Autor: Thomas Lorent
Inovação na integração urbana, mitigando ruídos e vibrações das ferrovias do centro da cidade
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O que causa ruído e vibração?
O princípio básico do transporte ferroviário é o contato sólido e de baixo atrito, aço com aço, entre a roda e o trilho. Esse é o motivo da eficiência do transporte ferroviário (baixa manutenção, alta carga por eixo…), mas também seu principal fardo, pois isso gera ruído e vibração.
O ruído direto no transporte urbano deve-se principalmente ao ruído de rolamento que é produzido pelas rodas e trilhos do trem como resultado de sua vibração. Esse ruído viaja pelo ar, desde a linha férrea até as pessoas localizadas nas proximidades.
Mas esse não é o único aborrecimento. A vibração produzida pelo contato sólido entre o aço das rodas e o aço dos trilhos vai para o solo e chega aos prédios próximos onde é “convertida” em ruído secundário, quando paredes e pisos vibram e atuam como alto-falantes gigantes. Esse ruído secundário é chamado de ruído estrutural e é um problema para os vizinhos da via, mesmo com as janelas fechadas!
Com as novas vias e os novos materiais circulantes, é provável que o ruído seja mínimo, no entanto, assim que ocorrem até mesmo pequenas imperfeições na geometria e na superfície da roda, ou da via, surgem então vibrações. Essas logo se tornam perceptíveis pelos moradores locais, levando a reclamações.
Como todos os operadores sabem, frenagens muito bruscas pelos condutores, ou folhas na linha tornando os trilhos escorregadios, podem causar deslizamentos de rodas, levando a áreas planas nas rodas que criam ruídos que podem ser ouvidos pelos passageiros e residentes locais, já que as rodas danificadas impactam nos trilhos duros abaixo delas.
Curvas acentuadas na via podem causar grandes problemas para aqueles que vivem nas proximidades por causa do ruído estridente. Isso pode ser ainda mais problemático pela manhã, quando cada veículo que sai do depósito, que geralmente é cheio de curvas fechadas, gera um alto ruído de rangido ao passar sobre a via curva.
Entretanto, o barulho mais comum e alguns dizem ser o mais irritante, é o som “tac-tac” dos trilhos que surge como resultado de um trem passando por cima de um defeito local. Há várias possíveis causas. Um condutor que acelera muito em um trecho da via pode levar à derrapagem das rodas, o que, por sua vez, cria um pequeno recuo na via. Um trilho mal soldado ou retificado, ou fixado com talas de junção, também levará a um defeito na cabeça do trilho.
Zonas com muita frenagem ou aceleração e, em alguns casos, o comportamento de movimento do trem em curvas pode levar à ondulação do trilho, em que um defeito é replicado em curtos intervalos ao longo da via, causando ainda mais distúrbios sonoros.
A outra grande causa de ruído e vibração é aquela transmitida para a estrutura de uma ponte ou viaduto. Isso faz com que a estrutura produza ruído, que se propaga pelo ar até as pessoas abaixo e ao lado dessas estruturas. Se houver imprecisões na geometria da via, como em seu alinhamento, isso também pode resultar em vibrações.
Por fim, e apesar da notável melhoria no seu design, as comutações e cruzamentos na via são uma fonte de ruído e vibração significativa, pois envolvem folgas e mudanças de alinhamento para guiar as rodas.
Qualquer que seja o motivo do ruído, uma característica comum é que uma vez que os residentes são sensibilizados às vibrações e níveis de ruído que afetam suas propriedades, é necessário que haja uma mudança significativa para mitigar a perturbação.
Controle de ruído e vibração
Existem quatro maneiras, no nível da via, de limitar o ruído e o incômodo da vibração aos vizinhos.
Elas são:
- Oferecer um novo sistema ferroviário de última geração
- Monitorar e fazer a manutenção do sistema ferroviário
- Reduzir a degradação da via adicionando resistência a ela
- Mitigar ruídos e vibrações
Em geral, a melhor maneira de mitigar o impacto do ruído e da vibração é integrar contramedidas no projeto de uma via nova ou atualizada. Com ruído e vibração, a prevenção é muito mais fácil do que a remediação, e a atenuação precisa ser cuidadosamente considerada e incorporada em todos os bondes, ferrovias e sistemas metroviários modernos.
Integração de soluções de ruídos e vibrações no design da via
A construção deve ser feita cuidadosamente para evitar todos os defeitos locais que geram ruído e vibração (geometria suave da via, projeto adequado da roda e interação dos trilhos, soldagem e retificação adequadas dos trilhos, resiliência básica na via). Geralmente é incorporado algum nível de resiliência às vias modernas, para atenuar a transferência de forças dinâmicas da roda/trilho para o suporte da via. Isso proporciona uma qualidade inicial de via que visa evitar a geração de vibrações.
Monitoramento da qualidade da via e das rodas
Garantir a qualidade e a geometria da via é essencial para mitigar o ruído e a vibração. Para isso, o estado da via precisa ser constantemente monitorado e qualquer manutenção e reparos devem ser realizados de forma eficiente para reduzir a vibração e evitar que ela se agrave ou cause problemas secundários com a via. O kit de soldagem de reparo de defeitos na cabeça (HWR) da Pandrol é uma solução popular, pois fornece uma solução rápida e econômica para reparar defeitos em cabeças de trilhos e diminui significativamente o custo de manutenção de redes ferroviárias modernas. O processo HWR oferece novas capacidades à manutenção ferroviária ao permitir a remoção de defeitos de até 1 polegada, dependendo do perfil do trilho. Por exemplo, o reparo de soldas Flashbutt, que muitas vezes apresentam defeitos.
O monitoramento ativo das rodas deve ser realizado para garantir que os conjuntos de rodas do trem estejam em bom estado de conservação e não danifiquem a via. Essa questão levou ao desenvolvimento do WheelChex®, que permite aos gestores compreenderem melhor o desempenho das rodas dos trens ou do metrô e permitir a criação de planos de projeto e manutenção adequados. WheelChex® é um único dispositivo de medição que integra três tecnologias de medição e mede a aceleração dos trilhos tanto vertical como lateralmente, bem como a temperatura central dos trilhos.
Controle da qualidade das vias por resiliência
Além da manutenção da via e das rodas, a introdução de um meio elástico com características específicas, ou seja, resiliência da via, ajuda a manter a qualidade da via a um nível superior ao longo de sua vida útil.
Por exemplo, em trilhos sem lastro, as palmilhas sob dormentes (USP) da Pandrol são sistemas resilientes feitos sob medida, projetados para reduzir a manutenção dos trilhos, aumentar a qualidade da via e também podem proporcionar a atenuação da vibração por meio da fixação de elementos elásticos na superfície inferior dos dormentes.
Ter uma rigidez bem definida e/ou suporte contínuo do trilho também reduz a ondulação do trilho e o subsequente aumento da vibração, bem como a necessidade de retificação para manutenção. Isso pode ser alcançado graças ao suporte contínuo do QTrack® da Pandrol ou sistemas de placas de base de alta resiliência como o Vanguard e o DFF ADH aderido da Pandrol.
Princípios de isolamento de trilhos
Se essas três primeiras medidas não forem suficientes, a vibração gerada pelos sistemas ferroviários precisa ser ainda mais atenuada. A ideia básica é criar um sistema de massa-mola com a via introduzindo um meio elástico com características específicas e amortecimento que isole a via. O resultado é que a energia de vibração permanece na via e não é transmitida para os vizinhos.
Para simular as condições e monitorar a eficácia de nossas soluções, a Pandrol desenvolveu o software Track Elastic Model (TEM). Ele também pode ser utilizado para simular condições na transição entre dois tipos diferentes de via e, assim, suavizar o design para evitar a degradação local e, portanto, o aumento das vibrações.
Existem vários níveis de redução de vibração que podem ser alcançados por diferentes métodos. Estes vão desde a introdução de fixações suaves, até a integração de trilhos sobre lajes flutuantes muito macias, dependendo dos requisitos e condições específicas do projeto.
As soluções suaves da Pandrol incluem VIPA, as placas de base DFF ADH aderido e DEE, bloqueios de borracha e palmilhas sob dormentes. Essas soluções ajudam a reduzir o impacto e as vibrações em áreas urbanas, em que as necessidades são de baixas a médias. Mantas macias sob lastros são outra opção a ser considerada em caso de vias com lastro.
A solução preferida de muitos metrôs é o sistema VIPA DRS da Pandrol, que é adequado para instalação em vias sem lastro e áreas onde é necessária a redução de vibração e ruído secundário. Ela possui uma placa de base com e-Clip da Pandrol que é montada em uma palmilha de borracha natural com relevos que proporciona resiliência ao sistema. Dentro de limites, a configuração pode ser ajustada para atender às exigências de cargas e rigidez dos eixos. O VIPA DRS foi instalado em grandes cidades como Bangkok, Chennai, Delhi, Dubai, Hong Kong, Istambul, Kolkata, Kuala Lumpur, São Paulo, Seul e Singapura.
Para maiores exigências de atenuação, as soluções VANGUARD e de mantas de laje flutuante (FSM) da Pandrol são recomendadas.
Vanguard
O Vanguard da Pandrol é um sistema de fixação de trilhos com rigidez dinâmica vertical muito baixa que resulta em altos níveis de isolamento de vibrações. É adequado para uso em dormentes de concreto ou madeira, trilhos sobre laje em pontes, túneis e viadutos. Suas vantagens incluem o fato de ser um sistema de perfil muito baixo, que pode ser facilmente adaptado, com vários designs de dimensões, e oferece altos níveis de ajuste lateral e vertical. Diversas cidades, incluindo Barcelona, Madri, Milão, Londres, Estocolmo, Sidney, São Paulo, Filadélfia e Boston, implementaram instalações de ajuste em suas ferrovias utilizando este sistema. Em vários casos foi demonstrado que foram alcançadas reduções nos níveis de ruído em estruturas da ordem de 10 a 12 dBA. Isso foi suficiente para reduzir o ruído a um nível em que ele é pouco perceptível, eliminando completamente as reclamações.
Manta de laje flutuante
Mantas de laje flutuantes são instaladas abaixo dos trilhos sobre laje para proporcionar excelente atenuação de vibração, pois isso cria um sistema de massa-mola muito eficiente que funciona perfeitamente tanto em condições diurnas (veículos totalmente carregados) quanto noturnas (veículos vazios com limites de ruído muito exigentes).
Como exemplo, o bonde elétrico de Bruxelas STIB-MIVB optou por instalar as mantas de laje flutuante (FSM) da Pandrol para mitigar o ruído e a vibração. Mais de 150.000 m2 de FSM foram instalados em setores urbanos movimentados com tempo de intervenção limitado. As exigências eram extremamente altas, pois os moradores locais reclamavam regularmente do ruído e vibração dos bondes em ruas estreitas e movimentadas. Desde que a solução FSM foi implementada, o nível de reclamações dos moradores sobre ruído e vibração tem sido mínimo. Várias outras cidades implementaram essas soluções em todo o mundo, incluindo Chennai, Sydney, Portland, Los Angeles, Toronto, Atenas, Lisboa, Madrid, Roma, Milão, Florença, Bergen, Budapeste, Szeged, Sofia, Alger, Casablanca, Rio de Janeiro e Santiago.
Nas áreas mais exigentes, um sistema ainda mais eficiente é a palmilha de laje flutuante, em que as mantas resilientes são substituídas por palmilhas discretas mais macias. Isso implica no uso de trilhos sobre laje pré-fabricados, tornando a solução mais cara, mas proporciona um nível premium de atenuação de vibração e um sistema de fácil instalação e renovação. Esse sistema é ideal em qualquer projeto de túnel altamente exigente. A cidade de Barcelona utiliza esse sistema desde o final dos anos 90 para a total satisfação de seus cidadãos.
