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Normas y cumplimiento para barreras de seguridad ferroviarias internacionales y su separación
Directrices para el alineamiento del ancho de vía y la holgura lateral en ferrocarriles europeos
Los sistemas ferroviarios europeos cumplen con estrictas directrices sobre holguras laterales especificadas en las normas UIC 712 y EN 15273-3. Estas directrices establecen los requisitos mínimos de holgura lateral entre los rieles de protección y los rieles de rodadura, que deben encontrarse entre 40 y 60 mm. Estas distancias se modifican según las curvas y los perfiles de velocidad del tramo de vía considerado. Por lo tanto, los ingenieros deben garantizar que los componentes se encuentren dentro de una tolerancia de ±1,5 mm respecto a la dimensión especificada, con el fin de prevenir el fenómeno de escalada de la rueda sobre los rieles, especialmente en tramos con transiciones de velocidad. Para asegurar el cumplimiento, los inspectores de vía deben medir todos los elementos de un tramo determinado de vía cada dos años, utilizando dispositivos láser de medición. Si se detecta que algún elemento no cumple con las especificaciones, todo ese tramo de vía queda fuera de servicio.
Enfoques de la FRA frente a los enfoques europeos sobre el espaciado de los rieles de protección en las agujas y la guía de las ruedas
Para evitar que las ruedas de los trenes se desprendan y garantizar su correcta guía al pasar por desvíos, las normas europeas exigen una menor separación en las ranuras de las guardarruedas de las agujas, reduciéndola a 42–48 mm. Las normas europeas establecen una separación más estrecha entre las guardarruedas y las agujas para asegurar la correcta guía de las ruedas del tren. Estas disposiciones europeas sobre separación son más restrictivas que las normas norteamericanas; por ejemplo, la Administración Federal de Ferrocarriles (FRA, por sus siglas en inglés) permite una separación de hasta 57 mm en las guardarruedas de desvíos de baja velocidad (es decir, desvíos con velocidades máximas de 25 km/h o menos). Existe una diferencia significativa entre las normativas: los estándares europeos (EN 15273-3) son más restrictivos en este aspecto, mientras que los norteamericanos (Regla 213.135) lo son en otros. Curiosamente, los países europeos obtienen una ventaja del 30 % respecto a Norteamérica en la transmisión de fuerzas de impacto gracias al diseño cónico de sus guardarruedas, frente al diseño recto utilizado en Norteamérica, lo que les permite controlar mejor las fuerzas laterales en la zona de la aguja.
Conceptos básicos de ingeniería ferroviaria aplicados a las guardarruedas y su separación
Cálculo Dinámico de la Distancia Libre Considerando el Peralte, la Saliente y el Radio de la Curva
Además de la geometría básica de la vía, ¿qué otros aspectos debe considerar el ingeniero al determinar la separación entre las barreras de seguridad? Es necesario comprender las características operativas de la vía y del vehículo en relación con el desplazamiento del vehículo sobre la vía en curvas horizontales y verticales. Tres de los factores más importantes que influyen en ello son: la sobrealtura (superelevación), el saliente del vehículo delantero y el radio de la curva vertical. Los trenes están sometidos a fuerzas centrífugas que los empujan hacia el riel exterior al recorrer una curva, lo que incrementa la fuerza de contacto entre la brida de la rueda y el riel. Por ejemplo, una curva con un radio de 200 m y una sobrealtura de 150 mm requiere un aumento del 15-20 % en la separación entre los rieles en comparación con un tramo recto. Asimismo, deben tenerse en cuenta las variaciones térmicas. Por ejemplo, los metales se dilatan aproximadamente 1,2 mm por cada aumento de 10 °C en la temperatura. Esta es la razón por la que se incluye la dilatación térmica en los programas modernos de simulación, con el fin de prevenir accidentes causados por altas velocidades de operación o por temperaturas ambientales extremas.
Interacción entre rueda y carril de protección: distancia de acoplamiento, forma de contacto del reborde y transmisión de fuerza
Un buen contacto entre la rueda y el carril de protección favorece una guía eficaz. El contacto del reborde a un ángulo de 30–45° es óptimo, ya que ayuda a distribuir las fuerzas laterales y reduce el riesgo de descarrilamiento. Los factores principales son:
- Distancia de acoplamiento: 1,8 × el diámetro de la rueda garantiza una distancia suficiente entre el carril de protección y la rueda para absorber las fuerzas laterales
- Pendiente del reborde: 55–65° es óptima para redirigir las componentes verticales de la carga lateral hacia el carril de protección
- Eficiencia en la transmisión de fuerza: del 70 al 85 % de la energía del impacto se transfiere a las traviesas con una separación óptima
Un alineamiento inadecuado entra en contacto con la superficie de rodadura de la rueda y absorbe menos del 40 % de las fuerzas laterales, comprometiendo la seguridad del desvío cuando cambia la dirección.
Impacto del espaciado inadecuado de los carriles de protección ferroviarios: lecciones aprendidas a partir de sucesos específicos
Nudo de Derby (Reino Unido, 2019): Impacto de un exceso de espaciado lateral de 22 mm en la protección del desvío
El incidente ocurrido en Derby Junction en 2019 puso de manifiesto cómo los problemas pequeños, si no se tratan, pueden derivar en incidencias importantes. Los investigadores determinaron que existía un exceso de 22 mm de holgura en uno de los componentes, en contravención de la norma EN 15273-3. Este valor equivale al grosor de un lápiz estándar. Esta holgura generó una inestabilidad en el movimiento de las ruedas del tren al pasar por los desvíos, lo que, a su vez, alteró la distribución normal de las fuerzas en la garganta (frogs), provocando una pérdida de eficacia del 40 % en el sistema de guiado. Así fue como la garganta (sistema de guiado) pasó a ser capaz de causar movimientos laterales peligrosos y descarrilamientos. El problema de holgura, por supuesto, era invisible a simple vista; su detección durante las inspecciones normales de mantenimiento requería equipos especiales de alineación láser. Este incidente ha dado lugar a un nuevo fenómeno en la operación ferroviaria, donde ahora se examina minuciosamente la holgura en milímetros tanto en el Reino Unido como en la UE.
Necesitan sistemas de medición automatizados, especialmente en intersecciones con riesgos elevados, considerando estos espacios estrechos como obstáculos absolutos y no como impedimentos triviales.
Innovaciones en el diseño del espaciado adaptativo de los protectores ferroviarios
Las barreras de seguridad simplemente espaciadas han fracasado sistemáticamente al abordar los problemas que surgen debido a los cambios de temperatura, el desgaste y las cargas elevadas. Sistemas más avanzados comienzan a incorporar sensores en tiempo real y aprendizaje automático, de modo que, en algunos casos, se pueden realizar ajustes con una precisión de milímetros en la holgura lateral. Estos ajustes suelen basarse en mediciones térmicas en el centro de la vía, en el desgaste de las bridas y en las mediciones de carga lateral. Dichos ajustes evitan, en última instancia, la construcción de una vía deformada. En el caso de olas de calor, los sensores de expansión térmica han provocado históricamente incidentes peligrosos de deformación de la vía. En estudios de caso controlados, las barreras de seguridad inteligentes han reducido un cuarenta por ciento el riesgo de descarrilamiento en los puntos de cambio comparado con las instalaciones anteriores. En esencia, estos sistemas tienen el potencial de renovar por completo la forma en que se diseñan y construyen los sistemas ferroviarios mediante sistemas más inteligentes y sofisticados, capaces de anticipar los problemas y efectuar los ajustes necesarios.
Preguntas frecuentes
¿Qué normas se aplican al espaciado de las barreras de seguridad ferroviarias en Europa?
Las normas que se aplican al espaciado de las barreras de seguridad en Europa incluyen la UIC 712 y la EN 15273-3, que especifican las distancias mínimas a las que deben instalarse las barreras de seguridad respecto a los rieles de rodadura, así como las distancias en relación con la curvatura de la vía y la velocidad de los trenes.
¿En qué sentido difiere el espaciado de las barreras de seguridad en las agujas europeas del correspondiente en Estados Unidos?
El espaciado de las barreras de seguridad en las agujas europeas es menor, entre 42 y 48 mm, mientras que en Estados Unidos es de 57 mm para desvíos de baja velocidad y permite la desconexión temporal de algunas ruedas.
¿Por qué es importante la interacción entre la vía y la barrera de seguridad?
Las interacciones entre la vía y la barrera de seguridad son fundamentales para optimizar los ángulos de contacto, la eficiencia general de la transmisión de fuerzas y la distribución efectiva de las fuerzas laterales, con el fin de reducir las probabilidades de descarrilamiento.
¿Cuál fue la importancia del incidente ocurrido en Derby Junction en 2019?
Como resultado del incidente en Derby Junction, los operadores ferroviarios del Reino Unido y la UE comenzaron a utilizar sistemas de medición automatizados para identificar y corregir espaciados que podrían provocar descarrilamientos.
¿Qué hacen los sistemas más recientes con los rieles de protección?
Los sistemas más recientes emplean sensores en tiempo real e inteligencia artificial (IA) para evaluar el espaciado de los rieles de protección y ajustarlos con el fin de prevenir incidentes relacionados con dichos rieles, lo que reduce las probabilidades de descarrilamiento causadas por el desgaste y la temperatura del riel.