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Ferrovias 13/03/2015 1 1 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias Principais Defeitos da Via Permanente Continuação... EMPENO DEFEITOS EM TRILHOS DEFEITOS EM DORMENTES Ferrovias AULA 08 Principais Defeitos da Via Permanente 2 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias EMPENO Definição: É uma variação da superlevação num determinado comprimento de base. Limite da relação dos esforços laterais e verticais – L/V para que acontecesse um descarrilhamento (Nadal, 1908) Dinâmica ferroviárias (Efeito canivete) V esforços verticais L esforços laterais Ferrovias 13/03/2015 2 Principais Defeitos da Via Permanente 3 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias EMPENO Definição: É uma variação da superlevação num determinado comprimento de base. O empeno em um truque ferroviário age deformando a grade longitudinal de forma que um dos “pés” (rodeiro) do truque fique aliviado. Facilitando o descarrilhamento pela ação de qualquer força lateral. V esforços verticais L esforços laterais Principais Defeitos da Via Permanente 4 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias EMPENO NA BASE DO TRUQUE • Uma vez que: empeno é uma variação da superlevação num determinado comprimento de base. Os esforços do vagão nas curvas e tangentes, apresentam diferentes características: • Curvas: ação da força centrífuga; • Tangentes: ação é nula A altura do centro de gravidade do vagão influi diretamente nos esforços para alívio das rodas. Qual o efeito da SUPERELEVAÇÃO da linha? Ferrovias 13/03/2015 3 Principais Defeitos da Via Permanente 5 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias Resultante das forças atuante em um veículo ferroviário Segundo normativos: a resultante das forças que atuam em um veículo ferroviário estacionado ou em movimento deve passar dentro do TERÇO MÉDIO da bitola da via. Vetor resultante dos esforços deve passar no sexto da bitola (Normativo Brasileiro ) Bitola métrica ~1/3 ~0,33m Bitola larga ~0,53 m A componente final no centro da via estará variando de 1/6 da bitola, para cada lado em relação a seu equilíbrio. Principais Defeitos da Via Permanente 6 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias EMPENO NA BASE DO TRUQUE - TANGENTE Valor limite para empeno por metro de via: • TANGENTES γ = 0 → 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑜𝑚𝑝𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 𝑛𝑢𝑙𝑎 𝐸 = 𝛾 𝑔 . 𝐵𝑐 . 3 . 6 𝑉 𝐸 = 𝑒𝑚𝑝𝑒𝑛𝑜 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 γ = 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑜𝑚𝑝𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 𝐵𝑐 = 𝑏𝑖𝑡𝑜𝑙𝑎 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑜 𝑒𝑖𝑥𝑜 𝑑𝑜𝑠 𝑡𝑟𝑖𝑙ℎ𝑜𝑠 𝑉 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑜 𝑣𝑒í𝑐𝑢𝑙𝑜 𝑔 = 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑎𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 Uma vez que não há ação da aceleração centrífuga = nula Assim, se faz necessário calcular a ACELERAÇÃO CENTRÍFIUGA DESCOMPENSADA Gerada por uma excentricidade limite Ferrovias 13/03/2015 4 Principais Defeitos da Via Permanente 7 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias EMPENO NA BASE DO TRUQUE - TANGENTE Aceleração centrífuga descompensada Bitola Métrica 𝛾 = 𝑔 . 𝐵𝑐 . 𝑒 ℎ γ = 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟í𝑓𝑢𝑔𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑜𝑚𝑝𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 𝐵𝑐 = 𝑏𝑖𝑡𝑜𝑙𝑎 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑜 𝑒𝑖𝑥𝑜 𝑑𝑜𝑠 𝑡𝑟𝑖𝑙ℎ𝑜𝑠 ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑜 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 e = excentricidade ( b 6 ) 𝛾 = 9,81. 1,06 . 0,17 ℎ = 1,8 ℎ Bitola Larga 𝛾 = 9,81. 1,66 . 0,27 ℎ = 4,4 ℎ Principais Defeitos da Via Permanente 8 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias EMPENO NA BASE DO TRUQUE - TANGENTE Aceleração centrífuga descompensada Bitola Métrica 𝛾 = 1,8 ℎ Bitola Larga 𝛾 = 4,4 ℎ 𝐸 = 𝛾 𝑔 . 𝐵𝑐 . 3 . 6 𝑉 𝐸𝑡 = 700. 𝐷 𝑉. ℎ 𝐸𝑡 = 2680. 𝐷 𝑉. ℎ D = 𝑑𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑜𝑠 𝑒𝑖𝑥𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑟𝑢𝑞𝑢𝑒 ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑜 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 do vagão Ferrovias 13/03/2015 5 Principais Defeitos da Via Permanente 9 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias EMPENO NA BASE DO TRUQUE - CURVAS Os esforços do vagão nas curvas e tangentes, apresentam diferentes características: • Curvas: ação da força centrífuga Compensada em virtude da criação da superelevação Existe uma parcela da aceleração que não é totalmente compensada. ACELERAÇÃO DESCOMPENSADA Principais Defeitos da Via Permanente 10 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias EMPENO NA BASE DO TRUQUE - CURVAS É necessário reduzir as tolerâncias de excentricidade máxima e = b/6 • Normativos AREA orienta: Bitola larga a aceleração descompensada máxima para qualquer tipo de trem de carga deve ser igual a 0,497 m/s² e = 0,07 m por metro de bitola ACELERAÇÃO DESCOMPENSADA Gera esforços transversais que aumentam as chances de descarrilhamento. Ferrovias 13/03/2015 6 Principais Defeitos da Via Permanente 11 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias EMPENO NA BASE DO TRUQUE - CURVAS Bitola Métrica • O grau de instabilidade da via aumenta exponencialmente com o aumento da bitola. aumentando 60% a bitola (métrica apara larga) 𝐸 = 307. 𝐷 𝑉. ℎ mm m sem efeito de balanço harmônico Bitola Larga 𝐸 = 1111. 𝐷 𝑉. ℎ mm m sem efeito de balanço harmônico D = 𝑑𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑜𝑠 𝑒𝑖𝑥𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑟𝑢𝑞𝑢𝑒 ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑜 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 do vagão m V = velocidade do trecho (km/h) Limites de descarrilhamento por empeno do truque aumentam em 360% Principais Defeitos da Via Permanente 12 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias EMPENO E SUPERELEVAÇÃO • O equilíbrio entre superelevação e empeno é o ponto em que as curvas teóricas de segurança se cruzam. • É preciso ter uma superelevação adequadamente suficiente para equilibrar a distribuição dos esforços verticais ao mesmo tempo em que deve ser mínimo para evitar o alívio das rodas. • A manutenção utiliza a superelevação prática. Prefere-se por segurança, o desequilíbrio de tensões para o lado externo do trilho do que para o lado interno, forçando a superpressão no trilho de fora. Ferrovias 13/03/2015 7 Principais Defeitos da Via Permanente 13 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM DORMENTES Um dormente inservível é aquele que: Não possui mais as propriedades de manter o nivelamento ou a bitola da via. Os defeitos que podem ser gerados a partir da deficiência do dormente: 1. Via desbitolada 2. Desalinhamento da via 3. Desnivelamento da via 4. Empeno da via 5. Lastro colmatado Principais Defeitos da Via Permanente 14 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM DORMENTES • Cada ferrovia utiliza uma taxa própria de dormentes inservíveis. Evitando o aparecimento de malhas – dormentes inservíveis em sequência • As malhas de dormentes podres multiplicam exponencialmente os efeitos danosos dos esforços. Uma vez que: a tensão aplicada no lastro é dividida em um número muito menor de dormentes . • As malhas também reduzem a vida útil dos trilhos. Pois fazem o trilho trabalhar apoiado em bases posicionadas muito mais distantes, podendo incidir em fraturas de trilho. Aceleração de todos os defeitos que podem ser gerados Ferrovias 13/03/2015 8 Principais Defeitos da Via Permanente 15 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias LASTRO COLMATADO Um lastro contaminado é um dos piores defeitos que podem acometer uma via. Danificandotodos os componentes da grade. A colmatação do lastro pode acontecer a partir de 3 fatores: 1. Contaminação pela plataforma 2. Degradação da própria pedra de lastro 3. Contaminação externa Principais Defeitos da Via Permanente 16 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias LASTRO COLMATADO 1. Contaminação pela plataforma O aumento do volume e da carga por eixo transportada em uma plataforma: incialmente dimensionada para 16 – 18 ton. por eixo, hoje tem que suportar 30 a 32 ton. por eixo. Terraplanagem antiga não suporta fazendo que as pedras do lastro penetrem na plataforma, e a primeira camada (sublastro) percole verticalmente na brita. Solução: • Medida paliativa: injeção de estaca de solo cimento por ex. • Medida definitiva: desmontar a superestrutura e realização uma recompactação da plataforma. Ferrovias 13/03/2015 9 Principais Defeitos da Via Permanente 17 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias LASTRO COLMATADO 2. Degradação da própria pedra de lastro A decomposição da pedra britada do lastro é um processo natural de desgaste do material e está ligado a vida útil do material. Ensaios na Brita: • Dureza • Abrasão Granulometria inadequada % de material passante nas peneiras com diâmetro menor é muito elevado. A elevada quantidade de material miúdo provoca contaminação. Principais Defeitos da Via Permanente 18 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias LASTRO COLMATADO 3. Contaminação externa Linhas que transportam produtos a granel tem seu lastro bastante contaminado, mais gravemente na origem de seu carregamento. Produtos agrícolas: fazem com que sejam necessário um ciclo rigoroso e adequado de capina química para controlar o crescimento da vegetação oriunda do próprio produto transportado. Produtos inertes (minério): Provocam uma contaminação que enrijece o lastro, transformando-o, praticamente me uma peça de concreto. Ferrovias 13/03/2015 10 Principais Defeitos da Via Permanente 19 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS • Abordados segundo os aspectos internos ou superficiais. 1. Defeitos internos: tem mais ligação com segurança, em que é alto o risco de se transformarem em fraturas e ocasionarem acidentes. 2. Defeitos superficiais: também levam a fraturas em médio e longo prazo, sendo mais comum que seus aspectos estejam ligados à manutenção e à vida útil do componente. ORIGEM: fabricação ou serem decorrentes da utilização em campo. Principais Defeitos da Via Permanente 20 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS • Defeito originado na fabricação Inclusão de materiais que deveriam ter sido expelido na laminação. Hidrogênio (por ex.) Composição do aço com concentração de materiais residuais indesejáveis que permanecem no corpo do trilho Altas tensões residuais deixadas no corpo do material sem o devido processo de alívio. Ferrovias 13/03/2015 11 Principais Defeitos da Via Permanente 21 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 1. Defeitos internos Caracterizados de acordo com a norma utilizada. Sua nomenclatura esta ligada à forma como os defeitos ocorrem no interior do trilho. COMO DETECTÁ-LOS: Equipamentos de ultrassom Principais Defeitos da Via Permanente 22 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 1. Defeitos internos TRINCA VERTICAL NO BOLETO (VSH) • A trinca interna percorre o boleto longitudinalmente no sentido vertical. • Consequência: fragmentação do boleto com abertura de bitola. Ferrovias 13/03/2015 12 Principais Defeitos da Via Permanente 23 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 1. Defeitos internos TRINCA HORIZONTAL NO BOLETO (HSH) • A trinca interna percorre o boleto longitudinalmente no sentido horizontal. • Consequência: fragmentação do boleto que solta sua parte superior. Principais Defeitos da Via Permanente 24 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 1. Defeitos internos TRINCA DE PATINAGEM DE RODA (EBF) • Trinca pelo destemperamento superficial do aço quando ocorre uma patinagem das rodas da locomotiva. • Consequência: propagação da trinca interna podendo levar ao rompimento completo do perfil. Ferrovias 13/03/2015 13 Principais Defeitos da Via Permanente 25 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 1. Defeitos internos TRINCA SEPARANDO ALMA BOLETO (HWS) • A trinca se propaga na ligação da alma com o boleto. • Consequência: soltura completa do boleto, ocasionando perda de contato e bitola. Principais Defeitos da Via Permanente 26 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 1. Defeitos internos TRINCA TRANSVERSAL NO BOLETO (TTF) • A trinca ocorre transversalmente ao perfil, reduzindo sua área de contato real. • Consequência: fratura completa da seção Ferrovias 13/03/2015 14 Principais Defeitos da Via Permanente 27 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 1. Defeitos internos TRINCA DE FRAGMENTAÇÃO NO BOLETO (TDF) • Normalmente ocorre no boleto por motivos de fabricação do material. • Consequência: Soltura de partes dos trilhos com diferentes diâmetros. Principais Defeitos da Via Permanente 28 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 1. Defeitos internos TRINCA COMPOSTA (TDCF) • MAIS PERIGOSA • Sua ocorrência pode levar a fraturas de grandes comprimentos de trilhos em diversas direções. Ferrovias 13/03/2015 15 Principais Defeitos da Via Permanente 29 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 1. Defeitos internos TRINCA EM SOLDA ELÉTRICA (DWP) • Defeito que acontece em soldas elétricas, tanto no sentido horizontal quanto transversal. TRINCA EM SOLDA ALUMINOTÉRMICA (DWF) • Defeito que acontece em soldas aluminotérmica, tanto no sentido horizontal quanto transversal. Principais Defeitos da Via Permanente 30 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 1. Defeitos internos TRINCA VERTICAL EM ALMA (VSH) • Trincas longitudinal que acontece na alma. Apresenta-se no sentido vertical e pode ter grandes extensões. • Consequência: ligada à fratura completa da seção. Ferrovias 13/03/2015 16 Principais Defeitos da Via Permanente 31 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 1. Defeitos internos TRINCA NOS FUROS DAS JUNTAS (BHJ) • Trincas de propagação que normalmente acontece entre os furos por ser a região mais fragilizada pelos impactos das rodas na região de transição. Principais Defeitos da Via Permanente 32 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 1. Defeitos internos TRINCA NOS FUROS FORA DA SOLDA (BHO) • Defeitos ligando furos não pertencentes a região de junta. Muito comuns próximos às soldas em que houve destemperamento por aquecimento do aço durante o processo de união. Ferrovias 13/03/2015 17 Principais Defeitos da Via Permanente 33 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS Gravidade dos defeitos O grau de urgência para solução de um defeito poderá ser definido conforme características e recursos de correção da ferrovia. • Classificação de risco: 1. Condição 0 – tráfego interditado 2. Condição 1 – tráfego com restrição de velocidade 3. Condição 2 – tráfego em Velocidade Máxima Autorizada - VMA para o trecho de forma provisória.4. Condição normal – tráfego com velocidade normal, sem restrições por defeitos em trilhos Principais Defeitos da Via Permanente 34 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS Gravidade dos defeitos O grau de urgência para solução de um defeito poderá ser definido conforme características e recursos de correção da ferrovia. • Prazo de atendimento: 1. Condição 0 – atendimento imediato 2. Condição 1 – atendimento em médio prazo ( 1 a 2 dias) 3. Condição 2 – atendimento é maior que 7 dias Ferrovias 13/03/2015 18 Principais Defeitos da Via Permanente 35 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 2. Defeitos Superficiais Defeitos que ocorrem na superfície de rolamento do trilho Origem na sua própria utilização • Surgem em decorrência do passar das rodas dos ativos ao mesmo tempo em que também são danificadas as respectivas rodas. • Defeito cíclico solução está ligada à melhoria de todo o conjunto roda-trilho. Principais Defeitos da Via Permanente 36 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 2. Defeitos Superficiais Defeitos mais comuns: • Head check • Shelling • Spalling • Squat • Ondulações ou corrugações Ferrovias 13/03/2015 19 Principais Defeitos da Via Permanente 37 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 2. Defeitos Superficiais Head check • Primeiro sintomas dos danos superficiais ocorre com o surgimento do head check • Corresponde a microfissuras localizadas na zona de contato onde a roda exerce maior pressão. • Trafégo unidirencional fácil perceber o sentido da ruptura representado pelo esforço de tração e frenagem dos rodeiros sempre da mesma forma (aparência de descamação) Verificação da cabeça Principais Defeitos da Via Permanente 38 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 2. Defeitos Superficiais Head check A eliminação de suas trincas subsuperficiais evita a perda do trilho pela fratura precoce. Dado mais atenção ao Processo do esmerilhamento Ferrovias 13/03/2015 20 Principais Defeitos da Via Permanente 39 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 2. Defeitos Superficiais Shelling • Mecanismo de formação é o mesmo iniciado pelo head check estado de degradação é mais avançado observa-se soltura de fragmentos do boleto do trilho pela formação das trincas subsuperficiais. • Ocorrência: devido o aumento da tensão de contato, que pode ocorrer pelo passeio de rodas com bandagem de rolamento deformada (friso falso) Bombardeamento de fragmentos Principais Defeitos da Via Permanente 40 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 2. Defeitos Superficiais Spalling • Defeitos causados normalmente pela patinagem de rodas que promovem o destemperamento do aço • A continuidade do tráfego por esta zona fragilizada incide em defeitos superficiais que causam o desagregamento do material solta pedaços do boleto. • Shelling avançado formato é mais aleatório devido a dinâmica do aquecimento sofrido. Escamação Ferrovias 13/03/2015 21 Principais Defeitos da Via Permanente 41 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 2. Defeitos Superficiais Squat • Defeitos que ocorrem em trilhos posicionados nas tangentes. • Caracterizado pelo surgimento de uma área escura • Propagação ocorre longitudinalmente ao trilho. Acima de 20 mm podem se propagar transversalmente fratura completa • Início em problemas na própria composição do aço ou por esforços de tração das locomotivas. Achatamento Principais Defeitos da Via Permanente 42 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 2. Defeitos Superficiais Ondulações ou corrugações (fadiga superficial) • São áreas polidas que ocorrem na superfície de rolamento dos trilhos, guardando entre si distâncias regulares de 4 a 5 cm. • Apresentam contorno circulares ou elípticos – mais comum • As áreas polidas formam ressaltos surgimento de depressões escuras acúmulo de pó de óxido de ferro. Ferrovias 13/03/2015 22 Principais Defeitos da Via Permanente 43 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 2. Defeitos Superficiais Ondulações ou corrugações • Diferença de nível entre ressaltos e depressões 0,1 a 0,4 mm • Diferença de nível entre ressaltos e depressões 8 a 40 cm ondas ocorrendo em trechos em tangentes ou em curvas de grandes raios • Localizadas no arredondamento interno dos boletos de ambos os trilhos de uma linha Principais Defeitos da Via Permanente 44 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias DEFEITOS EM TRILHOS 2. Defeitos Superficiais Fatores na formação das Ondulações ou corrugações • Superelevação da linha • Lubrificação • Contato roda-trilho • Efeitos de bitola • Desgaste do trilho • Rigidez da linha • Vibração vertical do truque • Transferência da ondulação • Volume de tráfego • Curva com raios apertados Ferrovias 13/03/2015 23 45 ENGENHARIA CIVIL Ferrovias Manutenção da Via Permanente Ferrovias Próxima aula...
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