miniatura| Un ferrocarril de cremallera o via fèrria de cremallera (o bé un tren cremallera o simplement un cremallera) és un sistema ferroviari en el qual la transmissió de l'esforç de tracció no es fa per les rodes, sinó per mitjà d'una o diverses rodes dentades en els vehicles, que engranen en una escaleta o barres dentades situades al centre de la via. Això permet als trens superar rampes pronunciades, superiors a 10%, que és on hi ha el límit del sistema ferroviari convencional.
Aquest sistema és emprat majoritàriament en línies de muntanya, atès que permet de prendre altitud amb itineraris molt més curts que si s'utilitzés un tren convencional, que hauria de tenir un traçat molt més llarg per a anar superant progressivament la diferència d'altitud. No obstant això, també és utilitzat en algunes línies ferroviàries urbanes, o en alguns trams de línies, per a superar curtes seccions de rampes pronunciades.
El sistema es va utilitzar per primer cop l'any 1812 a la línia de Middleton a Leeds, al comtat de West Yorkshire, al nord-est d'Anglaterra; tot i que la primera línia ferroviària de muntanya que en va fer ús va ser el del Mount Washington, a l'estat de Nou Hampshire (EEUU), posat en servei l'any 1868. El primer ferrocarril de muntanya amb cremallera a Europa va ser el Vitznau-Rigi-Bahn, a Suïssa, inaugurat l'any 1871.
Aspectes generals Com a sistema de transport guiat, els ferrocarrils de cremallera se situen entre els ferrocarrils convencionals i els funiculars. Respecte dels primers, permeten superar rampes molt pronunciades i, per tant, ascendir de nivell en recorreguts molt més curts. Respecte dels segons, tenen una capacitat de transport força superior, i no tenen limitada la longitud de les seves línies, que als funiculars ve limitada pels cables tractors.
Ferrocarrils només de cremallera o mixtos Les línies de ferrocarril de cremallera poden ser de dos tipus: només de cremallera, o mixtes d'adhesió i cremallera.
Els ferrocarrils només de cremallera acostumen a ser línies de muntanya de curta longitud. En aquest cas, la transmissió de l'esforç de tracció es fa exclusivament per mitjà de les rodes dentades, sense que hi participin les rodes ferroviàries. Per tant, els vehicles no poden desplaçar-se per línies no equipades amb cremallera, cosa que obliga a instal·lar el sistema de cremallera fins i tot als trams horitzontals que pugui haver-hi a les estacions o tallers.
Als ferrocarrils mixtos hi ha seccions equipades amb cremallera, i d'altres que no: s'instal·la el sistema de cremallera als trams amb gran declivitat, però no als trams on les rampes poden ser superades per simple adhesió. Això permet assolir una velocitat més gran de circulació en aquests darrers trams, ja que la circulació per les seccions de cremallera és necessàriament més lenta. Tot i que en alguns ferrocarrils mixtos es van utilitzar diferents tipus de vehicles motrius per a cada secció, equipada o no amb cremallera, el més habitual és fer servir locomotores, automotors o unitats de tren amb sistemes de tracció combinats, de manera que poden subministrar l'esforç de tracció a les rodes ferroviàries en els trams sense cremallera, i a les rodes dentades als trams que n'estan equipats. Si en aquests ferrocarrils es fan servir cotxes de viatgers o vagons de mercaderies, han d'estar obligatòriament equipats amb rodes dentades pel fre.
Cremallera com a fre per funiculars miniatura|Cremallera Riggenbach pel fre al funicular de Bom Jesus. En alguns funiculars de la primera generació es feia servir el sistema de cremallera com a fre, especialment en els que eren del tipus automotor per contrapès (generalment, per contrapès d'aigua), on el cable no era accionat per un motor. En aquest cas, atesora que la regulació de la velocitat no es podia fer des de l'accionament, ja que era inexistent, només es podia fer des dels cotxes. Després de diversos experiments, es va comprovar que el sistema més eficient per controlar la velocitat era utilitzant el sistema de cremallera. Exemples d'aquest ús de la cremallera als funiculars són els del funicular Elevador do Bom Jesus, a Portugal, inaugurat el 1882; o el Nerobergbahn, a Wiesbaden (Alemanya), inaugurat el 1888.
Ample de via Els ferrocarrils de cremallera es poden construir amb qualsevol ample de via; sempre que hi hagi prou espai entre els carrils per instal·lar-hi la cremallera, i també prou espai entre les rodes dels vehicles per instal·lar-hi les rodes dentades i els mecanismes de transmissió. No obstant això, la majoria de les línies de cremallera són d'ample mètric o més estret. Això és pel fet que el seu traçat es va construir adaptant-se el millor possible a les irregularitats del terreny, un tipus de disseny que requereix revolts de radi reduït, que no són possibles de traçar en línies d'ample normal. Tampoc no és habitual l'ús d'aquest sistema en línies d'ample superior a l'estàndard; tot i que n'hi ha algun cas, com el ferrocarril de Santos a Jundiaí, al Brasil, amb un ample de via de 1.600 mm.
Costos Els costos que requereix construir i posar en funcionament un ferrocarril de cremallera són superiors als d'un ferrocarril convencional. Atès que en la majoria dels casos són ferrocarrils de muntanya, la construcció en terrenys difícils requereix més obres de fàbrica (ponts, túnels, murs de contenció, etc.). La via es més cara que la convencional, pel fet que requerir la instal·lació de les cremalleres, així com els sistemes d'entrada a la mateixa cremallera i complexos canvis d'agulles, construïts a mida i que, per tant, no es poden adquirir d'entre els models estàndard. Els vehicles també són més cars, tant pels components addicionals per poder circular en cremallera com pel mateix motiu anterior de la impossibilitat d'adquirir trens estàndard.
Un exemple d'aquests costos superiors el podem trobar en el cas del ferrocarril suís Luzern-Stans-Engelberg, de vía d'ample mètric i mixt cremallera-adhesió. Quan l'any 1991 volia augmentar la capacitat de transport, va intentar adquirir uns nous automotors articulats de gran potència (2.100 kW). El preu de cada automotor es va fixar en 16 milions de CHF, que era el mateix que costava una locomotora de gran potència i cinc cotxes de viatgers de gran capacitat de via d'ample normal. Com que necessitava vuit automotors, la inversió havia de ser de 128 milions de francs suís. Finalment, l'empresa explotadora va optar per construir una variant de traçat en túnel per substituir el tram de cremallera (d'una declivitat de 246 ‰), que té rampes més suaus que es poden afrontar amb vehicles sense cremallera, i que va suposar una inversió de 68 milions de CHF, pràcticament la meitat que els proposats automotors mixtos.
Aspectes mediambientals La construcció d'aquests ferrocarrils acostuma a ser menys agressiva per a l'entorn: ja que poden adaptar-se millor al terreny, necessiten menys obres de fàbrica, com per exemple els grans viaductes o llargs desmunts.
El consum d'energia és considerablement més elevat que en els ferrocarrils d'adhesió, per poder superar les fortes rampes. Es pot recuperar una part d'aquesta energia als ferrocarrils amb tracció elèctrica (la gran majoria dels de cremallera) durant els descensos, ja que l'ús del fre elèctric és continu i als vehicles i línies modernes es pot fer servir el fre regeneratiu, que retorna el corrent elèctric generat a la catenària per tal que el puguin fer servir altres trens ascendents, o retornar-lo a la xarxa elèctrica.
Com tots els sistemes d'engranatges mòbils, el de cremallera requereix lubricació, que es fa amb greixos. La quantitat de greix requerit varia en funció del clima, i ha de ser especialment gran en entorns amb neu, habituals a les línies d'alta muntanya. El problema mediambiental esdevé perquè el greix que es diposita a les rodes dentades i les cremalleres cau a terra per precipitació. Per això no es poden fer servir greixos comuns per maquinària, reciclables a posteriori, i cal utilitzar greixos d'origen vegetal o animal, més cars i menys resistents a la temperatura.
Transport de mercaderies miniatura|Locomotora de cremallera per a trens de mercaderies de la línia de Santos a Jundiaí. La majoria de les línies de cremallera es destinen només al transport de viatgers, i el transport de mercaderies és més complex. El problema és la reduïda càrrega que poden arrossegar les locomotores de cremallera, per l'efecte de la gravetat a les fortes rampes. Per tant, o els trens de mercaderies són curts i poc pesats o cal l'ús de locomotores especials d'elevada potència, sovint acoblades en comandament múltiple.
En algunes línies de ferrocarrils el transport de mercaderies és necessari, ja que aquestes línies transcorren per indrets que només són accessibles pel ferrocarril: és el cas de la Vall de Núria, on el Cremallera de Núria transporta totes les mercaderies necessàries; o també el dels ferrocarrils suïssos Wengernalpbahn (WAB) i Matterhorn-Gotthard-Bahn (MGB), que transporten les mercaderies a les ciutats lliures de cotxes de Wengen i Zermatt, respectivament. També hi ha alguna línia destinada principalment al transport de mercaderies, com el ferrocarril de Santos a Jundiaí, al Brasil, o diversos ferrocarrils industrials. En aquest cas s'hi adopten algunes mesures especials, com ara la triple làmina del sistema Abt al ferrocarril brasiler.
Aplicacions singulars La major part de les línies equipades amb cremallera són de tipus convencional, amb locomotores, automotors, cotxes, vagons i traçats que uneixen diverses poblacions, o aquestes mateixes poblacions amb centres turístics. Però hi ha algunes aplicacions singulars del sistema de cremallera: Per travessar les diferents rescloses, els vaixells que travessen el Canal de Panamà són remolcats per locomotores elèctriques de cremallera que s'anomenen mules, en referència a la sirga amb mules amb què tradicionalment es remolcaven les barques. Compten amb cremallera del sistema Riggenbach i superen alguns trams molt curts amb rampes del 500 ‰. A més, disposen d'un sistema que impedeix el desplaçament lateral, necessari per les grans forces que han de suportar en aquest sentit quan remolquen els grans vaixells. L'ús de sistemes de cremallera en tramvies urbans ha estat molt poc habitual, encara que n'hi ha hagut alguns exemples, com ara el desaparegut tramvia de l'Alhambra, a Granada, o el que encara està en servei a la ciutat alemanya d'Stuttgart. No es fa servir gaire en línies de metro. De fet, només se'n coneix un cas: la línia C del metro de Lió, línia mixta amb cremallera del tipus Von Roll per superar rampes del 175 ‰, en servei des del 1974. Potser la forma més singular d'ús de la cremallera són els monoracks. Es tracta de monorails instal·lats en vinyes situades en vessants de muntanyes, per transportar el raïm o eines, que tenen una cremallera normalment situada a la part inferior. Els vehicles que s'hi desplacen poden ser de tracció autònoma o elèctrica.
Sistemes de cremallera esquerra|miniatura|Locomotora de cremalleres laterals del tipus Blenkinsop. Al llarg dels anys, diversos inventors van desenvolupar diferents sistemes de cremallera. Les diferències fonamentals entre ells es troben en la part fixa de la cremallera, doncs les rodes dentades son totes molt similars. De fet, algunes línies fèrries tenen trams de cremallera amb diferents sistemes, totalment compatibles amb els seus vehicles. De tots aquests sistemes, els que han tingut més èxit són, en ordre de major a menor, els Abt, Riggenbach i Strub.
Aquí s'esmenten només els més coneguts, tot i que al llarg de la història hi ha hagut altres sistemes que o bé no han passat de l'estat de projecte o bé només han tingut aplicacions molt petites o molt poc duradores en el temps.
Cremalleres laterals Blenkinsop (1811) miniatura|Sistema Blenkinsop.