Velocidades máximas de los trenes y de las líneas

La velocidad máxima de un tren en servicio comercial es como una cadena: tan fuerte como el más débil de sus componentes, y aquí los vamos a analizar.
El aumento de la velocidad de diseño de una línea requiere normalmente una mayor inversión y mayores costes de mantenimiento de la infraestructura, pero también aumenta los ingresos, reduce los costes operativos (menor tiempo de uso) y permite la captación (creciente con la velocidad) de viajeros procedentes de otros modos de transporte con mayores costes externos: gases de efecto invernadero, contaminación del aire, ruido y accidentes, entre otros.

Los trenes

Cada plataforma, o familia de trenes, se diseña para un determinado rango de velocidad, pero ésta depende de múltiples factores, como la relación potencia a peso, la aerodinámica (incluso en el mismo tipo de tren: uno de tracción distribuida formado por 8 coches alcanza mayor velocidad que el de 4 aun teniendo casi la misma relación potencia a peso), y hasta la alimentación, mayor en corriente alterna que en continua. Por ejemplo, el S-130 de la foto tiene 4.800 kW de potencia bajo 25 kV CA y 4.000 bajo 3 kV CC.

Velocidades máximas del S-130

Los trenes necesitan circular en pruebas «de forma continuada» a una velocidad un 10% mayor a su velocidad máxima con una rampa de 5 mm para poder ser homologados a dicha velocidad. Este proceso necesita tiempo y genera gastos, por eso vemos situaciones llamativas como que los S-130 se homologasen «solo» a 220 km/h con ancho ibérico en Galicia (única línea en ibérico, y de menos de 80 km), pese a circular bajo 25 kV, o que los Euroduplex 3UH+ S-108 de OUIGO estén homologados a 300 km/h en España pese a que podían circular a 320 en Francia. Los nuevos Avril se homologarán a 330 en ambos anchos bajo 25 kV, y su velocidad máxima baja a 322 km/h bajo 3 kV y a 267 con 1,5 kV, en Francia.
En España el tren homologado a mayor velocidad (350 km/h, los S-102 y 112 lo están a 330; el S-105 Oaris a 320 y los S-100 a 300), y que batió el récord mundial sin modificaciones (404 km/h el 15/07/2006) es el S-103. En Francia, Japón y en Marruecos solo lo están a 320 km/h. En China se homologaron cuatro series a 380 km/h (486 km/h de velocidad máxima en pruebas y sin modificaciones), aunque nunca circularon comercialmente a dicha velocidad, y la máxima son 350 km/h (sobre vía en placa) solo con los nuevos trenes Fuxing Hao; un tren laboratorio CRH380B está homologado a 400 km/h.

CIT400B homologado a 400 kmh

Consumo a mayor velocidad

Hay quien defiende que un aumento de la velocidad máxima, de 300 a 350 km/h, sería beneficioso, puesto que la rebaja de tiempo captaría viajeros del avión, que harían bajar las emisiones y el consumo total del transporte en ese trayecto.
Con una velocidad máxima de 350 km/h (+17% sobre los 300 actuales), el consumo subiría un 19% entre Madrid y Barcelona, el tiempo de viaje se reduciría en un 9,5% (14,5 minutos), lo que provocaría un aumento de la cuota del 7,04%, procedentes del avión, y reduciría las emisiones globales (tren + avión) en un 20%. Si solo se aumentase la velocidad en las bajadas (pendientes), el consumo sería prácticamente el mismo, si no menor.
En cuanto al coste para el viajero, un S-103 pasaría de consumir 12.245 kWh a 14.605 (2.360 más) que, repartimos entre los 312 pasajeros (422 plazas con un aprovechamiento medio del 73,99% en 2017 en Madrid-Barcelona), son 7,56 kWh por viajero que, al precio de Adif para 2021 y 2022 (7,47 céntimos por kWh), son 57 céntimos por viajero, más impuestos.

Coste del km de línea según velocidad

Existe controversia sobre cuánto aumenta la inversión según la velocidad de diseño de la línea. Ignacio González Franco en Efecto de la velocidad de diseño en el coste de construcción de la infraestructura (2015) señala que:

Pueden resumirse las conclusiones señalando que los costes muestran, para una misma velocidad, una gran variabilidad según el relieve del terreno (observándose diferencias del orden 1 a 8), mientras que la variabilidad en un mismo tipo de relieve al cambiar la velocidad es más limitada: oscila entre 1 a 1,3 y 1 a 1,97 al pasar de 200 a 350 km/h para la construcción de una nueva línea de vía doble.

Es decir: un máximo de un 52% más para 350 km/h que para 200.
Del mismo trabajo son estos dos gráficos:

Coste por km según velocidad máxima
Coste por km según velocidad máxima

Destaco el pie de tabla, porque seguramente será poco conocido o tenido en cuenta (igual que las afecciones sobre los viajeros de las obras de mejora sobre líneas existentes):

Los costes por kilómetro mostrados se han calculado para líneas de nueva construcción, en el caso de reformas o mejoras en una línea existente serían sensiblemente mayores.

La línea

Cuando se diseña el trazado de una línea se establece la velocidad máxima de la misma en función de una serie de parámetros, como es la geometría tanto en planta como en alzado, y el radio de curva mínimo que tiene su trazado (Segovia-Valdestillas tiene radios de 15.000 m aptos para 500 km/h y obras de fábrica aptas para 6 m de entreeje, aunque las vías se montaron a 4,7).

Radios mínimos

Otra variable importante es el entreeje, es decir: la distancia entre el eje de dos vías contiguas.

Velocidades excepcionales según entreejes

En el artículo de Marta Jiménez Cobo Análisis del cruce entre trenes de alta velocidad y de mercancías en líneas con tráfico mixto desde el punto de vista aerodinámico sus cálculos indican una mayor distancia necesaria:

Velocidades entreeje

En ocasiones los trenes de mercancías presentan cargas, puertas o toldos fuera de gálibo, pudiendo producirse desprendimientos de la carga o descarrilamientos. En estos casos, cuanto mayor sea la distancia entre los ejes menor será la probabilidad de colisión o de impacto físico o aerodinámico.

https://www.tecnica-vialibre.es/vltecnica/revistas/vltecnica09.pdf

Cruce con trenes de mercancías

El entreeje necesario varía con la velocidad debido al desplazamiento de aire durante el cruce entre dos trenes, siendo especialmente importante cuando uno de ellos es de mercancías porque el aire puede desplazar el cargamento, sobre todo si está formado por contenedores vacíos. En España se circuló a 220 km/h en la línea de tráfico mixto Vandellós-Valencia, aunque fueron muy pocos trenes y durante poco tiempo; su entreeje es de solo 4,0 metros.
La única línea de alta velocidad (LAV) española para tráfico mixto (Barcelona-Frontera francesa por el túnel del Pertús) -pese a que se diseñó para ese uso- también tiene 4,7 metros, así que Adif estableció que solo se podían crear marchas a un máximo de 200 km/h entre Barcelona y Figueres Vilafant (Cg CTO 08-14 del 15/09/2014 Adaptación de la velocidad de los trenes en líneas de tráfico mixto); la sección internacional es mayoritariamente un túnel bitubo y, en el tramo anterior -aunque con entreeje de 4,8 m- hay dispositivos de control sobre la carga). Desde entonces se están llevando a cabo pruebas, aunque no conozco ningún lugar del mundo donde crucen a mucha más velocidad, por ejemplo: en Alemania circulan a otras horas o se limita la velocidad de los trenes a 200 km/h en los tramos compartidos. En Francia son necesarios 4,8 metros para pasar de 220 km/h y ésa es la velocidad a la que está limitada la LGV mixta Contournement de Nîmes et Montpellier; en Portugal también a 220 km/h, pero no sé con qué entreeje.
En las LAV españolas el entreeje tiene 4,7 metros excepto Madrid-Sevilla y el Eje Atlántico, con 4,3 metros. Las nuevas líneas para tráfico mixto (Y Vasca, Talavera-Plasencia, Murcia-Almería, Corredor Cantábrico-Mediterráneo…) también tienen 4,7 metros aunque, en algunos casos, estén diseñadas para trenes de viajeros a 300 km/h y de mercancías para 100 / 120 km/h. Desconozco cómo piensan solucionarlo, pero la velocidad máxima de la Y Vasca será de 220 km/h según Euskal Trenbide Sarea y Adif.

El vuelo de balasto

En España las LAV se tienden sobre un lecho de balasto, y sus piedras pueden ser desplazadas por los trenes dependiendo de muchos factores (el propio tipo de balasto, el diseño y la altura de los trenes…), pero el principal es la velocidad, situándose ésta -en general- en el entorno de los 300 km/h para que los daños sean asumibles.

Vuelo de balasto según velocidad

Durante la puesta en servicio de la LAV hasta Barcelona (2008) se comprobó que había menos impactos bajando el nivel del balasto 4 cm por debajo del de las traviesas, e impidiendo que las piedras se quedasen encima de ellas; pero este método encarece y alarga el mantenimiento. También se comprobó que saltaban más al paso de los trenes S-102 (para la serie S-112 se modificó el deflector delantero y los bajos) que con los S-103 siendo aun mejores los resultados en los S-100. En 2012 se intentó mejorar con el Balasto Artificial (un término medio entre el balasto y la vía en placa), en 2013 con el HD Ballast (más pesado al proceder de hormigón de reciclado de residuos de alta densidad), y en 2015 con la aerotraviesa, instalada en unos 40 metros en el km 69,500 y cuya forma impide que las piedras queden encima.

Aerotraviesa

En esta tesina dirigida por López Pita se señala:

En las pruebas de homologación del tren lCE 3 de Siemens de la DB en Bélgica y Francia se han presentado estas proyecciones de balasto. El ICE 3 ha proyectado el balasto abollando ejes y timonería de freno. También impactando y deteriorando el carril (obligando a su amolado), dañando aparatos de vía, etc. Todo esto ha llevado a limitar la velocidad del ICE 3 a 250 km/h en unidades simples y a 230 km/h en doble tracción. En la Fig. (6.7), que se adjunta a continuación, pueden verse los daños producidos por impactos de balasto en los bajos de los trenes de alta velocidad.

Finalmente fue homologado a 320 km/h en la LGV Rhin-Rhône, pero en Alemania no puede pasar de 250 km/h sobre balasto mientras que, sobre vía en placa, está homologado a 300.

En esta otra, cuyo tutor es Ricardo Insa Franco se explica el proceso:

En el paso de trenes de velocidades cercanas y superiores a 300 kilómetros por horas, se crea un flujo turbulento (mayoritariamente detrás de los bogies) que puede levantar alguna partícula de balasto de modo individual. Esta partícula levantada no tiene inicialmente excesiva velocidad, pero se ha desplazado suficiente del lecho como para rebotar contra las ruedas o los bajos del tren. Es en este momento cuando la partícula sale disparada otra vez debido al impacto del tren circulando a alta velocidad, y esta vez sí tiene una alta energía cinética. Esta primera piedra levantada y rebotada, vuelve al lecho de la vía y golpea el balasto, levantando a su vez más piedras por el efecto del impacto, que a su vez pueden rebotar contra el tren, y crear lo que se llama una «nube» de balasto, donde partículas de balasto van rebotando continuamente entre la vía y los bajos, ruedas, y bogies del tren.

En Italia intentaron homologar los V300Zefiro a 360 km/h, pero también hay balasto:

El balasto sufre desplazamientos por el paso de trenes a 300 km/h dañando gravemente los bajos de los coches

En España se circuló (solo algunos trenes S-103 con paradas intermedias) a 310 km/h en 60 km (del km 64,4 al 124,4) desde el 11/12/2011 hasta el 17/08/2016. Había un tramo seleccionado para 320 km/h (del 81,0 al 105,24) y la catenaria y gran parte de la línea están diseñadas para 350 km/h, pero nunca se autorizó a más de 310. Actualmente no se puede circular a más de 300 km/h en ningún punto de la red.
En el mundo solo se circula a más velocidad sobre balasto en Corea (305 km/h) y en algunas LGV francesas y marroquíes (320 km/h); sobre vía en placa se circula a 320 km/h en Japón y a 350 en China.

El ancho mixto

Los fabricantes españoles de aparatos de vía para ancho mixto no solo serán -seguramente- los mejores del mundo, sino que se han esforzado en obtener cada vez mejores velocidades de paso por vía directa: 200 km/h los instalados entre Castellón y Valencia (ahora los hay incluso para 220 km/h). Pero las traviesas solo están homologadas a 160 km/h por la descompensación de cargas; es decir: la velocidad está limitada en los dos anchos.
Habrá que esperar para ver a qué velocidad se homologa el túnel de Pajares que tiene ancho mixto, pero sobre vía en placa.

La señalización y la superestructura

Los sistemas de control, mando y señalización también marcan la velocidad máxima: 200 km/h con ASFA Digital, 220 con EBICAB, 300 con LZB o con ETCS de nivel 1 y 350 km/h con ETCS 2 (estos dos últimos forman parte del ERTMS).
Si existen pasos a nivel la velocidad máxima es de 155 km/h; el carril de 60 kg/m, el vallado integral de la línea y la instalación de Detectores de Caída de Objetos (DCO) son necesarios para pasar de 160 a 200 km/h.

 Detectores de Caída de Objetos 

La velocidad media

Cada línea tiene unas velocidades máximas distintas en cada uno de sus tramos, por lo que las velocidades medias varían entre los 248 km/h para los trenes sin paradas entre Madrid y Barcelona, y los 177 de Madrid-Sanabria, dejando aparte las LAV operadas a 200 / 220 km/h.
En otros países también es muy variable, en Alemania los trayectos entre grandes ciudades no obtienen buenas medias debido a las múltiples paradas y a la mezcla de tráficos: la mejor es Berlín-Hamburgo (181 km/h) seguida de Frankfurt-Colonia (171 km/h), mientras que la LAV Berlín-Múnich tiene una media de 157 km/h. En Italia Roma-Nápoles tiene 229 km/h y Roma-Milán 207 siendo las únicas que pasan de 200. En Francia sí sobrepasan los 220 km/h de media a los principales destinos, siendo éstas más bajas en Japón. Por último, en China hay varias que superan los 300 km/h, como Beijing-Shanghái (307), pero prefiero destacar Beijing-Kunming, separadas por 2.735 km que se recorren en 10 h 49 m a una fantástica media de 253 km/h, o Beijing-Guangzhou South, 2.298 km en 8 horas a una media de 287 km/h.

Mejores velocidades comerciales en el mundo

Longitud y evolución de las LAV

Puesto que la separación entre Adif Alta Velocidad y Adif responde a intereses económicos (para que su deuda no compute como deuda del Estado) e incluso políticos (Ourense-Santiago está en Adif convencional), y la UIC cambia su criterio en cada informe (en el del 15/01/2020 España tenía 2.827 km, pero en el del 27/02/2020 decía que eran 3.330 km, solo con la inauguración de Vandellós que -además- aparecía como «en construcción»), resumiré lo que son -para mí- LAV.
En mi lista no está Zaragoza-Huesca (línea convencional cambiada de ancho / con ancho mixto), ni Coruña-Vigo, Tarragona-Valencia y Sevilla-Cádiz (son líneas convencionales con algunas variantes para 200 km/h y con tráfico mixto).

LAV resumen

Evolución de la longitud de dichas LAV descontando los tramos que quedan fuera de servicio tras sucesivas inauguraciones.

LAV evolución

La velocidad máxima y media en las LAV

Pese a que la velocidad máxima nominal de todas las LAV españolas es de 300 km/h (excepto Madrid-Sevilla, que solo tiene un tramo corto, y el Eje Atlántico), hay muchos condicionantes que obligan a bajarla en determinados tramos: como el acceso a las ciudades, el desvío de una línea a otra (la velocidad máxima para vía desviada es de 220 km/h), o el aprovechamiento de plataformas ya construidas o proyectos antiguos.
En este cuadro muestro las velocidades medias de los mejores servicios, así como las de las líneas, tomadas como resultado de la media ponderada de todos sus tramos. El problema es que -por su complejidad- no tengo en cuenta las aceleraciones y deceleraciones necesarias para pasar de una velocidad a otra, así que los valores obtenidos supondrían un salto instantáneo entre ellas. Esto no es muy importante a la entrada o salida de las ciudades, en las paradas, o entre variaciones pequeñas, pero sí lo es si -por ejemplo en Puertollano- un tren directo tiene que pasar de 270 km/h a 80 y volver a 270. El «aprovechamiento» supone el % de la velocidad media del tren sobre la de la línea.

Cuadro resumen de velocidades medias

Ahora veamos cada línea por separado:

Velmax Atocha-Barcelona
Velmax Atocha-frontera francesa
Velmax Atocha-frontera francesa entrando en Zaragoza y Lleida
Velmax Atocha-Málaga
Velmax Atocha-Sevilla
Velmax Atocha-Granada

Madrid-Valencia y Alicante lo pongo desde Chamartín, ante su próximo paso a esta cabecera.

Velmax Chamartín-Valencia
Velmax Chamartín-Alicante

Y aquí vemos la diferencia con la salida desde Atocha: 7,6 km menos y menor tramo a baja velocidad:

Velmax Atocha-Orihuela.jpg
Velmax Chamartín-Pedralba
Velmax Chamartín-Coruña
Velmax Chamartín-Vigo
Velmax Chamartín-Burgos
Velmax Chamartín-Pola de Lena
Velmax Plasencia-Badajoz

Velocidades máximas durante las inauguraciones

Ésta es mi lista sobre la velocidad máxima durante las puestas en servicio. Aclaraciones para cada columna:
¿Inauguración con BCA (Bloqueo de Control Automático: LZB o ERTMS) en servicio? Si / No
¿Velocidad máxima permitida por la infraestructura? VN normal / VR reducida (Pese a que el ETCS 2 permite 350 km/h y algunas líneas están diseñadas para esa velocidad, la máxima solo llegó a 310 km/h en 60 km desde Guadalajara hacia Calatayud, y durante algo menos de 5 años: del 11/12/2011 al 17/08/2016).

Si VR 21/04/1992 Madrid-Sevilla: 250 km/h con LZB, por asentamiento; 30/11/1992: 270 km/h; 12/09/1994: 300 km/h.
No VR 11/10/2003 Madrid-Lleida: 200 km/h por no estar en servicio el ERTMS; 19/05/2006: 250 km/h con ERTMS, por asentamiento; 16/10/2006: 280 km/h; 07/05/2007: 300 km/h; 24/10/2011: 310 km/h.
No VN 23/12/2003 Zaragoza-Huesca (vía convencional, con cambio de ancho y mixto): 200 km/h (por diseño). Sin ERTMS: se adjudicó, pero nunca se instaló.
Si VN 16/11/2005 La Sagra-Toledo: 220 km/h (por diseño) con LZB.
Si VN 17/12/2006 Bif. Málaga (Almodóvar)-Antequera: 200 km/h con LZB (solo circulaban Talgo 200); 24/12/2007: 300 km/h con trenes Ave.
Si VR 19/12/2006 Lleida-Roda de Bará: 280 km/h con ERTMS, por asentamiento; 07/05/2007: 300 km/h.
Si VN 23/12/2007 Madrid-Valladolid: 300 km/h con ERTMS, los S-130 VR a 200 km/h por falta de homologación del ETCS hasta el 14/06/2010.
Si VN 24/12/2007 Antequera-Málaga: 300 km/h con ERTMS y LZB.
Si VN 20/02/2008 Roda de Bará-Barcelona: 300 km/h con ERTMS.
Si VN 15/12/2010 Madrid-Albacete: 300 km/h con ERTMS.
Si VN 18/12/2010 Bif. Albacete (Gabaldón)-Valencia: 300 km/h con ERTMS.
Si VN 21/12/2010 Barcelona Can Tunis-frontera francesa: 300 km/h (Figueres Vilafant-Francia, resto: trenes de mercancías) con ERTMS.
Si VN 11/12/2011 Ourense-Santiago: 300 km/h con ERTMS (los trenes S-121 circulan a 220 por homologación en ancho ibérico).
Si VN 09/01/2013 Barcelona Sants-frontera francesa: 300 km/h con ERTMS, aunque los S-100F y los TGV Duplex Dasye no fueron homologados en la red del otro país hasta el 15/12/2013.
No VR 18/06/2013 Albacete-Alicante: 200 km/h por no estar en servicio el ERTMS; 09/05/2014: 300 km/h los trenes Ave, 10/2019: 250 km/h los S-130 con nuevo software.
No VR 30/09/2015 Valladolid-León: 200 km/h por no estar en servicio el ERTMS; 01/07/2019: 300 km/h los trenes Ave, 10/2019: 250 km/h los S-130 con nuevo software.
No VR 17/12/2015 Olmedo-Zamora: 200 km/h por no estar en servicio el ERTMS hasta el 27/10/2020.
Si VN 26/06/2019 Antequera-Granada: 300 km/h con ERTMS.
Si VN 27/10/2020 Zamora-Pedralba: 300 km/h con ERTMS.
Si VN 01/02/2021 Monforte del Cid-Beniel: 300 km/h con ERTMS.


(Última actualización: 16/10/2021)

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3 comentarios en «Velocidades máximas de los trenes y de las líneas»

  1. José Kolim dice:

    Me apena bastante ver que algunas de las inauguraciones más recientes no son capaces de mantener una velocidad constante por encima de 250 – 300 Kmh, como es el caso de Madrid – Granada (entre antequera y Granada) y de Madrid – Orihuela (desde bif. Murcia).

    Son infraestructuras que llevan mucho coste y esfuerzo construirlas, para que al final, por x o y, no se esté aprovechando el 100%

    Buen artículo, aún así!

    Responder
    1. Gusiluz dice:

      ¡Muchísimas gracias!

      De Antequera a Granada se circula por la convencional durante el paso por Loja y la entrada en Granada. También baja en el empalme entre la línea construida por la Junta y la nueva.
      En cuanto al tramo Monforte del Cid-Murcia, el diseño solo fue para 250 en la parte nueva, y luego aprovecha la plataforma que se hizo en los 90

      Responder

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