Riel

Riel, silleta con clavo y traviesa de madera.

Se denomina riel,^[1] carril,^[2] raíl^[3] o trillo^[4] a cada una de las barras metálicas sobre las que se desplazan las ruedas de los trenes y tranvías. 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 entre el riel y la rueda con pestaña, siendo sus principales cualidades su material, forma y peso.^[5]

Historia

Los primeros rieles que se conocen datan de la Edad 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 solo 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 XIX aparecen las ruedas provistas de pestaña y la mejora de materiales, desde el acero pudelado, los sistemas Bessemer, Thomas y Martin, hasta los actuales aceros eléctricos y al oxígeno, permiten pasar de cargas sobre el eje de 3 a más de 30 toneladas, y velocidades máximas de 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 perpendicularmente sobre las traviesas, o durmientes (en América Latina), y se unen entre sí mediante eclisas y bulones, sujetándose a la traviesa 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 las traviesas 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 las traviesas, 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.

En grúas es común emplear un perfil específico, denominado Burdach, con una forma más achatada y ancha que en el perfil Vignole.

Partes del riel

• Cabeza/Hongo: 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.

Traviesas

• Traviesas de madera: Utilizando maderas como pino, haya, roble, y de quebracho en Sudamérica, dependiendo del uso, el costo y durabilidad necesaria. Este tipo de traviesa proporciona como ventaja, la fácil manipulación por los obreros debido a su peso y su flexibilidad ante golpes o similares. Entre el riel y la traviesa se colocan unas pletinas o 'silletas' que se atornillan a la traviesa y fijan el riel a ésta.

• Traviesas de hormigón: Las traviesas de hormigón pretensado o postensado tiene una mayor durabilidad que las traviesas de madera, su peso que ante la manipulación es una desventaja, resulta también ventajoso al proporcionar una mayor estabilidad de la vía. También garantiza una provisión ilimitada, ya que la traviesa de madera escasea y se encarece cada vez más.
  1. De hormigón monobloque, pesa aproximadamente 300 kg y conformada por una armadura en su interior, recubierta por un solo bloque de hormigón.
  2. De hormigón bibloque, está conformada por dos bloques de hormigón de unos 7 dm aproximadamente, unidas por un perfil de hierro en forma de T.

• Traviesas de compuesto (plástico): Diseñadas para reemplazar a las traviesas de madera, proporcionando las ventajas de la madera y solucionando algunas desventajas como la humedad, evitando la pudrición. Pueden ser utilizadas con traviesas de madera, por lo que su implementación no necesita un cambio total de la vía

Tipos

• Riel ligero: Es aquel 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 infraestructura 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 riel 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 riel 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 riel, 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 riel, 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 rieles, 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 rieles, que son: el hierro, carbono, silicio, azufre, fósforo, arsénico y otros minerales e impurezas.

Véase

• Vía férrea
• Eclisa
• Juntura

Referencias

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Riel. Commons

• Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre Schiene.Wikcionario
• gleisbau-welt.de
• oberbauhandbuch.de
• Representaciones de imágenes históricas de diferentes formas y sujetadores ferroviarios de diversas administraciones ferroviarias zeno.org
• ThyssenKrupp handbook, Vignoles rail
• ThyssenKrupp handbook, Light Vignoles rail
• ThyssenKrupp grooved rail
• LR55 Track System Full details
• Tabla de rieles en T de Norteamérica (flat bottom) sections
• ArcelorMittal Crane Rails
• Track componentes y materiales
• Grooved or girder rail
• Wirth Girder Rail
• MRT Track & Services Co. Inc / Krupp, T and girder rails, scroll down.