El riel , ^{[ 1 ]} ​ rail ^{[ 2 ]} ​ o carril ^{[ 3 ]} ​ es cada una de las barras metalicas sobre las que se desplazan las ruedas de los trenes y vehiculos ferroviarios . Los rieles se disponen como una de las partes fundamentales de las vias ferreas y actuan como soporte para el dispositivo de guiado y en su caso como elemento conductor de la corriente electrica. La caracteristica tecnica mas importante del ferrocarril es el contacto entre el riel y la rueda con pestana , siendo sus principales cualidades su material, forma y peso. ^{[ 4 ]} ​

El perfil de un riel es la forma de su seccion transversal (es decir, tomada perpendicularmente a su longitud). ^{[ 5 ]} ​

Los primeros rieles estaban hechos de madera , fundicion de hierro o hierro forjado , pero todos los rieles modernos se obtienen mediante su procesamiento en forma de acero laminado . Su seccion transversal (perfil) normalmente recuerda a una doble T , pero asimetrica con respecto a un eje horizontal (excepto los carriles ranurados empleados en los tranvias, que no se ajustan a este patron). La cabeza esta perfilada para resistir el desgaste y dar una buena marcha, y el pie esta conformado para adaptarse al sistema de fijacion.

A diferencia de otros muchos usos de los materiales siderurgicos , los rieles de ferrocarril estan sujetos a tensiones muy altas, por lo que se fabrican con aceros de gran calidad. Se necesitaron muchas decadas para mejorar la calidad de los materiales, incluido el cambio del hierro al acero. Defectos menores en el acero que pueden no presentar problemas en otras aplicaciones, pueden provocar la rotura de los rieles y producir descarrilamientos peligrosos cuando se usan en vias ferreas.

En general, cuanto mas pesados son los rieles y el resto del sistema de vias, mas pesados y rapidos son los trenes que pueden transportar estas vias.

Los rieles representan una fraccion sustancial del costo de una linea ferroviaria. Las acerias solo fabrican una pequena cantidad de tamanos de rieles estandarizados, por lo que un ferrocarril debe elegir el tamano adecuado mas cercano. Los rieles pesados desgastados de una linea principal a menudo se recuperan y se reutilizan en ramales , vias muertas o estaciones de clasificacion .

Historia [ editar ]

Las primeras evidencias de sistemas de guiado de elementos rodantes datan del periodo neolitico , ^{[ 6 ]} ​ y los rieles de madera mas antiguos que se conocen datan de la Edad del Bronce , en el siglo  V  a. C. ^{[ 7 ]} ​

Este sistema con railes de madera se siguio utilizando (especialmente en la mineria) hasta bien entrado el siglo  XIX , y se valia de vagonetas arrastradas por caballos. ^{[ 8 ]} ​ Pero desde la decada de 1760 se comenzaron a usar "rieles de correa de hierro", que consistian en tiras delgadas de hierro fundido clavadas sobre listones de madera. ^{[ 9 ]} ​ Estos rieles eran demasiado fragiles para transportar cargas pesadas, pero debido a que su costo inicial era reducido, a veces se usaba este metodo para construir rapidamente una via economica. Las correas de hierro a veces se desclavaban de la base de madera y acababan hincandose en el suelo de las vagonetas, creando lo que se denominaba una "cabeza de serpiente". Pero con el paso del tiempo se comprobo que el gasto a largo plazo involucrado en el frecuente mantenimiento superaba cualquier ahorro inicial frente a soluciones algo mas caras pero mas duraderas. ^{[ 10 ]} ​ ^{[ 9 ]} ​

Asi, los refuerzos de chapa planos fueron reemplazados en muchos casos por rieles de hierro fundido de perfil angular en forma de 'L', combinados con las ruedas de las vagonetas planas (es decir, sin pestanas). Uno de los primeros defensores de este diseno fue Benjamin Outram de B. Outram & Co. , que luego se convertiria en la Butterley Company de Ripley. Su socio, William Jessop , prefirio a partir de 1789 el uso de " railes de borde " combinados con ruedas provistas de pestanas y, con el tiempo, se dio cuenta de que este diseno funcionaba mejor. Los railes de borde "barrigudos" ideados por William Jessop fueron comercializados por la Butterley Company . ^{[ 11 ]} ​

Los primeros carriles de este tipo de uso general fueron los conocidos por su forma como fishbelly (vientre de pez). Hechos con fundicion de hierro , eran extremadamente fragiles y se rompian con facilidad. Ademas, solo podian fabricarse en longitudes cortas que pronto se revelaron inadecuadas. La patente de John Birkinshaw de 1820, ^{[ 12 ]} ​ introdujo perfiles de hierro forjado de mayores longitudes, gracias a la mejora de las tecnicas de laminacion. Este material, mucho mas resistente, reemplazo al hierro fundido y contribuyo significativamente al crecimiento explosivo de los ferrocarriles en el periodo de 1825 a 1840. La seccion transversal variaba mucho de unas lineas a otras, pero se utilizaban tres tipos basicos, como se muestra en el diagrama. El perfil de caras paralelas que se desarrollo en anos posteriores se denomino "cabeza de toro". Todos estos disenos permitieron abandonar definitivamente los railes de madera reforzados con placas de hierro, que pasaron a ser totalmente metalicos.

Mientras tanto, en mayo de 1831, llego a Estados Unidos desde Gran Bretana el primer cargamento de carriles en T con fondo plano (segun el diseno ideado por Robert Livingston Stevens ), que fueron colocados por la Compania del Ferrocarril de Pensilvania en el Ferrocarril de Camden y Amboy . Esta misma idea de disponer de un carril con un pie plano fue introducida por Charles Vignoles en Gran Bretana, dando lugar al conocido como carril Vignoles , precedente inmediato de los carriles de acero modernos.

Los primeros rieles de acero fueron fabricados en 1857 por Robert Forester Mushet , quien los coloco en la Estacion de Derby en Inglaterra. ^{[ 13 ]} ​ El acero es un material mucho mas resistente, y acabo sustituyendo sistematicamente al hierro forjado para su uso en rieles ferroviarios, permitiendo el laminado de rieles mucho mas largos.

A lo largo del siglo  XX , instituciones como la American Railway Engineering Association (AREA) y la American Society for Testing Materials (ASTM) han especificado el contenido de carbono, manganeso, silicio y fosforo para los rieles de acero. La resistencia a la traccion aumenta con el contenido de carbono, mientras que la ductilidad disminuye. AREA y ASTM especificaron entre el 0,55 y el 0,77 por ciento de carbono en rieles de 70 a 90 libras por yarda (34,7 a 44,6 kg/m), 0,67 a 0,80 por ciento en peso para los rieles de 90 a 120 lb/yd (44,6 a 59,5 kg/m) y 0,69 a 0,82 por ciento para los rieles mas pesados. El manganeso aumenta la dureza y la resistencia a la abrasion. AREA y ASTM especificaron de 0,6 a 0,9 por ciento de manganeso en rieles de 70 a 90 libras y del 0,7 al 1 por ciento en rieles mas pesados. El silicio se combina preferentemente con el oxigeno y se agrega para reducir la formacion de oxidos metalicos debilitantes en los procedimientos de fundicion y laminado de rieles. ^{[ 14 ]} ​ AREA y ASTM especificaron de 0,1 a 0,23 por ciento de silicio. El fosforo y el azufre son impurezas que hacen que los rieles se vuelvan quebradizos y con una menor resistencia al impacto. AREA y ASTM especificaron una concentracion maxima de fosforo del 0,04 por ciento. ^{[ 15 ]} ​

El uso de vias soldadas en lugar de unidas con juntas atornilladas comenzo alrededor de la decada de 1940 y se generalizo en la decada de 1960. La constante mejora de los materiales, desde la fundicion de hierro, el hierro forjado y el hierro pudelado, pasando por los sistemas de produccion masiva de acero como los convertidores Bessemer , Thomas y Martin , hasta los actuales aceros producidos en hornos electricos y al oxigeno, han permitido pasar de cargas por eje desde 3 hasta mas de 30 toneladas, y obtener velocidades maximas de 300 km/h (como el AVE espanol o numerosos otros trenes de alta velocidad de todo el mundo), e incluso pruebas a mas de 500 km/h (alcanzados por un TGV frances).

Tipos de carriles [ editar ]

A continuacion se incluye una relacion de los distintos tipos de carriles empleados desde la aparicion del ferrocarril, con una sucinta descripcion de los mismos.

Riel de correa [ editar ]

Los primeros rieles eran simplemente listones de madera. Para resistir el desgaste, se coloco una delgada correa de hierro sobre el riel de madera para reducir su desgaste, compensando el mayor coste del metal con la mayor duracion de la madera. El sistema tenia el defecto de que cada cierto tiempo el paso de las ruedas sobre el carril provocaba que la correa se desprendiera de la madera. Este problema fue senalado por primera vez por Richard Trevithick en 1802. El uso de rieles de correa en los Estados Unidos (por ejemplo, en el Ferrocarril de Albany y Schenectady hacia 1837) provoco que se viera comprometida la seguridad de los viajeros, amenazados por la formacion de "cabezas de serpiente" cuando las correas se levantaban y podian perforar accidentalmente el suelo de los coches. ^{[ 9 ]} ​

Riel en T [ editar ]

El riel en T fue un desarrollo del riel de correa que tenia una seccion transversal en 'T' (sin alas en el pie) formada al ensanchar la parte superior de la correa en una cabeza. Esta forma de ferrocarril generalmente duro poco y se elimino gradualmente en Estados Unidos a partir de 1855. ^{[ 16 ]} ​

Riel con pestana (en L) [ editar ]

El riel con pestana ( plateway en ingles) era un tipo de carril primitivo que tenia una seccion transversal en 'L', en la que el ala del perfil servia para mantener alineadas en la via las ruedas sin pestanas de un carruaje. El riel con pestana experimento un renacimiento menor en la decada de 1950 al emplearse como barra de guiado en el metro de neumaticos de Paris y mas recientemente en los autobuses guiados . En el Cambridgeshire Guided Busway el riel es una viga de hormigon de 350 mm (13,8 plg) de espesor con un labio de 180 mm (7,1 plg) para formar el ala. Los autobuses funcionan con ruedas de carretera normales, pero ademas disponen de unas ruedas de guiado montadas lateralmente para rodar sobre el ala del carril de guia. Estos autobuses se conducen de la forma habitual cuando estan fuera del carril de guiado, de forma analoga a los vagones del siglo  XVIII que podian maniobrarse sin restricciones alrededor de los pozos de las minas antes de incorporarse a la via con pestanas para efectuar un recorrido mas largo.

Carril puente [ editar ]

El carril puente tiene un perfil con forma de U invertida. Su forma sencilla es facil de fabricar, y fue ampliamente utilizado antes de que los perfiles mas sofisticados fueran lo suficientemente baratos como para producirse a gran escala. En particular, se utilizo en las vias de gran ancho longitudinalmente apoyadas del Great Western Railway , disenadas por el ingeniero britanico Isambard Kingdom Brunel .

Carril Barlow [ editar ]

El carril Barlow fue inventado por William Henry Barlow en 1849. Fue disenado para colocarse directamente sobre el balasto , pero al carecer de traviesas que diesen rigidez transversal al conjunto, era dificil mantener el ancho de via , requiriendo un continuo mantenimiento. Aunque se disenaron unas piezas transversales para intentar solucionar este problema, el diseno no tuvo exito y fue rapidamente abandonado.

Carriles de fondo plano [ editar ]

El carril de fondo plano es el perfil dominante a escala mundial, siendo universalmente empleado con ligeras modificaciones locales por la practica totalidad de las companias ferroviarias.

Carril en T con pie [ editar ]

El carril en T con pie fue el primer tipo de carril de fondo plano utilizado en America del Norte , donde era denominado "flanged T rail" o simplemente "T-section" , aunque esta ultima denominacion puede confundirse con la de los primitivos carriles en "T" sin pie, que carecian de fondo plano). En los inicios del ferrocarril en los Estados Unidos, hasta 1831, se emplearon rieles de madera con correas de hierro. Pero el coronel Robert Livingston Stevens , presidente de Ferrocarril de Camden y Amboy , concibio la idea de que un carril completamente de hierro seria mas adecuado para construir un ferrocarril. No habia fabricas de acero en Estados Unidos capaces de laminar piezas de grandes longitudes, por lo que viajo a Gran Bretana, que era el unico lugar donde entonces se podia producir su carril en T con pie plano. ^{[ 17 ]} ​ Los ferrocarriles del Reino Unido habian estado utilizando rieles laminados con otras secciones transversales, producidos por las principales ferrerias del pais.

En mayo de 1831, un pedido de 500 barras del carril en T con fondo plano, cada una de 15 pies (4,6 m) de largo y con un peso de 36 libras por yarda (17,9 kg/m), llegaron a Filadelfia , donde se colocaron en una via por primera vez. Posteriormente, todos los ferrocarriles de los Estados Unidos emplearon el carril en T con pie ideado por Stevens, quien tambien invento el clavos para unir los carriles a las traviesas de madera (posteriormente sustituidos de forma general por tirafondos roscados).

Carril Vignoles [ editar ]

Partiendo de una idea similar se desarrollo el carril Vignoles , un tipo de rail de fondo plano que debe su nombre al ingeniero Charles Blacker Vignoles , que lo introdujo en Gran Bretana. Vignoles observo el elevado desgaste de los rieles de hierro forjado sujetos con placas de fundicion de hierro sobre bloques de piedra, el sistema mas comun en ese momento, y en 1836 recomendo el riel de fondo plano al Ferrocarril de Londres y Croydon , del que era ingeniero consultor.

Su carril original tenia una seccion transversal mas pequena que el carril de Stevens, con una base mas ancha que los carriles modernos, y estaba sujeto con tornillos que atravesaban la base. Otras lineas que lo adoptaron fueron la de Hull y Selby , la de Newcastle y North Shields , y la del Canal y Ferrocarril de Manchester, Bolton y Bury. ^{[ 18 ]} ​

Cuando fue posible tratar las traviesas de madera con cloruro de mercurio (un proceso llamado Kyanizado ) y con creosota , se obtuvo una rodadura mucho mas silenciosa que con los bloques de piedra, y fue posible sujetar los carriles directamente a las traviesas usando clips u otros sistemas. Su uso se extendio por todo el mundo bajo el nombre de carril Vignoles.

El punto donde los extremos de dos barras de carril se conectan entre si es la parte mas debil de una via ferrea. Los primeros rieles de hierro estaban unidos por una simple placa o barra de metal atornillada a traves del ala de los carriles. Posteriormente se desarrollaron metodos mas eficaces para unir dos barras entre si, como la soldadura. Cuando se coloca suficiente metal, la union es casi tan fuerte como el resto de la longitud del carril. Ademas, la soldadura de las secciones de los rieles consecutivos permite eliminar el tradicional traqueteo de las antiguas vias con barras embridadas, al permitir que la via ferrea disponga de una superficie de rodadura continua y uniforme incluso en las juntas.

Carriles de dos cabezas [ editar ]

A finales de la decada de 1830 en Gran Bretana, las lineas ferreas tenian una amplia gama de patrones diferentes. Una de las primeras lineas en utilizar carriles de dos cabezas fue el Ferrocarril de Londres y Birmingham , que habia ofrecido un premio al mejor diseno. Este carril estaba soportado por bridas verticales , y la cabeza y el pie del riel tenian el mismo perfil. La supuesta ventaja era que, cuando la cabeza se desgastaba, podia darse la vuelta al riel y reutilizarse. En la practica, esta forma de reciclaje no tuvo mucho exito, ya que las bridas de sujecion causaban danos en la superficie inferior, de manera que el carril de dos cabezas simetrico evoluciono para convertirse en el carril de cabeza de toro, en el que la cabeza era mas solida que el pie.

Carril de cabeza de toro [ editar ]

El carril de cabeza de toro ( bullhead en ingles) se convirtio en el estandar del sistema ferroviario britanico desde mediados del siglo  XIX hasta mediados del siglo  XX . Por ejemplo, en 1954 se usaron carriles de cabeza de toro para el montaje de 449 millas (722,6 km) de via nueva, y de fondo plano para 923 millas (1485,4 km). ^{[ 19 ]} ​ Una de las primeras normas British Standards, la BS 9, fijaba las condiciones de los carriles de cabeza de toro. Publicada originalmente en 1905, se reviso en 1924. Los carriles fabricados segun el estandar de 1905 se denominaron "O.B.S." (Original) y los fabricados segun el estandar de 1924 como "R.B.S." (Revisado). ^{[ 20 ]} ​

El carril bullhead es similar al de dos cabezas, excepto en que el perfil de la cabeza no es el mismo que el del pie. Al no disponer de un perfil simetrico, no era posible voltearlo para usar el pie como cabeza. Por lo tanto, debido a ya no tenia la ventaja de poderse reutilizar, se trataba de un metodo muy costoso de colocar rieles. Se necesitaban pesados asientos de hierro fundido para sujetar los carriles, asegurados a su vez a las sillas mediante cunas de madera (posteriormente de acero), que requerian un mantenimiento constante.

Sustituido sistematicamente por el carril de fondo plano en los ferrocarriles britanicos, el carril de cabeza de toro sobrevive vestigialmente en algunas vias de apartado o ramales con trafico reducido. Tambien se puede encontrar en trenes historicos , debido tanto al deseo de mantener la apariencia original de las vias como al rescate y reutilizacion de componentes de vias antiguas de las lineas principales. El Metro de Londres continuo usando carriles de cabeza de toro despues de que se eliminaron gradualmente en otras partes de Gran Bretana, pero se han realizado planes concertados para sustituirlos por carriles de fondo plano. ^{[ 21 ]} ​ Sin embargo, el proceso de sustitucion de las vias en los tuneles es un proceso lento, debido a la imposibilidad de utilizar maquinaria y equipo pesado.

Carril ranurado [ editar ]

Cuando se coloca un carril enrasado con el firme o el pavimento de una calzada, o dentro de superficies con cesped, debe disponerse de una ranura en la cabeza del rail para alojar la pestana de las ruedas. El riel se conoce entonces como carril ranurado , carril acanalado o carril de garganta . La ranura esta delimitada por la cabeza del carril a un lado y por una banda de proteccion al otro. Esta banda no soporta el peso del vehiculo, y solo actua como contracarril.

El carril ranurado fue ideado en 1852 por Alphonse Loubat , un inventor frances que desarrollo mejoras en los tranvias y en los equipos ferroviarios, y que contribuyo a la implantacion de lineas de tranvias en la ciudad de Nueva York y en Paris. ^{[ 22 ]} ​ La invencion de los carriles ranurados permitio colocar los tranvias sin causar molestias a los demas usuarios de la via, excepto a los ciclistas o motoristas desprevenidos, que podian introducir las ruedas de sus vehiculos en la ranura. Las ranuras pueden llenarse de grava y de suciedad (particularmente si se usan con poca frecuencia o despues de un periodo de inactividad) y necesitan limpieza periodica, que se realiza con vehiculos de mantenimiento especiales. Mantener despejadas las ranuras es fundamental para asegurar una rodadura uniforme, evitando danos en las ruedas o en los propios carriles, y el riesgo de descarrilamiento.

Carril con contracarril [ editar ]

La forma tradicional de carril ranurado es la seccion que se ilustra a la derecha. Es una forma modificada de carril de fondo plano, y requiere un montaje especial para la facilitar la transferencia de peso y garantizar la estabilidad del ancho de la via. Si el peso lo soporta el subsuelo de la calzada, se necesitan amarres de acero a intervalos regulares para mantener la anchura de la via. Su instalacion implica que toda la superficie ocupada entre los carriles debe ser excavada y posteriormente rehabilitada.

Carril en bloque [ editar ]

El carril en bloque es una forma de perfil mas baja, con la cabeza macizada y el alma eliminada. Suprimir directamente el alma, y combinar la seccion de la cabeza directamente con la seccion del pie de un carril con contracarril, daria como resultado un perfil demasiado debil, por lo que la seccion combinada requiere un espesor adicional. ^{[ 23 ]} ​

Un carril en bloque moderno, con una reduccion adicional en la masa de acero necesaria, es el carril LR55, ^{[ 24 ]} ​ que se aloja en una viga de hormigon prefabricada, y a la que se sujeta mediante una lechada de poliuretano. Se puede colocar realizando pequenas zanjas en el firme de carreteras asfaltadas existentes, y es apto para tranvias y trenes ligeros. ^{[ 25 ]} ​

Fabricacion y montaje [ editar ]

Por la laminacion 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 America Latina), y se unen entre si mediante eclisas y bulones , sujetandose a la traviesa mediante algun sistema de fijacion.

Tambien se ajusta la trocha y se alinea y nivela el conjunto. Despues es usual, en las vias 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 [ editar ]

En el comienzo del transporte por ferrocarril se utilizaron rieles con dos cabezas, con la intencion de que fueran usados nuevamente una vez que la cabeza en servicio llegara a su limite de desgaste. Posteriormente se vio que tal operacion no era posible, dado que, al invertir su posicion, no resultaban aptos para el trafico debido al desgaste ocasionado por las traviesas en la superficie de apoyo, y se adopto el perfil actual, denominado Vignole , el cual consta de una cara inferior ancha, destinada al apoyo sobre las traviesas, y una cara superior, mas angosta y de mayor altura, destinada a guiar y sostener las ruedas.

En sitios donde coexiste el transito carretero con el trafico 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 pestana de las ruedas del material ferroviario, al tiempo que actua como limite del pavimento.

En gruas es comun emplear un perfil especifico, denominado Burdach , con una forma mas achatada y ancha que en el perfil Vignole.

Partes del riel [ editar ]

• Cabeza/Hongo: parte superior, que se utiliza como elemento de rodadura.
• Patin: base, de anchura mayor que la cabeza, cuya superficie inferior es plana para su apoyo en la traviesa .
• Alma: parte de pequeno espesor que une la cabeza con el patin.

Traviesas [ editar ]

• Traviesas de madera: utilizando maderas como pino, haya, roble, y de quebracho en Sudamerica, dependiendo del uso, el costo y durabilidad necesaria. Este tipo de traviesa proporciona como ventaja, la facil manipulacion 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 esta.

• Traviesas de hormigon: las traviesas de hormigon pretensado o postensado tiene una mayor durabilidad que las traviesas de madera, su peso que ante la manipulacion es una desventaja, resulta tambien ventajoso al proporcionar una mayor estabilidad de la via. Tambien garantiza una provision ilimitada, ya que la traviesa de madera escasea y se encarece cada vez mas.
  1. De hormigon monobloque , pesa aproximadamente 300 kg y conformada por una armadura en su interior, recubierta por un solo bloque de hormigon.
  2. De hormigon bibloque , esta conformada por dos bloques de hormigon de unos 7 dm aproximadamente, unidas por un perfil de hierro en forma de T.

• Traviesas de compuesto (plastico): disenadas para reemplazar a las traviesas de madera, proporcionando las ventajas de la madera y solucionando algunas desventajas como la humedad, evitando la pudricion. Pueden ser utilizadas con traviesas de madera, por lo que su implementacion no necesita un cambio total de la via

Tipos segun las cargas a soportar [ editar ]

• Riel ligero: es aquel cuyo peso no excede de los 40 kg por metro lineal. Se usa en lineas 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 tranvias .
• 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 maxima a transportar. Principalmente se emplea en ferrocarriles de mercancias o pasajeros y metropolitanos, asi como lineas de alta velocidad.

Requisitos que debe cumplir el carril [ editar ]

• Resistir directamente las tensiones que recibe del material rodante y transmitirlas, a su vez, a los otros elementos que componen la infraestructura de la via.
• Realizar el guiado de las ruedas en su movimiento.
• Servir de conductor de la corriente electrica para la senalizacion y la traccion en las lineas electrificadas.

Cualidades buscadas en los rieles [ editar ]

• La superficie de rodadura debe ser lo mas lisa posible para reducir la friccion, pero a la vez, posea rugosidad para mejorar la adherencia rueda carril.
• Caracteristicas geometricas deben encontrarse dentro del intervalo que delimita una calzada de buena calidad, con elevada rigidez, pero debe absorber la energia en forma de deformacion elastica.
• Su peso es deseable para tener elevadas cargas por eje, velocidades y para mantener la seguridad, pero el coste aumenta, aunque tambien se reducen costes de mantenimiento, mayor duracion y menor resistencia al avance de las ruedas. Se suele usar la formula de Shajunianz para buscar el peso optimo del carril.

Caracteristicas necesarias del perfil [ editar ]

• La cabeza del riel debe tener un ancho y altura suficiente segun las cargas y la pestana. El contacto en la rodadura no debe ser puntual, repartiendo los esfuerzos para evitar desgastes, para lo que la inclinacion de la cabeza es de 1/20, compromiso entre la circulacion en recta y en curva.
• El espesor del alma del riel debe transmitir las solicitaciones de la cabeza hacia el patin, teniendo en cuenta la corrosion y las solicitaciones transversales.
• La anchura del patin da la rigidez para una reparticion correcta de la carga sin volteo del riel, siendo la relacion altura-anchura optima entre 1,1 y 1,2. La relacion espesor/ancho del patin debe ser inferior a 0,075, y el espesor exterior superior a 11 mm para evitar enfriamientos irregulares en caso de soldadura.
• Ademas, tambien se requiere un equilibrio termico entre cabeza y patin para evitar deformaciones o tensiones residuales despues de la laminacion o soldadura. Esto se logra con una relacion cabeza-patin 1:1. Tambien se buscan radios de acuerdo grandes (sin perjudicar el comportamiento de servicio) para evitar concentraciones de tensiones en la laminacion del riel, lo que asegura asimismo una mejor expansion y mas regular de la llama de precalentado en las soldaduras. El radio de aristas exteriores sera mayor o igual a 3 mm y su ancho inferior a 160 mm por razones de laminacion.

Adaptados a ruedas conicas o cilindricas [ editar ]

Durante mucho tiempo se ha reconocido que las ruedas de perfil conico y los carriles que tienen la misma pendiente siguen las curvas mejor que las ruedas cilindricas y los carriles con perfiles verticales. Algunos operadores, como los Ferrocarriles de Queensland , emplearon durante mucho tiempo ruedas de perfil cilindrico, hasta que las crecientes cargas por eje impulsaron el cambio al perfil conico. ^{[ 26 ]} ​

Las bandas de rodadura de las ruedas cilindricas tienden a "deslizar" ligeramente en las curvas de las vias, por lo que aumenta tanto la resistencia como el desgaste de las ruedas y los rieles. En vias muy rectas, la banda de rodadura de una rueda cilindrica rueda mas libremente y no produce el indeseable efecto de lazo . La separacion entre los carriles se estrecha ligeramente, evitandose asi que las pestanas de las ruedas golpeen los carriles.

La practica de los Estados Unidos es adoptar una conicidad de 1/20 en el material nuevo. A medida que la banda de rodadura se desgasta, se acerca a una banda de rodadura cilindrica desigual, momento en el que la rueda se reperfila en un torno o se sustituye.

Dureza y materiales [ editar ]

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 microperlitica) y de los compuestos del acero de los rieles, que son: el hierro, carbono, silicio, azufre, fosforo, arsenico y otros minerales e impurezas.

Tabla de materiales de los rieles

Porcentaje de material	Fabricados en Europa	Fabricados en America
% de carbono	0,4 - 0,57	mayor a 0,57
% de manganeso	0,8 - 1,2	menor a 0,8
% de silicio	0,1 - 0,25	0,1 - 0,25
% de fosforo	maximo admisible 0,06	maximo admisible 0,06
% de azufre	maximo admisible 0,06	maximo admisible 0,06

Dureza del riel

	Dureza Brinell, HB
Tipo de riel	Minimo	Maximo
Rieles normales	300	-
Rieles de alta resistencia	341	388

Fluencia en los aceros usuales en los carriles

Concepto	Normal	Alta resistencia
Limite de fluencia, kg/cm² minimo	4920	7730
Limite de ruptura a la traccion, kg/cm² minimo	9840	11950
Alargamiento en 50 mm, % minimo	9	10

Fabricantes [ editar ]

Los carriles se producen con acero de alta calidad y no en grandes cantidades en comparacion con otras formas de acero, por lo que el numero de fabricantes en cualquier pais tiende a ser limitado.

Fabricantes desaparecidos [ editar ]

Pesos y tamanos de railes usuales [ editar ]

El peso de un riel por unidad de longitud es un factor importante para determinar su resistencia y, por lo tanto, la carga por eje y la velocidad de diseno de una linea ferroviaria.

Los pesos se miden en libras por yarda (las unidades imperiales se usan en Canada, el Reino Unido y Estados Unidos) o en kilogramos por metro (las unidades metricas se usan en el resto del mundo: Australia, Europa continental , Iberoamerica, Rusia, China, Japon, Africa...). La equivalencia entre ambas unidades es de: 1 kg/m = 2.0159 lb/yd.

Comunmente, en la terminologia ferroviaria, "libra" es una metonimia de la expresion "libras por yarda" y, por lo tanto, un riel de 132 libras significa un riel de 132 libras por yarda. Analogamente, cuando se habla de un carril de "60 kilos", se entiende implicitamente que se esta haciendo referencia a un carril de 60 kilogramos por metro.

Europa [ editar ]

Los rieles se fabrican en una gran cantidad de tamanos diferentes. Algunos tamanos comunes de rieles europeos incluyen:

40 kilogramos por metro (81 lb/yd) 50 kilogramos por metro (101 lb/yd) 54 kilogramos por metro (109 lb/yd)

56 kilogramos por metro (113 lb/yd) 60 kilogramos por metro (121 lb/yd)

En los paises de la antigua URSS , los rieles de 65 kilogramos por metro (131 lb/yd) y los rieles de 75 kilogramos por metro (151 lb/yd) (no endurecidos termicamente) son comunes. Los rieles de 75 kilogramos por metro (151 lb/yd) endurecidos termicamente tambien se han utilizado en ferrocarriles de servicio pesado como el Ferrocarril Baikal-Amur , pero su funcionamiento ha demostrado ser deficiente y se rechazaron principalmente a favor de los rieles de 65 kilogramos por metro (131 lb/yd). ^{[ 29 ]} ​

America del Norte [ editar ]

La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (o ASCE) especifico perfiles de rieles en 1893 con incrementos de 5 libras por yarda (2,5 kg/m) desde 40 a 100 libras por yarda (19,8 a 49,6 kg/m). La altura total del carril es igual al ancho del pie para cada peso ASCE; y los perfiles se especificaron con una proporcion fija de peso en la cabeza, el alma y el pie de 42%, 21% y 37%, respectivamente. El perfil ASCE de 90 libras por yarda (44,6 kg/m) se consideraba adecuado, siendo los calibres mas pesados menos satisfactorios. En 1909, la American Railway Association (o ARA) especifico perfiles estandar para incrementos de 10 libras por yarda (4,96 kg/m) desde 60 a 100 libras por yarda (29,8 a 49,6 kg/m). La Asociacion Estadounidense de Ingenieria Ferroviaria (o AREA) especifico perfiles estandar para los rieles de 100 libras por yarda (49,6 kg/m), 110 libras por yarda (54,6 kg/m) y 120 libras por yarda (59,5 kg/m) en 1919, para los rieles de 130 libras por yarda (64,5 kg/m) y 140 libras por yarda (69,4 kg/m) en 1920 y para los rieles de 150 libras por yarda (74,4 kg/m) en 1924. La tendencia era aumentar la relacion altura/pie-ancho del riel y fortalecer el alma. Las desventajas del pie mas estrecho se superaron mediante el uso de sujeciones mas eficaces. Las recomendaciones de AREA redujeron el peso relativo de la cabeza del riel hasta un 36%, mientras que los perfiles alternativos redujeron el peso de la cabeza hasta un 33% en los rieles mas pesados. Tambien se centro la atencion en los radios del perfil, mejorados para reducir la concentracion de tensiones en la union del alma con la cabeza. AREA recomendo con caracter general el perfil ARA de 90 libras por yarda (44,6 kg/m). ^{[ 30 ]} ​ Los viejos rieles ASCE de peso mas ligero permanecieron en uso y satisficieron la demanda limitada de rieles ligeros durante algunas decadas. AREA se fusiono con la American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association en 1997. A mediados del siglo  XX , la mayor parte de la produccion de rieles era "medianamente pesada" (55,6 a 59,0 kg/m) y "pesada" (63,0 a 69,4 kg/m). Los tamanos debajo del riel de 100 libras por yarda (49,6 kg/m) generalmente son para cargas mas ligeras, vias de bajo uso o trenes ligeros . La via que usa rieles de 100 a 120 libras por yarda (49,6 a 59,5 kg/m) es adecuada para cargas o velocidades reducidas, como en el caso de ramales ferroviarios o redes de metro (por ejemplo, la mayor parte de las vias del sistema del Metro de Nueva York estan construidas con el riel de 100 libras por yarda (49,6 kg/m)). La via de las lineas principales generalmente se construye con un riel de 130 libras por yarda (64,5 kg/m) o mas pesado. Algunos tamanos comunes de rieles norteamericanos incluyen: ^{[ 31 ]} ​

75 libras por yarda (37,2 kg/m) (ASCE) 80 libras por yarda (39,7 kg/m) (Dudley) Ferrocarril Central de Nueva York 85 libras por yarda (42,2 kg/m) (ASCE) 90 libras por yarda (44,6 kg/m) (ARA) 100 libras por yarda (49,6 kg/m) (AREA) 105 libras por yarda (52,1 kg/m) (Dudley) Ferrocarril Central de Nueva York 112 libras por yarda (55,6 kg/m) ( KCSC ) 115 libras por yarda (57,0 kg/m) (AREA)

119 libras por yarda (59,0 kg/m) Colorado Fuel and Iron 127 libras por yarda (63,0 kg/m) (Dudley) Ferrocarril Central de Nueva York 132 libras por yarda (65,5 kg/m) (AREA) 133 libras por yarda (66,0 kg/m) (AREA) 136 libras por yarda (67,5 kg/m) Colorado Fuel and Iron 140 libras por yarda (69,4 kg/m) (AREA) 141 libras por yarda (69,9 kg/m) (producido por Nippon (Japon)) 155 libras por yarda (76,9 kg/m) (ya no esta en produccion) Ferrocarril de Pensilvania

Rieles de grua de America del Norte [ editar ]

Algunos tamanos comunes de rieles de gruas en America del Norte incluyen:

12 libras por yarda (5,95 kg/m) 20 libras por yarda (9,9 kg/m) 25 libras por yarda (12,4 kg/m) 30 libras por yarda (14,9 kg/m) 40 libras por yarda (19,8 kg/m)

60 libras por yarda (29,8 kg/m) 80 libras por yarda (39,7 kg/m) 85 libras por yarda (42,2 kg/m) 104 libras por yarda (51,6 kg/m)

105 libras por yarda (52,1 kg/m) 135 libras por yarda (67 kg/m) 171 libras por yarda (84,8 kg/m) 175 libras por yarda (86,8 kg/m)

Australia [ editar ]

Algunos tamanos comunes de rieles australianos incluyen:

30 kilogramos por metro (60,5 lb/yd) 36 kilogramos por metro (72,6 lb/yd) 40 kilogramos por metro (80,6 lb/yd) 47 kilogramos por metro (94,7 lb/yd)

50 kilogramos por metro (100,8 lb/yd) 53 kilogramos por metro (106,8 lb/yd) 60 kilogramos por metro (121 lb/yd) 68 kilogramos por metro (137,1 lb/yd)

• 50 kg/m y 60 kg/m son el estandar actual, aunque todavia se fabrican algunos otros tamanos. ^{[ 32 ]} ​
• Algunos tamanos estadounidenses se utilizan en los ferrocarriles pesados dedicados al transporte de mineral de hierro del noroeste de Australia Occidental .

Longitudes de carril [ editar ]

Las barras de los carriles deben fabricarse de la mayor longitud posible, ya que las juntas o uniones entre las barras son una fuente de debilidad de la via. A medida que los procesos de fabricacion han mejorado, las longitudes de los carriles han aumentado. Los carriles largos son flexibles y no hay problema al pasar por las curvas cuando se transportan en trenes carrileros hasta el lugar de montaje. Carriles de 130 metros (142,2 yd) de largo (las barras mas largas del mundo laminadas en una sola pieza hasta entonces), fueron producidos en la India por la aceria de Bhilai (SAIL) el 29 de noviembre de 2016. ^{[ 33 ]} ​

A continuacion se incluye una lista en orden cronologico de los incrementos de longitud registrados en la fabricacion de carriles:

• 1825 15 pies (4,6 m) Ferrocarril de Stockton y Darlington 5,6 lb/yd (2,78 kg/m); vease S&DR
• 1830 15 pies (4,6 m) Ferrocarril de Liverpool y Manchester 35 lb/yd (17,4 kg/m); carriles de vientre de pez
• 1850 39 pies (11,9 m) Estados Unidos (para adaptarse a los vagones abiertos de 12,19 m)
• 1895 60 pies (18,3 m) Ferrocarril de Londres y del Noroeste (Reino Unido) (cuatro veces 4,57 m y dos veces 9,14 m)
• 2003 216 metros (236,2 yd) (Railtrack (Reino Unido) tren carrilero) ^{[ 34 ]} ​
• 2010 260 metros (284,3 yd) Aceria de Bhilai (cuatro veces 213,25 pies y dos veces 426,51 pies) ^{[ 33 ]} ​

La soldadura de carriles para obtener barras mas largas se introdujo por primera vez alrededor de 1893, y se puede realizar en una planta central o sobre la propia via, empleando soldadura aluminotermica o equipos electricos.

• 1895 Johannes Wilhelm Goldschmidt introdujo la soldadura aluminotermica . ^{[ 35 ]} ​
• 1935 Charles Cadwell introdujo la soldadura aluminotermica de metal no ferroso.

Normativa [ editar ]

• EN 13674-1 - Aplicaciones ferroviarias - Via - Carril - Parte 1: Carriles de ferrocarril Vignoles de 46 kg/m y mas -2d10f5e25f63/es-13674-1-2011 EN 13674-1
• EN 13674-4 - Aplicaciones ferroviarias - Via - Carril - Parte 4: Carriles de ferrocarril Vignoles desde 27 kg/m hasta 46 kg/m, pero excluyendo -40d0-478d-9160-a03ee0c1b1ca/es-13674-4-2019 ES 13674-4

Vease tambien [ editar ]

Referencias [ editar ]

Enlaces externos [ editar ]

• Wikimedia Commons alberga una categoria multimedia sobre rieles ferroviarios en general .
• Wikimedia Commons alberga una categoria multimedia sobre perfiles de carril .
• Rieles de acero britanico, rieles Vignoles, rieles ranurados y rieles especiales (rieles para interruptores y cruces, rieles conductores y rieles de retencion)
• Rieles para gruas de British Steel, Rieles para gruas
• Manual de ThyssenKrupp, Vignoles rail
• Manual ThyssenKrupp, riel Light Vignoles
• Riel ranurado ThyssenKrupp
• Sistema de vias LR55 Detalles completos
• Tabla de secciones de rieles en T de America del Norte (fondo plano) Archivado el 27 de febrero de 2021 en Wayback Machine .
• ArcelorMittal Crane Rails
• Seguimiento de componentes y materiales
• Riel ranurado o viga
• Wirth Girder Rail Archivado el 11 de abril de 2021 en Wayback Machine .
• MRT Track & Services Co., Inc / Krupp, T y rieles de viga, desplacese hacia abajo Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine .
• Datos ferroviarios... Construccion, seguridad y mas.
• ≪Innovation in Rail Steel≫ . www.msm.cam.ac.uk . Archivado desde el original el 16 de diciembre de 2016 . Consultado el 4 de mayo de 2018 .