En la construcción ferroviaria tradicional, los rieles se colocan sobre traviesas, se sujetan a ellos y luego se sujetan entre sí por medio de placas de pescado. Estas planchas de pescado no solo ayudan a toda la estructura de la pista a mantener su integridad, sino que también aseguran que se mantenga una cierta (pequeña) distancia entre los rieles. Esto se debe a la expansión térmica.
Todos los sólidos se expanden (aumentan de tamaño) en cierta medida cuando se someten a altas temperaturas, y se contraen cuando se enfrían. Este es un hecho termodinámico básico: las moléculas siempre vibran y cuando se calienta, esta vibración aumenta, expandiendo ligeramente la mayor parte del material. Cuando la dimensión principal de un sólido es lineal (como en los rieles) hablamos de expansión térmica lineal. Este efecto puede modelarse con un coeficiente constante para la temperatura ambiente. Los rieles están hechos de un acero que tiene un coeficiente de expansión térmica lineal de alrededor de 12 µm / (m · K). Es decir: cada metro de riel se expande 0,012 milímetros por cada grado de aumento de temperatura (Kelvin y Centígrados son del mismo “tamaño”, y siendo una medida relativa, no importa cuál consideremos).
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En términos prácticos: supongamos que estamos utilizando rieles de 90 ma 15 ° C. ¿Cuál será la longitud del riel en un día caluroso de verano a 40 ° C? El cálculo de 12 × 90 × (40 – 15) proporciona 27000 µm, es decir, la friolera de 2.7 cm que debe tenerse en cuenta al colocar pistas, para que los rieles no se expandan más allá del espacio de dilatación y comiencen a empujarse uno contra el otro, arriesgándose a hundirse y tal vez a descarrilamiento. Los espacios libres de dilatación entre rieles se calculan mejor para la temperatura más habitual en el lugar.
Los ferrocarriles modernos emplean rieles soldados continuos y dispositivos de expansión de vías a intervalos regulares (y generalmente al comienzo y al final de puentes, túneles y otras estructuras) para evitar los problemas de mantenimiento que plantea la expansión térmica del riel y para aumentar la comodidad de rodadura.
Imágenes de Imágenes de Tano4595 – CC BY-SA 3.0, Archivo: Junta de vía.jpg y Ferropedia – CC BY-NC-SA 3.0, Aparato de dilatación de vía.