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Una especificación correcta de las sujeciones proporciona recompensas en el transporte de Mercancías Pesadas

Allen Goff, Director de Ventas y Marketing de Pandrol en Norteamérica, examina los retos a que se enfrentan las compañías ferroviarias de transporte de mercancías pesadas y por qué es tan importante obtener las especificaciones de sujeción correctamente ya desde el principio. Por regla general, encontramos las compañías ferroviarias de transporte de mercancías pesadas en áreas con altas concentraciones de depósitos minerales, que suelen encontrarse en algunos de los lugares más inhóspitos y difíciles de alcanzar del mundo. Las compañías ferroviarias que circulan por este terreno difícil, con temperaturas que pueden variar entre +40°C y -40°C y con un tonelaje transportado que puede superar los 200 mgt/año, requieren una sujeción de carril capaz de cumplir estas condiciones desafiantes.

Son muchas las compañías ferroviarias de transporte de mercancías pesadas que se están viendo enfrentadas a un aumento del tonelaje a medida que los precios de las mercancías y los volúmenes mundiales se recuperan del bajo nivel que registraban hace algunos años. Ante este trasfondo nos encontramos con el hecho de que numerosas líneas férreas para transporte de mercancías pesadas se construyeron en una época en la cual existía una menor demanda de minerales y, por tanto, se transportaban tonelajes inferiores. Por ejemplo, en EE.UU., la red ferroviaria de mercancías pesadas utiliza alineaciones que se definieron en el siglo XIX y en mucho sitios todavía se pueden observar traviesas (durmientes) de madera y sujeciones formadas por ‘tirafondo y anclaje’.
El incremento del tonelaje en algunas líneas férreas ha provocado un deterioro precoz de la geometría de la vía y problemas con las sujeciones, en particular si éstas se especificaron incorrectamente desde un principio.

En estos tipos de situaciones, que por su naturaleza se encuentran en lugares remotos de difícil acceso, se requiere un sistema de fijación que requiera una intervención mínima y dé buenos resultados a largo plazo.

Gran tonelaje anual

Doscientos millones de toneladas al año no es una cifra de transporte extraña para un ferrocarril, en comparación con alrededor de 20.000 toneladas al año en aplicaciones de transporte de mercancías no pesadas. Incluso en líneas férreas para transporte de mercancías pesadas, el tonelaje real transportado supera con creces el tonelaje para el cual se diseñaron en un principio los sistemas de vía, lo que supone un aumento de las tensiones sobre el sistema de vía, sujeción y traviesa. Al tener que transportar un tonelaje muy superior, cabría esperar que sería necesario un mantenimiento o sustitución de las sujeciones con mucha mayor frecuencia. Por tanto, a la hora de sustituir un sistema de fijación existente, es importante identificar una solución de fijación con escasas necesidades de mantenimiento que pueda soportar los rigores del tráfico moderno de mercancías pesadas.

En cuanto a las sujeciones en el transporte de mercancías pesadas, el costo del mantenimiento y la sustitución es bajo si los comparemos con los costos de mano de obra y de cierre de vías. La mayoría de operadores de vías para mercancías pesadas tiene previsto sustituir los componentes de vía pequeños únicamente cuando se esté llevando a cabo una operación de reencarrilamiento. Por tanto, se pueden lograr importantes ahorros si garantizamos que la vida útil de los componentes de fijación es superior a la vida útil del carril. Sin embargo, esto plantea un mayor desafío a medida que se prolongan las vidas útiles de los carriles y el tonelaje transportado. Las principales compañías ferroviarias de transporte de mercancías pesadas de EE.UU. esperan actualmente que un carril dure 3.000 millones de toneladas de tráfico en vía recta. Por tanto, el ahorro neto que supone la inversión en componentes de fijación duraderos se logra en poco tiempo.

Esfuerzos tractores elevados

Unos esfuerzos tractores elevados pueden provocar tensiones longitudinales en la vía y, por tanto, afectan a las especificaciones. En aplicaciones de transporte de mercancías no pesadas, una vez que se ha diseñado la vía para hacer frente a esfuerzos debidos a la dilatación y contracción térmicas, las fuerzas de frenado previstas máximas serán por defecto suficientemente elevadas para soportar los esfuerzos tractores aplicados. Sin embargo, en aplicaciones para transporte de mercancías pesadas con esfuerzos tractores superiores, esto puede provocar un fallo de la vía. Esto se manifiesta en primer lugar en un movimiento no uniforme de las traviesas, que quedan posicionadas sesgadas y desplazadas respecto a los carriles y al balasto.

La solución a este problema consiste en diseñar, construir y mantener un lecho de vía de alta calidad y en prestar una especial atención a las especificaciones de las sujeciones de carril con una elasticidad de cizallado longitudinal adecuada. Los ensayos llevados a cabo en diferentes tipos de suelas de carril han demostrado unos resultados muy diferentes desde el punto de vista de la atenuación de los efectos de unos esfuerzos tractores elevados.

Definición de las especificaciones

El tercer factor que afecta a las especificaciones de sujeciones es consecuencia de que los ferrocarriles para transporte de las cargas más pesadas son los propuestos por las compañías mineras, operadores ferroviarios no establecidos en el sector. Por tanto, el ferrocarril pasa a ser parte del proyecto de minería ya que constituye la vía más económica y fiable para mover mercancías a granel de la fuente hasta el consumidor. En la mayoría de los casos, el diseño, la construcción e incluso la explotación de los ferrocarriles se somete a un concurso público de idéntica manera que en cualquier inversión de capital.

Esto debería exigir una especificación de prestaciones técnicas de la vía para transporte de cargas pesadas pero, sin embargo, no existe ninguna norma técnica establecida que tenga en cuenta el tipo de factores que afectan a los ferrocarriles para el transporte de cargas pesadas. En la práctica, rara vez basta con simplemente adoptar las especificaciones técnicas de un ferrocarril y aplicarlas a otro en una parte diferente del mundo . La industria del ferrocarril para mercancías pesadas cuenta con un sólido historial de intercambio de conocimientos técnicos a través de organizaciones tales como la IHHA, que ha desarrollado las mejores prácticas que se pueden exportar a nuevos proyectos y a proyectos más desafiantes. Esto está contribuyendo a perfilar las especificaciones de la sujeción para asegurar que cumpla los retos de tal mercado concreto.

Norfolk Southern Railways, EE.UU.

Un ferrocarril para transporte de mercancías pesadas que ha contribuido a perfilar la especificación de las placas de traviesas de transporte de mercancías pesadas ha sido la Norfolk Southern Railways. Para este proyecto, Pandrol colaboró con Norfolk Southern Railways para crear un desarrollo pionero de una placa mantenedora del ancho de vía de 18 pulgadas asimétrica estándar en aquellos lugares en que un peralte inverso del carril planteaba un problema. El ferrocarril utilizaba traviesas de madera, pero todas las placas para traviesas disponibles en la época en el mercado con sujeciones elásticas ocupaban una superficie inferior. El reto se vio agravado por la mayor potencia de las locomotoras, el frenado dinámico, el mayor tonelaje (MGTs) anual, unas secciones de carril más grandes y la variación de la resistencia mecánica de las traviesas que, combinados todos ellos, suponían que era necesaria una nueva especificación para un diseño de placa mantenedora del ancho de vía para transporte de mercancías pesadas.

La más crucial de estas especificaciones era un contacto con la traviesa con la máxima área de apoyo, un contacto con la traviesa con un área de apoyo incrementada, una mayor asimetría del área de apoyo hacia el lado exterior de la vía, una carcasa de clip que quede centrada sobre la placa mantenedora del ancho de vía, espacio para los cuatro tirafondos y dos clavos fechadores y, en última instancia, ahorros financieros frente a una placa colada.

Pandrol introdujo la placa VICTOR, que ocupaba idéntica superficie que una placa mantenedora del ancho de vía según AREMA de 18″ asimétrica estándar e incorporaba un anclaje montado a presión colado que utilizaba un e-Clip estándar de Pandrol para sujetar el carril a la placa. La placa VICTOR se ha concebido para admitir cargas por eje elevadas sobre traviesas (dormientes) de madera.

La ubicación se encontraba en una curva de 6,0 grados (290 m de radio) en una gradiente de 0,09% con un peralte de 3,5% (90 mm), que transportaba principalmente trenes carboneros con un tonelaje total anual de unas 40 MGTs. Las placas VICTOR de Pandrol incorporaban el uso de clavos fechadores para sujetar la placa a las traviesas (dormientes) en esta línea férrea que utilizaba predominantemente clavos fechadores. Se monitoreó la placa VICTOR y se observó que daba buen resultado con respecto a una reducción del corte de la placa de traviesa y a la ampliación del ancho de vía, lo cual redujo las necesidades de mantenimiento para esta curva.

Las placas de traviesa VICTOR brindan un área de soporte máxima, mientras que el uso de sujeciones Pandrol proporciona a los ferrocarriles para transporte de mercancías pesadas sujeciones resilientes con una mayor capacidad de retención, impidiendo el balanceo de los carriles y reduciendo su mantenimiento.

Norfolk Southern Railways ha especificado el uso de placas VICTOR de Pandrol con tirafondos también para aplicaciones en puentes. Hasta la fecha, Norfolk Southern Railways ha instalado más de 3 millones de placas VICTOR. Estas placas han demostrado ser beneficiosas para reducir el corte de las placas, el peralte inverso del carril y condiciones de ampliación del ancho de vía, así como proporcionar una restricción del balanceo de los carriles. Al abordar estos factores, el operador ferroviario ha logrado reducir sus costos de mantenimiento y aumentar la eficiencia.

Alta capacidad de transporte, escasas necesidades de mantenimiento

Como puede verse, salta a la vista que las sujeciones de carril requieren unas prestaciones mejoradas para poder soportar las cargas por eje y la curvatura que pueden crear problemas tales como un peralte inverso de los carriles y la necesidad de un mantenimiento continuado. Los operadores ferroviarios de transporte de cargas pesadas se inclinan cada vez más por el uso de sujeciones que permitan una mecanización de alto rendimiento para las operaciones de instalación y mantenimiento que permita reducir los costos de instalación para los contratistas y repita tales eficiencias en las operaciones de neutralización de tensiones, reencarrilado y en las actividades de mantenimiento de carriles a lo largo de la vida útil del sistema de fijación.

La innovación en este sector ha llevado a soluciones que superan muchos de estos problemas y ayudan a las compañías ferroviarias a lograr unas menores necesidades de mantenimiento y unas vidas útiles más largas de sus sistemas de sujeción.