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3 de febrero de 2023

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Raíles para volar

14/10/2003

Un raíl es, según la definición de la Real Academia Española, el "carril de las vías férreas". Pero el Gran Telescopio CANARIAS (GTC) también tiene raíles: los que guían el movimiento de giro de la cúpula. Sus 500 toneladas reposan sobre los "carretones", unas cajas rectangulares que, en conjunto, superan, cada uno, la tonelada de peso. Son las ruedas de la cúpula, y los 20 carretones con los que cuenta el GTC están apoyados sobre un raíl similar al de los trenes.

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Para saber más

Gracias a la información proporcionada por Aureliano Yustos (RENFE) y Javier Serrano (GRANTECAN, la empresa pública que construye el telescopio) vamos a comparar sobre qué vuela el tren de alta velocidad AVE y sobre qué gira la cúpula del GTC.

DE TRENES Y CÚPULAS

El carril que en este momento se está utilizando en la construcción de la línea del AVE Madrid-Barcelona es del tipo 60E1 y pesa 60 kg/ml. Para los profanos, esto significa que cada metro lineal de carril pesa 60 kg y, además, tiene un perfil (o anchura) concreto.

En el caso del GTC, el peso del carril es de 101,3 kg/ml, lo que nos dice que nuestro raíl tiene un perfil bastante mayor que el utilizado en el ferrocarril, por lo que pesa más.

La unión de carriles entre sí, en el caso del ferrocarril, puede hacerse mediante juntas atornilladas a los carriles a unir o mediante soldaduras aluminotérmicas: se trata de una soldadura que confiere una dureza en la zona de unión similar a la del resto del raíl, recomendada para la unión de raíles que han de estar sometidos a cargas dinámicas. Pero su preparación es dificultosa: hay que realizar los moldes, soportarlos, preparar la zona, verter el material, quitar rebabas, etc. Y todo esto, en el caso del GTC, debería haberse realizado a casi 2300 m de altitud, a 13 m por encima del nivel del suelo, en la coronación de un muro de medio metro de ancho; por eso se prefirió, en la mayoría de los casos, la soldadura estándar con electrodo, mucho más sencilla en estas condiciones.

El material utilizado para la fabricación de los 90 metros lineales de carril del GTC es un acero cromo-vanadio de 110 kg/mm de resistencia (¡por cada mm de superficie es capaz de soportar 110 kg de peso!): los porcentajes de cromo y vanadio se añaden a la colada de acero para conferir propiedades especiales a la aleación, fundamentalmente dureza.

Los raíles de los trenes utilizan un acero al carbono-manganeso. Vemos que el raíl del GTC es más duro, más resistente y tiene un alargamiento menor. El alargamiento indica el cambio de longitud experimentado en el ensayo a tracción, es decir, al tomar una probeta del material y tirar de ella con una carga determinada, vemos que nuestro material es más resistente y, por lo tanto, experimenta un menor alargamiento.

En resumen, y aunque no lo parezca, las propiedades de uno y otro raíl son similares, a pesar de que los raíles no tienen usos estándares comunes. El raíl para la cúpula del GTC es algo más resistente y más duro, pues así se especificó para evitar un desgaste rápido por abrasión que obligase a sustituir tramos de raíl.

Las cargas dinámicas de los raíles de ferrocarril son sensiblemente mayores a las que producirá la cúpula al girar (las velocidades no tienen punto de comparación). Por ello, los tramos de raíl del ferrocarril pueden tener menos dureza, ganando en capacidad de absorción de energía por impactos, etc., propiedades que también pueden hacer que un material más duro y, por tanto, más frágil, pueda fracturarse.

¿Se imaginan tener que sustituir un tramo de raíl de ferrocarril con el tren y todos los pasajeros encima del raíl? Pues eso sería comparable a tener que cambiar un tramo de raíl en el GTC: las especificaciones se han pensado para que duren 50 años.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS GENERALES DE LOS CARRILES:

RENFE: Tipo 60E1
GTC: carril A-120 segun DIN 536/1991

RENFE: Grado del acero 260 C-Mn
GTC: Grado del acero 110 Cr-V

La mayor parte de los aceros utilizados son aceros al carbono: se usan en la construcción (estructuras), cascos de buques, maquinaria, carrocería de vehículos, etc. Por su parte, el manganeso, actúa como desoxidante y facilita el trabajo en caliente del material, contribuyendo a su resistencia y dureza.

En cuanto al acero de los raíles del GTC, se trata de un acero cromo-vanadio de 110 kg/mm2 de resistencia. Los porcentajes en peso de Cr y V son, respectivamente: 0.23 y 0.115.

En la aleación de acero, el cromo aumenta la profundidad del endurecimiento y mejora la resistencia al desgaste y corrosión; por su parte, el vanadio proporciona dureza, aumenta la resistencia a los impactos y al desgaste. Este acero tiene la denominación 1.2842, según el sistema de numeración para metales y aleaciones, es decir pertenece al grupo "Special steels-tool steels", que son los aceros que se emplean en herramientas y deben ofrecer una elevada dureza.

RENFE: Resistencia a tracción (N/mm2) Rm > 880
GTC: Resistencia a Tracción (N/mm2) Rm>1080

RENFE: Dureza (HBW) 260 / 300
GTC: Dureza (HBW) 320/350 (HBW: Dureza según la escala Brinell: la dureza está directamente relacionada con la resistencia a tracción, por lo que a mayor resistencia, mayor dureza.

RENFE: Alargamiento 10 %
GTC: Alargamiento 9%

Soldadura del GTC
Fue ejecutada mediante vertido de colada in situ sobre un molde, que se adapta al perfil del raíl. La soldadura del raíl de la cúpula GTC se realizó mediante arco revestido utilizando un electrodo especial (de "mantenimiento") Magna 303.

Natalia R. Zelman

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