1. INTRODUCCIÓN
El ferrocarril y toda su infraestructura ha sido muy importante para el desarrollo de nuestro
país a través de la historia, y que sigue vigente y necesario para el transporte de cargas.
Los trenes acortaron las distancias y cambiaron para siempre el entorno por el cual
pasaban. Los longitudinales, y todos sus ramales fueron una verdadera columna vertebral
para mexico, trajeron el desarrollo, y la unión de un país con múltiples problemas
fronterizos y que necesitaba estar comunicado.
El ferrocarril no sólo lo componen los carros, sino que también es preciso un conjunto de
implementos que son necesarios para su funcionamiento, como son los equipos, las vías,
estaciones, etc.. Como sabemos las vías del tren están conformadas, entre otros
elementos, por rieles, normalmente de acero, por los cuales se va desplazando el tren
recorriendo las distintas ciudades.
En este trabajo se especificará la importancia de los rieles, algunas de sus características
y dimensiones de uso, etc.
DESARROLLO
Quizás, puede pensarse que sobre los rieles de la vía férrea no hay mucho que se pueda
decir. Puede pensarse que tal vez hay sólo un tipo de rieles, de una dimensión
determinada e incluso una sola distancia normada de separación entre ellos en forma
paralela. Pero, como se analizará más adelante, podremos darnos cuenta que estas
hipótesis están totalmente erróneas, puesto que los rieles también tienen características
particulares que los diferencian unos de otros, como por ejemplo, las alturas totales, los
anchos ( superior e inferior), inclinación del patio, radio de curvatura.
Podemos comenzar diciendo que no hay sólo una separación interior típica entre los rieles
de la vía, lo que se denomina`Ancho de Trocha', por lo menos en Mexico se han
empleado dos medidas de ancho de trocha; en el norte se dispone de manera más
frecuente la separación de 1m. entre rieles, y en el sur se dispone de un ancho mayor de
1,676 m. de separación entre ellos.
2. La trocha es medida entre las cabezas de los rieles, en ángulo recto al riel, en un plano
ubicado a 16 mm. desde la parte superior de la cabeza del riel.
trocha
Dentro de las funciones que cumplen los rieles, podemos mencionar que éstos son los que
soportan todo el material rodante y sirven de guía para el trayecto a seguir.
Componentes del riel
Un riel está compuesto por :
Cabeza.
Alma.
Zapata o patio.
Cabeza del Riel : Porción superior del riel sobre la cual apoyan las ruedas de los
vehículos ferroviarios.
Alma del riel : Porción intermedia del riel que une su cabeza con su zapata.
Zapata del riel : Porción inferior del riel mediante la cual éste se apoya en los durmientes
directa o indirectamente.
Tipo de riel
3. Riel es una barra de acero laminado que, colocado uno a continuación de otro, en 2 líneas
paralelas sobre durmientes u otros soportes adecuados, constituyen el camino de
rodadura de los vehículos ferroviarios.
Al riel se le denomina de diferentes maneras según la función que estarían cumpliendo,
como por ejemplo :
Riel de zapata plana (Vignole) : Riel con superficie de apoyo plana.
Riel de reempleo : Riel retirado de la vía que puede ser reutilizado como riel de rodado o
en determinadas obras complementarias de la vía, sin o con reacondicionamiento previo.
Riel excluido : Riel retirado de la vía y que no puede ser reutilizado como riel de rodado
bajo ninguna circunstancia.
Para definir cuál es el tipo de riel que debe emplearse en una vía férrea determinada se
debe conocer cuál será el peso de los ejes que circularán sobre los rieles durante toda su
vida útil (esto se analizará en diseño de rieles). A través del tiempo y de la experiencia que
se ha tenido se ha hecho más común el llamado `riel de patín plano' o `riel tipo Vignole',
que es el que se utiliza en nuestro país.
Además, los tipos de rieles se caracterizan por su peso expresado en libras/pie o kg./m y
sus medidas de altura y ancho en pulg. o en mm.. El uso que se le va a dar al riel según el
peso que éste tenga va a depender de la carga que llevará cada rueda.
Hay variados tipos de rieles , los cuales tienen sus dimensiones ya definidas para cada
tipo, de ancho de la cabeza del riel, de altura de la cabeza, de altura del alma, de altura del
patín, de ancho del alma, de ancho del patín, de altura total del riel, etc.
En donde podemos definir :
Altura del riel (h) : Distancia entre los puntos de intersección de la superficie de rodado y
de apoyo del riel con su eje vertical.
Altura de la cabeza del riel (b) : Distancia entre los puntos de intersección de la
superficie de rodado y de la prolongación de la porción plana de la superficie de eclisaje
superior del riel con su eje vertical.
Altura de la zapata del riel (d) : Distancia entre los puntos de intersección de la superficie
de apoyo y de la prolongación de la porción plana de la superficie de eclisaje inferior del
riel con su eje vertical.
Ancho de la cabeza del riel (a1) : Distancia transversal entre las líneas de intersección de
las superficies laterales de la cabeza del riel con un plano paralelo a la superficie de apoyo
del riel y ubicado a 16 mm. debajo de la superficie de rodado, profundidad medida en el eje
vertical del riel.
Ancho de la zapata del riel (g) : Distancia entre las superficies laterales de la zapata del
riel.
Espesor del alma del riel (e) : Menor distancia transversal del alma del riel.
4. Superficie de eclisaje superior del riel (j) : Superficie inclinada inferior de la cabeza del
riel que sirve de apoyo a las eclisas.
Superficie de eclisaje inferior del riel (k) : Superficie inclinada superior de la zapata del
riel que sirve de apoyo a las eclisas.
Superficie de rodado del riel (a) : Superficie curva de la cabeza del riel que sirve de pista
de rodadura a las ruedas de los vehículos ferroviarios.
Diseño de rieles
Cuando se desea diseñar un riel para una vía en proyecto es necesario definir en un
principio cual será la carga que tendrá este tramo de vía.
En mexico se utilizan algunos métodos de diseño de rieles, los cuales son :
Según fórmula del Profesor Shulga.
Introduce como factor de dimensionamiento del carril la intensidad de tráfico (T), pues es la
causante del deterioro normal de los rieles por desgaste. No considera directamente la
influencia de la velocidad y la carga por eje.
Q = 31.046* T0.203
Por ejemplo,
Para un tráfico anual (T) = 2 millones toneladas brutas.
Se obtiene, PESO DEL RIEL = 35.7 kgs./ml
Según fórmula del profesor Shajunianz.
Considera peso por eje (P), tráfico anual (T), velocidad máxima (V), además agrega un
factor (a) dependiente del tipo de vehículo, el cual vale 1.2 para vagones y 1.13 para
locomotoras. A pesar de la ventaja anterior, los resultados indican valores demasiado
bajos de acuerdo a la experiencia, lo cual parece indicar que la fórmula resulta apropiada
para vías de lata velocidad, intensidad de tráfico y peso por eje.
Q = a(1 + T1/4)(1 + 0.012 V)2/3 P2/3
Ejemplo :
variables datos unidades
peso por eje 25 toneladas
millones ton.
tráfico anual 2
brutas
velocidad
40 km./hora
máx.
a 1,2 -
Resultado : PESO DEL RIEL : 29.2 kgs./ml
Según fórmula modificada del FCAB.
Método usado por el dapartamento de Vías y Obras del FCAB, hace depender el peso del
carril de la carga por eje y la velocidad del tráfico. Los valores obtenidos son los más
adecuados y razonables de acuerdo a la realidad de nuestras vías, siendo influenciados
5. mayormente por el peso por eje que por las velocidades, las cuales son comparativamente
bajas en nuestro continente.
Q = 10.7093 (P + 0.0000386* P* V2)2/3 0.49605206
Ejemplo :
variables datos unidades
peso por eje 20 toneladas
velocidad
20 km./hora
máx.
Resultado : PESO DEL RIEL : 39.54 kgs./ml
Proposición congreso Ferroviario de El Cairo.
Hace depender el peso del riel (Q) solamente de la carga por eje (P), lo cual significa que
considera solamente cargas estáticas, no tomando en cuenta el efecto dinámico de
aumento de carga por velocidad.
Q = 2.5 P
Ejemplo :
Peso por eje : 25 toneladas
Resultado : PESO DEL RIEL : 62.50 kgs./ml
Según fórmula profesor Yershov.
Inversamente al del Cairo, considera solo la velocidad máxima (V) de los equipos y no la
carga por eje (P), lo cual significa que podría decidir el uso de un perfil subdimensionado
en cuanto a capacidad de carga.
Q = Vmáx. / 2.2
Ejemplo :
Velocidad máxima : 40 km./hora
Resultado : PESO DEL RIEL : 18.18 kgs./ml
Una vez definido cual será el peso del riel Q que se necesitará se consulta la tabla de
diseño de rieles mostrada anteriormente en donde están definidas todos los tipos de rieles
y sus dimensiones necesarias para soportar la carga determinada.
Longitud del riel
Hay una gran variedad de longitudes de rieles que se pueden utilizar, pero a través del
tiempo se ha ido tomando 10 a 12 m. como los largos más frecuentes, y en cuyos
extremos se observan 2 o 3 agujeros que son para los pernos de empalme.
6. Marcación de los rieles.
Para poder identificar los rieles , éstos se marcarán en la superficie de rodado del riel y a
no menos de 500 mm. de su extremo, se indicará con pintura, la clasificación del riel y en
el siguiente orden :
Tipo (perfil) del riel, en letras mayúsculas.
Calidad del riel (n = nuevo; r = reempleo y e = excluido), en letras minúsculas.
Clasificación del riel : 1A,1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4 ó 5 en el caso de rieles de reempleo, y
1a ó 2a en el caso de rieles excluidos.
Longitud del riel, expresado en metros y separado por un guión de la letra y/o número
citado anteriormente.
Desgaste y deformación de rieles
Como todo material, los rieles también se van desgastando según el uso que se les hace a
través del tiempo, éstos se desgastan en la parte superior, la cabeza, que es la que hace
contacto con las ruedas del ferrocarril. Para que el riel siga cumpliendo con su función y no
haya problemas de seguridad, existe un valor de desgaste máximo que es permitido, el
cual es de 3/8” (10 mm.).
7. DESGASTE DE CABEZA :
Desgaste lateral de la cabeza del riel : Es el desgaste de la superficie lateral de la
cabeza del riel, medido transversalmente a una distancia de la superficie de apoyo del riel
igual a la altura del riel nuevo disminuida en 16 mm.
Desgaste vertical de la cabeza del riel : Es el desgaste de la superficie de rodado del
riel, medido en su eje vertical.
Desgaste ondulatorio de la cabeza del riel : Desgaste discontinuo de la superficie de
rodado del riel que se caracteriza por una sucesión alternada de zonas altas brillantes y
zonas bajas (baches) oscuras.
Encalladuras : Cavidades de poca profundidad que se forman en la superficie de rodado
de los rieles por desprendimiento del material autotemplado a causa del patinaje de las
ruedas de los vehículos ferroviarios.
Otro daño que sufren los rieles es la desalineación de éstos, los cuales serían :
DESALINEACIÓN HORIZONTAL
DESALINEACIÓN VERTICAL : doblez hacia zapata.
DESALINEACIÓN VERTICAL : doblez hacia cabeza.
8. MEDICIÓN DEL DESGASTE DE LA CABEZA DE RIELES Y MEDICIÓN DE LA
DEFORMACIÓN HORIZONTAL.
Para poder determinar el desgaste de los rieles se utilizan ciertos materiales haciendo una
respectiva medición de desgaste:
USO CALIBRE RIELERO.
MEDICIÓN DEL DESGASTE VERTICAL DE LA CABEZA EN EL EXTREMO DEL RIEL.
MEDICIÓN DE LAS DEFORMACIONES EN RIELES DE VÍA.
DEFECTO EN LOS RIELES.
9. Algunos de los defectos que se encuentran en los rieles son :
Fisura transversal.
Fisura compuesta.
Fractura superficial.
Encalladura.
Defecto en la soldadura.
Grieta horizontal en la cabeza.
Grieta vertical en la cabeza.
Grieta en el alma.
Entubadura de riel.
Separación cabeza - riel.
Grieta próxima al agujero del perno.
Zapata quebrada.
Quebradura ordinaria.
Riel dañado.
Tales rieles que presenten algunos de estos defectos deberán ser retirados de la vía.
Cambio de rieles.
En el extranjero se cambian rieles más o menos cada 10 años, pero en Mexico, el cambio
de rieles no se hace tan frecuente. Las vías actuales están formadas por rieles más bien
viejos, alrededor de la década del 60.
Lo que se hace en México para mantener los rieles en buen estado es repararlos, es decir,
durante ya varias décadas no se han comprado rieles nuevos en Mexico sino que se van
reutilizando.
Ferrocarriles del Estado (EFE) tiene una planta llamada “PLANTA CHENA” en donde se
reparan los rieles en forma horizontal y vertical.
Lo que se hace es sacar el riel que está dañado o desgastado de la vía y se lleva a la
planta. En este lugar se van perfilando, se limpian, lo soldan y se dejan barras de 100 m.
de longitud y luego se soldan en terreno.
Reacondicionamiento de rieles : Es el proceso a que se someten los rieles para dejarlos
aptos para su utilización en vías férreas.
Juntura de rieles.
¿Por qué los rieles de la línea de tren tienen una pequeña separación?
Esto es debido a los cambios de volumen que sufren los rieles, lo cual se refiere a los
cambios que sufre la materia en relación al espacio que ocupan.
Los cambios de volumen son dos : contracción y dilatación.
Contracción es la disminución de volumen que sufre el riel al enfriarse. La contracción se
entiende porque al enfriarse los cuerpos, las partículas están más cercanas unas de otras,
disminuye su movimiento y como consecuencia disminuye su volumen.
Dilatación es el aumento de volumen de los rieles que ocurre debido a las altas
temperaturas, por lo cual es necesario dejar esta pequeña abertura (juntura) a lo largo de
los rieles que conforman la vía férrea.
En vías eclisadas convencionales, cada riel debe estar apernado con al menos 2 o 3
pernos en cada juntura.
10. En vías soldadas continuas, cada riel debe estar apernado en al menos 2 pernos.
Peraltes
Cuando en la vía se presenta una curva , los rieles deberán ir peraltados, éste puede llegar
hasta 200 mm. dependiendo del radio de la curva, de la velocidad permitida en la vía, del
ancho que se le va a dar a la trocha para que pueda girar.
El peralte se debe iniciar antes de la curva y después de ella produciéndose un enlace de
peralte.
En la curvatura las vías deben ir ensanchándose levemente para que el carro pueda doblar
sin ningún problema, ya que al ser las partes de éste rígidas, al querer doblar nunca van a
quedar perfectamente alineados.
Se tiene que a un menor radio hay un mayor ensanche, por ejemplo para
una curva de 600 m. de radio el ensanche es de 6mm., para una curva menor de 250 m. el
ensanche alcanza hasta los 25mm.
En Mexico, el riel exterior en una curva no puede ser más bajo que el riel interior o tener
más de 100 mm. de peralte.
La Velocidad máxima admisible de operación en una curva está determinada por la
siguiente expresión :
donde :
Vmáx : velocidad máxima en km./hora.
ho : peralte actual del riel exterior en mm.
R : Radio de curvatura en metros.
ACORDAMIENTO :
Los desarrollos de curvas requieren además un tramo de enlace que se
denomine acordamiento o rampla.
Los radios mínimos en líneas de primer orden es mínimo 400 m., solo en
casos especiales se usan hasta 250 m.
Los radios mínimos en líneas de segundo orden van de 300 m., pudiendo
bajarse a 200 m. en casos especiales.
El acordamiento debe tener una longitud no inferior a 400 veces el valor
del peralte de la curva.
Pernos Rieleros
Los rieles y las eclisas van unidos mediante pernos rieleros, hay de diferentes tipos,
algunos son :
Tirafondo Rielero :
El cual se usa para la fijación de los rieles y otros elementos de la vía férrea.
Este debe ir recubierto con aceite.
Clavo Rielero Ferrocarriles :
El cual se usa para la fijación de los rieles y otros elementos de la vía férrea.
Este debe ir recubierto con aceite.
11. Clavo Rielero Tipo Americano :
El cual se usa para la fijación de los rieles y otros elementos de la vía férrea.
Este debe ir recubierto con aceite.
Perno Rielero Cuello Ovalado :
El cual se usa para la fijación de los rieles y otros elementos de la vía férrea.
Este debe ir recubierto con aceite.
Tuercas Bulldog :
El cual se usa para la fijación de los rieles y otros elementos de la vía férrea.
Este debe ir recubierto con aceite. Una de las características de estas tuercas es que se
ensamblan con torque predeterminado impidiendo que se suelte del perno por las
vibraciones.
Perno KZ :
El cual se usa para la fijación de los rieles y otros elementos de la vía férrea.
Este debe ir recubierto con aceite.
Vastago de Anclaje :
El cual se usa de anclaje de fijación del riel.
(en la línea 1 del metro se usaron aproximadamente 1.500.000 de piezas).
12. Actualmente, se ha dejado de lado el ferrocarril y hay poca preocupación por el
mantenimiento de toda su infraestructura, las vías férreas Mexicanas no están en buen
estado.
