Una de las características principales
del ferrocarril es el rozamiento casi nulo que ofrece la rodadura de la
rueda sobre el carril. Esto permite un gran ahorro de energía, ya
que con pocos kilos de esfuerzo de tracción, se pueden arrastrar
toneladas de peso sea cual fuere el sistema de tracción, si hablamos
de horizontal.
El punto de contacto entre la rueda y el carril es mínimo.
En contrapartida esta
misma característica también ocasiona los dos inconvenientes
mas graves que sufre el ferrocarril: el frenado, y la pendiente
Debido al insignificante rozamiento de la rueda
sobre el carril, los frenos tienen limitado el rozamiento que estos pueden
ejercer sobre la rueda, puesto que en el momento en que este sea mayor
de lo que el coeficiente de adherencia le permita, la rueda patinara sobre
el carril.
La imagen demuestra que con unos pocos kilogramos de esfuerzo, sea cual fuere el sistema de tracción, es posible mover varias toneladas. Ello se debe a la fina rodadura de la rueda sobre el carril, casi sin rozamiento. Si bien estas dos personas seguramente sudaron lo suyo, está claro que el esfuerzo que pueden desarrollar dos seres humanos es pequeño pero suficiente para mover un vagón de 7 Tm.
Igual fenómeno ocurre cuando el trazado del ferrocarril alcanza terrenos con pendiente, y se precisa un esfuerzo de tracción mucho mayor para elevar el peso que hasta ahora solo debíamos arrastrar. Aumentando el esfuerzo de tracción se verá reducida la adherencia de la locomotora, por lo que el gradiente también se verá muy limitado.
La pendiente máxima para un ferrocarril de simple adherencia, en vía ancha suele ser de unas 30 ó 35 milésimas, aunque hay casos en que se supera (El FC Ripoll-Puigcerdá, por ejemplo, alcanza 43 milésimas). La vía estrecha permite un gradiente algo mayor debido al menor peso del material remolcado, alcanzandose en casos extremos las 67 milésimas (FC del Guadarrama). Pero no siempre la orografía permite vencer desniveles y montañas con un gradiente tan limitado.
¿que ocurre entonces?
Si para alcanzar una altura determinada no se puede aumentar la pendiente, hay que aumentar el trazado. Ello se realiza por los sistemas que veremos a continuación:
1) curvas en herradura; consiste en realizar un trazado que va girando sobre si mismo una y otra vez, pudiendo ganar mucha mas altura que en línea recta. Como ejemplos en nuestro país existen o han existido en vía ancha, entre otros, el trazado de la rampa de Bárcena (FC Madrid-Palencia-Santander), la rampa de Pajáres (FC Leon-Oviedo-Gijon), y también en el FC Vasco Navarro en vía métrica.
2) túneles helicoidales, o de caracol; Consiste en un túnel en el que la vía da un giro completo sobre si misma, cruzándose a mayor altura. También tenemos un ejemplo en vía ancha en el túnel de Tosses, en la Molina, entre Barcelona i Puigcerdá. Otro ejemplo de este tipo de trazado, pero a cielo abierto, es el lazo de La Granja (FC Venta de Baños-La Coruña). No se utilizó este sistema en vía estrecha en España.
Varios ejemplos de curvas en herradura y de túnel helicoidal; Arriba, izquierda linea de San Gotardo (Suiza): combinación de herradura y túnel helicoidal; centro rampa de Bárcena; derecha rampa de Pajares; Abajo, izquierda túnel helicoidal de Tosses, derecha lazo de La Granja (de Geografía de los Ferrocarriles Españoles)
3) zig-zag; Este sistema es muy utilizado en zonas cuyo terreno no ofrece la dureza suficiente para horadar túneles, o donde no puede realizarse la inversión suficiente. Consiste en ascender hasta llegar a un punto donde por medio de unas agujas la vía emprende la ascensión en sentido contrario, hasta otro punto de igual característica. Así, pues, un tren cambiara el sentido al llegar a la primera aguja, pasando a ser empujado por la locomotora mientras asciende hasta la segunda aguja donde, tras cambiar nuevamente el sentido de la marcha, reemprenderá la ascensión con la locomotora nuevamente en cabeza del tren.
En España este sistema sólo se utilizó en ferrocarriles de minas (P.Ej.: Coto Azufrero de Hellin, FC de la Orconera Minig C. Ltd)
Cambio de agujas de vía en zig-zag en la linea de Lima a Los Andes (Perú).El tren, descendente, ha entrado en la vía ciega procedente de la vía de la izquierda, y va a reemprender su camino marcha atrás, empujado por la locomotora, por la vía de la derecha hasta llegar a las próximas agujas. Estas se divisan a la derecha de la imagen, en un nivel mas bajo. Allí el tren cambiará una vez más el sentido de la marcha, volviendo a ser remolcado por la locomotora, mientras tomará la vía descendente. El punto de cambio de sentido desde donde se tomó la fotografía es compuesto, es decir, tiene dos vías, que posibilitan el cruce entre un tren ascendente y otro descendente, mientras que el próximo punto es simple, es decir de una sola vía (de Steam in the Andes)
Otro ejemplo de Zig-Zag como el anterior.(de El Fascinante Tren Hacia
las Nubes)
Los sistemas que hemos visto hasta este momento mantienen la pendiente dentro de los máximos permitidos por la adherencia del ferrocarril. Pero a veces no son suficientes para ascensiones con valores muy altos. ¿debía limitarse el ferrocarril a estos valores ?
Buscando la solución se idearon dos sistemas en que se podía aumentar la pendiente, hasta poder realizar ascensiones mucho mas bruscas.
1) El plano inclinado, que consiste en
remolcar el tren por medio de un cable accionado por un motor situado en
la parte alta del plano inclinado.
En España hubo un caso muy conocido de
un mecanismo de este tipo, que se utilizó en el FC del Langreo,
finalmente obsoleto por la construcción de un túnel que modificaba
el trazado. También fue muy utilizado este sistema en trenes mineros
para acceder a las vías de distintos niveles.
El impresionante plano inclinado del FC del Langreo (De Los Ferrocarriles
en España 1848-1958)
Además de los planos inclinados mencionados,
en nuestro país se dan numerosos casos de funiculares, que como
todos saben, consiste en un sistema de cables y poleas que sostienen uno
o dos vehículos que ascienden o descienden gracias al esfuerzo de
un motor situado en la parte alta del recorrido. Cuando los vehículos
son dos, actúan como contrapeso entre ellos.
Existen numerosos ejemplos en Catalunya y en
España de funiculares muy conocidos (La Reineta, Montjuich, Tibidabo,
Igueldo, etc etc).
Los inconvenientes de este sistema son evidentes,
puesto que si bien permite ascensiones muy fuertes, el trazado debe desarrollarse
en línea recta, o con muy poca desviación, además
de que su longitud estará siempre muy limitada.
Los funiculares de Vallvidrera y del Monte Archanda son una muestra de otros muchos existentes en la península ibérica.
2) La cremallera, consistente en una barra dentada situada en el eje de la vía, con la que engrana un piñón de la locomotora, aumentando significativamente la pendiente posible de la vía, puesto que ya no depende del
Cremallera sistema ABT
coeficiente de adherencia. De este modo el ferrocarril puede vencer la montaña, sin patinar ni ascendiendo, ni descendiendo, ni frenando.
Este sistema permite además un trazado con tantas curvas y longitud como sea necesario.