El 21 de mayo de 1871, un tren silbante y humeante subió por primera vez la montaña desde Vitznau, a orillas del lago de los Cuatro Cantones. Era, por cierto, el 54 cumpleaños del hombre que estaba al mando: Niklaus Riggenbach. Y fue el nacimiento del primer ferrocarril de montaña de Europa. Quien hoy se sienta cómodamente en uno de los vagones rojos y ve el lago hundirse bajo sus pies, rara vez se da cuenta de la intrincada nuez física, financiera y política que hubo que romper en aquel entonces. Este artículo cuenta la historia, con números, con fórmulas y con algunas conjeturas donde las fuentes guardan silencio.

Quienes estén interesados en los detalles de los ferrocarriles actuales, encontrarán en la visión general de los ferrocarriles de Rigi el parque de vehículos actual de ferrocarriles de cremallera y teleféricos. Pero primero, volvamos a mediados del siglo XIX.

Una montaña de moda sin acceso razonable

Rigi ya era un lugar anhelado mucho antes del ferrocarril. "Reina de las montañas", amanecer sobre el mar de niebla, pintores y poetas de media Europa: Rigi fue un prototipo temprano del turismo alpino de masas. Solo que: quien quería subir, tenía que caminar, montar a caballo o dejarse arrastrar en una silla de manos por porteadores. Para un público adinerado, pero cada vez más cómodo, esto era un cuello de botella. Precisamente este atasco de demanda y falta de desarrollo es el verdadero motor de toda la historia. Se puede resumir así: no fue la técnica la que buscó una montaña, sino una montaña desbordada la que buscó una técnica.

El ingeniero y su modelo ridiculizado

Niklaus Riggenbach, nacido en 1817 en Guebwiller, Alsacia, era mecánico de formación y había ascendido en Karlsruhe y más tarde en la Schweizerische Centralbahn en Olten hasta convertirse en constructor de locomotoras. La idea de hacer que un tren se enganchara con una rueda dentada en una cremallera fija para superar rampas empinadas no lo abandonaba. Como la Deutsche Biographie señala sobre Riggenbach, su modelo fue recibido inicialmente con encogimiento de hombros en los círculos especializados; incluso en Stuttgart se murmuraba que "el viejo R. se había vuelto loco". Solo el famoso ingeniero Carl Culmann del Politécnico de Zúrich lo animó.

Dado que Suiza aún no tenía un sistema de patentes en ese momento, Riggenbach hizo proteger su engranaje el 12 de agosto de 1863 en Francia, bajo el número de patente francés 59625. Este es un detalle que debe recordarse: la pieza central de la historia del ferrocarril de montaña europeo es originalmente una patente francesa de un basileño nacido en Alsacia.

El impulso decisivo lo dio entonces una coincidencia de ultramar. Aproximadamente al mismo tiempo y de forma completamente independiente, el estadounidense Sylvester Marsh había construido en New Hampshire el Mount Washington Cog Railway, el primer ferrocarril de cremallera de montaña del mundo, inaugurado oficialmente en 1869, con unos 1200 metros de desnivel y una pendiente media de 250 ‰. Cuando el cónsul general suizo en EE. UU., John Hitz, vio este ferrocarril y lo informó con entusiasmo a Berna, y cuando el mismo Hitz vio más tarde el modelo de Riggenbach en Olten, se dice que exclamó: "¡Bueno, señor Riggenbach, usted está construyendo un ferrocarril en el Rigi!" Con esto, la invención de Riggenbach tuvo un objetivo concreto. La técnica de ambos sistemas es sorprendentemente similar (Marsh usaba barras redondas como dientes, Riggenbach peldaños planos), lo que hasta hoy deja abierta la atractiva pregunta de quién sabía de quién. La evidencia de las fuentes habla claramente de una doble invención: la patente de Riggenbach de 1863 es seis años anterior al ferrocarril terminado de Marsh.

Antes de ir a la montaña, Riggenbach probó su sistema en terreno llano: el primer ferrocarril de cremallera en funcionamiento real de Europa ya funcionaba en 1870 en la cantera de Ostermundigen, cerca de Berna; por razones de marketing, incluso se "inauguró" oficialmente después del ferrocarril de Rigi. Así que Rigi no fue el objeto de prueba, sino el escenario.

Construcción, inauguración y un thriller de "Kantönligeist"

A mediados de septiembre de 1869, comenzó la construcción desde Vitznau (439 m s.n.m.). Riggenbach trabajó con los ingenieros Ferdinand Adolf Naeff y Olivier Zschokke. En su cumpleaños de 1870, se realizó la primera prueba en un tramo de 300 metros, un año después, el 21 de mayo de 1871, se inauguró solemnemente la línea hasta Rigi Staffelhöhe (1550 m s.n.m.), en presencia de cuatro consejeros federales. Todo se financió de forma puramente privada; como señala la base de datos de los ferrocarriles históricos suizos, participaron principalmente bancos de Basilea y Lucerna. El éxito fue inmediato: pronto el ferrocarril transportaba más de 100.000 pasajeros al año a la montaña.

Entonces se volvió político. El lucrativo último tramo desde Staffelhöhe hasta Rigi Kulm (1752 m s.n.m.) se encuentra en territorio cantonal de Schwyz, y Schwyz denegó la concesión al ferrocarril de Lucerna. Como describe la comunidad de Arth en su Kulturspur, el cantón otorgó el permiso a un comité de Arth. El resultado: desde Staffel, hasta hoy, dos vías paralelas discurren una al lado de la otra, construidas por dos compañías competidoras. El ferrocarril Vitznau-Rigi llegó a Kulm el 27 de junio de 1873, pero tuvo que pagar un alquiler durante décadas por el tramo de vía ajeno. El ferrocarril Arth-Rigi, separado, se inauguró el 3 de junio de 1875. No fue hasta 1992 cuando las dos archirrivales se fusionaron para formar los actuales ferrocarriles de Rigi. Mi evaluación: este compromiso de doble vía es una tontería técnica ferroviaria y un monumento federalista al mismo tiempo, un sistema más caro y redundante que se debe exclusivamente a la frontera cantonal. Como testimonio de la fuerza (y los costos) del "Kantönligeist" suizo, es impagable.

Por qué es necesario el engranaje: la física de la rampa empinada

Ahora al núcleo técnico. Un "ferrocarril de adherencia" normal se impulsa únicamente por la fricción entre la rueda de acero y el carril de acero. La fuerza de tracción máxima que una locomotora puede generar es

F_Tracción = μ · G_Fricción

donde μ es el coeficiente de fricción o adherencia y G_Fricción es el peso que actúa sobre los ejes motrices. Para subir una pendiente, esta fuerza de tracción debe superar la fuerza descendente de la pendiente más la resistencia a la rodadura:

F_Tracción ≥ m · g · sen α + m · g · f · cos α

Si se desprecia la pequeña resistencia a la rodadura y se asume que todo el peso del vehículo recae sobre los ejes motrices, el límite se simplifica a la hermosa fórmula empírica

sen α_max ≈ μ.

Y aquí radica el problema. El acero seco y limpio sobre acero alcanza idealmente μ ≈ 0,25–0,33, pero en el día a día húmedo, con hojas y en funcionamiento, más bien μ ≈ 0,15–0,20. House of Switzerland lo resume: los trenes de adherencia pura pueden subir de forma fiable un máximo de alrededor del 4 % (40 ‰). Todo lo que supere eso requiere ayuda.

Calculémoslo específicamente para Rigi. El ferrocarril Vitznau-Rigi tiene una pendiente máxima de 250 ‰, es decir, 25 %. Esto corresponde a un ángulo de

α = arctan(0,25) = 14,04°, con sen α = 0,2425 y cos α = 0,9701.

Por tonelada de peso del tren (1000 kg, g = 9,81 m/s²), esto resulta en:

  • Fuerza descendente de la pendiente: F_Pendiente = 1000 · 9,81 · 0,2425 ≈ 2379 N ≈ 2,38 kN por tonelada
  • Resistencia a la rodadura (con f ≈ 0,003): F_Rodadura = 1000 · 9,81 · 0,003 · 0,9701 ≈ 28,5 N por tonelada
  • Suma: aproximadamente 2,41 kN por tonelada, que deben pasar por la cremallera.

Y la comparación decisiva: para superar estos 250 ‰ sin cremallera, se necesitaría un coeficiente de adherencia de

μ_necesario = sen α + f · cos α ≈ 0,242 + 0,003 ≈ 0,245.

Incluso en condiciones ideales, el coeficiente de fricción real apenas supera este valor, y en funcionamiento está muy por debajo. En una locomotora que además arrastra vagones sin tracción (solo el peso de la locomotora es entonces "peso de fricción"), la situación es definitivamente desesperada. Por eso el diente. La cremallera evita completamente el límite de fricción y establece una conexión de fuerza positiva, es decir, puramente geométrica, que prácticamente no se ve afectada por la humedad, las hojas o la escarcha.

La cremallera de escalera en detalle: masas, módulos, momentos

La solución de Riggenbach es la llamada cremallera de escalera: entre dos vigas de acero laminado en forma de ] se insertan dientes trapezoidales como peldaños de una escalera (originalmente remachados, más tarde soldados). El Bahnmuseum Appenzellerland describe vívidamente la elaborada fabricación y, al mismo tiempo, menciona la mayor desventaja del sistema: el remachado de los peldaños y el troquelado de los orificios trapezoidales es costoso.

Los datos concretos los proporciona la descripción técnica del sistema en Trackopedia: el paso de los dientes es de 100 mm, un perfil estándar de Riggenbach tiene 3 m de largo y, por lo tanto, tiene 30 dientes. Dado que estos perfiles rígidos no se pueden doblar arbitrariamente, también existen en dos radios de curvatura definidos: el propio Rigi trabaja con un radio mínimo de 60 m. Se utiliza vía normal (1435 mm), lo que es inusualmente generoso para un ferrocarril de montaña.

A partir del paso se puede derivar la geometría del engranaje. En un engranaje de evolvente, el paso p = π · m, por lo que el módulo es

m = p / π = 100 mm / π ≈ 31,83 mm.

Esto es, comparado con la ingeniería mecánica normal, un módulo gigantesco, un diente tan grande como un pulgar. El diámetro primitivo de una rueda dentada motriz con z dientes se deduce directamente de

d = m · z = z · p / π.

Si se calcula, por ejemplo, con una pequeña rueda motriz de z = 12 dientes (el número exacto de dientes histórico varía y se indica aquí como una suposición), se obtiene d ≈ 382 mm. El par motor aplicado a la rueda dentada por tonelada de peso del tren sería entonces

T = F_t · d/2 ≈ 2410 N · 0,191 m ≈ 460 N·m por tonelada.

Para un tren histórico compuesto por una locomotora de vapor y un vagón delantero lleno (aproximadamente 25 t de masa total), esto significa: alrededor de 60 kN de fuerza de diente en la rampa. Esta fuerza tenía que ser transmitida limpiamente por la cremallera al subsuelo, viaje tras viaje, durante décadas.

¿Y la potencia? Las locomotoras de vapor subían a unos 9 km/h (2,5 m/s). La potencia de elevación pura es

P_Elevación = F_Pendiente · v ≈ 2379 N · 2,5 m/s ≈ 5,95 kW por tonelada.

Para nuestro tren de ejemplo de 25 toneladas, esto significa unos 149 kW solo para la elevación (aproximadamente 200 CV), antes de que se añadan las pérdidas por rodadura e internas. Para una locomotora de vapor de caldera vertical construida en 1873, esto era una declaración; no en vano, la crónica del ferrocarril Vitznau-Rigi informa que la locomotora restaurada 7 con su nueva caldera ya no pudo subir un vagón grande lleno por la pendiente de 250 ‰ en 1996/97.

La competencia de los sistemas y un fracaso mortal

La cremallera de Riggenbach fue una solución pionera, no un punto final. Alrededor de la era Rigi, varios sistemas lucharon por la mejor respuesta a la rampa empinada. La visión general de los sistemas de cremallera muestra que los cuatro más conocidos provienen de suizos:

  • Sistema Riggenbach: la cremallera de escalera descrita. Robusto, pero caro y rígido en la fabricación.
  • Sistema Strub (Emil Strub): un único carril de base ancha, en cuya cabeza se fresan los dientes. Mucho más económico y fácil de instalar; se puede utilizar con las mismas ruedas dentadas que Riggenbach, siempre que el paso y la altura del círculo primitivo sean correctos. Se utilizó, entre otros, en el ferrocarril de Jungfrau.
  • Sistema Abt (Carl Roman Abt): dos o tres "láminas" de acero plano dispuestas una al lado de la otra, desplazadas medio paso, de modo que siempre hay un diente engranado. Destacable: Abt había trabajado anteriormente en la propia empresa de Riggenbach y desarrolló su sistema explícitamente para evitar sus altos costos.
  • Sistema Locher (Eduard Locher): para las pendientes más extremas. Aquí, la rueda dentada no se engancha desde arriba, sino con dientes horizontales lateralmente en una cremallera de doble cara, lo que evita que se salga. Con este sistema, el ferrocarril del Pilatus, inaugurado en 1889, sube sus 48 % (480 ‰), siendo hasta hoy el ferrocarril de cremallera más empinado del mundo.

Más tarde se añadió la cremallera de láminas Von-Roll, que a partir de la década de 1960 sustituyó a los costosos perfiles Riggenbach y a los perfiles Strub, que ya no estaban disponibles, y simplemente adoptó la antigua geometría de los dientes en acero plano fresado.

El camino secundario más emocionante de la historia, sin embargo, es un fracaso. El ingeniero cantonal de Zúrich, Kaspar Wetli, quería evitar el diente por completo y, en su lugar, ideó el sistema de rueda de rodillos Wetli: un rodillo ancho y dentado que llenaba todo el espacio entre los raíles y se enganchaba en piezas de raíl montadas en forma de flecha. Debía abrir la línea ferroviaria Wädenswil-Einsiedeln con sus 50 ‰, porque se desconfiaba, con razón, de un ferrocarril de adherencia pura en esta pendiente. El 30 de noviembre de 1876, durante la prueba principal, se produjo la catástrofe: la subida se logró, pero en la bajada el rodillo se desacopló (no estaba diseñado para frenar), y precisamente los frenos convencionales fallaron, presumiblemente porque el aceite derramado llegó a los raíles y las ruedas. El tren se precipitó a una velocidad estimada de 120 km/h hacia la estación de Wädenswil, volcó y hubo víctimas mortales.

La amarga ironía: no fue el sistema de rueda de rodillos el que falló, sino los frenos. Sin embargo, la confianza se perdió, la Nordostbahn se retiró y la línea se terminó como un simple ferrocarril de adherencia. Mi suposición: si este accidente no hubiera ocurrido, o si la investigación hubiera distinguido tan sobria y claramente entre "fallo del sistema" y "fallo de los frenos" como lo haríamos hoy, entonces el rodillo de Wetli quizás estaría en una nota a pie de página junto a Riggenbach en lugar de debajo de él. El caso es una lección sobre cómo una catástrofe única y mediáticamente cargada puede extinguir toda una línea técnica, independientemente de su idoneidad real.

Entonces versus ahora: las mismas fórmulas, nuevas palancas

Lo fascinante del ferrocarril de Rigi es lo poco que ha cambiado la física y lo mucho que ha cambiado la tecnología. Las ecuaciones básicas de 1871 – F_Tracción = μ · G_Fricción para la adherencia y F = m·g·(sen α + f·cos α) para la resistencia a la rodadura – se encuentran hoy inalteradas en cualquier libro de texto. Lo que ha cambiado son las palancas dentro de estas ecuaciones.

La mayor ruptura fue la electrificación en 1937: desde entonces, el ferrocarril funciona con 1500 V de corriente continua, alimentado por varias estaciones rectificadoras. La locomotora de vapor con sus lentos 9 km/h dio paso a automotores que suben a 18 a 23 km/h. El motor eléctrico entrega su par motor de inmediato y en todo el rango de revoluciones; ya no hay que arrancar con una presión de caldera que se acumula con dificultad. Sin embargo, la mayor ganancia física radica en el descenso: un automotor moderno puede usar sus motores como generadores y frenar de forma regenerativa, es decir, devolver parte de la energía potencial del descenso (después de todo, esos ~5,95 kW por tonelada que se invirtieron en la subida) a la red, en lugar de simplemente disiparla en calor como el antiguo freno de zapatas. Suposición: precisamente este punto, el descenso como problema de frenado, ya era el problema central sin resolver en Wädenswil en 1876. Lo que provocó la catástrofe de Wetli, el accionamiento eléctrico lo resuelve hoy elegantemente de paso.

Y sin embargo: el paso de los dientes de 100 mm de 1871 sigue siendo válido hasta hoy. Los vehículos modernos se acoplan a la misma geometría que los antepasados de Riggenbach; las láminas de Von-Roll y los perfiles de Riggenbach son compatibles entre sí. Esto es una notable continuidad técnica a lo largo de 150 años, un estándar que ha perdurado toda una vida humana porque fue definido limpiamente desde el principio. Si saco una lección de esto, es esta: un estándar bien elegido y abiertamente compatible suele ser más duradero que la innovación individual más brillante.

Lo que el ferrocarril significó para Rigi

Apenas se puede exagerar el impacto del ferrocarril de Rigi. No fue solo un medio de transporte, fue un modelo de negocio y un prototipo al mismo tiempo. Cuatro años después de su inauguración, le siguió el ferrocarril Arth-Rigi, y poco después una avalancha de ferrocarriles de cremallera alpinos en toda la región alpina, cuyo punto culminante fue el ferrocarril de Jungfrau, terminado en 1912, que llegaba hasta los 3454 m. La montaña, que antes solo era accesible a pie o a lomos de una mula, se convirtió en pocos años en un destino turístico industrializado para un público masivo.

Desde la perspectiva actual de Rigi como región residencial y vacacional, por ejemplo en Kaltbad, a la que el ferrocarril llega desde 1871 y que sigue siendo libre de coches, se puede ver lo profundamente que esta infraestructura ha moldeado la identidad de la montaña. La cremallera no es aquí nostalgia, sino que sigue siendo la arteria vital. La montaña está, en el sentido literal de la palabra, construida sobre raíles.

Mi evaluación final: el ferrocarril de Rigi fue menos un golpe de genio técnico de la nada (Marsh estuvo casi al mismo tiempo, Wetli tenía una alternativa seria, los sistemas Abt, Strub y Locher superaron en parte a Riggenbach) que una confluencia perfecta de tecnología madura, demanda turística y capital privado valiente en el lugar exacto. El verdadero logro de Riggenbach no fue solo el engranaje, sino el valor de atreverse a usarlo a gran escala por primera vez en una de las montañas más famosas de Europa. Que precisamente la más cara y elaborada de las primeras cremalleras fuera el principio es una ironía de la historia de la tecnología, pero una que sube la montaña puntualmente cada mañana durante 150 años.