Introdução
Nesta postagem, vamos falar da superestrutura da via permanente e, assim, dar sequência às postagens anteriores. Em um primeiro momento, vamos descrever o que é a superestrutura e, posteriormente, apresentar cada elemento que a compõe, bem como suas funções gerais.
A superestrutura é um segmento da via que está acima do sublastro e recebe os impactos diretos da carga. Seus principais componentes são: dormentes, fixações elásticas, fixações rígidas, trilhos, acessórios de trilhos e os aparelhos de mudança de via.
Dormentes
Os dormentes são travessas de conformação geralmente prismáticas onde os trilhos são fixados, sendo espaçadas uma das outras e posicionadas sobre o lastro no sentido transversal ao traçado da ferrovia.
Tal componente da superestrutura é responsável por receber e transmitir ao lastro os esforços produzidos pelas cargas dos veículos ferroviários, servindo de suporte dos trilhos, permitindo a sua fixação e mantendo constante a distância entre eles (bitola).
Fixações elásticas
Esse componente é responsável pela fixação dos trilhos aos dormentes através de uma placa de apoio e, por isso, devem possuir características elásticas que sejam capazes de conter esforços longitudinais e transversais. As fixações elásticas também devem absorver as vibrações dos trilhos e retensorar a via. Além disso, essas fixações devem amortecer os efeitos dinâmicos das cargas verticais. Os acessórios de fixação elástica também possibilitam que a pressão seja mantida constante sobre o trilho. Isso permite uma maior suavidade ao rolamento dos veículos ferroviários sem se afrouxar com o tráfego destes.
Os acessórios de fixação elásticas de madeira e plástico são:
Placas de apoio – são chapas colocadas entre trilhos e dormentes, com furos necessários à passagem dos elementos de fixação do trilho ao dormente
Tirefonds – são parafusos de rosca-soberba, com cabeça de base alargada na forma de aba e chapéu e tendo na face inferior a mesma inclinação do patim do trilho;
Arruelas de pressão.
Já os acessórios de fixação de aço e concreto são:
Ombreiras Hook-in Shoulder;
Almofadas ou palmilhas.
Fixações rígidas
As fixações rígidas possuem a característica de não absorver as vibrações e impactos inerentes à ação do tráfego ferroviário. Além disso, não mantêm constante a pressão de contato ao trilho e possui limitações no que se refere ao impedimento do deslocamento longitudinal dos trilhos. Por causa disso, existe a necessidade de se aplicar retensores na via. No entanto, ainda mantém a capacidade de mitigar o risco de tombamento do trilho.
Os componentes de fixação rígidas são:
Placas de apoio;
Tirefonds e;
Pregos de linha – possuem seção retangular, terminam em cunha, apresentam uma saliência que se apoia no patim do trilho e têm a mesma inclinação do patim na parte inferior e também saliência.
É válido falar que esse sistema de fixação ainda é comumente aplicado nas ferrovias americanas pela facilidade de aplicação. No Brasil, a fixação rígida é aplicada em linha de pouco tráfego e pátios de desvio.
Trilhos
Os trilhos são elementos que servem para guiar o veículo ferroviário no trajeto, dando sustentação, funcionando como viga contínua e transferindo as solicitações das rodas para os dormentes. Tal componente possui resistência à flexão que está associada às suas dimensões e formas. A seguir, explicamos sobre cada parte do trilho:
Boleto: Recebe a carga; área de contato adequada para reduzir pressão da roda e permitir desgaste.
Alma: Liga boleto ao patim; responsável por maior parte da resistência do perfil à carga máxima por eixo, quanto maior a altura da alma, maior a carga admitida por eixo
Patim: Transfere a carga do trilho aos dormentes; achatada para reduzir pressão no dormente e facilitar manuseio das fixações.
Cada perfil de trilho possui um formato geométrico diferente. Além disso, existem trilhos com diferentes propriedades físico-químicas. Na imagem acima vemos um modelo de perfil de trilho evidenciando um exemplo de região de desgaste (hachura).
Para exercer sua função é necessário que os trilhos possuam um material de boa qualidade e pureza (aço), resistente ao desgaste, à deformação plástica total, à iniciação e crescimento da fadiga, à fadiga por flexão, à carga de impacto e à carga de cisalhamento. O material do trilho também deve possuir boa soldabilidade.
As propriedades mecânicas do trilho estão associadas à sua geometria e ao material utilizado, que, geralmente, é de aço-carbono, apesar de que alguns países produzem trilhos especiais de aço-liga, de maior vida útil. Além disso os trilhos podem receber tratamento térmico para melhorar suas propriedades mecânicas. As principais propriedades mecânicas do trilho são: resistência à tração; ponto de escoamento e a dureza. Na tabela abaixo podemos observar os 3 principais tipos de trilho e suas propriedades.
Material | Resistência à tração (Mpa) | Ponto de escoamento (Mpa) | Dureza (HB) |
Boleto endurecido | 950 | 500 | 300 |
Baixa liga | 1100 | 750 | 340-390 |
Boleto tratado | 1200 | 750 | 370-400 |
Quanto maior a qualidade dos trilhos, maior será os valores apresentados no gráfico. Podemos ver que o trilho de boleto tratado possui valores bem mais altos do que os demais, ele recebe um tratamento térmico de resfriamento controlado, garantindo ao trilho maior durabilidade, principalmente na parte superior do boleto.
Acessórios de trilhos
Os acessórios de trilho são responsáveis pela sua união na via permanente. Isso pode ser feito através de soldas ou de juntas.
Juntas: podem ser isoladas, ou seja, não permitem passagem de corrente de um trilho para o outro, ou podem ser metálicas. As talas de junção são posicionadas nas almas dos trilhos e presas por quatro ou seis parafusos e arruelas de pressão. Este tipo de sistema de junção do trilho apresenta pontos de desconexão e por isso são consideradas de qualidade inferior aos métodos de soldagem dos trilhos.
Soldagem: tem por objetivo eliminar as talas de junção, bem como reparar danos futuros nos trilhos. Um tipo de soldagem de trilho é a elétrica que possui um método de junção de metais em que o calor necessário para o forjamento é gerado pela resistência dos trilhos à passagem de uma corrente elétrica. O outro tipo de soldagem é a alumino térmica, que acontece por meio da fusão de uma liga apropriada obtida por uma reação exotérmica, assim a liga fundida será entornada na folga deixada na extremidade dos trilhos.
Aparelhos de Mudança de Via (AMV)
São dispositivos instalados nas ferrovias que permitem a transferência um veículo ferroviário de uma linha para outra sem provocar a interrupção na operação ferroviária.
Vamos falar um pouco sobre algumas das partes que compõem o aparelho de mudança de via
Agulhas: São componentes de aço, sem pontas e que se encaixam perfeitamente aos trilhos de encosto, seja de um lado ou do outro da fila de trilhos, de acordo com a direção desejada para o veículo.
Aparelho de manobra: permite a movimentação das agulhas, dando passagem para outra via
Jacaré: principal peça do AMV, a qual permite às rodas dos veículos, movendo-se em uma via, passar para os trilhos de outra.
Conclusão
Neste post comentamos sobre os elementos da superestrutura ferroviária e percebemos cada elemento tem uma função específica que contribui, assim como a infraestrutura, para estabilidade da via e o aumento de sua vida útil. Além de auxiliar na fixação da via e guiar os veículos ferroviários.
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Texto adaptado do Manual Técnico de Manutenção da Ferrovia Centro-Atlântica
Escrito por Paulo Lobato e 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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