investigacion sobre el panorama ferroviaro de Colombia

1. Materiales en la construcción de redes ferroviarias
Cristhian Alejandro Chaves Piarpuezan
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingeniería
Bogotá, 25 de junio de 2022
RESUMEN – Investigación realizada con el fin de ampliar la visión sobre los alcances de
la innovación en los materiales de construcción, donde surgen nuevas alternativaspara la
optimización de los procesos constructivos y de eficacia ingenieril y de durabilidad. Las
redes ferroviarias son clave en cualquier país que quiera superar la barrera de la
inconexión y volcar su transporte y economía a la eficacia, lastimosamente, mientras la
mayoría de países avanzaron hacia una red férrea más extensa y en mejor capacidad,
Colombia tuvo un retroceso importante en ese aspecto, es por esto que se buscan
alternativas surgidas de la innovación en esta materia, pues con la puesta en marcha del
Plan Ferroviario Nacional se presentan grandes retos para la ingeniería colombiana
debido a la desactualización de infraestructura y del modo en el que actualmente se
construyen estos proyectos. El ancho de vías férreas actuales, la producción del balasto y
del acero para rieles son primordiales para hablar de una seguridad de materiales que
sean de origen nacional y así fomentar la producción económica nacional y disminuir la
dependencia de otros países en estos materiales. Además, se tratará de dar una propuesta
de cómo debería estar constituido la malla férrea nacional para hacer de Colombia un
país mas productivo gracias a los beneficios que una red férrea ofrece a una nación.
Palabras Clave: Ferroviario, acero, balasto, riel, ingeniería civil.
Abstractract -- Research carried out in order to broaden the vision of the scope of
innovation in construction materials, where new alternatives arise for the optimization of
construction processes and engineering efficiency and durability. The railway networks
are key in any country that wants to overcome the barrier of disconnection and turn its
transport and economy to efficiency, unfortunately, while most countries moved towards a
more extensive railway network and better capacity, Colombia had a significant setback
In this regard, it is for this reason that alternatives arising from innovation in this area are
sought, since with the implementation of the National Railway Plan great challengesare
presented for Colombian engineering due to the outdated infrastructure and the way in
which currently these projects are built. The width of current railways, the production of
ballast and steel for rails are essential to talk about the safety of materials that are of
national origin and thus promote national economic production and reduce the
dependence of other countries on these materials. In addition, it will try to give a proposal
of how the national railway network should be constituted to make Colombia a more
productive country thanks to the benefits that a railway network offers a nation.
Keywords: Railway, steel, ballast, rail, civil engineering.
INTRODUCCIÓN
La construcción de redes ferroviarias son clave para la economía y
eficacia de un país en miras de desarrollar su industria y transporte,
Colombia en el siglo XX contaba con una red ferroviaria modesta que
fue eje arterial en muchas regiones para el desarrollo de la economía,
sin embargo estesistema cayó en bancarrota debido a su competencia,
el transporte vehicular, el cual al ser más versátil le sacó ventaja a la
rudimentaria red ferroviaria en ese entonces existente, así pues,
podemos decir que uno de los motivos del fracaso ferroviario nacional
fue su falta de innovación y expansión, estos puntos son a los que se
tratará de dar contexto y una propuesta de solución con ayuda de los
avances actuales en esta materia; Se da gran importancia a este
problema por las condiciones en las que el país se ve inmerso, una red
vial que no da abasto al tránsito pesado, el elevado precio de peajes
debido a que las autopistas requieren un nivel de diseño que soportela
carga pesada y el mantenimiento. Una red ferroviaria ayudaría a
desembotellar muchas de las vías que hoy en día por el transito pesado
son muy lentas. Para la construcción de este ambicioso proyecto, un
tema clave son los materiales, la producción nacional de acero y
balasto deben poder abastecer esta demanda.
ANTECEDENTES
Red Ferroviaria de Colombia siglo XX: Durante comienzos de este
siglo los proyectos férreos nacieron como la oportunidad para volver
más competitivo el país, la bonanza de las divisas del café
proporcionaron recursos importantes aColombia que fueron invertidos
en obras públicas como la red ferroviaria nacional. El plan de unir los
principales centros de producción como el eje cafetero, con los puertos
fueron uno de los logros más
importantes en materia de
infraestructura. Sin embargo,
tras el declive del transporte
ferroviario, la infraestructura
que quedó actualmente es
sumamente obsoleta, Ese es el
caso de los anchos de trocha,
que actualmente se rigen por
una medida estándar que
facilitan las operaciones
logísticas, mientras que el ancho
de vía persistente en Colombia es angosto y que además presenta
pésimas condiciones por lo que la reactivación de la red férrea tiene
que ser una reconstrucción más que un mero mantenimiento.
Ilustración 2. perfil frontal de ancho de vía típico.
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA DE ATRASO DE LA RED
FÉRREA NACIONAL
En Colombia la red Nacional de vías se ve sobre esforzada pues no
solo es el medio por el que se transporta la demanda particular de
vehículos sino que además recibe el transportedecarga pesada de casi
todo el país, este panorama trae grandes retos para la construcción de
vías, pues los materiales tienen que tener especificaciones de
durabilidad mucho más altas además del cada vez más recurrente
proceso de mantenimiento que eleva los costos de construcción y
mantenimiento de sobremanera, viéndose afectada la economía debido
a los sobre costos de transporte y también la financiación de nuevas
redes de transportepues este modelo de transportepodría catalogarse
como absorbenteen cuestión económica y demasiado demandantes en
su parteoperacional debido a su mantenimiento casi constante, eso ha
implicado en la baja calidad de la infraestructura, altos cobros de peaje
y menor competitividad para el país.
Si nos vamos a la cuestión de la reactivación de la red férrea nos
encontramos con un panorama desolador, la mayor parte de la
infraestructuraestádeteriorada y obsoleta. Elplan de reactivación debe
venir no solo acompañado de la actualización de la infraestructura lo
cual implica reconstruir la mayor parte de la infraestructura, sino que
Ilustración 1. Ferrocarriles 1920-1940

2. también acompañado de un programa investigativo que tomeen cuenta
las características geográficas, económicas y sociales del país.
ALCANCE DE LA REACTIVACIÓN DE LA RED
FERROVIARIA EN COLOMBIA
Hablando desde el aspecto económico, el país avanzaría enormemente
en competitividad, los sobre costos de transporte disminuirían y se
incentivaría una nueva industria, la del transporteferroviario y todo lo
que esto implica. Bien, si nos trasladamos al ámbito de los materiales,
tenemos que adentrarnos en la producción nacional del acero para la
producción de rieles, balasto y demás partes necesarias en las redes
ferroviarias como son, fijaciones metálicas y traviesas o placas de
asiento, materiales en los cuales Colombia presenta una gran
deficiencia de producción, ejemplo de esto es la importación de rieles
para lo que será en un futuro el metro de Bogotá y la red de trenes
regionales de Cundinamarca, importación de rieles, partes de
ensamblaje y además la misma ingeniería y equipos. Esto nos
demuestra el bajo enfoque de la Nación en estos proyectos y queseha
visto en la necesidad de recurrir a la dependencia de otros para la
construcción de estos proyectos. La meta desde la Universidad
Nacional como eje y precursor de desarrollo debería ser el de
aprendizaje y la investigación de estos modelos de transporte que
resultan ser los más eficaces en cuestión operacional y presentando
mayor en costo beneficio.
PRINCIPALES MATERIALES NECESARIOS PARA LA
REACTIVACIÓN DE LA RED FERREA
Acero: Antiguamente la materia prima para los rieles era meramente
de hierro, En el siglo XX el acero se convirtió eel material más óptimo
para la producción de rieles gracias a sus propiedades de dureza y
relativa tolerancia al esfuerzo ejercido por grandes cargas. El acero es
una aleación de hierro y carbono en un porcentaje de este último
elemento variable entreel 0,008% y 2.11% en masa desu composición.
La industria siderúrgica en Colombia es modesta, en muchos años se
ha tenido que recurrir a la importación de este material a pesar de
nuestra gran producción de carbón.
Ilustración 3. Reservas probadas de Carbón
Balasto: Estees el material de piedratriturada, grava, cenizas, etc. que
se ubica sobre las terracerías compactadas paradar apoyo y estabilidad
a las traviesas, y las mantiene alineadas y niveladas, haciendo posible
el alineamiento, nivelación y elevación de la vía o bien la renovación
de las traviesas sin afectar el lecho. Cuando el espesor del balasto y el
proceso constructivo es el adecuado, este proporcionaun soportefirme
y uniforme a las traviesas, y distribuyepor igual la presión causada por
el peso y el empuje de los trenes que transitan por la vía.
Ilustración 4. Perfil frontal típico de vía férrea.
En Colombia la producción de gravas, gravillas y demás derivados
como arenas, triturados, concretos, materiales usados en mezclas
asfálticas y para dar abasto a la demanda de la red ferroviaria existente
como bases, subbases y balastos, tiene su propio sindicato conocido
como Asogravas, en los últimos años ha logrado un volumen
importantede producción superando las en promedio los 130 millones
de toneladas de producción, los principales centros de producción en
Colombia se encuentran en Boyacá, Antioquia y Santander, zonas con
alta presencia de canteras que se encuentran en escarpados de las 3
Cordilleras.
Ilustración 5. Mapa de zonas potenciales de agregados.
PROPUESTA
La solución propuesta para el caso de Colombia no es que sea un
modelo novedoso de transporte, los países industrializados han sido
precursores en la innovación de la construcción de redes ferroviarias
desde la misma implementación de estesistemaen el siglo XIX, siendo
Reino Unido el primer país en implementar este modelo gracias a la
invención del motor de vapor usado en las locomotoras. Actualmente
los grandes innovadores en el tema son países asiáticos, China que
cuenta con la red ferroviaria más grande del mundo y Japón quecuenta
con la red de transportemás eficaz a pesar de su complicada geografía,
una característica en la que Colombia comparte similitud.
1. Garantizarla producción de materiales necesarios: Colombia
debido a su disponibilidad de recursos debe incursionar en la
industria siderúrgica de una manera más amplia, no puede ser
posible que proyectos como el Metro de Bogotá necesiten de la
importación de rieles. La producción de acero debería ser el
enfoque de la producción de carbón, se convierte así pues en la
opción más favorable de reemplazo del destino de la producción
de carbón que es exportado para la producción energética, un
método de obtención energética altamente contaminante.
La producción de agregados como gravas, gravillas y triturados
debe seguir con las normativas ambientales necesarias para tener
una industria sostenible ambientalmente hablando, esto también
se aplica para la extracción de carbón en minas a cielo abierto,
antecedentes como El Cerrejón es muestra de las malas prácticas
de la minería, donde se han visto afectadas comunidades
autóctonas y el ambiente.
2. Investigación de materiales para las características propias de
Colombia: Se debe fomentar una industria orientada hacia la
investigación de alternativas en la construcción férrea nacional,
pues se deben tener en cuenta las condiciones climáticas y
geográficas ya que estos factores tienen gran incidencia en la
durabilidad de todo tipo de construcción. Los ejemplos más
importantes de este segmento son los tipos de balasto y traviesas.

3. balasto: Este se obtiene por trituración de rocas sanas y debe cumplir
ciertas especificaciones en cuanto a calidad del material madre y en su
granulometría. Se transporta en camiones hasta donde puede ser
cargado en trenes especiales con tolvas que permiten su descarga en la
vía. No es lo mismo un balasto para una vía de metro que para una
trocha de carga pesada. Las especificaciones más importantes que
deben cumplir son los siguientes:
 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: 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.
Algunas Alternativas que se han utilizado en Europa: Debido a la
variabilidad de condiciones a las que se expone una vía férrea al igual
que sucede en vías asfálticas, el balasto se expone a problemas dados
por el ambiente, el esfuerzo al que se somete, la erosión, etc. Además,
se suma el problema de minería que puede erosionar y afectar los
yacimientos de grava. Por esto, en vías de exigencia alta se ha
incursionado en alternativas:
Vía en placa: Se caracteriza por la sustitución del balasto por un
material más rígido (hormigón o asfalto) característico de los
pavimentos viarios. Independientemente del tipo dematerial adoptado,
estructuralmente se distingue: plataforma, placa base, placa principal,
sujeciones, carriles, elastómeros y, en su caso, elementos intermedios,
yasea placas metálicas, bloques propiamentedichos, traviesas o losas.
Balasto artificial: La necesidad de prolongar la vida útil de la capa de
balasto, conjuntamente con la demanda ambiental de reducir la
utilización de las materias primas, obligan a buscar soluciones
inmediatas a los problemas relacionados con el deterioro del conjunto
de balasto. El mismo proponela elaboración de elementos de morteros
de alta resistencia con geometrías determinadas, como alternativa a las
rocas que conforman el balasto. De estemodo se podríatener un mejor
control del funcionamiento de la capa de apoyo de traviesas. Los
resultados que han obtenido son bastante esperanzadores en lo que
respecta a la resistencia y dureza superficial de las partículas, dando
inicio hacia la búsqueda de alternativas mejoradas
Otras Tecnologías: Xitrackr Y Elastotrackr: Son productos queaun no
han comprobado su eficiencia mejorada, en el caso del Elastotrackr es
balasto convencional recubierto de poliuretano. Esto con el fin de
reducir el desgaste del balasto.
Traviesas o Durmientes: Se encuentra cierta variedad en los tipos de
traviesas y estas dependen de las especificaciones de calidad y
durabilidad exigidas, seencuentran desde durmientes de madera, acero
y los más utilizados que son los de hormigón debido a su gran
durabilidad respecto a los otros materiales, para una trocha de carga
pesada incluso se recomienda traviesas de hormigón armado, están las
traviesas en monobloque y bibloque que son las más conocidas.
3. Orientar el transporte a una red ferroviaria eficiente y
multimodal: La propuestamás ambiciosa sigue siendo la misma
del siglo pasado, unir los centros de producción con los puertos
de entrada y salida de grandes volúmenes de mercancía, como la
rehabilitación de la red férrea del pacifico que unía el puerto de
Buenaventura con Cali y el centro del país. Además de esto se
proponeunaserie de trenes regionales donde la demanda cubra la
inversión de infraestructura, esta propuestapodríaser de utilidad
en ciudades grandes, actualmente se encuentran en proceso,
Metro de Bogotá, líneas 1 y 2, además de las otras 3 líneas
propuestas en el POT de la administración de la alcaldesa Claudia
López, Regiotram de Occidente y Norte en Cundinamarca y
Bogotá, Tren de cercanías del Valle, Tren Caribe entre las
ciudades deCartagena, Barranquilla y Santa Martay elferrocarril
de Antioquía que complementaría la operación del Metro de
Medellín.
Sería factible que estos proyectos de transporte pasajeros se
complementaran con el transportedecarga multimodal, este es el caso
de los proyectos delRegiotram del Nortey el Ferrocarril de Antioquia,
los cuales plantean una operación de transporte de pasajeros y carga,
cabe recalcar que, para cumplir con esos objetivos, los materiales que
se usen para su construcción deben cumplir estándares de calidad
mucho más elevados.
4. Empalmar la vía existente con los nuevos proyectos: Por
ejemplo, la mayoría de tramos existentes actualmente son
mayoritariamente rectos y planos, como los dados en la topografía
del valle del Magdalena, y pueden permitir un servicio ferroviario
relativamente competitivo y que podría empalmar e integrar con
el sector de FENOCO en Chiriguaná, conforme hacer un corredor
de más de 700 kilómetros del Ferrocarril del caso del Atlántico.
Ilustración 6. Plan Maestro Ferroviario Más propuesta.
CONCLUSIONES:
 Colombia necesita urgentemente la implementación de una red
férrea multimodal que alivie el sobre peso al que se ve expuesta
la malla vial y que la ha vuelto costosa e ineficiente.
 La UNAL como institución orientada al progreso de la Nación
debe incursionar en el estudio de este modelo de transportey por
siguiente en sus implicaciones, como los materiales, su
producción y especificaciones.
 Colombia goza de una ventaja en la producción de materiales que
serían necesarios para esta propuesta.
 Al igual que en el diseño de vías, en el diseño de trochas férreas,
se debe cumplir con especificaciones en los materiales y su
producción.
 La competitividad de un país va de la mano de su modelo de
transporte, pues es la arteria del intercambio no solo económico
sino también de bienestar.

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