Un sapo es un
cruzamiento, unidad especial de construcción de vías férreas que permite que se
crucen dos vías, se designan por número y tipo, el número es la relación de la
distancia de la intersección de dos líneas de entre vía al ancho o distancia
entre líneas de escuadra a esa distancia; el número de sapo determina el ángulo
de sapo, el grado de curvatura de la desviación y la aguja, o distancia del
punto de cambio al punto de sapo. A continuación se mostraran los sapos
empleados donde se interceptan las vías. Figuras (7.5 y 7.6).
Fig.
7. 5 Sapo de
acero-manganeso ligado al riel para vía principal.
Fig.
7. 6 Sapo auto
guardado de acero-manganeso sólido para vías de patio
El guarda riel
se sujeta a cada riel opuesto, directamente a la aguja del sapo. El objeto es
contactar la parte posterior de cada rueda que pasa y evitar que la ceja de la
otra rueda del eje caiga del lado equivocado de la aguja del sapo. Los guarda
rieles son de riel o de construcción de acero-manganeso fundido.
En un cambio se
encuentran los siguientes elementos: dos agujas de cambio, un juego de placas
deslizantes de cambio con riostras, varillas principal y de conexión y un poste
cambia vía que será accionado manual o automáticamente (figura 7.7).
Fig.
7. 7 Cambio de
agujas, recto, de mano izquierda.
CAMBIOS
ASPECTOS
GENERALES
Constituyen,
como se dijo, una parte del desvió que permite la separación de vías. Por
extensión se las designa frecuentemente con el nombre de agujas.
Los aparatos de
mayor empleo son los cambios sencillos, en los cuales, una sola vía, la vía desviada
(figura 7.1), se separa de la vía general, llamada también vía principal o vía directa.
Los primeros
cambios construidos (llamados en Francia Sautereles) se componían de agujas o
rieles móviles, A1 B1 y A2 B2 (figura 7.8), articulados en el origen de la vía
desviada, A1 A2, por medio de una junta floja, de este modo podían ponerse en
prolongación de una u otra, de las vías divergentes. Claro es que con esta
disposición, cualquier circulación que tomara la vía para la cual no están
dispuestas las agujas, descarrilaría inevitablemente.
Fig.
7. 8 Uno de los
primeros cambios construidos (llamados en Francia Sautereles)
Por este motivo,
no se emplea este tipo de cambio, ni otros derivados en las vías de líneas de
explotación; su sencilla y robusta construcción le han hecho, generalizarse en
las vías móviles de trabajos, sobre todo cuando sobre ellas se utilizan
vagonetas movidas a brazo, por lo que se le designa, a veces, con el nombre de cambio
de contratista.
Los aparatos
ferroviarios comprenden por el contrario, en el interior de los dos rieles
exteriores continuos C1 y C2 (figura 7.7), dos piezas, A1T1 y A2T2, móviles
alrededor de sus extremos T1 y T2 del lado del cruzamiento, y de forma
conveniente para adaptarse progresivamente a dichos rieles. Estas piezas,
llamadas espadines de aguja o simplemente agujas, presentan una extremidad
afilada, origen del desvió en el punto de su adaptación a los rieles
exteriores, que se denominan contra agujas; el otro extremo T1 o T2, alrededor
del cual se efectúa la rotación, recibe el nombre de talón.
En los cambios
corrientes, ambos espadines se mueven solidariamente, a cuyo efecto se enlazan
por dos o más tirantes, de los cuales el inmediato a la punta se articula a la
barra de maniobra que pasa bajo los rieles; estos tirantes sirven también para
mantener entre los espadines la separación apropiada para que cuando uno de
ellos se encuentre pegado a su contra aguja correspondiente, el otro deje libre
el paso a las pestañas de las ruedas. Si así no fuera y pudieran encontrarse
ambas agujas, simultáneamente, pegadas o separadas de sus respectivas contra
agujas, se producirá el descarrilamiento de las ruedas, en el primer caso por
estrechamiento de la vía, al rodar aquéllas sobre ambas agujas, y en el
segundo caso por ensanchamiento de la vía, al rodar ambas ruedas de un eje
sobre los rieles exteriores.
Un cambio puede
ser tornado de punta o de talón. En el primer supuesto, un tren que provenga
del tronco común tomará una de las agujas por la punta, y seguirá la dirección
que ésta le imponga; en el segundo caso tomará las agujas de talón, y
encentrará la vía abierta si el cambio ha sido debidamente maniobrado para la
vía que trae el tren. Si por error, la maniobra del cambio, se encuentra
cerrada para dicha vía, las pestañas de las ruedas se insinuarán entre la aguja
y la contra aguja y forzaran a aquélla a separarse de ella, rompiendo los
tirantes que mantenían la separación normal entre ambas agujas. Se dice
entonces que el cambio ha sido talonado.
El talonamiento
de un cambio corriente no provoca necesariamente el descarrilamiento del tren
que lo produce; pero si éste retrocede sin otra precaución, después de
ocurrido, es frecuente el descarrilamiento, sobre todo si el cambio no ha sido
rebasado por toda la longitud del tren por causa de tomar parte de éste la vía
directa, y parte, la desviada; accidente que suele ocurrir, por imprevisión de
los agentes en las maniobras de estaciones.
Existen, sin
embargo, aparatos talonables, que se colocan para satisfacer conveniencias
locales, y en los que cada espadín se maniobra independientemente, pudiendo ser
normal o accidentalmente talonados para la circulación, sin deterioro de los
mismos.
Agujas y contra
agujas
Respecto a la
construcción se toman algunas consideraciones, entre ellas, las agujas deben
durante su movimiento, resbalar sobre placas engrasadas, llamadas cojinetes o
placas de resbalamiento, y adaptarse perfectamente a la contra aguja
correspondiente, para constituir un camino de rodadura sin solución de
continuidad.
Pueden ser
construidas con rieles ordinarios, cuyo extremo se pliega a partir del punto B,
en que se encuentran las cabezas de los rieles de aguja y contra aguja (figura
7.9), por otra parte, las agujas al ser construidas no ofrecen suficiente
estabilidad y solidez para resistir, tanto a los choques laterales como a las
presiones verticales a que están sometidas, presentando una tendencia a
entreabrirse.
Fig.
7. 9 Encuentro de las cabezas de los rieles de
aguja y contra aguja.
Por estos
motivos las agujas se construyen, generalmente, con pernos especiales de menor
altura y mayor robustez lateral, bien de sección Vignoles, o, preferentemente,
de sección Brunel (figura 7.10), o disimétrica (Figura 7.11 y 7.12), que a
veces se fabrican de acero-manganeso; en cualquier caso, la extremidad de la
aguja se cepilla progresivamente, hasta que su punta venga a alojarse bajo la
contra aguja, adaptándose perfectamente a ésta, lo que tiene lugar cuando el
espesor de la aguja ya no es suficiente para soportar la carga de las ruedas
sin deformación permanente (unos 20 mm); su cara exterior debe, por otra parte,
tallarse en bisel para que no ofrezca obstáculo a las pestañas de las ruedas,
bisel cuya inclinación suele ser ¼, y remata en la punta superior por una
superficie redondeada, cuya tangente en el punto correspondiente al del
contacto con la contra aguja debe formar con la horizontal un ángulo superior
al de rozamiento de acero, de modo que toda pestaña que tienda a subir por la
aguja caiga inmediatamente. La contra aguja permanece, a veces, intacta; pero con
más frecuencia se lima ligeramente el plano interior de su cabeza (figura
7.12), dándole una inclinación que cubre toda la longitud en contacto con la
aguja lo que permite reforzar la punta de esta y aumentar su resistencia al
esfuerzo que tiende a llevarla hacia arriba.
Fig. 7. 10
Sección Brunel Fig. 7. 11
Sección disimétrica Fig. 7. 12 Sección disimétrica
La punta es, la
parte más delicada de la aguja, ya que debe ser bastante aguda para no crear un
garrote en planta, y bastante robusta para resistir a choques violentos. Para
protegerla, penetra algunas veces, según acabamos de indicar bajo la contra
aguja, prolongándose en una especie de pico de unos cuantos milímetros de
longitud; otras veces la aguja se aplica lateralmente a la contra aguja y, en
algunos ferrocarriles se protege su punta fijando delante de la misma, en la
contra aguja una plaquita de su mismo perfil, fabricada en acero-manganeso.
Los cojinetes de
resbalamiento se fijan sobre los durmientes, bien directamente o por intermedio
de una placa de apoyo de acero moldeado, sobre la que también se fija la contra
aguja, sujetándola con nervios de apoyo, que impiden su vuelco (figura. 7.13).
Asimismo, para prevenir el vuelco del espadín bajo el efecto de los esfuerzos
laterales a los que se encuentra sometido, es frecuente el empleo de piezas de
tope interpuestas en cierto número, entre aquel y su contra aguja, como se
advierte en la figura. 7.13.
Fig.
7. 13 Cojinetes de resbalamiento fijados sobre los
durmientes.
CRUZAMIENTOS
En el, se
produce la superposición de los caminos recorridos por ruedas cuyas pestañas se
encuentran a distinto lado; se introduce forzosamente para el paso de las
pestañas, una discontinuidad en ambos caminos de rodadura, respectivamente
representados por los huecos o lagunas p1B1 y p1B2 (figura 7.14) entre la punta
del crucero y los extremos de los rieles cortados.
Fig.
7. 14 Caminos de rodadura.
Para restablecer
la continuidad de la rodadura se disponen de elementos B1D1
y B2D2, prolongación de dichos rieles, después de
acodados, de manera de construir una huella o rodada paralela al riel opuesto,
y que sostienen las ruedas por el borde de la rueda cuando el centro de estas
se encuentra sobre la laguna, hasta el momento que vienen a poyar sobre el riel
correspondiente. Dichas prolongaciones se llaman patas de liebre, y a demás de
la función señalada, tiene también la de impedir que la rueda de un vehículo
que caminara en la dirección de la flecha, viniera a tropezar con el extremo
del riel cortado.
El punto p
donde se encuentran los otros extremos de los rieles, se llama punto de corazón del cruzamiento, distinguiéndose la punta
matemática p, de la punta real, p1 algo retrasada
respecto de aquella por razones constructivas y para evitar su rápido
deterioro. El extremo, T, de la pieza de cruzamiento se llama talón (figura
7.15)
Fig.
7. 15 Pieza de
cruzamiento.
El cruzamiento
lleva, además, los contraríeles C1 y C2 (figura 7.15)
colocados enfrente del ángulo de cruzamiento a lo largo de los rieles
exteriores, y cuyo objeto es retener las ruedas exteriores de los vehículos que
circulan en dirección opuesta a las flechas, impidiendo que un movimiento
cualquiera de vaivén lance las ruedas interiores sobre la punta del corazón, lo
que además del deterioro de ésta, podría dar lugar a que dichas ruedas tomaran
una falsa dirección y se produjera un descarrilamiento.
Tanto las patas
de liebre como los contraríeles se abren ligeramente en sus extremos para no
ser golpeados por las ruedas que los abordan y conducir estas suavemente.
Si consideramos
una rueda rodando sobre el carril A1B1 (figura 7.14), se
advierte que al paso por el cruzamiento seguirá el camino A1B1C,
y entre B1 y p1 será soportada exclusivamente por
la pata de liebre, mientras que de p1 a C se apoyara
simultáneamente sobre la pata de liebre y la punta de corazón, p1E;
desde C continuara rodando sobre dicha punta y el riel siguiente en las
condiciones normales. Como la rueda tiene una sección cónica, descenderá
mientras avanza sobre la pata de liebre y vendrá a chocar contra la punta real
del corazón, p1, a menos que ésta se encuentre más baja que
el punto correspondiente sobre la pata de liebre, lo que puede obtenerse, bien
elevando esta ultima progresiva, conservando horizontal la pieza del corazón o,
lo mas frecuente, reduciendo la cota de esta ultima por lo menos 5 mm bajo la
pata de liebre horizontal. Sin embargo, estas circunstancias, aplicables a las
ruedas nuevas, se modifican cuando estas se desgastan, acercándose a la forma
cilíndrica, para la cual seria mas favorable que, tanto la pata de liebre como
la punta del corazón se encuentren al mismo nivel; en los cruceros fundidos se
adopta generalmente un sistema mixto (figura 7.16), que consiste en rebajar
ligeramente la punta del corazón y dar a la pata de liebre un perfil
trapezoidal o de un lomo de asno, elevándola sobre una parte de su longitud
para después volver al plano horizontal de la punta de corazón, procedimiento
que de todos modos no impedirá que, según su estado de desgaste, algunas suban
o bajen al atravesar el cruzamiento.
Fig.
7. 16 Sistema
mixto.
Los cruzamientos
se construyen generalmente en línea recta, aún cuando hayan de intercalarse
entre rieles curvos, y suelen ser también simétricos respecto de la bisectriz
del ángulo a (figura 7.15), lo que permite
utilizarlos en cualquier sentido.
CONSTRUCCIÓN
La construcción
de los cruzamientos pueden realizarse de tres maneras diferentes: cruzamiento
con rieles, con punta de acero especial y cruzamiento de acero moldeado. Estos
tres métodos de construcción se detallan en los apartados siguientes.
Cruzamiento
con rieles.
Están
construidos (figura 7.17) por rieles ordinarios, formándose la punta de corazón
con dos de ellos debidamente desgastados, unidos por roblones o pasadores y de
los cuales uno se prolonga para formar la punta real; el otro, que encaja en el
primero, se llama de contrapunta. Las diferentes piezas se fijan generalmente
por medio de tornillos y grapas sobre una placa de palastro que reposan sobre
los durmientes, y su espaciamiento se mantiene por medio de cuñas de hierro
fundido sujetas con pasadores.
Fig.
7. 17 Cruzamiento
con rieles.
Cruzamientos
con punta de acero especial
Los rieles de los cruzamientos antes citados,
se fabrican a veces, de acero mas duro que el de la vía corriente, pero es más
corriente que para reducir el desgaste de la punta, que es la parte débil del
crucero, se fabrique aquella de acero especial moldeado, constituyendo una
pieza independiente y adoptando el aparato a la disposición general
representada en la figura 7.18.
Fig.
7. 18
Cruzamientos con punta de acero especial.
Se han atribuido
a estos cruzamientos las ventajas de producir una rodadura suave y de poder ser
enlazados con los rieles corrientes por medio de una junta ordinaria. Sin
embargo, los choques repetidos al paso de las cargas acaban por producir juegos
entre las diferentes piezas y, por consiguiente, desgaste anormal de las
mismas, especialmente de las patas de liebre, que quedan más altas que la punta
de corazón al ser la ultima pisada por la rueda y reciben el choque de ésta. Aunque
actualmente estos cruzamientos se fabrican soldando el mayor número posible de
piezas y aún el cruzamiento completo, así como los rieles sobre una placa de
palastro, lo que reduce o elimina los inconvenientes señalados, han dado lugar
al frecuente empleo del tipo siguiente.
Cruzamientos
de acero moldeado
Se fabrican
éstos de una sola pieza de acero especial fundido, generalmente de
acero-manganeso. La figuras 7.5 y 7.6 representan en alzado y planta dos tipos
de esta clase de cruzamientos; el bloque se fija directamente con tirafondos a
los durmientes por medio de las orejas laterales. En un tiempo se fabricaron
también cruzamientos reversibles, con idea de utilizar la cara inferior cuando
la superior se hubiera desgastado; pero el desgaste que adquiere la cara inferior
hace ilusoria esta previsión, y por otra parte, la menor superficie de apoyo de
estos cruzamientos es causa
de una reducción de su estabilidad en comparación con los aparatos no
reversibles.
Los cruzamientos
de acero moldeado, que se designan también con el nombre de cruzamientos monobloc, se emplean preferentemente con durmientes de madera, mientras que
con durmientes de hierro se utilizan los rieles con punta de acero especial.
CONTRARÍELES
La longitud de los
contraríeles está generalmente comprendida entre 3 y 5 m; se colocan de manera
que su centro corresponda a la laguna del cruzamiento. Se construyen generalmente
con rieles ordinarios que se mantienen a distancia necesaria del carril de
rodadura por medio de tacos y aunque a veces se emplean perfiles angulares
especiales y aun disposiciones que como la figura 7.19 tienden a asegurar la
solidez del conjunto y la
invariabilidad de la huella
Fig.
7. 19
Disposición que tiende a asegurar la solidez del conjunto.
Es también
recomendable la elevación del contrariel sobre el plano de rodadura, como
veremos se hace en las entre vías para reducir la longitud de la laguna; los ferrocarriles
alemanes dan al borde del contrariel una cota de 20 mm sobre el plano de rodadura (figura 7.20),
y aquel representa un flanco de gran superficie de guía, si bien, su rigidez es
tal que le permite ceder algo transversalmente, lo que reduce su desgaste.
Fig.
7. 20 Elevación del contrariel sobre el plano de
rodadura
Teoría
del cruzamiento
Definidas las funciones de los distintos
elementos de un Cruzamiento, vamos a determinar las cotas características de su
situación relativa; son estas las huellas h1 y h2,
y la longitud de la laguna, b p1 (figura
7.21).
Fig.
7. 21 Cotas
características.
La huella h1
entre el riel y contraríel se determina (figura 7.22) de modo que,
apoyada la rueda sobre el contrariel, queden unos milímetros de juego entre la
pestaña de la otra rueda, supuesta nueva, y la punta de corazón. Para que la
rueda, r, no tome una falsa dirección ni choque con la punta de
corazón, se deberá tener:
Fig.
7. 22
Determinación de la huella entre el riel y el contrariel
Los valores de d
y e serán los más desfavorables con respecto a las tolerancias admitidas
en los mismos. Asignados estos valores, la cantidad:
