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Inclinación del Riel (Rail Cant) |
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Efectos de Inclinación del Riel (RailCant) en las Fuerzas Rueda/Riel y su Potencial de Descarrilamiento
Por Gary P. Wolf • Agosto 28, 2004
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Hay una gran cantidad de trabajo que se está realizando en estos días con el fin de reducir el estado de los esfuerzos (stress) en los ferrocarriles. Con el número de carros de 286,000-libras que se encuentran operando sobre la gran mayoría de la red ferroviaria de Norte América, nunca han sido tan importantes como ahora las actividades orientadas a reducir estos esfuerzos y el potencial de descarrilamiento. Una estrategia que los ferrocarriles pueden utilizar para mejorar su margen de seguridad es asegurando un peralte apropiado y la inclinación del riel (rail cant) en las curvas.
 La inclinación negativa del riel, hacia el lado externo, ha mostrado ser un factor causante de los descarrilamientos por volteo del riel y abertura del escantillón. La inclinación del riel (rail cant) y su efecto en las fuerzas lateral/vertical (L/V), puede significar en algún momento la diferencia entre una operación segura y otra con la posibilidad de descarrilamiento por volteo del riel o por la subida de una rueda. La inclinación negativa del riel, la cual se manifiesta ella misma con la abertura de los rieles hacia el lado externo, particularmente en las curvas, se produce por el corte diferencial de la placa (differential plate cutting). Esto ocurre cuando las fuerzas de las ruedas producen un momento que tiende a voltear el riel hacia el lado externo, ocasionando que la placa del durmiente corte más hacia el lado campo del durmiente que hacia el lado interno del escantillón.
Los reglamentos de la “Federal Track Safety Standards” atienden en forma general el corte de la placa, pero no tratan los efectos asimétricos del corte diferencial de la placa, los cuales comunmente generan la inclinación del riel hacia el lado externo. Sin embargo, la mayoría de los ferrocarriles no aplican el estándar de FRA que permite a la placa cortar más del 40% del espesor del durmiente antes de que sea cambiado. Aún si los ferrocarriles lo permitieran, el corte de la placa no es realmente el problema. El corte diferencial (differential cutting), donde un lado de la placa corta más que en el otro ocasiona que el riel se incline hacia fuera a varios grados, siendo esta la situación que si posee un gran potencial de descarrilamiento.
Cuáles son las fuerzas que producen el corte de la placa?
En las curvas, las fuerzas de las cejas empujan el riel superior hacia el lado externo de la curva, mientras que las fuerzas laterales de deslizamiento (creep forces) en la parte interna de la curva empujan también el riel inferior hacia el lado externo. Esto disminuye el factor L/V requerido para producir los descarrilamientos ya sea por volteo del riel o por abertura del escantillón. Adicionalmente, también disminuye el umbral del factor L/V para que suba una rueda, especialmente en carros livianos o vacíos. Esta condición puede restringir más aún la orientación o giro positivo (positive steering) de un juego de ruedas cuando se mueve en la curva. Varios análisis que se han desarrollado con el programa VAMPIRE (modelo que simula la dinámica de un vehiculo) de las condiciones dinámicas que suceden en una curva han demostrado que cuando el riel se inclina hacia fuera puede restringir la orientación o giro positivo (positive steering) proveniente de la conicidad de una rueda.
Inclinación de Riel (Rail Cant)
En instalaciones típicas, el riel se inclina hacia adentro en dirección de la cara interna del escantillón con un angulo que varía entre 1:20 y 1:40. Esto es deseable y ayuda a mantener el punto de contacto vertical centrado en la parte de la cabeza del riel que se encuentra directamente sobre el alma del mismo. La inclinación normal reduce el momento de fuerza que tiende a voltear el riel hacia el lado externo. Con una inclinación igual a cero, la combinación de las dos fuerzas lateral y vertical caerá a una distancia desviada del centro de la vía produciendo un momento de fuerza de volteo y la tendencia de la placa a cortar. La inclinación positiva, o hacia dentro, 1:20 y 1:40 ocasiona que el factor L/V caiga más cerca de la línea central del riel, creando una fuerza balanceada a través de la placa del durmiente.
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