Infraestructura
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.
Trenes
La mayoría de los trenes de tránsito rápido son unidades múltiples eléctricas con longitudes de tres a más de diez vagones.[19] El tamaño de las tripulaciones ha disminuido a lo largo de la historia, con algunos sistemas modernos que ahora funcionan con trenes sin personal.[20] Otros trenes siguen teniendo maquinistas, aunque su única función en el funcionamiento normal es abrir y cerrar las puertas de los trenes en las estaciones. La energía es comúnmente entregada por un tercer riel o por cables aéreos . Toda la red del metro de Londres utiliza el cuarto carril y otras utilizan el motor lineal para la propulsión.[21].
Algunas líneas ferroviarias urbanas se construyen con un gálibo de carga tan grande como el de las líneas ferroviarias principales; otros están construidos para ser más pequeños y tienen túneles que restringen el tamaño y, a veces, la forma de los compartimentos del tren. Un ejemplo es el metro de Londres, que ha adquirido el término informal "tren de tubo" debido a la forma cilíndrica de su cabina.
En algunas ciudades, las redes de ferrocarril suburbano consisten en líneas que operan diferentes tamaños y tipos de vehículos. Aunque estas subredes no suelen estar conectadas por vía, en los casos en que sea necesario, el material rodante con un gálibo de carga más pequeño de una subred puede transportarse a lo largo de otras líneas que utilizan trenes más grandes.
En ocasiones se emplea rodadura neumática para trayectos accidentados o en pendiente continua, caso de 10 de las 12 líneas del Metro de la Ciudad de México, o de algunas del metro de París.
Vías
La mayoría de los sistemas de tránsito rápido utilizan vías férreas convencionales de ancho estándar. Dado que las vías de los túneles subterráneos no están expuestas a la lluvia , la nieve u otras formas de precipitación , a menudo se fijan directamente al suelo en lugar de descansar sobre balasto , como las vías de tren normales.
Fuerza motriz
Aunque inicialmente los trenes de lo que ahora es el metro de Londres fueron tirados por máquinas de vapor, prácticamente todos los trenes de metro, tanto ahora como históricamente, usan energía eléctrica y están construidos para funcionar como unidades múltiples. La energía de los trenes, conocida como energía de tracción, generalmente toma una de dos formas: una línea aérea , suspendida de postes o torres a lo largo de la vía o de estructuras o techos de túneles, o un tercer riel montado al nivel de la vía y en contacto con un cable deslizante.
La práctica de enviar energía a través de rieles en el suelo se debe principalmente al espacio libre superior limitado de los túneles, lo que impide físicamente el uso decables aéreos. El uso de cables aéreos permite utilizar voltajes de suministro de energía más altos. Aunque es más probable que los cables aéreos se utilicen en sistemas de metro sin muchos túneles, un ejemplo de los cuales es el Metro de Shanghái, los cables aéreos se emplean en algunos sistemas que son predominantemente subterráneos, como en Barcelona, Fukuoka, Hong Kong, Madrid y Shijiazhuang. Tanto los sistemas de cables aéreos como los de tercer riel generalmente usan los rieles como conductor de retorno, pero algunos sistemas usan un cuarto riel separado para este propósito. Hay líneas de tránsito que hacen uso tanto del ferrocarril como de la energía aérea, con vehículos que pueden cambiar entre los dos, como la Línea Azul "Línea Azul (Metro de Boston)") en Boston.
Túneles
Los túneles subterráneos alejan el tráfico del nivel de la calle, evitando retrasos causados por la congestión del tráfico y dejando más terreno disponible para edificios y otros usos. En áreas de altos precios del suelo y uso denso del mismo, los túneles pueden ser la única ruta económica para el transporte masivo. Los túneles de corte y cubierta se construyen excavando las calles de la ciudad, que luego se reconstruyen sobre el túnel; alternativamente, las máquinas perforadoras de túneles se pueden usar para excavar túneles profundos que se encuentran más abajo en el lecho rocoso. [28].
La construcción de un metro subterráneo es un proyecto costoso y, a menudo, se lleva a cabo durante varios años. Hay varios métodos diferentes para construir líneas subterráneas.
• - En un método común, conocido como cortar y cubrir , se excavan las calles de la ciudad y se construye en la zanja una estructura de túnel lo suficientemente fuerte para soportar el camino de arriba, que luego se rellena y se reconstruye el camino. Este método a menudo implica una amplia reubicación de los servicios públicos que normalmente se entierran no muy por debajo del nivel de la calle, en particular, el cableado eléctrico y telefónico, las tuberías principales de agua y gas y las alcantarillas.
• - Otro tipo habitual de método de tunelización se denomina tunelización perforada. Aquí, la construcción comienza con un eje vertical desde el cual se excavan túneles horizontalmente, a menudo con un escudo de túneles , evitando así casi cualquier perturbación de las calles, los edificios y los servicios públicos existentes. Pero los problemas con el agua subterránea son más probables, y la excavación de túneles a través del lecho rocoso nativo puede requerir voladuras.
• - Otras líneas se construyeron con corte y cobertura y desde entonces han sido equipadas con trenes con aire acondicionado.
El sistema de metro más profundo del mundo se construyó en San Petersburgo, Rusia, donde en la zona pantanosa, el suelo estable comienza a más de 50 metros (160 pies) de profundidad.
Ferrocarriles elevados
Los ferrocarriles elevados son una forma más económica y fácil de construir un derecho de paso exclusivo sin excavar túneles costosos ni crear barreras. Además de los ferrocarriles a nivel de la calle, también pueden ser la única otra alternativa factible debido a consideraciones tales como un nivel freático alto cerca de la superficie de la ciudad que aumenta el costo o incluso impide los ferrocarriles subterráneos (por ejemplo, Miami ). Las guías elevadas eran populares a principios del siglo , pero cayeron en desgracia; volvieron a ponerse de moda en el último cuarto de siglo, a menudo en combinación con sistemas sin conducto. En el metro de Santiago de Chile, partes de la línea 2 (inaugurada en 1978); línea 5 (inaugurada en 1997); línea 4 (inaugurada en 2005-06); y ampliación de línea 5 (inaugurada en 2011), tienen vías elevadas.
Variaciones
Sin embargo no todas las ciudades del mundo pueden contar con este tipo de transporte, en ciudades con suelo débil (falto de consistencia) y situadas en zonas sísmicas su costo se elevaría casi un 300 % de lo que costaría construir este en otra ciudad. El caso del metro de Sevilla, por encontrarse el nivel freático demasiado alto además del tipo de terreno marismeño, también supuso una dificultad técnica añadida.
Aunque existen ferrocarriles urbanos cuyo trayecto transcurre total o parcialmente en la superficie, como el de Maracaibo, el concepto de «metro» se asocia generalmente a ferrocarril subterráneo, solución que fueron progresivamente adoptando las ciudades que no la habían adoptado originalmente, debido a varios motivos, entre los que pueden estar la superioridad en el orden de la calidad estética y ambiental del trazado subterráneo, así como la falta de terreno disponible o la carestía del suelo en las grandes ciudades.[22].
Cuando el metropolitano circula a cielo abierto, generalmente se colocan las vías sobre plataformas metálicas o de hormigón elevadas unos cuatro o cinco metros del suelo,[23] de forma que el metro no interfiera con el tráfico de las calles. No obstante, su ruido puede resultar molesto para los vecinos, así que en algunas ciudades, como en São Paulo, se instalaron barreras acústicas para reducir el ruido ocasionado por el movimiento de los trenes.[24] En otras, como en Santiago de Chile o París, los trenes que circulan por las líneas de metro que transcurren parcialmente a cielo abierto están dotados de coches con rodadura sobre neumáticos, lo que confiere un silencio y confort de marcha considerables. En otras, como Praga, o la línea 2 del Metro de São Paulo "Línea 2 (Metro de São Paulo)") el trayecto sobre la superficie se realiza dentro de tubos elevados.
A partir de la electrificación de los ferrocarriles, el metro se ha convertido en un medio de transporte eléctrico en todo el mundo. En algunos casos la corriente es conducida por unas catenarias "Catenaria (ferrocarril)") por encima del tren (a veces rígida, como en Madrid, más eficientes) y, en otros, existen vías especiales destinadas a esta tarea en los laterales del trayecto (como es el caso, por ejemplo, de los metros de Londres o de Santiago).
En los últimos años los operadores de sistemas de ferrocarril metropolitano se han lanzado a la construcción y explotación de líneas de metro ligero, que por sus peculiares características de construcción y explotación se consideran independientes de las líneas convencionales.