The Railroad - Theory of BICONE - Teoría del BICONO

The BICONO is a geometrical element composed of two solid cones, linked by their common base. 

If we throw this solid element through two guides of fixed width, we will notice that it will roll with a rocking transversal-movement and a loop longitudinal-movement, always trending to center in the guides’ axis.

In order to produce such Rolling effect then following conditions have been fulfilled:

• Rolling along parallel guides 
• Conicity of Rolling movement 
• Very low gravity center 

The railway rolls along parallel guides, the wheels are truncated cone-shaped, and the gravity center is very low. All these features provide the ensemble a significant stability.

The axles circulate along the straight line tracing a loop movement: 

The axle oscillates due to the conicity of the Wheel and the existing play between rail and flange, necessary to prevent excessive friction.

The rail is placed with a tilt 1/20 in order to improve the contact between wheel and rail and to adapt to the conicity of the wheels.

Application to overwidth.-

In the curves, the railroad width will be increased by an overwidth value that will be subject to the curve-radius and axles-typology. 

In order to allow the axle turn in a curve perpendicularly to the railroad, and provided that it must cover a longer distance in the outer rail than in the inner rail, the required radius for each rail must be different. 

According to the Similarity-law of triangles, the following relation must be fulfilled:

The necessary overwidth to allow the wheels couple with each radius must result from the following calculation:

This overwidth will allow the vehicle to trace the curve and the axle to keep permanently perpendicular to the railroad axis, even if the outer wheel has to cover a longer distance tan the inner wheel, preventing the inner wheel dragging the outer one to place perpendicular while it turns.

The dragging of the outer wheel triggers or accelerates the wear of the wheels, as the “undulatory wear”, with a significant deterioration of the rail head and, as a direct consequence of it, undesirable noises.

The undulatory wear is only caused in curves with short radius and concrete sleeper, where the railroad width cannot change.

In railroads with wooden sleepers this phenomenon does not appear because the fasteners that fix the rail to the sleepers budge some millimeters with the transversal loads of a circulating vehicle.

The overwidths to be used in a railroad, despite they are mainly subject to the railroad width and the curve radius, are also function of other secondary factors:

• More or less stiffness in the fastener for the rail and sleeper.
• Axle composition (Bogies, foxed axles, guided axles, independent wheels, etc.)

(In later pages within the Chapter IV.-Tracing of a railroad, we will study in detail the method for its calculation and distribution over the curves).



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Teoria del  BICONO

El BICONO es un elemento geométrico formado por dos conos unidos por su base. 

Si este elemento macizo lo lanzamos por unas guías de ancho fijo, comprobaremos que rodará imprimiendo un movimiento de lazo y tendiendo siempre a centrarse en el eje de las guías.

En este elemento las principales características son :

• Rodadura por guías paralelas 
• Conicidad en la rodadura 
• Centro de gravedad muy bajo.

En un ferrocarril se rueda por guías paralelas, las ruedas son de forma tronco-cónica, y el centro de gravedad está muy bajo. Todo ello confiere al conjunto una gran estabilidad

Los ejes circulan por la recta describiendo un movimiento de lazo. 

Un eje oscila debido a la conicidad de la rueda y a la holgura existente entre el carril y la pestaña , necesaria para evitar excesivos rozamientos.

El carril se coloca con una inclinación de 1/20 para mejorar el contacto rueda-carril y adaptarse a la conicidad de las ruedas.

Aplicación al sobreancho.

En las curvas, el ancho de vía vendrá incrementado por un sobreancho que irá en función del radio de la curva y la tipología de los ejes 

Para que un eje gire perpendicular a la vía en una curva, dado que deberá recorrer mayor distancia en el carril exterior que en interior, los radios con los que ruede en uno y otro carril deben ser distintos.

Según la ley de la semejanza de triángulos, se deberá cumplir la siguiente relación:

El sobreancho necesario para que las ruedas se acoplen con uno u otro radio, deberá salir de esta exposición:

Este sobreancho permitirá la inscripción del vehículo en la curva y el efecto diferencial (que el eje de las ruedas vaya siempre rodando perpendicular al eje de la vía), evitando que una rueda gire y la otra tenga que girar y arrastrarse para situarse perpendicular. Este fenómeno crea desgastes y ruidos indeseables.

En la práctica, los sobreanchos a aplicar en función del radio de la curva los tiene establecidos cada administración y en su cálculo intervienen otros factores:

Mayor o menor rigidez de la fijación del carril
Composición de los ejes ( Bogíes, ejes fijos, ejes guiados, ruedas sueltas, etc. 

(Mas adelante trataremos en un capítulo expresamente dedicado al sobreancho el método para su cálculo y la distribución en las curvas)

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