Tragedia tren en Adamuz
Avelino Vázquez González
Ingeniero de Soldadura
Miembro distinguido de Cesol (CENTRO ESPAÑOL DE SOLDADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN)
Ante este accidente, es necesario esperar los resultados de la investigación que se está realizando y este informe no constituye en ningún caso una conclusión definitiva ni un juicio de responsabilidad. Solo pretende aclarar aspectos a tener en cuenta en una buena práctica de la soldadura en construcciones de responsabilidad, sin negar que no se hayan tenido en cuenta.
Los motivos que han originado este accidente pueden ser varios: desde una mala ejecución de la soldadura hasta una mala ejecución de los ensayos de inspección y, después, una falta de inspección de mantenimiento. Pero, según lo publicado en los medios, vistos los materiales empleados en la unión de la soldadura que ha fallado, no tengo más remedio que decir lo siguiente:
Son dos aceros de características mecánicas muy disimilares y me gustaría conocer el procedimiento de soldadura empleado. En principio una soldadura sin transición de un acero R260 con un R 350 HT no es muy adecuada en vías de alta velocidad y tráfico pesado, aun cuando sea en algunos casos aceptables para determinados servicios menos críticos. La Normas EN 13674-1, EN 15594, EN 14730, no cubren una soldadura entre diferentes grados de acero, como tampoco diferentes perfiles ni materiales deteriorados.
Esta soldadura pierde homogeneidad metalúrgica y se promueve con toda seguridad el deterioro acelerado de la ZAC del acero 350HT, lo cual lleva con seguridad al fallo, más temprano o más tarde. Y, además, en alta velocidad no se deben permitir puntos débiles locales y en esa zona se introduce un punto débil por el acero R260 con respecto al RT350HT.
Se habla de solicitar los informes de inspección de la soldadura realizada, pero creo que el problema no es la inspección final que se realizó a la soldadura, que supongo estará bien realizada y que no se ha detectado ningún defecto en la misma. Creo más bien que el problema, tal como he comentado hace unos días, está en los dos tipos de materiales empleados. Ello produce una entalla metalúrgica, que no se puede detectar por los sistemas de inspección empleados en campo. Tal vez se podría obtener una ligera idea obteniendo las durezas en ambos materiales y ver las diferencias obtenidas. Si esa diferencia de dureza sobrepasa los 100HB, habría que tomar medidas.
Los materiales empleados tienen unas diferencias notables, en características importantes, como es la carga de rotura, en la dureza y en el tratamiento realizado en su fabricación. El R260 tiene una Carga de Rotura de > 800 MPa y una dureza de 260-300 HB; el R350 HT tiene una Carga de Rotura de > 1175, una dureza de 350-390 y un Tratamiento Térmico. Vemos que aun teniendo cada uno de ellos una CR mínima, su diferencia es de 375 MPa, y en el caso de dureza sería de 90 HB, pero puede ser mucho más, según los casos.
Al soldar el 350 HT, pierde parcialmente su Tratamiento Térmico de temple en la ZAT
Un carril de alta velocidad debe seguir unos criterios de homogeneidad en cuanto a rigidez, resistencia, comportamiento dinámico y, por supuesto, homogeneidad metalúrgica. Y una unión de un R 260 a un R 350HT, rompe esa uniformidad al introducir un cambio brusco de dureza, un desgaste diferencial y una entalla metalúrgica. Todo lo contrario de lo que se debe exigir a una vía en alta velocidad y con cargas dinámicas elevadas, como es una homogeneidad geométrica y metalúrgica extrema.
Al soldar un riel más duro (> 100 Hb) con uno más blando, la ZAT se transforma en una zona crítica para un tren que va a 300 km/h, originando lo que se denomina “Efecto Yunque”, como un golpeteo continuo de la rueda sobre esa zona que, al final, produce la rotura.
Se puede uno preguntar, ¿por qué ha fallado esta soldadura solamente si hay muchas otras realizadas de igual manera? La contestación es que, aunque las soldaduras se hagan en las mismas condiciones, con el mismo procedimiento, en la realidad es que nunca son exactamente iguales. Hay muchos factores que pueden alterar el resultado final de una soldadura. Algunos de ellos, los más importantes, son los siguientes:
1.- El factor humano, que son los ejecutores de la soldadura.
2.- Discontinuidades en la soldadura. Estas pueden ser detectadas por los sistemas de inspección empleados.
3.- Temperatura ambiente y corrientes de aire, que producen un enfriamiento más rápido del previsto.
4.- Los materiales base que, aunque dentro de la misma calidad y grado satisfacen unos valores mínimos, en función del proceso y fabricante, producen dispersiones elevadas de sus características mecánicas y químicas. Por eso en construcciones de responsabilidad se deben limitar los valores de características mecánicas y químicas dentro de unos rangos.
Por ejemplo, el material empleado R 260 tiene un valor de Carga de Rotura mínimo de 800 MPa, pero, si no limitamos el valor máximo, este puede llegar al mínimo del R 350HT, que es de 1175. Soldando un raíl que tiene una CR de 800 MPa con uno que tiene la CR de 1175, ya vemos que hay un salto de 375 MPa, pero también puede darse el caso que soldamos uno de 800 MPa con otro que tiene una CR de 1300 o más, con lo cual el salto es muy superior. Cuanto mayor es el salto, mayores son los problemas que puede tener esa soldadura:
- La parte del raíl de 800 Mpa se va a deformar antes, concentrando tensiones cerca de la soldadura, más deformación plástica y reducción de vida por fatiga.
- Durante el enfriamiento la parte del raíl del R350HT es más rígido, restringe la contracción del otro, originando tensiones elevadas en la zona más débil, lo que es un campo muy apropiado para que se produzcan grietas por fatiga y probablemente la rotura frágil en frío. Porque no hay que olvidar que en la zona de la parte del raíl de 350 HT pueden producirse microestructuras más duras y, por lo tanto, durezas más altas con pérdida de tenacidad.
- Al romperse la soldadura se produce una depresión en la zona más débil y el golpeteo continuo sobre el otro hace que al final, antes o después, se rompa también. Supongamos que se produce un desnivel o escalón de 1 mm (0,001 m) entre los dos carriles y calculamos el impacto de las ruedas sobre ese escalón:
La aceleración efectiva (aef= V2xh/L2), siendo h = altura del escalón y L= longitud de transición efectiva, que suponemos también al principio de la rotura de 1 mm (0,001 m).
Para una velocidad de 200 km/h = 55,6 m/seg, la aceleración efectiva sería:
Para una velocidad de 350 km/h = 97 m/seg, la aceleración efectiva sería:
aef350/ aef200= 9,4x106/3,1x106 = 3 vemos que la aceleración dinámica a una velocidad de 350 km/h es 3 veces mayor que a 200, lo cual nos indica que un escalón puede ser aceptable a 200, pero no a 350 km/h.
Esta aceleración efectiva sirve para calcular la fuerza que ejerce la rueda sobre el raíl. Naturalmente el estudio es más complejo, pero este simple ejemplo nos puede valer para comprender la tremenda fuerza que pueden ejercer las ruedas a diferentes velocidades sobre una pequeña depresión o desnivel en el carril. Aplicando la ley de Newton a la denominada masa no suspendida del tren, tenemos:
F = Mns x aef
Si se considera una masa no suspendida del tren de 800 kg, que es la que golpea directamente en la zona de la soldadura, obtenemos los siguientes valores:
Para 350 km/h: F350=800 x 9,4x106=7,5 x 109 Newtons
Para 200 km/h: F200=800 x 3,1x106=2,4 x 109 Newtons
Vemos la fuerza brutal que ejercen las ruedas sobre el carril y la diferencia entre una velocidad y otra. Si, como se comenta, la soldadura ha fallado, el paso del tren hace flexionar un poco el raíl y se encuentra con el contiguo enfrente un poco más alto, haciendo que las ruedas actúen como un martillo o yunque, destrozándolo, tal como se ve en las fotografías. Naturalmente ese fallo puede ocurrir antes o después dependiendo de la velocidad del tren.
CONCLUSIÓN
La soldadura de un carril de alta velocidad entre un acero R260 y R350HT, desde mi punto de vista, no es recomendable, aunque técnicamente sea posible y ejecutable para otros casos. La pérdida de homogeneidad metalúrgica y el deterioro acelerado de la ZAT del R350HT, compromete la fiabilidad en un corto plazo de tiempo. Este tipo de unión puede emplearse en un arreglo de urgencia de un caso crítico, pero para cambiarlo en el menor tiempo posible. En otros casos menos críticos sí puede emplearse. Hay que tener en cuenta que el contacto rueda raíl es muy puntual, originando que las tensiones locales sean enormes y cíclicas, con lo cual una soldadura mal alineada y con diferencias en resistencia y rigidez puede fallar por fatiga.
Se debe exigir, en este tipo de construcción idéntico perfil y composición del acero, es decir, continuidad y homogeneidad.
Y, por supuesto, este tipo de discontinuidad metalúrgica nunca puede ser detectada por los sistemas de inspección empleados en la construcción de las vías. Podríamos obtener una orientación haciendo un barrido de durezas y ver las diferencias y dispersiones, que existen.
Algunas soldaduras pueden durar años, y, normalmente avisan cuando empiezan a notarse los típicos traqueteos o vibraciones.
