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TECNOLOGÍA

El balasto: la cama de piedras por la que circulan los trenes

¿Qué tiene que ver un faquir con los ferrocarriles? En este artículo te contamos para qué sirve el lecho de piedras donde reposan los raíles y cuáles son sus características técnicas que hacen que sean una de las mejores y más veteranas soluciones de construcción ferroviaria.

Balasto en vía ferroviaria
El balasto ferroviario es la es la capa de piedras ubicada bajo los raíles. Fotografía: Adif.
Iván Rivera | 09/10/2019 - 17:00h.

En el mundo de los espectáculos circenses, el faquirismo parece estar algo pasado de moda. Los faquires, ya no los originales de India, sino sus supuestos émulos en los circos modernos, son esas personas que imaginamos tocadas por un turbante y realizando todo tipo de hazañas físicas que deberían doler: clavarse agujas, tragar fuego o el número más conocido, el de la cama de clavos.

Ni que decir tiene que si un faquir, o cualquiera de nosotros, apoyara todo su peso sobre un clavo el resultado sería harto truculento y terminaríamos en el hospital con una herida de cierta consideración. Sin embargo el truco es sencillo: el artista nunca se apoya en una sola punta, sino en muchas a la vez. Con ello su peso total se reparte. Algo que parecería una forma segura de acabar con todo el cuerpo cubierto de vendas es, en realidad, una actividad solo algo molesta.

En términos más rigurosos: la respuesta de dolor del cuerpo humano depende de la presión ejercida sobre la piel, y la presión no es más que la fuerza dividida por la superficie. Si aumentamos la fuerza, basta con aumentar también la superficie sobre la que se reparte para que la presión se mantenga en unos límites aceptables.

Faquir en una cama de clavos en la India de 1907. Fotografía: Herbert Ponting / Wikimedia.
Faquir en una cama de clavos en la India de 1907. Fotografía: Herbert Ponting / Wikimedia.

¿Qué tiene todo esto que ver con los trenes? Los trenes ruedan sobre raíles unidos entre sí por traviesas, tradicionalmente de madera pero en la actualidad de hormigón. Y estas traviesas están sobre algo que podría denominarse la versión ferroviaria de la cama de clavos del faquir: el balasto. Un lecho de piedras, de tamaño y tipo uniforme, que forma la base de la mayor parte de las vías férreas. ¿Por qué están ahí en lugar de, simplemente, nada? Si una gran parte de los trazados ferroviarios se realiza sobre balasto, es seguro que se hace por algo. ¿Qué ventajas aporta? ¿Finalmente, por qué a veces no hay piedras y qué las sustituye?

Conforme las antiguas locomotoras de vapor fueron haciéndose más potentes, empezaron a ser capaces de arrastrar cargas cada vez mayores. Como consecuencia, el peso que tenía que soportar la vía sobre la que circulan los trenes fue creciendo. Algunos suelos podían resistir este incremento, otros no. Los ingenieros de la época comenzaron a adaptar técnicas provenientes de la construcción de carreteras para tender trayectos nuevos o reparar antiguos. El tren no necesita una superficie especialmente lisa, de forma que el uso de una o más capas de piedra para sostener las vías apareció como la alternativa más lógica.

En la actualidad, para tender un nuevo trazado ferroviario, el terreno natural debe ser acondicionado según los cálculos de los diseñadores. Las curvas y pendientes se controlan con atención, ya que el tren es especialmente sensible a ellas. Esto provoca que la zona de paso de la vía deba ser, en ocasiones, excavada o elevada. Una vez que la traza tiene la forma deseada tanto en planta como en alzado, se compacta con maquinaria específica y se recubre con una capa de un material impermeable conocido como geotextil. Sobre ella se erige una 'capa de forma', que será la base que defina las características geométricas exactas de la futura vía.

Sobre la capa de forma se esparcen, consecutivamente, capas de subbalasto y balasto. Si pudiéramos hacer un corte transversal a la 'tarta' observaríamos que las diferentes capas forman una estructura muy estable con la forma de un trapecio. Esto aumenta la durabilidad de la vía y mantiene sus características estables frente al paso de trenes pesados o a agresiones del medio, como lluvias intensas, inundaciones o incluso terremotos.

Inundaciones en septiembre de 2019 en la zona de La Font de la Figuera. Fotografía: Avamet.
Inundaciones en septiembre de 2019 en la zona de La Font de la Figuera. Fotografía: Avamet.

Las características de las piedras usadas como balasto están normalizadas. Esto es necesario para garantizar que las vías se comportan de forma similar en todas partes, así como para facilitar las labores de mantenimiento. Para fabricar balasto se machacan rocas muy duras, limpias, libres de grietas y otras alteraciones: cuarcita, basalto o, más comúnmente, granito. El tamaño de la pieza buscada está entre los tres y los cinco centímetros. No sirven para este fin otro tipo de áridos como, por ejemplo, cantos rodados. Se busca una superficie irregular, con aristas, para mejorar el agarre de unas piedras con otras en la estructura.

Aquí se empieza a ver la utilidad del balasto: igual que en la cama de clavos del faquir cada clavo individual solo soporta una pequeña parte del peso, las piedras individuales, con toda su superficie expuesta, crean una compleja red de apoyos que distribuye la fuerza propia del peso del tren hacia la parte baja de la plataforma. Así se reduce la presión ejercida por el tren y la vía, y por tanto el suelo resiste mejor. La geometría del conjunto, tan importante para la correcta rodadura del tren, se mantiene estable por más tiempo.

Pero no se quedan aquí las ventajas del balasto. Acabamos de avanzar una muy importante, y tiene que ver con el tiempo. Cualquier artefacto se deteriora con el uso, además de con fenómenos dañinos puntuales como los que ya hemos visto unos párrafos atrás. Resulta que restaurar el balasto es relativamente sencillo y puede hacerse en un tiempo bastante breve gracias a las máquinas conocidas como bateadoras.

La mejor forma de entender el modo de funcionamiento de una de estas máquinas es pensar en un antiguo colchón de lana. Estos colchones eran poco menos que bolsas de gran tamaño llenas de vedijas de lana (mechones sin trenzar). El proceso de hacer la cama requería algo más que colocar sábanas, mantas o colchas: también había que mullir el colchón para que no quedara compactado. Pues bien, salvando las distancias, las bateadoras mullen el balasto introduciendo en él unos 'dedos' entre las traviesas. Estos dedos o bates vibran a una frecuencia determinada que suele encontrarse entre 35 y 45 hercios: un re o un mi de la segunda octava del piano, si estuviéramos hablando de un instrumento musical. Así agitado, el balasto recupera un grado óptimo de compactación y la vía se eleva hasta su cota exacta de diseño.

Que una bateadora pueda mullir la capa de balasto como si fuera un colchón hace pensar en si al paso de un tren, estas piedras harán exactamente lo mismo. ¿Responden de forma elástica? La ya no tan sorprendente respuesta es sí. Cada vía tiene especificada una carga máxima de trabajo, que suele darse 'por eje'. Por ejemplo, una locomotora diésel de la serie 334 de Renfe tiene cuatro ejes. Si su masa totalmente cargada de combustible es de 90 toneladas, la carga por eje que hace soportar a la vía es de 22 toneladas y media. Esta es precisamente la carga máxima que admiten las vías más capaces de la red española. Pues bien: según modelos numéricos del sistema, el paso de esta locomotora induce una deformación hacia abajo de la vía de casi dos centímetros, que se recuperan en su práctica totalidad. La respuesta elástica se reparte entre el metal de los raíles, las sujeciones de las traviesas y el balasto. El sistema trabaja en conjunto para mejorar la calidad de rodadura de los vehículos.

Las ventajas del balasto no terminan aquí: es crucial para la defensa de la infraestructura frente a dos factores más que podrían perjudicarla gravemente. El primero de ellos es el agua de lluvia. En los taludes, el agua tiende a formar de manera natural canales de escorrentía. Estos canales guían el flujo del líquido sobre la pendiente, erosionando su superficie y retirando material. El balasto, gracias a su relativamente baja compactación, ofrece multitud de huecos que sirven como caminos de drenaje para el agua.

Tren herbicida en operación. Fotografía: Trenesmanía
Tren herbicida en operación. Fotografía: Trenesmanía

El segundo factor, no menos importante, es la protección frente al deterioro de la plataforma debido al crecimiento de vegetación. El balasto, por su naturaleza, ofrece un medio hostil para el crecimiento de plantas. Esta característica, que se potencia con dos campañas anuales de tratamiento con herbicida, es clave para evitar la degradación de sus características elásticas y protectoras por acumulación de materia vegetal en sus intersticios. También ayuda a impedir posibles incendios causados por chispas provenientes del frenado del tren, o por contacto con elementos técnicos a alta temperatura.

Pero no todo son ventajas. En el ferrocarril de alta velocidad existe un problema insidioso que se da en mayor o menor medida en todos los tramos provistos de balasto. Se trata del conocido 'vuelo'.

Básicamente, la interacción de los trenes con el aire y las irregularidades de la superficie de la vía genera potentes turbulencias que tienen la capacidad de absorber piedras individuales y proyectarlas sobre los propios bajos del vehículo. Los impactos subsiguientes causan daños que obligan a acortar los ciclos de mantenimiento del material rodante. Se ha intentado atajar este problema actuando sobre el perfil del balasto, así como mediante el diseño de una traviesa con un perfil especialmente concebido para reducir las turbulencias superficiales.

Las propias operaciones de mantenimiento del balasto con bateadoras limitan mucho su uso en túneles, ya que levantan gran cantidad de polvo que hacen todo el proceso muy penoso, además de poder interferir con los sistemas de ventilación y detección de incendios. El balasto en túneles tiene otro problema: dificulta las labores de evacuación de viajeros en caso de emergencia, y entorpece acceder con vehículos auxiliares.

¿Cuál es la solución para todos estos problemas? Una bastante radical y cara: la 'vía en placa'. Consiste en ejecutar la vía sobre una placa de hormigón, con lo que se evitan todos los problemas propios del balasto. Sin embargo, la vía en placa viene con sus propios contratiempos. El primero y más importante: es más cara de construir. No solo eso: la construcción debe realizarse de un modo extremadamente preciso, ya que la geometría de la vía no se podrá corregir a posteriori si no se rehace por completo.

Vía en placa en la estación de Sants, Barcelona. Fotografía: Iván Rivera.
Vía en placa en la estación de Sants, Barcelona. Fotografía: Iván Rivera.

La vía en placa es también vulnerable a la condición llamada 'asentamiento diferencial'. El asentamiento diferencial puede afectar a cualquier construcción: consiste en una respuesta del terreno diferente en distintos apoyos de la estructura. Esto, que puede ser el origen de grietas en muros o baches en carreteras, entre otras patologías, puede afectar a la geometría de la vía, y la reparación es muy costosa. Un buen estudio geotécnico de toda la traza de la vía es un requisito imprescindible para minimizar este riesgo.

A cambio, la vía en placa es prácticamente invulnerable a inclemencias climatológicas no catastróficas y los costes de mantenimiento son mucho menores que los de la vía con balasto. Existe una polémica larvada entre los proponentes del balasto como una solución de compromiso, de menores costes de construcción, y los partidarios de la vía en placa. Gran parte del debate gira en torno a la diferencia de costes constructivos y de mantenimiento. Ya que estos últimos crecen más rápido con el tiempo para el balasto, parece claro que considerando toda la vida útil de una línea férrea (que debería ser muy larga, de 60 años o más), el coste de la vía en placa acabará siendo más bajo. Sin embargo, diferentes estudios otorgan plazos de amortización de un sistema frente al otro muy distintos. Algunos afirman que es menor que 10 años; otros, que ronda los ochenta.

Aquí está uno de los aspectos en los que es posible apreciar de forma más cruda la complejidad última del trabajo de los ingenieros. ¿Qué es mejor? La respuesta no solo depende de las características de la obra concreta, sino también de condicionantes económicos de su ejecución.

Este es el tipo de dilemas que enfrentan cotidianamente todos los profesionales del sector ferroviario.

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