Un ferrocarril o vía férrea es una vía sobre la que el vehículo se desplaza sobre dos barras de acero paralelas , llamadas raíles . Los raíles sostienen y guían las ruedas de los vehículos, que tradicionalmente son trenes o tranvías . El tren ligero moderno es una innovación relativamente nueva que combina aspectos de esos dos modos de transporte. Sin embargo, las diferencias fundamentales en el diseño de las vías y las ruedas son importantes, especialmente cuando los tranvías o ferrocarriles ligeros y los trenes tienen que compartir una sección de vía, como sucede a veces en áreas congestionadas.
Tanto los tranvías como los trenes tienen ruedas de acero con bridas , con una sección horizontal que transfiere el peso del vehículo al carril y una brida vertical "hacia dentro" para guiar el vehículo a lo largo del carril utilizando su borde interior.
Las ruedas de los vehículos ferroviarios suelen estar montadas sobre un eje sólido , por lo que giran a la misma velocidad. Cuando un vehículo gira, la rueda exterior tiene que recorrer una distancia mayor que la rueda interior. En un vehículo de carretera, esto se consigue normalmente permitiendo que las ruedas se muevan de forma independiente y fijando las ruedas delanteras en una disposición conocida como geometría de dirección de Ackermann .
Los trenes y tranvías pueden tomar curvas sin que las ruedas patinen porque la parte horizontal exterior de las ruedas tiene un borde ligeramente cónico . La brida guía (cresta) está en el interior para evitar que el vehículo se deslice lateralmente y se salga de los raíles. El borde horizontal (en forma de cono) hace contacto con la parte superior ligeramente convexa de un raíl de acero en diferentes lugares (horizontales) de modo que la rueda exterior tiene un diámetro efectivo mayor que la rueda interior.
Tanto en el caso de las ruedas de tranvía como de tren, esto sucede de forma natural porque los neumáticos tienen superficies inclinadas en forma de cono: el diámetro interior es unos milímetros mayor que el exterior. A medida que la vía comienza a curvarse, el tren intenta ir en línea recta. La pestaña de la rueda presiona contra el costado del riel curvado [ cita requerida ], por lo que el "punto de contacto" entre el riel y la rueda se mueve unos milímetros hacia afuera, lo que hace que el diámetro efectivo de la rueda exterior sea temporalmente mayor, y lo contrario es igualmente cierto: el diámetro efectivo de la rueda interior se vuelve efectivamente temporalmente más pequeño. Esta técnica funciona bien en curvas de gran radio que están inclinadas , pero no tan bien en curvas cerradas y cambios de vía (también conocidos como "puntos"). Esto se debe a que la geometría o el peralte de la vía es más difícil de optimizar para cada combinación posible de vehículo y dirección de viaje.
Los tranvías urbanos suelen utilizar curvas cerradas, a veces con un radio de mucho menos de unos 20 metros (65,6 pies), y la inclinación puede ser imposible porque la superficie se comparte con vehículos de carretera o zonas peatonales o aceras , por lo que la vía a menudo tiene que estar al ras de la superficie de la carretera o el pavimento. En curvas cerradas, las ranuras del raíl a veces se hacen muy poco profundas [ cita requerida ] , lo que hace que la rueda exterior se deslice temporalmente hacia el borde de su pestaña. Esto aumenta el diámetro de la rueda y la curva se puede tomar más fácilmente. En casos extremos, el raíl tiene una ranura para que el borde de la pestaña pueda soportar la mayor parte del peso, y el neumático "exterior" (en el radio exterior del raíl exterior) actúe como nada más que una placa vertical. [ cita requerida ]
Por el contrario, una rueda de tren casi nunca está diseñada para transferir peso a través de la llanta, y algunas ruedas de tren pueden dañarse si esto sucede incluso una vez. [ cita requerida ]
El punto en el que se cruzan dos raíles rectos pero que se cruzan se denomina cruce (en el lenguaje del Reino Unido: rana) . Una ranura a través de cada raíl permite que las bridas de las ruedas pasen a través de los raíles que se cruzan. Sin contramedidas, cada rueda se hundiría en la ranura y golpearía el hueco de la punta de la rana, lo que provocaría un desgaste inaceptable. El punto en el que se unen dos vías y el vehículo puede tomar una de dos direcciones se denomina cambio de vía . Funciona según el mismo principio, excepto que el raíl interior es casi continuo y el raíl exterior tiene un hueco por el que pasa la brida.
En el caso de los trenes, este problema se resuelve utilizando un neumático ancho. Los raíles de los trenes suelen cruzarse en un ángulo poco pronunciado . En el centro del intercambiador hay un rabillo de apoyo. El neumático se guía a cada lado mediante raíles guía y una parte del neumático siempre mantiene contacto con el raíl. Este método no es viable con tranvías y trenes ligeros. [ ¿según quién? ] [ cita requerida ]
Los neumáticos de los tranvías son generalmente más estrechos que los de los trenes. Los tranvías utilizan ángulos de cruce más amplios y es más probable que los radios de curva sean más cerrados que los de las vías del tren. Para hacer frente a esta dificultad, las ruedas de los tranvías transfieren temporalmente el peso del tranvía a la brida para reducir el desgaste tanto en la punta de la rana como en la superficie horizontal de las ruedas del tranvía. Las ruedas de los trenes no están diseñadas para soportar tal peso en sus bridas. [ ¿según quién? ] [ cita requerida ]
Una rueda de tranvía que se desplaza sobre la brida en lugar de sobre el neumático horizontal tiene un diámetro efectivo mayor, por lo que la distancia recorrida por revolución es mayor. En la vía exterior de la curva esto es una ventaja. Puede ser necesario compensar la rueda interior o permitir cierto deslizamiento. Los tranvías y tranvías modernos tienden a tener neumáticos más gruesos y anchos que permiten una mayor sección cónica (horizontal) y, por lo tanto, una mayor variación del diámetro efectivo y capacidad de giro.
En los cruces de vías de tren , el espacio entre los raíles de cambio es amplio, por lo que pueden pasar tranvías .
El principal problema con un tren sobre rieles de tranvía es el ancho relativamente estrecho de los huecos de los cambios de vía y los canales de los rieles de ranura diseñados para acomodar las bridas estrechas de las ruedas del tranvía. Las bridas más anchas de las ruedas del tren aumentan el riesgo de descarrilamiento en estos puntos. En las rutas donde los vagones de tren circulan sobre vías de tranvía (como en el pasado en partes de La Haya ), se requieren ranuras más anchas como un compromiso que es práctico ya que se dispone de rieles de vigas con ranuras anchas . [1] [2] [3] También se requeriría un gálibo de estructura más grande Esto también se hizo en Los Ángeles y en Vancouver , así como en otras partes de América del Norte. El gálibo de estructura generalmente o normalmente limitado y las curvas cerradas en las vías del tranvía también impedirán que los trenes utilicen las vías del tranvía.
En América del Norte, la ranura tendría que tener un mínimo de 2+1 ⁄ 8 pulg. (54 mm) de ancho y, por extensión, la distancia máxima entre las caras internas de las bridas de protección de los rieles ranurados no puede ser mayor que 52+1 ⁄ 4 pulg. (1327,1 mm), ver más abajo.
Cita:
Tolerancias de diseñoLas tolerancias de diseño que afectan el desplazamiento lateral de la carrocería incluyen las siguientes:
1. Tolerancia lateral entre ruedas y rieles Se permiten dos tipos de bridas en las ruedas de ferrocarril: estrechas y anchas. El movimiento lateral máximo T1 posible para un juego de ruedas nuevo centrado en una vía con calibre es una función del tipo de brida y se determina mediante la siguiente fórmula: PRECAUCIÓN: Utilice solo unidades inglesas en las fórmulas de esta práctica recomendada
T1 = .5[gt-(gw+2fn)] = .59375” (15.081 mm) para ruedas de pestaña estrecha = .375" (9.53 mm) para ruedas de pestaña ancha
Dónde: gt = ancho de vía estándar en un punto “5/8” ( 15,9 mm) por debajo de la parte superior del riel = 56,5" (1435,1 mm)
gw = calibre mínimo del juego de ruedas entre las partes posteriores de las bridas = 53” (1346,2 mm)
fn = espesor mínimo de la pestaña de la rueda nueva = 1,15625” (29,369 mm) para pestaña angosta o = 1,375" (34,9 mm) para pestaña ancha Nota: Las conversiones no están en el texto original y son solo para información. Citado de "APTA PR-CS-RP-003-98 Práctica recomendada para desarrollar un diagrama de espacio libre para equipo de pasajeros 5.3.2.1 Tolerancias de diseño" (PDF) . APTA.com . Asociación Estadounidense de Transporte Público . 26 de marzo de 1998. Archivado desde el original (PDF) el 26 de junio de 2015 . Consultado el 17 de enero de 2015 .
Las líneas rurales y suburbanas pueden hacerse compatibles para el uso de varios tipos de vehículos. Por ejemplo, el ferrocarril de vía estrecha utilizado por el metro de Charleroi en Bélgica es utilizado por tranvías, pero las vías están construidas según los estándares de las vías del tren. No obstante, los tranvías circulan sin problemas en la antigua red de tranvías NMVB en Anderlues , donde se utilizan rieles de ranura poco profunda [ ¿según quién? ] [ cita requerida ] . Entre La Haya y Róterdam , una antigua línea ferroviaria se convirtió para RandstadRail en una ruta capaz de transportar tanto el metro de Róterdam , que utiliza vehículos construidos según los estándares de los trenes, como los tranvías de La Haya , que utilizan vehículos construidos según los estándares de los tranvías. Los Electroliners que salieron de Chicago en el Chicago North Shore and Milwaukee Railroad , y luego en la Norristown High Speed Line , fueron otro ejemplo.