Conceptos básicos e interrelaciones, Pere Calvet Tordera

I edición del curso de especialización en:
INGENIERÍA FERROVIARIA
Del 1 de febrero al 17 de mayo de 2013
MÓDULO 1: GENERALIDADES
TEMA 1: SISTEMA FERROVIARIO: Conceptos básicos e interrelaciones
FECHA: 1 de febrero de 2013
PROFESOR: Pere Calvet Tordera

Índice
Elementos del sistema ferroviario
Introducción histórica: el ferrocarril como elemento de
desarrollo
Evolución histórica de la red y situación del ferrocarril en distintos
países
Aspectos que impulsan el ferrocarril
Situación del ferrocarril en el mundo
El futuro del ferrocarril
Vocabulario Ferroviario

Elementos del sistema ferroviario.
Procesos de explotación técnica

Elementos del sistema ferroviario
El ferrocarril es un sistema complejo con interrelaciones entre múltiples
disciplinas
Infraestructura y
superestructura
Comunicaciones y señalización
Electrificación
Material rodante
Planificación y análisis de la rentabilidad
socio-económica

Elementos del sistema ferroviario: Infraestructura
La selección de los parámetros de diseño de una línea ferroviaria
condicionará de forma muy importante su explotación:
• Elección de rampas máximas y radios mínimos.
• Elección de la ubicación de los PAETS y sus características.
• Elección del gálibo de la línea.
• Elección de la entrevía.
• La sección y tipología de los túneles
• La tipología de los viaductos
• ...

Elementos del sistema ferroviario: Infraestructura
Un ejemplo: El trazado en alzado
Línia Köln-Frankfurt Perfil longitudinal de les líneas Hannover-Würzburg y Köln-Frankfurt
Influye el sistema de explotación de las líneas
La circulación de trenes de mercancías limita el valor de las
rampas máximas (potencia y carga remolcada)
Sin embargo, en el diseño de las líneas debe tenerse en cuenta la
evolución de la tracción:
• Cada 21 años se duplica la potencia de las máquinas
• Un tren de 600 t podía subir a 90 km/h
En 1928: 5 mm/m
En 1992: 30 mm/m
Fuente: A. García, 2009.
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
Potencia (kW)
Rampa con tren de 600 t a 90 km/h
1928 1944 1955 1973 1980 1992
serie7100 serie7400 serie7700 serie269.0 serie251 serie252
35
30
25
20
15
10
5
0

Elementos del sistema ferroviario: Superestructura
El diseño de la superestructura de la vía es un condicionante importante respecto al
coste de construcción de la línea, a sus necesidades de mantenimiento y a su
disponibilidad.
• Vía balastada (diseño tradicional)
• Vía en losa de hormigón
Rheda 2000
Fuente: A. López-Pita i Paulo F. Teixeira (2001).

Elementos del sistema ferroviario: Electrificación
El diseño del sistema de
electrificación tiene una
incidencia en la
eficiencia energética del
ferrocarril. Estrategias
posibles:
Menor distancia entre
subestaciones
Mayor tensión de
electrificación
Mayores secciones de
conductores
Prever la posibilidad
del freno regenerativo

Elementos del sistema ferroviario: Material rodante
El material rodante es un elemento caro y complejo. Sus características
técnicas y su mantenibilidad condicionan la explotación de las líneas.
Locomotora
Locomotora BB 26001
Fuente: Bugarín, 2005

Elementos del sistema ferroviario: Señalización y comunicaciones
La señalización y las comunicaciones son elementos fundamentales de la
seguridad de las líneas ferroviarias y establecen su capacidad.
ATP por
códigos de
velocidad
ATP por
distancia
objetivo

Explotación ferroviaria
La explotación ferroviaria es un conjunto de procesos que deben
encaminarse a ofrecer un servicio al cliente:
• La infraestructura, superestructura, señalización y comunicaciones, entre
otros, configuran el equipamiento físico de la línea. En términos
informáticos se trataría del hardware.
• En función de las necesidades del cliente es necesario integrar una serie
de procesos, con objeto de ofrecer el servicio ferroviario en condiciones
de calidad y seguridad:
• Planificación de itinerarios.
• Control del tráfico.
• Atención al cliente.
• Control y supervisión de las estaciones,
• ...
• La explotación se basa en las necesidades y el trabajo de las personas:
• Necesidades de los clientes
• Trabajo del equipo técnico

Introducción histórica

Introducción histórica
El ferrocarril: Una revolución

Introducción histórica
Origen del ferrocarril
En el siglo XVIII, los trabajadores de diversas zonas mineras de Europa descubrieron
que las vagonetas cargadas se desplazaban con más facilidad si las ruedas giraban
guiadas por un carril hecho con planchas de metal.
El inicio de la Revolución Industrial, en la Europa de principios del siglo XIX, exigía
formas más eficaces de llevar las materias primas hasta las nuevas fábricas y
trasladar desde éstas los productos terminados.
Los dos principios mecánicos, guiado
de ruedas y uso de fuerza motriz,
fueron combinados por primera vez
por el ingeniero de minas inglés
Richard Trevithick, quien el 24 de
febrero de 1804 logró adaptar la
máquina de vapor, que se utilizaba
desde principios del siglo XVIII para
bombear agua, para que tirara de una
locomotora que hizo circular a una
velocidad de 8 Km/h arrastrando cinco
vagones, con 10 t de acero y 70
hombres sobre una vía de 15 Km. de
longitud de la fundición de Pen-y-
Darren, en el sur de Gales.
Penydarren

Introducción histórica
Primeras líneas en explotación
La primera vía férrea pública del mundo, la línea Stockton-Darlington, en el NE de
Inglaterra, dirigida por George Stephenson, se inauguró en 1825.
La primera vía férrea pública para el transporte de pasajeros y de carga que
funcionaba exclusivamente con locomotoras de vapor, fue la de Liverpool-
Manchester, inaugurada en 1830 y que fue un gran éxito comercial, económico y
técnico.
El volumen de tráfico entre
Liverpool y Manchester pronto
demostró que el uso de una
vía fija debía controlarse
desde una central y que era
preciso mantener una
distancia segura entre los
trenes mediante algún
sistema de señalización.
The Rocket, The Mechanics Magazine (1829)

Introducción histórica
La expansión del ferrocarril
La construcción de vías férreas se expandió con tal ritmo en la década de 1840
que al terminar la misma se habían construido 10.715 Km. de vía en Gran
Bretaña, 6.080 Km. en los estados alemanes y 3.174 Km. en Francia.
En 1914 ya existía casi, excepto en Escandinavia, la red de vías férreas que hoy
tiene Europa, una vez terminados los túneles de la gran vía transalpina: el Mount
Cenis (o Frejus) entre Francia e Italia en 1871, el San Gotardo en Suiza en 1881,
el Alberg en Austria en 1883 y en Suiza también el Simplon en 1906 y el
Lotschberg en 1913.
En Estados Unidos el desarrollo del ferrocarril se vio espoleado por el deseo de
llegar al interior del país desde las ciudades de la costa este, fundadas por los
primeros colonos británicos. Tras la inauguración en 1830, en Charleston,
Carolina del Sur, del primer ferrocarril de vapor para pasajeros, la construcción
de vías férreas pronto avanzó hacia el oeste desde todos los rincones de la costa
este, desde Quebec, en Canadá, hasta el Golfo de México.
Al cabo de pocos años, los ferrocarriles habían convencido a los comerciantes
de su superioridad sobre los canales, no sólo por velocidad y por ser más
directos, sino porque funcionaban con cualquier clima.

Introducción histórica
La expansión del ferrocarril (II)
En 1850 el continente americano tenía ya 14.500 Km. de vías férreas y en la
década siguiente un número cada vez mayor de empresas privadas construyó
más vías férreas que en el resto del mundo, con lo que el total de Estados
Unidos pasó a más de 48.300 Km.; Chicago, en el Medio Oeste, convertido de
pequeña población a gran ciudad, fue la plataforma de una rápida expansión
hacia el sur y el oeste.
Distribución de población y principales líneas ferroviarias en los Estados Unidos (1850 y 1900)
Font: http://www.lib.utexas.edu/maps/historical/ward_1912.html

Introducción histórica
La expansión del ferrocarril (III)
Diez mil obreros de la Union Pacific
salen en diciembre de 1865 de
Omaha al encuentro de los doce mil
de la Central Pacific que partieron en
enero de 1863 de Sacramento.
El encuentro tuvo lugar el 10 de mayo de 1869 en Promontory Point con el último remache
de oro que el presidente Grant clava con esta oración: "Ojala siga Dios manteniendo unido
a nuestro país como este ferrocarril une los dos grandes océanos del globo". Con ello se
estaba dando lugar al primer ferrocarril transcontinental que dio paso a otras líneas tanto
en Estados Unidos, como la primera canadiense Transcontinental Canadiense, Montreal-
Vancouver de 1886, y posteriormente se reflejó en el transeuropeo Orient Express (3.186
Km.) y el Transiberiano (actualmente 9.297 Km.).

Introducción histórica
Primeras líneas en España
La primera línea ferroviaria en España
peninsular data de 1848, el proyecto fue
promovido por Miguel Biada Bunyol, junto
con José María Roca la línea Barcelona-
Mataró, que fue inaugurada el 28 de
octubre de ese año.
Un año después la reina Isabel II
inauguraba la línea Madrid-Aranjuez,
promoción de José de Salamanca,
Marqués de Salamanca, tramo que suponía
los primeros 45 Km. de la concesión de la
línea Madrid-Alicante
Tren del centenario. La "Mataró" y sus coches.
No obstante en Cuba, a la sazón provincia española de ultramar hasta 1898 la línea
ferroviaria La Habana-Güines que con una longitud de 16 leguas (unos 90 Km.) fue
inaugurada el 10 de noviembre de 1837, por lo que resulta ser así la primera línea
ferroviaria española. La línea estaba destinada al transporte de frutas y tabacos desde los
campos del sur hasta la capital.
El ferrocarril siguió extendiéndose en España de forma que en menos de dos décadas
estaban concedidas, y varias en explotación, la mayoría de las líneas fundamentales de la
red española.

Introducción histórica
Construcción de la red de ancho ibérico. Fuente: Miguel Artola, Los ferrocarriles en España. 1844-1943 (1978)

Introducción histórica
Organización inicial del ferrocarril
En 1855 se promulgó la “Ley
General de Ferrocarriles” que:
Permitía subvenciones
Libre importación
Garantías en caso de guerra
Concesiones a 99 años
405 km en 1855
4.756 km en 1865
Crecimiento de la red
ferroviaria en España
hasta 1935
Se crearon dos grandes compañías (capital francés):
MZA (Madrid-Zaragoza-Alicante) que poseía
las líneas Madrid-Alicante, Madrid-Sevilla y
Madrid-Zaragoza.
Norte (Caminos de Hierro del Norte de
España) que inició su expansión en 1874 con
la compra de la línea Alar-Santander y luego
creció por Cataluña y el Cantábrico.

Introducción histórica
Red ferroviaria de ancho ibérico (1900). Fuente: F. Comin et al (1998)

Introducción histórica
Primeras líneas en América Latina
En la América hispana, hecha la salvedad del caso cubano, el primer
ferrocarril se inauguró el 15 de septiembre de 1850 en México. Se trataba de
un tramo de menos de 20 Km. que unía el puerto de Veracruz con la vecina
población de San Juan. En 1873, se completó la línea que unía el famoso
puerto con la capital del país.
Las inversiones importantes para el desarrollo de las redes ferroviarias en
América Latina se realizaron a través de concesiones que otorgaban los
gobiernos en especial a empresarios británicos y estadounidenses, como
ocurrió en Argentina.
En 1857 se inauguró el primer ferrocarril de ese país con el propósito de
enlazar los centros de producción ganadera y minera con el puerto desde
donde se exportaba la materia prima a Europa y Estados Unidos.
En términos generales el inconveniente de los ferrocarriles en América Latina
hasta las primeras décadas del siglo XX fue que se desarrollaron en función
del comercio con el exterior, más que como una vía interna de comunicación.

Aspectos que impulsan el ferrocarril
Impulso económico
Capacidad y prestaciones
Competitividad
Ambientales
Seguridad
Confort
Fiabilidad

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Impulso económico
Impacto del ferrocarril en la Economía (Siglo XIX)
0,5 tones
15 km/dia
Las personas pueden
comprar estos
productos
0,5 toneladas
15 km/día
2 toneladas (x 4)
30 km/día (x 2)
2 tones (x 2)
30 km/dia (x 4)
Las mercancías se
pueden vender más
baratas
Se venden más mercancías:
• Más demanda
• Más producción
40 toneladas (x 80)
40 tones (x 80)
200 km/día km/dia (x 13)
13)
CICLO DE PROSPERIDAD
El ferrocarril reduce
el coste del transporte
de mercancías
Per producir más
se necesitan
más trabajadores
El ferrocarril
contribuyó a la
disminución del coste
de transporte
Más trabajo implica
más prosperidad y
más poder adquisitivo

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Capacidad y prestaciones
Tren de cercanías
Metro
Metro ligero
Tranvía
Autobús
3.000
0
10.000
10.000
8.000
6.000
15.000
20.000
0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000
Usuaris diaris
45.000
60.000

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Competitividad

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Competitividad

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Ambientales
Para transportar 250 personas se necesitan:
Ocupación de
espacio
202 coches 3 autobuses 1 tranvía

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Ambientales
Congestión de las
principales arterias
Tráfico interurbano
de viajeros y
mercancías

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Ambientales
Consumo energético por modo de transporte en EU27 (Exa Joules)
Exa Joules=10 18 Joules

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Ambientales
Eficiencia energética en el
transporte de viajeros
Viajeros-km transportados por unidad de energía
(1kwh=0,086kep)
Fuente: UIC, 2012.
Eficiencia energética en el
transporte de mercancías
Consumo de energía para transportar 100
toneladas de mercancías entre Basilea y el Puerto
de Roterdam.
Fuente: www.econtransit.org , 2008.

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Ambientales
Consumo específico por tipo de servicio ferroviario y de tracción, 2005 (KJ/pkm)
Fuente: Rail Transport and Environment, UIC, 2008.

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Ambientales
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
170
Tren de alta
velocidad
Eficiencia energética en el transporte de viajeros
Viajeros-km transportados por unidad de energía (1kwh = 0,086 kep)
106
90
Tren exprés Tren de
cercanías
52,5
Tren
regional
54,1
Consumo energético
39
Bus Vehículo
privado
Fuente: UIC, 2008.
20
Avión

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Ambientales
Ocupación de espacio de las
infraestructuras
Ocupación de espacio (en media)
Línea de alta velocidad
Autopista
3,2 ha/km
9,3 ha/km
Fuente: UIC, 2008.
Comparación en el uso del suelo
Línea de alta velocidad
Doble via
25 m
2x12 trenes/hora
2x666 viatgers/tren
2x8.000 viajeros/hora
Autopista
2x3 carriles
75 m
2x 4.500 vehículos/hora
2x 1,7 viajeros/vehículo
2x7.650 viajeros/hora
Fuente: UIC, 2008.
Línea Colonia – Frankfurt, autopista A3

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Seguridad
Evolución de los accidentes en Japón
Ferrocarril
Fuente: White paper on traffic
safety in Japan, 2010
Carretera

2,5
2
1,5
1
0,5
0
Aspectos que impulsan el ferrocarril: Seguridad
Evolución de la seguridad del ferrocarril en EU-15
Viajeros fallecidos / miles de millones de viajeros-km
1,87
1970
1971
1,99
2,33
1,54
1,63
1,50 1,43
1,09
1,29
1,11
1,39
1,00
1,18
0,98
0,83
1,24
1972
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
0,65
1,10
0,69
HS RAIL
0,79
0,65
0,92
1987
1988
1989
1990
1991
1992
Classic railways
0,56
0,47
0,40
0,38
0,51
0,36
0,70
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
0,42
0,30
0,22
2000
2001
2002
0,38

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Confort espacial
Aspectes que impulsen el ferrocarril: Confort
Confort espacial

Aspectos que impulsan el ferrocarril: Fiabilidad

Situación del ferrocarril en el mundo

Situación del ferrocarril en el mundo
Panorama del ferrocarril en el mundo
Este mapa muestra como está distribuida la red ferroviaria mundial según los datos obtenidos por el
satélite de la US Geological Survey’s National Imagery and Mapping Agency
Longitud de líneas (km)
Europa
África
América
Asia y Oceanía
Mundo estimación
2004
349.695
56.099
391.720
213.209
1.010.723
2005
352.364
57.517
389.199
215.632
1.014.712
2006
360.169
57.779
386.945
216.851
1.021.744
2007
356.058
58.582
381.884
215.492
1.012.016
-1,1%
1,4%
-1,3%
-0,6%
-1,0%

Situación del ferrocarril en el mundo
Panorama
del
ferrocarril
en USA
Porcentaje
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Reparto modal en % de toneladas‐millas por tramos de longitud de transporte (2007)
Menos de 100
100 ‐ 249
Evolución del transporte de mercancías interior en USA
(1960-2008). Fuente: Bureau of Transportation Statistics.
250 ‐ 499
500 ‐ 749
750 ‐ 999
Rangos de distancias (millas)
1,000 ‐ 1,499
1,500 ‐ 2,000
Camión Ferrocarril Navegación Aéreo Múltiples modos por ferrocarril Tubería Otros/ desconocido
Más de 2,000
Tonelaje en las autopistas, ferrocarriles y vías navegables (2007)

Situación del ferrocarril en el mundo
Evolución del transporte de viajeros y
mercancías por ferrocarril.

Situación del ferrocarril en el mundo
Transporte ferroviario de viajeros (viajero-km por habitante) – 2010
Fuente: The Eu in the world 2013. A statistical portrait. Eurostat, Statistical books.

Situación del ferrocarril en el mundo
Fuente: The Eu in the world 2013. A statistical portrait. Eurostat, Statistical books.

Suiza
Portugal
Austria
Italia
Francia
España
Alemania
Dinamarca
Bélgica
Situación del ferrocarril en el mundo
El Ferrocarril en distintos países
Kilómetros de red por millón de habitantes en ferrocarril en
algunos países europeos
72
275
302
324
462
512
570
644
652
0 100 200 300 400 500 600 700
Long (km)/ Población (Millones hab)
Fuente: Elaboración propia con datos de
Eurostat y Administration fédérale admin.ch
Suiza
Portugal
Austria
Italia
Francia
España
Alemania
Dinamarca
Bélgica
Kilómetros de red por mil respecto a la superficie del país en
km2
28
30
43
56
66
74
117
117
124
0 20 40 60 80 100 120 140
Long (km) * 1000 / Superficie (km*km)

Situación del ferrocarril en el mundo
Evolución del tráfico de viajeros en Europa (viajeros-km)
G1 - EUROPE 2008
450
400
350
300
250
without CIS countries
EVR, LDZ and LG from 1989 onwards
200
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

700
600
500
400
300
200
100
Situación del ferrocarril en el mundo
Evolución del tráfico de mercancías
en Europa
(toneladas-km)
G3 - EUROPE 2008 65,1
without CIS countries
EVR, LDZ and LG from 1990 onwards
0
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
Evolución del tráfico
intermodal en Europa en
toneladas-km
75
70
65
60
55
50
G4 2008
52,8
58,3
59,3
58,8
61,9
61,1
61,4
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
62,5
63,1
67,4
71,3
69,5

Situación del ferrocarril en el mundo
Evolución del tráfico de viajeros en Alta Velocidad en Europa
120
100
80
60
40
20
0
G2 - EUROPE
1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
2008
CD
CP
DB AG
EUROSTAR UK
FS
NS
RENFE
SJ
SNCB/NMBS
SNCF
VR
2008
102,6

Situación del ferrocarril en el mundo
Transporte
de viajeros:
cuota de
mercado por
modos
50

Situación del ferrocarril en el mundo
Transporte de mercancías: cuota de mercado por modos
51

El futuro del ferrocarril
Perspectivas de futuro
Principales retos del ferrocarril
Técnicos
Organizativos
Económicos

Perspectivas de futuro
Evolución en la percepción del ferrocarril
F. Cambó (1921)
“ La única solución posible...está en...el rescate de las grandes líneas
ferroviarias por el Estado, concediendo la explotación a diversas
Compañías en régimen de gestión interesada, después de una
estructuración racional de las líneas rescatadas...”
L. Armand (1964)
“El ferrocarril será el modo de transporte del siglo XXI si logra
sobrevivir al siglo XX”
Años 90: La Alta Velocidad ha cambiado la percepción del ferrocarril
“Si el ferrocarril no existiese habría que crearlo”
53

Perspectivas de futuro
Las perspectivas de futuro del ferrocarril son de
impulso y desarrollo de este sistema de transporte.
Algunos aspectos que favorecen el crecimiento del ferrocarril en
los distintos ámbitos son:
Transporte Urbano: los sistemas de ferrocarril metropolitano y
suburbano son uno de los ejes del transporte urbano sostenible por
su eficiencia y capacidad.
Transporte de viajeros interurbano: basado en la competitividad
de los servicios de alta velocidad por lo que respecta al tiempo de
viaje, confort, acceso al centro de la ciudad y precio.
Transporte de mercancías: la sostenibilidad del sistema de
transporte es el eje a partir del cual se prevé el impulso del
transporte de mercancías por ferrocarril. En ese sentido, la Unión
Europea apuesta por la creación del mercado único en el sector
ferroviario.

Perspectivas de futuro
Metro de Dubai

Perspectivas de futuro
Projet Grand Paris

Perspectivas de futuro
En construcción
las líneas 3 y 6 del
Metro de Santiago
de Chile

Perspectivas de futuro
Sistemas ferroviarios de alta velocidad en el mundo (2009)
Fuente UIC, 2010

Perspectivas de futuro
Sistemas ferroviarios de alta velocidad en el mundo (2025)
Fuente UIC, 2010

Perspectivas de futuro
Inauguración de la línea de alta velocidad entre Beijing y Guanzhou el 26 de
diciembre de 2012

Perspectivas de futuro

Perspectivas de futuro

Retos del ferrocarril
El Ferrocarril se enfrenta en los próximos años a una serie
de retos, entre los que cabe destacar:
Técnicos:
interoperabilidad,
consumo energético,
reducción impactos
intermodalidad
…
Organizativos:
optimización de la capacidad existente,
introducción de la competencia en el ámbito de viajeros
…
Económicos:
mantenimiento de las redes existentes,
desarrollo de nuevas infraestructuras

I edición del curso de especialización en:
INGENIERÍA FERROVIARIA
Del 1 de febrero al 17 de mayo de 2013
MUCHAS GRACIAS

Vocabulario ferroviario
Instalaciones fijas
Aparatos de vía
Estaciones

Vocabulario Ferroviario
Fuente:
Diccionari
visual de la
construcció

Vocabulario Ferroviario
Fuente: Diccionari visual de la construcció

Vocabulario Ferroviario
Fuente:
Diccionari
visual de la
construcció