Por Edwin Sánchez
El término “jerk” proviene del inglés y tiene una connotación intuitiva:
En lenguaje cotidiano, jerk puede referirse a un movimiento brusco o repentino.
En física, cuando la aceleración cambia de manera abrupta, se produce una sensación de tirón o sacudida, que es exactamente lo que el “jerk” describe.
Desde el punto de vista del diseño geométrico de la vía, el jerk influye directamente en la transición entre tangentes y curvas, especialmente en las espirales de entrada y salida. Una variación controlada del jerk permite definir longitudes de espiral que aseguren una aceleración progresiva, evitando discontinuidades dinámicas que puedan generar incomodidad al pasajero o esfuerzos excesivos en el material rodante.
En cuanto a la dinámica del material rodante, el jerk afecta los esfuerzos transmitidos a la suspensión primaria y secundaria. Un jerk elevado puede inducir oscilaciones verticales y laterales que comprometen la estabilidad del vehículo, especialmente en velocidades altas. Por ello, los sistemas de suspensión deben estar diseñados para amortiguar las variaciones de aceleración, manteniendo el confort y la seguridad.
La fórmula del jerk en el contexto del diseño ferroviario, especialmente en curvas espiralizadas, se puede expresar como:
La fórmula del jerk en trazados ferroviarios revela una interacción compleja entre la geometría de la vía y las condiciones dinámicas del tren. El término (v³ / (L · R)) muestra cómo el incremento de aceleración centrífuga depende de la velocidad elevada al cubo, lo que implica que pequeñas variaciones en la velocidad pueden generar cambios significativos en el jerk. Este efecto se modula por la longitud de la espiral L y el radio de la curva R, que actúan como factores de suavización. Por otro lado, el término (v · g · d / (L · E)) representa la compensación que ofrece el peralte d, en función de la trocha E, para contrarrestar la aceleración lateral. La diferencia entre ambos componentes determina el jerk neto, reflejando el equilibrio entre la aceleración inducida por la geometría de la curva y la mitigación proporcionada por el diseño del peralte. Esta relación es fundamental para optimizar el confort de los pasajeros y la estabilidad dinámica del tren.
Desde el punto de vista del confort, estudios biomecánicos han demostrado que el cuerpo humano es sensible a variaciones bruscas de aceleración, especialmente en el rango de jerk entre 0.3 y 0.6 m/s³. Por ello, mantener el jerk dentro de límites aceptables es fundamental para garantizar trayectos suaves, especialmente en trenes de pasajeros. En términos de seguridad, un jerk excesivo puede provocar deslizamientos, pérdida de adherencia y esfuerzos estructurales no deseados en la vía y el material rodante.
El ‘jerk’ o tasa de variación de la aceleración es un parámetro clave en el diseño y operación de infraestructuras ferroviarias y en el comportamiento del material rodante. Un control adecuado del jerk es esencial para garantizar confort, seguridad y durabilidad, tanto de la infraestructura como del material rodante.
En la anterior imagen se ilustra el fenómeno del jerk o variación de la aceleración, mostrando cómo cambia la posición, velocidad, aceleración y jerk en el tiempo. Se observa que mientras la aceleración puede ser constante o variar suavemente, el jerk aparece cuando hay cambios bruscos en esa aceleración.
Valores de jerk mayores a 0,4 m/s³ pueden inducir esfuerzos adicionales en suspensiones, ejes, bogies y sistemas de frenado. Esto conlleva mayor frecuencia de mantenimiento y riesgo de fallas prematuras.
Aunque los valores de jerk superiores a 0.4 m/s³ suelen estar fuera de los rangos recomendados por normativas internacionales, en ciertos contextos de diseño ferroviario puede justificarse el uso de un jerk de hasta 0.72 m/s³. Este valor permite reducir la longitud de las curvas espirales o, manteniendo la misma longitud y radio, desarrollar mayores velocidades, lo que mejora la explotación ferroviaria al optimizar tiempos de recorrido y eficiencia operativa. Su aplicación debe estar respaldada por condiciones específicas como suspensión avanzada, material rodante especializado o restricciones geométricas, siempre garantizando el confort y la seguridad.
En la vía, un jerk elevado incrementa las solicitaciones sobre fijaciones, durmientes, rieles y balasto. Esto se traduce en mayores requerimientos de mantenimiento correctivo y preventivo.
En la siguiente figura se muestra la comparación entre un perfil con jerk estándar (0,4 m/s³) y uno alto (0,72 m/s³), para una aceleración lateral objetivo de 0,8 m/s² en la curva circular.
Nota: La meseta de 0,8 m/s² se utiliza como valor ilustrativo de aceleración lateral en la curva circular, por debajo del umbral de ~1,0 m/s² considerado aceptable en confort operativo para pasajeros en muchos estándares. El tramo de espiral (entrada y salida) es donde el jerk define la pendiente de aceleración: valores más bajos generan transiciones suaves; valores altos, rampas más bruscas y mayores esfuerzos dinámicos.
De esta imagen inferimos que con un Jerk mayor, es posible reducir la longitud de las curvas espirales o con una longitud igual para ambos valores de jerk, se puede desarrollar mayor velocidad variar la tasa de la aceleración.
Normatividad Internacional
Diversas normativas internacionales establecen límites máximos de jerk para operaciones ferroviarias. Estos valores buscan limitar las fuerzas inerciales y vibraciones que afectan tanto a los pasajeros como a la infraestructura. A continuación, se relacionan algunas relevantes para el diseño geométrico férreo:
Edwin Sánchez
Coordinador técnico
Business Line Transporte y Territorios- Colombia
