Trilhos sem juntas de dilatação?
23 de dezembro, 2013 às 10:16 | Postado em Mecânica, Termologia, termodinâmica
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Eis que meu dilema pessoal olhando os trilhos do metrô seis da manhã é que aparentemente não tem juntas de dilatação. Eu podia tentar catar o motivo na internet, mas não faz sentido. Metal não dilata mais hoje em dia?
Quem viajou em trens que rodavam sobre trilhos com juntas de dilatação sabe quão incômodo era o barulho produzido pela passagem das rodas sobre as juntas. Além disso, o sistema de trilhos curtos com junta de dilatação aumenta a resistência ao rolamento em cada junta, não permitindo também velocidades para o tráfego tão grandes quanto o sistema de Trilhos Longos Soldados (TLS ou CWR em inglês); trilhos longos são soldados uns aos outros de tal forma que não haja descontinuidade na superfície dos trilhos. Tal tecnologia, usada pela primeira vez na década de 20 do século passado na Alemanha, passou a ser utilizada em ferrovias principais a partir de 1950.
Um trilho longo é firmemente ancorado, de maneira que a ancoragem suporte esforços de tração ou compressão, sem ceder. Ou seja, deve haver no leito da ferrovia retensores capazes de garantir que o comprimento do trilho NÃO se modifique quando a temperatura varia.
Veja também O que acontece se não deixarmos um objeto dilatar?
Os trilhos são instalados de forma a não exercer tração ou compressão nos retensores de ancoragem a uma temperatura que corresponde a aproximadamente à média das temperaturas extremas que a ferrovia pode sofrer. Por exemplo, se a ferrovia está em uma região onde as temperaturas extremas são 0°C e 60°C, a ancoragem do trilho é feita de tal forma que a 30°C não haja esforços térmicos nos retensores. Se a temperatura se modificar, a ancoragem deve resistir aos grandes esforços, mantendo o comprimento dos trilhos INALTERADOS.
Desta forma os trilhos em temperaturas acima ou abaixo da temperatura média (temperatura na qual não acontecem esforços) podem ser pensados como uma mola comprimida ou distendida, que tem seu comprimento mantido estável, graças a que suas extremidades estão firmemente solidárias a suportes inamovíveis.
“Docendo discimus” (Sêneca)
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Este é um assunto para ser resolvido em duas fases: 1. Teoricamente; 2. Empiricamente. Aliás, como tudo em engenharia.
Não entendi o comentário pois o assunto está resolvido faz quase cem anos. 🙂
Se entendi, foi dito que a dilatação do trilho não ocorre porque a montagem não permite,,,certo? Será isso mesmo? Ou, ela muda de direção? Gostaria de receber esse é informação…. Obrigado adiantado.
Pelo que está descrito na literatura, dentro de uma faixa de temperaturas, as ancoragens conseguem impedir a dilatação.
Como sempre, mais um excelente artigo do nosso amigo Fernando Lang. Apenas para desenvolver um pouco mais o assunto, transcrevo abaixo um trecho de um artigo recente sobre o referido tema que trata dos problemas e soluções de tal técnica.
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“A inspeção visual de uma ponte ferroviária de treliças de aço revelou múltiplas rachaduras de fadiga do material no membro superior da treliça, principalmente atribuídas às cargas de alto impacto das rodas cruzadas sobre os trilhos articulados na ponte.
A proposta de substituir a via articulada por trilhos soldados continuamente (CWR ou “continuously welded rails”) levantou uma série de questões relacionadas à interação térmica da via e da ponte, uma vez que a ponte sofre variações extremas de temperatura.
A incorporação de alta restrição longitudinal entre a via e a ponte pode aumentar o risco de “falha de flambagem” da via nas zonas de transição da ponte, uma vez que a expansão térmica da ponte durante o tempo quente pode adicionar forças de compressão aos trilhos transferidos através do sistema de fixação da via.
A flambagem ou encurvadura é um fenômeno que ocorre em peças em que a área de seção transversal é pequena em relação ao seu comprimento), quando submetidas a um esforço de compressão axial. A flambagem acontece quando a peça sofre flexão transversalmente devido à compressão axial. A flambagem é considerada uma instabilidade elástica, assim, a peça pode perder sua estabilidade sem que o material já tenha atingido a sua tensão de escoamento. Este colapso ocorrerá sempre em torno do eixo de menor momento de inércia de sua seção transversal. A tensão crítica para ocorrer a flambagem não depende da tensão de escoamento, mas sim do módulo de Young.
A redução da restrição longitudinal pode aumentar o tamanho de uma lacuna de trilho resultante de fratura de trilho em clima frio. Um perfil de fixação longitudinal ideal entre a ponte e a pista, portanto, é necessário para mitigar os problemas térmicos tanto em verões quentes como em invernos frios. Para isso, um modelo numérico da via e da ponte é atualmente desenvolvido em uma simulação computacional e calibrado com base nos resultados dos testes realizados na ponte e na literatura disponível. Três perfis de fixação longitudinais entre a ponte e a via são introduzidos no modelo numérico e o desempenho de cada um para mitigar a falha por flambagem e a fratura do trilho em climas frios são analisados. Conclui-se empiricamente que fornecer 50% de fixadores resilientes e 50% de fixadores de carga zero em cada vão pode ser uma boa abordagem para mitigar os problemas térmicos das faixas dos trilhos longos soldados (CWR) na ponte”.
Referência:
Miri, Amin, Thambiratnam, David, & Chan, Tommy (2021) Thermal challenges of replacing jointed rails with CWR on steel railway bridges. Journal of Constructional Steel Research, 181, Article number: 106627