Trazado e infrastructura

La posibilidad de variar las inclinaciones entre límites muy amplios confiere a los ferrocarriles de gran pendiente la ventaja característica de poderse adaptar en gran manera a la forma del terreno. Ello hace posible situar la mayor parte de la línea sobre el terreno natural, reduciendo de manera importante obras tales como el movimiento de tierras y los túneles. En lo referente al radio de las curvas, cuando se trata de hacer circular por ellas coches de ancho de vía normal (1435 mm), el radio mínimo es de 200 a 180 m, tanto ara los tramos de adherencia como para los de cremallera. Si se trata de vías más estrechas, en cambio y siempre que el material pueda inscribirse en curvas cerradas, la cremallera nunca es obstáculo para utilizar radios muy pequeños. Para el paso de curva a recta y viceversa se han demostrado supérfluas las curvas especiales de transición, pero en cambio sí se recomienda que entre curvas de sentido contrario exista al menos un tramo de carril recto. Los ferrocarriles sólo de cremallera no acostumbran a utilizar ningún sobreancho, y Silvester Marsh (cremallera del Mount Washington) había renunciado hasta al juego lateral. La razón de ello es muy simple. Si ya de nuevo se da al carruaje un juego de 10 a 12 mm, si a esto se añade que la vía (antiguamente dispuesta sobre traviesas de madera) ya de entrada presenta sobreanchos de unos milímetros que con el tiempo tienden a aumentar de manera inevitable, y si además se considera el aumento de juego lateral producido per el desgaste de las placas de asiento y de las pestañas de las ruedas, se tendrá que con el tiempo aparecerá un juego lateral de 20 a 30 mm en total, valor que no resulta tolerable. Ese es el motivo de que las líneas del sistema Riggenbach utilicen una rueda dentada de 100 mm de anchura, con una distancia entre laterales de cremallera de 126 mm; de ese modo la rueda dentada puede moverse 13 mm a cada lado sin ocasionar ningún problema. Cuando se trata de ferocarriles normales, sin embargo, el sobreancho resulta indispensable. Abt ha dado a sus ferrocarriles un sobreancho de hasta 21 mm y, por lo que la experiencia demuestra, con gran éxito. El sobreancho se da de la forma siguiente:

Radio (m)	Sobreancho (mm)
Más de 500	0
500 a 350	7
349 a 250	14
Menos de 250	21

De estos sobreanchos, el primero (7 mm) se aplica solamente al carril interior, el segundo (14 mm) a ambos carriles, con 7 mm a cada uno, mientras que el sobreancho máximo (21 mm) se reparte dando 14 mm al carril interior y 7 mm al carril exterior, de manera que la cremallera permanezca en el eje de la vía. Por otra parte, las ruedas dentadas disponen de un juego lateral de ±28 mm. También en los primeros ferrocarriles de cremallera se consideró supérfluo el peraltado, pero gradualmente se fue introduciendo, de forma más limitada en las líneas sólo de cremallera, pero de forma total en las líneas mixtas de adherencia y cremallera. Para via normal y métrica, a la velocidad correspondiente a los tramos dotados de cremallera (unos 3 m/s), han dado buen resultado los peraltes siguientes, que se refieren a alturas del carril exterior sobre el interior:

Radio (m)	Peralte (mm)
	Via normal (1435 mm)	Via métrica (1000 mm)
150	90	63
200	75	52
300	50	35
400	25	17
500	10	10

Los ferrocarriles sólo de cremallera utilizan un peralte de 30 a 40 mm. En algunos de los antiguos ferrocarriles de cremallera no se utilizaron unas curvas de acuerdo vertical adecuadas en el enlace de las rasantes, lo que ha sido un inconveniente para la explotación. Unos cambios de inclinación demasiado bruscos hacen que al maquinista no le sea posible mantener una velocidad regular, motivo ya suficiente para elegir unas curvas de acuerdo suaves; per, además, se producen saltos en los mecanismos del tren y en los topes que, a veces, son causa de elevación en puntos del convoy. En el caso de móviles de tres ejes el peligro reside en que, debido al ángulo de ataque de la curva de acuerdo, el eje central resulte totalmente aligerado, perdiendo así el guiado de la vía, o bien en el ángulo de salida de la curva de acuerdo, donde el eje central soporta todo el peso del móvil, de modo que en tal caso se aligera el eje posterior y los topes fácilmente se empujan unos a otros, llegando en ocasiones a remontarse. Inclusive en las líneas en las que los trenes se componen solamente de la locomotora y un coche, se recomienda que las curvas de acuerdo vertical notengan un radio inferior a 300 m, o mejor aun 500 m, aunque se permiten radios de 300 m para las curvas de acuerdo vertical cóncavas. Es también necesario no limitar la cremallera a las rampas pronunciadas, sino que es preciso prolongarla hacia el tramo inmediato, ya que así la locomotora, vaya detrás o delante del tren, pasará la entrada de cremallera y se encontrará ya sobre ésta antes de que la resistencia del tren se haga mayor a causa de la mayor inclinación de la vía. De igual manera se recomienda especialmente que la longitud de vía plana en las estaciones sea lo bastante larga, a fin de que no se dé el caso que a cada maniobra o cambio de vía la locomotora tenga que ocupar la entrada de cremallera y el principio de la rampa correspondiente.

Soporte artificial alojado en el subsuelo. Soporte artificial alojado en un bloque de hromigón.

Por lo que se refiere a la infrastructura, la de un ferrocarril de cremallera no difiere, en lo relativo a los trabajos de construcción, de la de un ferrocarril normal bien construído; sin embargo, es en el ferrocarril de cremallera donde más es preciso recomendar la mejor y más resistente infrastructura. Ha dado un resulado excelente la construcción de una plataforma de la vía bien ancha, dispuesta sobre una cama de balasto delimitada a cada lado con un muro, que también contribuye a reducir el movimiento de la superestructura, especialmente en tramos sinuosos. En las inclinaciones elevadas y especialmente en el caso de infrastructuras poco idóneas, se han demostrado imprescindibles los soportes artificiales, que evitan el corrimiento de la vía en sentido descendente cuando la pendiente es pronunciada. En la línea del Generoso, Abt utilizó el tipo de construcción de las figuras adyacentes, que halló aceptación universal. Según fuese la naturaleza del terreno y a inclinación del trazado, se alojaban en pozos en el subsuelo o bien se fabricaban grandes bloques de hormigón, a cada 50 a 200 metros, introduciéndose en ellos trozos de carril de un metro de longitud de manera que sobresaliesen a nivel de vía por el lado inferior de la traviesa, con la que, si hacía falta, se anclaba mediante tiras de chapa o hierros planos. Esta disposición tiene la ventaja de que una elevación o descenso de la vía, como los producidos por el ripado o el bateado, no le resta eficacia al apoyo.

La superestructura con traviesas de hierro presenta menor deslizamiento que la que utiliza traviesas de madera. En las líneas con inclinación inferior al 70‰ generalmente no es necesario ningún apoyo si la infrastructura es de calidad.

cargols.

Superestructura

Carriles y traviesas

Los primeros ferrocarriles de cremallera eligieron unos carriles de muy poca sección. Sólo por lo referente al deslizamiento de la superestructura que, en los tramos más inclinados, hacen especialmente necesario que ésta sea robusta, resulta recomendable el uso de carriles más pesados y de bridas angulares para fijarlos firmemente a las trviesas. Debido a la necesidad de un asentamiento preciso de toda la superestructura y del mantenimiento del ancho de vía, así como también a causa de las grandes solicitaciones a las que aquella se ve sometida, resulta muy recomendable el uso de traviesas metálicas. Las uniones entre traviesa y carril se solucionan de formas distintas: en el Harz, por ejemplo, mediante grapas y clavijas, mientras que en un gran número de líneas se utilizan las llamadas fijaciones del Rin, con placas de presión y tornillos.

Cremalleras

Ya Cathcart, que conocía bien el comportamiento de las ruedas dentadas, dió a su cremallera un dentado evolvente. En cambio, Silvester Marsh se había decidido por el dentado puntual, ya que le permitía fabricar los dientes a partir de varilla redonda. Aunque esta solución era también buena, el dentado evolvente resulta tan adecuado que también Riggenbach lo eligió y hasta hoy lo han usado todas las cremalleras sin excepción, ya que ofrece la ventaja de permitir distintas profundidades de engrane de la rueda. En la forma de escalera, la cremallera se fabrica en unidades de tres metros de largo. Cada unidad consta de dos ángulos o dos perfiles en U, entre los cuales se sitúan los dientes que, como se ha dicho, originariamente eran redondos y más tarde cedieron ellugar a los de sección trapezoidal. Los orificios de los laterales era preciso punzonarlos, toda vez que no eran totalmente circulares sino que en la partes superior e inferior tenían unos planos para impedir que los dientes pudiesen girar. Pero esa clase de mecanización acarreó un sinfín de problemas, de modo que se prescindió del punzonado y se perforó a broca, remachando después los dientes por sus extremos, lo cual además daba una gran solidez a toda la cremallera. Todo ello llevó a la construcción de la cremallera de Klose y Bissinger. En estos casos, para poder realizar con facilidad los orificios laterales, es preciso que tanto éstos como los extremos de los dientes sean de sección circular. Pero quedaba aun por resolver el giro de los dientes sobre su eje longitudinal; con tal motivo, se previó en cada lateral un resalte sobre el que se apoyaba el dientpor su parte inferior. Finalmente, para evitar tener que remachar los dientes, éstos se dejaban sobresalir, se adjuntaba una brida plana y el conjunto se fijaba con pernos y tuercas. La unidad de cremallera así construída o bien se disponía sobre la traviesa y se fijaba a ella con tirafondos o bien, si era preciso elevar la cremallera, se fijaban las unidades de cremallera a soportes o cojinetes de fundición o de chapa, y éstos se sujetaban a la traviesa. Para las curvas, si no eran muy cerradas, las unidades de cremallera se fabricaban como trozos de recta; si las curvas eran más cerradas, se curvaban convenientemente en el taller. Pero en el caso de curvas muy cerradas, se perforaban las caras interior y exterior de manera que los dientes estuviesen en la posición correcta respecto al punto medio del círculo. Las placas dentadas de Abt estaban fabricadas según otro concepto: estas placas no llegan a laobra como un todo acabado, sino que lo hacen en trozos sueltos que es preciso montar in situ, tal como se hace con los carriles. Consisten en dos o tres barras paralelas con el dentado en la parte superior, sirviendo su parte inferior paa fijarlas a los soportes, que hacen de unión entre las cremalleras y las traviesas. Los soportes son de acero laminado o de fundición de acero especialmente escogida para esta aplicación. Mediante el entrelazado de los dientes, que implica el de las placas dentadas y es característico del sistema Abt, las uniones resultan excepcionalmente resistentes por sí mismas. En una unión, una placa (si la cremallera es doble) o dos (si la cremallera es triple) pasan por el soporte sinj ninguna discontinuidad y, por tanto, el soporte junto con el espesor de las cremalleras forman una brida de sujeción muy robusta: los dos extremos de las placas que se unen en un soporte lo hacen enmedio de sendas bridas planas de acero. Por lo que respecta a la cremallera Strub, se fabrica en longitudes de 3,5 metros. El dentado se obtiene por perforación y tallado de la cabeza especialmente sólida de un carril de patín. Comoquiera que el fondo del vaciado (espacio entre dientes) es de una cierta anchura, se le da también una cierta pendiente lateral para prevenir un eventual taponamiento por el hielo. La fijación a la traviesa se hace con bridas angulares especiales muy sólidas.

Dilatación lineal

Las cremalleras de escalera se fijan por su extremo inferior. Con las longitudes usuales de las piezas de cremallera (3 a 3,5 m) y con las variaciones de temperatura de los climas más moderados, la parte superior se dilata unos 3 mm. Por tanto, son de esperar errores de este orden en el paso de una de las uniones. Si a ello no se le añade ninguna otra alteración y según ha demostrado la experiencia, no son de temer problemas de engrane. La influencia de la temperatura es aun más despreciable en el caso de placas dentadas con el dentado entrelazado. Como ya se ha indicado, la placa va también sujeta por su parte media; por tanto y para una longitud de 0,9 m desde el punto central, la variaicón en el extremo es de ±0,25 mm. La desviación del valor del paso que ello produce en las uniones es, por tanto, muy pequeña; pero se hace totalmente despreciable si a cada lado de la unión existe una placa entera (como es el caso). Más adelante se verá como esas circunstancias favorables pueden aprovecharse para la fijación de la cremallera a los puentes de hierro largos.

Material

Las cremalleras más antiguas eran de acero laminado y forjado; luego fueron de acero fundido y los soportes de fundición normal. Las placas de cremallera Abt se fabrican de acero fundido tenaz, obtenido por los procedimientos Martin o Thomas y con una resistencia a a tracción de al menos 48 kg/mm², un alargamiento a la rotura de por lo menos el 20% y un estrangulamiento del punto de rotura no inferior al 38%. El carril dentado (Strub) es de acero algo dulce, de 45 kg/mm² de resistencia. Todas las piezas de sujeción son de forja. El desgaste de la cremallera, sea esta del tipo que sea, es muy pequeño; pero es preciso no ignorar que una lubricación adecuada no sólo conserva más los dientes de la rueda dentada y de las cremalleras, sino que además reduce también las resistencias por rozamiento.

Entradas de cremallera

Cuando se trata de ferrocarriles sólo de cremallera, las ruedas dentadas permanecen siempre engranadas con la cremallera, pero en el caso de líneas que alternan la adherencia con la cremallera ello no es así. La primera locomotora mixta de cremallera la del Madison- Indianapolis) tenía el eje de la rueda dentada elevable. El tren entraba en la sección de cremallera con la fuerza viva acumulada y entonces lentamente se hacía descender la rueda dentada y así se producía el engrane. Como ya se ha indicado, la primera locomotora mixta entregada a la línea de Ostermund tenía que moverse adelante y atrás por el principio de la cremallera hasta lograr un engrane correcto de la rueda dentada.

Entrada de cremallera creada por Roman Abt.

Esas dificultades fueron superadas el año 1876 por la entrada de cremallera inventada y realizada por Roman Abt con gran perfección. Esta entrada de cremallera consta de una pieza de cremallera de unos 3 metros de longitud que descansa sobre resortes y que está unida con la cremallera fija normal mediante una articulación. Cuando la rueda dentada de la máquina se acerca a esta entrada de cremallera y entra en contacto con este mecanismo no hay que temer ningún daño, ya que la pieza articulada cederá hasta el momento en que se produzca el engrane. En el caso de locomotoras con acoplamiento fijo entre ruedas adherentes y rueda dentada no es probable que de entrada los dientes coincidan. Pero si la pieza inicial de cremallera tiene un dentado de un paso mayor o menor que el de la rueda, con el giro de ésta se produce a cada paso una nueva variación de posición relativa entre rueda y cremallera, la cual muy proto se hace lo bastante grande para que un diente de la rueda coincida con un espacio de la cremallera. En ese instante y por efecto de dos resortes comprimidos bajo la pieza de entrada, ésta vuelve a su posición primitiva y el engrane queda hecho. En el caso de locomotoras con accionamiento separado se puede prescindir de esta variación del paso en la pieza de entrada de cremallera. Como que las ruedas adherentes y la rueda dentada pueden girar a velocidades distintas, en el caso que las ruedas dentadas monten sobre la pieza de entrada, rodarán sobre ella según su círculo primitivo y, por tanto, recorrerán un camino mayor que el correspondiente al círculo de engrane. Muy pronto, pasados unos pocos dientes, se reduce la diferencia de posición relativa y se produce el engrane.

Agujas y plataformas giratorias

En las líneas mixtas de cremallera pueden usarse toda clase de cambios de agujas y cruzamientos en el tramo de adherencia, de modo que no sea necesario pensar en dispositivos especiales para las cremalleras. Las cosas son de otro modo en el caso de líneas de cremallera exclusivamente. Las construcciones antiguas y también la línea del Pilatus utilizan grandes plataformas giratorias sobre las cuales se situa el tren con locomotora incluída y, mediante dispositivos adecuados, se hace girar dicha plataforma y con ella el tren que contiene. Es incuestionable que de ese modo se realiza el cambio de sentido del tren en el menor espacio posible, a no ser que la instalación de tales plataformas es muy cara, su manipulación es lenta y, si no se va con mucho cuiado, no resulta totalmene fiable.

Aguja de cremallera sistema Abt.

Hacía ya tiempo que se buscaba para la superestructura de cremallera una aguja adecuada y similar a las usuales. Con el tiempo se perfeccionó y presenta la disposición que muestra la figura. Esta aguja se utilizó por primera vez en las líneas del sistema Abt y después se adaptó a los otros sistemas, de modo que fue sustituyendo cada vez más a toda una serie de transbordadores en los cremalleras de escalera.

Fijación de la cremallera a los puentes de hierro

Dificultades similares a las que se presentan debido a la variación de longitud de los carriles en los puentes largos, se dan también en el caso de las cremalleras. Aquí, sin embargo, la solución adoptada ha de ser más precisa ya que las variaciones que permite el paso del dentado sólo pueden variar dentro de un margen muy estrecho. Es por ello que todos los ferrocarriles hicieron el esfuerzo de eliminar los puentes de hierro largos, sustituyéndolos por puentas de piedra o de fábrica. Hasta llegar al puente de hierro la cremallera conserva su posición fija e invariable, de manera que puede considerársela fija en el extremo inferior del puente. Pero en el extremo superior del puente aparecerá toda la dilatación de acuerdo con su longitud. El coeficiente de dilatación es de 1/850 para una diferencia de temperatura de 100 °C y, puesto que en nuestro clima (se refiere a Suiza) hay que contar con un margen de temperatura de 65 a 70°C, le corresponde una dilatación del 0,08%. O sea, para una luz del puente de 30 m ello ya supone un desplazamiento en el extremo superior de 24 mm. Una variación de paso de esa magnitud no puede tolerarse en la cremallera de ningún sistema sin peligro para el engrane.

Fijación de la cremallera de escalera en un puente de hierro. Fijación de la cremallera Abt en un puente de hierro.

Una solución simple, utilizada a manudo con éxito en el caso de las cremalleras de escalera, consiste en no fijar la cremallera directamente a la estructura de hierro, sino a un zócalo de madera. La fijación de la cremallera al zócalo se hace de forma usual, pero éste se fija a la estructura de hierro de forma lateral, a fin de permitir juego longitudinal. En otras líneas, en cambio, se observa el principio en que se basan las cremalleras Abt, que se fijan directamente a la estructura del puente, ya que se pueden permitir variaciones de hasta 2 mm sin ningún peligro para el funcionamiento. Si se mantiene un juego longitudinal de 2 mm en los orificios de fijación de los extremos de las placas de cremallera y si las tuercas no han sido fuertemente apretadas existe la posibilidad de que las placas dentadas se desplacen precisamente esa misma distancia, o bien que una tire de la otra. Por otra parte, esos 2 mm son a dilatación máxima que corresponde a la longitud de una placa dentada. La variación de longitud de un puente, aunque sea de unos centímetros, con una adecuada instalación de las cremalleras Abt se reparte proporcionalmente entre las uniones de las placas dentadas, de manera que las variaciones del paso del dentado no superan 1 mm.

Soporte con ranura de fijación.

Los soportes de la cremallera acusarán en el extremo superior del puente la acumulación de dichas variaciones; por eso es preciso ajustarlas a un múltiplo de esas variaciones, o sea, en la base del soporte hace falta una ranura de fijación en lugar de un orificio circular. En el caso de puentes muy largos el desplazamiento es tan importante que se recomienda utilizar soportes en número suficiente y situados sobre dos traviesas, disposición que resulta también recomendable para los extremos de cualquier puente, a fin de tener una independencia completa respecto al mismo en el caso que se tuviera que mover la superestructura.

© Eugeni Pont, 1998