Perfil del riel

Los primeros raíles eran simplemente trozos de madera. Para resistir el desgaste, se colocaba una fina tira de hierro sobre el raíl de madera. Esto ahorraba dinero, ya que la madera era más barata que el metal. El sistema tenía el inconveniente de que, de vez en cuando, el paso de las ruedas del tren hacía que la tira se desprendiera de la madera. Richard Trevithick fue el primero en informar de este problema en 1802. El uso de raíles de tiras en Estados Unidos (por ejemplo, en el ferrocarril de Albany y Schenectady hacia 1837) provocó que los pasajeros fueran amenazados con "cabezas de serpiente" cuando las tiras se enrollaban y penetraban en los vagones. ^{[ 2 ]}

El riel en T fue una evolución del riel de correa que tenía una sección transversal en forma de 'T' formada al ensanchar la parte superior de la correa para formar una cabeza. Este tipo de riel tuvo una vida generalmente corta, siendo retirado gradualmente en Estados Unidos hacia 1855. ^{[ 9 ]}

El carril plano era un tipo de carril antiguo y tenía una sección transversal en forma de "L" en la que la pestaña mantenía una rueda sin pestaña sobre la vía. El carril con pestaña tuvo un pequeño resurgimiento en la década de 1950, como barras guía , en el metro de París ( metro sobre neumáticos o metro francés sur pneus ) y más recientemente como autobús guiado . En el sistema de autobuses guiados de Cambridgeshire , el carril es una viga de hormigón de 350 mm (14 pulgadas) de espesor con un reborde de 180 mm (7,1 pulgadas) que forma la pestaña. Los autobuses circulan sobre ruedas de carretera normales con ruedas guía montadas lateralmente que se apoyan contra las pestañas. Los autobuses se dirigen normalmente cuando salen del sistema de autobuses, de forma análoga a los vagones del siglo XVIII que podían maniobrarse alrededor de las bocaminas antes de incorporarse a la vía para el trayecto más largo.    

El riel para puentes es un riel con perfil en U invertida. Su forma simple facilita su fabricación y se utilizó ampliamente antes de que los perfiles más sofisticados se volvieran lo suficientemente económicos como para producirlos en masa. Se utilizó notablemente en la vía de maniobra de 2140 mm (7 pies 1/4 de pulgada ) del Great Western Railway , diseñada por Isambard Kingdom Brunel .    

El raíl Barlow fue inventado por William Henry Barlow en 1849. Fue diseñado para colocarse directamente sobre el balasto , pero la falta de traviesas dificultaba mantener el ancho de vía correcto.

El carril de fondo plano es el perfil de carril predominante en el uso mundial.

Riel de fondo plano

El riel Vignoles es un nombre popular para el riel de fondo plano, en reconocimiento al ingeniero Charles Vignoles, quien lo introdujo en Gran Bretaña . Charles Vignoles observó que se producía desgaste en los rieles de hierro forjado y las sillas de hierro fundido sobre bloques de piedra, el sistema más común en ese momento. En 1836 recomendó el riel de fondo plano al ferrocarril de Londres y Croydon , del cual era ingeniero consultor. Su riel original tenía una sección transversal más pequeña que el riel Stevens, con una base más ancha que el riel moderno, fijado con tornillos a través de la base. Otras líneas que lo adoptaron fueron el Hull y Selby , el Newcastle y North Shields , y la Manchester, Bolton y Bury Canal Navigation and Railway Company. ^{[ 11 ]}

En el Reino Unido, cuando se logró conservar las traviesas de madera con cloruro mercúrico (un proceso llamado cianización ) y creosota , se obtuvo un viaje mucho más estable y silencioso que con los bloques de piedra. Los raíles se fijaban directamente a las traviesas con clavos . Su uso, y el nombre de Vignoles, se extendieron por todo el mundo. Sin embargo, las compañías ferroviarias británicas prefirieron los raíles de cabeza de toro, fijados con chavetas de madera en soportes de hierro fundido, hasta la década de 1970.

La unión donde se conectan los extremos de dos rieles es la parte más débil de una vía férrea. Los primeros rieles de hierro se unían mediante una simple placa de unión o barra metálica atornillada a través del alma del riel. Se han desarrollado métodos más resistentes para unir dos rieles. Cuando se añade suficiente metal a la unión del riel, esta adquiere una resistencia casi igual a la del resto de la longitud del riel. El ruido generado por los trenes al pasar sobre las juntas de los rieles, conocido como "el traqueteo de la vía", puede eliminarse soldando las secciones de riel. Un riel soldado de forma continua presenta un perfil superior uniforme incluso en las juntas.

A finales de la década de 1830, los ferrocarriles británicos utilizaban diversos diseños de rieles. El ferrocarril de Londres y Birmingham , que ofrecía un premio al mejor diseño, fue una de las primeras líneas en utilizar rieles de doble cabeza, donde la cabeza y la base del riel tenían el mismo perfil. Estos rieles estaban sostenidos por soportes fijados a las traviesas. ^{[ 12 ]}

La ventaja de los raíles de doble cabeza era que, cuando la cabeza del raíl se desgastaba, podían voltearse y reutilizarse. En 1835, Peter Barlow, del ferrocarril de Londres y Birmingham, expresó su preocupación de que esto no tendría éxito porque la silla de soporte causaría hendiduras en la superficie inferior del raíl, haciéndolo inadecuado como superficie de rodadura. Aunque el Great Northern Railway sí experimentó este problema, los raíles de doble cabeza se utilizaron y voltearon con éxito en el London and South Western Railway , el North Eastern Railway , el London, Brighton and South Coast Railway y el South Eastern Railway . Los raíles de doble cabeza continuaron utilizándose ampliamente en Gran Bretaña hasta la Primera Guerra Mundial . ^{[ 12 ]}

El carril de cabeza de toro se desarrolló a partir del carril de doble cabeza. El perfil de la cabeza del carril no es igual al de la base. Debido a esta falta de simetría, no era posible invertir el carril de cabeza de toro y usar la base como cabeza. Era un método costoso para tender vías, ya que se necesitaban pesadas sillas de hierro fundido para sostener el carril, que se fijaba a las sillas mediante cuñas de madera (más tarde de acero) o "llaves", que requerían mantenimiento regular.

El carril de cabeza de toro fue el estándar para el sistema ferroviario británico desde mediados del siglo XIX hasta mediados del siglo XX. En 1954, se utilizó carril de cabeza de toro en 723 km (449 millas ) de vía nueva y carril de fondo plano en 1485 km (923 millas ) . ^{[ 13 ]} Una de las primeras normas británicas , la BS 9, fue para el carril de cabeza de toro, que se publicó originalmente en 1905 y se revisó en 1924. Los raíles fabricados según la norma de 1905 se denominaban "OBS" (Original), y los fabricados según la norma de 1924 como "RBS" (Revisado). ^{[ 14 ]}  

El carril de cabeza de toro ha sido reemplazado casi por completo por carril de fondo plano en el sistema ferroviario británico, aunque aún se conserva en algunas líneas secundarias y apartaderos . También se puede encontrar en ferrocarriles históricos , debido tanto al deseo de mantener una apariencia histórica como al uso de componentes de vía antiguos recuperados de las líneas principales. El metro de Londres continuó utilizando carril de cabeza de toro después de que se hubiera eliminado gradualmente en el resto de Gran Bretaña, pero en los últimos años se ha realizado un esfuerzo conjunto para reemplazarlo por carril de fondo plano. Sin embargo, el proceso de reemplazo de vías en túneles es lento, debido a la dificultad de utilizar maquinaria pesada.

Cuando se instala un riel en la calzada (pavimento) o en zonas verdes, es necesario un espacio para la pestaña. Este espacio se proporciona mediante una ranura llamada canaleta. El riel se conoce entonces como riel ranurado o riel de viga . La canaleta tiene la cabeza del riel en un lado y la protección en el otro. La protección no soporta peso, pero puede funcionar como carril de tope.

El riel ranurado fue inventado en 1852 por Alphonse Loubat , un inventor francés que desarrolló mejoras en equipos de tranvías y ferrocarriles, y ayudó a desarrollar líneas de tranvía en la ciudad de Nueva York y París. ^{[ 15 ]} La invención del riel ranurado permitió tender tranvías sin causar molestias a otros usuarios de la vía, excepto a los ciclistas desprevenidos , que podían quedar atrapados con sus ruedas en el surco. Los surcos pueden llenarse de grava y tierra (especialmente si se usan con poca frecuencia o después de un período de inactividad) y necesitan limpiarse de vez en cuando, esto lo hace un vehículo "fregador" (ya sea un tranvía especializado o un vehículo de mantenimiento de carretera y ferrocarril ). No limpiar los surcos puede provocar un viaje accidentado para los pasajeros, daños en la rueda o el riel y posiblemente un descarrilamiento .

Los raíles se fabrican en una gran variedad de tamaños. Algunos tamaños comunes de raíles europeos incluyen:

En los países de la antigua URSS , son comunes los rieles de 65 kg/m (131 lb/yd) y los de 75 kg/m (151 lb/yd) (sin tratamiento térmico). Los rieles de 75 kg/m (151 lb/yd) con tratamiento térmico también se han utilizado en ferrocarriles de alta resistencia como la línea principal Baikal-Amur , pero han demostrado ser deficientes en su funcionamiento y fueron rechazados en favor de los rieles de 65 kg/m (131 lb/yd) .        

Los sistemas ferroviarios de alta velocidad (ATV) de Francia ( TGV ) y Alemania ( ICE ) utilizan raíles de 60 kg/m (121 lb/yd) . ^{[ 18 ]}  

La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (o ASCE) especificó perfiles de rieles en 1893 para incrementos de 5 lb/yd (2,5 kg/m) desde 40 a 100 lb/yd (19,8 a 49,6 kg/m) . ^{[ 19 ]} La altura del riel era igual al ancho del pie para cada peso de riel en T de ASCE; y los perfiles especificaban una proporción fija de peso en la cabeza, alma y pie del 42%, 21% y 37%, respectivamente. El perfil ASCE de 90 lb/yd (44,6 kg/m) era adecuado; pero los pesos más pesados ​​eran menos satisfactorios. En 1909, la Asociación Estadounidense de Ferrocarriles (o ARA) especificó perfiles estándar para incrementos de 10 lb/yd (4,96 kg/m) desde 60 a 100 lb/yd (29,8 a 49,6 kg/m) . La Asociación Estadounidense de Ingeniería Ferroviaria (o AREA) especificó perfiles estándar para rieles de 100 lb/yd (49,6 kg/m) , 110 lb/yd (54,6 kg/m) y 120 lb/yd (59,5 kg/m) en 1919, para rieles de 130 lb/yd (64,5 kg/m) y 140 lb/yd (69,4 kg/m) en 1920, y para rieles de 150 lb/yd (74,4 kg/m) en 1924. La tendencia era aumentar la relación altura/ancho del pie del riel y reforzar el alma. Las desventajas del pie más estrecho se superaron mediante el uso de placas de unión . 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 rieles de mayor peso. También se prestó atención a la mejora de los radios de los filetes para reducir la concentración de tensiones en la unión del alma con la cabeza. AREA recomendó el perfil ARA de 90 lb/yd (44,6 kg/m) . ^{[ 20 ]} Los antiguos rieles ASCE de menor peso siguieron en uso y satisficieron la limitada demanda de ferrocarril ligero durante algunas décadas. AREA se fusionó con la Asociación Estadounidense de Ingeniería Ferroviaria y Mantenimiento de Vías en 1997. ^{[ 21 ]}                        

A mediados del siglo XX, la mayor parte de la producción de rieles era de peso medio ( 112 a 119 lb/yd o 55,6 a 59,0 kg/m ) y pesado ( 127 a 140 lb/yd o 63,0 a 69,4 kg/m ). ^{[ 22 ]} Los tamaños inferiores a 100 lb/yd (49,6 kg/m) de riel se utilizan generalmente para carga ligera, vías de bajo uso o trenes ligeros . Las vías que utilizan rieles de 100 a 120 lb/yd (49,6 a 59,5 kg/m) se utilizan para ramales de carga de baja velocidad o transporte rápido . ^{[ 23 ]} Las vías de línea principal se construyen generalmente con rieles de 130 lb/yd (64,5 kg/m) o más pesados. Algunos tamaños comunes de rieles norteamericanos incluyen: ^{[ 24 ]}          

Algunos tamaños comunes de rieles australianos incluyen:

• En los ferrocarriles de transporte pesado de mineral de hierro del noroeste del estado de Australia Occidental se utilizan rieles de 68 kg/m (137 lb/yd) . ^{[ 25 ]}  
• 50  kg/m y 60  kg/m son el estándar actual en las líneas principales en otros lugares, aunque todavía se fabrican otros tamaños. ^{[ 26 ]}