Límites de velocidad ferroviaria en Estados Unidos

En Estados Unidos, la Administración Federal de Ferrocarriles (FRF) regula los límites de velocidad para los trenes . Las compañías ferroviarias también establecen sus propios límites y los hacen cumplir. Las restricciones de velocidad se basan en diversos factores, como la curvatura de la vía , la señalización , el estado de la vía y la presencia de pasos a nivel . Al igual que los límites de velocidad para las carreteras en Estados Unidos , los límites de velocidad para las vías y los trenes se miden en millas por hora (mph).

Los reguladores federales establecieron límites de velocidad para los trenes según los sistemas de señalización en uso. ^{[ 1 ]} Los trenes de pasajeros estaban limitados a 59 mph (95 km/h) y los trenes de carga a 49 mph (79 km/h) en vías sin señales de bloqueo, conocidas como " territorio oscuro ". Los trenes sin señal automática en cabina, parada de tren o sistema de control de trenes no podían exceder las 79 mph (127 km/h). Esta norma, emitida en 1947 y vigente a finales de 1951, fue una respuesta a un grave accidente ocurrido en 1946 en Naperville, Illinois , en el que se vieron involucrados dos trenes. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

Tras una colisión de trenes ocurrida en Maryland en 1987 , se exigió que los trenes de carga en zonas de alta velocidad contaran con limitadores de velocidad que pudieran frenarlos forzosamente, en lugar de simplemente alertar al maquinista mediante señales en la cabina. En el accidente de Maryland, el panel de señales estaba parcialmente inutilizado, incluyendo un silbato apagado y una bombilla faltante.

En respuesta a la colisión de trenes de Chatsworth en California en 2008 , una ley federal exigió la implementación del control positivo de trenes (PTC) en todo el país para 2015. ^{[ 5 ]} Tras varias prórrogas, la Administración Federal de Ferrocarriles (FRA) anunció el 29 de diciembre de 2020 que el PTC estaba en funcionamiento en todas las rutas ferroviarias de carga y pasajeros requeridas. ^{[ 6 ]} Si bien el propósito principal del PTC es prevenir colisiones, también permite velocidades más altas en algunos casos. Se utilizan diferentes sistemas PTC en diversas regiones del país.

En Estados Unidos , la Administración Federal de Ferrocarriles ha desarrollado un sistema de clasificación para la calidad de las vías. ^{[ 7 ] [ 8 ]} La clase de una sección de vía determina los límites máximos de velocidad de circulación posibles y la capacidad de operar trenes de pasajeros.

Suponiendo una vía con el mantenimiento adecuado, la velocidad máxima en las curvas está limitada por la fuerza centrífuga , que tiende a volcar el tren. Para compensar esta fuerza, la vía está peraltada (el carril exterior está más elevado que el interior). La velocidad a la que la fuerza centrífuga se compensa perfectamente con la inclinación de la vía se conoce como velocidad de equilibrio. La velocidad máxima se puede calcular mediante la siguiente fórmula, que permite que los trenes circulen por encima de la velocidad de equilibrio:

${\displaystyle V_{max}={\sqrt {\frac {E_{a}+E_{u}}{0.0007d}}}}$

dónde:

${\displaystyle E_{a}}$es la cantidad en pulgadas que el riel exterior está sobreelevado por encima del riel interior en una curva.

${\displaystyle E_{u}}$es la cantidad en pulgadas de peralte desequilibrado

${\displaystyle d}$es el grado de curvatura en grados por cada 100 pies (30 m) 

${\displaystyle V_{max}}$se expresa en millas por hora

Normalmente, los trenes de pasajeros circulan por encima de la velocidad de equilibrio, y la diferencia entre el peralte de equilibrio para la velocidad y la curva y el peralte real en la curva se conoce como peralte desequilibrado. El peralte de la vía suele estar limitado a 150 mm (6 pulgadas ) , y a menudo es menor en rutas con trenes de mercancías pesados ​​y lentos para reducir el desgaste del carril interior. El peralte desequilibrado permitido en EE. UU. está restringido a 76 mm (3 pulgadas) , aunque se permite un peralte de 152 mm (6 pulgadas) mediante una exención. Los trenes basculantes como el Acela operan con un peralte desequilibrado aún mayor, al desplazar dinámicamente el peso del tren. La velocidad real de vuelco de un tren es mucho mayor que los límites establecidos por la fórmula de velocidad, que se aplica principalmente para la comodidad de los pasajeros. No existe un peralte desequilibrado máximo estricto para los ferrocarriles europeos, algunos de los cuales tienen curvas con más de 280 mm (11 pulgadas ) de peralte desequilibrado para permitir el transporte de alta velocidad. ^{[ 15 ]}    

El peralte desequilibrado permitido hará que los trenes circulen con contacto normal entre las pestañas de las ruedas. Los puntos de contacto rueda-carril están influenciados por el perfil de los neumáticos. Se debe tener en cuenta la diferencia de velocidad de los trenes. Los trenes más lentos tenderán a hacer contacto con la pestaña del carril interior en las curvas, mientras que los trenes más rápidos tenderán a circular hacia afuera y hacer contacto con el carril exterior. Cualquier contacto provoca desgaste y puede provocar un descarrilamiento si la velocidad y el peralte no se encuentran dentro de los límites permitidos. Muchas líneas de alta velocidad no permiten el uso de trenes de mercancías más lentos, especialmente con cargas por eje más pesadas . En algunos casos, el desgaste o la fricción del contacto de las pestañas en las curvas se reduce mediante el uso de lubricación de las pestañas .

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