¿En qué consiste el tercer carril? Conversión de vía de ancho ibérico a ancho mixto.

En este post vamos a analizar el problema de la conversión de ancho ibérico a ancho mixto desde el punto de visto tecnológico y explotación.

VÍA Y APARATOS DE ANCHO MIXTO

Convertir una vía de ancho ibérico convencional en una vía de ancho mixto no es tan sencillo como añadir directamente un tercer carril. Para su instalación, es necesario sustituir previamente las traviesas existentes por traviesas especiales que permitan la instalación posterior del carril adicional.

Todos los desvíos y demás aparatos de vía también deben sustituirse por otros especiales. De hecho, los aparatos de vía con tres carriles son uno de los elementos más complejos de la vía mixta. En función de la posición del tercer hilo (es decir, de que el carril interior esté a la derecha o a la izquierda), del ancho que se desvíe (ibérico, estándar o ambos) y de hacia qué lado lo haga (izquierda o derecha) pueden producirse lo que se llaman corazones obtusos, en los que la laguna o espacio hueco entre el hierro del aparato resulta tan grande que no permite que la rueda del tren pase a más de 30 km/h. Una limitación de velocidad tan severa es inaceptable en vía general e indeseable en vías secundarias, con lo que la configuración de los aparatos disponibles es muy limitada.

En el esquema siguiente se aprecian, a modo de ejemplo, las posibilidades que hay para desvíos a la derecha. En los dos primeros se desvía la vía de ancho ibérico, nomenclatura DMR (Desvío Mixto Renfe) y en los dos últimos la vía de ancho estándar, nomenclatura DMI (Desvío Mixto Internacional). Como se ve, para evitar corazones obtusos, al desviar ancho ibérico a la derecha el hilo central debe estar a la derecha, y al desviar ancho estándar a la derecha el hilo central debe estar a la izquierda. Si se desvían los dos anchos de la vía de ancho mixto (DMM) se producirá inevitablemente un corazón obtuso, salvo que se utilicen nuevas tecnologías de punta móvil, de los que hablaremos más adelante.

Para colocar el tercer hilo al lado que nos interesa es necesario un aparato de vía llamado cambiador de hilo. Son aparatos costosos de emplazar y mantener (necesitan 8 motores para mover las agujas), pero lo más grave es que allí donde se ubican queda permanentemente limitada a 60 km/h la velocidad de uno de los dos anchos (el que debe pasar por la curva que se produce en las agujas). En el esquema de la izquierda se aprecia un cambiador en el que la vía preferente es la de ancho estándar y por tanto los trenes de ancho ibérico tienen limitación de velocidad. En el esquema de la derecha la situación es la inversa, y son los trenes de ancho estándar los que tendrán limitación de velocidad.

En la foto se aprecia un cambiador de hilo en el que el ancho preferente o directo es el ibérico y las agujas están desacopladas.

La evolución tecnológica del tercer carril ha conseguido que un nuevo modelo de aparatos de vía, denominados de punta móvil, permita desviar ambos anchos mediante un solo aparato, evitando el corazón obtuso a través de una aguja accionada por motores. El aparato de vía se complica (y también las instalaciones de seguridad al incrementarse el número de motores) pero se simplifican mucho los esquemas de circulación al poder desviar a la vez dos anchos independientemente de donde se sitúe el hilo común.

INFRAESTRUCTURA Y GÁLIBOS

Los aparatos de vía no son la única limitación grave del tercer carril. Otra restricción importante viene dada por el diferente contorno de gálibo de ambos anchos. Las cajas de los trenes de ambos anchos son iguales y al tener un carril común el eje de simetría se desplaza y por tanto el contorno de referencia

Para mantener las entrevías que deben tener las vías (a más velocidad, más entrevía) y las distancias a obstáculos como andenes, hastiales de túneles hay que ir situando el tercer hilo en diferentes posiciones según se encuentren estos obstáculos. En los túneles, en ocasiones, no es suficiente con ubicar el tercer hilo en el lado más favorable, y es necesario realizar complejas actuaciones como ampliaciones en túneles de gálibo estricto para conseguir que los trenes de ambos anchos puedan circular. En los andenes, aun cuando el tercer hilo esté donde toca (es decir, ningún tren choque con el andén) el tren de uno de los anchos quedará a más de 13 cm de donde debería estar, lo que supone un grave problema de accesibilidad a los trenes.

Los esfuerzos descentrados de la circulación de trenes en ejes de simetría diferentes y el incremento de carga muerta de la vía mixta (900 T por metro frente a 600 T de la vía convencional) obligan a recalcular y reforzar los tramos metálicos y antiguas obras de fábrica bajo las vías convencionales. También deben reconstruirse los pasos a nivel, pasos entre andenes, muros guardabalasto etc.

 

ENERGÍA

En muchas ocasiones se habla de tercer carril como solución que permite circular a todos los trenes, pero en la práctica no es así. Aun disponiendo de tercer carril, en la vía mixta hay una sola tensión de electrificación y una vez decidida esta los trenes monotensión de la otra tensión no pueden circular.

Las líneas de alta velocidad están electrificadas a 25 kV en corriente alterna, las convencionales a 3 kV en corriente continua (y las francesas en la frontera a 1,5 kV). La crónica falta de planificación ha motivado que muy pocos trenes del parque de Renfe sean bitensión, es decir aptos para circular bajo catenaria a una u otra tensión. De los 900 trenes eléctricos de Renfe, apenas 14 trenes AVE de la serie 100 (todos de ancho estándar) y 30 locomotoras 252 (de ambos anchos) son bitensión. También son bitensión los 100 trenes disponibles de ancho variable, pero éstos no necesitarían el ancho mixto para circular. El resto de trenes eléctricos de ancho ibérico son monotensión a 3 kV y los de ancho estándar europeo, los AVE de las series 102, 103, 104, 112 y 114, son monotensión a 25 kV.

Al contrario que la problemática del doble ancho de vía, las diferentes tensiones de alimentación eléctrica han sido un problema habitual en los ferrocarriles de todo el mundo y todos los fabricantes de trenes ofrecen trenes bi o multitensión sin sobrecostes sensibles sobre los monotensión.

Así, entre Tardienta y Huesca (el primer tercer carril instalado en 2003) la tensión de electrificación es de 25 kV y los trenes regionales eléctricos de ancho ibérico no pueden circular, por lo que deben utilizarse trenes diésel. En el resto de terceros carriles instalados la tensión de electrificación es de 3 kV lo que limita la circulación en ancho estándar a unas pocas locomotoras 252 y a los AVE serie 100 en el caso del Valencia-Castellón. En el acceso a Madrid-Barajas T4 no ha circulado ningún tren de ancho estándar o europeo, ya que no hay ningún tren que pueda utilizarlo.

La catenaria también debe modificarse para permitir la circulación de trenes de ambos anchos ya que los pantógrafos de los trenes de los dos anchos tienen ejes diferentes. Además, en la red convencional se suelen utilizar pantógrafos de 1.950 mm de ancho mientras que en la red de alta velocidad se suelen utilizar europantógrafos de 1.600 mm de ancho. Como mínimo, deben modificarse los descentramientos y las agujas aéreas.

A toda catenaria se le da un descentramiento para que el contacto entre el pantógrafo y el hilo de contacto se produzca a lo largo de toda la mesa del pantógrafo, para uniformizar los desgastes. En un soporte de catenaria esta se descentra a 20 cm del eje y en el soporte siguiente, lo hace a 20 cm en sentido contrario creando el característico zigzag del hilo de contacto en planta. Para permitir la circulación de todas las combinaciones posibles de anchos de vía y pantógrafos, se ha definido una solución de compromiso de descentramientos como se puede ver en color azul en la figura. Los desgastes de los pantógrafos no son regulares, penalizando su mantenimiento.

Las agujas aéreas deben también adaptarse a los diferentes tipos de aparatos de vía.

No está relacionada con el tercer carril, pero en los terceros carriles que se pusieron en servicio en 2011 para llevar el ancho estándar al puerto de Barcelona, se renovó la catenaria por catenaria polivalente, derivada de la EAC 350 que equipa las líneas de alta velocidad. Su diseño permite que el cambio de tensión de alimentación sea una operación sencilla en lo que respecta a la catenaria (las subestaciones de tracción son diferentes). Dispone de aisladores de 25 kV, que soportan esta tensión así como la de 3 kV, inferior. También está diseñada para soportar los dos hilos de contacto que requiere la catenaria de 3 kV (a menos tensión se necesita más sección en los conductores. Por eso se dice que la catenaria de 3 kV es más pesada).

CONTROL, MANDO Y SEÑALIZACIÓN.

A efectos de explotación, una vía mixta es una sola vía, pero las instalaciones deben permitir detectar el ancho del tren y establecer los itinerarios correspondientes, que serán diferentes según el ancho de vía. La señalización es la misma que la convencional aunque cambia la numeración de los elementos de campo y se incorporan algunos como los cambiadores de hilo. La explotación es por tanto igual de segura y fiable que la de una vía de un solo ancho, aunque en condiciones degradadas la complejidad de las instalaciones dificulta las tareas de los responsables de circulación y los maquinistas. La regulación del tráfico es también más exigente porque las vías de apartado y estacionamiento suelen ser diferentes en función del ancho y el operador se enfrenta a la vez a más posibilidades (más itinerarios posibles) y más limitaciones (menos vías de apartado para cada ancho).

 

En el esquema se aprecia la posición del tercer carril, y los cambiadores de hilo (CH).Los aparatos de vía son todos de ancho ibérico.

Si el enclavamiento es electrónico, las modificaciones de hardware son reducidas (secuenciadores, energía, bastidores de contadores de ejes, mejoras tecnológicas en algunos componentes…). La evolución tecnológica disponible implica que la detección del tren sea mediante contadores de ejes, lo que no es práctica habitual en la señalización automática en España (aunque sí en otras administraciones) . Sin embargo, la vía mixta implica modificar el esquema de las estaciones ya que se modifican desvíos y señales y por tanto es necesario modificar considerablemente el software del enclavamiento (y la del videográfico del CTC), operaciones con coste económico elevado.

Si el enclavamiento es eléctrico, debe ser sustituido por uno electrónico, al igual que los bloqueos y las telecomunicaciones deben estar también adaptadas a los requerimientos de la señalización moderna por lo que puede ser necesario reforzarla. El coste de estos trabajos es muy importante, pero no debería imputarse por completo al tercer carril sino a una renovación de activos ya amortizados como son los enclavamientos eléctricos.

También son diferentes las balizas ASFA, de mayor tamaño y complejidad que las convencionales para permitir el paso de los captadores de los trenes de dos anchos. No existen balizas de ERTMS para ambos anchos aunque no parece teóricamente complejo desarrollarlas.

CAPACIDAD

La capacidad se ve ligeramente reducida por cuatro motivos:

  • Se reduce en general el número de vías de apartado para cada uno de los anchos ya que se necesitan vías de diferentes anchos en diferentes lugares y las estaciones no son fáciles de modificar al estar en entornos urbanos
  • Se incrementa el número de instalaciones y por tanto la longitud de los cantones de señalización se aleja del óptimo.
  • Dentro de un mismo cantón no puede permitirse que haya en mismo sentido dos trenes de anchos diferentes ya que el sistema no es capaz de diferenciar cual el orden de los trenes (aunque en campo uno nunca puede adelantar a otro). Para evitar esto no se permiten señales permisivas (que permiten dos trenes en un solo cantón) o se obliga a que queden cantones libres entre trenes de diferente ancho.
  • Los pasos por cambiador de hilo implican una fuerte limitación de velocidad (entre 60 y 80 km/h) a los trenes del ancho no preferente.

La capacidad en teoría se reduce poco, por lo que el tercer carril solo debería ser un problema en vías muy congestionadas. No obstante, no hay experiencia de explotación en vías mixtas con mucho tráfico. Según la declaración de la red de ADIF, la saturación no supera el 20 % en ninguno de los tramos con tercer carril.

Sin embargo, hay una situación que sí tiene repercusiones graves en cuanto a capacidad: cuando en una vía doble sólo se equipa una de las vías con tercer carril. Si el tercer carril está instalado solo en la vía ascendente, un tren descendente de ancho estándar solo podrá circular por la vía con tercer carril, obligando a apartarse el o todos los trenes que circulen ascendentemente por su vía.

ASPECTOS ECONÓMICOS.

El coste de instalar tercer carril en una vía existente es muy elevado, en torno a 3 millones de euros/km (el coste de construcción de una línea de alta velocidad oscila entre 6 y 30 millones de euros/km y el de cambio de ancho está en torno a 0,3 M €/km). Hay que sustituir traviesas, aparatos de vía (e instalar más que los que había), actuar en algunos túneles y puentes, renovar la señalización y modificar la catenaria. Idealmente, además, se debería actuar sobre la infraestructura en general eliminando defectos preexistentes aprovechando la renovación, lo que no ha sido el caso hasta ahora.

Sin embargo, hay un matiz importante a la hora de establecer costes. El periodo de amortización de la vía está en torno a los 30 años y el de la señalización en 20. Si se instala el tercer carril en una vía amortizada con más de 30 que ya era necesario renovar, el coste real se reduce ya que solo debería imputarse al tercer carril la inversión adicional sobre la renovación ordinaria de vía, desvíos y señalización. En sobrecoste de instalar el tercer carril en una renovación es bajo en señalización y medio en vía (en torno al doble) respecto al de una renovación ordinaria.

MANTENIMIENTO

El mantenimiento de la vía es considerablemente más caro que en una vía estándar.

Este tipo de vía no puede nivelarse con las bateadoras de línea y debe realizarse con bateadora de desvíos, con un rendimiento de 1/3 sobre el de las bateadoras de línea. El mantenimiento, por tanto se encarece, sobre todo si las velocidades de circulación son elevadas (menores tolerancias por desviaciones geométricas) o el tráfico es muy intenso o la plataforma tiene deficiente capacidad portante.

El mantenimiento de los desvíos es también considerablemente más complejo y es el elemento sobre el que la incertidumbre a largo plazo es mayor. Las cotas y comprobaciones a realizar en las inspecciones son diferentes a las convencionales y no están avaladas por decenas de años de experiencia y decenas de miles de aparatos de vía similares. El despiece de los aparatos es también más complejo y la sustitución de semicambios o corazones requiere actuar sobre zonas más amplias del aparato. También se complica la gestión de repuestos.

La catenaria no tiene un mantenimiento más complicado que la convencional. Sí que necesitan mayor mantenimiento las pletinas de los pantógrafos. Las vías de apartado en ancho estándar no son accesibles con las dresinas de mantenimiento de ancho ibérico. Cualquier incidencia en estas vías supone un grave contratiempo y su mantenimiento preventivo es difícil

Las instalaciones de seguridad no son diferentes pero el número de sus elementos de campo a mantener sí que aumenta considerablemente. Hay más aparatos de vía y estos tienen en general más motores. Cada cambiador de hilo necesita nada menos que 8 motores).

El tercer carril no ha implicado, al menos que haya trascendido, graves problemas de mantenimiento, pero ha pasado muy poco tiempo desde que se utiliza y en ningún caso ha sido instalado en vías de alto tráfico. El comportamiento del sistema a largo plazo (sobre todo los aparatos de vía y las traviesas asimétricas) y por tanto el coste del ciclo de la vida útil sigue siendo incierto.

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2 comentarios

  1. Varios apuntes.
    No estoy a favor del 3er hilo como solución genérica, aunque entiendo que pueda ser útil en extremos de línea y terminales. Aun así, si bien creo que debemos tender a implantar únicamente ancho UIC, hay que tener en cuenta en esta transición la falta de material móvil y su afectación a los servicios existentes, especialmente en referencia a los nuevos operadores ferroviarios privados de mercancias: el precio de esta adaptación no suele compensarse con el poca margen que deja el servicio.

    Dicho esto hago unos apuntes mas:
    El tema de la velocidad de paso ha mejorado, ya que los actuales desvíos de corazón con punta móvil permiten mayor velocidad, desviadas hacia cualquier lado y disminuir la necesidad de cambiadores de hilo.

    Al problema de la capacidad hay que añadirle las gran diferencia de velocidad que suele haber entre los que emplean UIC y los que emplean ancho ibérico (y más si añadimos las mercancías)

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