Señalización ferroviaria

Con la llegada del telégrafo en 1841, se hizo posible un sistema más sofisticado, ya que este permitía transmitir mensajes antes de la llegada de los trenes. El telégrafo posibilita la difusión de cualquier cambio en los horarios, conocidos como órdenes de tren . Estas permiten la cancelación, la reprogramación y la adición de servicios ferroviarios.

En Norteamérica, las órdenes de los trenes solían recibirse en la siguiente estación donde se detenían, o a veces se las entregaban a una locomotora en marcha mediante una larga vara. Estas órdenes permitían a los despachadores programar encuentros en apartaderos, obligar a un tren a esperar en un apartadero a que pasara un tren prioritario y mantener una separación de al menos una manzana entre trenes que circulaban en la misma dirección.

El sistema de horarios y órdenes de trenes se utilizó comúnmente en los ferrocarriles estadounidenses hasta la década de 1960, incluyendo algunas operaciones bastante grandes como el ferrocarril Wabash y el ferrocarril Nickel Plate . El control de tráfico por órdenes de trenes se utilizó en Canadá hasta finales de la década de 1980 en el ferrocarril Algoma Central y en algunos ramales del ferrocarril Canadian Pacific.

El sistema de horarios y órdenes de trenes no se utilizaba ampliamente fuera de Norteamérica y se ha ido eliminando progresivamente en favor del despacho por radio en muchas líneas de poco tráfico y de las señales electrónicas en las líneas de mucho tráfico. A continuación se ofrecen más detalles sobre los métodos operativos en Norteamérica.

Un método similar, conocido como «orden telegráfica y de cruce», se utilizó en algunas líneas ferroviarias de vía única muy transitadas del Reino Unido durante el siglo XIX. Sin embargo, una serie de colisiones frontales se produjeron debido a que la autorización para avanzar se dio de forma errónea o se malinterpretó por parte de la tripulación del tren; la peor de ellas fue la colisión entre Norwich y Brundall, Norfolk, en 1874. Como resultado, el sistema se eliminó gradualmente en favor de los sistemas de fichas . Esto eliminó el peligro de que se dieran instrucciones ambiguas o contradictorias, ya que los sistemas de fichas se basan en objetos para otorgar autoridad, en lugar de instrucciones verbales o escritas; si bien es muy difícil evitar por completo que se den órdenes contradictorias, es relativamente sencillo evitar que se entreguen fichas contradictorias.

En las líneas ferroviarias de doble vía, que permitían a los trenes circular en una sola dirección por cada vía, era necesario espaciar los trenes lo suficiente para evitar colisiones. En los inicios del ferrocarril, se empleaba a hombres (originalmente llamados «policías», de donde proviene el término británico «bob», «bobby» u «oficial» para los señaleros, cuando la tripulación se comunicaba con ellos por teléfono) para que se colocaran a intervalos («bloques») a lo largo de la vía con un cronómetro y usaran señales manuales para informar a los maquinistas de que un tren había pasado hacía más o menos de un cierto número de minutos. Esto se conocía como «intervalo de tiempo». Si un tren había pasado muy recientemente, se esperaba que el siguiente redujera la velocidad para dejar más espacio.

Los vigilantes no tenían forma de saber si un tren había despejado la vía, por lo que si un tren anterior se detenía por algún motivo, la tripulación del siguiente no lo sabría a menos que fuera claramente visible. Como resultado, los accidentes eran frecuentes en los inicios del ferrocarril. Con la invención del telégrafo eléctrico , el personal de una estación o cabina de señales pudo enviar un mensaje (generalmente un número específico de timbres ) para confirmar que un tren había pasado y que un bloque determinado estaba libre. Esto se denominó « sistema de bloqueo absoluto ».

Las señales mecánicas fijas comenzaron a reemplazar a las señales manuales a partir de la década de 1830. Inicialmente, se operaban localmente, pero posteriormente se generalizó la práctica de controlar todas las señales de un bloque determinado mediante palancas agrupadas en una caseta de señales. Cuando un tren entraba en un bloque, un señalero lo protegía activando la señal de "peligro". Al recibir la señal de "vía libre", el señalero la colocaba en la posición de "vía libre".

El sistema de bloqueo absoluto se implementó gradualmente durante las décadas de 1850 y 1860, y se convirtió en obligatorio en el Reino Unido tras la aprobación de una ley por parte del Parlamento en 1889, a raíz de varios accidentes, entre los que destaca el desastre ferroviario de Armagh . Esta ley exigía la instalación de señalización de bloqueo en todos los ferrocarriles de pasajeros, junto con el enclavamiento , elementos que constituyen la base de la señalización moderna actual. Estados Unidos promulgó una legislación similar por esas mismas fechas.

No todos los bloques se controlan mediante señales fijas. En algunos ferrocarriles de vía única del Reino Unido, sobre todo en aquellos con poco uso, es común utilizar sistemas de fichas que dependen de que el maquinista posea físicamente una ficha única como autorización para ocupar la vía, normalmente además de las señales fijas.

Antes de permitir que un tren entre en un bloque, un señalero debe asegurarse de que no esté ya ocupado. Cuando un tren sale de un bloque, debe informar al señalero que controla la entrada al mismo. Incluso si el señalero recibe aviso de que el tren anterior ha salido de un bloque, normalmente debe solicitar permiso a la siguiente cabina de señales para permitir el paso del siguiente tren. Cuando un tren llega al final de una sección de bloque, antes de que el señalero envíe el mensaje de que el tren ha llegado, debe poder ver la marca de fin de tren en la parte trasera del último vagón. Esto garantiza que ninguna parte del tren se haya desprendido y permanezca dentro de la sección. La marca de fin de tren puede ser un disco de color (normalmente rojo) durante el día o una lámpara de aceite o eléctrica de color (de nuevo, normalmente roja). Si un tren entra en el siguiente bloque antes de que el señalero vea que falta el disco o la lámpara, solicita a la siguiente cabina de señales que detenga el tren e investigue.

En un sistema de bloqueo permisivo, los trenes pueden rebasar las señales que indican que la vía está ocupada, pero solo a una velocidad que les permita detenerse con seguridad si se encuentran con un obstáculo. Esto mejora la eficiencia en algunas situaciones y se utiliza principalmente en Estados Unidos. En la mayoría de los países, se limita a los trenes de mercancías y puede estar restringido según el nivel de visibilidad.

El bloqueo permisivo también puede utilizarse en caso de emergencia, ya sea cuando un conductor no puede contactar con un señalero tras permanecer detenido en una señal de peligro durante un tiempo determinado, aunque esto solo está permitido cuando la señal no impide maniobras conflictivas, o cuando el señalero no puede contactar con la siguiente cabina de señales para asegurarse de que el tren anterior ha pasado, por ejemplo, si los cables telegráficos están caídos. En estos casos, los trenes deben circular a muy baja velocidad (normalmente 32 km/h o menos) para poder detenerse antes de cualquier obstáculo. En la mayoría de los casos, esto no está permitido en condiciones de poca visibilidad (por ejemplo, niebla o nieve).  

Incluso con un sistema de bloqueo absoluto, varios trenes pueden entrar en un bloque con autorización. Esto puede ser necesario para separar o unir trenes, o para rescatar trenes averiados. Al dar la autorización, el señalero también se asegura de que el maquinista sepa con precisión qué esperar. El maquinista debe operar el tren de forma segura teniendo en cuenta esta información. Generalmente, la señal permanece en peligro y se le da al maquinista autorización verbal, normalmente mediante una bandera amarilla, para rebasar una señal en peligro, explicándole la presencia del tren que tiene delante. Cuando los trenes entran regularmente en bloques ocupados, como en las estaciones donde se realizan acoplamientos, se proporciona una señal subsidiaria, a veces conocida como señal de "llamada", para estos movimientos; de lo contrario, se realizan mediante órdenes de tren.

La invención de sistemas de detección de trenes, como los circuitos de vía, permitió reemplazar los sistemas de bloqueo manual, como el bloqueo absoluto, por la señalización automática de bloqueo. En la señalización automática de bloqueo, las señales indican si un tren puede entrar o no en un bloqueo, basándose en la detección automática de trenes que determina si el bloqueo está libre. Las señales también pueden ser controladas por un señalero, de modo que solo proporcionan una indicación de vía libre si el señalero la activa correctamente y el bloqueo está libre.

La mayoría de los bloques son fijos, es decir, incluyen el tramo de vía entre dos puntos fijos. En los sistemas basados ​​en horarios, órdenes de tren y fichas , los bloques suelen empezar y terminar en estaciones específicas. En los sistemas basados ​​en señalización, los bloques empiezan y terminan en las señales.

La longitud de los bloques está diseñada para permitir que los trenes circulen con la frecuencia necesaria. Una línea poco transitada puede tener bloques de varios kilómetros de longitud, mientras que una línea de cercanías con mucho tráfico puede tener bloques de unos pocos cientos de metros.

Un tren no puede entrar en un bloque hasta que una señal indique que puede continuar, un despachador o señalero dé las instrucciones pertinentes al conductor, o este último reciba la ficha correspondiente. En la mayoría de los casos, un tren no puede entrar en el bloque hasta que este esté libre de trenes y haya un tramo vacío más allá del final del bloque, con una longitud mínima equivalente a la necesaria para detener el tren. En sistemas de señalización con señales muy próximas entre sí, esta superposición puede llegar hasta la señal que sigue a la del final del tramo, lo que garantiza un espacio de dos bloques entre trenes.

Al calcular el tamaño de los bloques y, por lo tanto, el espaciado entre las señales, se debe tener en cuenta lo siguiente:

• Velocidad de línea (la velocidad máxima permitida en el tramo de línea)
• Velocidad del tren (la velocidad máxima de los diferentes tipos de tráfico)
• Pendiente (para compensar distancias de frenado más largas o más cortas)
• Las características de frenado de los trenes (los diferentes tipos de trenes, por ejemplo, de mercancías o de pasajeros de alta velocidad, tienen diferentes parámetros de inercia)
• Visibilidad (a qué distancia puede ver un conductor una señal)
• Tiempo de reacción (del conductor)

Históricamente, algunas líneas funcionaban de manera que ciertos trenes grandes o de alta velocidad recibían señalización bajo reglas diferentes y solo se les concedía la prioridad de paso si dos manzanas delante del tren estaban despejadas.

En un sistema de bloqueo móvil, las computadoras calculan una zona segura alrededor de cada tren en movimiento a la que ningún otro tren puede acceder. El sistema depende del conocimiento preciso de la ubicación, velocidad y dirección de cada tren, que se determina mediante una combinación de varios sensores, como identificación por radiofrecuencia a lo largo de la vía, banda ultraancha, radar, unidades de medición inercial, acelerómetros y velocímetros a bordo ( los sistemas GNSS / GPS no son fiables porque no funcionan en túneles). Los sistemas de bloqueo móvil requieren que las instrucciones se transmitan directamente al tren en lugar de utilizar señales en la vía. Esto tiene la ventaja de aumentar la capacidad de la vía al permitir que los trenes circulen más cerca entre sí manteniendo los márgenes de seguridad necesarios.

La forma más común de determinar si un tramo de vía está ocupado es mediante un circuito de vía . Los raíles en ambos extremos de cada tramo están aislados eléctricamente del tramo siguiente, y se suministra corriente eléctrica a ambos raíles en un extremo. Un relé en el otro extremo está conectado a ambos raíles. Cuando el tramo está desocupado, la bobina del relé cierra el circuito eléctrico y se energiza. Sin embargo, cuando un tren entra en el tramo, interrumpe la corriente en los raíles y el relé se desactiva. Este método no requiere comprobar explícitamente que todo el tren haya abandonado el tramo. Si parte del tren permanece en el tramo, el circuito de vía lo detecta.

Este tipo de circuito detecta la ausencia de trenes, tanto para establecer la indicación de la señal como para proporcionar diversas funciones de enclavamiento; por ejemplo, impedir que se muevan las agujas mientras se aproxima un tren. Los circuitos eléctricos también verifican que las agujas estén bloqueadas en la posición adecuada antes de que se pueda desactivar la señal que protege esa vía. En el Reino Unido, los trenes y el personal que trabaja en las zonas de bloqueo de circuitos de vía llevan clips de operación de circuitos de vía (TCOC) para que, en caso de que algo obstruya una vía adyacente, el circuito de vía pueda cortocircuitarse. Esto pone la señal que protege esa vía en "peligro" para detener un tren que se aproxima antes de que se pueda alertar al señalero. ^{[ 2 ]}

Un método alternativo para determinar el estado de ocupación de un bloque utiliza dispositivos ubicados al principio y al final que cuentan el número de ejes que entran y salen de la sección del bloque. Si el número de ejes que salen de la sección del bloque es igual al de los que entraron, se asume que el bloque está libre. Los contadores de ejes ofrecen funciones similares a los circuitos de vía, pero también presentan algunas características adicionales. En un entorno húmedo, una sección con contador de ejes puede ser mucho más larga que una con circuito de vía. La baja resistencia del balasto en circuitos de vía muy largos reduce su sensibilidad. Los circuitos de vía pueden detectar automáticamente algunos tipos de defectos en la vía, como un riel roto. En caso de restablecimiento de la energía después de un corte de energía, una sección con contador de ejes queda en un estado indeterminado hasta que un tren haya pasado por la sección afectada. Una sección con circuito de vía detecta inmediatamente la presencia de un tren en la sección.

Las formas más antiguas de señalización mostraban sus diferentes aspectos según su posición física. Los primeros tipos consistían en un tablero que se colocaba de frente y era completamente visible para el conductor, o bien girado para ser prácticamente invisible. Si bien este tipo de señal todavía se usa en algunos países (por ejemplo, Francia y Alemania), la señal mecánica más común en todo el mundo es, con diferencia, la señal de semáforo . Esta consiste en un brazo o una hoja pivotante que puede inclinarse en diferentes ángulos. Un brazo horizontal es la indicación más restrictiva (para «peligro», «precaución», «deténgase y continúe» o «deténgase y permanezca en el lugar», según el tipo de señal).

Para que los trenes puedan circular de noche, normalmente se instala una o más luces en cada señal. Generalmente, se trata de una lámpara de aceite encendida permanentemente con lentes de colores móviles en la parte frontal que cambian el color de la luz. Por lo tanto, el maquinista tenía que aprender un conjunto de indicaciones para la visión diurna y otro para la nocturna.

Si bien es habitual asociar la luz verde con una condición segura, históricamente no fue así. En los inicios de la señalización ferroviaria, las primeras luces de colores (asociadas a las señales de giro mencionadas anteriormente) mostraban una luz blanca para indicar vía libre y una luz roja para indicar peligro. El verde se utilizaba originalmente para indicar precaución, pero dejó de usarse cuando se eliminó el sistema de intervalos de tiempo. Posteriormente, la luz verde sustituyó a la blanca para indicar vía libre, con el fin de evitar que un conductor interpretara erróneamente una lente roja rota como una señal de vía libre. No fue hasta que los científicos de Corning Glassworks perfeccionaron un tono de amarillo sin matices verdes ni rojos que el amarillo se convirtió en el color aceptado para la precaución.

Las señales mecánicas suelen accionarse a distancia mediante un cable desde una palanca en una cabina de señales, pero el accionamiento eléctrico o hidráulico se utiliza normalmente para las señales que se encuentran demasiado lejos para su accionamiento manual.

En la mayoría de las líneas ferroviarias modernas, las señales luminosas de colores han sustituido en gran medida a las mecánicas. Estas señales tienen la ventaja de mostrar la misma información tanto de día como de noche y requieren menos mantenimiento que las mecánicas.

Aunque las señales varían mucho entre países, e incluso entre ferrocarriles dentro de un mismo país, un sistema típico de aspectos sería el siguiente:

• Verde: Avance a la velocidad normal. Espere encontrar la siguiente señal en verde o amarillo.
• Amarillo: Prepárese para encontrar la siguiente señal en rojo.
• Rojo: Alto.

En algunas vías férreas, las señales luminosas de colores muestran el mismo conjunto de aspectos que las luces de las señales mecánicas durante la noche.

La señalización de ruta y la señalización de velocidad son dos formas diferentes de notificar a los trenes sobre los cruces.

Con la señalización de ruta , se informa al conductor qué ruta tomará el tren después de cada señal (a menos que solo sea posible una ruta). Esto se logra mediante un indicador de ruta acoplado a la señal. El conductor utiliza su conocimiento de la ruta, reforzado por las señales de restricción de velocidad fijadas junto a la vía, para conducir el tren a la velocidad correcta para la ruta que se debe tomar. Este método tiene la desventaja de que el conductor puede no estar familiarizado con la velocidad requerida en un cruce al que se ha desviado debido a alguna condición de emergencia. Varios accidentes han sido causados ​​solo por esto. ^{[ 3 ]} Por esta razón, en el Reino Unido, donde todas las líneas están señalizadas con ruta, los conductores solo pueden conducir en las rutas para las que han sido capacitados y deben viajar regularmente por las rutas de desvío menos utilizadas para mantener actualizado su conocimiento de la ruta.

Muchos sistemas de señalización de rutas utilizan el control de aproximación (véase más abajo) para informar al conductor de un próximo cambio de ruta.

En la señalización de velocidad , la señal indica al conductor a qué velocidad puede cruzar un cruce, pero no necesariamente la ruta que seguirá el tren. Este tipo de señalización requiere una gama mucho más amplia de indicadores que la señalización de ruta, pero depende menos del conocimiento que los conductores tengan de la ruta, aunque no se elimina la necesidad de que la conozcan, ya que la señalización de velocidad no suele informarles de los cambios de límite de velocidad fuera de los cruces. Normalmente, además de las señales de velocidad, se utilizan señales de límite de velocidad, y el conductor sigue la que indique la velocidad más baja.

Muchos sistemas han adoptado elementos de ambos sistemas para brindar a los conductores la mayor cantidad de información posible. Esto significa que los sistemas de señalización de velocidad pueden usar indicaciones de ruta junto con información sobre la velocidad para informar mejor a los conductores sobre su recorrido; por ejemplo, en las estaciones principales se pueden usar indicaciones de ruta para indicar a los trenes que llegan a qué andén deben dirigirse. Del mismo modo, algunos sistemas de señalización de ruta indican la velocidad de aproximación mediante pantallas informativas para que los conductores sepan a qué velocidad deben circular.

• 
  Un ejemplo de una señal de Melbourne, Victoria: esta señal muestra un indicador de velocidad junto con un indicador de ruta.

Cuando el tren se desvía hacia una ruta alternativa que debe tomarse a una velocidad significativamente menor que la de la vía principal, se debe avisar al conductor con suficiente antelación.

En la señalización de ruta , no existen los aspectos necesarios para controlar la velocidad, por lo que se suele emplear un sistema conocido como liberación de aproximación . Este sistema consiste en mantener la señal de cruce en un aspecto restrictivo (normalmente parada ) para que las señales de aproximación muestren la secuencia correcta de aspectos de precaución. El conductor frena de acuerdo con el aspecto de precaución, sin ser necesariamente consciente de que la ruta divergente ya está establecida. A medida que el tren se aproxima a la señal de cruce, su aspecto puede cambiar al que permita la ocupación actual de la vía. Cuando la velocidad en el desvío es la misma, o casi la misma, que la velocidad de la vía principal, la liberación de aproximación no es necesaria.

En el sistema de señalización de velocidad , las señales que se aproximan a la bifurcación muestran los aspectos adecuados para controlar la velocidad de los trenes, por lo que no se requiere ninguna liberación de aproximación .

En el Reino Unido también se utiliza un sistema de luces amarillas intermitentes que permite a los trenes aproximarse a una vía desviada a mayor velocidad. Esto informa al maquinista de que la vía que tiene por delante se desvía. Con la llegada de los trenes y cruces modernos y más rápidos, se hizo necesario un mejor sistema para avisar a los maquinistas, por lo que a principios de la década de 1980 se desarrolló el siguiente sistema. Este sistema se ha perfeccionado con el paso de los años y ahora se utiliza internacionalmente, incluso en sistemas de señalización de tres aspectos de baja velocidad, donde la luz amarilla intermitente es la primera indicación para el maquinista.

En el sistema de 4 aspectos, si la ruta a través del cruce está libre, la señal del cruce mostrará un único aspecto amarillo fijo junto con un indicador de cruce iluminado que muestra la ruta seleccionada. ^{[ 4 ]}

La señal anterior a la señal de bifurcación mostrará ahora una sola luz amarilla intermitente , y la señal anterior a esta mostrará dos luces amarillas intermitentes . El conductor, basándose en su conocimiento de la ruta, sabrá cuál es la velocidad permitida al cruzar la bifurcación, y comenzará a reducir la velocidad del tren al ver las dos luces amarillas intermitentes. Las señales intermitentes le indican al conductor que la ruta a través de la bifurcación está establecida y libre, pero que más adelante la primera señal en la ruta de bifurcación es roja, por lo que debe estar preparado para detenerse allí.

A medida que el tren se aproxima a la señal de cruce, esta puede pasar a un estado menos restrictivo (una luz amarilla , dos luces amarillas o verde ) dependiendo de la distancia a la que la vía esté libre.

Algunos sistemas utilizan sistemas mecánicos de control de velocidad junto con señalización para garantizar que la velocidad de un tren se limite a un valor específico, asegurando así que circule a una velocidad que le permita detenerse antes de encontrar un obstáculo. Estos sistemas suelen emplear dispositivos mecánicos de parada de trenes (un pequeño brazo que emerge de las vías y aplica los frenos al ser atropellado) para "desactivar" los frenos de un tren que circula a exceso de velocidad. Normalmente, una vez que un tren alcanza un punto determinado de la vía, se activa un temporizador. Cuando este finaliza, el brazo de parada desciende, permitiendo que el tren continúe su marcha sin interrupciones. El sistema de temporización está diseñado para que, si el tren circula a la velocidad prevista (o más lento), pueda continuar sin problemas; pero si circula a exceso de velocidad, el dispositivo de parada detendrá el tren. Este sistema puede utilizarse para garantizar que un tren circule a una velocidad determinada, lo que permite a los diseñadores tener la certeza de que los solapamientos de señales más cortos serán suficientes y, por lo tanto, el empleo de este sistema puede contribuir a mejorar considerablemente la capacidad de una línea ferroviaria.

El sistema se utiliza con mayor frecuencia en las aproximaciones a cruces sin salida para evitar que los trenes choquen contra los topes al final, como ha ocurrido en lugares como Moorgate . También se utiliza en líneas de alto tráfico para permitir una mayor capacidad, como en el City Circle Railway de Sídney, donde se utilizó en la mitad occidental desde 1932 para permitir que 42 trenes por hora recorrieran la línea en cada dirección. Cada estación tendría múltiples paradas de tren a lo largo de los andenes que irían descendiendo progresivamente para asegurar que un tren que llegaba no chocara con el que salía, a menos de 100 metros de distancia. Este sistema se modificó a principios de la década de 1990, de modo que un tren que llegaba no podía entrar en el andén hasta que el tren anterior hubiera salido; sin embargo, los viajes se siguen utilizando para superar la superposición de señales que normalmente se requiere.

Estos sistemas se utilizan a menudo junto con la señalización de velocidad progresiva (véase más abajo).

La señalización de velocidad progresiva se refiere a los sistemas que imponen restricciones de velocidad en los aspectos de precaución. En los sistemas que no cuentan con señalización de velocidad progresiva, los aspectos que advierten de una próxima luz roja no obligan al conductor a tomar ninguna medida; depende de su propio criterio cuándo comenzar a reducir la velocidad para prepararse para detenerse ante la luz roja. Con la señalización de velocidad progresiva, cada aspecto de precaución antes de una luz roja impone un límite de velocidad sucesivamente menor al conductor. ^{[ 5 ]} No debe confundirse con la señalización de velocidad utilizada en intersecciones; la señalización de velocidad progresiva puede utilizarse junto con la señalización de ruta.

La distancia de frenado de servicio (DFS) es un factor crítico en el diseño de sistemas de señalización ferroviaria. Debido a la baja fricción entre el riel y la rueda, y al peso de los trenes, la distancia de frenado de un tren puede alcanzar varios kilómetros. Para garantizar una separación segura entre trenes, la DFS debe utilizarse en los cálculos al colocar las señales. Al señalizar una línea, la DFS utilizada para esa línea debe corresponder al tren con peor rendimiento (el más pesado, con el frenado más débil, trenes de mercancías, trenes remolcados por locomotora). Al considerar el peor tren posible, los trenes con mejor frenado (unidades múltiples, ligeros, con frenado avanzado, trenes de pasajeros) también estarán seguros y protegidos. ^{[ 7 ]}

Cálculo de la distancia de frenado: ${\displaystyle \mathrm {SBD} ={\frac {V^{2}}{2r}}}$

Donde V es la velocidad del tren antes del frenado y r es la tasa de frenado. ^{[ 8 ]} Un valor típico para r podría ser${\displaystyle 0,5\mathrm {\,m/s^{2}} }$. ^{[ 9 ]}

Ejemplo de cálculo

${\displaystyle V=160\mathrm {\,km/h} =44,44\mathrm {\,m/s} }$

${\displaystyle r=0,5\mathrm {\,m/s^{2}} }$

${\displaystyle BD={\frac {(44,44\mathrm {\,m/s} )^{2}}{2(0,5\mathrm {\,m/s^{2}} )}}=1974,9\mathrm {\,m} }$

La distancia de frenado de servicio (DFS) no se refiere a la aplicación de los frenos en caso de emergencia. La DFS se refiere a la aplicación normal de los frenos por parte del conductor. Por motivos de seguridad, no podemos utilizar la distancia mínima de frenado cuando se aplican los frenos al máximo: es necesario introducir un margen de error, que es la DFS.

La distancia mínima entre la primera señal de precaución y la señal de peligro es SBD. Esto permite al conductor detenerse por completo desde que ve la señal de precaución hasta que llega a la señal de peligro.

También existe una distancia máxima entre señales, generalmente 1,5 × SBD. ^{[ 10 ]} Si bien no es intuitivo establecer una distancia máxima entre señales (es decir, si hay una gran distancia entre ellas, el tren tiene mucho espacio para detenerse), es necesario para garantizar que las señales proporcionen información clara. Si una señal lejana está demasiado lejos de la siguiente señal de parada, el conductor podría no frenar completamente, suponiendo que tiene mucho tiempo para hacerlo, lo que podría provocar un error. Al establecer una distancia máxima entre la primera señal de precaución y la siguiente señal de peligro, se elimina la confusión.

Una distancia de frenado estándar para trenes promedio (en la señalización del Reino Unido), que viajan a una velocidad de 100 mph (160 km/h) puede tomarse como 2000 metros. ^{[ 11 ]}  

Los bloqueos ferroviarios requieren un cierto margen de seguridad en caso de error del conductor o factores externos (condiciones meteorológicas, caída de hojas). Los solapamientos se realizan mediante secciones de detección adicionales (circuito de vía o contadores de ejes) que se extienden más allá de una señal que puede indicar parada. En la señalización del Reino Unido, el solapamiento mínimo estándar es de 180  m. Los solapamientos más cortos deben contar con medidas de protección adicionales para evitar que las señales se pasen en peligro (SPAD).

El tiempo de intervalo (HT) es el tiempo mínimo entre trenes, o cuántos trenes pueden pasar de forma segura y sin frenar por un punto por unidad de tiempo:

${\displaystyle \mathrm {HT} ={\frac {\mathrm {HD} }{V}}}$

Donde HD = distancia entre carriles, V = velocidad máxima permitida de la línea.

La distancia de paso (HD) se puede calcular: ^{[ 12 ]}

${\displaystyle \mathrm {HD} =S+P+O+L}$

Dónde:

• S es la distancia de observación
• P es la distancia desde el aspecto de parada hasta el aspecto menos restrictivo (es decir, la distancia desde una señal en rojo hasta la señal más cercana en verde, a medida que se acerca un tren).
• O es la distancia de superposición
• L es la longitud del tren

Distancia de la manzana

La distancia de bloqueo ( D ) es la distancia entre dos señales que pueden mostrar luz roja. Varía según el tipo de señalización (dos, tres o cuatro aspectos). Es un valor crítico para el diseño del trazado de la señalización.

Los bloques están formados por secciones de detección de trenes (que suelen representarse como una línea vertical corta). Los bloques pueden estar formados por una o varias secciones de detección.

Señalización de dos aspectos

Existen ecuaciones para determinar un valor D adecuado.

Para cumplir con el intervalo requerido: ${\displaystyle D\leq P-1.5(\mathrm {SBD} )}$^{[ 13 ]}

Para satisfacer las necesidades de seguridad y los costos: ${\displaystyle P\geq 4(\mathrm {SBD} )}$∗∗

Generalmente, la señalización de dos aspectos se utiliza cuando P es mucho mayor que SBD.

∗∗Si P es 4 veces o menos que SBD, no se debe elegir la señalización de dos aspectos. Esto se debe a que la distancia entre las señales de parada será tan pequeña que las señales distantes comenzarán a invadir la señal de parada anterior, creando confusión para el conductor. Además, dado que cada señal de parada necesita una señal distante, cuando se acercan tanto, en realidad resulta más económico pasar a la señalización de tres aspectos en este punto. Cuando${\displaystyle P<4(\mathrm {SBD})}$, es más económico y seguro utilizar la señalización de tres aspectos. ^{[ 14 ]} Esta no es una regla estricta, técnicamente aún es posible utilizar dos aspectos en este punto, pero no se recomienda.

Señalización de tres aspectos

Para cumplir con los requisitos de seguridad: ${\displaystyle \mathrm {SBD} \leq D\leq 1.5(\mathrm {SBD} )}$

Para cumplir con los requisitos de avance: ${\displaystyle D\leq {\frac {P}{2}}}$^{[ 15 ]}

La señalización de tres aspectos genera una capacidad significativamente mayor que la señalización de dos aspectos.

Señalización de cuatro aspectos

Para cumplir con los requisitos de seguridad: ${\displaystyle 0,5(\mathrm {SBD} )\leq D\leq 0,75(\mathrm {SBD} )}$

Para cumplir con los requisitos de avance: ${\displaystyle D\leq {\frac {P}{3}}}$^{[ 16 ]}

La señalización de cuatro aspectos añade una señal de advertencia adicional, que suele ser una doble luz amarilla. Esto divide aún más la vía férrea y permite una mayor capacidad.

Una vez realizados los cálculos de intervalo entre trenes, es necesario tener en cuenta otras infraestructuras (de ahí la necesidad de un rango flexible de distancia entre bloques). Los cruces ferroviarios son infraestructuras móviles que deben estar protegidas por señales. Si un tren pasa por un desvío y este se encuentra en la posición incorrecta, puede dañar las agujas o provocar un descarrilamiento.

Las intersecciones deben estar protegidas por una señal capaz de indicar una parada . Esta señal le indicará al conductor si es seguro cruzar la intersección. Mediante zonas de detección de trenes, el sistema de enclavamiento de señalización puede determinar si es seguro que un tren pase.

Cruces convergentes

En las intersecciones convergentes, la distancia mínima para una señal de protección respecto a la intersección es la distancia de solapamiento (en la señalización del Reino Unido suele ser de 180 m). Esta distancia se mide desde el punto de despeje (CP) de la intersección.

No existe necesariamente una distancia máxima especificada hasta un cruce convergente. El tren no necesita reducir la velocidad independientemente de la posición de las agujas. Incluso si un tren pasa por las agujas en la posición incorrecta, la fuerza del tren las desviará.

Punto de infracción y punto de despeje

El punto de colisión (PF) es la posición donde dos trenes chocarían lateralmente al aproximarse a un cruce. Se mide perpendicularmente a la línea de la vía.

El punto de desvío (CP) es la posición en la que un tren puede detenerse de forma segura frente a un cruce para permitir el paso seguro de otro tren. El CP se mide a una distancia fija del FP.

Las señales que protegen la intersección deben colocarse a una distancia mínima equivalente a la longitud del solape, desde el punto de desvío.

Cruces divergentes

En cruces con vías divergentes, la distancia mínima para una señal de protección respecto al cruce es la distancia de solapamiento (en la señalización del Reino Unido suele ser de 180 m). Los diagramas muestran la señalización de ruta como ejemplos.

En los cruces divergentes, la distancia máxima a la que debe ir una señal de protección del cruce es una distancia específica, establecida por las normas ferroviarias locales (en la señalización del Reino Unido es de 800 m).

Los conductores deben reducir la velocidad al tomar la ruta alternativa en una serie de cruces (cuando no siguen recto). Por lo tanto, se requiere una distancia máxima especificada para garantizar que las instrucciones al conductor sean claras y no se olviden.

Por lo tanto, al colocar señales que protejan cruces divergentes, la distancia debe estar entre 180 m y 800 m (señalización del Reino Unido).

La posición de las señales se determina inicialmente mediante cálculos de intervalos, teniendo en cuenta el trazado de la vía (desvíos, pendientes, límites de velocidad), los requisitos operativos, el material rodante y los requisitos de capacidad. Sin embargo, en lo que respecta al posicionamiento físico de las señales, entran en consideración otros factores ^{[ 17 ]} :

• La curvatura de la vía puede dificultar la visibilidad de las señales. La distancia de visibilidad puede verse afectada.
• Viaductos, puentes y túneles: Las señales no deben colocarse de manera que un tren se detenga antes de una señal roja mientras se encuentra sobre una estructura. Esto dificultaría la evacuación del tren en caso de emergencia.
• Iluminación artificial excesiva: en zonas como estaciones, edificios y ciudades, puede haber una iluminación artificial excesiva que podría confundir al conductor.
• Luz solar: Ciertas zonas de la vía férrea, en determinados momentos del día, pueden verse muy afectadas por la luz solar.
• Consecuencias si se rebota una señal en rojo: Las señales deben colocarse de manera que, si un tren rebota una señal en rojo, el impacto sea mínimo.

Las reglas de operación argentinas se describen en el Reglamento interno técnico de operaciones [RITO] ( reglamento técnico de operación).

La aplicación de las normas operativas en Australia se denomina Trabajo Seguro (Safeworking ). El método de trabajo para cada región o localidad se conoce como el "sistema de Trabajo Seguro" de dicha región. Las normas operativas varían entre los estados, aunque se están realizando esfuerzos para formular una norma nacional.

En Norteamérica , y especialmente en Estados Unidos , las reglas operativas se denominan métodos de operación . Existen cinco conjuntos principales de reglas operativas en Norteamérica:

• Las Reglas Operativas Ferroviarias Canadienses (CROR, por sus siglas en inglés), utilizadas por la mayoría de los ferrocarriles canadienses, con la excepción de las operaciones de Canadian National Railway en EE. UU., que utiliza una versión modificada y propia de las GCOR, conocida como USOR (Reglas Operativas de los Estados Unidos).
• Código General de Reglas Operativas (GCOR), utilizado por muchos ferrocarriles de Clase I , ferrocarriles de Clase II y ferrocarriles de línea corta en los Estados Unidos.
• Comité Asesor de Normas Operativas del Noreste (NORAC), utilizado por muchos ferrocarriles en el noreste de EE. UU.
• La compañía Norfolk Southern, de clase I, utiliza un conjunto único de reglas operativas.
• La división de Clase I de CSX Transportation utiliza un conjunto único de reglas operativas.

El reglamento operativo del Reino Unido se denomina «Reglamento GE/RT8000» ^{[ 19 ]} , más conocido simplemente como «El Reglamento» por los empleados ferroviarios. Está controlado por la Junta de Seguridad y Normas Ferroviarias (RSSB), que es independiente de Network Rail y de cualquier otra compañía operadora de trenes o de mercancías . La mayoría de los ferrocarriles históricos operan según una variante simplificada del reglamento de British Railways .

El sistema de señalización utilizado en la red ferroviaria de Finlandia consta de señales luminosas de colores y señales fijas. Se utiliza junto con el EBICAB 900, un sistema automático de control de trenes más conocido como JKV, en finlandés : junakulunvalvonta .

En Italia , la señalización ferroviaria se describe en una instrucción particular llamada Regolamento Segnali Archivada el 7 de diciembre de 2014 en Wayback Machine ( Regulación de señales ).

Las normas operativas indias, denominadas «Reglas Generales», son comunes a todos los ferrocarriles zonales de Indian Railways y solo pueden ser modificadas por la Junta Ferroviaria. Los ferrocarriles zonales añaden normas subsidiarias a las Reglas Generales, siempre que estas no las contravengan. Las correcciones se realizan periódicamente mediante hojas de corrección. ^{[ 20 ]}

La señalización ferroviaria japonesa se basó inicialmente en las prácticas de señalización ferroviaria británicas, y continúa basándose en el sistema de señalización de rutas del Reino Unido para los cruces. Sin embargo, a medida que la señalización ha evolucionado para cumplir con los requisitos del sistema, se utiliza señalización de velocidad progresiva fuera de los cruces.

La señalización del ferrocarril de Hong Kong se originó a partir del principio de señalización ferroviaria británica, ^{[ 21 ]} y continúa basándose en los principios para desarrollar libros de reglas y procedimientos bajo la organización operadora MTR.