Autor: Dr. David Rhodes, Ex-Diretor Técnico da Pandrol

Fixação de trilhos para aplicações de transporte de cargas pesadas

O especialista em fixações de trilhos, Dr. David Rhodes, analisa como os requisitos especiais das ferrovias de transporte de cargas pesadas podem ser atendidos com a especificação de fixações

 

“Com isso em vista, em aplicações de transporte de cargas pesadas, as fixações de trilhos não precisam fazer nada mais do que em qualquer outra ferrovia. Seções mais pesadas de trilhos e maior espaçamento entre os dormentes podem compensar cargas mais elevadas nos eixos e a carga sobre as fixações não precisa ser mais alta do que o normal. Entretanto, na prática, as exigências dos operadores especializados em transporte de cargas pesadas são tais que geralmente são necessárias abordagens bastante diferentes para o projeto dos componentes da via.

O projeto detalhado dos sistemas de fixação de trilhos afeta parâmetros como bitola, rigidez da via e inclinação do trilho, o que  afeta, por sua vez, a mecânica da interface entre roda e trilho. É claro que tudo isso torna a especificação de fixação um fator crítico para manter as ferrovias funcionando sem problemas, mas no caso das ferrovias de transporte de cargas pesadas, três fatores adicionais são destacados, que se combinam para tornar essas exigências ainda mais desafiadoras.

Alta tonelagem de passagem anual

Em primeiro lugar, em comparação com as ferrovias convencionais, a tonelagem anual de passagem das ferrovias de transporte de cargas pesadas pode ser muito alta.  Em aplicações convencionais, 20 milhões de toneladas por ano constituem uma linha bastante movimentada. Em operações de transporte de cargas pesadas, 200 milhões de toneladas por ano não é incomum. O efeito óbvio disso é que se os componentes ainda precisarem de manutenção ou substituição após a mesma tonelagem de passagem acumulada, essa necessidade de manutenção será atingida em um tempo muito menor. O que é menos óbvio é o efeito que isso tem sobre a análise do custo do ciclo de vida. As atividades de manutenção que seriam calculadas com desconto a um valor líquido insignificante em uma ferrovia convencional, porque ocorreriam mais no futuro, são muito mais significativas em ferrovias de transporte de cargas pesadas.

No nível detalhado das fixações dos trilhos, o custo de manutenção e substituição não está no custo dos componentes em si, mas no custo da mão de obra e do fechamento das vias. Há benefícios econômicos consideráveis em substituir os componentes de via pequenos apenas quando outros trabalhos de manutenção, tais como reencarrilhamento, estejam sendo realizados. Isso sugere que é possível fazer economias consideráveis garantindo que a vida útil dos componentes de fixação exceda a vida útil do trilho, e isso se torna mais um desafio à medida que a vida útil do trilho é prolongada, com as principais linhas ferroviárias de transporte de cargas pesadas dos EUA esperam agora que os trilhos durem por 3 bilhões de toneladas de tráfego em via reta. No caso de uma linha de transporte de cargas pesadas com alta tonelagem de passagem anual, o valor atual líquido dessa economia é suficientemente alto para justificar o investimento em componentes mais duráveis.

Forças de tração elevadas

Em segundo lugar, os efeitos das forças de tração sobre as tensões longitudinais da via podem ser muito significativos. Para a maioria das ferrovias, uma vez que a via tenha sido projetada para lidar com forças devidas à expansão e contração térmica dos trilhos e as forças máximas de frenagem esperadas, ela será então, por padrão, suficientemente forte para resistir às forças de tração aplicadas.  Em aplicações de transporte de cargas pesadas, isso não acontece. Em rampas, a aplicação sustentada de altas forças de tração, trem após trem, pode induzir modos de falha da via não observados em outros lugares. Geralmente, o primeiro sinal de falha são movimentos irregulares dos dormentes, que se desviam e se deslocam em relação aos trilhos e ao lastro.

A solução para esse problema está no projeto, construção e manutenção de um leito de via de alta qualidade e na atenção à seleção de fixações de trilhos com elasticidade de cisalhamento longitudinal adequada. Testes realizados em várias ferrovias ao longo de vários anos têm mostrado que diferentes tipos de palmilhas de trilhos com desempenho semelhante em testes de homologação convencionais , no entanto, apresentam desempenho bastante diferente em termos de mitigação dos efeitos das altas forças de tração.

Climas extremos

Por fim, as ferrovias para transporte de cargas pesadas não costumam exigir todos esses requisitos em alguns dos ambientes mais hostis que nosso planeta tem a oferecer. Como as jazidas de minerais, especialmente o minério de ferro, são exploradas em locais cada vez mais inacessíveis, torna-se necessário construir ferrovias que possam ser construídas, operadas e mantidas em condições climáticas extremas. Para componentes feitos de aço e concreto não é muito difícil, mas há duas coisas em especial que funcionam de maneira bem diferente em extremos de temperatura e umidade.

Os maiores problemas técnicos são aqueles associados aos plásticos. Dentro do sistema de fixação de trilhos são utilizados plásticos para fornecer isolamento elétrico, resiliência e, às vezes, elementos de desgaste de sacrifício. Materiais como o nylon funcionam bem na maioria dos climas, mas são amolecidos em condições quentes e úmidas e tornam-se quebradiços em condições secas. Muitos esforços estão sendo feitos para encontrar aditivos que possam mitigar esses efeitos ou para avaliar o uso de polímeros de engenharia completamente diferentes que podem não oferecer o melhor desempenho em condições “médias”, mas que funcionam aceitavelmente bem em uma grande variedade de ambientes extremos.

Outra coisa que não funciona tão bem em climas extremos é o corpo humano! Isso pode não parecer uma questão técnica, mas o fato é que ainda esperamos utilizar muito trabalho manual na construção e manutenção das vias. Quando as linhas de transporte de cargas pesadas são construídas em locais inacessíveis e inóspitos, as pressões para introduzir mais automação e prolongar os intervalos de manutenção são aumentadas devido aos fatores humanos adicionais que devem ser levados em conta.

Especificações e normas

A maioria das ferrovias de transporte de cargas pesadas que estão sendo planejadas ou construídas hoje são propostas não por ferrovias estabelecidas, mas por empresas de mineração. A ferrovia passa a fazer parte do projeto de mineração, pois é a forma mais econômica e confiável de transportar mercadorias a granel da origem até o consumidor e, assim, na maioria dos casos, todo o trabalho de projetar, construir e até mesmo operar a ferrovia é submetido a concurso, da mesma forma que qualquer outro investimento de capital. Esse processo requer uma especificação de desempenho técnico que pode ser escrita em um contrato comercial. O problema é que nenhuma norma técnica estabelecida leva em conta os tipos de fatores que foram discutidos acima. Para tornar ainda mais difícil, as normas técnicas que existem dentro das redes ferroviárias individuais são estreitamente interdependentes.

Por exemplo,  o cálculo das cargas que são aplicadas para testar um dormente ou sistema de fixação de trilhos baseia-se em suposições sobre a rigidez e consistência do leito da via. Isso, por sua vez, baseia-se em outra suposição, a de que limites de manutenção de via especificados em outras partes do sistema serão observados. E esses limites baseiam-se na avaliação empírica de condições particulares de via e tráfego. Simplesmente adotar especificações técnicas de uma linha ferroviária e aplicá-las a outra em outra parte do mundo raramente é suficiente. A indústria ferroviária de transporte de cargas pesadas tem um forte histórico de compartilhamento de conhecimentos técnicos por meio de organizações como a IHHA. É por meio desse processo que melhores práticas podem ser “exportadas” para projetos novos e mais desafiadores.

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