Infraestrutura
La mayoría de los trenes de ferrocarriles metropolitanos son de unidades de tren eléctricas, con longitudes de dos a más de diez coches. La electricidad para las motorizaciones eléctricas es provista por un tercer carril "Tercer riel (alimentación)") o catenaria "Catenaria (ferrocarril)"). Otro sistema de propulsión en algunos trenes es el motor lineal.
La mayoría circulan en vías férreas de acero convencionales, aunque algunos utilizan neumáticos de goma, como el Metro de Montreal. Los neumáticos de goma posibilitan circular por pendientes empinadas, pero generan mucho ruido, tienen mayores costes de mantenimiento y son menos eficientes energéticamente. También pierden la fricción cuando las condiciones climáticas son húmedas o heladas, estando limitado su uso en superficie en el Metro de Montreal.
El tamaño de la tripulación ha disminuido a través de la historia con algunos sistemas modernos con plena operación automática del tren (ATO) (como los sistemas VAL, SAET, el sistema de AnsaldoBreda o el SelTrac) que permiten el funcionamiento del tren sin conductor. Algunas redes que utilizan este sistema son el Metro de Copenhague, el Metro de Rennes, el Docklands Light Railway de Londres, las líneas 1 "Línea 1 (Metro de París)") y 14 "Línea 14 (Metro de París)") del Metro de París, las líneas 9, 10 y 11 del Metro de Barcelona, las líneas 4 "Línea 4 (Metro de São Paulo)"), 6 "Línea 6 (Metro de São Paulo)"), 15 "Línea 15 (Metro de São Paulo)") y 17 "Línea 17 (Metro de São Paulo)") del Metro de Sao Paulo y las líneas 3 y 6 del Metro de Santiago de Chile. Otros trenes siguen teniendo conductores, aun cuando su único papel es abrir y cerrar las puertas de los trenes en las estaciones, como el Tren Urbano de San Juan y el Metro de Santiago de Chile.
En algunos sistemas metropolitanos se utiliza el esquema de medición neta, como en el caso de España, para no derrochar electricidad.
La red del Metro de Tokio se compone de 13 líneas, sin incluir la red de trenes urbanos y suburbanos (cercanías) de Japan Railways (JR), entre la que vale destacar la línea Yamanote, la vía férrea de mayor tráfico y comunica los 23 distritos especiales de la urbe.
Trens
A maioria dos trens de trânsito rápido são unidades múltiplas elétricas com comprimentos de três a mais de dez vagões. O tamanho das tripulações diminuiu ao longo da história, com alguns sistemas modernos agora operando trens não tripulados.[20] Outros trens continuam a ter maquinistas, embora sua única função na operação normal seja abrir e fechar as portas dos trens nas estações. A energia é comumente fornecida por terceiros trilhos ou cabos aéreos. Toda a rede do metrô de Londres utiliza o quarto trilho e outras utilizam o motor linear para propulsão.[21].
Algumas linhas ferroviárias urbanas são construídas com um gabarito tão grande quanto o das principais linhas ferroviárias; outros são construídos para serem menores e possuem túneis que restringem o tamanho e às vezes o formato dos compartimentos do trem. Um exemplo é o metrô de Londres, que adquiriu o termo informal “tube train” devido ao formato cilíndrico de sua cabine.
Em algumas cidades, as redes ferroviárias suburbanas consistem em linhas que operam diferentes tamanhos e tipos de veículos. Embora essas sub-redes geralmente não sejam conectadas por trilhos, quando necessário, o material circulante com bitola menor de uma sub-rede pode ser transportado ao longo de outras linhas que utilizam trens maiores.
Às vezes, a laminação pneumática é usada para rotas irregulares ou declives contínuos, como 10 das 12 linhas do metrô da Cidade do México ou algumas linhas do metrô de Paris.
Faixas
A maioria dos sistemas de trânsito rápido usa trilhos ferroviários convencionais de bitola padrão. Como os trilhos dos túneis subterrâneos não estão expostos à chuva, neve ou outras formas de precipitação, eles geralmente são fixados diretamente no solo, em vez de repousar sobre lastro, como os trilhos normais de trem.
força motriz
Embora inicialmente os trens do que hoje é o metrô de Londres fossem puxados por motores a vapor, praticamente todos os trens do metrô, tanto agora quanto historicamente, usam energia elétrica e são construídos para operar como unidades múltiplas. A energia do trem, conhecida como energia de tração, geralmente assume uma de duas formas: uma linha aérea, suspensa em postes ou torres ao longo da via ou em estruturas de túneis ou telhados, ou um terceiro trilho montado ao nível da via e em contato com um cabo deslizante.
A prática de enviar energia através de trilhos no solo se deve principalmente ao limitado espaço aéreo dos túneis, o que impede fisicamente o uso de cabos aéreos. O uso de cabos aéreos permite o uso de tensões de alimentação mais altas. Embora os cabos aéreos sejam mais propensos a serem usados em sistemas de metrô sem muitos túneis, um exemplo disso é o Metrô de Xangai, os cabos aéreos são usados em alguns sistemas que são predominantemente subterrâneos, como em Barcelona, Fukuoka, Hong Kong, Madrid e Shijiazhuang. Tanto os sistemas de cabos aéreos quanto os de terceiro trilho geralmente usam os trilhos como condutor de retorno, mas alguns sistemas usam um quarto trilho separado para essa finalidade. Existem linhas de trânsito que utilizam energia ferroviária e aérea, com veículos que podem alternar entre as duas, como a Linha Azul "Linha Azul (Metrô de Boston)") em Boston.
Túneis
Os túneis subterrâneos afastam o tráfego do nível da rua, evitando atrasos causados por congestionamentos e deixando mais terreno disponível para edifícios e outros usos. Em áreas onde os preços dos terrenos são elevados e com uma utilização densa do solo, os túneis podem ser a única via económica para o transporte de massa. Os túneis cortados e cobertos são construídos escavando as ruas da cidade, que são então reconstruídas sobre o túnel; Alternativamente, máquinas de perfuração de túneis podem ser usadas para escavar túneis profundos que ficam mais abaixo na rocha. [28].
A construção de um metrô subterrâneo é um projeto caro e geralmente leva vários anos. Existem vários métodos diferentes para construir linhas subterrâneas.
• - Num método comum, conhecido como corte e cobertura, as ruas da cidade são escavadas e uma estrutura de túnel suficientemente forte para suportar a estrada acima é construída na vala, que é então preenchida e a estrada reconstruída. Este método envolve muitas vezes a relocalização extensiva de serviços públicos que normalmente estão enterrados não muito abaixo do nível da rua, particularmente cablagens eléctricas e telefónicas, redes de água e gás e esgotos.
• - Outro tipo comum de método de tunelamento é chamado de tunelamento perfurado. Aqui, a construção começa com um eixo vertical a partir do qual os túneis são escavados horizontalmente, muitas vezes com uma blindagem de túnel, evitando assim quase qualquer perturbação nas ruas, edifícios e serviços públicos existentes. Mas os problemas com as águas subterrâneas são mais prováveis, e a construção de túneis através da rocha nativa pode exigir detonações.
• - Outras linhas foram construídas com corte e cobertura e desde então foram equipadas com trens climatizados.
O sistema de metrô mais profundo do mundo foi construído em São Petersburgo, na Rússia, onde, na área pantanosa, o terreno estável começa a mais de 50 metros (160 pés) de profundidade.
Ferrovias elevadas
As ferrovias elevadas são uma maneira mais barata e fácil de construir uma faixa de domínio exclusiva sem cavar túneis caros ou criar barreiras. Além das ferrovias ao nível da rua, elas também podem ser a única outra alternativa viável devido a considerações como um lençol freático elevado próximo à superfície da cidade, aumentando o custo ou mesmo impedindo as ferrovias subterrâneas (por exemplo, Miami). Guias elevados eram populares na virada do século, mas caíram em desuso; Eles voltaram à moda no último quarto de século, muitas vezes em combinação com sistemas sem dutos. No metrô de Santiago do Chile, trechos da linha 2 (inaugurada em 1978); linha 5 (inaugurada em 1997); linha 4 (inaugurada em 2005-06); e a ampliação da linha 5 (inaugurada em 2011), possuem vias elevadas.
Variações
Porém, nem todas as cidades do mundo podem contar com esse tipo de transporte; em cidades com solos fracos (falta de consistência) e localizadas em zonas sísmicas, o seu custo aumentaria quase 300% do que custaria construir isto noutra cidade. O caso do metro de Sevilha, pelo facto do lençol freático ser demasiado elevado além do tipo de terreno pantanoso, também representou uma dificuldade técnica acrescida.
Embora existam ferrovias urbanas cujo percurso seja total ou parcialmente superficial, como o de Maracaibo, o conceito de "metrô" é geralmente associado aos trens subterrâneos, solução que foi progressivamente adotada por cidades que não a adotaram originalmente, por diversos motivos, entre os quais pode estar a superioridade na ordem de qualidade estética e ambiental do percurso subterrâneo, bem como a falta de terrenos disponíveis ou o custo dos terrenos nas grandes cidades.
Quando o metrô circula a céu aberto, os trilhos são geralmente colocados em plataformas metálicas ou de concreto elevadas cerca de quatro ou cinco metros acima do solo,[23] para que o metrô não interfira no tráfego rodoviário. Porém, seu ruído pode incomodar os vizinhos, por isso em algumas cidades, como São Paulo, foram instaladas barreiras acústicas para reduzir o ruído causado pela movimentação dos trens.[24] Em outros, como Santiago do Chile ou Paris, os trens que circulam em linhas de metrô que circulam parcialmente a céu aberto são equipados com carros sobre pneus, o que proporciona considerável silêncio e conforto de condução. Em outros, como Praga, ou linha 2 do Metrô de São Paulo "Linha 2 (Metrô de São Paulo)") o trajeto na superfície é realizado dentro de tubos elevados.
Desde a eletrificação das ferrovias, o metrô tornou-se um meio de transporte elétrico em todo o mundo. Em alguns casos a corrente é conduzida por catenárias "Catenaria (ferroviária)") acima do comboio (por vezes rígidas, como em Madrid, mais eficientes) e, noutros, existem vias especiais destinadas a esta tarefa nas laterais do percurso (como é o caso, por exemplo, dos metropolitanos de Londres ou de Santiago).
Nos últimos anos, os operadores do sistema ferroviário metropolitano embarcaram na construção e operação de linhas ferroviárias leves, que pelas suas características peculiares de construção e operação são consideradas independentes das linhas convencionais.