se fabrican de diversos materiales, entre ellos madera, hierro y hormigón. Las traviesas de hormigón pueden ser monobloque o bibloque, las primeras están formadas por una sola pieza de hormigón armado, mientras que las traviesas bicblock constan de dos piezas de hormigón unidas por una barra de hierro (riostra).
Además, las traviesas de hormigón monobloque pueden ser polivalentes si los carriles se pueden fijar en dos posiciones distintas para permitir la instalación de vías de diferentes anchos.

Funciones de las traviesas

Las principales funciones que debe desempeñar una traviesa son las siguientes:

a. Soporte de los raíles, fijando y asegurando su posición en lo referente a cota, separación e inclinación.
b. Recibir las cargas verticales y horizontales transmitidas por los raíles y repartirlas sobre el balasto mediante su superficie de apoyo
c. Conseguir y mantener la estabilidad de la vía en el plano horizontal y en el vertical frente a los esfuerzos estáticos procedentes del peso propio y las variaciones de temperatura y a los esfuerzos dinámicos debidos al peso de los trenes. Mantener, siempre que sea posible, por sí mismo y sin ayuda de elementos específicos incorporados a la sujeción, el aislamiento eléctrico entre los dos hilos de raíles cuando la línea esté dotada de circuitos de señalización o por corrientes parásitas.

Colocación de las traviesas

Soldadura, antigua, entre dos traviesas. Por norma general las traviesas se colocan a una distancia de 60 cm. entre ellas; esto puede variar entre los diferentes aparatos de vía que llevan cada uno unas distancias entre traviesas específicas. Los sesenta centímetros pueden variar también para evitar que una soldadura de carril pueda caer encima de una traviesa con el consiguiente deterioro de esta. Esta distancia no es aleatoria, sino que se basa en estudios concretos: si están más alejadas, las traviesas se levantarían al paso del tren y si están más cercanas, se incrementaría notablemente el costo por kilómetro de la obra.

Mantenimiento de las traviesas:

La principal labor de mantenimiento de las traviesas es el bateo

Sistemas de sujeción de traviesas
El sistema de sujeción entre el riel y la traviesa dependerá del tipo de traviesa, apartando ciertas consideraciones menores, y con el uso de sillas de asiento.

Se pueden distinguir, según el tipo de esta y su polivalencia (que se puedan usar un mismo tipo de sujeción) para distintos tipos de traviesa en:

Madera
Tirafondos
Sistema SKL-12
RN
RS
P2
NABLA
MONOBLOQUE
HM
SKL-12
Las sujeciones y fijaciones son los elementos que hacen posible la continuidad estructural de la vía, uniendo el rail con las traviesas. Las principales funciones son:

a. Fijar los raíles a las traviesas.
b. Asegurar la invariabilidad del ancho de la vía.
c. Facilitar la transferencia a la infraestructura de las acciones estáticas y dinámicas ejercidas por el material rodante sobre la estructura de la vía.
Las características básicas de las sujeciones de raíles son:

a. Tener resistencia mecánica y elasticidad adecuadas, constante a lo largo de la vida de la sujeción, y con una gran duración.
b. Contribuir al buen aislamiento eléctrico entre ambos raíles.
c. Bajo número de elementos y de peso, lo que facilitará su fabricación, montaje y conservación; y bajo costo de producción y mantenimiento.
Según sus elementos y la forma de estos, las sujeciones pueden ser sujeciones directas (una pieza lo une todo), indirectas (rail, traviesa y silla de asiento unidas por piezas diferentes), y mixtas. Siendo la clasificación según su elasticidad:

a. Sujeciones rígidas, siendo elementos rígidos los transmisores de esfuerzos, que se deforman plásticamente, dando elevados costes de mantenimiento, necesitando sujeciones al desplazamiento longitudinal.
b. Sujeciones elásticas, donde hay elementos elásticos que transmiten los esfuerzos, y que pueden deformarse y recuperarse, consiguiendo mantener la calidad y menores costes de mantenimiento.
De acuerdo a la tipología de sus elementos principales y con su forma de actuar, tenemos las sujeciones rígidas, de clavos elásticos, elásticas de lámina o grapa (RN, Nabla,...), elásticas de clip, y sujeciones al desplazamiento longitudinal.

En la sujeción elástica de clip, la sujeción del rail es realizada por una barra de acero, de elevada elasticidad y sección circular, plegada de tal modo que su deformación en el montaje de la sujeción proporciona una fuerza elástica. Esta pieza es denominada "clip", a la que se añade el soporte. Esta sujeción no requiere regulación, manteniendo siempre el mismo apriete. Varios tipos de sujeción de clip son el "e-clip" de "Pandrol", el Fastclip (tipo ajustar y olvidar), el tipo Vossloh, otros tipos. Las características del tipo Vossloh son:
a. Puede usarse en traviesas de madera, metálicos u hormigón.
b. Utiliza una silla de asiento metálica nervada, de forma que permita el alojamiento de la zapata del rail, cuya posición queda asegurada con ayuda de los clips elásticos SKL-12, que trabajan a flexión y torsión combinadas.
c. Los clips están sujetos a la traviesa con un tirafondo, el que les da la tensión necesaria, y entre el rail y la silla se coloca una placa elástica.
d. Siendo la tensión regulable, debe ser inspeccionada y reapretada regularmente
Imágenes de durmientes


Balasto

Se denomina balasto de vía a la piedra partida utilizada 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 cumple otras dos funciones importantes: 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.

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

Granulometría admisible según norma del ferrocarril uruguayo.
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.

Riel

Se denomina riel, carril o raíl a cada una de las barras metálicas sobre las que se desplazan las ruedas de los trenes. 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 de la rueda con pestaña y el riel, 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.
Ya en el siglo XX aparecen las ruedas provistas de pestaña y la mejora de materiales, desde el acero pudelado, los sistemas Bessemer, Thomas y Martín, hasta los actuales aceros eléctricos y al oxígeno, permiten pasar de cargas sobre el eje de 3 a más de 30 toneladas, y velocidades comerciales superiores a 300 Km./h (como el AVE español), e incluso pruebas a más de 500 km/h (como el TGV francés).

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.

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 Normal Alta resistencia
Límite de fluencia, Kg./cm2 mínimo 4920 7730
Límite de ruptura a la tracción, Kg./cm2 mínimo 9840 11950
Alargamiento en 50 Mm., % mínimo 9 10


Terminología Carril, Riel y Rail

Son palabras sinónimas en el lenguaje popular (al menos en España). El nombre en lenguaje técnico es el de carril, ya que de esta palabra proviene ferrocarril.


Línea aérea de contacto en la red de ADIF (España).
Catenarias

En ferrocarriles se denomina catenaria a la línea aérea de alimentación que transmite potencia 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", con suspensión simple, "línea de trolebús" (el trolebús puede utilizar una catenaria común de tres hilos con el tranvía), suspensión simple con desplazadores en ciertos tramos, "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 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 aquel 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 sistemas de alimentación eléctrica para ferrocarriles:
• Línea tranviaria
• Líneas de trolebús
• Catenaria aérea flexible
• Catenaria aérea rígida
• Sistema de alimentación por tercer carril

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 línea tranviaria tiene el inconveniente de que la flecha del hilo (distancia vertical entre el apoyo y el punto más bajo del hilo) es grande (cuadráticamente proporcional al vano). La introducción de un cable sustentador disminuye esta flecha mediante el uso de péndolas. (Ver catenaria flexible).

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.
Líneas de trolebús


Las líneas de trolebús son una derivación de las líneas tranviarias, consistiendo la diferencia fundamental de las mismas en que debe existir un segundo hilo, paralelo al primero, para el retorno de la corriente.

Al carecer los vehículos de dispositivos de guiado, la línea debe ser capaz de absorber grandes desviaciones laterales que puede transmitir la roldana del trole hacia la misma. Para ello la suspensiones de la línea disponen de un sistema flexible que permite el "balanceo" del hilo de contacto en sentido transversal en un rango muy amplio.



Catenaria aérea flexible compuesta en la red de la RFF en Villeneuve-Saint-Jorge (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 o "compound".

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 España del Metro de Barcelona.

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 además el número de apoyos en los que hay que suspenderlo debe ser mucho más elevado.

Como ejemplo diremos 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 gálibo, 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. Todos hemos visto películas del Metro de Nueva York (con tercer carril) donde algún individuo muere al tocar el tercer carril (y la tierra o el negativo obviamente). ¿Cuál fue la solución?, pues muy sencillo, en vez de poner el tercer carril abajo donde se puede tocar, lo ponemos arriba. 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.
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.

Sistema de alimentación por tercer carril


El sistema de alimentación por tercer carril consiste en un conductor (perfiles de acero laminado) sobre apoyos en traviesas.

En un principio se utilizó el mismo carril que se usa para la vía pero, al igual que sucede con la catenaria rígida, el carril ha ido evolucionando hacia aleaciones más ligeras y con mejor conductividad, sobre todo aleaciones de aluminio. El tren alimentado de esta manera dispone de un captador en la parte baja del mismo que hace contacto con este carril, de igual modo que un pantógrafo lo hace con la línea aérea. Sus ventajas incluyen la rigidez, la fácil captación, la facilidad de colocación y su bajo costo, pero la tensión de la línea no puede ser muy elevada por su proximidad a tierra, no siendo de esta forma segura ni eficiente.

El sistema de alimentación por tercer carril implica más subestaciones eléctricas, debido al menor voltaje, y por lo tanto aumenta el coste de la instalación y el coste energético, lo cual contrarresta el bajo coste del montaje de la línea. Además obliga a los coches a tener un sistema de alimentación autónoma por un determinado tiempo, ya que la catenaria aérea siempre está, alimentando continuamente el pantógrafo, pero el tercer carril a veces interrumpe su continuidad a lo largo de la línea, dejando momentáneamente de alimentar el vehículo. (ej: aparatos de vía, áreas de paso a nivel, etc.). También se ve muy afectada por los agentes atmosféricos, al estar muy próxima a tierra.

Elementos de una catenaria

• Estructuras de soporte
• Conductores
• Regulación de la tensión mecánica
• Protecciones
• Sistemas asociados



Estructuras de soporte de catenaria

Las estructuras de soporte tienen como fin sostener los cables (conductores) sobre el tren de la manera adecuada.


Postes metálicos (izquierda) y de hormigón armado (derecha).

Postes de madera y línea trifásica en el tren de La Rhune (Francia).
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

Regulación de la tensión mecánica



Compensación mecánica con poleas sobre eje solidario en la red de ADIF (España).

Los cables conductores que forman la catenaria (sustentador e hilo[s] de contacto) se ven sujetos a variaciones de longitud debidas a la dilatación térmica producida por los cambios de temperatura. Al variar la longitud de los cables, la geometría de la catenaria varía, aumentando la flecha de los cables al aumentar la temperatura.
Este efecto es indeseable para la calidad de captación del pantógrafo, por lo cual se instalan elementos de regulación automática de la tensión mecánica.
• Sistemas de compensación mecánica por contrapesos


Compensación mecánica con poleas de ejes paralelos (polipasto) en la red de la NRIC en Dimitrovgrad (Bulgaria).

El elemento más sencillo para evitar este efecto (y el más efectivo) es la instalación de un equipo de contrapesos que tiran del cable manteniendo constante su tensión mecánica, lo cual mantiene constante la geometría del mismo.
Para disminuir el número de contrapesos necesarios se instala algún dispositivo que multiplique la efectividad del contrapeso. Los dispositivos utilizados fundamentalmente en este método son las poleas de ejes solidarios (concéntricas) y los sistemas de poleas de ejes paralelos (polipastos).

El principio de acción para las poleas de ejes solidarios se basa en que al estar unidas a un mismo eje, componen un sólido rígido. Para que se mantenga el equilibrio en el mismo, debe cumplirse que la suma de momentos respecto al centro del eje es cero; por lo tanto, la fuerza que ejercen los contrapesos multiplicada por la distancia desde su línea de acción hasta el eje es igual a la tensión (mecánica) de la línea por la distancia desde su línea de acción hasta el eje. Por consiguiente, la razón entre las fuerzas en ambos cables es inversamente proporcional a los radios de las poleas sobre las que se arrollan. Esta razón se conoce como 'factor de multiplicación' o 'relación de compensación'. Los valores usuales están entre 1:3 y 1:5.


Polea de compensación de catenaria. Diagrama del sólido rígido.
P.R2 = T.R1


El principio de acción para los polipastos se basa igualmente en que todos los elementos que componen el sistema son sólidos rígidos. Cada polea se encuentra sujeta por su eje a algún elemento rígido, o a otro de los cables que componen el polipasto, y la vez sobre ella se encuentra arrollado alguno de los cables. Para cada una de las poleas las fuerzas ejercidas en los distintos puntos de la misma deben cumplir el tercer principio de Newton (Acción/Reacción), de tal manera que la suma vectorial de todas estas fuerzas debe ser nula.
En este caso existe también el factor de multiplicación o relación de compensación, si bien esta vez no tiene que ver con el tamaño de las poleas, sino con el número de estas y la forma en que se fijan entre sí, y al poste o elemento de estructura sobre el que se ancla el conjunto.


• Sistemas de compensación mecánica por resortes


Sistema resorte-leva, en la red de Metro Ligero Oeste. Pozuelo de Alarcón. Madrid.
Otro sistema empleado en la compensación mecánica son los resortes (muelles). Estos sistemas son también conocidos por su marca comercial "Tensores". El principio de acción del resorte es la Ley de Hooke.
,
Como vemos, el resorte proporciona una fuerza variable en función de su elongación, lo cual es indeseable para mantener una tensión constante. La manera de convertir la tensión en un valor constante es introducir en el dispositivo una leva, es decir, una polea de radio variable. Dicha leva debe estar perfectamente ajustada, de tal modo que la posición angular de la misma para cada elongación del resorte compense la constante de Hooke.
Entendemos por protecciones los resortes. elementos de la instalación de la línea aérea de contacto no asociados a la transmisión de la corriente, sino que ejercen funciones de protección de la instalación frente a eventuales problemas como pueden ser: cortocircuitos, derivaciones, sobre tensiones, vandalismo, etc. Las protecciones instaladas en las líneas aéreas de contacto dependen en gran medida de si la corriente que circula por dicha línea es alterna o continua y de la tensión de las mismas.
En corriente continua las protecciones más comunes son:
• Cable tierra, también llamado cable guarda
• Pararrayos (descargadores de intervalo)
• Tomas de tierra
• Viseras, pantallas y barreras mecánicas
• Frenos y bloqueos que evitan la caída de la línea en el caso de que se corte la misma o los cables de contrapesos.
• Sistemas asociados
Se agrupan en este campo los sistemas cuya finalidad principal no es conducir la corriente ni proteger la instalación, pero cuyo objeto va asociado a la gestión de la línea aérea de contacto o a servicios alimentados de la tensión de la línea aérea de contacto.
En esta categoría podrían agruparse sistemas de medida y monitorización, sistemas de telemando de seccionadores, sistemas de reaprovechamiento de la energía de la frenada, alimentación desde la línea aérea de contacto a sistemas ajenos al sistema de electrificación (antenas GPRS, telefonía móvil, calefacción de agujas), etc.
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.

Circuito de vía

Esquema de un circuito de vía ocupado 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 está utilizando otro.

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 relee. Este relee informa al resto de 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 ocupados.

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 bloqueo y enclavamientos en los que no se dispone de circuitos de vía la ocupación de los cantones se realiza 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.


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.

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

Papel de los apeaderos y cargaderos

Los apeaderos y los cargaderos son también puntos de acceso de los pasajeros y las mercancías al ferrocarril, aunque se distinguen de las estaciones en que se sitúan en plena vía y no tienen influencia en la gestión de la circulación, ni precisan de desvíos ni señales.


Señales ferroviaria

Una señal de ferrocarril es un dispositivo (manual, mecánico, eléctrico u otros) que indica a los maquinistas del tren el estado de disponibilidad de la vía que tienen por delante y, en consecuencia, les avisa si deben parar o no, o la velocidad a la que deben ir o cualquier otro tipo de información.
Pueden ser eléctricas o mecánicas y son imprescindibles para proporcionar una circulación funcional y con seguridad. Las más importantes serían los semáforos. Las señales varían de forma notable entre unos países y otros incluso su indicación.
Algunas redes o compañías ferroviarias han optado por la combinación de las señales para dar mensajes más concretos y específicos, a modo de ejemplo, podemos encontrar una señal en rojo que nos obliga a detenernos pero si esta va acompañada de una luz blanca, podríamos reanudar la marcha pasado un minuto.
Incluso hay señales que ofrecen intermitencia, cambiando su significado de cuando no lo están, aunque por regla general, no son mensajes contradictorios sino más específico, por ejemplo, si es verde sin intermitencia, es vía libre a velocidad normal, si es verde con intermitencia o parpadeo es vía libre condicional y no excederá de 160 Km./h.
También la posición de señal es importante, si esta está entre varias vías, a través de unas flechas indicadoras podrá dar indicación la indicación a la vía determinada. Si está colocada en una columna o es una señal baja.
De cualquier forma y como regla general el mensaje de la señal tiene que ser claro, entendible y no dado a interpretaciones.

Tipos de señales

Definimos como señales los aparatos de vía destinados a transmitir información a los maquinistas que circulan por ellas, en ocasiones el termino señal se emplea tanto para el aparato en si: semáforo, cartelón, etc. como para el código de signos trasmitida: parada, vía libre, etc. Diferenciaremos en primer lugar, las distintas señales en cuanto a la función que desempeña, el lugar de la vía donde está colocado y el código de signos e informaciones que las señales pueden transmitir.

Señales mecánicas de ferrocarril


Esquema del funcionamiento de una señal mecánica

Sistemas de bloqueo ferroviario

El bloqueo ferroviario es un dispositivo que sirve para organizar la asignación de tramos de vía en la circulación de trenes.

Los sistemas de bloqueo reservan un tramo de la vía (denominado cantón ferroviario) para un tren evitando que un segundo tren pueda entrar en él mientras el primero no haya salido. El objeto del bloqueo es garantizar la seguridad de la circulación de los trenes por una misma vía, manteniendo entre los mismos la separación necesaria para que en su marcha no se choquen ni se alcancen.
La forma en la que se realiza el bloqueo depende de la tecnología disponible, desde simples acuerdos verbales para evitar que dos trenes usen la misma vía, hasta complejos sistemas informatizados que comprueban en todo momento la posición de los trenes.

Tipos:

Bloqueo telefónico

El bloqueo telefónico es uno de los bloqueos más antiguos. En cada una de las estaciones el jefe de circulación tiene que autorizar al tren a que llegue hasta la siguiente. Para evitar que dos trenes usen la misma vía, el jefe de circulación se pone en contacto telefónico con la siguiente estación para acordar la utilización de la vía. Que el control se realice en las estaciones obliga a que sólo pueda existir un tren en cada vía entre estaciones, y por lo tanto que el cantón tenga que llegar de una estación a otra:


Bloqueo telefónico centralizado

El bloqueo telefónico centralizado es un tipo de bloqueo telefónico en el que la ocupación de una vía se acuerda con un puesto de mando en lugar de con las estaciones colaterales.

Bloqueo telefónico supletorio


El bloqueo telefónico supletorio consiste en utilizar bloqueo telefóncio en líneas que tienen algún otro tipo de bloqueo cuando este queda fuera de servicio.

Bloqueo eléctrico manual

En el bloqueo eléctrico manual la reserva de un tramo de vía entre dos estaciones se realiza a través de un panel electrónico conectado con otro panel en la siguiente estación, que permite acordar el uso de las vías.

Bloqueo automático

En el bloqueo automático el cantón está protegido por medio de señales que funcionan de manera automática cerrando el paso a vías ocupadas. Se controla desde un panel de mando o bien de manera completamente automática a través de circuitos de vía. El control automático permite situar señales en mitad de la vía y establecer varios cantones entre estaciones, lo que permite tener más de un tren a la misma vez en la misma entre estaciones:


Existen varios tipos de bloqueo automático:

• Bloqueo automático en vía única (BAU): Se trata de un bloqueo automático instalado en una vía única. La vía posee señalización para ambos sentidos de circulación.
• Bloqueo automático en vía doble (BAD): Se trata de un bloqueo automático]] instalado en una vía doble. Cada una de las vías se utiliza para un solo sentido de circulación, por lo que cada vía posee señalización para su sentido y no para el contrario.
• Bloqueo automático en vía doble banalizada]] (BAB): Se trata de un bloqueo automático instalado en una vía doble por la que pueden circular los trenes en cualquier sentido por cualquier vía. Cada vía posee señalización en los dos sentidos. El efecto es similar al de dos BAU's paralelos.
• Bloqueo de liberación automática (BLA): Es un tipo especial de bloqueo automático en el que en lugar de usar circuitos de vía se instalan contadores de ejes a la salida y a la entrada de las estaciones. El cantón no queda libre hasta que el contador de la estación de llegada haya contado los mismos ejes que el contador de la estación de salida.
o Bloqueo de liberación automática en vía única (BLAU).
o Bloqueo de liberación automática en vía doble (BLAD).
• Bloqueo de control automático (BCA) o por distancia-objetivo: en él que los cantones no están delimitados por señales, sino por las distancias entre trenes, en función de su velocidad. El maquinista recibe en cabina en cada momento la velocidad máxima que debe llevar su tren.

Bloqueo por ocupación

Los sistemas de bloqueo anteriores están pensados para la circulación de trenes convencionales, pero presentan inconvenientes para los trenes de trabajo e inspección, que trabajan mucho tiempo detenidos en la misma vía, vuelven a la estación de la que partieron sin llegar a la siguiente, no son capaces de cortocircuitar los circuitos de vía, ect. Para estos trenes se utiliza el bloqueo por ocupación, que también puede ser utilizado para la circulación de otros tipos de trenes. Para la aplicación de este bloqueo es imprescindible que exista comunicación telefónica entre el encargado de los trabajos o de la prueba y el puesto de mando o el jefe de circulación. Previamente a este bloqueo los trabajos o la circulación del tren deberán haber sido autorizados por el puesto de mando o el jefe de circulación fijando de antemano el tiempo máximo de ocupación de la vía, para que sea bloqueada a otros trenes durante este tiempo.

Cantón ferroviario

Un cantón es un tramo de vía férrea en el que normalmente no puede haber más de un tren, para así evitar una colisión entre dos de ellos.

Funcionamiento

La vía se divide en diversos tramos, cada uno de los cuales llamamos cantón:

Cuando desde una estación se expide un tren, este sale a la vía y ocupa el primer cantón. Cuando el cantón está ocupado ningún otro tren puede entrar en él. Además del propio cantón ocupado, pueden bloquearse otros cantones cuya utilización interfiere con la del ocupado, como los que se encuentran delante del tren:

Conforme el tren avanza, va dejando cantones libres tras de sí. Los cantones liberados pueden ser inmediatamente ocupados por otro tren, de tal manera que la distancia mínima entre dos trenes es de un cantón:

Acotación de un cantón

La acotación de un cantón depende del sistema de bloqueo:

Cantón entre estaciones
En bloqueos como el Bloqueo Telefónico o el Bloqueo Eléctrico Manual la indicación al maquinista de si el siguiente cantón está libre u ocupado se da en las estaciones. De este modo un cantón tiene que ocupar toda la vía entre una estación y la colateral, ya que no hay modo de comprobar en qué punto intermedio se encuentra un tren:


La ocupación del cantón se considera cuando un tren ha sido expedido desde una estación y no ha llegado completo a la siguiente.

Cantón entre señales

En bloqueos por señales, como el Bloqueo Automático, son las señales las encargadas de mostrar al maquinista la situación de los cantones que tiene por delante, por lo que un cantón es el tramo que se encuentra entre dos señales consecutivas de bloqueo:


Señal de fin de cantón en el sistema TVM

La ocupación del cantón se establece automáticamente por diversos métodos, como por hacer circular corriente eléctrica por los carriles que las ruedas cortocircuitan al unir eléctricamente ambos carriles, o disponer un contador de ejes. La distancia entre señales se establece según las necesidades de la línea, ya que la mínima distancia entre dos trenes es la de un cantón, por lo que cantones más cortos permiten una circulación más fluida. Por ello en ferrocarriles metropolitanos suele ser poca distancia (hasta centenares de metros) y en ferrocarriles de muy poco tráfico mucha distancia (hasta decenas de kilómetros). Algunos sistemas utilizan un cantón de distancia fija, como el TVM que utiliza cantones fijos de 1 500 metros.

Cantón móvil

El cantón móvil es un sistema que se utiliza para aumentar la agilidad en líneas de mucha frecuencia. El cantón no está definido entre dos puntos, sino que es una distancia determinada detrás de cada tren que se mueve con él, calculada en el momento por algún sistema electrónico o informático. Esta distancia puede ser reducida hasta la distancia de seguridad de frenado, lo que permite a los trenes circular entre sí lo más cerca posible.

FIN POR AHORA

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