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  • Paulo Lobato

Defeitos em trilhos

Atualizado: 15 de abr.


Introdução


No post anterior, discutimos sobre as definições e aplicações dos trilhos. Já neste post, vamos falar sobre os defeitos deste componente, tanto interno, quanto superficiais; bem como sua vida útil por desgaste por fadiga.


Em primeiro lugar precisamos entender porque é necessário conhecer a vida útil do trilho e seu progresso de degradação. Para isso, separei alguns tópicos sobre essa necessidade:

  • Selecionar melhor as características do trilho a ser utilizado

  • Identificar falhas sistêmicas de processo de manutenção

  • Reduzir a necessidade de grandes estoques de trilho

  • Priorizar melhor a aplicação nos locais que realmente precisam de intervenção

  • Planejar melhor os grandes serviços de renovação de via

Outro ponto que é importante entender é o porquê surgem esses defeitos nos trilhos. Resumidamente, isso ocorre devido à dinâmica de contato roda-trilho, a qual gera esforços verticais, longitudinais e/ou laterais, causando desgaste e fadiga do trilho.


Vida útil do trilho por desgaste


Para exemplificar um desgaste muito comum, trouxemos a imagem a seguir. Nesta conseguimos identificar à esquerda um trilho sem defeito e à direita um perfil comum de desgaste de trilho.


Trilho em perfeito estado x Trilho desgastado

Esse desgaste pode ser mensurado de maneira automatizada e/ou manual. Na imagem a seguir temos um medidor desgaste da BRFERROVIA que mede o desgaste horizontal e vertical do trilho. Se você trabalha com manutenção de via pode solicitar nosso catálogo e ver mais produtos como este:

Medidor de desgaste de trilho MDTA.90

As formas mais comuns de medir o desgaste do trilho são:

  • Através da perda da área do boleto

  • Através do desgaste lateral e vertical

Para medir o desgaste através da perda de área do boleto, necessitamos de um instrumento que seja capaz de desenhar todo o perfil do trilho e a partir disso calcular a perda de área do boleto. Já o desgaste vertical e horizontal pode ser medido com o aparelho da figura anterior.


A perda máxima admitida da área do boleto é de 25% para veículos de cargas perigosas e para passageiros. Esse número está na resolução da ANTT e deve ser seguido pelas concessionárias ferroviárias.


É válido relembrar que a resistência ao desgaste pode ser minimizada por meio do tratamento térmico do boleto e/ou através da lubrificação da lateral do boleto.


Vida útil do trilho por fadiga


O primeiro ponto a ser destacado aqui é o conceito de fadiga, a qual é uma degradação progressiva estrutural de materiais sob ciclos de carregamento. Nas ferrovias, os trilhos estão sujeitos a ciclos de cargas muito intensas. No exemplo abaixo, demonstramos um ciclo de esforços em um trilho com a passagem de uma composição com vagões carregados com 16 t/roda.

Gráfico de Oscilação por Fadiga

Nas ferrovias Heavy Haul, em que as composições apresentam muitos vagões, com altíssimas cargas por roda e grande fluxo de trens, pode ocorrer de 10 milhões a 1 bilhão de ciclos de carregamento durante sua vida útil. Isso catalisa tanto defeitos internos, quanto defeitos superficiais nos trilhos.


Defeitos internos nos trilhos


Geralmente, os defeitos internos são originários de falhas de fabricação ou fim de vida útil devido a carregamentos sucessivos (fadiga). Para se desenvolver um defeito interno no trilho é necessário ele esteja sujeito a alguma forma de tensão:

  • Tensão de contato – tensão de contato da roda com o trilho

  • Tensão térmica – alongamento e retração constante do trilho devido à variação de temperatura

  • Tensão residual – provenientes da fabricação do trilho

Quando o defeito se desenvolve ele pode se tornar detectável por ultrassonografia. Posteriormente, falaremos um pouco mais sobre isto.


Classificação dos defeitos internos nos trilhos de acordo com o seu desenvolvimento.

Os defeitos internos podem ser classificados de acordo com seu desenvolvimento. As características geralmente utilizadas para a classificação dos defeitos internos são:

  • Direção de propagação: transversal, vertical ou horizontal.

  • Local de surgimento: boleto, alma, patim, furo, solda, junta.

  • Tipo de solda: elétrica, aluminotérmica, a gás.

  • Tamanho: pequeno, médio ou grande.

  • Velocidade de progressão: normal, rápida, repentina.

É importante mencionar que a análise de falhas em trilhos serve para identificar lotes de trilhos com falhas de fabricação, identificar falhas sistêmicas de processo de manutenção e selecionar melhor as características do trilho a ser utilizado em determinado trecho de ferrovia.

A tabela a seguir é usada por técnicos de ultrassom de ferrovias, a qual mostra a classificação das trincas em relação ao seu desenvolvimento. Esse modelo foi retirado do Manual Técnico da Via Permanente da Ferrovia Centro Atlântica.

Tabela de classificação das trincas em relaçao ao seu desenvolvimento

Legenda

T – Transversal

LH – Longitudinal e Horizontal

LV – Longitudinal Vertical

C – Composta


Classificação dos defeitos internos nos trilhos em relação à velocidade de propagação

  • Evolução normal – na imagem a seguir, trouxemos dois exemplos de evolução normal.


  • Evolução rápida

  • Evolução repentina



Na imagem a seguir conseguimos identificar várias velocidades de progressão do defeito em um único trilho:

Trouxemos um exemplo no qual podemos identificar um exemplo de separação vertical do boleto em dois estágios. Na passagem do primeiro estágio para o segundo uma parte do boleto se descolou do restante do trilho.


Separação vertical do boleto em dois estágios

Abaixo podemos identificar outros exemplos de múltiplos estágios:

Trilho com defeito interno em mutíplos estágios

Múltiplos Estágios de Evolução

Um defeito pode ficar por muito tempo em um trilho sem ser retirado e isso é identificado pelo desgaste dos defeitos.

Exemplo de defeito de desgaste

Defeitos internos transversais

A seguir pode-se observar um defeito comum com origem nuclear associado à fissura transversal, inerente ao processo de fabricação:

Defeito interno transversal

Na próxima imagem é notório a presença de uma fissura composta com evolução em diferentes sentidos e velocidades:

Fissura composta: evolução normal e repetina

Abaixo mostramos mais exemplos de defeitos internos transversais:

Múltiplos estágios de progressão originado de headchecks
Fratura originando em escoamento com curto desenvolvimento
Fratura originando em escoamento com longo desenvolvimento

É importante ressaltar que o escoamento é um ponto concentrador de tensão. Ademais, ele, geralmente, está associado a desgaste severo em ferrovias de alta tonelada por eixo.

Evolução de defeito a partir de um patinado
Fratura por impacto repentino

Neste ultimo caso é possível dizer que o trilho não mostra nenhum sinal de evolução de fissura e a fratura do trilho ocorreu devido a um elevado impacto repentino. Além disso é mais comum em locais com pouca sustentação sob o trilho.


Defeitos internos longitudinais no boleto

Nas imagens a seguir pode-se observar um defeito originado de uma segregação ou inclusão inerente do processo de fabricação. Este pode ter separação horizontal e/ou vertical, e, geralmente, possui evolução rápida até a ruptura completa.


Separação horizontal no boleto
Separação vertical


Defeitos internos longitudinais na alma

Separação da alma do boleto em passagem de nível Separação da alma do boleto em juntas

Nas imagens acima, apresentamos exemplos de fratura longitudinal na alma do trilho. Este tipo de fratura é muito comum em passagens de nível e em juntas. Os defeitos associados à passagem de nível ocorrem devido à corrosão do trilho por alguns componentes do asfalto. Já nas juntas, a existência de defeitos se dá pelo impacto da roda com a face do trilho.


Na imagem a seguir tem-se fraturas longitudinais na alma, as quais são exemplo de defeitos internos longitudinais na alma.

Fraturas longitudinais na alma

As fraturas ocorrem devido a um dano mecânico causado à ela, desenvolvimento nas estampagens do trilho resultado de uma alta tensão residual gerada por diferentes processos produtivos, como, laminação por rolos, soldagem dos trilhos e instalação de juntas.


Há um defeito bastante incomum, que iremos citar apenas a título de curiosidade. Esse defeito é o tubular, mostrado na foto a seguir. Tal defeito se desenvolve a partir de um veio ou cavidade originários de falha no processo de fabricação.


Defeito de Trilho Tubular

Defeitos internos no patim

Este defeito em patim tem como possível causa alguma pancada ocorrida durante sua manipulação. Verifica-se que a fratura no patim do trilho originou-se de um entalhe.

Fratura no patim do trilho originada de um entalhe

Defeitos internos em solda

Os principais catalisadores de defeitos em soldas são:

  • quinas de rebarbagem

  • óxidos aprisionados

  • inclusão de escória

  • aquecimento impróprio

Já os principais fatores geradores de defeitos em soldas relacionados ao processo de soldagem são:

  • Falha no processo de soldagem

  • Utilização de material fora da validade ou úmido,

  • Falta de limpeza do cadinho longa vida

Como exemplo deste defeito, trouxemos a imagem abaixo de uma fratura em solda elétrica, originada em óxido aprisionado.

Fratura em solda elétrica originada em óxido aprisionado (catalisador)

Já na foto a seguir, há uma fratura em solda aluminotérmica por inclusão de escória

Fratura em solda aluminotérmica por inclusão de escória

Veja outros exemplos de defeitos internos em soldas:

Solda aluminotérmica apresentando severa porosidade
Quebra oblíqua em cordão de solda
Inclusão de óxido e fusão imprópria em uma fratura em solda por processo de gás pressurizado

Fissura em soldagem de cabo de bondeamento no boleto

Fissura em soldagem de cabo de bondeamento na alma

Outros defeitos internos em trilhos

Fratura no furo originada no quadrante inferior com significativa progressão

Os defeitos em furos geralmente estão associados a juntas desniveladas, furação malfeita, talas de junção excessivamente gastas, impactos anormais de material rodante.


Defeitos superficiais em trilhos


Defeitos superficiais em trilhos por fadiga

Na figura a seguir pode-se observar um exemplo de evolução de um defeito superficial por fadiga de contato roda-trilho


Outros defeitos superficiais em trilhos

O defeito abaixo é resultado da abrasão devido ao deslizamento da roda sobre o trilho de forma excessiva, comumente chamado de patinado. Isso potencializa as forças de impacto no trilho, podendo levar à ruptura repentina do trilho e impedir as leituras dos defeitos por ultrassom (não acoplamento).

Patinado

A corrugação do trilho é um defeito que se caracteriza por ondas que se formam na superfície de rolamento. Tais ondas podem ser do tipo:

  • Ondas curtas: 25-76 mm (linhas de passageiro e alta velocidade)

  • Ondas intermediárias: 76-609 mm

  • Ondas longas excedendo 609 mm

Corrugação

A corrugação de trilho pode ser extremamente desconfortável para os passageiros, além de acelerar sobremaneira o desgaste dos componentes de via e material rodante. Por isso, é necessário eliminar a corrugação do trilho com esmerilhamento.


Existe um aparelho capaz de mensurar a espessura necessária para esmerilhamento (dimensionamento), além de verificar a quantidade de material esmerilhado (aceite técnico). Abaixo, temos um medidor Gekon da KZV.

Gekon

Conclusão


No post de hoje vimos os fenômenos de degradação do trilho, bem como os esforços atuantes e os catalisadores dos defeitos. Ao estudar os defeitos nos trilhos, conseguimos não somente identificar falhas sistêmicas no processo, mas também, selecionar o trilho ideal. Para saber mais sobre este assunto faça o nosso curso Fundamentos de manutenção de via permanente. Confira outros post neste site, pois sempre postamos coisas novas e não esqueça de curtir e compartilhar.


Escrito por Paulo Lobato,PMP com colaboração de Laura Lima

Especialista em manutenção de via permanente ferroviária

Elevada experiência em gerenciamento de projetos e análise de viabilidade técnica-econômica de novos projetos

Engenheiro Civil formado pela UFMG em 2010 com curso de extensão em ferrovia e transportes pela École Nationale des Ponts et Chaussées em Paris/França

Certificado em Gestão de Projetos pelo Project Management Institute (PMI)

Certificado em Inglês Avançado (CAE) pela Cambridge University

Pós-graduado em Engenharia Ferroviária pela PUC-Minas

Pós-graduado em Gestão de Projetos pelo IETEC

Pós-graduado em Restauração e Pavimentação Rodoviária pela FUMEC

Contato: (31) 98789-7662

E-mail: phlobato01@gmail.com


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