La idea española para crear carriles del AVE resistentes a la abrasión del desierto

El AVE a la Meca ha superado el millar de viajes tras su puesta en servicio comercial en octubre del pasado año, una vez superadas las innumerables vicisitudes que acompañaron a una faraónica obra que se tuvo que adaptar a un entorno muy exigente para no descarrilar. Literalmente. Ahora, meses después de su puesta en marcha, el trabajo no ha hecho más que empezar. Las elevadas temperaturas y la erosión de la arena del desierto suponen un serio problema para el mantenimiento y la seguridad de los trenes. ¿Cómo solucionarlo? Un proyecto español se ha puesto manos a la obra.

Los centros tecnológicos Ceit-IK4 e Idonial, la constructora Copasa —una de las firmas que forman parte del consorcio hispano-saudí liderado por la empresa pública Renfe, que se encarga de la operación y mantenimiento del AVE del desierto— y ArcelorMittal, proveedor de carriles para el también denominado tren de los peregrinos, trabajan contrarreloj para crear raíles ultrarresistentes. En concreto, un nuevo tipo de carril endurecido con una menor tasa de desgaste, dadas las condiciones de abrasión del desierto.

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Rafael Méndez

Las temperaturas extremas en Arabia Saudí alcanzan los 50 grados en verano, cuando las mínimas pueden llegar a caer hasta los 10 grados. Esta diferencia de 40 grados entre máximas y mínimas se da además en todos los meses —en diciembre y enero, puede incluso rondar los 50 grados—, lo que, unido a la bajísima humedad existente, da lugar a unas condiciones excepcionales para el carril y el balasto —las piedras que se extienden para asentar y sujetar las traviesas del ferrocarril—. Existen enormes variaciones de temperaturas a lo largo del día, pero también durante el propio recorrido.

"Investigamos en nuevos materiales, procesos, composiciones o microestructuras para crear un carril que se comporte mejor en climas extremos"

Ante estas condiciones, el objetivo primordial del proyecto Railsand, auspiciado por el Gobierno español, es el diseño de la composición química del acero y el desarrollo de tratamientos termomecánicos y térmicos que permitan conseguir este nuevo tipo de carril más resistente que, en última instancia, conlleve una mayor rentabilidad —al exigir un menor mantenimiento y coste de explotación—, seguridad y eficiencia. “Estamos investigando en nuevos materiales, composiciones, procesos o microestructuras para crear un carril que se comporte mejor en este tipo de climas”, detalla Unai Alvarado, director del grupo de Ferrocarril del Ceit-IK4, el centro tecnológico de la Universidad de Navarra.

La presencia de arena y las extremas temperaturas ambientales pueden provocar que los gastos de mantenimiento se disparen por desgastes, corrosión, grietas en soldaduras y degradación precoz del balasto. De hecho, en este sentido, Copasa y las otras constructoras españolas del consorcio liderado por Renfe ya advirtieron por escrito a sus socios al poco de la entrada en funcionamiento del AVE a la Meca de que "la falta de medidas de mitigación contra la arena" amenaza con elevar los costes durante los 12 años de explotación por la limpieza continua que se requiere, según reflejó El Confidencial.

El problema no es solo la elevada presencia de arena en torno a la infraestructura ferroviaria, que recorre un país que presenta arena y dunas en un tercio de su territorio, sino también sus diferentes características y grosor. De “un metro a otro” puede ocurrir que la arena que el viento (o el propio tren que, por efecto de la succión a una velocidad que supera los 300 kilómetros por hora, deposita sobre la vía) sea “muy gorda o muy fina”. Y el comportamiento es radicalmente opuesto. La arena gruesa actúa como si fuera una lija, comiéndose las ruedas, desgastando el material a una mayor velocidad de la prevista, mientras que cuando es prácticamente polvo tiene el efecto contrario: ejerce como un lubricante, como un aceite, con lo que la fricción entre la rueda y el carril es menor. De este modo, las ruedas se deslizan de una manera diferente, pudiendo llegar a patinar. “A lo largo del recorrido hay diferentes estados de temperatura, tipo de arena o grosor, que afectan mucho a la línea”, explica Alvarado.

El proyecto trata de abordar el impacto que puede tener la arena que se introduzca en grietas en el carril por el efecto de las diferencias térmicas

Asimismo, también entra en juego el impacto, ahora desconocido, que puede tener la arena que se introduzca en grietas que se hayan podido generar en el carril por el efecto de las elevadas diferencias térmicas que caracterizan Arabia Saudí. “La arena puede tener un impacto en el crecimiento de la grieta. Las presiones y tensiones que se crean por el paso continuo de los trenes en esas grietas que han sido rellenadas por arena muy finita pueden hacer que estas se agranden o incluso revienten. Los contrastes de calor y frío hacen que se dilate, se contraiga, y a lo mejor puede reventar haciendo que el carril parta. Es un fenómeno que no ha sido abordado y este tipo de cosas lo estamos estudiando”, expone el investigador del Ceit-IK4.

Analizar el impacto de este fenómeno es una de las aristas del proyecto, que, entre sus objetivos, también persigue definir un proceso óptimo de reducción química de la escoria de la fundición de hierro para la eliminación del CaO (óxido de calcio) hasta el nivel que permita su uso en infraestructuras de clima desértico como balasto. Igualmente, se ha fijado el importante reto de desarrollar un 'software' que permita calcular el coste del ciclo de vida del carril a partir de las características de la infraestructura, del servicio —vehículo, velocidades, aceleraciones y adherencia— y del mantenimiento para, con base en esta aplicación, determinar el mejor tipo de carril y balasto para una infraestructura y condiciones de operación, así como la estrategia de mantenimiento óptima.

La línea del AVE a la Meca, que ha supuesto el mayor contrato firmado por empresas españolas en el exterior, con 7.100 millones de euros, se sustenta en 200.000 toneladas de carriles o más de cuatro millones de toneladas de balasto que se reparten en un recorrido de 444 kilómetros por las zonas costeras y desérticas de Arabia Saudí. El proyecto de construcción ha sido "pionero" por las numerosas dificultades que ha tenido que hacer frente para adaptarse a "un entorno extremadamente exigente" y, por ello, "siempre se ha mirado con lupa".

Desde su puesta en marcha —la línea cuenta con 35 trenes con capacidad para más de 450 viajeros cada uno—, se están recabando datos de forma permanente sobre el estado de la infraestructura, la evolución de los materiales o las condiciones climáticas. De los datos de los estudios preliminares en laboratorios, en bancos de ensayos, se ha pasado a los datos 'reales' del trabajo de campo. Ahora, a partir de esta información, los investigadores participantes en el proyecto Railsand pretenden realizar una comparativa de los parámetros actuales con los que se obtendrían con la instalación del nuevo carril más resistente a la abrasión en que se está trabajando para determinar el impacto que pueden tener operaciones diferentes: esto es, por ejemplo, qué efecto pueden conllevar de cara a la degradación del carril o al coste de la operación que se aumente o baje la velocidad del tren o se proyecten más viajes diarios.

“Estamos desarrollando un modelo para tener en cuenta el ciclo de vida de este nuevo carril y el impacto que puede tener a nivel medioambiental, su coste de mantenimiento, en los criterios de operación, en la seguridad… Lo que queremos hacer es comparar lo que está ocurriendo ahora con la infraestructura del AVE a la Meca, establecer el coste de vida de este sistema y hacer una comparativa con este nuevo carril que se está diseñando. Este tipo de análisis va a permitir ayudar en la toma de decisiones a futuro para la operativa o el mantenimiento”, subraya Alvarado.

Con este fin, en los bancos de prueba del Ceit-IK4 e Idonial se están llevando a cabo simulaciones del funcionamiento de distintos materiales en diferentes condiciones, a temperaturas extremas y con arena de mayor o menor concentración y de un grano más o menos largo. “Tratamos de anticiparnos al futuro, ver qué puede pasar si se pone un carril con unas prestaciones diferentes si se mantienen los mismos criterios de operación o seguridad, las acciones de mantenimiento…”, expone.

Este proyecto de investigación, que mantiene activo con “una mayor o menor intensidad” a un equipo compuesto por entre 15 y 20 personas de las cuatro empresas implicadas, se puso en marcha en el segundo semestre de 2018 y está previsto que concluya el 31 de diciembre de 2020. Cuenta con un presupuesto de 865.694 euros financiados por los fondos europeos Feder y por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades. “El Ceit-IK4 aporta su conocimiento del sector ferroviario para que ArcelorMittal fabrique mejores carriles en el futuro, soportado por Idonial desde el punto de vista de material, y para que Copasa sea en el futuro más eficiente en sus operaciones de construcción y mantenimiento”, resume Alvarado sobre el papel de las cuatro empresas que integran este consorcio constituido para lograr mejores prestaciones de cara al mercado de alta velocidad en climas desérticos.

El AVE a la Meca es el origen, pero no la meta. La idea es analizar qué ocurriría si se pusiera el nuevo material a lo largo de todo su trazado, pero el alcance del proyecto va más allá de los 444 kilómetros de los que consta el tren de los peregrinos. La pretensión, como asevera Alvarado, es que “las conclusiones que extraigamos ayuden no solo al futuro de la explotación del AVE a la Meca sino para que otras líneas ferroviarias en climas más o menos similares también lo sean, como en zonas costeras”. De momento, este viaje apenas acaba de recorrer sus primeros kilómetros.