Vía férrea y cambio de agujas

Una vía férrea es un camino que dirige las ruedas: dos carriles sujetos a distancia fija sobre traviesas, por los que ruedan ruedas con pestaña. El cambio de agujas desplaza dos carriles afilados para pasar un tren de una vía a otra. La vía más antigua hecha para sujetar ruedas es el Diolkos, un camino empedrado con dos ranuras que cruzaba el istmo de Corinto, construido hacia el 600 a. C. Las minas de Europa usaban carriles de madera en el siglo XVI, y en 1767 una fundición inglesa empezó a cubrir sus carriles de madera con placas de hierro fundido.

Qué es

Una vía férrea consta de dos carriles paralelos fijados sobre piezas transversales, las traviesas, que los mantienen a una distancia constante, el ancho de vía. Las traviesas descansan en un lecho de piedra triturada, el balasto, que reparte la carga en el terreno y deja escurrir la lluvia. Las ruedas de un vehículo ferroviario van fijas por parejas en sus ejes, y cada una lleva en su borde interior un reborde saliente, la pestaña. La cabeza del carril soporta el peso, las pestañas mantienen el eje entre los carriles, y el vehículo sigue la vía sin que nadie lo dirija.

Como un tren no puede girar sus ruedas para salir de la línea, es la vía la que tiene que cambiar de dirección. Esa es la tarea del cambio de agujas. En un desvío, una vía se divide en dos: al principio, dos carriles móviles mandan las ruedas a un lado o al otro, y más adelante un cruzamiento permite que las ruedas de un itinerario pasen sobre el carril del otro.

Cómo funciona

Una rueda de acero sobre un carril de acero rueda con muy poca resistencia, y por eso una sola locomotora puede arrastrar un tren largo. Si el eje se desplaza de lado, la pestaña de una rueda toca el costado interior de la cabeza del carril y es empujada de vuelta. En las curvas el carril exterior recibe ese empuje, y en las muy cerradas lo comparte un contracarril colocado por dentro del carril interior.

Al principio de un desvío, dos carriles exteriores, las contraagujas, siguen sin interrupción. Entre ellos van dos agujas, rebajadas hasta una punta fina y unidas por tirantes que las obligan a moverse juntas. Cuando una aguja está apretada contra su contraaguja, la otra queda separada de la suya y deja un hueco lo bastante ancho para una pestaña. Las ruedas del lado cerrado siguen la aguja, las pestañas del otro lado pasan por el hueco y todo el tren toma el itinerario fijado. Una palanca de maniobra junto a la vía, o un motor, mueve las agujas mediante varillas, y el cambio queda enclavado en su posición antes de que pase un tren.

Más adelante, el carril interior de un itinerario tiene que cruzar el carril interior del otro. En este cruzamiento los carriles se juntan en una punta en forma de V, el corazón, con un hueco a cada lado por el que pasan las pestañas. Al otro lado de la vía, un contracarril junto al carril opuesto sujeta la otra rueda del eje, para que la pestaña no golpee la punta ni pase por el lado equivocado. Un tren que entra en el cambio por las puntas de las agujas, y puede ser enviado a cualquiera de las dos vías, lo toma de punta; uno que llega por el otro extremo, donde dos vías se unen, lo toma de talón.

Cómo hacerlo

Una maqueta de mesa muestra cómo dos agujas unidas eligen el itinerario. Hace falta un tablero de unos 60 cm de largo, listones de madera cuadrados de unos 5 mm para los carriles, removedores de café de madera como traviesas, cola de carpintero, dos chinchetas, una tira de cartón rígido, un palito de madera, una sierra pequeña o un cúter, papel de lija, dos ruedas de juguete de madera de unos 3 cm, una varilla que entre en sus agujeros y una hoja de cartulina fina.

Dos agujas unidas por una tira de cartón eligen el camino del eje.

Empiece por el eje. Pegue las dos ruedas en la varilla a unos 4 cm una de otra y pegue en la cara interior de cada una un disco de cartulina algo mayor que ella, como pestaña. Pegue una fila de traviesas en el tablero y luego la vía recta, colocando los carriles de modo que las pestañas pasen justo por dentro con uno o dos milímetros de holgura. Pegue un segundo par de carriles siguiendo una curva suave que se separa hacia un lado. Donde el carril interior de la curva se encuentra con el carril interior de la vía recta, córtelos para que se junten en punta, con un hueco a cada lado para las pestañas, y pegue un contracarril corto por dentro de cada carril exterior, frente a esa punta. Al principio del desvío, lije dos listones cortos en bisel, colóquelos entre las contraagujas y fije cada uno por su extremo grueso con una chincheta para que pueda girar. Pegue por debajo de ambos, cerca de las puntas, una tira de cartón que los haga moverse juntos, y fije junto a la vía un palito que gire y empuje esa tira. Ponga el cambio en una posición, haga rodar despacio el eje desde las puntas y observe qué vía sigue; luego cambie la posición.

Historia y evolución

En el Diolkos, dos ranuras talladas en el enlosado sujetaban las ruedas de los carros.

Los caminos preparados para sujetar ruedas son muy antiguos. En Grecia, a través del istmo de Corinto, el Diolkos era una calzada pavimentada con grandes losas de piedra que servía para llevar por tierra barcos y cargas entre el golfo de Corinto y el golfo Sarónico. Dos canales separados unos 1,5 m la recorren y sujetaban las ruedas de los carros. La cerámica y las letras grabadas en las piedras sitúan su construcción a finales del siglo VII o principios del VI a. C., y la tradición la atribuye a Periandro, señor de Corinto. Las excavaciones dirigidas por el arqueólogo Nikos Verdelis sacaron a la luz largos tramos entre 1956 y 1962.

En las minas que describió Agricola, un perno bajo la vagoneta corría por una ranura entre dos tablones.

Las vías de madera reaparecieron en las minas de Europa central. En 1556 Georgius Agricola describió carretillas que se empujaban fuera de las galerías largas sobre dos maderos colocados uno junto a otro. Un perno de hierro romo bajo la carretilla corría por la ranura que formaban al juntarse, de modo que no podía salirse de la vía.

En Inglaterra, Huntingdon Beaumont tendió en 1603–1604 un camino de carriles de madera para llevar carbón de Strelley a Wollaton, cerca de Nottingham. Los carriles de madera se fijaban uno tras otro sobre traviesas y los vagones iban tirados por caballos. El hierro llegó en el siglo XVIII. En 1767 la fundición de Coalbrookdale, en Shropshire, empezó a fijar placas planas de hierro fundido sobre sus carriles de madera, que así quedaban protegidos del desgaste. En 1789, en una línea de Loughborough a Nanpantan, el ingeniero William Jessop colocó carriles de canto y puso las pestañas en las ruedas, por dentro de los carriles, como en los ferrocarriles actuales. Los carriles laminados de hierro forjado, patentados por John Birkinshaw en 1820, eran más largos y resistentes, y George Stephenson los empleó en el ferrocarril de Stockton a Darlington.

Los primeros ferrocarriles cambiaban de itinerario con un carril corredizo: un tramo corto de vía que se empujaba de lado hasta alinearlo con una u otra línea. Charles Fox patentó un cambio con agujas móviles afiladas que lo sustituyó. Grace’s Guide fecha su patente en 1832 y Rail Engineer en 1838. Agujas afiladas, un corazón fijo y contracarriles siguen siendo las piezas de un desvío corriente.