Uma especificação correta das fixações oferece recompensas no transporte de cargas pesadas

Allen Goff, Vice-presidente de Vendas e Marketing da Pandrol na América do Norte, examina os desafios enfrentados pelas ferrovias de transporte de cargas pesadas e por que é tão importante obter as especificações de fixação certas desde o início. As ferrovias de transporte de cargas pesadas são geralmente encontradas em áreas com altas concentrações de depósitos minerais, que tendem a estar em algumas das áreas mais difíceis de se alcançar, as mais inóspitas do mundo. As ferrovias que percorrem esses terrenos difíceis, onde as temperaturas podem variar entre +40 °C e -40 °C e com uma tonelagem transportada que pode ultrapassar 200 mgt/ano, requerem uma fixação da via que seja capaz de atender a essas condições desafiadoras.

Muitas ferrovias de transporte de cargas pesadas também precisam lidar com o aumento da tonelagem à medida que os preços das commodities e os volumes mundiais se recuperam do baixo nível de alguns anos atrás. Neste contexto, muitas ferrovias de transporte de cargas pesadas foram construídas em uma época em que havia menor demanda por minerais e, portanto, menos toneladas eram transportadas. Nos EUA, por exemplo, a rede ferroviária de carga pesada utiliza alinhamentos que foram estabelecidos no século XIX, e em algumas vias ainda podem ser observados dormentes de madeira e fixações formadas por “prego de linha e âncora”.
O crescimento da tonelagem em algumas linhas ferroviárias resultou na deterioração prematura da geometria da via e problemas com as fixações, particularmente se essas tiverem sido especificadas incorretamente desde o início.

Nesse tipo de situação, que por sua própria natureza se encontra em locais remotos e de difícil acesso, é necessário um sistema de fixação que necessite de um mínimo de intervenção e que funcione a longo prazo.

Alta tonelagem anual 

Duzentos milhões de toneladas por ano não é uma quantidade de transporte incomum para uma ferrovia, em comparação com cerca de 20 milhões de toneladas por ano em aplicações de transporte de cargas não pesadas. Mesmo em ferrovias de transporte de cargas pesadas, a tonelagem real transportada excede em muito a tonelagem para a qual os sistemas de vias foram originalmente projetados, o que causa um aumento da tensão no sistema de vias, fixação e dormentes. Com essa tonelagem muito maior para transportar, poderia se esperar que a manutenção ou substituição de fixações fosse necessária com muito mais frequência. Portanto, ao substituir um sistema de fixação existente, é importante identificar uma solução de fixação de baixa necessidade de manutenção que possa suportar os rigores do tráfego moderno de cargas pesadas.

Quando se trata de fixações em transportes de cargas pesadas, o custo de manutenção e substituição é baixo se comparado ao custo de mão de obra e de fechamento de vias.  A maioria dos operadores de vias para transporte de cargas pesadas planeja substituir os componentes de via pequenos apenas quando outros trabalhos de manutenção, tais como reencarrilhamento, estejam sendo realizados.  Portanto, uma economia considerável pode ser feita ao garantir que a vida útil dos componentes de fixação exceda a vida útil dos trilhos.  Isso, entretanto, se torna mais desafiador à medida que a vida útil dos trilhos e a tonelagem transportada são aumentadas.  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.   Portanto, a economia líquida com investimentos em componentes de fixação duráveis pode ser recuperada em pouco tempo.

Forças de tração elevadas

As altas forças de tração podem causar tensões longitudinais na via e, portanto, afetar a especificação.  Em aplicações de transporte de cargas não pesadas, uma vez que a via tenha sido projetada para lidar com forças devidas à expansão e contração térmica, as forças máximas de frenagem esperadas serão então, por padrão, suficientemente fortes para resistir às forças de tração aplicadas.  No entanto, em aplicações de transporte de cargas pesadas com forças de tração mais elevadas, isso pode provocar falhas na via.  Isso se manifesta, antes de tudo, em 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 especial à especificação de fixações de trilhos com elasticidade de cisalhamento longitudinal adequada.  Testes em diferentes tipos de palmilhas para trilhos demonstraram um desempenho bastante diferente em termos de mitigação dos efeitos das altas forças de tração.

Definição das especificações

O terceiro fator que afeta as especificações das fixações é decorrente do fato de que a maioria das linhas ferroviárias de transporte de cargas pesadas é proposta por empresas de mineração, não por operadores ferroviários estabelecidos.  A ferrovia, portanto, 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.  Na maioria dos casos, o projeto, a construção e até mesmo a operação da ferrovia são submetidos a uma concorrência, da mesma forma que qualquer outro investimento de capital.

Isso deveria exigir uma especificação de desempenho técnico da via de transporte de cargas pesadas, porém, não há nenhuma norma técnica estabelecida que leve em conta os tipos de fatores que afetam as ferrovias de transporte de cargas pesadas.  Na prática, 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, o que tem ajudado a desenvolver melhores práticas que podem ser exportadas para projetos novos e mais desafiadores.  Isso está ajudando a moldar as especificações da fixação para garantir que ela atenda aos desafios particulares do mercado.

Norfolk Southern Railways USA

Uma linha ferroviária de transporte de cargas pesadas que ajudou a definir as especificações das placas de apoio para transporte de cargas pesadas foi a Norfolk Southern Railways.  Para esse projeto, a Pandrol colaborou com a Norfolk Southern Railways para o desenvolvimento pioneiro de uma placa de apoio padrão assimétrica de 18 polegadas em locais em que a inclinação inversa da via representasse um problema.   A linha ferroviária utilizava dormentes de madeira, mas todas as placas de apoio disponíveis na época no mercado com fixações elásticas tinham uma dimensão menor.   O desafio foi agravado pela maior potência das locomotivas, freios dinâmicos, a maior tonelagem (MGTs) por ano, maiores trechos de trilhos e a variação da resistência mecânica dos dormentes, que, quando combinados, exigiam uma nova especificação para um projeto de placa de apoio para transporte de cargas pesadas.

As mais críticas dessas especificações eram o contato com o dormente com a máxima área de apoio, aumento do contato do dormente com uma área de apoio maior, aumento da assimetria da área de apoio em relação ao lado exterior da via, uma carcaça de grampo que fica centrada na placa de apoio, espaço para quatro parafusos tipo tirefão e dois pregos e, por fim, economia de custos em relação a uma placa fundida.

A Pandrol introduziu a placa VICTOR, com a mesma dimensão que uma placa de apoio AREMA de 18 polegadas assimétrica padrão e incorporando um ressalto fundido que utiliza um e-Clip da Pandrol padrão para fixar o trilho à placa. A placa VICTOR foi projetada para acomodar altas cargas por eixo em dormentes de madeira.

O local se encontrava em uma curva de 6,0 graus (290 m de raio) em um gradiente de 0,09% com 3,5% (90 mm) de superelevação, transportando principalmente trens a carvão com uma tonelagem total anual de cerca de 40 MGT.   As placas VICTOR da Pandrol incorporavam o uso de pregos para prender a placa aos dormentes nessa linha ferroviária que utilizava principalmente pregos.  A placa VICTOR foi monitorada e observou-se que tinha um bom desempenho em relação a uma redução no corte da placa de apoio e ampliação da bitola, o que reduzia a  necessidade de manutenção para essa curva.

As placas de apoio VICTOR proporcionam uma área de apoio máxima, enquanto o uso de fixações Pandrol proporciona às ferrovias de transporte de cargas pesadas fixações resilientes com uma capacidade de retenção superior, evitando o deslocamento dos trilhos e reduzindo a manutenção.

A Norfolk Southern Railways especificou o uso das placas VICTOR da Pandrol com parafuso tipo tirefão também para aplicações em pontes.  Até o momento, a Norfolk Southern Railways já instalou mais de 3 milhões de placas VICTOR.  Essas placas têm se mostrado benéficas na redução do corte das placas, na inclinação inversa da via e nas condições de ampliação da bitola, além de proporcionar a contenção do deslizamento dos trilhos.  Ao abordar esses fatores, o operador ferroviário foi capaz de reduzir os custos de manutenção e aumentar a eficiência.

Alta capacidade, baixa necessidade de manutenção

Assim, fica claro que as fixações dos trilhos requerem melhor desempenho para poder suportar as cargas por eixo e curvaturas que podem levar a problemas como a inversão dos trilhos e a necessidade de manutenção contínua.   Os operadores de transporte de cargas pesadas estão cada vez mais buscando o uso de fixações que permitam uma mecanização de alto rendimento para instalação e manutenção que proporcione menores custos de instalação para os contratados e repita essas eficiências em operações de neutralização de tensões, reencarrilhamento e nas atividades de manutenção dos trilhos durante toda a vida útil do sistema de fixação.

A inovação nesse setor tem levado a soluções que superam muitos desses problemas e ajudam as empresas ferroviárias a conseguir menor manutenção e maior vida útil para seus sistemas de fixação.