1. ORÍGENES Y PRIMERAS CONCESIONES

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. Los carriles para las vagonetas sólo servían para trasladar los productos hasta la vía fluvial más cercana .La Revolución Industrial, en la Europa de los principios del siglo XIX, exigió 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 el 24 de febrero de 1804 que se logró adaptar la máquina de vapor, que se utilizaba para bombear agua, para que tirara de una locomotora que hizo circular a una velocidad de 8 km/h arrastrando vagones cargados con 10 toneladas de acero y 70 hombres.

La primera vía férrea pública del mundo, la línia Stockon-Darlington, en el noreste de Inglaterra, dirigida por George Stephenson, se inauguró en 1825. durante algunos años esta vía sólo transportó carga, en ocasiones también utilizaba caballos como fuerza motora. 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. también fue dirigida por George Stephenson, en esta ocasión con ayuda de su hijo Robert Stephenson.

El éxito comercial, económico y técnico de la línea Liverpool-Manchester transformó el concepto de vías férreas. Algo que antes se veía como medio para cubrir recorridos cortos, se consideraba ahora capaz de revolucionar el transporte de largo recorrido, tanto de pasajeros como de mercancías. El volumen de tráfico entre Liverpool-Manchester 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. Las primeras señales mecánicas instaladas a lo largo de la vía aparecieron en 1830.

Desde la década de 1830 se desarrolló con rapidez en Gran Bretaña y en Europa la construcción de vías férreas entre ciudades . Los ferrocarriles ingleses fueron construidos por empresas privadas, pero en Europa casi siempre la construcción estuvo controlada por los gobiernos. La participación del gobierno estaba orientada a impedir la duplicación innecesaria de la competencia en las rutas más lucrativas y a garantizar que los ferrocarriles se expandieran de la mejor forma para el desarrollo social y económico del estado o del país del que se trataba.

Los constructores de Europa y de Norteamérica adoptaron en general el ancho de 1435mm. Se había demostrado que era la dimensión más adecuada para el arrastre por medios humanos o con caballerías.

La construcción de vías férreas se expandió a tal ritmo en la década de 1840 que al terminar la misma se habían construido 10715km de vía en Gran Bretaña, 6080km en los estados alemanes y 3174km en Francia. En el resto de Europa Central y del Este, excepto en Escandinavia y los Balcanes, se había puesto en marcha la construcción del ferrocarril. Los viajes en tren pronto se hicieron populares.

En Estados Unidos el desarrollo del ferrocarril se vio espoleado por el deseo de llegar al interior colonos británicos. 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, mientras que las vías de agua podían congelarse en invierno y descender a niveles no aptos para la navegación durante el verano.

2. LA ÉPOCA DORADA DEL FERROCARRIL

Los continuos avances relativos a tamaño, potencia y velocidad de la locomotora de vapor durante los primeros cien años de historia del ferrocarril ofrecieron los resultados más impresionantes en Norteamérica. En la década de 1920, la necesidad de que algunas vías férreas de Estados Unidos soportaran de 4.000 a 5.000 toneladas, impulsó el desarrollo de la locomotora de vapor con chasis articulado, en la que una sola caldera de gran tamaño alimentaba a dos motores independientes que se articulaban entre sí, de modo que podía inscribirse en las curvas sin grandes problemas. Los últimos ejemplos de estas locomotoras, pesaban más de 500 toneladas y generaban de 7.000 a 8.000 caballos de vapor. La más grande de las construidas en Estados Unidos y del mundo fue la Big Boy de 1941. Pesaba 345 toneladas. A finales de la década de 1930, en las líneas principales más o menos llanas del Este y el Medio Oeste había locomotoras aerodinámicas de ruedas grandes que llevaban trenes de pasajeros entre las ciudades a una velocidad media de hasta 145 kilómetros por hora.

La velocidad máxima con locomotora de vapor se registró en Europa, y la alcanzaron las locomotoras aerodinámicas de Gran Bretaña y Alemania, construidas para servicios de largo recorrido y que lograron una velocidad media de 115 km/h o algo más entre dos paradas.

El último eslabón que marca el máximo desarrollo de una máquina de vapor se dio en la década de 1950, coincidiendo con el cenit de la tracción a vapor en España, uno de los países que más se benefició de su uso. Se trata de la locomotora Confederación, una máquina de dimensiones excepcionales para Europa, que con un solo motor desarrollaba 4.226 caballos de potencia, muy superior a las diesel de mediados de los años cincuenta que ofrecían entre 1.600 y 1.800, superior incluso a eléctricas muy modernas de 3.000 caballos. A la Confederación le cupo el honor de ser la locomotora más rápida de España. Pesaban en orden de carga 400 t, con ruedas de tracción de 1,92 cm de diámetro y una disposición de ejes 2-4-2; fueron construidas en Escocia, aunque los últimos modelos ya se hicieron en Barcelona. Circularon por las fuertes pendientes entre Ávila y Miranda de Ebro, remolcando trenes de 700 a 800 toneladas. La Confederada, como popularmente se la llamaba, fue retirada de servicio en la década de 1970, y fue el gigante de una generación que se acabó, dando paso a nuevas tecnologías que desde años atrás venían abriéndose paso y compitiendo con el vapor tradicional.

En paralelo con el desarrollo de la potencia y la velocidad de las locomotoras, los fabricantes entendieron que a los viajeros había que darles una cierta comodidad, máxime en viajes largos en los que deben pasar mucho tiempo dentro de los departamentos de los vagones.

El desarrollo de los modernos trenes de pasajeros para largo recorrido empezó en la década de 1860, cuando añadieron a los trenes sus propios coches-cama, y luego también coches-restaurante y coches-salón. Estos vagones, en los que se cobraba un recargo, marcaron cotas de comodidad desconocidas hasta entonces en los trenes. La iniciativa fue copiada en Europa. En consecuencia, al terminar el siglo, el mobiliario, el servicio y la cocina de los trenes de largo recorrido estadounidenses y de algunos trenes internacionales europeos justificaron su renombre de “hoteles sobre ruedas”. Al terminar el siglo, los trenes normales mejoraron de modo muy notable.

3. OCASO DEL VAPOR. NUEVAS ENERGIAS.

Un inconveniente de la locomotora de vapor es la interrupción de servicio por las paradas técnicas que impone su frecuente mantenimiento. Por esta causa y por la fuerte competencia del transporte por carretera surgida en la segunda mitad del siglo XX, el transporte por ferrocarril tuvo que reajustar sus costes, operación que se vio favorecida con la utilización de nuevas energías como alternativa al vapor.

Así empieza la era de las locomotoras equipadas con motor diesel que precisan menor tiempo de mantenimiento, y sobre todo las de tracción eléctrica, que pueden funcionar sin descanso durante días. Con estas técnicas la explotación de una línea llega al máximo rendimiento, al hacer los trenes mayor número de viajes con tiempo mínimo de entretenimiento, lo que equivale a mantener las líneas con una máxima ocupación. Con este principio económico, empezó la decadencia del vapor en favor del desarrollo del diesel y de la electrificación de las líneas.

4. UN FERROCARRIL PARA EL TERCER MILENIO

Toda la experiencia acumulada durante la electrificación de las redes francesa y japonesa de la posguerra ha desembocado en los trenes de fin de siglo en los que domina la idea de gran comodidad y alta velocidad, tratando de competir en largo recorrido no ya con el automóvil sino con el avión.

En Europa occidental los núcleos urbanos con alta población están relativamente cercanos; por ello, para utilizar su interconexión ferroviaria se ha tendido a la modernización de las vías y en consecuencia a su señalización junto a la nueva tecnología de tracción, con lo que las velocidades entre 160 y 200 km/h son habituales. Los trenes de largo recorrido han logrado mantener un tráfico frecuente y regular, a lo que hay que añadir importantes mejoras en la comodidad: los avances en la suspensión y la supresión de las uniones de las vías gracias a la técnica de la soldadura continua de los carriles hacen que los trenes de pasajeros se deslicen con gran suavidad, y los vagones suelen estar dotados de aislamiento acústico, aire acondicionado y servicios de telefonía y audiovisuales, además de los clásicos de restauración, ducha personal y la posibilidad de transporte en el propio tren del automóvil del viajero. La viabilidad del servicio de pasajeros para viajes de más de 400 km ha precisado desarrollos tecnológicos que permitan su funcionamiento a velocidades muy superiores.

A partir de la década de 1960, el primer tren bala japonés demostró que las grandes velocidades eran posibles. La primera vía para TGV, se terminó en 1983 lográndose una velocidad comercial de 270 km/h. En 1994 se habían terminado otras cuatro líneas para TGV, que ampliaban el servicio de trenes de alta velocidad desde París hacia el norte y oeste de Francia y se iniciaron las líneas hacia el sur y la frontera española, que se concluirán, sin duda, a finales de este siglo. Su velocidad ha superado los 300 kilómetros por hora.

Pero la investigación aplicada por parte de la SNCF (`Sociedad Nacional de Ferrocarriles'), no se detuvo aquí y en pruebas con tren real efectuadas en mayo de 1990, un TGV alcanzó la marca mundial de velocidad sobre raíles con un registro de 515,3 kilómetros por hora.

En España, para el ferrocarril de alta velocidad se adoptó la tecnología TGV) con ancho de vía internacional para su primera línea Madrid-Sevilla, donde se consiguen los 300 km/h; pronto tendrá una segunda línea entre Madrid y Barcelona, que se prolongará hasta la frontera francesa, y una tercera entre Madrid y Valladolid.

Los italianos y los alemanes han desarrollado su propia tecnología para las nuevas líneas de ferrocarril de alta velocidad y largo recorrido que ya han construido y están ampliando. La Unión Europea desea conectar estas nuevas líneas nacionales para poder ofrecer viajes internacionales en tren de alta velocidad sin interrupciones. El primer país no europeo, además de Japón, que ha decidido construir una línea de alta velocidad y largo recorrido para pasajeros es Corea del Sur, que empleará la tecnología TGV francesa en su proyecto de unir la capital Seúl con Pusan en el sureste peninsular.

Una de las deudas que el ferrocarril moderno tiene con la electrónica es su contribución a la tecnología de tracción. Ha permitido lograr la gran potencia que hace falta para que un tren eléctrico desarrolle y mantenga una velocidad de 300 km/h porque, por distintos caminos, la electrónica ha reducido el volumen y el peso de la unidad generadora, además de permitir el desarrollo de las comunicaciones y la seguridad. Mientras que en 1950 una locomotora avanzada de 4.000 caballos de vapor pesaba 88 toneladas, en 1994 había locomotoras suizas de 8.000 caballos de vapor de sólo 80 toneladas. Estas características también permiten en los trenes autopropulsados, colocar todo el equipo de tracción bajo el piso para aumentar el volumen destinado a la comodidad de los viajeros. La señalización y la regulación del tráfico en estas líneas se comprende que es muy diferente a las convencionales. Hoy, gracias a la informática, se puede controlar y localizar a distancia un tren así como realizar conexiones automáticas de trenes, procesando instantáneamente datos sobre velocidad, circulación y otros, y transmitiéndolos. Un centro de control de tráfico cubre una zona amplia; al introducir el código de un tren en la unidad de control de tráfico, se muestra su situación en la línea de modo automático, y las computadoras indican a los controladores la mejor forma de corregir el horario de un tren, en la hipótesis de que alguno esté fuera de su plan de ruta. Gracias a esta tecnología pudo inaugurarse en 1989 la primera línea de pasajeros totalmente automatizada con trenes sin tripulantes: el metro de Lille.

5. FERROCARRILES URBANOS

 En el último cuarto del siglo XX, la evolución de las vías férreas ha estado marcada por la reacción en el mundo desarrollado ante la fuerza de la competencia del transporte por carretera y por aire, por la explotación de la electrónica y por una rápida difusión de los sistemas de metro, tanto en países desarrollados como en vías de desarrollo. Las ciudades secundarias pudieron permitirse un sistema de ferrocarril urbano gracias al renacimiento de los tranvías de superficie como alternativa económica y eficaz al elevado coste de construir un sistema de metro subterráneo tradicional. El tranvía moderno, llamado también vehículo de vía estrecha, puede alcanzar los 100 km/h y transportar a más de cien pasajeros por vehículo.

6. TRANSPORTE INTERMODAL

El transporte ferroviario de mercancías no escapa actualmente a la competencia que supone el transporte por carretera. Pero sucede que para llenar un tren se necesita un volumen grande de productos. Sólo cuando se dispone de carga suficiente en volumen y frecuencia para llenar uno que vaya desde la estación de origen sin paradas hasta la estación de destino. Así surgen los llamados trenes completos dedicados al transporte de mineral, carburantes, automóviles u otros productos, o los recientes trenes postales.

Siguiendo esta línea de llenar un tren a base de paquetería se concibe el transporte intermodal, desarrollado a partir de la creación del contenedor, un envase metálico modulado de un tamaño suficiente para adaptar uno o dos cajones de este tipo tanto a la plataforma de un camión como a la de un vagón ferroviario. En los contenedores se acopla la mercancía de menor tamaño ganando en tiempo de manipulación, transporte y reparto.

Con este sistema, los contenedores llegan por carretera hasta las estaciones ferroviarias, y posteriormente pasan a los trenes mercantes donde se transportan, después de un largo recorrido, hasta otra terminal desde la que se hace la distribución de mercancía mediante camiones, siguiendo un camino inverso al de recogida.

En los países desarrollados, estas terminales intermodales tienen un alto grado de mecanización con pórticos grúa y otros avances tecnológicos para conseguir que el transbordo de la carga del tren a camiones y remolques, y viceversa, sea un servicio ágil que favorezca el transporte con este sistema, que hoy resulta competitivo para el ferrocarril a partir de una distancia que se estima en unos 800 kilómetros.

7. El avance de los trenes muy veloces.

Los TGV están entre los trenes más ligeros del mundo si se miden por la relación peso total/número de asientos, pero se siguen revisando todas las partes del tren para encontrar nuevas formas de reducir la carga sobre las vías. Los transformadores, que tienen la misión de suministrar los diferentes niveles de voltajes y frecuencias necesarios para los motores, están entre las partes más pesadas del tren. La construcción de transformadores con láminas de aluminio y de acero aleado con cobalto en lugar de hilos de cobre, ha permitido no hace mucho reducir su peso de 11 toneladas a 7,5.

Los nuevos trenes llevarán estos transformadores más ligeros. También su equipamiento electrónico pesará menos gracias al uso de un nuevo dispositivo compacto conocido como transistor bipolar de puerta aislada. Estos transistores regularán con precisión la electricidad que se suministra a los motores de tracción. También se ha dedicado mucho trabajo a los asientos. Para ahorrar unos cuantos kilos por asiento, los de la próxima generación de TGV estarán hechos con fibras de carbono, magnesio y materiales compuestos.

Suavidad durante la marcha y al parar

Las innovaciones que fomentan las grandes velocidades han de ir acompañadas por técnicas que permitan la detención práctica del tren sin que los pasajeros salgan despedidos ni el propio tren descarrile. Los TGV iniciales emplearon un sistema de frenos de disco parecido al de los automóviles de carreras. Estaba más perfeccionado y era más suave que los frenos corrientes, pero seguía contando con la fricción para disipar la energía cinética y detener la rotación de las ruedas. La utilización de estos frenos consume energía, al tiempo que desgasta los elementos de los propios frenos y de los bojes.

Para ahorrar combustible y gastos de mantenimiento, los nuevos TGV añaden a los frenos de disco otros sistemas de frenado dinámico. Su contribución a la detención del tren se realiza volviendo a convertir en electricidad la energía mecánica de los motores de tracción. Lo normal es que esta electricidad se pueda reutilizar, ya sea pasando a las catenarias aéreas para alimentar a otros trenes que circulen por la misma línea, bien para la regulación de la temperatura ambiente u otros usos del propio tren. El sistema de frenos de los nuevos trenes disipará parte de la electricidad innecesaria inyectándola en las vías en forma de calor. Casi toda la deceleración de los trenes futuros se logrará con este tipo de sistemas.

Ninguna de estas mejoras serviría de nada si no se lograse dominar el tremendo ruido que producen los trenes que circulan a gran velocidad. La mayor parte deriva del contacto entre las ruedas y los raíles y también del aire que pasa por encima y por debajo del tren. El nivel sonoro aumenta exponencialmente a grandes velocidades, con especial influencia de los efectos aerodinámicos, que son proporcionales a la sexta potencia de la velocidad.

La forma menos ruidosa es la más lisa, por lo que se dedican grandes esfuerzos a eliminar las aristas. Así no sólo se reduce el rozamiento, sino también las molestias sufridas por los pasajeros y por quienes vivan cerca de las líneas férreas. Pero no se puede hacer que todos los componentes, entre ellos los bojes, tengan formas lisas. Para afrontar esta realidad, se apantallan los dispositivos por debajo del bastidor con deflectores aerodinámicos que reducen la resistencia al aire.

También se utiliza un único pantógrafo, en lugar de los varios que suelen usar los trenes más corrientes. Se le sitúa en la locomotora trasera, transportándose la electricidad hasta la unidad de potencia de la cabecera del tren mediante un cable. Para reducir aún más el ruido, los pantógrafos de los nuevos TGV también tendrán menos aristas. Los japoneses han encontrado otra solución para los pantógrafos, que revisten con chimeneas aerodinámicas.

El contacto entre las ruedas y los raíles genera ruido al producir vibraciones que hacen resonar a unas y otros. Bajo el influjo de las simulaciones de ordenador, se han modificado algunos detalles, entre ellos el espesor de las ruedas en algunos puntos, lo que reduce el ruido sin aumentar el peso; estas ruedas mejoradas ya han sido objeto de numerosas pruebas y se utilizarán en los futuros TGV.

Los trenes de gran velocidad que circulan por Francia apenas tienen que atravesar túneles, pero en otras partes del mundo sí tienen que hacerlo. Cuando entran en los túneles, se crean ondas de presión que recorren toda la longitud del túnel y, regresan a la velocidad del sonido. Las ondas así producidas por los trenes de gran velocidad pueden causar dolor en los tímpanos y podrían hacer estallar el vidrio.

Las simulaciones informáticas y otros diversos experimentos indican que la intensidad de las ondas puede minimizarse si se modifica la forma de los trenes, por ejemplo alargando su frente. También se asegura el bienestar de los pasajeros mediante la estanqueidad de los vagones y la regulación interna de la presión de la cabina. Otra medida que contribuye es dar una forma óptima al túnel.

Las investigaciones realizadas para proyectar los próximos trenes han demostrado la viabilidad técnica y económica de velocidades de hasta 360 km/h. Se está construyendo una locomotora que moverá un tren completo a 400 km/h y que se probará en 1999. De hecho las vías que actualmente se construyen en Francia ya están previstas para permitir su uso a tales velocidades. No es inconcebible que pudieran superarse 400 km/h, aunque es dudoso que el gran incremento del consumo de combustible que ello comporta lo justifique.

Los problemas económicos actuales han disminuido el ritmo de construcción de las líneas férreas de gran velocidad planeadas en Europa, pero se siguen construyendo. Parece razonable imaginar que a principios del siglo XXI las velocidades de 400 km/h pudieran ser habituales en las nuevas vías.