Garrotes o pandeo, ¿por qué las vías se deforman en verano?

El verano llega, el mercurio sube, especialmente con las olas de calor, y en algún tramo de la red ferroviaria, un carril decide que ya no quiere seguir siendo recto ni seguir la trayectoria de la vía.

¡Y no es porque se quiera ir de vacaciones a la playita! Es un problema de física pura: el calor hace que el acero se dilate, y si no tiene adónde ir, busca su propio camino. Ese camino, en forma de curva violenta e inesperada, tiene nombre en el argot ferroviario: garrotes. La ingeniería lo llama pandeo térmico. Y puede provocar un descarrilamiento.

En Encarrilando de Trenvista te contamos qué son, por qué se producen y otros efectos del calor en el ferrocarril.

El acero cambia el tamaño con la temperatura

Para entender los garrotes, hay que empezar por la física más elemental: los metales se dilatan con el calor y se contraen con el frío. Y en las vías el tamaño sí importa.

El acero no es una excepción. Un carril de 50 metros de longitud puede alargarse entre 5 y 6 centímetros cuando la temperatura sube a 50 °C. No parece mucho, pero en un elemento que está fijo en el suelo y que no puede moverse libremente, ese centímetro de más se convierte en una fuerza de compresión brutal.

Los carriles de la vía están fijados a las traviesas mediante sujeciones diseñadas precisamente para absorber y resistir esa expansión. El problema surge cuando las fuerzas de compresión superan la capacidad de resistencia del conjunto vía-sujeciones-balasto.

En ese momento, igual que una regla rígida que se dobla al empujarla por los extremos, el carril busca la posición de mínima energía: se tuerce lateralmente. Dicho de otra forma, empieza a hacer eses sin necesidad de beber de más.

¿Garrote o pandeo? Los dos términos, una sola amenaza

Los ferroviarios españoles llevan décadas llamando garrotes a estas deformaciones. Es un término muy gráfico, porque describe una vía que se tuerce y pierde su alineación por efecto de la compresión térmica, aunque su origen exacto dentro del lenguaje ferroviario no está totalmente aclarado.

Técnicamente, el fenómeno se denomina pandeo (del inglés buckling): una pérdida de estabilidad estructural que ocurre cuando una carga de compresión supera un valor crítico, produciendo una deformación lateral brusca e irreversible. No es un proceso gradual; es casi instantáneo. La vía pasa de recta a contorsionada en cuestión de segundos, sin previo aviso visible.

Por eso es una amenaza peligrosa.

Por qué se producen los garrotes

El pandeo no aparece de la nada. Hay varios factores que lo desencadenan o lo agravan:

• Temperatura extrema y sostenida. El riesgo crece exponencialmente cuando el carril supera los 50-55 °C de temperatura superficial, algo que ocurre con frecuencia en verano cuando el aire roza los 35-40 °C, ya que el carril metálico puede acumular 15-20 °C más que el ambiente.
• Vía sin carril continuo soldado (CWR). La vía antigua estaba formada por barras de carril de 36 metros unidas con bridas y separadas por una pequeña junta de dilatación. Si esas juntas se cerraban del todo por el calor, cualquier expansión adicional se convertía en compresión directa sobre el carril.
• Sujeciones débiles o desgastadas. Las sujeciones elásticas (clips, tirafondos) son la primera línea de defensa. Si están deterioradas, no pueden retener el carril contra la fuerza de la expansión ni absorberla mediante contracción.
• Balasto en mal estado. El balasto (las piedras sobre las que descansa la vía) es el ancla lateral del conjunto. Si está sucio, compactado o insuficiente, la vía pierde resistencia lateral y el pandeo se produce con menos fuerza de compresión.
• Curvas y radios pequeños. En las curvas, el carril interior ya está bajo tensión geométrica. Una curva de radio pequeño, como las habituales en la red de vía métrica o en ramales secundarios, tiene mucha más predisposición sufrir garrotes.
• El paso de un tren pesado. Una composición circulando a alta velocidad genera vibraciones y fuerzas laterales que pueden ser el detonante final que «libera» la tensión acumulada.

La vía soldada: la gran revolución preventiva

La solución más eficaz llegó con la generalización del carril continuo soldado (BLS, Barra Larga Soldada i, en inglés, CWR, Continuous Welded Rail). En la vía tradicional, los carriles tenían longitudes más cortas, de 18 a 36 metros, y se unían entre sí mediante juntas que dejan un pequeño espacio entre carril y carril. El paso de las ruedas de los trenes por esas uniones produce el característico traqueteo del tren.

Con la evolución de la tecnología, los carriles comenzaron a instalarse en largas barras soldadas. Una vez montados sobre las traviesas, se unen entre sí mediante soldaduras hasta formar un carril continuo de gran longitud. En el ferrocarril convencional todavía pueden existir juntas tradicionales en algunos tramos, pero en las líneas modernas el carril continuo soldado solo se interrumpe en puntos singulares, como los aparatos de dilatación. Estos permiten absorber los movimientos de la vía sin necesidad de juntas repetidas.

A primera vista puede parecer contradictorio que un carril más largo ayude a prevenir los garrotes: si el acero se dilata, ¿no debería ser peor? En realidad ocurre lo contrario. El carril continuo soldado reduce las discontinuidades, reparte mejor las tensiones y, sobre todo, se instala con una temperatura de referencia cuidadosamente controlada. Así, el problema no es que el carril se dilate, sino que lo haga de manera descontrolada cuando la vía ha perdido su equilibrio mecánico.

La clave está en la tensión de montaje. Cuando se instala el carril continuo soldado, se hace a una temperatura de referencia controlada —llamada temperatura de montaje o rail neutral temperature— que en España suele estar entre 20 y 25 °C. A esa temperatura, el carril no está ni en compresión ni en tracción: está en equilibrio. Para mejorar el equilibrio, la longitud del carril se ajusta (normalmente mediante estiramiento).

Si después sube la temperatura, el carril intenta dilatarse, pero no puede: las sujeciones lo retienen, generando compresión interna. Si baja, intenta contraerse pero tampoco puede: se genera tracción interna. El sistema está diseñado para aguantar ese rango sin problema.

El pandeo aparece cuando el carril se llena de compresión y la vía ya no logra sujetarlo bien. A veces ocurre por una neutralización mal hecha, otras por trabajos de mantenimiento que desequilibran el conjunto, y otras simplemente porque el calor se sale de lo normal.

Las vías más delicadas son las que tienen sujeciones débiles, balasto degradado o poca resistencia lateral. Y hay otro detalle importante: no todas las infraestructuras nacieron pensando en veranos con más de 40 °C. En esas líneas, cuando llega una ola de calor fuerte y sostenida, el margen de seguridad se estrecha y el pandeo tiene más facilidad de producirse.

Cómo lo combaten el pandeo de las vías los gestores ferroviarios

Los gestores de infraestructuras como Adif en España no se cruzan de brazos cuando llega el verano. Desde que existe el ferrocarril se han inventado todo tipo de medidas para prevenir los garrotes o minimizar sus consecuencias. Algunas de ellas son:

• Reducción preventiva de la velocidad. Cuando la temperatura del carril supera un umbral establecido (habitualmente 50-55 °C), los trenes deben circular a velocidades reducidas. Así se disminuyen las fuerzas dinámicas que podrían desencadenar el pandeo. Esta última semana se ha hecho, por ejemplo, en Francia.
• Inspecciones adicionales. En días de calor extremo se realizan recorridos de inspección específicos, tanto con personal a pie como con vehículos de mantenimiento.
• Pintura blanca sobre el carril. Algunos gestores como Rete Ferroviaria Italiana o Adif han probado a aplicar una pintura blanca especial sobre el carril. El color blanco absorbe menos radiación solar, pudiendo reducir entre 5 y 8 °C la temperatura superficial del carril. Una diferencia que, en términos de tensiones internas, puede marcar la diferencia entre estabilidad y pandeo.
• Sensores de temperatura en tiempo real. Sistemas de monitorización que miden la temperatura del carril en puntos críticos y alertan automáticamente a los controladores de tráfico.
• Renovación de vía en puntos críticos. En la red vasca, por ejemplo, se han destinado millones de euros a renovar el carril en los tramos con mayor historial de garrotes.
• Aparatos de dilatación en puentes y pasos superiores. Cuando la vía pasa sobre estructuras que también se mueven con la temperatura, se instalan aparatos de dilatación específicos que absorben los movimientos relativos entre la vía y el tablero del puente.

El calor no solo tuerce los carriles

El pandeo es el efecto más llamativo, pero el calor ataca al ferrocarril por varios frentes:

• Infraestructura de la plataforma. El calor extremo reseca el suelo bajo la vía, provocando asentamientos diferenciales que alteran la geometría vertical del trazado (baches, lomos).
• Electrificación. Los cables que transmiten la electricidad a los trenes también se dilatan. Una catenaria que se afloja excesivamente puede perder altura de contacto, provocar arcos eléctricos o enganches con el pantógrafo.
• Material rodante. Los ejes, ruedas y frenos trabajan a mayor temperatura. Los frenos de disco se resienten con el calor acumulado en bajadas largas; las ruedas, sometidas a frenadas repetidas, pueden sufrir deformaciones en el perfil.
• Señalización y electrónica. Los armarios de enclavamiento y los equipos electrónicos de señalización son sensibles al calor. Las altas temperaturas en verano obligan a reforzar la ventilación o climatización de las instalaciones técnicas.
• Confort y seguridad a bordo. Los sistemas de aire acondicionado trabajan al límite; los vidrios panorámicos, bajo fuerte radiación directa, pueden sufrir tensiones térmicas.

Un problema antiguo con soluciones modernas

Los garrotes no son un problema nuevo. Los ferroviarios del siglo XIX ya lo sufrían y le pusieron nombre antes de que ningún ingeniero escribiera una ecuación sobre él. Lo que ha cambiado es nuestra capacidad para prevenirlo: desde la soldadura aluminotérmica del carril continuo hasta los sensores de fibra óptica distribuida que miden la temperatura a lo largo de kilómetros de vía en tiempo real.

La física, sin embargo, no cambia. El acero seguirá queriéndose dilatar cada verano. La misión del ferrocarril moderno es asegurarse de que siempre tenga un sitio controlado al que ir. Porque cuando no lo tiene, lo busca por su cuenta. Y su cuenta no coincide con la del maquinista.