Traviesa de ferrocarril

El tipo de traviesa utilizada en los precursores del primer ferrocarril propiamente dicho ( el ferrocarril de Liverpool y Manchester ) consistía en un par de bloques de piedra incrustados en el suelo, con las grapas que sostenían los raíles fijadas a dichos bloques. Una ventaja de este método de construcción era que permitía a los caballos transitar por el carril central sin riesgo de tropezar. Con el uso ferroviario y el paso de locomotoras cada vez más pesadas, se comprobó que era difícil mantener el ancho de vía correcto . Además, los bloques de piedra resultaban inadecuados en terrenos blandos, como en Chat Moss , donde era necesario utilizar traviesas de madera. Las traviesas de doble bloque con barra de sujeción son bastante similares.

Históricamente, las traviesas de madera se fabricaban desbastándolas con un hacha, llamadas traviesas de hacha , o serrándolas para obtener al menos dos lados planos. Se utilizan diversas maderas blandas y duras para las traviesas; el roble , el jarrah y el karri son maderas duras populares, aunque cada vez es más difícil obtenerlas, especialmente de fuentes sostenibles. ^{[ 6 ]} Algunas líneas utilizan maderas blandas , como el abeto Douglas ; si bien tienen la ventaja de aceptar mejor el tratamiento , son más susceptibles al desgaste, pero son más baratas, más ligeras (y por lo tanto más fáciles de manejar) y más accesibles. ^{[ 6 ]}

La madera blanda se trata, siendo la creosota el conservante más común para las traviesas de ferrocarril. Otros conservantes utilizados incluyen pentaclorofenol y arseniato de cobre cromado . A veces se utilizan conservantes no tóxicos, como azol de cobre o cobre micronizado . Las principales compañías ferroviarias de EE. UU. están empleando una nueva tecnología de conservación de la madera a base de boro en un proceso de tratamiento dual para prolongar la vida útil de las traviesas de madera en zonas húmedas. ^{[ 7 ]} Algunas maderas (como sal , mora , jarrah o azobé ) son lo suficientemente duraderas como para poder utilizarse sin tratamiento. ^{[ 8 ]}

Los problemas con las traviesas de madera incluyen la pudrición, el agrietamiento, la infestación de insectos, el desgaste de la placa (también conocido como desgaste por fricción en el Reino Unido, debido al movimiento lateral de la placa) y el aflojamiento gradual de la punta. Las traviesas de madera pueden incendiarse; con el tiempo, desarrollan grietas que permiten que las chispas se alojen y provoquen incendios con mayor facilidad.

Las traviesas de hormigón son más baratas y fáciles de obtener que las de madera , y soportan mejor pesos por eje y velocidades más altas. Su mayor peso garantiza una mejor retención de la geometría de la vía , especialmente cuando se instalan con rieles soldados continuamente. Las traviesas de hormigón tienen una vida útil más larga y requieren menos mantenimiento que las de madera debido a su mayor peso, lo que ayuda a que permanezcan en la posición correcta durante más tiempo. Para un buen rendimiento, las traviesas de hormigón deben instalarse sobre una subrasante bien preparada con una profundidad adecuada sobre balasto de drenaje libre. Es un error común pensar que las traviesas de hormigón amplifican el ruido de las ruedas. Un estudio realizado como parte de Euronoise 2018 demostró que esto es falso, mostrando que las traviesas de hormigón son, en promedio, 2 dB(A) más silenciosas que las de madera, aunque con una mayor nitidez acústica en tramos rectos de vía. Sin embargo, se demostró que las traviesas de hormigón son más silenciosas que las de madera en casi todo el rango de frecuencias audibles en las curvas. ^{[ 9 ]} Esto hace que el ruido del tren sobre traviesas de hormigón pueda percibirse subjetivamente como más fuerte que el ruido del tren sobre traviesas de madera.

En las categorías más altas de líneas ferroviarias en el Reino Unido (aquellas con las velocidades y tonelajes más elevados), las traviesas de hormigón pretensado son las únicas permitidas por las normas de Network Rail .

La mayoría de las compañías ferroviarias europeas también utilizan ahora vigas de hormigón en los desvíos y cruces debido a la mayor durabilidad y el menor coste de las vigas de hormigón en comparación con la madera, que cada vez es más difícil y cara de conseguir en cantidades suficientes y con la calidad necesaria.

Las traviesas de acero están fabricadas con acero prensado y tienen una sección transversal en forma de canal. Los extremos de la traviesa tienen forma de pala, lo que aumenta su resistencia lateral. Las carcasas para alojar el sistema de fijación se sueldan a la superficie superior de la traviesa. Actualmente, las traviesas de acero se utilizan ampliamente en líneas secundarias o de baja velocidad en el Reino Unido, donde se ha comprobado que su instalación es económica gracias a que se pueden instalar sobre el lecho de balasto existente. Las traviesas de acero son más ligeras que las de hormigón y se pueden apilar en paquetes compactos, a diferencia de la madera. Se pueden instalar sobre el balasto existente, a diferencia de las traviesas de hormigón, que requieren una capa de balasto nueva de la misma profundidad. Las traviesas de acero son 100 % reciclables y requieren hasta un 60 % menos de balasto que las de hormigón y hasta un 45 % menos que las de madera.

Históricamente, las traviesas de acero han sufrido por un diseño deficiente y un aumento de las cargas de tráfico durante su larga vida útil. Estos diseños antiguos y a menudo obsoletos limitaban la capacidad de carga y velocidad, pero aún se pueden encontrar en muchos lugares del mundo y funcionan adecuadamente a pesar de décadas de servicio. Hay un gran número de traviesas de acero con más de 50 años de servicio y, en algunos casos, se han rehabilitado y siguen funcionando correctamente. Las traviesas de acero también se utilizaron en situaciones especiales, como en el ferrocarril de Hiyaz en la Península Arábiga, donde el clima seco y cálido hacía que las traviesas de madera no fueran adecuadas. ^{[ 10 ]}

Las traviesas de acero modernas soportan cargas pesadas, tienen un historial comprobado de rendimiento en vías señalizadas y resisten condiciones adversas. Para las compañías ferroviarias, es de suma importancia que las traviesas de acero sean más económicas de instalar en construcciones nuevas que las traviesas de madera tratada con creosota y las de hormigón. Las traviesas de acero se utilizan en casi todos los sectores de los sistemas ferroviarios mundiales, incluyendo el transporte pesado, las líneas de clase 1, las regionales, las de corta distancia, la minería, las líneas electrificadas de pasajeros (OHLE) y todo tipo de industrias. Cabe destacar que, en las últimas décadas, las traviesas de acero (soportes) han demostrado ser ventajosas en desvíos (agujas/puntos de aguja) y ofrecen la solución al creciente problema de las largas traviesas de madera para este uso.

Cuando se aíslan para evitar la conducción a través de las traviesas, las traviesas de acero pueden utilizarse con sistemas de detección de trenes y de integridad de la vía basados ​​en circuitos de vía . Sin aislamiento, las traviesas de acero solo pueden utilizarse en líneas sin señalización de bloqueo ni pasos a nivel , o en líneas que utilicen otros sistemas de detección de trenes, como contadores de ejes .

En tiempos más recientes, varias empresas venden traviesas de ferrocarril compuestas fabricadas con resinas plásticas recicladas ^{[ 11 ]} y caucho reciclado . Los fabricantes afirman que tienen una vida útil más larga que las traviesas de madera, con una vida útil esperada de entre 30 y 80 años, que son resistentes a la putrefacción y al ataque de insectos ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} y que pueden modificarse con un relieve especial en la parte inferior para proporcionar estabilidad lateral adicional ^{[ 12 ]} . En algunas aplicaciones de vía principal, la traviesa híbrida de plástico tiene un diseño empotrado para quedar completamente rodeada por balasto.

Además de los beneficios ambientales del uso de material reciclado, las traviesas de plástico suelen reemplazar a las traviesas de madera impregnadas de creosota, que es un producto químico tóxico, ^{[ 15 ]} y son teóricamente reciclables. ^{[ 12 ]} Sin embargo, los plásticos pueden desprender microplásticos y liberar otros productos químicos potencialmente tóxicos, como inhibidores de rayos ultravioleta.

Las traviesas híbridas de plástico y las traviesas compuestas se utilizan en otras aplicaciones ferroviarias, como operaciones mineras subterráneas, ^{[ 16 ]} zonas industriales, entornos húmedos y áreas densamente pobladas. Las traviesas híbridas también se utilizan para reemplazar traviesas de madera individuales podridas, lo que dará como resultado traviesas híbridas y de madera entremezcladas y una rigidez continua de la vía. Las traviesas híbridas de plástico y las traviesas compuestas también ofrecen ventajas en puentes y viaductos, ya que conducen a una mejor distribución de las fuerzas y a una reducción de las vibraciones en las vigas del puente o el balasto, respectivamente. Esto se debe a las mejores propiedades de amortiguación de las traviesas híbridas de plástico y las traviesas compuestas, que disminuirán la intensidad de las vibraciones, así como la producción de sonido. ^{[ 17 ]} En 2009, Network Rail anunció que comenzaría a reemplazar las traviesas de madera con plástico reciclado. ^{[ 18 ]} pero I-Plas se declaró insolvente en octubre de 2012. ^{[ 19 ]}

En 2012, Nueva Zelanda encargó un lote de prueba de traviesas de material compuesto reciclado de la marca "EcoTrax" a Axion para su uso en desvíos y puentes, ^{[ 20 ] [ 21 ]} y un pedido adicional de tres años en 2015, ^{[ 22 ]} pero luego Axion se declaró en bancarrota en diciembre de 2015, ^{[ 23 ]} aunque continúa operando. ^{[ 24 ]} Estas traviesas son desarrolladas por el Dr. Nosker en la Universidad de Rutgers. ^{[ 25 ]}

En 2021, se introdujeron en Wiltshire , Reino Unido, traviesas compuestas, fabricadas con diversos plásticos reciclados. Se instalaron como alternativa a las traviesas de madera en un puente donde las traviesas de hormigón habrían sido demasiado pesadas. Si bien fue la primera vez que se instalaron traviesas de plástico en una vía férrea principal del país, ya se habían utilizado anteriormente en ferrocarriles de vía estrecha . ^{[ 26 ]}

Las ataduras también pueden estar hechas de fibra de vidrio . ^{[ 27 ]}

Las traviesas de rueda se utilizan en lugares donde se necesita soporte estructural adicional, como puentes o debajo de agujas. Las traviesas de cruce se colocan perpendicularmente al riel y son más largas o anchas que las traviesas de ferrocarril tradicionales ^{[ 28 ]} . Cuando se utilizan en un puente, pueden unirse al puente y proporcionar parte de la resistencia estructural del mismo. Las vigas de vía o traviesas de rueda longitudinales son traviesas de rueda que se colocan paralelas a la vía en lugar del balasto de la vía, generalmente en puentes. ^{[ 28 ] [ 29 ]} .

Una forma inusual de traviesa es la traviesa en forma de Y, desarrollada por primera vez en 1983. En comparación con las traviesas convencionales, el volumen de balasto requerido se reduce debido a las características de distribución de carga de la traviesa en Y. ^{[ 30 ]} Los niveles de ruido son altos, pero la resistencia al movimiento de la vía es muy buena. ^{[ 31 ]} Para curvas, el contacto de tres puntos de una traviesa de acero en Y significa que no se puede observar un ajuste geométrico exacto con un punto de fijación fijo.

La sección transversal de las traviesas es una viga en I. ^{[ 32 ]}

En 2006, se habían construido menos de 1000 km (621 millas) de vías con unión en Y, de las cuales aproximadamente el 90 por ciento se encuentra en Alemania . ^{[ 30 ]}  

La traviesa doble ZSX es fabricada por Leonhard Moll Betonwerke GmbH & Co KG y consiste en un par de traviesas de hormigón pretensado conectadas longitudinalmente por cuatro varillas de acero. ^{[ 33 ]} Se dice que el diseño es adecuado para vías con curvas pronunciadas, vías sometidas a tensiones térmicas como las que operan trenes con frenos de corrientes de Foucault , y puentes, y como vía de transición entre vías tradicionales y vías sobre losa o puentes. ^{[ 34 ]}

También se han fabricado traviesas monobloque de hormigón en una forma más ancha (por ejemplo, 57 cm o 22 + 1/2 pulg . ) de modo que no haya balasto entre las traviesas; esta traviesa ancha aumenta la resistencia lateral y reduce la presión del balasto. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]} El sistema se ha utilizado en Alemania ^{[ 38 ]} donde las traviesas anchas también se han utilizado junto con los sistemas de vía sin balasto GETRAC A3. ^{[ 39 ] [ 40 ]}  

Las traviesas bibloque (o de doble bloque) constan de dos soportes de hormigón unidos por una barra de acero. Entre sus ventajas se incluyen una mayor resistencia lateral y un menor peso que las traviesas monobloque de hormigón, así como la eliminación de los daños causados ​​por las fuerzas de torsión en el centro de las traviesas gracias a las conexiones de acero más flexibles. ^{[ 41 ]} Este tipo de traviesa es de uso común en Francia, ^{[ 42 ]} y se utiliza en las líneas de alta velocidad TGV . ^{[ 43 ]} Las traviesas bibloque también se utilizan en sistemas de vía sin balasto. ^{[ 42 ]} Son convertibles de ancho de vía cortando y soldando la barra de acero a la dimensión que se ajuste al nuevo ancho de vía.

Las traviesas de bastidor ( en alemán : Rahmenschwelle ) constan de elementos laterales y longitudinales en una única pieza monolítica de hormigón. ^{[ 32 ]} Este sistema se utiliza en Austria ; ^{[ 32 ]} en el sistema austriaco, la vía se fija en las cuatro esquinas del bastidor y también se apoya en la parte central del mismo. Las traviesas de bastidor adyacentes se colocan a tope muy cerca unas de otras. Las ventajas de este sistema sobre el sistema transversal convencional aumentan el soporte de la vía. Además, los métodos de construcción utilizados para este tipo de vía son similares a los utilizados para la vía convencional. ^{[ 44 ]}

En la vía de traviesas, estas se colocan paralelas a los rieles y tienen varios metros de longitud. La estructura es similar a la vía de balasto de Brunel ; estas traviesas longitudinales pueden utilizarse con balasto o con soportes de elastómero sobre una base sólida sin balasto.