Los cambiadores de ancho de vía son un avance bastante novedoso en la historia del ferrocarril que viene a dar solución a las decisiones estratégicas, económicas y técnicas del pasado, cuando se construyeron líneas de distintos anchos de vía en cada país, lo que dificulta la circulación de los trenes entre ellas: solo en Europa conviven principalmente cuatro anchos de vía diferentes: 1.000 mm (estrecho), 1.435 mm (estándar europeo), 1.520 mm (ancho ruso) y 1.668 mm (ancho ibérico). La imposibilidad para los trenes de pasar de una línea a otra con un ancho de vía distinto ha originado históricamente problemas para la explotación y para los viajeros, ya que obligaba a realizar el trasbordo o un cambio de tren con las consiguientes molestias, costes y pérdida de tiempo.

En apenas unos minutos, estos sistemas automáticos permiten al tren cambiar el ancho DE RODADURA. Con esta solución versátil y económica, España contribuye a la integración de los mercados de la UE reduciendo obstáculos en la infraestructura

El caso español es especialmente complejo, pues coexisten tres tipos de ancho de vía: el ancho ibérico o convencional, que se comparte con Portugal, el ancho métrico de las antiguas líneas de los Ferrocarriles de Vía Estrecha (FEVE), y el ancho estándar europeo, que se adoptó en las líneas de alta velocidad. Estos tres tipos de ancho son una variedad más de los muchos que existen en el mundo, por lo que es una tecnología exportable a otros países que tengan características similares; tal es el caso de los países bálticos que cuentan actualmente con ancho ruso y están desarrollando su línea de alta velocidad Rail Baltica en el estándar europeo. En una situación similar se encuentran todos los países de la antigua Unión Soviética.

Un desarrollo pionero

La salida de los trenes desde España hacia Francia y el resto de Europa con un   ancho de vía diferente ha sido un reto constante que ha propiciado el desarrollo y perfeccionamiento de la tecnología de cambio de ancho. Hasta finales de los años 60, el cruce de la frontera se realizaba alzando los coches y sustituyendo los ejes o bogies de un ancho por otro. La primera experiencia de una tecnología pionera que permitía el cambio de ancho mediante la modificación directa del ancho de rodadura de los ejes a su paso por un foso, tuvo lugar en 1968 con el primer viaje de prueba de un tren Talgo Madrid-París utilizando el cambiador instalado en la frontera de Irún–Hendaya; en 1969, se instaló el de Portbou–Cerbère, ya con servicio comercial. Estos cambiadores permitían a los trenes remolcados tipo Talgo cubrir rutas entre España y Francia en un tiempo mucho menor.

Cambiador de Palencia. / FOTO_INECO

Dos décadas después, con la inauguración de la primera línea de alta velocidad Madrid-Sevilla en 1992, diseñada en ancho estándar o internacional, España toma la decisión de extender la alta velocidad a otras regiones, programando la instalación de cambiadores de ancho en distintos puntos estratégicos de su red ferroviaria. Se construyen los cambiadores de Atocha, Córdoba y Majarabique, que permiten establecer las relaciones Barcelona con Sevilla y Madrid con Málaga, Algeciras, Cádiz y Huelva.

La tecnología de cambio automático de ancho está compuesta por un sistema de eje con ancho de rodadura variable instalado en los trenes y una instalación fija en trayecto donde, a su paso, se liberan los cerrojos que impiden el desplazamiento lateral de las ruedas. Acto seguido, las ruedas encuentran unos carriles convergentes o divergentes que las llevan a su nueva posición y, finalmente, se vuelven a encerrojar.

Los primeros sistemas de cambio no permitían la modificación de la rodadura de las tracciones, por lo que era necesario desenganchar la tracción del primer ancho, hacer pasar los coches por gravedad a través del cambiador y posteriormente enganchar la tracción del segundo ancho. Asimismo, hasta el año 2001 todos los trenes que realizaban el cambio de ancho eran del fabricante Talgo, año en el que Renfe adquiere con el consorcio Alstom-CAF unos nuevos trenes de ancho variable con tecnología CAF.

Cambiador de Antequera. / FOTO_INECO

Al ser diferentes tecnologías se hace necesario que los cambiadores sean de tipo dual, de manera que se puedan compatibilizar ambas en una misma instalación. En la actualidad, en el territorio español se usan dos tipos de cambio, que se corresponden con los dos fabricantes del material rodante: el tipo Talgo y el tipo CAF. En pocos minutos, estos sistemas automáticos permiten al tren, dotado íntegramente de ejes de rodadura desplazable incluida la tracción, cambiar el ancho de rodadura a una velocidad reducida y controlada, de hasta 15 kilómetros por hora, sin necesidad de detenerse.

En las primeras generaciones de cambiadores duales, era necesario sustituir la plataforma de cambio de ancho. La primera, la TCRS1 abatía las plataformas en vertical y, posteriormente, la TCRS2 las desplazaba en horizontal. Pero en 2009, Adif puso en marcha el diseño y construcción del primer prototipo TCRS3, donde se combinan las tecnologías de los fabricantes CAF y Talgo en una plataforma única que modifica sus piezas para adaptarse a los dos sistemas. Con ello se redujeron considerablemente las masas en movimiento durante el proceso y, en consecuencia, también la duración del cambio de ancho. El primer prototipo se ensayó y validó en 2011 en el cambiador de ancho de Roda de Bará, Tarragona, mientras que las primeras unidades de serie se instalaron en León (línea de alta velocidad Madrid-Asturias) en 2015.

Cambiador de León. / FOTO_INECO

La evolución camina hacia el TCRS4 o Unichanger, un cambiador universal que permita además el cambio de los sistemas alemán (Rafil) y polaco (SUW 2000). Asimismo se está avanzando en una futura implementación de la tecnología de cambio de ancho para trenes de mercancías. Ambas tecnologías cuentan con la participación de Ineco.

MACAVI, una herramienta de seguimiento y control

Para realizar el control y seguimiento del mantenimiento de los cambiadores de ancho, la compañía ha desarrollado la herramienta de información en tiempo real MACAVI. Creada a medida de estas instalaciones, MACAVI puede adaptarse a cualquier otro tipo de instalación en lo que a mantenimiento se refiere.

Se trata de una tecnología exportable a otros países con características similares; tal es el caso de las repúblicas bálticas, que cuentan actualmente con ancho ruso y están desarrollando su línea de alta velocidad Rail Baltica en el estándar europeo

Sus principales funciones incluyen el inventario de la instalación; la programación del plan de mantenimiento; los registros de partes y control de averías, almacén, circulaciones, incidencias y control de usuarios. Además, en la actualidad se están desarrollando módulos de control de personal e integración de los sistemas SCADA como adaptación a la industria 4.0.l

INFRAESTRUCTURAS SIN OBSTÁCULOS

Con esta solución versátil y económica, España contribuye a la integración de los mercados reduciendo obstáculos en la infraestructura. Se alinea, por tanto, con los objetivos de la Comisión Europea que está potenciando el desarrollo de los grandes corredores europeos y considera al ferrocarril de mercancías una actividad de transporte prioritaria, marcando como objetivo que en 2030 su cuota de mercado se eleve hasta el 30% (Directiva 2012/34/EU).

Ineco ha participado desde comienzos de la década del año 2000 en el diseño de las diferentes generaciones de cambiadores y ha prestado sus servicios tanto a Adif, el administrador de infraestructuras ferroviarias español, como a los fabricantes, en distintos aspectos del desarrollo y su implementación: redacción de proyectos, asistencias técnicas, direcciones de obra y mantenimiento y explotación de más de una veintena de cambiadores de ancho automático de toda España. De esta manera, Ineco ha adquirido un know how especialmente útil a la hora de exportar el sistema a otros países asistiendo en todo el proceso, desde la planificación de los itinerarios a desarrollar, hasta la implementación y la operación y mantenimiento de los sistemas.

La compañía ha participado desde comienzos de la década del año 2000 en el diseño de las diferentes generaciones de cambiadores y presta sus servicios de mantenimiento a Adif desde 2008. / FOTO_INECO

La problemática de los diferentes anchos de vía no es solo española, sino de alcance global. Según la Unión Internacional de Ferrocarriles (UIC, del francés Union Internationale des Chemins de Fer), solamente el 60% de la red ferroviaria mundial opera en ancho de vía estándar (1.435 mm de separación entre carriles), y además no está distribuida por continentes de manera uniforme. Por diversas razones históricas y económicas, el hecho es que en el 40% restante conviven más de una veintena de medidas diferentes que oscilan entre los 260 mm de algunos ferrocarriles turísticos de distintos puntos del planeta y los más de 1.600 de la red española, argentina o india, entre otras. En Europa, conviven principalmente cuatro anchos de vía diferentes: 1.000 mm (estrecho), 1.435 mm (estándar europeo), 1.520 mm (ancho ruso) y 1.668 mm (ancho ibérico).

Solamente el 60% de la red ferroviaria mundial opera en ancho de vía estándar (1.435 mm de separación entre carriles)

En España, la red ferroviaria mide 15.215 kilómetros, según datos de 2015 del Ministerio de Fomento. Está configurada en tres anchos de vía: los mayoritarios son de ‘ancho ibérico’ (1.668 mm) y estándar (1.435 mm), en el que a partir de los años 90 se construyeron todas las líneas de alta velocidad que, actualmente, suman 2.875 kilómetros. Una parte –613 kilómetros en total– operan en ancho ibérico, aunque están equipadas con traviesas polivalentes pensadas para adaptarse fácilmente al ancho estándar.

En la cornisa norte (Galicia, Asturias y Cantabria, principalmente), existe también la red de ‘vía estrecha’ construida en ancho métrico (1.000 mm), con un total de 1.269 kilómetros de longitud. Actualmente, se usa para cercanías y algunos servicios turísticos como el Transcantábrico o el Ferrocarril de la Robla. En todos los puntos de encuentro de estas redes dentro del país y en las conexiones con Portugal y Francia hay instalaciones que permiten el cambio de ancho.

Cuadrando el círculo

Existen varios métodos para solucionar el problema del ancho de vía: en mercancías, cambiar la carga de un vagón a otro o sustituir los ejes; en viajeros, el trasbordo a otro tren; o bien la solución desarrollada en España: el cambiador de ancho automático. Se trata de una instalación ferroviaria que permite a un tren dotado con un sistema de ejes o semiejes de ancho variable modificar automáticamente el ancho de rodadura mientras pasa a una velocidad constante (15 km/h, aproximadamente) y sin intervención humana.

España es pionera en estos sistemas de cambio de ancho automático desde 1968, cuando el fabricante Talgo comenzó a explotar servicios comerciales entre Madrid y París (cambiador de Irún) y Madrid y Zurich (cambiador de Portbou). Posteriormente, otro fabricante de material rodante, CAF, desarrolló su propia tecnología, lo que requería instalaciones diferenciadas para cada una. Actualmente, la tecnología ha evolucionado hacia una plataforma de cambio de ancho única.

Durante más de 20 años, Ineco ha participado en el diseño de la mayoría de las diferentes generaciones de cambiadores

La siguiente aplicación del cambiador de ancho automático surgió a partir de los años 90 con la primera línea de alta velocidad Madrid-Sevilla, construida en ancho estándar, donde se instalaron tres cambiadores de ancho (en Atocha, Córdoba y Majarabique) para conectarla a la red existente en ancho ibérico. A medida que se ampliaba la infraestructura de alta velocidad, se extendieron también los cambiadores de ancho automático, lo que ha permitido, además, alargar los itinerarios y reducir los tiempos de viaje en los trayectos de la red convencional, con una inversión relativamente baja.

Durante más de veinte años, Ineco ha participado en el diseño de la mayoría de las diferentes generaciones de cambiadores y ha prestado sus servicios tanto a Adif, el administrador de infraestructuras ferroviarias español, como a los fabricantes, en distintos aspectos del desarrollo e implantación de estas tecnologías (ver IT22): redacción de proyectos, asistencias técnicas, direcciones de obra y mantenimiento y explotación de más de una veintena de cambiadores de ancho automático de toda España. Actualmente, se ocupa del mantenimiento de los cambiadores de Cerro Negro y Fuencarral (Renfe), Chamartín, Atocha, Majarabique, Alcolea del Pinar, Albacete, Valencia, Plasencia del Jalón, Zaragoza-Delicias, Huesca, Medina del Campo, Medina del Campo AVE, Zamora, Valdestillas, Palencia y León.

A la hora de pasar a la fase de ejecución, es vital la coordinación y la retroalimentación entre los equipos de diseño y de obra a la hora de resolver con rapidez cualquier dificultad

Un caso práctico: los cambiadores de León

Con la llegada de la línea de alta velocidad Norte a León, se planteó la necesidad de instalar cambiadores para que los trenes pudieran conectar a partir de aquí con Asturias y Galicia sobre un ancho de 1.668 mm lo que, además, reducía los tiempos de viaje entre la capital de España y Gijón, A Coruña y Ourense.

En ese caso, se optó por instalar dos cambiadores en lugar de uno solo, ya que así se facilitaba el paso de las relaciones directas entre Madrid y Gijón sin parada en León, mejorando la fiabilidad y la capacidad con vista a futuros aumentos del tráfico. Además, con la doble instalación el tiempo de viaje entre destinos se redujo a 31 minutos, mientras que con un solo cambiador hubiera aumentado en 20 minutos.

Del diseño a la obra

Existen múltiples condicionantes a la hora de diseñar un cambiador de ancho automático, como la tipología del cambiador basado en las diferentes tecnologías existentes (Talgo, CAF, dual o universal), la elección del emplazamiento, la titularidad de los terrenos donde se construirán las instalaciones, la afección a diferentes servicios, la conexión entre líneas que no solo tienen anchos de vía distintos, sino también diferentes subsistemas de energía (3 kV, corriente continua y 25 kV, corriente alterna) y de mando y control (ASFA y ERTMS).

Asimismo, hay que tener en cuenta la coincidencia con playas de vías de diferentes titularidades administrativas, las longitudes mínimas de vía de acceso a los cambiadores y la ubicación de las acometidas de agua potable y electricidad. Si, además, como ocurre en León, se trata de un entorno urbano, la dificultad técnica se incrementa.

Un cambiador de ancho es una instalación ferroviaria que permite a un tren dotado de ejes o semiejes de ancho variable modificar automáticamente el ancho de rodadura sin intervención humana

A la hora de pasar a la fase de ejecución, la experiencia ha demostrado que es vital la coordinación y la retroalimentación entre los equipos de diseño y de obra a la hora de resolver cualquier dificultad en el menor tiempo posible. Así, por ejemplo, en el caso de León, el retraso en disponer de los terrenos necesarios para la construcción requirió un rediseño de las instalaciones. Otra muestra de la importancia de este trabajo conjunto es el que se refiere a los servicios afectados por las obras, tanto internos (canalizaciones de instalaciones y comunicaciones) como externos: gasoductos, red de saneamiento, distribución eléctrica, comunicaciones, etc. La recopilación de datos comienza en la fase de diseño y se completa durante la de ejecución.

Hacia una tecnología universal

• La primera generación de cambiadores que se extendieron con el desarrollo de la alta velocidad solo podía diseñarse para una de las dos tecnologías de rodadura variable existentes en España: primero para la RD (Rodadura Desplazable) de Talgo, y a partir de 2000, la Brava (Bogie de Rodadura de Ancho Variable Autopropulsado) de CAF.
• Posteriormente, se desarrolló un cambiador apto para ambos sistemas, denominado dual, que requería menos espacio. El primero de este tipo, el TCRS2 vertical, se instaló en 2001 en el tramo Olmedo-Medina del Campo. En 2007, el sistema se mejoró con el modelo TCRS2 horizontal, al simplificar la estructura y las cimentaciones; el tiempo de cambio de tecnología pasó de siete a cinco minutos. El primer prototipo se instaló y probó en Chamartín (Madrid).
• En 2009, Adif puso en marcha el diseño y construcción del primer prototipo TCRS3 de plataforma única, donde se combinan las tecnologías de los fabricantes CAF y Talgo. Con ello se redujeron  considerablemente las masas en movimiento durante el proceso de cambio de ancho y, en consecuencia, también su duración, que pasó de cinco a tan solo tres minutos. El primer prototipo se ensayó y validó en 2011 en el cambiador de ancho de Roda de Bará, Tarragona, mientras que las primeras unidades de serie se instalaron en León (línea de alta velocidad Madrid-Asturias) en 2015.
• A partir de 2009, con el respaldo del Ministerio de Ciencia e Innovación, se dio un paso más con el proyecto Unichanger de cambiador universal, denominado TCRS4, la cuarta generación. En 2011, Ineco redactó el proyecto constructivo en las instalaciones de ensayo y experimentación asociadas al Centro de Tecnologías Ferroviarias de Adif, en Málaga. Esta nueva generación permite, además de los cambios entre los anchos de vía españoles, el cambio con los sistemas alemán (Rafil) y polaco (SUW 2000), lo que hace de ella una tecnología exportable a otros países.
• Actualmente, la compañía está redactando el proyecto del cambiador de ancho de Vitoria y participa en la construcción del de Burgos.

Principales anchos de vía ferroviarios del mundo. / GRÁFICO_WIKIPEDIA