Al colocar vías de ferrocarril, ¿por qué deben dejarse espacios entre las longitudes de vía?

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).

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.

Ellos no. Los rieles modernos se extienden más allá de cualquier expansión térmica posible en condiciones meteorológicas normales y luego se sueldan. Por lo tanto, riel continuo soldado. Los rieles anteriores se colocaron con espacios para detener el pandeo del riel cuando se expandió cuando se calentó. Desafortunadamente, si el riel se mueve longitudinalmente a través de los zapatos después de una expansión térmica repetida o mucho desgaste, los espacios se cierran, y en el próximo día realmente caluroso el riel se dobla y usted tiene un descarrilamiento en las tarjetas.

Para que haya suficiente margen para que las pistas se expandan y contraigan debido a los cambios de temperatura.
Si no se deja esa brecha, entonces las pistas podrían tener un enorme estrés en ellas mientras se expanden debido al calor. Lo que puede dañarlos.

Este proceso se conoce como expansión térmica:

La expansión térmica es la tendencia de la materia a cambiar de volumen en respuesta a un cambio de temperatura, [1] a través de la transferencia de calor.
Cuando una sustancia se calienta, aumenta la energía cinética de sus moléculas. Por lo tanto, las moléculas comienzan a moverse más y generalmente mantienen una mayor separación promedio. Los materiales que se contraen con el aumento de la temperatura son inusuales; Este efecto tiene un tamaño limitado y solo ocurre dentro de rangos de temperatura limitados (ver ejemplos a continuación). El grado de expansión dividido por el cambio de temperatura se denomina coeficiente de expansión térmica del material y generalmente varía con la temperatura.

La expansión térmica de largas secciones continuas de vías ferroviarias es la fuerza impulsora del pandeo de los rieles. Este fenómeno resultó en 190 descarrilamientos de trenes durante 1998–2002 solo en los Estados Unidos.

Estas brechas de las que habla se conocen como juntas de expansión.

Fuente:
Wiki: expansión térmica

Son solo el producto final del riel de colocación. El espacio es necesario para que se pueda colocar el siguiente riel. El riel generalmente se corta en secciones de 39 ‘y las juntas se escalonan de esa manera para que no tenga una acción de bombeo, es decir, un punto bajo uno frente al otro. Las juntas escalonadas son la razón por la cual hay un movimiento de balanceo a medida que el tren se mueve, porque las juntas son inherentemente bajas porque las ruedas golpean el extremo del riel y causan vibraciones que causan los puntos bajos. Esta es una de las razones por las cuales los ferrocarriles fueron al riel de cinta, es un trozo de riel de 1/4 de milla que se coloca al lado del riel articulado y se retira todo el riel articulado y se instala el riel de cinta cuando todo el riel de cinta (sin importar cuántas millas elijan reemplazar) está instalado, el equipo que empuja entrará y empuñará los extremos juntos y lo convertirá en una sola pieza de riel que durará un par de millas generalmente hasta llegar a una ubicación de señal donde la voluntad corta un conjunto de barras aisladas para dividirlo en otro circuito. Casi el único lugar donde usan el riel articulado es en la vía de la línea principal.

Como el nombre “brecha de expansión” se mantienen exactamente con el mismo propósito.

Esta es la física básica que los metales se expanden cuando aumenta la temperatura. Por lo tanto, se deja el espacio para que haya suficiente espacio para que se expandan cada vez que aumenta la temperatura.