Los sistemas de bloqueo de señalización permiten la operación segura y eficiente de los ferrocarriles al evitar colisiones entre trenes. El principio básico es que una vía se divide en una serie de secciones o "bloques". Solo un tren puede ocupar un bloque a la vez, [1] y los bloques tienen un tamaño que permite que un tren se detenga dentro de ellos. [2] Esto garantiza que un tren siempre tenga tiempo para detenerse antes de acercarse peligrosamente a otro tren en la misma línea. El sistema de bloqueo se conoce en el Reino Unido como método de trabajo , en los EE. UU. como método de operación y en Australia como trabajo seguro .
En la mayoría de las situaciones, se utiliza un sistema de señales para controlar el paso de trenes entre los bloques. Cuando un tren entra en un bloque, las señales en ambos extremos cambian para indicar que el bloque está ocupado, normalmente mediante lámparas rojas o banderas indicadoras. Cuando un tren entra por primera vez en un bloque, la parte trasera del mismo tren aún no ha salido del bloque anterior, por lo que ambos bloques están marcados como ocupados. Eso garantiza que haya un poco menos de una longitud de bloque en cada extremo del tren que esté marcada como ocupada, por lo que cualquier otro tren que se acerque a esa sección tendrá suficiente espacio para detenerse a tiempo, incluso si el primer tren se ha detenido en seco en las vías. El bloque previamente ocupado solo se marcará como desocupado cuando el extremo del tren lo haya abandonado por completo, dejando todo el bloque libre.
Los sistemas de bloques tienen la desventaja de que limitan la cantidad de trenes en una ruta en particular a algo menos que la cantidad de bloques. Dado que la ruta tiene una longitud fija, aumentar la cantidad de trenes requiere la creación de más bloques, lo que significa que los bloques son más cortos y los trenes deben operar a velocidades más bajas para detenerse de manera segura. [a] Como resultado, la cantidad y el tamaño de los bloques están estrechamente relacionados con la capacidad general de la ruta y no se pueden cambiar fácilmente porque se requerirían modificaciones costosas en las señales a lo largo de la línea.
Los sistemas de bloqueo se utilizan para controlar trenes entre estaciones y patios, pero normalmente no dentro de los patios, donde se utiliza algún otro método. Cualquier sistema de bloqueo se define por su equipo físico asociado y por la aplicación de un conjunto relevante de reglas. Algunos sistemas implican el uso de señales mientras que otros no. Algunos sistemas están diseñados específicamente para ferrocarriles de vía única , en los que existe peligro tanto de colisión frontal como de colisión trasera, a diferencia de los de vía doble , en los que el principal peligro son las colisiones traseras.
El problema básico para el control de trenes es la incapacidad de cambiar de rumbo y las distancias de frenado relativamente largas de un tren cargado. A menudo, estas distancias son mucho mayores que las que alcanza la vista del operador, especialmente de noche o con mal tiempo. Las distancias son lo suficientemente grandes como para que el terreno local impida ver los trenes que van por delante, e incluso el trazado de los raíles, en las curvas y demás, puede dificultar incluso saber dónde buscar otro tren.
Esto da lugar a la posibilidad de que un tren se averíe en las vías y el tren que le sigue se cruce de repente al tomar una curva o vea de repente su luz de señalización trasera. En estas situaciones, no habrá suficiente espacio para que el tren se detenga antes de colisionar. Esto se conoce como el "criterio del muro de ladrillos". Incluso en el caso de dos trenes en pleno funcionamiento, las diferencias de velocidad pueden ser lo suficientemente grandes como para que un tren más rápido no tenga tiempo de reducir la velocidad para igualar la del que va delante antes de chocar con él.
Los bloques evitan estos problemas al garantizar que haya una distancia mínima entre trenes, una distancia que se establece para garantizar que cualquier tren que circule dentro de los límites de velocidad y carga tenga tiempo de detenerse antes de alcanzar a un tren que lo precede. Hay muchas formas de implementar un sistema de este tipo.
La mayoría de las rutas ferroviarias tienen una especie de disposición de bloques natural inherente a la disposición de las estaciones ferroviarias . Esto brinda la posibilidad de implementar un conjunto de bloques utilizando señalización manual basada en estas ubicaciones. En este caso, el operador de la estación coloca una bandera que indica que un tren acaba de salir de la estación y la retira solo después de un tiempo determinado.
Los trenes funcionan según un horario estricto y, por lo tanto, no pueden salir de una estación hasta que se llega a una hora determinada y hasta que llegan los demás trenes con los que debían encontrarse en esa estación. Si un tren se retrasa, todos los trenes con los que está previsto que se encuentre se retrasan. Esto puede provocar rápidamente que todos los trenes de la vía se vean afectados.
Este método no está autorizado para su uso en muchos sistemas ferroviarios de alto tráfico porque es potencialmente inseguro y altamente ineficiente.
El sistema de órdenes de paso, que fue muy popular en las líneas de vía única de Norteamérica hasta la década de 1980, era menos un sistema de bloqueo que un sistema para determinar qué trenes tendrían derecho de paso cuando los movimientos de trenes entraban en conflicto. Los trenes utilizaban un plan operativo predeterminado conocido como horario, que utilizaba lugares de paso fijos, a menudo denominados estaciones. Las modificaciones al plan operativo provenían de un despachador de trenes en forma de órdenes de paso, transmitidas a los trenes a través de intermediarios conocidos como agentes u operadores en las estaciones de órdenes de paso.
Este método no está autorizado actualmente para su uso en el Reino Unido. En el siglo XIX se utilizó un sistema similar, conocido como Telegraph and Crossing Order , pero después de tres colisiones frontales graves en la década de 1870 ( Menheniot , Cornwall Railway, 1873; Thorpe , Great Eastern Railway, 1874; Radstock , Somerset & Dorset Railway, 1876), su uso fue condenado.
En América del Norte, el sistema de órdenes de trenes se solía implementar sobre otros sistemas de bloqueo cuando era necesario reemplazarlos. Por ejemplo, cuando se implementaba un bloqueo manual o automático, las órdenes de trenes se utilizaban para autorizar movimientos en bloques ocupados, en contra de la corriente de tráfico o cuando no se establecía ninguna corriente de tráfico.
Si un ramal de vía única es un callejón sin salida con un servicio de tren lanzadera simple, entonces una sola ficha es suficiente. El conductor de cualquier tren que entre en el ramal (u ocupe cualquier parte de él) debe estar en posesión de la ficha, y no es posible la colisión con otro tren. Para facilitar su paso de mano en mano, la ficha solía tener la forma de un bastón, normalmente de 800 mm de largo y 40 mm de diámetro, y se denomina bastón de tren . Este bastón puede ser un bastón de madera con una placa de latón que indica la sección de línea en la que es válido, o puede tener la forma de una llave.
En la terminología del Reino Unido, este método de trabajo se conocía originalmente como One Engine in Steam (OES) .
Una variante moderna del sistema One Train Working funciona sin personal de tren. En estas líneas, la autorización para entrar en el ramal es exclusiva del conductor, y una vez que el tren ha pasado esa señal, el enclavamiento lo mantiene en "peligro" (y la señal no se puede anular en otra ocasión) hasta que el tren de servicio del ramal, en su viaje de regreso, haya operado secuencialmente dos circuitos de vía al comienzo del ramal. No se requiere la detección continua de trenes en el ramal. La seguridad está garantizada por el circuito de enclavamiento y, si se produce una falla en el circuito de vía, se debe introducir un trabajo de emergencia especial por parte del piloto.
La autoridad para ocupar un bloque se otorga mediante la posesión física de una ficha por parte del personal del tren, que se obtiene de tal manera que garantiza que solo un tren esté en una sección de la vía a la vez.
El conductor que se acercaba a una sección de vía única recibía la ficha y la utilizaba como autorización para entrar en la sección bloqueada. La entregaba al otro extremo de la sección. Esto causaba problemas si un tren iba seguido de otro en la misma dirección, ya que el personal no estaba en el extremo correcto después del primer tren.
Por tanto, se amplió el personal de trenes ordinarios (OTS): si a un tren le seguía otro en la misma dirección, se exigía al conductor del primer tren que le mostrase la ficha, pero no que tomase posesión de ella (en teoría se suponía que debía tocar físicamente la ficha, pero esto no se cumplió estrictamente). Se le daba una autorización escrita para entrar en la sección de una sola línea, denominada billete . A continuación, podía continuar, entregando el billete en el otro extremo de la sección, y un segundo tren podía seguir en posesión del personal.
La autoridad para ocupar un bloque se transmite a los trenes mediante el uso de señales en la vía controladas manualmente por operadores humanos que siguen varios procedimientos para comunicarse con otras estaciones del bloque y garantizar la separación de los trenes.
Se utiliza en secciones de vía múltiples en las que el paso de trenes de un punto al siguiente se controla mediante instrumentos conectados por cables telegráficos. En el caso más simple con tres cajas de señales en un tramo de línea sin uniones, la central de las tres cajas recibirá una solicitud para que se acepte un tren, el señalizador establecerá los puntos (desvíos) y señales pertinentes y la aceptación de la señal, y luego solicitará la aceptación por parte de la siguiente caja de señales a lo largo de la línea. Cuando el tren haya pasado, las señales detrás de él volverán a ponerse en peligro y el señalizador informará a la siguiente caja de señales cuando el tren haya salido de la sección. Estos mensajes se transmiten mediante instrumentos telegráficos con una tecla que se presiona para hacer sonar una campana en la caja de señales remota. Estos sistemas, como la señalización de bloqueo absoluto , se desarrollaron en el siglo XIX y todavía se utilizan ampliamente en Gran Bretaña y Australia. [3]
En este sistema, la ocupación de un tramo de vía determinado entre dos estaciones se pacta entre los jefes de estación, vía telefónica. Para mayor seguridad pueden existir capas adicionales de protección; por ejemplo, un puesto regulador, con poderes de supervisión conectados a todas las estaciones de una línea; un horario (Portugal); y/o asistencia informática (Francia).
Portugal, España y Francia todavía utilizan este sistema al menos en algunas líneas principales, aunque la longitud total de vías reguladas por este sistema está disminuyendo rápidamente debido a su intensidad de mano de obra y a su inherente falta de seguridad percibida, ya que depende principalmente de la comunicación humana (que a veces implica más que los dos jefes de estación en cada extremo del bloque) y de simples enclavamientos ferroviarios en las estaciones.
En Portugal, el bloqueo telefónico fue el principal sistema de seguridad en toda la red ferroviaria nacional hasta mediados de los años 90 debido a la falta de recursos. Por ello, evolucionó para intentar proporcionar múltiples capas de seguridad en líneas de vía única con gran tráfico y diversos tipos de trenes, aunque a costa de una gran cantidad de personal. En el sistema portugués, aunque la autoridad del movimiento de trenes en las líneas principales es responsabilidad exclusiva de las estaciones a lo largo de esas líneas, un puesto regulador las supervisa y, en caso de desacuerdo, da instrucciones a las estaciones sobre cómo debe organizarse el tráfico. Por otro lado, cada horario de trenes indica todas las interacciones con otros trenes (por ejemplo, cruces con otros trenes; trenes que adelantan; trenes que los adelantan) claramente marcadas en las estaciones en las que deben ocurrir esas interacciones. Cualquier desviación de eso, que surja, por ejemplo, de retrasos o trenes adicionales, debe notificarse por escrito a las tripulaciones de los trenes. A pesar de la práctica general de que, cuando dos trenes se cruzan, ambos se detienen en la estación más cercana, este sistema permite velocidades promedio buenas para trenes rápidos similares a las de una línea con señalización automática. Sin embargo, si se producen demoras menores y luego se multiplican, pueden surgir demoras más prolongadas ya que se invoca el modo de seguridad adicional del sistema (es decir, el proceso que requiere mucho papeleo para actualizar las instrucciones de movimiento de los trenes para reflejar los patrones de cruce modificados). Tales demoras no ocurrirían, al menos no por la misma razón, en una línea con señalización automática.
En general, el sistema establece que se supone que un bloque está cerrado, es decir, se debe obtener permiso antes de que un tren pueda entrar en un bloque en una estación en ruta a la otra. Sin embargo, en Francia, en vías múltiples, el bloque suele estar abierto en secciones de vía unidireccionales. Es decir, después de que una estación confirme que un tren anterior ha abandonado el bloque, el siguiente tren que viaja en la misma dirección puede entrar inmediatamente en el bloque, y el jefe de estación en la estación de entrada informa a la estación de salida de la hora en que el tren entró en el bloque.
Se trata de un sistema para su uso en vías férreas de vía única, que no requiere el uso de fichas ni la provisión de detección continua de trenes a lo largo de la sección. La señalización está diseñada de tal manera que las señales de control solo permitirán que un tren ingrese a la línea en cada momento. El señalizador en el extremo más alejado de la sección debe verificar visualmente que todo el tren haya salido de la sección y no se haya dividido, confirmando que el tren esté "completo con la luz trasera". [4]
La señalización automática de bloqueo utiliza una serie de señales automatizadas, normalmente luces o banderas, que cambian su visualización o aspecto en función del movimiento de los trenes que pasan por un sensor. Este es, con diferencia, el tipo de sistema de bloqueo más común. A partir de 2018 [update], se utiliza en casi todos los tipos de ferrocarriles, desde sistemas de tránsito rápido hasta líneas ferroviarias principales. Existe una amplia variedad de sistemas y una variedad aún mayor de señales, pero todos funcionan aproximadamente de la misma manera.
Al igual que los sistemas de bloqueo manual descritos anteriormente, los sistemas automáticos dividen la ruta en bloques fijos. Al final de cada bloque, se instala un conjunto de señales, junto con un sensor en la vía. Cuando un tren pasa por el sensor, las señales se activan para mostrar el aspecto de "bloque ocupado" en las señales en cada extremo de ese bloque. En la mayoría de los sistemas, las señales no vuelven inmediatamente al aspecto de "bloque vacío" cuando el tren se va, sino que hay algún tipo de retraso mecánico que mantiene el aspecto de bloque ocupado o, más comúnmente, presenta un aspecto de "proceder con precaución".
En términos de garantizar la seguridad, la verdadera consideración es la distancia de frenado de un tren determinado y la distancia a la que puede detectar a otro tren. Los bloques en realidad no implementan este concepto, sino un sistema de señalización que garantiza que el tren con peor rendimiento en una línea tenga tiempo suficiente para detenerse. Esto significa que cualquier tren con mejor rendimiento de frenado se ve obligado a operar a velocidades inferiores a su velocidad máxima, a menos que todos los trenes en una línea en particular sean idénticos.
La cuestión clave es que un tren determinado no puede ver con seguridad a otro tren a tiempo para detenerse. Sin embargo, esto no es así en el caso de los trenes que están equipados con algún tipo de sistema de comunicación entre trenes. En este caso, cualquier tren puede mantenerse a una distancia segura de otros trenes, sin necesidad de bloques fijos. Estos sistemas de bloques móviles se han vuelto populares desde que la tecnología necesaria comenzó a aparecer en la década de 1970.
En estos sistemas, cualquier tren en la ruta puede escuchar las señales de todos los demás trenes y luego moverse de una manera que asegure que tienen suficiente distancia para detenerse. Los primeros sistemas de bloques móviles usaban un cable tendido a lo largo de la vía. Los trenes usaban inductancia magnética para inyectar señales en la vía indicando su ubicación. El cable también podía proporcionar esa ubicación de diversas maneras que podían ser captadas por un sensor en el tren. Los sistemas más modernos pueden usar sistemas de ubicación externos como el Sistema de Posicionamiento Global o indicadores en la vía, y enviar los datos entre los trenes usando varios métodos basados en radio.
La ventaja de los sistemas de bloques móviles es que no hay un número fijo de trenes en la línea, porque no hay bloques fijos. Esto puede mejorar enormemente la capacidad de la ruta, como se vio en la línea Jubilee y la línea Northern del metro de Londres , donde las mejoras para los Juegos Olímpicos de Verano de 2012 mejoraron la capacidad en aproximadamente un 50%. [5]
El primer uso del trabajo en bloque fue probablemente en 1839 cuando se instaló un telégrafo Cooke y Wheatstone en el túnel Clay Cross del ferrocarril North Midland . Los instrumentos telegráficos fueron reemplazados en 1841 por otros específicos para el trabajo en bloque. En 1842, William Fothergill Cooke , que había construido el sistema Clay Cross, publicó Ferrocarriles telegráficos o la línea única en el que propuso el trabajo en bloque para uso general como una forma más segura de trabajar en líneas únicas . Anteriormente, la separación de trenes se había basado únicamente en horarios estrictos, que no podían permitir eventos imprevistos. [6] En 1898, Martin Boda describió una teoría de conmutación para sistemas de bloques. [7] [8]