WS IHHA - Via Permanente - Jun2012 - Port Final

Workshop de Via Permanente

IHHA – Vale

Jun - 2012

Conteúdo Apresentação Autor pg.

1. Implementação de carga por eixo de 40t Stephen Cathcart 1

2. Soldagem de trilhos Michael Roney 3

3. Esmerilhamento de trilhos Peter Sroba 11

4. Modificação de fricção Peter Sroba 16

5. Extensão da vida do trilho – controle de fricção e esmerilhamento

Semih Kalay 23

6. Dormentes ferroviários Michael Roney 27

7. Componentes da via Michael Roney 29

8. Drenagem Darrell Cantrell 37

9. Gerenciamento contato roda trilho Semih Kalay 49

10.Pontes e estruturas James McLeod 59

11.Novas construções - Subleito James McLeod 73

12.Operações com alta tonelagem – Union Pacific (upgrade de via)

Van Trump 88

13.Planejamento de manutenção Allan Zarembski 93

14.Manutenção de lastro Rainer Wenty 109

15.Inspeção de via Allan Zarembski 128

16.Custo do ciclo de vida (LCC) Peter Veit 140

Stephen CathcartAustralian Private Railways

Implementação de carga poreixo de 40t

02/16/2012

FMG atualmente opera com trens com carga por eixo mais longa e mais alta em operações regulares no mundo

Devido a esse design atual da indústria, material rodante padrão não se aplica

Os trens levam 21,000 toneladas a mais comparando com um trem americano por viagem

5,000 toneladas a mais por trem comparando com operador Pilbara

Liderando o mundo em operações de ferrovia

Aumento para uma carga por eixo de 40t

Aumentando a dureza aço do boleto endurecido.

Avanços nas condições de fabricação de trilho não são necessários.

2 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)

Rolamentos•Carga significante em rolamentos com carga por eixo de 40t

•Experimento planejado com Timkin (fornecedor de rolamento)• Eco turn seal – redução de torque e temperatura na operação• Aumento da taxa de carga e resistência à corrosão

3

System Life (km) v Mounted Play (mm)

Jornada para uma carga de eixo de 45t

Confiança no projeto da infra-estrutura• Espaçamento do dormente• Estruturas das pontes• Capacidade de AMV• Plataforma e Lastro

Alternativamente – mais rodas?


Falhas de trilho de encosto de JPM por mês

26.5 t cargapor eixo

30 t cargapor eixo

35 t cargapor eixo

38 t cargapor eixo

40 t cargapor eixo

Indexador70%

Torque limit

1

Há duas áreas nos trilho de encosto de JPM que falharam onde fissuras sempre ocorrem - na face do olhal e no olhal de arraste.

Causado por defeitos no processo de fundição

Tipos de Falha

Melhorias futuras no projeto e fabricação de trilho de encosto de jacaré móvel - Versão 4

Identificação do novo processo de fabricação –trilho de encosto de jacaré móvel fundido QRRS

As forças indexadoras foram reduzidas com limitação do torque de tração e um perfil de velocidade modificado.

Técnicas para maquinitas foram desenvolvidas para reduzir as tensões do trem.

Resultados de projetos anteriores

V4

V3

Construção

• Padrões

• Garantia de Qualidade

• Competência

SoldasManutenção

• Teste não-destrutivo (investigação)• Tecnologia Phased Array (ultrassom).• Sondas de alta-frequência para os carros de

inspeção• Teste de partícula magnética

Soldas

OmniScanOlympus

Veyo Sonotest

Manutenção

• Inspeção• Inspeção de Via• Sistema Automatizado

• Equipamento• Soldaduras móveis

Soldas

Obrigado!

Stephen Cathcart

2

Michael Roney

Trilho, Metalurgia e Soldagem de Trilho

02/16/2012

Agenda

1

Deterioração

Micro-estrutura e Características Químicas

Propriedades e Requisitos de Materiais

O desgaste do trilho éproporcional:

• À força normal aplicada na interface da roda/trilho

• Ao nível de arrastamento na interface da roda/trilho

• Ao nível de atrito na interface da roda/trilho

Desgaste de trilho Desgaste do trilho

Influenciado por:

Raios da curva,Características de interação da roda/trilho,Características de rigidez/amortecimento da via e truqueCaracterísticas geométricas do truque,Características geométricas da via, Dureza do trilhoCaracterísticas de lubrificação na interface da roda/trilho

Detritos de desgaste – Grave Escoamento plástico do trilho

3

Corrugação de trilho Fatores de corrugação

7

Maior carga nominal na rodaMaior velocidade de veiculo, o que aumenta as cargas dinâmicasMaior desnível vertical maior nas juntas/soldas, o que aumenta as cargas

de impactoMaior rigidez de via (dormentes de concreto são mais rígidos do que

dormentes de madeira), o que aumenta as cargas de dinâmica/impactoMaior rigidez de suspensão de truque, o que aumenta as cargas de

dinâmica/impactoAumento de fricção/ arrastamento no contato roda/trilho, o que reduz o

limite de adaptaçãoTrilhos de menor, o que aumenta a propensão ao escoamento plástico

do material; achatamento dos trilhos e causa altas tensões nas condições de contato da roda

Insuficiente combinação de perfis de roda e trilho, o que leva ao contato da roda/trilho insuficiente e portanto tensões de contato mais altas.

Dureza do trilho em serviço Checking no lado da bitola

Defeito grave de descamamento (shelling)

Os defeitos de descamamento não formam regularmente ao longo do trilho como fazem os defeitos de checking

Fissuras de descamamento se desenvolvem em plano consistente com o formato do trilho no lado da bitola. As fissuras podem continuar crescendo na direção longitudinal naquele plano até uma certa distância em um ângulo de mais ou menos 10°-30° para superfície do trilho, e então descascar ou declinar e formar defeitos transversais, que podem continuar crescendo em plano transversal e eventualmente levar a falha no trilho, se não detectado em tempo

Em trilhos mais velhos, tanto o início do descamamento quanto os defeitos transversais podem ocorrer em inclusões na estrutura dos grãos, incentivando significativamente o processo de iniciação

Defeitos transversais não podem ser visualmente detectados, e portanto deve-se contar com inspeção ultra-sônica regular de trilhos.

Característica de defeito de descamamento

4

Defeito transversal Flaking e Checking

Fatores RCF

14

A pureza do aço dos trilhos aumenta o potencial de presença de inclusões não metálicas agindo como iniciadores, particularmente por descamamento e alguns defeitos transversais

As forças resultantes de tração/arrastamento na zona de contato da roda/trilho, e a distribuição resultante de tensão de cisalhamento

A contaminação potencial da superfície do trilho, predominantemente por água mas também por lubrificantes, e o aprisionamento de fluídos por entre as fissuras, causando primeiramente a redução na fricção entre as faces da fissura, que aumenta o modo de cisalhamento da propagação da fissura, e em segundo lugar causando pressão hidráulica na extremidade da fissura (similar a uma cunha) que promove altas tensões tênseis, levando a rápida propagação de trinca

A falta de controle de desgaste e/ou manutenção dos trilhosA (produção de) resistência e ductibilidade sob carga de cisalhamento do

material de trilho (e roda)

Resultado de testes RCF

15

Fabricante 1 Fabricante 2

Testes na via de testes FAST da TTCI tem mostrado diferenças em RCF entre os fabricantes, correlacionadas a diferença de dureza e pureza

Patinado Defeitos de deformação

5

Micro-estrutura de Perlita

Ferrita

Limite antecedente ao grão de Austenita

Perlita

Cementita

Ferrita

Micro-estrutura de trilho

Trilho padrão Trilho com tratamento térmico

Químicas Gerais de Trilho

Tipo de trilho Química Básica (%)

C Mn Si Cr Micro‐ligas

Baixo teor de carbono 0.35 ‐ 0.50 0.70 ‐ 1.00 0.05 ‐ 0.20 Nil Nil

Médio teor de carbono 0.45 ‐ 0.60 0.95 ‐ 1.25 0.05 ‐ 0.35 Nil NilMédio teor de carbonocom liga 0.50 ‐ 0.70 0.60 ‐ 1.70 0.05 ‐ 0.50 0.2 ‐ 1.0 NilAlto teor de carbono(Padrão) 0.72 ‐ 0.82 0.70 ‐ 1.25 0.15 ‐ 1.25 Nil Nil

Alto teor de carbono 0.72 ‐ 0.82 0.80 ‐ 1.10 0.10 ‐ 0.60 0.25 ‐ 0.50 Mo, Ni

((Resistência média) 0.60 ‐ 0.82 0.80 ‐1.30 0.30 ‐ 0.90 0.70 ‐ 1.30 e/ou VAlto teor de carbonoMicro‐ligado 0.65 ‐ 0.82 0.70 ‐ 1.25 0.15 ‐ 1.25 0.20 ‐ 0.80 V, Nb, e/ou MoAlto teor de carbonocom tratamento térmico 0.65 ‐ 0.82 0.70 ‐ 1.25 0.15 ‐ 1.25 Nil Cr, V e/ou NbHiper‐eutectoide (com tratamento térmico) 0.85 – 1.00 0.80 ‐ 1.00 0.40 ‐ 0.60 0.20 ‐ 0.30 Nil

Baixo teor de carbono martensítico 0.20 ‐ 0.30 4.00 ‐ 5.00 0.70 ‐ 0.80 Nil Nil

Médio teor de carbono bainítico 0.30 ‐ 0.40 0.30 ‐ 2.00 0.15 ‐ 2.00 0.20 ‐ 3.00 Mo e/de V

Boa qualidade do aço e purezaResistência ao desgasteResistência a deformação plástica totalResistência a iniciação e crescimento da

fadiga Resistência a fadiga por flexãoResistência a carga de impactoResistência a carga de cisalhamento Boa característica de dureza em serviçoBoa soldabilidade

Requisitos e Propriedades

Propriedades MecânicasTipo de trilho Propriedades Mecânicas

Resistência a 0.2% de profundidade Resistência a Alongamento (%) Dureza

Baixo teor de carbono (MPa) Tração (MPa) (Brinell)

Médio teor de carbono 240‐280 600‐700 >9 200‐240Médio teor de carbonocom liga 280‐330 690‐820 >9 240‐280Alto teor de carbono(Padrão) 400‐490 880‐1080 >9 270‐300

Alto teor de carbono 400‐440 900‐1020 >8 260‐290Alto teor de carbono(Resistência intermediária) 550‐650 1000‐1200 >8 310‐330Alto teor de carbonoMicro‐ligado 600‐700 1100‐1300 >8 330‐400Alto teor de carbono com tratamentotérmico 750‐800 1130‐1300 >10 340‐380Hiper‐eutectoide (com tratamento térmico) 800‐900 1300‐1400 >10 380‐430

Baixo teor de carbono martensítico 1000‐1200 1450‐1650 >12 440‐460

Médio teor de carbono bainítico 900‐1300 1300‐1500 >12 380‐450

A adoção de procedimentos de desgasificação a vácuo durante o processo de fabricação de aço. Isso tem levado a considerar boas melhorias na pureza geral do aço e o risco de ter conteúdo excessivo de hidrogênio no aço, exacerbando o desenvolvimento de fissuras quebradiças e pequenas fraturas.

A adoção do processo de fundição contínua de aço. O processo tem levado a considerar melhorias capazes na qualidade da produção, particularmente em termos de ausência ou minimização “respiros” com sua macro segregação de impurezas associada, e a qualidade otimizada da superfície.

A adoção pela maioria ou todos os maiores fabricantes e trilhos do “Universal Rolling Process”. Neste processo, os passes de laminação de acabamento estabelecem o formato final do trilho trabalhando a seção tanto lateral quanto verticalmente. Desta forma, propriedades mais homogêneas e acabamento de superfície mais otimizada são geralmente obtidos.

Melhorias na qualidade do aço

6

Desgaste vs. dureza Comportamento de tensão/deformação

Força de cisalhamento necessária para resistir ao desenvolvimento de defeitos de RCF

A resistência a fadiga necessária para aumentar a vida útil com alto ciclo de fadiga associada a flexão do trilho, um fator essencial aos cálculos de projeto do trilho

Contudo, a relação geral entre a força de cisalhamento e tensão é dada por: Força octaédrica de cisalhamento = (2/3 x Força de tensão Uniaxial)½

Limite de fadiga = 0.4 x Força de tensão uniaxial

Força de tensão relacionada a:

Energia de Impacto(Joules)Tipo de material do trilho Entalhe V 200°C

Sem entalhamento a 20°C

Carbono padrão 29 150Liga de médio teor de carbono 35‐53 >285Com tratamentotérmico 56 >285

Resistência de impacto

Teste de Trilho intermediário na FAST

Condições• 5° curva• 4-polegadas de superelevação• lubrificação do trilho GF

trilhos• 136-8 RE• 339 HB média• Evraz RMSM• TZ• Panzhihua• Corus• ArcelorMittal

(Spain)• Lucchini

ID do trilho

YS (ksi) UTS (ksi) El. % HB

AREMA 80 147 8 3251 96 171 8.4 3252 113 167 12.6 3403 96 165 9.4 3524 124 181 8.6 3775 86 153 10.0 3256 106 169 10.0 3337 96 166 10.5 3238 110 167 10.6 329Avg 103 167 10.0 339

CORUS CORUSERMSM 1 PG4 TZTZ MITTALERMSM 2EV-SS EV-SS EV-SS EV-SSLUCCH

*Os resultados são preliminares e não devem ser considerados comoconclusões finais

Resultados Preliminares do Desgaste do TrilhoIntermediário - TTCI

0102030405060708090

100

LUC

CH

INI

TZ

ER

MS

-SS

CO

RU

S

ER

MS

-1

ER

MS

-2

PG4

MIT

TAL

Rai

l wea

r [m

m2 ]

Rail type

Average High Rail Wear (Area)

32 MGT

60 MGT

89 MGT

7

trilho ID Tensãode alongamento (ksi)

Resistência última a tração (ksi)

Alongamento %

Dureza HB

AREMA 120 171 10 3701 138 207 12.0 4272 136 205 10.2 4163 129 194 13.7 4064 142 204 14.5 4445 125 193 10.0 3956 133 206 10.0 3967 139 205 10.9 4158 138 204 10.7 4259 147 203 11.0 39710 139 205 10.0 402Avg 137 203 11.3 412

ERMSM CORUS JFE-A JFE-B MITTAL SUMIT. VAS-2 VAS-1NSC-HEX NSC-HEX NSC-HEXERMSM

Teste de trilho premium em FAST

Condições• 5° curva• 4-polegadas de superelevação• Sem lubrificação direta

trilhos• Trilho 136-8 RE• 412 HB média• Evraz RMSM• Corus• JFE• ArcelorMittal• NSC• voestalpine• Panzhihua• voestalpine 400NEXT

0102030405060708090

100

ER

MS

CO

RU

S

NIP

PO

N

JFE

-A

JFE

-B

MIT

TAL

PG

4

VA

S-1

VA

S-2

400N

EX

T

Rai

l wea

r [m

m²]

Rail type

Average High Rail Wear (Area)

32 MGT60 MGT89 MGT22 MGT

Resultados Preliminares do Desgaste do Trilho Premium - TTCI

*Os resultados são preliminares e não devem ser considerados comoconclusões finais

Modificações nas seções dos trilhos, com a intenção de reduzir as tensões mais críticas do trilho. Modificações relativamente menores podem levar ao fato que modificações maiores podem não significar o melhor

O desenvolvimento e a aplicação de procedimento de solda de campo melhorado

O desenvolvimento futuro e a aplicação de perfis especiais de trilhos (e rodas), para alcançar o melhor equilíbrio entre desgaste, deformação plástica e fadiga de contato

Enfase de Curto Prazo Ênfase de Curto Prazo(cont.)

Aplicação ótima de modificadores de fricção

Melhor entendimento das características de arrastamento da roda/trilho e de tração, com a intenção de minimizar os defeitos térmicos/de tração

O desenvolvimento e aplicação de procedimentos de gerenciamento geral do trilho, que permitam decisões baseadas nas combinações de tecnologias que tem sido desenvolvidas de custos mais efetivos

Soldagem do trilho - Agenda

Introdução

Definindo o Desempenho da Solda

Contexto Teórico

Deteoração e Modos de Falha

Melhores Práticas de Soldagem

Outras Práticas de Soldagem

O futuro da Soldagem

Introdução

Trilho longo soldado (TLS)

Considerações

• Perfil do trilho

• Custo

• Desempenho Esperado

• Número de Soldas

Processo de Solda

• Solda alumino térmica

• Solda elétrica flash-butt

• Outros Figura 1: Unidade móvel de solda elétrica

flash-butt

8

Definindo o Desempenho do Serviço de Solda

Taxa de Falha na Solda

Mortalidade infantil

• Tempo ou MGT

Outras medidas

• Aumento de manutenção da via

• Geometria da via

• Conjunto de rodas instrumentadas

Número de soldas defeituosasNúmero total de soldas instaladas

Figura 2: (figura 3-18): Falhas em soldas alumino térmicas versus o

período em serviço

Contexto Teórico

As soldas são não uniformidades nos trilhos

• Propriedades do Material

– Dureza

• Tensões residuais

• Diferenças de seção

Figura 3: Não uniformidade da geometria da solda comparada

ao trilho

Contexto Teórico

Condições de carga na solda

• Externa

– Forças verticais e tangenciais no boleto do trilho

– Local de aplicação

• Interno

– Tensões de flexão

– Tensões de contato de superfície e subsuperfície

Figura 4: Cargas aplicados na solda/trilho em locais

diferentes

Contexto Teórico

Cargas

• Interações roda/trilho

• Magnitude de carga dinâmica

– 1.5 a 1.6 vezes estática para as curvas

• Irregularidades adicionais da roda ou achatamento

• Irregularidades adicionais na superfície de rolamento devido a degradação da superfície de rolamento Figura 5: (Figura 3-19):

Irregularidas verticais na superficie do trilho que

ocorrem nas soldas

Deterioração de Modos de Falha

Desgaste e defeito de trilho na superfície de rolamento

Fadiga de contato na superfície e subsuperfície de rolamento

Falha de fadiga

Falha repentina

Defeito do boleto

• Desgaste/defeito

• Fadiga no contato de rolamento

• Defeitos transversais

Figura 6: fratura por fadiga transversal que iniciou na fusao incompleta na solda

EFB do boleto

Figura 7: defeito HAZ e shelling da solda thermite no lado da

bitola


9

Falhas de fadiga iniciadas na alma

• Alinhamento da alma

• Qualidade do molde

• Acabamento de esmerilhamento

• Tensão residual

Figura 8: Fratura na fadiga com solda EFB – iniciadas na

marca de esmerilhamento

Figura 9: Fratura por fadiga da solda thérmite – iniciada na inclusão de areia

próximo a superfície da solda


Falha por fadiga iniciada na base

• Thermite

– Inclusões / porosidades / concentradores de tensão

• Solda elétrica flash butt

– Concentradores de tensão / dano metalúrgico

Figura10: Fratura por fadiga com solda thermite – iniciada em inclusão na faixa patim-alma


Melhores práticas de solda

Solda elétrica flash butt

• Instruções de ciclo de solda

– Corrente

– Tempo e taxa de forja

– Deslocamento

– Força

• Garantia de Qualidade

• Relatório de dados da solda

– Instruções

– Informações do trilho

– Condições ambientais

• Auto-diagnóstico

Figura11: Relatório de solda mostrando força, corrente e

deslocamento

Melhores práticas de solda

Solda alumino térmica

• Planejamento e Preparação

• Execução

– Espaçamento entre trilhos

– Alinhamento

– Aplicação do molde

– Pré aquecimento

– Ignição

– Acabamento de esmerilhamento

• Restauração da via

Figura12: Ignição da porção de solda thermite

Outras práticas de solda

Solda com pressão a gás

Solda com arco fechado

Solda com eletro-escória

Soldas para reparar o boleto do trilho

• Thermite

• Elétrica

Redução no consumo de Solda elétrica Figura13: Soldador de Pressão a gas - China

Figura14: Solda elétrica Holland Co. para reparar o boleto

Futuro da Solda

Trilho longo soldados

Longevidade da solda

Inovações

• Melhoria HAZ / Resistência e dureza da solda

• Combinar ductilidade entre trilhos

• Reduzir o consumo de trilho direto

• Metas de reparo (ex., defeitos transversais de boleto)

• Processos de solda mais eficientes e mais rápidos

• Melhoras na adaptação do molde/ acabamento/ métodos de tratamento

• Tratamento térmico pós-solda

10

Peter Sroba

Esmerilhamento de Trilho

June 2012

1

Agenda (6.3)

Introdução

Razões para Esmerilhamento de Trilho

Teoria de Esmerilhamento de Trilho

Melhores práticas para Esmerilhamento de Trilho

Fatores que influenciam o Esmerilhamento Preventivo de Trilho

Remoção de metal de esmerilhamento preventivo e ciclos

Controle de Qualidade de Esmerilhamento de Trilho

Melhores práticas de Esmerilhamento de Trilho – planejamento e supervisão

Introdução

2

Falha catastrófica de trilhocausada por defeitos de RCF.

Descarrilamento tem Custos Consideráveis

BHPIO Junho 2011:•6 locomotivas @$6m cada

•208 vagões com um total de 26,000 tons de minério de ferro @$US4.4m

•4km danos na via

•2.5 dias parados

•Afetou ¼ dos ganhos


Razões para o Esmerilhamento de Trilho

• Controle na fadiga da superfície do trilho (RCF)

• Melhoria na confiabilidade de testes ultra-sônicos de trilho

• Controle no ângulo de solda

• Controle na corrugação do trilho

• Controle no escoamento plástico

• Controle no desgaste do trilho

• Controle no desgaste e fadiga da roda (perfis de trilho otimizados e batidas)

• Controle de humting do truque

• Controle de ruído na roda / trilho

4


5

11


6

Metal Removal Rates vs. Machine Speed

20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

% Speed

Met

al R

emov

al (a

rea)

Area Removed

Definições de Esmerilhamento de TrilhoSem esmerilhamento (S5)

Corretivo (S4) – usando passes múltiplos em ciclos longos de esmerilhamento para remover defeitos na superfície tais como corrugação e escamamento de trilho

Esmerilhamento de manutenção (S3)

Preventivo-Gradual (S2)– começa em um passe único em ciclos de esmerilhamento preventivo para remover mais metal do que o esmerilhamento preventivo

Esmerilhamento preventivo (S1)–esmerilhamento de passe único em ciclos de esmerilhamento preventivo

7

Material removal rate by grinding and wear

Rai

l life

life linedue to RCF

life linedue to wear

“magic”wear rate

life line due tointernal defects

S1

S2S4

S5

S3

Melhores práticas de esmerilhamento preventivo

●Fase I● RCF Inicia na camada da superfície● Profundidade 0.05 mm (0.002 polegada)

●Fase II● Vagaroso e então taxa de crescimento rápido

●Fase III● RCF trincas na linha secundária● Profundidade 10 mm (trilho padrão) a 5 mm

(trilho Premium)8

●Profundidade depende de:● trilho - dureza, metalurgia● Estado de tensão – carga do eixo, curvatura

(tangente, grau de curvatura, trilho externo/interno, etc)

●Ciclo de esmerilhamento preventivo no joelho da curva

Generic RCF Growth Curve

Loading Cycles (wheel passes)

Vertical Depth of RCF Cracks

Phase II

Phase IAverage Optimised Grinding Interval

Average Depth of Metal Removal

for optimal RCF control

1) RCF causado por aumento

From [4]


•Defeito transversal pode desenvolver das trincas de subsolo

• “100% lubrificação efetiva na face da bitola”

• Esmerilhamento ineficaz de perfis / ciclos longos de esmerilhamento

•Ciclos de esmerilhamento preventivo e Esmerilhamento para remover metal a uma bitola de 60 graus

9

• Colapso no canto da bitola • Fluxo plástico de subsolo• Tensão residual nos limites deformados

e não deformados• Descontinuidade / inclusão • Trinca no subsolo• Escamamento pode romper

2) RCF causado por Defeito profundo de escamamento

RCF Ponto inicial


Acredita-se que a camada martensita é causado por:

• Roda com calosidade, lastro esmagado no trilho, tração de roda AC , mergulho de solda, etc.

Pontos negros – defeito iniciado em ambas as direções

Ciclos de esmerilhamentopreventivo no volume que a trinca inicia e cresce rapidamente

10

3) RCF de camada de superficie martensita

Problemas de Squat / Stud Problem em EFC

Studs com em EFC parecem produzir sistemas de ruptura em rodas controladas causando temperaturas altas e resfriamento rápido [6]

Em defeitos de solda continua inicia-se no lado carregado da solda elétrica


Trinca de trilho externo

Trinca de trilho interno

Solda FBSolda FB

Progresso de escamamentosevero

Grassie [6]

12

Retenção da camada endurecida

12 From [1]Marich [5]

Esmerilhamento preventivo remove uma camada fina de metal da superfície

Manutenção de perfil otimizado

•Minimiza a tensão de contato

•Melhora a estabilidade do trem e desempenho da curva

•Espalha o contato do trilho sobre uma área maior na ranhura da roda para reduzir perfurações internas

13

esmerilhamento preventivo mantém os perfis de trilhos ótimos em EFC

Re 136-10 @1:40EFC - CPGEFC – CPCEFC – CPFEFC – CPF2

Re 136-10 @1:40EFC – CPC LOWEFC – HMEFC – HS

Controle de Corrugação

14 From [2]

O esmerilhamento preventivo mantém a superfície do trilho suave

Controle de canoamento de solda•Deformação localizada e desgaste – causados por variações na dureza das soldas

•Formação de RCF na superfície e subsolo

•Formação de Corrugações

•Formação de defeitos de achatamento

•Estabelecimento de oscilações no truque – hunting

•Falha na fadiga do trilho na seção transversal

Esmerilhamento preventivo para manter a superfície suave

15 Marich [5]

Fatores que influenciam o esmerilhamentopreventivo

Lubrificação da distância da bitola em curvas agudas• Diminui a tensão tangencial na

interface da roda/trilho • RCF demora mais tempo para

iniciar• Aumento no ciclo de

esmerilhamento preventivo

16

• Trilho com RCF• Lubrificante e água podem

entrar nas trincas e reduzir a fricção

• Aumento na taxa de crescimento de RCF

• O esmerilhamento preventivo controla o RCF para deixar as profundidades mais rasas


Na fricção do boleto do trilho para controlar em curvas agudas:• Reduz o angulo de ataque da rodeiro• Reduz forças laterais em trilho alto e

interno de aproximadamente 30% a 50%• Reduz força de tração na superfície do

boleto do trilho• Reduz força de aumento de comprimento

na superfície• Esmerilhamento preventivo:

– Aumenta o intervalo de esmerilhamento

– Reduz a remoção de metal se o mesmo esmerilhamento for mantido

17

13


Flange falsa de roda: • As rodas perfuram com quilometragem

viajada• A lateral do aro da roda entra em

contato com a lateral do lado externo do trilho

18

• escamamento de superfície no trilho interno

• Aumenta o contato de tensão com o contato da flange falsa da roda

• Taxa aumentada de iniciação de RCF• Esmerilhamento corretivo necessário• Manutenção de via para para ratificar

curvas de bitola ampla

Bitola larga em curva


19

• Metalurgia do trilho• Aumentando a dureza reduz-

se o escoamento plástico• Aumentando a tenacidade

reduz-se a iniciação de RCF • Aumentando o ciclo de

esmerilhamento• Reduz-se a remoção de

metal

• Trilho Novo• Perfil insuficiente relativo as

rodas• Camadas finas

descarbonizadas são suaves• Inicia-se RCF

• O ciclo de esmerilhamento preventivo e remoção de metal para controlar RCF ébaseada em propriedades de aço

Micro gráficos longitudinais de trinca de RCF após 85MGT ou tráfego em via DB : a) Greide 700 (220BHN), b) Greide 900 (260BHN) c) greide HSH (350BHN)

a)

b)

c)

From [3]

Remoção de metal de esmerilhamento preventivo

A taxa de remoção otimizada de metal depende de:• Volume desde o ultimo ciclo de esmerilhamento• Carga por eixo• Tipo e velocidade de tráfego• Metalurgia do trilho• Greide da via• Superelevação da via• Curvatura da via• Bitola da via• Estrutura de apoio da via• Controle de fricção• Clima (úmido ou seco)

20

Local Ângulos Remoção de metaltrilho trilho mm polegadaGauge +60 to +6 0.25 0.1

Crown +6 to -2.5 0.1 0.04

Field >-2.5 0.25 0.1

Ciclos de esmerilhamento preventivo

Os ciclos de esmerilhamento dependem das taxas de crescimento de RCF

Ciclos recomendados de esmerilhamento de EFC

21

Local trilho Raio

Ciclos de esmerilhamento

(mgt)

Ciclos de esmerilhamento

(MTBT)

Curvatura Tipo Metros Graus De Para De Para

Aguda Premium ≤1146 ≤1.5 13.6 22.6 15 25

Média Premium >1146 >1.5 27 45 30 50

Tangente Intermediária 0 0 40 54 45 60

Tangente Premium 0 0 90.7 100+ 100 100+

Melhores práticas futuras de esmerilhamento preventivo

22 From [4]

Curva de propagação de trinca genérica RCF Taxa variável de crescimento da trinca expressada em relação a profundidade da trinca

Tangente em trilhos internos tangente em trilhos externos

Controle de Qualidade no Esmerilhamento de Trilho

23

Superfície Acabamento /Tolerância de PerfilDescrição

Canto de bitola mais baixo Polegadas (mm)

Bitola média/campoPolegadas (mm)

Coroa do trilhoPolegadas (mm)

Largura da faceta (transporte pesado)

0.2 (5)

(+60 a +16 graus)

0.3(8)

(+16 a +6 graus)

(> -2.5 graus)

0.47 (12)

(+6 a –2.5 graus)

Tolerância de Perfil (transporte pesado)

+/- 0.01(0.25)

Bitola de trilho externo

(+60 a +6 graus)

+/- 0.01(0.25)

Campo de trilho interno

(> -2.5 graus)

8 a 10(200 a 250)

Raio

Largura da faceta (passageiro)

0.16 (4)

(+60 a +16 graus)

0.28 (7)

(+16 a +6 graus) (> -2.5 graus)

0.4 (10)

(+6 a –2.5 graus)

Tolerância de Perfil (passageiro)

+0 ao - 0.024 (+0 a -0.6)

Bitola de trilho externo

(+60 a + 0 graus)

+/- 0.012(+/- 0.3)

Interno (+35 to + 0 graus)/ tangente de trilho (+45 a + 0 graus)

10 a 12 (250 a 300)

Raio

Aspereza (Ra) de superfície do trilho

10 a 12 mícron

(média)

10 a 12 microns

(média)

10 a 12 mícron

(média)

14


24

MiniProf Gabarito

Dureza da superfície Líquido penetrante


25

SMART GRIND

Índice de qualidade de esmerilhamento

Melhores práticas de Esmerilhamento de Trilho

Melhores práticas de esmerilhamento de trilho:• Perfil otimizado para tolerâncias especificas• Remoção otimizada de metal para controle de RCF • Corrugação direcionada• Acabamento de superfície para tolerâncias especificas• Operação de esmerilhamento produtivo• Documentação de esmerilhamento

26

Planejamento para Esmerilhamento de Trilho

•Pré inspeção dos requisitos para o trabalho:• Ferramentas de Controle de Qualidade usadas na inspeção• Gabaritos são usados de acordo com o projeto

•O ciclo de esmerilhamento preventivo de Trilho produz um perfil alvo e controle de RCF

•Viagem mínima

•O plano contem padrões (ângulos / pressões), velocidade e passesdeterminam os requisitos de remoção de metal por ciclo e o tempo necessário para completar cada seção

•Distribuição ampla do plano

•Base de dados dos últimos planos de esmerilhamento

•Outras informações seguras e eficazes para completar o plano

27

Supervisão de Esmerilhamento de Trilho

•Perfil vertical dentro da tolerância

•Aplicação/instalação de alvo de perfil dentro da tolerância

•Qualidade consistente de superfície com a aspereza da superfície e comprimento de faceta dentro da tolerância

•Ciclos de esmerilhamento que são consistentes com geometrias de via diferentes

•Risco mínimo de incêndio

•Custo de esmerilhamento otimizado por seção de via acabada

28

Leitura – Estudo de Casos de Esmerilhamento de Trilho

•North American Class 1

• Australian Heavy Haul

•Banverket-Malmbanan

•South Africa Transnet Freight Rail Coal Export Line

29

15

Referências

1.Lewis, R, Olofsson,U, Wheel rail Interface Handbook, publishing in Mechanical Engineering, 2009

2.IHHA 2001 Guidelines To Best Practices for heavy haul railways.

3.A.S. Watson, M. Beagles, and M.C. Burstow, “Management of rolling contact fatigue using the Whole Life trilho Model”, Proceedings of World Congress on railway Research, Cologne, Germany, November 2001

4.R. Harris, J. Kalousek, P. Sroba, R. Caldwell, M. Nuorala Predictive esmerilhamento preventive Model to Control Rolling Contact Fatigue in rails isTested on BNSF railway, IHHA Conference, Calgary, Canada, June, 2011.

5.Rail Wheel interface Course, Brisbane, September, 2006

6.S.Grassie, 'Squats' and 'Studs' in rails: Similarities and Differences, IHHA Conference, Calgary, Canada, June, 2011

30

Obrigado!

Peter Sroba

Phone: +61 438 208 706

Email: [email protected]

16

Peter Sroba

Modificação de Fricção

June 2012

1

Agenda (6.4)

Histórico

Introdução

Controle de Fricção

Sistemas de aplicação de modificador de fricção

Melhor prática de lubrificação de bitola

Melhor prática de controle de fricção de boleto

Melhores práticas para direcionamento de manutenção

100% de benefícios na gestão efetiva de fricção

Resumo- Adesão

Arrastamento: Devido a deformação elástica de material do trilho e das rodas nas proximidades do contato roda-trilho

Arrastamento longitudinal –as rodas tem raios diferentes de rolamento

Arrastamento lateral – o conjunto de rodas tem ângulo de ataque

Arrastamento de giro também estápresente

O arrastamento leva a forças de arrastamento (e momento de giro) ex, forças de direção principais

From [1,2]2

Desgaste Seco nas ferrovias da Vale

Desgaste na bitola do trilho

Desgaste na flange da roda3

Formação de fricção e de RCF 33 MGT = 1 milhão de rodas em ferrovia de tráfego pesado

A maioria das rodas são conduzidas sem danos

Uma certa fração deforma plasticamente o trilho na direção da tração aplicada (deslize da roda).

Cada incremento “se agarra” na camada da superfícies até que a ductilidade do aço esteja esgotada

Eventualmente uma trinca pode aparecer

Trilho seco e tensão máxima de cisalhamento próxima a superfície4

Formação de fricção e de RCF A combinação dos seguintes itens determina se um incremento da fadiga da superfície do trilho é gerada:

• Tensão de contato normal (P0)• Força de cisalhamento (K)• Tração de superfície ou fricção (T/N) e

fricção é baixa (< 0.3) a tensão máxima de cisalhamento é mais profunda sob a superfície

Superfície lubrificadaFrom [1,2]

17

Desgaste e Lubrificação da Bitola

6

Movimento relativo (Arrastamento acumulativo)

1 2 3 4

Corpo 2 (trilho)

Transição

Transição

3o. Corpo de Interface

Corpo 1 (roda)

Partículas de desgaste frágeis de “Alta dureza” (Fe3O4)

Deslocamento relativo de roda/trilho (Arrastamento)

Adaptado por:1.Rolamento2.Elasticidade3.Quebra em partículas frágeis4.Colapso vazio

roda / trilho “SECO”

Forç

a de

fric

ção

Arrastamento

adhruptura

1 4

From Kalousek 2007

Direção de rolamento

(nao a escala)

Modificadores de fricção de boleto de trilho

Corpo 1 (roda)

Corpo 2 (trilho)

3o. Corpo de Interface Transição

Transição

Movimento relativo(Arrastamento acumulativo)

Forç

ade

fric

ção

Arrastamento

roda / trilho “SECO”

FM Condicionado

Modificadores de fricção, criam um mecanismo de deformação compostoAs partículas flexíveis FM promovem um mecanismo de acomodação do deslocamento elástico cisalhante que anula/ impede a quebra de partículas frágeis a anula o colapso

Partícula de desgasteFrágeis de “Alta dureza”(Fe3O4)

Flexível “Suave” Partículas FM

Geração de partículas de desgaste reduzido

(not to scale)

From [2],Kalousek 20077

Controle de Fricção para reduzir o desgaste na face de bitola

8 From [6]

Controle de fricção para reduzir o desgaste do boleto de trilho

9 From [6,7]

Trilho externo Trilho interno

Controle de fricção para reduzir forças laterais

10

Lateral Force Distribution - Low Rail

0.0%

4.0%

8.0%

12.0%

16.0%

20.0%

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Lateral Force (kips)

% o

f Tot

al A

xles

Gauge Face Lubrication Baseline Top of Rail PhaseLateral Force Distribution - High Rail

0.0%

4.0%

8.0%

12.0%

16.0%

20.0%

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26Lateral Force (kips)

% o

f Tot

al A

xles

Gauge Face Lubrication Baseline Top of Rail Phase

From [6,7]

Metas de Níveis de fricção

Boleto do trilho externo e trilho interno: 0.3 ≤ µ ≤ 0.35

Bitola média (mid gage) e face de bitola (gage face): µ ≤ 0.25

Diferença entre o boleto da parte interna e externa do trilho: µ ≤ 0.1

11

µ =0.3 to 0.4

µ ≤ 0.25

18

Aplicação de controle de fricção

Métodos de lubrificação

12

Trilhoexterno

Wayside

Lubrificadorespara boleto de trilho

Lubrificadorespara rodas de locomotiva

Lubrificação de face de Bitola

Propriedades de um Bom Lubrificante:• Conteúdo a base de óleo entre 65 a 95 %• Espessador (soaps) 5 a 17%• Aditivos – Grafite e dissulfeto de molibdênio são usados para melhorar

pressão extrema e resistência a temperatura.

13

Funções de Lubrificação de face de Bitola

•Lubricidade• Capacidade do lubrificante de reduzir a

fricção

•Retenção• Habilidade de resistir ao aumento de

temperatura no trilho e roda

•Bombeabilidade• Habilidade do equipamento de bombear

a graxa a várias temperaturas

•Transferência• Da roda do trilho

14 From [8]

Lubrificador eletrônico

15

Barras de Lubrificação

16

• Colocado em tangente• Lubrificante abrange mais do

que a circunferência da roda • Possibilita aplicações de mais

configurações devido a locação em tangente

• A graxa pode ser levada a distâncias maiores

• Preferível antes curvas suaves ≥1460 m

• Instalação mais fácil em vias retas

• Segurança na manutenção com a locação em tangentes longas

• Poucas unidades necessárias

Monitoramento de Desempenho Remoto

•Nível do produto (lubrificante ou TOR)

•Voltagem da bateria

•Monitorar a atividade da bomba/ motor

•Corrente do motor

•Pressão da saída da bomba

•Detecção da roda

•Direções de tráfego

•Detecção de chuva

•Temperatura no tanque

17

19

Ajuste da altura da barra na via

Bitola de roda nova & gotas de graxaCom boa altura de suporte

Graxa transferida para rodas

Bitola da roda desgastada em relação a barra

Medindo a altura das barras abaixo do boleto do trilho

18

Ajustes adequados para o Lubrificador

Teste de Respingo

Teste de respingo de material em via

Contaminaçao do boleto do trilho com configuração não ótima

Ajuste ótimo e sem respingo

19

Teste de carregamento do lubrificante

Medida de tribômetro a 70 graus

Tribômetro (seção 4.6)

20

Espaçamento dos lubrificadores de face de bitola

[9]21

Total de eixos testados

Distância de carregamento

Fórmula em CPR do espaçamento de lubrificadores

22 From [2,7]

100% Lubrificação efetiva de face de bitola e descamações profundas

Defeito transverso iniciando do DSS

Descamação profunda

Ruptura de escamação rasa por ligar e desligar o lubrificador23

20

Funções do controle de fricção do boleto do trilho

Propósito do modificador de fricção de trilho:• Controlar fricção TOR entre 0.3 e 0.4• Controlar forças laterais• Controlar escoamento plástico, RCF, Corrugação

24

Produto de TOR na lateraldo trilho

Sistema TOR

25

Duas barras de 600 mm em tangente

Deflectômetro baseado em site de carga L/V

• 2 espaços entre dormentes com medidas contínuas

• Dados transmitidos por celular

LVDT para medição de deflexão de bitola

• Mobilidade em medições de deflexões laterais em curvas severas

Resultado de testes para forças L/V em curvas de raio pequeno para trilhos interno e externo determina:

• Espaçamento• Quantidade de produto

26

Average Lateral ForcesCrib 1

9.41 9.61

7.97 7.92 8.028.11 8.377.80 7.71

7.267.59

7.91 7.96

5.37 5.375.21

4.21

7.86

0.00

3.00

6.00

9.00

12.00

15.00

LR HR

Ave

rage

Lat

eral

For

ce (k

ips)

Baseline Phase 1 Phase 2 Phase 2b Phase 3 Phase 4 Phase 4b Phase 5 Phase 5b

n/a

-15.3%-16.5%

-13.8%-17.1%

-22.9%-15.9%

-42.9%-44.6%

n/a

-17.6%-16.6% -12.9%

-19.7%-21.1%-17.2%

-44.1%

-56.2%

*Percent reductions from baseline marked in bold

Medidas de força lateral Espaçamento de Unidades TOR

Informações necessárias:• Mapa de via – densidade de curva• Tipo de tráfego• Manuseio do trem – frenagem, areia, etc• Condições do local:

– Disponibilidade de luz do sol– Geometria local da via – locação de tangentes, acesso, etc– Distante dos locais do lubrificador de bitola– Condições da superfície do trilho – fluxo, RCF– Trabalho especial em via – agulhas, sinalização, juntas de isolamento,

soldas, etc

Aplicação de caso específico em ferrovia:• Greides ascendentes • Greides descendentes• Via com achatamento

27

Diretrizes para melhorespráticas de manutenção

• Monitoramento de Desempenho Remoto

• Usa um sistema de distribuição em massa com bombas separadas e mangueiras para ambos GF (gauge-face) e TOR (top of the rail)

• Um mantenedor dedicado para ambas as unidades de GF e TOR

• O mantenedor verifica:• Um mínimo de 90% das portas de

GF funcionando• 100% de todos das portas do

funcionando• Configurações para o mínimo de

desperdício• A caixa de controle está contanto as

rodas com precisão – sensor magnético funcionando

• Voltagem suficiente de bateria• Selagem da barra não danificada• Nível do produto suficiente entre os

abastecimentos• Rotação de produtos de verão ou

inverno28

Implementação de estratégia

•Implementar a lubrificação de face de bitola

•Implementar o controle de fricção TOR

•Monitoramento remoto de desempenho

•Manutenção e Gerenciamento do sistema

•Verificação da performance

29 From [7]

21

Benefícios de controle de fricção

Cases para justificar 100% de gerenciamento de fricção efetiva:• Substituição de trilho• Desgaste da roda na flange externa e descamamento de trilhos• Bitola aberta (fixação não elástica)• Redução na remoção de metal no esmerilhamento ou ciclos mais

longos de esmerilhamento• Consumo reduzido de combustível• Redução de ruído

30 From [7]

Referências1.Lewis, R, Olofsson,U, roda trilho Interface Handbook, Woodhead publishing in Mechanical Engineering, India Private ltd, 2009

2.IHHA 2001 Guidelines To Best Practices for tráfego pesado trilhoways.

3.Fischer, F, Daves, W, Werner, E, On the temperature in the roda-trilho rolling contact, Fatigue Fracture of Engineering Materials and Structures, 26 October 2003, 999-1006

4.Frohling, R., de Koker, J., Amade, M. (2009) “trilho lubrication and its impact on the roda/trilho system” Proc. IMechE Vol. 223 Part F: J. trilho and Rapid Transit

5.Larsson, P, O, Chattopadhyay, G, Reddy, V, Hargreaves, D, 2005, ‘Effectiveness of trilho-roda Lubrication in Practice.’ Condition Monitoring and Diagnostics Engineering Management. Proceedings of the 18th International Congress and Exhibition on Condition Monitoring and Diagnostic Engineering Management, (COMADEM 2005) Cranfield University, UK.

6.Sroba, P, Roney, M, Dashko, R & Magel, E 2001, ‘Canadian pacific trilhoway's 100% effective lubrication initiative,’ AREMA 2001 Conference & Exhibition. Chicago, Illinois, USA

7.Eadie, D, Sroba, P, et al, “Canadian Pacific trilhoway 100% effective fricção management strategy”IHHA Conference, Shanghai, June, 2009

8.Eadie, D, Roney, M, et al, “Total fricção Management on Canadian Pacific” IHHA Conference, Shanghai, June, 2009.

31

Referências (cont.)9.Uddin, Md, Chattopadhyay, G, Sroba, P, Howie, A, “Best Practice in trilho Curve Lubrication and remote Performance Monitoring in Australian tráfego pesado” AUStrilho 2010 Conference, Perth, Australia, November 2010.

10.Liu Hui-ying , Wang Nong, Zhan Hai-bin Si-Fang, Thermal damage test research of speed increased freight cars’ roda tread, Rolling Stock Research Institute , Qingdao, China, International rodaset Conference Rome Sept 2001.

11.A.F. Bower, K.L. Johnson and J Kalousek: “A ratchetting limit for plastic deformation of a quarter-space under rolling contact”, 2nd Int. Conf. on Contact Mechanics and Wear of trilho/roda Systems (CM1986), University of Waterloo Press, Ringstone, Rhode Island 117 – 131

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33

22

Transportation Technology Center, Inc., a subsidiary of the Association of American trilhoroads

© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p1

Extensão da Vida do trilho usando controle de fricção e esmerilhamento

preventivoSenior Vice PresidentTechnology

Semih Kalay

Soluções tecnológicas chave para Problemas de sistema


® Resumo♦ O trilho é o componente mais caro na estrutura da

via● Ferrovias americanas Classe I gastaram $3.1 bilhões

por ano em 2010∗ em capital e gastos com operação de trilho

▲ Valores totais de ativo por trilho foi aproximadamente $27 bilhões em 2010∗

♦ Estender a vida do trilho provê grandes benefícios para as ferrovias

♦ Especialmente para cargas de eixo pesado e operações com grande volume

▲ Desgaste excessivo (natural, esmerilhamento)

▲ Falha na fadiga∗Class I Railroad Annual Report to the Distance Transportation Board


® Tecnologia chave para Estender a Vida do Trilho

♦ Trilhos premium com metalurgia e limpeza melhoradas♦ Lubrificação do trilho e controle de fricção♦ Esmerilhamento de trilho para controlar a fadiga por

contato de rolamento (RCF)● Perfil de roda/trilho

♦ Via melhorada, material rodante, e interação de veiculo/via

♦ Novos designs de perfil de roda/trilho


® Controle de fricção vs. lubrificaçãoDiferenças fundamentais de conceitos

♦ Lubrificação● Aplicada a bitola e flange da roda● O lubrificante reduz a fricção em < 0.25µ● A migração de produtos para topo do trilho não é geralmente

controlada▲ Pode levar a problemas

● Primeiramente direcionado a desgaste e energia

♦ Controle de fricção● Aplicado ao boleto do trilho (variedade de métodos)● Produto controla a fricção para 0.30 µ-0.34 µ● Pouca migração na distância da bitola

▲ Regra geral – lubrificação da bitola ainda necessária● O interesse primário é de reduzir as forças de curvatura

▲ Benefícios secundários são de desgaste e energia, dependendo do método de implementação


® Experimento na Extensão da Vida do Trilho em receita

♦ Objetivo● Controlar e prevenir RCF em trilhos Premium● Reduzir o desgaste do trilho

♦ Abordagem● Experimentos

em mega sites no este e oeste▲ Operação de HAL

em ambientes diferentes

▲ Trilhos Premium com boleto endurecido

Ogallala,Ogallala,NebraskaNebraska

Bluefield,Bluefield,West VirginiaWest Virginia

© TTCI/AAR, 2010, Filename p6®

Características de Mega Sites

0.5% -1.4% downhillCurvature up to 12o

20 - 40 mph50% 286,000 lb˜ 55 MGT/year

Timber ties,Premium rail,

Open deck steel bridges,

Variable subgrade

Eastern

Less than 0.9%5o-6o curves

40 mph100% 315,000 lb˜ 150 MGT/year

Short sections of various experiments

FAST

Less than 0.5%1o-2o curves40 - 50 mph

100% 286,000 lb˜ 250 MGT/year

Concrete ties,Premium rail,

Ballast deck concrete bridges,

Variable subgrade

Western

0.5% -1.4% downhillCurvature up to 12o

20 - 40 mph50% 286,000 lb˜ 55 MGT/year

Timber ties,Premium rail,

Open deck steel bridges,

Variable subgrade

Eastern

Less than 0.9%5o-6o curves

40 mph100% 315,000 lb˜ 150 MGT/year

Short sections of various experiments

FAST

Less than 0.5%1o-2o curves40 - 50 mph

100% 286,000 lb˜ 250 MGT/year

Concrete ties,Premium rail,

Ballast deck concrete bridges,

Variable subgrade

Western

23


® Achados – Testes em Trilhos Premium

♦ Desempenho excelente no desgaste♦ Não há falhas internas identificadas

● 330 MGT em mega sites do leste● 1,500 MGT em mega sites do oeste

♦ Contudo,problemas com RCF podem ser significante quando não forem controlados


® Fadiga no contato de rolamento em Trilhos Premium

♦ Curvatura dependente● Mega site do Leste

▲ Curvas de grau 10.5-: RCF em 250 MGT▲ Curvas de grau 6.8-: pouco RCF em 250 MGT

● Mega Site do Oeste▲ Curvas de grau 2-: RCF em 300-350 MGT▲ Cuva de grau 1-: RCF em 1,000 MGT

♦ Ocorreu em trilhos internos


® Controle e Prevenção de Fadiga de Rolamento de Contato

♦ Mega site do Leste

● Lubrificação de bitola e do trilho (TOR) controle de fricção(FC) implementado no início do experimento

● O esmerilhamento não foi necessário até 275 MGT em curvas de grau 10.5 (trilho interno somente)

─Não houve esmerilhamento em trilho alto na data (350 MGT)

● Esmerilhamento não foi necessário ainda por curvas de grau 6.8 na data (350 MGT)


® Desempenho de Trilho Premiuma Site

10.5 Degree, High Rail

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0 50 100 150 200 250 300 350

MGT

in2

NSC HE‐X

ISG HH

RMSM HCP

ISG HH (he)

RMSM OCP

CORUS LA HH

NS CORUS HH

RMSM DHH(control)

10.5 Degree, Low Rail

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0 50 100 150 200 250 300 350

MGT

in2

NSC HE‐X

ISG HH

RMSM HCP

ISG HH (he)

RMSM OCP

CORUS LA HH

NS CORUS HH

RMSM DHH(control)


® Resultados do Desgaste do Trilho

♦ Para curva de 10.5 de grau o desgaste foi aproximadamente 8.7 por cento do boleto do trilho numa área de 330 MGT

♦ A vida projetada do trilho é maior do que 760 MGT para uma curva de grau 10.5● Permite 20% de perda do boleto

do trilho● Incluindo o desgaste devido ao

esmerilhamento● Quase 100% de média de aumento

uma curva de grau 10

10.5 Degree, Low Rail

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0 50 100 150 200 250 300 350

MGT

in2

Esmerilhamento

10.5 Degree, High Rail

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0 50 100 150 200 250 300 350

MGT

in2


®

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

HIGH RAIL = ProfileFilenames = 069-hi-01.banDate = 09/08/2005

ProfileFilenames = 10132010-0691h.banDate = 13/10/2010W1 = 1.747 mmW2 = 5.082 mmW3 = 4.427 mm

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

LOW RAIL = ProfileFilenames = 010-lo-01.banDate = 08/08/2005

ProfileFilenames = 10042010-0151.banDate = 04/10/2010W1 = 4.541 mm

ProfileFilenames = 10132010-0101l.banDate = 13/10/2010W1 = 4.911 mm

Curva de grau 10.5-, trilho alto Curva de grau 10.5-, trilho interno

Esmerilhamento em 275 MGT para remover RCF e escoamento

de plástico

Desgaste Típico – Trilho Premium emMega Sites do Leste

24


® Controle e Prevenção na Fadiga de Rolamento de Contato

♦ Mega Site do Oeste● Em 690 MGT, seguindo um esmerilhamento corretivo,

começou uma experiência na extensão da vida do trilho.▲ TOR FC em uma curva de grau 2▲ Esmerilhamento preventivo em outra curva de grau 2─Cada 70 MGT baseado em modelagem

▲ Continuar a monitorar o desempenho em uma curva de grau 1 sem TOR FC, ou esmerilhamentopreventivo

© TTCI/AAR, 2010, Filename p14®

Extensão da vida do trilho em Mega Site do Oeste

2 Degree, Low Rail (TOR FC)

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

MGT

in2

RMSM OCP

ISG HCHH

RMSM HCP

VOEST VAHC

JFE SP2

CORUS HCLA

NIPPON HEX

2 Degree, Low Rail (Preventive Grinding)

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

MGT

in2

RMSM OCP

ISG HCHH

RMSM HCP

VOEST VAHC

JFE SP2

CORUS HCLA

NIPPON HEX


®

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Square Inch

MGT

2 Degree, Low Rail (TOR Friction Control)

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Square Inch

MGT

2 Degree, Low Rail (Preventive Grinding)

Extensão da vida do trilho em Mega Site do Oeste

♦ Desgaste de tráfego insignificante comparado ao desgaste de esmerilhamento corretivo

♦ Para controlar RCF, o desgatefoi bem menordo esmerilhamento preventivo ouTOR FC do que do esmerilhamento preventivo

♦ A vida projetada de desgaste está acimade 4,000 MGT para a curvacom TOR FC

♦ A vida projetada de desgaste estáacima de 2,200 MGT para a curvacom esmerilhamento preventivo

♦ 2-4 vezes o aumento da média da vidado trilho

EsmerilhamentoCorretivo

EsmerilhamentoCorretivo

TOR FC iniciou aqui

Esmerilhamentopreventivo iniciou aqui


®

Efeitos da fricção do boleto do trilhoControle e Esmerilhamento preventivo

♦ Distância do trilho após 250 MGT sem TOR FC ou esmerilhamentopreventivo

♦ Superfície do trilho com TOR FC ou esmerilhamento preventivo a cada 70-90 MTBT

TOR FC

esmerilhamentopreventivo

9/05 Esmerilhamentocorretivo375 MGT

Esmerilhamentocorretivo690 MGT

1450 MGTCondição boa de

superfície do trilho

(TOR FC ouesmerilhamento

preventivo iniciou)


® Desgaste devido a tráfego e esmerilhamento

Graus de curvatura

Desgaste natural

devido ao tráfego

Tráfego & TOR FC

Esmerilhamento

preventivo

Esmerilhamento

Corretivo

1 0.01 in2/ 100 MGT n/a n/a

2 0.02 in2/ 100 MGT

0.01 in2/ 100 MGT

0.015 in2 / Grind

0.16 in2 / Grind

6.8 n/a 0.04 in2/ 100 MGT n/a

10.5 n/a 0.10 in2/ 100 MGT n/a 0.11 in2 /

Esmerilhar

© TTCI/AAR, 2011, p18®

Principais conclusões♦ Em 1,500 MGT, defeitos de spalling (escamamento) começou a aparecer

em quase toda planta de solda (a cada 40 és), principalmente em trilho superior• Início de defeitos diferentes e o crescimento de mecanismos do que em trilhos

RCF▲ Defeito RCF em trilho aparecia primeiro em trilhos internos nas mesmas

curvas de teste• TOR FC não foi eficaz em prevenir escamamento nas soldas como em trilhos

RCF• UP começou a cortar as seções escamadas e ‘re-soldar’ o trilho

Problemas de Spalling em Solda

25


® Conclusões♦ Os trilhos Premium continuam a mostrar excelente

desgaste e desempenho de fadiga sob carga por eixo elevada

♦ A ocorrência de RCF pode ser significante se não controlada

♦ TOR FC pode muito bem reduzir a ocorrência de RCF e desgaste natural devido ao tráfego

♦ O esmerilhamento pode controlar e prevenir RCF, mas o plano de esmerilhamento deve ser otimizado baseado em● volume, curvatura, controle de fricção, etc.

♦ Ambos TOR FC e esmerilhamento de trilho devem ser usados para otimizar o desempenho do trilho


® Controle de Fricção

♦ Objetivos:● Determinar os benefícios do controle de fricção para

reduzir o estado de tensão da ferrovia♦ Progresso da implementação:

● Implementação de ferrovia▲ Região Oeste - UP ▲ Corredor Oeste CP – British Columbia


®

Union Pacific RailroadWestern Region

IInstalações de TOR

Big Spring

Sweetwater

Toyah

Ft. WorthEl Paso

Sierra Blanca

Nampa

Yermo

Oakland

Salt Lake City

Pocatello

Las Vegas

Lynndyl

Elko

Dillon

Silver Bow

La Grande

Eastport

Provo

Roseville

Ogden

Sacramento

Santa Barbara

Tucson

Phoenix

Nogales

Yermo

Bakersfield

Yuma

Picacho Lordsbu

rg

Fresno

Palmdale

Bend

Granger

Strauss

LosAngeles

Stockton

Hinkle

W.Colton

LathropSan Jose

Milford

Winnemucca

Nampa

Portland

Clifton

Mojave

Martinez

Portola

SpokaneSeattle

Tucumcari Amarillo

Eugene

P

Subdivisão Mojave 37 waysides em 2006 e 2008

8 a 10 curvas com grau 10 2% de greide

Tehachapi Mountains

Subdivisão Roseville40 waysides em 2010


Donner Pass – Sierra Mountains

Subdivisão Lordsburg 45 waysides em 20104 a 6 curvas com grau

1.4% greideDragoon and Steins Hills

Subdivisões La Grande e Huntington

110 waysides em 20098 a 10 curvas com grau 10

2% de greideBlue Mountains

Subdivisão Black Butte23 waysides em 2009


Shasta Mountain

Subdivisão Caliente 27 waysides em 2008


Caliente Canyon

• Lubrificadores TOR espaçadosem uma milha aproximadamente•Utilzado wayside Portec TOR equipado com Keltrack(modificador de fricção)•Melhoria de wayside de face de bitola como parte do prjeto


®

Mudança de perfil após 184 MGT (mais de 2 anos)Mesmo volume: Esquerda com TOR e Direita sem TOR


® Canadian Pacific in British Columbia

Zone de teste piloto para controle de fricção

Greides:

Para Oeste 1.2%

Para Leste 2.4%


® Extensão da Vida do Trilho

Apesar da carga por eixo mais alta e densidade de tráfego, as tecnologias tem levado a uma vida de trilho mais longa nos Estados Unidos

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tan.123456789

10

Cur

vatu

re

Rail Life (MGT)

1994 2008

26

Michael Roney

Dormentes Ferroviáriospara Ferrovias Heavy Haul

02/16/2012

Dormentes e Fixadores

Vida útil média

• Madeira – 15 à 40 anos (450 à 2.700 milhões de tonelada bruta)

• Concreto – 20 à 40 anos (900 à 4.500 milhões de tonelada bruta)

Modos de Falha

• Madeira – Prego-de-linha frouxo, desgaste do boleto na região da placa de apoio, apodrecimento

• Concreto – Degradação da área de apoio do trilho, ombro quebrado, trincas

Tipos de DormentesTipo de Dormente Uso Recomendado Sistemas de

FixaçãoFormas Comuns de Falha

Comentários

De madeira (serragem sólida)

Linhas principais < curvas de 2 graus

Prego-de-linha e Retensores de trilho

Prego-de-linha frouxo, separação, apodrecimento da madeira

De madeira (serragem sólida)

Curvas da linha principal

Elástica (linha)Rígida e retensores

Alargamento de bitola, Prego-de-linha frouxo

Madeira compósita Linhas principais < curvas de 2 graus

Prego-de-linha e Retensores

Falha no epóxi, Prego-de-linha frouxo, alargamento de bitola

Aço Pátios ou locais com plataforma razoável

Elástica Impossibilidade de se manter nivelamento, fadiga do ombro

Usado como retensorde bitola em vias com dormentes de madeira

Plástico Área com índice de apodrecimento de madeira

Prego-de-linha e Retensores

Orifício do Prego-de-linha com trinca, Prego-de-linha frouxo

O desempenho do produto depende do estoque de material reciclado

Concreto (monobloco)

Todas as vias de linha principal

Elástica Abrasão na região do apoio do trilho, Dano no impacto

De-facto significa tráfego intenso, curvas HH

Laje de concreto Onde o tráfego proíbe tempo da via para manutenção

Elástica Trincas na laje, falha no encaixe do ombro

Dormentes

Madeira com serragem sólidaAlta densidade: para segurar os fixadores e resistir à degradação na área de carga

• Densidades acima de 50 lb/ft3 tem melhor desempenho em serviços com tráfego intenso

Habilidade em aceitar tratamento preservativo

Figura 3-39. Efeito da densidade do dormente na vida da bitola da via

0

100

200

300

400

500

600

700

SOFTWOODS HARDWOODS

TIE TYPE

GAG

E LI

FE

MGT (Tonnes) MGT (US Tons)

Dormentes

Fixação

•Elásticos:curvas de raio menor que 873 e MTBT > 45 e para curvas de290m com MTBT >30 (Fig. 5.1)

•Previne que o prego/tirefond fique frouxo

•Estende a vida útil da bitola

Figura 3-40. Vida da manutenção da bitola de vias com dormentes de madeira com vários fixadores

0

100

200

300

400

500

600

700

CUT SPIKES ELASTIC FASTENERS

TIE TYPE

GAG

E LI

FE

MGT (Tonnes) MGT (US Tons)

Dormentes de Madeira

• Envelhecimento/ ações do tempo

• A tensões de flexão aparentes

• Dormentes com densidade alta são inicialmente mais resistentes

• Perda de resistência com o tempo

Figura 3-41. Valores de módulo de flexão dos dormentes

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50

YEARS

PERC

ENT

OF

NEW

STRE

NGTH

OAK SOFTWOOD COMPOSITE

27

Dormentes de Madeira

Sistema com vias usando dormentes de madeira para Heavy Haul

•Dormentes de madeira de lei com 495 mm de espaçamento (1,950 por km)

“Melhores práticas” Fixção e dormentes de madeira paratráfego intenso

Dormentes de Concreto

Via com dormente típico de concreto

•610mm espaçamento (1,584 per km)

Melhores práticas” Fixadores e dormentes de concreto para tráfego intenso


Vantagens

•Durabilidade

•Habilidade em manter a bitola

•Habilidade em controlar a nivelamento

•Habilidade em controlar o alinhamento

•Resistência à flambagem

•Via mais rígida

Desvantagens

•Dano no impacto

•Abrasão na região de apoio do trilho

•Incompatibilidade com a madeira


Tabela 3-7. Melhores Práticas para Dormentes de Concreto

Componente Item Valor Recomendado Comentário

Dormente de Concreto

Dimensões 279mm largura No fundo para reduzir pressão da unidade no lastro

Espaçamento 610 mm Para tangentes, 508-610mm para curvasTextura da superfície

Friso lateral Para inter-travamento de lastro

Pad do apoio do trilho

Material Poliuretano com alta densidade

Durabilidade e resistência à desgaste

Pad do apoio do trilho

Espessura 3/8 à ½ polegada (>8 mm)

Isolador Material Nylon (6,10) ou mais forte

O material deve ser resistente ao tempo

Isolador Espessura ¼ à 3/8 polegada (6-10 mm)

Usar isoladores mais largos para relatar o desgaste do ombro e trilho

Fixação Vários Deve reter a carga na baseRetensores de trilho

Opcional Pode ser usado onde os movimentos do trilho é um problema


Outros projetos•Bi-blocs

•Área de apoio maior nos dormentes – “Dog bone”– Dormentes longitudinais

•Vias em laje

Outros Dormentes

Outros materiais

Madeira reciclada – fibras de madeira com epóxi ou laminados

• Mistura interna com madeira de serragem sólida

Aço• Pátios de AMVs• “Mantenedores de bitola” em vias de

madeira

Compósitos de plástico/não metálicos• Áreas com muito apodrecimento de

madeira

28

Michael Roney

Componentes da Via

02/16/2012 Componentes da Via

Resumo da Apresentação

• Trilhos

• Solda de Trilhos

• Fixação de Dormentes e Trilhos

• Juntas dos Trilhos• AMV’s e Cruzamento de Vias

Juntas dos Trilhos

Função do Trilho em uma via de Transporte Intenso

• Juntas Isoladas para os circuitos da Via

– Permite detectar a presença de trem- A função secundária detecta o trilho quebrado

• Juntas “Temporárias” para o emenda do trilho

– Instalado quando os defeitos do trilho são removidos da via- O trilho requer um ajuste longitudinal

• Pode também ser usado para unir materiais diferentes

– Trilho para encaixe ao jacaré

Juntas dos Trilhos

Juntas isoladas para o trilho

• Divide a via em circuitos que detectam o trem

– Tipicamente 3- 4 km (2 milhas) de comprimento

• Design: Junta de Topo

– Duas talas de junção, tipicamente 915mm (3 pés) de comprimento- Contato total com a lateral do trilho

– Fixados com- seis parafusos

- Epóxi – entre as talas e trilhos

– O isolamento separa os trilhos de cada lado e das talas de junção

Juntas dos Trilhos

Juntas de trilho não isoladas ou mecânicas

• Usadas para unir os trilhos ou os trilhos ao jacaré

• Design: Junta de Topo

– Duas barras de junção, tipicamente 915mm (3 pés) de comprimento- Contato da tala de junção na parte de cima e de baixo nos cantos da tala

• Permite movimentos longitudinais dos trilhos

– Fixados com seis parafusos

Juntas dos Trilhos

IsoladasVida Útil média: 360 milhões de tonelada bruta (400 MGT)

Formas de falha:• Descolagem do epóxi• Separação• Trinca na tala de junção• Defeito do trilho causado por

tráfego

MecânicasVida Útil média: 135-180 milhões de tonelada bruta (150–200 MGT)

Formas de falha:• Trinca na tala de junção• Defeito do trilho causado por

tráfego• Trinca na furação da alma do

trilho• Parafusos quebrados

29

Juntas dos Trilhos

Apoio

• Suspensas

– O centro da junta está entre os dormentes

• Apoiadas

– O centro da junta está sobre os dormentes

Figura 3-24. Fundações com juntas dos trilhos suspensas e apoiadas

SUSPENDEDSUPPORTED

Juntas dos Trilhos

SuspensasPermitem a solda

Reduzem o potencial de encurtamento de JI pelas placas de apoio do trilho

ApoiadasReduzem a tensão nas talas de junção

Somam um dormente adicional sob a junta

Ambiente de Carregamento

Carregamento térmico no trilho – medido até 1330 kN (300 kips)

Carga vertical e longitudinal adicionada durante o inverno – fazendo com que mais juntas isoladas falhem durante o inverno

•+ •=

•CargaLongitudinal -Tensão

• Compressão de fletor

•Fletor - Tensão •Fletor +Tensãotérmica

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Padrão Talasmaiores

Apoiada Junta afilada

Tens

ãodo

Epó

xi(p

si)

Combinando cargas às cargas de projeto

Epóxi mais forte

Epóxi Existente (novo)

Epóxi Existente (intemperado)

Juntas Isoladas convencionais – 450 Mgt• Trilhos mais resistentes e limpos• Controle de qualidade melhorado• Isolamento melhorado

Juntas Isoladas Premium – até 900 Mgt• Fundação apoiada• Talas de junção maiores e mais longas – 8 furos• Isolador Kevlar®

• Epóxi melhorada/Preparação da superfície

• JI de nova geração• Capacidades maiores para cargas longitudinais e

verticais• Elimina impactos na junta de trilho isolante• Objetivo: mesma vida útil do trilho

Efeito em Juntas isoladas de trilhos em HAL Foco na melhoria do projetos existente com melhores processos e materiais

Os efeitos no meio-ambiente são significantes – no geral, a adesão perde a força quando exposta à temperatura acima da temperatura ambiente

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

180%

A B EXISTEPOXY

RE

SIS

TEN

CIA

DO

CIS

ALH

AM

EN

TO

(NO

RM

ALIZ

ADA)

NovoGasto pelo tempo

Figura 3-25. Efeito de degradação ambiental na força do epóxi

30

Teste de tempo de utilização das juntas de trilho

Desempenho Premium e Testes com juntas isoladas de protótipo de design avançado

Testes de Epóxi: para minimizar degradação ambientalTratamento melhorado da superfície de açoEpóxi com melhor temperatura e impacto

Isolamento Kevlar mais reforçado provou ser mais durável nas aplicações em HAL: 450 milhões de tonelada bruta de garantia

Avaliação de Projetos de Juntas Isolantes

Isoladores mais fortes e mais duráveis• Isolador serve como espaçador, isolador, e reforço na adesão• Os isoladores Kevlar parecem ter uma vida útil significantemente mais

longa. Até 1.100 MTBT foi relatado.

Isolamento reconfigurado

• O trilho é isolado dos parafusos e das talas– Falha devido ao esmagamento da luva

• As talas de junção são isoladas dos trilhos e parafusos


Isolamente reconfigurado

3-arruelas com 3 orifícioscom reforço de fibra de vidro


Isolador de eixo da via• Este isolador cria uma junta mais firme pela ação de força, o qual reduz

descompactação• 30% a menos de deflexão • Usado somente com talas de junção com 1219mm (48-polegadas) de

comprimento• A vida máxima é de 775 milhões de tonelada bruta; a média é entre 450-540

Mgt; continua em uso

Avaliação de Projetos de Juntas Isolantes Teste de tempo de utilidade das juntas de trilho

Juntas ConectadasChaves mecânicas transmitem cargas do trilho até a tala de junçãoForça longitudinal e vertical mais alta

31

Projetos de JI de Nova Geração

JI Taper Cut – junta mais eficiente• Tensão do Epóxi reduzido 75%• Força e durabilidade do Epóxi

– Aumentada em 50%• Força Longitudinal – 90% da sessão

do trilho• Impacto reduzido em 75%• Protótipos – superior 250 MTBT em

desenvolvimento

Design avançado das juntas isoladas

Design avançado para direcionar forças atuais de falhasResultado de Teste preliminar de campo

ResumoA média de vida útil aumentou

• 1990 - Censo: 180 MTBT• 2008: garantia do fornecedor é 450

MTBT

Efeito HAL em Juntas isoladas de trilhos

Linhas secundáriasPredomina o custo inicial: usar juntas isoladas padrão

Linhas principaisUsar versão de material Premium de design atual

Serviço Premium da capacidade das linhas principaisPredomínio dos custos de serviço: uso de designs avançados

32

Componentes da Via

Resumo da Apresentação

• Trilhos

• Solda dos Trilhos

• Fixação de Dormentes e Trilhos

• Talas dos Trilhos

• AMV’s e Cruzamento das Vias

AMV’s e Cruzamento das Vias

Funções dos AMV’s e Cruzamento das Vias

•Os AMV's permitem que os trens se movam de uma via para a outra

•O cruzamento das vias (cruzamento ferroviário em nível) permite que os trens cruzem outras vias na mesma elevação


Média de Vida útil

• Ponta da Agulha: 350 – 900 milhões de tonelada bruta

• Jacaré do AMV: 360 – 900 milhões de tonelada bruta

• Jacaré de cruzamento com ângulo alto: 180 – 360 milhões de tonelada bruta

Formas de Falha

• Ponta da Agulha: desgaste, lascar

• Jacaré do AMV: desgaste, trinca na superfície de rolamento

• Jacaré de cruzamento com ângulo alto : trinca na superfície de rolamento, deformação

AMV's

Figure 2.2.3 ‐1 Typical Split Switch Layout

Ferrovias Norte Americanas Heavy Haul:Agulha de AMV manual, agulha do tipo dividida

Curvas circulares, agulhas não tangentes

Jacarés tangentes

Figura 3-26. Layout de uma agulha típica dividida

AMV's

Figura 3-27. Agulhas para HH nos Estados Unidos

•

AMV's

Jacaré de tráfego intenso com ponta fixa

33

AMV's

Seções transversais da ponta de agulhaAREMA 4100: trilho de encosto da agulha com seção completa, ponto fino

AREMA 5100: corte por baixo do trilho de encosto da agulha, ponto mais grosso

Base de corte vertical, corte por baixo do trilho de encosto da agulha

Figura 3-29. Seções de cruzamento da ponta da agulha

AMV's

Ponta da Agulha - Melhor Uso:Ponta da Agulha assimétrica e igualando com o trilho de encosto da agulhaBase plana e ampla para estabilidade sob carga

Seção lateralmente mais rígida para se manter um alinhamento melhor

Altura vertical curta – para acessar o gabarito para os fixadores do lado interno da via do trilho de encosto da agulha

Friso integral para a fixação de barras do AMV

Figura 3-30. Ponta da agulha assimétrica e igualando com o trilho de encosto da agulha

AMV's

Melhor prática para o contra-trilho Independente/ ajustável – o contra-trilho deve ser ajustável relativo aos trilhos de rolamento para manter uma largura apropriada das calhas e checagem de bitola do jacaré

Com altura superior à do trilho de rolamento – contra-trilho superior à 25-38 mm (1-1.5 polegadas) acima do topo do trilho proporciona melhor guia para as rodas e tem desgaste mais acentuado

Comprimento mais longo – de 8m (26 pés) abrange jacaré No.20 do pé do jacaré atéas talas do coice do jacaré.

Biqueiras mais longas – Estas devem ter pelo menos 1.85m (6 pés) em comprimento e formato circular.

AMV's

Tipos de Jacaré de AMVJacaré de ponta fixa –estes jacarés não tem peças que se movem (ex. eles tem um ponto fixo).

Asa móvel (ou de mola) –este jacaré tem uma asa lateral que se move, ela énormalmente fechada na ponta. Como resultado, as rodas na rota linha principal tem uma superfície de rolamento contínua.

AMV's

Tipos de Jacaré de AMVJacarés de friso guiado parcialmente (ou alteamento ou ressaltado) – este jacaré tem um ponto fixo e uma superfície de rolamento para a rota de linha principal. Rodas divergentes são suspensas acima do trilho da linha principal nas superfícies do contra-trilho e em rampas para conduzir o friso.

Ponta móvel – Este jacaré tem a parte que se move, lançada por uma máquina de chave, e se assemelha a uma agulha. Este jacaré proporciona uma superfície de rolamento contínua para ambas as rotas.


Design de jacaré de AMV

• Três tipos são usados

– Jacarés de ponta fixa

– Jacaré com asas móveis (jacarés de mola)

– Jacarés de ponta móvel

Tipo de jacaré Vantagens Desvantagens Uso recomendado

Ponta fixa Custos iniciais baixos

Alta carga dinâmica <45 MTBTt/ano

Asa móvel Sem máquina de chave

Melhorias só para a linha principal

>23 MTBT/Ano< 90 MTBT/Ano

Ponta móvel Elimina espaços na calha

Necessário máquina de chave, sinal de inter-travamento

> 90 MTBT/Ano

34

Assuntos relacionados ao perfil da superfície de rolamento do jacaré

Resumo: Degradação da superfície de rolamento• Sem contato conformado• Impactos

Design do perfil do jacaréDesigns de seção transversal do jacaré

•Alta•Tensão••AltaAlta••TensãoTensão

•Deslocada•Tensão no canto••DeslocadaDeslocada••TensãoTensão no cantono canto

•Tensão•distribuida••TensãoTensão••distribuidadistribuida

Perfis atuais

Ponto de contato no canto da calha entre o trilho de rolamento

Protótipo convencional

Superfície de rolamento plana, com raios de canto maiores

Ponto de contato longe do canto da calha

Protótipo conformal

Inclinação de 1/20 cônica na sup. de rolamento

Raio de canto maior

Contato conformal do canto da calha

Designs de jacaré – seção transversalGeração I

Geração II

AMV's

Figura 3-33. Comparação de desgaste em perfil convencional e conformal de jacarés

ConformalConformal ConventionalConventional

Jacarés de perfil conformados

Tensão de contato reduzida

Escoamento reduzido de metal

Esmerilhamento reduzido

Manutenção – 50% do padrão de tráfego intenso

Cruzamento ferroviário em nível

Jacaré com fundição reversível

Menor fundição de aço-manganês austenítico

Trilhos cobertos

Juntas com ângulo ajustado

Figura 3-35. Moldagem reversível


Jacaré de manganês sólido

Grande fundição de aço-manganês austenítico

Talas parafusadas para os trilhos de rolamento

Figura 3-36. Moldagem sólida

35

Cruzamento ferroviário em nível (ATO)

Figura 3-37. Jaceré de Rolamento de Friso

Jacaré de Friso Guiado

A roda anda sobre seu friso através do jacaré

Sem impactos

Baixa cargas dinâmica

Jacaré com friso guiadoRoda em apoio contínuo

A transição da roda da superfície do contra-trilho até ao friso guiado• Vantagens:

– Baixa carga dinâmica– Maior vida útil– Menos restrições de velocidade


Jacaré com friso guiado

Roda percorre pelo friso através do jacaré

Sem impactos

Baixa carga dinâmica

Vida de fadiga estendida em 5 à10 vezes

Class 4Track

2778

-B1b

Measured performanceConventional diamonds

Measured performanceFBF test diamonds

Class 4Track

2778

-B1b

Measured performanceConventional diamondsMeasured performanceConventional diamondsMeasured performanceConventional diamonds

Measured performanceFBF test diamondsMeasured performanceFBF test diamondsMeasured performanceFBF test diamonds

64

Obrigado!

Michael Roney


36

Darrell Cantrell Cantrell Rail Services, Inc.

Drenagem, Mais Drenagem e Melhor Drenagem

06-22-12 Agenda

1

•Manutenção de Valeta e Ombro

•Drenagem da Superfície

•Drenagem do Lastro e Sublastro

•Lastro Contaminado

•Atividades de Manutenção do lastro para melhorar a

drenagem

•Drenagem profunda

Drenagem lateral à ViaAterroAterro

Valeta escavadaValeta escavada

Valeta de Valeta de ConcretoConcreto

Drenagem - Subleito

Fluxo da Valeta

Evaporação

Origem da Água no Subleito

Precipitação

Fluxo daSuperfície

Percolação do Subsolo

37

Fluxo de caminho longo restringe a drenagem do sublastro

Descarga lateral para fora da via

Gradiente da face de corte

Valeta próxima a via

Valeta de receptaçãoE condução de água

Gradiente de nivelamento da bacia de drenagem

Controle da água de Superfície

Drenagem Obstrída

Drenagem Obstruída Drenagem Obstruída

38

Potencial Fontes de Água

• Chuvas ou neve derretida diretamente na via

• Água de Superficie fluindo em direção e infiltrando na Estrutura do Trilho

•Água fluindo por dentro da estrutura da Via, p. ex: dentro de vazios de lastro ou por camada usadas para construção do aterro da linha

•Água Subterrânea


Indícios de Elevação nos lençois freáticos

• Terra que está úmida mesmo durante os períodos longos de seca

• Vegetação normalmente associada com zonas úmidas que se formam perto dos taludes

• Vegetação crescendo em valetas ou em taludes durante os períodos de seca do ano, principalmente em regiões do país com clima seco

• Presença de água acima dos taludes e abaixo da via

Locais Onde a Água fica Presa• Rachaduras nos aterros

• Bolsões de Lama do Lastro

• Na interface entre subleito e uma camada relativamente rígida que sobrepõe o subleito, porém abaixo do lastro

• No contato de rocha ou solo mais permeável ou solo com menos material permeável

Fluxo irrestrito para as canaletas Ambas as Valetas Bloqueadas/Área Alagada

39

Valeteira Loram Badger Herzog MPM

Práticas Recomendadasde Manutenção

• Limpar valetas e bueiros.

• Checar bueiros e certificar-se que estão em boa condição, não estejam enferrujados, e/ou retirados.

• Substituir bueiros que estejam muito pequenos por bueiros de capacidade adequada

• Manter as entradas dos bueiros desobstruídas e instalar sistemas que reduzam a possibilidade de obstrução da entrada do bueiro ou de detritos que caiam dentro do bueiro e obstruam-no.

Práticas Recomendáveisde Manutenção

• Melhorar a drenagem da superfície – certificar-se se as gradientes de nivelamento estão escoando e não alagando.

• Desviar a água de superficie antes que ela atinja áreas de problema

• Manter a água de superfície como água de superfície. Não deixar que a água alague ou infiltre no aterro ou a terra declive no aterro.

• Aprofundar as valetas à 305 mm (12 polegadas) abaixo do fundo dos sublastros (não aprofundar as valetas para que essas sejam perdidas pela seção do trilho).

• Inclinar o fundo das valetas para melhorar o runoff.

Programa de Manutenção de Drenagem

• Mantenha as canaletas limpas e devidamente niveladas

• Mantenha os ombros dos aterros limpos e inclinados para drenagem

Lastro Contaminado

40

Drenagem Obstruída

Excesso de Lastro

41

Abrasão na região do apoio do Trilho Abrasão na região do apoio do Trilho

Trinca no centro do dormente

Excesso de LastroDrenagem obstruída nos dois lados da

Via

42

Centro da via rígido Falha no Subleito

Dormente - Com Dois Anos de Uso

12"

6

Subleito A

18"

6"

Lastro

Subleito B

Sublastro Sublastro

Subleito A mais forte do que Subleito B

43

42 43

44

Práticas Recomendadasde Manutenção

• Limpeza do ombro de lastro anterior à turmas de renovação de dormentes e baseada em ciclos

• Desguarnecimento para manter uma boa limpeza da seção do lastro

• Executar ciclos de socaria para manter a espessura apropriada do lastro

• Ciclos de manutenção recomendados

44

Cliclos Recomendados de Manutenção

• Ferrovias com dormente de concreto com volume superior a 100MTBT, ciclos de socaria a cada 150-200MTBT

• Executar limpeza de ombro de lastro a frente da socaria

• Desguarnecimento a cada 10-12 anos

• Ferrovias com dormente de madeira com volume superior a 100MTBT, ciclos de socaria a cada 250-300MTBT

• Executar limpeza de ombro de lastro a frente de cada ciclo de socaria

Cliclos de Manutenção Recomendáveis

• Reabilitadora de Linha (desguarnecimento lastro e sublastro) em dormente de madeira a cada 17 – 20 anos

• Linha com dormente de trilho com 50 MTBT, executar socaria a cada 3,4 anos com a desguarnecedora de ombro de lastro a frente das turmas de socaria

Contaminação do Ombro do Lastro com Água Presa

Loram HP Desguarnecedora de Lastro

45

RM-2003 Desguarnecedora de Lastro

Práticas Recomendadas de Manutenção

• Remover dos ombros de aterro qualquer detrito produzido nas atividades de manutenção como, desguarnecimento, limpeza do ombro do lastro, e limpeza da valeta.

• Nivelar os ombros para drenar a água sobre o lado do aterro sem restringir o fluxo. Medidas de proteção contra erosão podem ser necessárias no talude

MANUTENÇÃO DOS FINAIS DA PONTE

46

TRANSIÇÕES DA VIA

Falha no Subleito MMááquina de Formaquina de Formaçção de ão de ReabilitaReabilitaçção ão

RPMW 2002RPMW 2002--22

47

Obrigado!

Darrell D Cantrell

Phone: 913-909-2125

Email: Dcantrell@amsted rps.com

48

P4b-

TTCI is a subsidiary of the Association ofAmerican trilhoroads, Pueblo, Colorado

Interação Roda/TrilhoInteração Roda/Trilho

Gerenciamento do ContatoRoda/trilho

Apresentado porSemih Kalay

Sr. Vice President, Technology

Gerenciamento do ContatoRoda/trilho

Apresentado porSemih Kalay

Sr. Vice President, Technology

TM

© TTCI/AAR, 2012

Perfil e Contato de Roda/Trilho

Resumo:Fundamento do contato Roda/trilhoDescreve três “zonas” de contato

Discute os parâmetros básicos a serem controlados quando gerenciando o contatoRoda/trilhoDescreve a forma do perfil da roda da ferrovia e as funções de porções diferentes de perfil

Contato Roda/trilho – efeitos de huntingContato Roda/trilho – efeitos curvarvaturaRodas com desgasteRCFControle de interface de Roda/trilho

TM

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InteraInteraççãoão do do PerfilPerfil de de Roda/trilhoRoda/trilhoPerfil crítico de Roda/trilho

para o desempenho do sistema:Controla as forças de mecanismo de direção do veículoControla as forças laterais que leva a via à degradaçãoControla o desgaste e fadigaCustos são altos$8 bilhões em custos com vias$3 bilhões com substituição de trilho e custo de manutenção$800 milhões com custo de substituição de rodasMaior contribuinte para consumo de combustível

Ferrovias Americanas tem uma conta de combustível de em torno de $8-12 bilhões

TM

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Fundamentos do Contato de Roda/Trilho

TM

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ForForççasas de de Roda/TrilhoRoda/Trilho

TM

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ÁÁrearea do do ContatoContato de de Roda/trilhoRoda/trilho

49

P4b-

TM

© TTCI/AAR, 2012

Definição de creepage

são velocidades de corpo rígido para uma origem de movimento com o ponto de contato

CreepagesCreepages

( )V

VVCorrente de Perdaou Fuga WR−=

321 andV,V Ω

TM

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ReaReaçção livre de um rodeiro com ão livre de um rodeiro com ForForçça Lateral Aplicadaa Lateral Aplicada

222T γ⋅= fy

VyF

yTψ222yy f2T2F γ⋅⋅=⋅=

ψ⋅⋅−= 22f2Fy

CreepageLateral2 =γf22 = Coeficiente lateral de ‘rastejo’

TM

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ReaReaççãoão LivreLivre de um de um RodeiroRodeirono no MomentoMomento de de GiraGiraççãoão

01110xz f2T2M ll γ=⋅⋅=

yf2M0

0

11z ⋅⋅−=rlλ

zM

111x fT γ=

111x fT γ=

y 0l

0l

=11f Longitudinal creep coefficient=1γ Longitudinal creepage

TM

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Contato, tensão e perfis de Roda / trilho

…Because Trains And People Interact.

TM

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Perfis de Roda/trilho

Foco principal em cada região:Região A:

Contato entre a região centraldo boleto do trilho e dasranhuras da roda

ConicidadeDesgaste ocoCarga Térmica

Região B:Contato extremo único ou de dois pontos

Região C:Contato lateral

3 3 REGIÕES PRINCIPAIS DE CONTATOREGIÕES PRINCIPAIS DE CONTATO

R onegi C Region B

Region A

TM

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Quando os veículos insrevem em TGT Curvas medianas

(com truques sem auto-inscrição)Curvas estreitas(com truques steering)Características

A tensão de contato é a menorCreep lateral e forças de rastejo são baixasO creep longitudinal e forças são altas

A região é destinada para otimizar a estabilidade do veiculo enquanto provem uma diferença de RR adequada para a curvaturaLubrificação no (TOR) reduz forças de direção e carga tangencial e área de contato

REGIÃO A: Ranhuras da RodaREGIÃO A: Ranhuras da Roda

R onegi C Region B

Region A

50

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TM

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Alta tensão no trilho superior

psi

Contato de Roda / Trilho Alto


TM

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Contato entre o canto de bitola e friso

A área de contato épequenaTensão de contato é maiorTrês tipos possíveis de contato

Dois pontos de contatoContato de ponto únicoContato conformal

REGIÃO BREGIÃO B: FRISO E CANTO DE BITOLA: FRISO E CANTO DE BITOLA

Two Point Contact

Single Point Contact

Conformal Contact

TM

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Contato de dois pontosO contato do friso éinevitávelProduz excessivoaumento de comprimentode arraste relativoAltas taxas de desgaste e rachadura de materialMenos danos ao trilho do que à roda

A carga vertical écarregada para longedo canto de bitola

Contudo, inibe a força de inscrição e adversamente afeta a curvatura

REGIÃO B: FRISO E CANTO DE BITOLAREGIÃO B: FRISO E CANTO DE BITOLA

Two Point Contact


Conformal ContactTM

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Contato de ponto únicoProduz tensão de contato excessivaAssociado com forças longitudinais altasMaioria de danos na roda e viatensão de contato alta com condições de creep

Resulta em fadiga àextraviração da bitolaFluxo de material

Produz defeito de trilho, de forma medianaRachadura do canto de bitola, em sua pior forma


Two Point Contact


Conformal Contact

TM

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Dano no trilho superior do contato na canto dabitola

psi


TM

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Contato conformalCanto da bitola e desgaste do friso da roda para um perfil comumA opção conformal é a aceitável

Retém seu formatoA fadiga no canto da bitola é controladaLubrificadores são suportadosConicidade é neutra


Two Point Contact


Conformal Contact

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P4b-

TM

© TTCI/AAR, 2012


Contato lateral da Roda & Trilho é menos capaz de suportar o contato (a tensão de cisalhamento é desenvolvida porque não hásuporte de materiais adjacentes)Mais difícil de otimizar

Contato entre a roda e trilhoTensão alta de contatoTermina nesta região

Evitar:O controle de desgaste concavo da rodaTritura o campo lateral do trilhoControle de bitola

REGIÃO CREGIÃO C: : CONTATO LATERAL DE BOLETOCONTATO LATERAL DE BOLETO

(Limit)TM

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Os perfis significamente afetamO desempenho da inscrição do veículoEstabilidade do veículo

Hunting em vagão vazioHunting em vagão carregado

EFEITOS DO PERFIL RODA/TRILHO EM INSCRIEFEITOS DO PERFIL RODA/TRILHO EM INSCRIÇÇÃO E HUNTINGÃO E HUNTING

TM

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IncriIncriççãoão do veiculodo veiculoDireDireçção do Pivô do truque ão do Pivô do truque

Momentos durante a entrada espiralMomentos durante a entrada espiral

TM

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Fatores que afetam o momento de Fatores que afetam o momento de inscriinscriçção do eixo na curvaão do eixo na curva

Causa de contato severo de dois pontos

Perfis da roda em contato de dois pontos Perfis do trilho em contato de dois pontosEsmerilhamento para melhorar canto da bitola

Lubrificação de Roda/trilho não apropriadaRodas desgastadas ocas

Perfil de bitola

TM

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InscriInscriççãoão do do VeVeíículoculo –– ForForççasas agindoagindoemem truquetruque de de trêstrês partespartes

TM

© TTCI/AAR, 2012

ContatoContato de de Roda/trilhoRoda/trilho-- EfeitoEfeito de Hunting do de Hunting do VeiculoVeiculo

y

ψ x

O hunting predominantemente ocorrre em veiculos leves ouvaziosQuando a velocidade é alta, de larga amplitude, acontece o movimento lateral de friso a friso no conjunto de rodas

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P4b-

TM

© TTCI/AAR, 2012

ContatoContato de de Roda/trilhoRoda/trilho-- EfeitoEfeito de Hunting no de Hunting no VeiculoVeiculo

0l 0l

0yLr Rr

00L yrr ⋅+= λ00R yrr ⋅−= λ

Rolling Radii:

λ

Conicidade efetiva= RRD/(2 y0)

Alta conicidadeaumenta o risco de hunting

-20-15-10-505

101520

-10 -5 0 5 10

Wheelset Lateral Shift (mm)

Rol

ling

Rad

ius

Diff

eren

ce

(mm

)

TM

© TTCI/AAR, 2012

CritCritéériorio de de NadalNadal de L/V de L/V nana RodaRoda comocomo critcritéériorio paraparapreverprever o o descarrilamentodescarrilamento de de escaldaescalda de de frisofriso

TM

© TTCI/AAR, 2012

RodaRoda com com desgastedesgaste OcoOco

Causada por deslocamento da área de rolamento em via retaDiferença no diâmetro da roda

Na curva da rodaDesgaste imperfeitoPressão imperfeita do freioTruque empenado

TM

© TTCI/AAR, 2012

RodaRoda com com desgastedesgaste OcoOco

A posição do contato move significantemente no canto da bitola em direção à área lateral (freqüentemente visto em trilho interno)

Risco de quadramento de trilhoRisco de tensão de contato alta devido a área de contato pequenaAbertura na bitola

VL

•LL

TM

© TTCI/AAR, 2012

RodaRoda com com desgastedesgaste OcoOco e e quadramentoquadramentodo do trilhotrilho

Aumento da forAumento da forçça a laterallateralEspecialmente nos Especialmente nos eixos do trilhoeixos do trilhoIsto aumenta o risco Isto aumenta o risco de de quadramentoquadramento do do efeito de truques efeito de truques adjacentesadjacentesA situaA situaçção do trilho ão do trilho

inferior inferior éé a pior por a pior por causa do friso falsocausa do friso falso

TM

© TTCI/AAR, 2012

FadigaFadiga no no contatocontato de de rolamentorolamento

A fadiga no contato de rolamento (RCF) pode levar a remoção prematura do trilho e limitar a inspeção dos defeitos internos do trilho

Defeito em cima do trilho interno

Defeito de canto de bitola no trilhosuperior

Flaking no lado oposto da bitolano trilho inferior

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P4b-

TM

© TTCI/AAR, 2012

3

ForForççasas nana inscriinscriççãoão e RCFe RCF

Fissuras de RCF em trilho superior geralmente crescem em ângulos direitos para a força resultando do contato de área• Pesquisas iniciais relataram a existência de fissuras RCF para as magnitudes de força usando o conceito “Shakedown Limit”•Mas esse procedimento não prontamente deu a si o verdadeiro precedente do comprimento da fissura ou quando isso aconteceria

• Em geral, os truques inscrevendo nas curvas geram mais forças longitudinais e laterais no eixo do que no eixo do trilho

• Eles são conseqüências do deslocamento do eixo lateral e do ângulo de ataque

• As forças longitudinais/laterias da área de contato são exemplos de ‘forças de arraste’ e fricção limitada

© TTCI/AAR, 2011®

Diagrama Shakedown

Surface Flow Regime

Elastic Regime

Sub-surface Flow Regime

Sha

kedo

wn

Lim

it =

P0 /

ke

Traction Coefficient = Q / P

Bad

Bad

Good

Good

Lack of Lubrication Use of Sand/Sandite Traction Creepage Control Stop/Start Operations Stif f Bogie Suspensions

Higher Cant Deficiency Heavier Axle Load Smaller Wheel Diameter Incorrect Wheel/Rail Profile Tighter Rail Gauge Incorrect Rail Inclination

Transient Trajectory

♦ A teoria Shakedown usada para relatar as forças da Roda/trilho ao RCF previsto• Força normal = Força vertical• Força tangencial = Raiz Quadrada (força lateral)2 + (força Longitudinal2)• Pressão de contato (Po) calculada baseada em contato hertziano e perfis

presumidos• Força de cisalhamento (K) presume-se constante

Inspeção de via usando rodeiro instrumentado

• Exemplos de diagrama de contorno Shakedown

Curva A, não há excedente de Shakedown

Curva D, Há excedente de Shakedown

TM

© TTCI/AAR, 2012

3

WLRM: A WLRM: A funfunççãoão dada transferênciatransferência TT--GammaGamma

Baixa dureza nos trilhos de açoNão há dano para Tγ < 15Pico de dano RCF em Tγ = 65

o Fissura visíveis após 100,000 passagens no eixoo A vida do trilho expira após 2,000,000 passagens no eixo

O desgaste remove RCF para Tγ > 175

• As forças do patch de contato longitudinal e lateral são exemplos de ‘forças de aumento de comprimento’ e fricção limitada

• O aumento por si próprio é um estado parcial de ruptura que é comum entre os truques em contato de rolamento

• A força de arraste vezes o arraste (TGamma) tem unidades de energia/unidade de distância e representa a energia gerada

TM

© TTCI/AAR, 2012

VocêVocê nãonão consegueconsegue controlarcontrolar o o queque vocêvocê nãonão podepode medirmedir!!

Interface de Roda / trilho sem controleLeva a:

Força fraca de inscrição do veiculo nas curvas

Forças laterais,Uso de combustível e desgaste do trilho

Instabilidade do veiculo em vias tangenteHunting, aceleração lateral

tensão de contatoFissuras, spalling, shelling

DescarrilamentoUm controle eficaz da roda e trilho écrítico para o desempenho do sistema

TM

© TTCI/AAR, 2012

Interface de Roda/trilho

Controle de interface de Roda/trilhoImplementa lubrificação eficaz de Roda / trilhoMelhora na manutenção do perfil da Roda/trilho Melhora a geometria da viaUsa truques de suspensão melhoradaImplementa os sistemas de monitoramento da condição do veiculoMelhora a manutenção do truqueReduz a resistência de rotação do truque através da lubrificação da placa central

54

P4b-

© TTCI/AAR, 2010, p37®

Sistema de Inspeção de Contato de Roda/trilho (WRCITM )

♦WRCI é um sistema de inspeção de contato automático de Roda/trilho• Leia no perfil do trilho e dados de geometria da via medidos por

carros TG, ou sistemas self-stand com seu próprio sistema de controle de perfil de trilho

© TTCI/AAR, 2010, p38®

Aplicação

♦Uso do sistema de WRCI™• Monitora as condições de contato no nível de sistema da

Roda/trilho • Identifica as trechos de trilho que tem tendências a

causar:▲ Desempenho inferior na curva▲ Quadramento do trilho▲ Descarrilamento do friso▲ Hunting do truque ▲ Alta taxa de desgaste ▲ Fadiga no contato de rolamento (RCF)

© TTCI/AAR, 2010, p39®

Fluxo de Conceito WRCITM

Indication of tread wear level

Indication of flange wear level

WRTOL™ (W/R contact

assessment software)

Wheel Database of Previously Collected Wheel Profiles

Criteria

Track Curvature,

Gage from TG Data

Rail

Wheel

Automated Rail Profile Measurement System

Reporting

Exception Reports

Time History Display&

Individual Rail Profile Analysis Display

Exception Density Reports

GPS -MP

© TTCI/AAR, 2010, p40®

Velocidade de Operação

♦Produz análise de dados em tempo real em carro-controle• No máximo do carro-controleoperando na velocidade de 60

mph (96 km/h)• Intervalo de amostra de trilho de 10 pés (≈3m) e usando uma

base de dados da roda de 200 eixos ♦Versão de escritório do sistema WRCI ™ realiza analises

após inspeção• Sobre um par de perfil de 15 trilhos por segundo são

analisadas as bases de dados da roda de 200 eixos. • O processo pode ser futuramente aumentado em conjunto

com os processadores adicionais para ambos em tempo real ou sistema de computação pós-inspeção

♦O sistema está sendo implementado na ferrovia NS

© TTCI/AAR, 2010, p41®

Sistema On-board

♦O sistema WRCITM funciona com sistema de medida de perfil de trilho diferente instalado nos carros-controle. O sistema on-board♦ Faz análises em tempo real de interação de roda/trilho em carro-controle♦ Provê relatórios de exceção e identifica locais os quais necessitam de futuras

inspeções e manutenções

Dispositivos automático de medição de perfisde trilho de diferentes fornecedores

© TTCI/AAR, 2010, p42®

WRCI Hardware e Software

♦Software• TTCI desenvolveu transmissão

de dados, operação e plataforma de armazenagem para os sistema WRCI ™.

• TTCI desenvolveu software de acesso ao contato de roda/trilho e acesso aos resultados mostrados em software (MultiVuTM)▲ O software envolve

computação extensiva matemática em ajuste de perfil de trilho, análise de parâmetro de contato e camadas múltiplas de exceção de acesso.

• Base de dados MySQL

♦Hard ware♦ Alto desempenho com a

habilidade de processar grandes quantidades de dados em um período curto de tempo

♦ Memória grande ♦ Estrutura montável

55

P4b-

© TTCI/AAR, 2010, p43®

Parâmetros de Saída

♦Parâmetros de Saída• Ângulo de contato máximo em trilho superior• Posição de contato lateral em trilho superior e interno• Conformidade de contato em trilho superior• Conicidade de contato em via tangente• Índice de tensão de contato (CSI)• Diferença de raio de rolamento (RRD)• Marco quilométrico (MP)• Coordenadas GPS• Curvatura e bitola da via

© TTCI/AAR, 2010, p44®

Tela de Operação WRCI™

♦Mapa de display GRS-MP♦Seleciona os critérios de análises♦Seleciona a base de dados da roda

Set Criteria

Select TG/rail profile measurement database and

wheel database

GPS-MP Map

© TTCI/AAR, 2010, p45®

Download de perfil de trilho para análise futura

Perfil medido, trilho alto

BitolaGage

Perfis de trilho alto desgastado em formatosimilar ao lado da bitola

Perfis de trilho alto produz contatoconformal com as as rodasdesgastadas

Perfil de trilho medido, trilhointerno

Bitola

© TTCI/AAR, 2010, p46®

Relatório de Exceção

♦Relatório de exceção o qual lista os trechos de trilho que produzem condições de contato que excedem aos critérios definidos e sobre uma distância específica

© TTCI/AAR, 2010, p47®

Relatório de Exceção de Densidade

♦Relatório de exceção de densidade lista os trechos de trilho que produzem condições de contato que excedem aos critérios definidos com uma distância acumulada maior do que d (menor do que 1) milha em 1 milha (ou d (menor do que 1) quilômetro em 1 quilômetro) distância.

Exception Density Report

Transportation Technology Center, Inc., a subsidiary of the Association of American Railroads

© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_20, p48

Quadramento de trilhoDescarrilamento

Análise de Geometria do Contato

Um exemplo de estudo de caso

56

P4b-

© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_20, p49

® Definição de background e problemas

♦ Descarrilamento de trilho quadrado ● Freqüentemente ocorre em curvas com

inclinação de trilho reverso existente ● A inclinação do trilho externo em

algumas curvas pode exceder a 5 graus sobre uma carga baseada em medidas de carro de geometria da via

♦ As causas raiz de descarrilamento de trilho quadrado são geralmente causadas por controle ineficaz de interface de● Incompatibilidade de perfil de roda/trilho ● Contenção fraca de trilho● Truques ineficazes● Procedimentos ineficazes de

manutenção da via

© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_20, p50

®Investigação de Inclinação Reversa

♦ Contribuição para inversão de inclinação● Campo lateral da placa de dormente

cortada ou abrasão na região de apoio do trilho

● Rotação do trilho de forças laterais altas e contato de Roda/trilho de dois pontos

● Carga vertical aplicada em direção ao lado externo do trilho

● Contenção insuficiente de trilho (força inadequada de fixação)

♦ Investigação de quadramento de trilho e reversão de inclinação de trilho:● Ferrovias relatam o descarrilamento

atribuído ao quadramento ou reversão de trilho”

© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_20, p51

® Investigação de causa raiz de extraviração reversa

♦ Contribuição para inversão de inclinação● Campo lateral da placa de apoio cortada ou

abrasão na região de apoio do trilho▲ Contenção insuficiente de trilho (força

inadequada de fixação)▲ Carga vertical aplicada em direção ao lado

externo do trilho ▲ Forças laterais altas devido a:

─ Contato forte de Roda/trilho de 2 pontos em curvas superiores

─ Truques de direção insuficientes

Sem placas de corte ouAbrasão na região do apoio do trilho

Bitola

Campo

Corte de placa de apoio

Gage Field

Com placas de dormente e Abrasão na região do apoio do trilho

Abrasao na regiao de ap

Trilho roll dinamico Trilho roll estático e dinamico

Campo

Campo

Bitola

© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_20, p52

®Investigação de extraviração reversa

♦ Contribuição para extraviraçãoexterna● Campo lateral da placa de apoio

cortada ou abrasão na região de apoio do trilho

● Roll/rotação do trilho de forças laterais altas e contato de roda/trilho de 2 pontas

● Carga vertical aplicada em direção ao lado externo do trilho

● Contenção insuficiente de trilho (força inadequada de fixação

● Truques de direção insuficientes

© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_20, p53

® Achado- Chave – Condição Original e Ciclo de Esmerilamento 1

♦ Riscos mais altos de rotação do trilho ocorre quando ambos os truques adjacentes tem desempenho insuficiente● Carga do lado lateral do truque acima de 50 kips.● Soma de carga de lado lateral do truque acima de 75 kips● Deflexão no boleto do trilho acima de 0.6 polegadas

♦ Esmerilhamento não melhorou as condições de contato da roda/trilho

♦ Restauração do trilho superior após esmerilamento

09/06/2011

Primeiro esmerilhamento de trilho04/26/2011

Restauraçao de trilho alto06/06/2011 Restauraçao de trilho interno e duas unidades TOR sendo funcionais

06/20/2011 Segundo esmerilhamentode trilho08/23/2011

© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_20, p54

® História de Força Lateral

Start test04/19/2011

First trilho grinding04/26/2011

trilho externo restoration06/06/2011

trilho internorestorationand two TOR units on06/21/2011

Second trilho grinding08/23/2011

10/30/2011

Third trilho grinding10/01/2011

TOR off

TOR on

Restauração do trilho56 3/8” gage

Restauração de trilho internoTOR em56 3/4” de bitola

Segundo esmerilhamento de trilho

TOR desligado TOR

ligado

Força lateral em trilho interno (kips)

Inicio de teste

Primeiroesmerilhamentode trilho

57

P4b-

© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_20, p55

® Restauração em trilho externo somente♦ Forças laterais e truques laterais

com taxas de L/V aumentados quando: ● Somente o trilho externo foi

restaurado para uma inclinação de 1:40 e contenção de contentores elásticos

● A bitola da via foi ajustada para 56 3/8 polegadas

● O trilho externo experimentou uma rotaçao grande de trilho

Contato com 2 pontos fortes, RRD>1”

Inicio de testes04/19/2011

Primeiro esmerilhamento de trilho04/26/2011

Restauraçao de trilho externo06/06/2011

Restauraçao de trilho internoE duas unidades TOR em06/21/2011

Segundo esmerilhamento de trilho08/23/2011

10/30/2011

TTerceiro10/01/2011

TOR off

TOR on

© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_20, p56

® Trilho roll sob uma contenção fraca de trilho

Video 1: trilho externo instalado com fixação elástica, trilho interno inclinaçãoreversa, resistência de pregos e trilho deficientes, 40 ft do site instrumentado, June 15, 2011

Video 1 – Trilho interno

© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_20, p57

® Restauração de ambos, trilho interno e externo, implementação de TORFM

♦ A melhoria da via inclui:● Fixação elástica instalada em ambos os trilhos

internos e externos ● Bitola da via ajustada para 56 3/4 polegadas● TORFM ligado (0.5 milha do local do teste)

♦ Resultados● Redução de força lateral nos trilhos● Grande número de contato de rodas em ambos

trilhos internos e externos até a lateral do campo

♦ Ciclo 2 de esmerilhamento de trilho resultou em reduçao futura de forças laterais

Inicio de testes04/19/2011Primeiro esmerilhamento de trilho

04/26/2011

Restauraçao de trilho externo06/06/2011

Restauraçao de trilho internoE duas unidades TOR em06/21/2011

Segundo esmerilhamento de trilho08/23/2011

10/30/2011

Terceiro10/01/2011

© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_20, p58

® Conclusão

♦ Esta investigação indica uma importância futura no controle de interface de roda/trilho● Contenção fraca de trilho e inclinação reversa de trilho podem

produzir forças laterais muito altas devido à:▲ Contato forte de 2 pontos no trilho externo▲ Diferença de raio de rolamento contra a inscrição

● Restauração somente no trilho externo tem um risco alto de causar descarrilamento do trilho interno por quadramento

● O esmerilhamento do trilho não pode restaurar corretamente no contato da roda/trilho com uma contenção fraca no trilho e inclinação reversa de trilho ▲ Pode resultar em forças laterais altas

58

James N. McLeod, P.Eng.

Um Panorama das Pontes e Estruturas

02/16/2012

AGENDA

• Panorama geral de Rede Norte Americana de CN• Bridge Plant @ CN – Por Números

• Tipos de Ponte

• Outras Estruturas

• Design da Ponte

• Construção e Substituição da Ponte• Estudo de Caso

• Inspeção da Ponte e Sistema de Gerenciamento de Ponte

• Classificação da Ponte• Exemplo – Classificação do vão da viga• Testes da Ponte

• Emergências

1

Norte America – Ferrovia

Prince Rupert

Vancouver

Prince George

Fort Nelson

Fort St. John

Edmonton

Kamloops

Calgary

Saskatoon

ReginaWinnipeg Thunder Bay

Duluth

Minneapolis / St. Paul

Hearst

SaultSte. Marie

Stevens Point Green

BayFond du Lac

Sioux CityOmaha

Sarnia

Detroit

ChicagoSpringfield

St. Louis

Memphis

Baton Rouge

New Orleans

Jackson

Mobile

Cincinnati

TorontoBuffalo

MontrealQuebec

Moncton

Halifax

Conneaut

North Bessemer

Canada

United States

Rede Norte Americana

20,600 (~ 33,000 kms) rede de rota de milha através da América do Norte

Tráfego Pesado bem como Mercadoria Geral • Carvão, Grãos, Fertilizantes • Automóveis – 2.3 milhões de veículos em 2011• Intermodal – 18 terminais intermodais

Servindo a Portos em 3 Costas, Pacifica, Atlântica e Golfo• Prince Rupert, Vancouver, Montreal, Halifax e Nova Orleans

• 22,000 empregados• $8.3B receita em 2010• Taxa de Operação 63.6% o melhor na classe



Fábrica da Ponte

7,475 Pontes comprimento geral de 200mi ou 320 Kms

Valor de ativos $14.2BGasto Anual com capital ~$90M


Pontes

59


Placa de coberturasuperior

(Estrado)

Fixador de rolamento

Fixador intermediário

Rolamento

Placa de cobertura inferior

EscoramentoLateral

Estruturacruzada emdiagonal

DPG vão



Placas de coberturasuperior

Estrado

Enrijecedor de rolamento

Enrijecedor intermediário

Rolamento

Placa de cobertura inferior

Joelheira

Viga dabase

longarinas

Placa de junção

Rede

TPG vão


Através de suporte (TT) Através de suporte(TT) - Atípico

60

TT - Móvel Estrado com suporte (DT)

Estrado Apoiado por um sistema no piso

Estrado Apoiado por uma cordasuperior

Arco de Aço Vão da Viga (BMS)

61

Tipos de superestrutura de concreto

Laje de concreto armado - RCS

Vigas de concreto armado e pré-tenso – PCG, RCG

Arcos de alvenaria e pedra –CA, MA

Caixas de viga de concreto pré-tenso

Arco de concreto armado Cavalete de Madeira – EstruturaContorsida

Apoiado com madeira Tesoura de madeira com vãoGLULAM

62

Componentes de estrado aberto Tipos de dormente

Dormentes estruturais de ponte

Dormentes de rolamento de ponte : trilhos descançandosobre os apoios

Apoio contínuo sob os trilhos

Tipos de estrado de lastro – contin.

OUTRAS ESTRUTURAS

Túneis e abrigos em rochas Falso túnel para deslizamento de neve

63

Inspeção de muro de contenção Novo muro de contenção

Calha Calha vertical substituída

Melhorias na limpeza do túnel

Design de Pontes de Ferrovia

64

Guia geral para design de ponte de ferrovia


• Ferrovia Americana e Manual da Associação de Manutenção de Vias AREMA

• suprido com padrões e requisitos específicos para ferrovia

Cargas, Forças e Tensões – Pontes de Aço Capítulo 15 AREMA

Peso próprio – Estrado aberto, trilho, dormentes, contra-trilho, Placas e e fixação

Estrado de lastro – via, lastro e sistema de estrado

Sobrecarga– Cobre designado E ou sobrecarga alternada – tensão máxima!


Carga de Impacto – aumento de porcentagem para equipamentos rodantes

Especificações de material – Canadá CSA , EUA. ASTM

Deflexão – CN padrão é L/750 ao menos que se aprove de outra forma

Gabaritos – Adequar o gabarito

Tensões básicas permitidas • Membros primeiramente tensionados no movimento fletor•Trechos de flange, espessura da placa da rede• Conexão de flange e rede de placas de viga• Flange da viga principal e junção de rede• Fixador de rolamento• Fixador da placa da rede• Membro do piso e ganchos da viga do piso• Construção soldada• escoramento, estrutura de cruzamento e diafragma lateral, tração

Construção – Estudo do Caso


Configuração de Ponte existente • A ponte é um tipo de treliça de 3 vãos com apoio consistindo em:

• 2 vãos com abordagem cada de 148 ft de comprimento• Vão de balanço central de 175 ft de comprimento

• Estrutura fundada em píers de alvenaria apoiados por pilares de madeira• Píers de descanso reforçados com poços perfurados• Construído em 1899 (111 anos de idade)• Cruza o Rio Fox

• Rio Fox, Wisconsin, U.S.A.

40 Presentation Title – 01/12/2010 (optional) 41 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)

65


Classificação daPonte

TiposTipos de de cargascargas queque um um vãovão estestáá sujeitosujeitoàà

Peso próprio: Primeiramente os vãos da ponte tem seu próprio peso.Também outras cargas estáticas esperados em permanecer pela vida útil do vão.

Cargas móveis: Trem ou tráfego de veiculo.Temporário na natureza, e geralmente em movimento.Para Pontes de ferrovia o padrão é de Cobre E carga

Outras cargas: Impacto, tração e frenagem, centrifuga, vento, terremoto.

Qualidades da Ponte

A TAXA DE CAPACIDADE REQUER UM ENTENDIMENTO DE COMO A PONTE REAGE A VÁRIAS FORÇAS

ENVOLVE RIGOROSA CONFORMIDADE COM OS REQUISITOS DE ACEITAÇÃO E PROCEDIMENTOS (AREMA)

DEVE CONSIDERAR A AVALIAÇÃO DA VIDA DA FADIGA

A CONDIÇÃO ATUAL DE UMA PONTE PODE SER SIGNIFICANTEMENTE AFETADA POR SUA QUALIDADE ORIGINAL

CONDICONDIÇÇÕES ATUAIS ÕES ATUAIS (condi(condiçção deteriorada como relatada atravão deteriorada como relatada atravéés de inspes de inspeçções)ões)

•• INFLUENCIA MARCADA NA CLASSIFICAINFLUENCIA MARCADA NA CLASSIFICAÇÇÃO ÃO FINALFINAL

•• PODE AFETAR A OPERAPODE AFETAR A OPERAÇÇÃO DOS TRENS ÃO DOS TRENS

•• AFETA AS RECOMENDAAFETA AS RECOMENDAÇÇÕES DE CURTO E ÕES DE CURTO E LONGO PRAZO PARA A ESTRUTURALONGO PRAZO PARA A ESTRUTURA

QUALIDADES DA PONTEQUALIDADES DA PONTE

66

QUALIDADES DA FADIGAQUALIDADES DA FADIGA

CAUSAS DE DANOS A FADIGACAUSAS DE DANOS A FADIGA

•• CARGA CCARGA CÍÍCLICA (Muitas)CLICA (Muitas)

•• Faixa de tensão (Grande)Faixa de tensão (Grande)

•• TIPO DE DETALHE (Propenso a fadiga)TIPO DE DETALHE (Propenso a fadiga)

PONTES MAIS VELHAS AINDA SÃO PONTES MAIS VELHAS AINDA SÃO ACEITACEITÁÁVEISVEIS

•• Projetadas para locomotivas a vaporProjetadas para locomotivas a vapor

•• Design considerado de Impacto marteloDesign considerado de Impacto martelo

•• Tensões permitidas ficaram limitadasTensões permitidas ficaram limitadas

QUALIDADES DA PONTEQUALIDADES DA PONTE

LongarinaLongarina com com trechostrechos cruzadoscruzadosÂnguloÂngulo dada flange L8x8x1/2flange L8x8x1/2Web Web 7/167/16””x 30x 30””

3030””

EXEMPLO DE CLASSIFICAEXEMPLO DE CLASSIFICAÇÇÃO DE ÃO DE CLASSIFICACLASSIFICAÇÇÃO DE LONGARINAÃO DE LONGARINA

MIN REQ’D ClassificaçãoM-22 E 53.3S-22 E 55.9

ELEVAELEVAÇÇAO DE LONGARINAAO DE LONGARINA

2222’’--00”” C/C BRGSC/C BRGS

Flange Flange superiorsuperior

RedeRede

Flange inferiorFlange inferior

Boa M22 Boa M22 -- E62.0E62.0 S22 S22 -- E100+ E100+

Corrosão geral na flange Corrosão geral na flange Superior de1/4 Superior de1/4 ““ M22 M22 -- E53.0E53.0

PerdaPerda de flange superior de flange superior 1/2 to 1/8 1/2 to 1/8 -- 5/16 5/16 -- 1/2 M22 1/2 M22 -- E55.7E55.7

PerdaPerda de flange superior de flange superior 1/2 to 0 1/2 to 0 -- 3/16 3/16 -- 5/16 M22 5/16 M22 -- E50.7E50.7

2222’’ longarinalongarina –– ClassificaClassificaççãoão @ @ CenterCenter

CondiCondiçção daão daFlange superior Flange superior MOMENTO MOMENTO CisalhamentoCisalhamento

Boa Boa condicondiççãoão M22 M22 -- E62.0E62.0 S22 S22 -- E65E65

Rede corroRede corroíída de altura completa por 1/8da de altura completa por 1/8””S22 S22 –– E55.8E55.8

Rede corroRede corroíídadapor 1/8por 1/8”” por 7por 7”” acima, relembrado por 1/16acima, relembrado por 1/16”” S22 S22 -- E58.1E58.1

2222’’ longarinalongarina -- ClassificaClassificaççãoão@ @ EndEnd

Rede corroRede corroíída de altura completa por da de altura completa por /16/16”” S22 S22 –– E60.4E60.4

MOMENTOMOMENTO cisalhamentocisalhamento

Classificação da Vida do Vão


Mecânica:

Similar a cálculos de design, mas diferentes cargas de vento e tensões permissíveis para capacidade “normal” e ocasional capacidade (“máximo”).

- Trechos críticos de rede para o momento e cisalhamento (original & reduzido).

Cargas aplicadas por AREMA 15.1.3 & 15.7.3.3- Peso próprio (peso próprio, estrado & anexos).- Cargas de vento (tombamento do material rodante, efeito lateralapoiado & curvatura local).- Sobrecarga(Cooper E50), Impacto.- Efeito centrífugo em via curvada (tombamento do material rodante & curvamento local).- Forças longitudinais (frenagem & aceleração) em vigas de chão.

Tensões permissíveis por AREMA 15.1.4 & 15.7.3.4.3Cl f ã l d b 50 (f f ) / f

67

Imformações reunidas:

Esta é a parte que consome mais time no processo.

- Providenciar desenhos do local.- Providenciar desenhos de reforço.- Providenciar fotos.- Providenciar relatórios de inspeções e conteúdos dos estudos.- Resolver informações conflitantes e incompletas dos recursos mencionados.

ClassificaClassificaççãoão do do vãovão dada vigavigaCorrosão:

c b a cut

a cknife edge

cut

b

3/4” to 5/8” 1/2” 10” longo 1” cut, 3/4” até knife edge

18” de cima 1/4” - 1/2” - 5/8”

Relatórios de Inspeção

CLASSIFICACLASSIFICAÇÇÃO DO ÃO DO EQUIPAMENTOEQUIPAMENTO

- Desenvolvido por volta de 1990s por DPG, TPG & Vãos de viga

- Usa Microsoft Excel / Vbasic platform.

- Segue ambos direções da CN e AREMA.

S.M.A.R.T.S.M.A.R.T.(FERRAMENTA DE CLASSIFICA(FERRAMENTA DE CLASSIFICAÇÇÃO DE MANUTENÃO DE MANUTENÇÇÃO DAS ÃO DAS

ESTRUTURASESTRUTURAS))

68






ESTRUTURAS)ESTRUTURAS)


ESTRUTURAS)ESTRUTURAS)

Restauração de emergência de Ponte

Descarrilamentos, Desmoronamentos, Vento, Etc.

69


Ponte

Estrado de madeira destruído por incêndio em 30 Junho de 2011



Mile 5.6 Lac St Jean

Descarrilamento por trilhoquebrado


70


Dano por descarrilamento ao posto apoiado e reparos


Deslizamento de Rocha – Milha 94.6 Subdivisão Ashcroft


BUEIROS

Inspeção de bueiro

71

Novas instalações de bueiro -Empurrado Instalação de bueiro – Corte aberto

Obrigado!

Jim McLeod, P.Eng.


72

James N. McLeod, P.Eng.

Desafios de Novas Construções de Subleito

02/16/2012

AGENDA

1

• Visão geral da rede Norte America CN

• Ambiente – encontrando com o desafio

• Fundamentos da Estrutura da Via

•Riscos Geológicos

• Estudo de Caso de Projeto

North America – Malha Ferroviária

Prince Rupert

Vancouver

Prince George

Fort Nelson

Fort St. John

Edmonton

Kamloops

Calgary

Saskatoon

ReginaWinnipeg Thunder Bay

Duluth

Minneapolis / St. Paul

Hearst

SaultSte. Marie

Stevens Point Green

BayFond du Lac

Sioux CityOmaha

Sarnia

Detroit

ChicagoSpringfield

St. Louis

Memphis

Baton Rouge

New Orleans

Jackson

Mobile

Cincinnati

TorontoBuffalo

MontrealQuebec

Moncton

Halifax

Conneaut

North Bessemer

Canada

United States

Rede Norte Americana

20,600 (~ 33,000 kms) rede de rota através da América do Norte

Tráfego Pesado bem como Mercadoria Geral • Carvão, Grãos, Fertilizantes • Automóveis – 2.3 milhões de veículos em 2011• Intermodal – 18 terminais intermodais

Servindo a Portos em 3 Costas, Pacifica, Atlântica e Golfo• Prince Rupert, Vancouver, Montreal, Halifax e Nova Orleans

• 22,000 empregados• $8.3B receita em 2010• Taxa de Operação 63.6% o melhor na classe



cI

Perigos terrestres e Mapa Geológico Superficial US & Canada

Fluxo de detritos

Deslizamento de Terra

Quedade rochas

Slump rotacional

Fluxo de terra retrogressivo

73


Índice de Severidade de Terremoto


Inverno!

74

7 8


RevisãoRevisão HistHistóóricarica

MaioriaMaioria das das viasvias principaisprincipais > 100 > 100 anosanos de de idadeidadeConstruConstruíídada com com ttéécnicacnica observacionalobservacional, , baixobaixo FOS, FOS,

–– CompactaCompactaççãoão nemnem sempresempre 95 %95 %–– Centro do Centro do aterroaterro aindaainda no no estadoestado desgregadodesgregado–– NãoNão hháá sublastrosublastro

ConstruConstruíídodo parapara trtrééfegofego maismais leveleve e e maismais vagarosovagarosoConhecimentoConhecimento de de histhistóóriaria de de construconstruççãoão ééimportanteimportante emem projetosprojetos de de instalainstalaççõesões de de planosplanos

Descrição de Campo do Solo

O O queque significasignifica solo?solo?

•• Fragmentos derivados de rochaFragmentos derivados de rocha--matriz ou matriz ou matmatééria orgânica por ria orgânica por intemperismointemperismo ququíímico mico ou fou fíísicosico

•• PartPartíículas prontamente separadas quando culas prontamente separadas quando agitadas na agitadas na ááguagua

•• Tamanhos de partTamanhos de partíículas de culas de matacãomatacão(maiores do que 300 mm ou 12 in.) a argila (maiores do que 300 mm ou 12 in.) a argila (menores do que 0.002 mm ou .00008 in.)(menores do que 0.002 mm ou .00008 in.)

Identificação de procedimento de campo

GrossoGrosso solo em grão, solo em grão, matacãomatacão, seixo rolado, areia e brita , seixo rolado, areia e brita normalmente identificados por exame visualnormalmente identificados por exame visual

FinoFino solo em grão, solo em grão, siltesilte e argila identificados por meios indiretose argila identificados por meios indiretos•• Teste de agitaTeste de agitaçção (indica dilataão (indica dilataçção)ão)•• Teste de brilho Teste de brilho •• Teste de forTeste de forçça secaa seca•• Teste de Teste de arenosidadearenosidade

Identificação do SOLO

O solo O solo éé composto por partcomposto por partíículas e vaziosculas e vazios

O solo O solo éé mineral ou orgânicomineral ou orgânico

Orgânico Orgânico –– solos incluem solo, turfa e solo fibrososolos incluem solo, turfa e solo fibroso•• compressivo; fraco e compressivocompressivo; fraco e compressivo•• Não apropriado para a construNão apropriado para a construçção do subleitoão do subleito

MineralMineral solos são granulados grossos ou finossolos são granulados grossos ou finos•• GrossoGrosso granulados são visgranulados são visííveis a olho nuveis a olho nu

–– matacãomatacão, seixo rolado, brita, areia, seixo rolado, brita, areia•• FinoFino granulado não visgranulado não visíível a olho nuvel a olho nu

–– siltesilte, argila, argila

75

Solos finos granulados podem serSolos finos granulados podem serPlPláásticostico (aderente)(aderente)–– Capaz de rolar em malhas de 1/8Capaz de rolar em malhas de 1/8””–– Macio e brilhosos quando cortadoMacio e brilhosos quando cortado–– Não são dilatadoresNão são dilatadores–– Alta resistência drenadaAlta resistência drenada

NãoNão--plpláásticostico (sem aderência)(sem aderência)–– arenoso e opaco quando cortadoarenoso e opaco quando cortado–– Mostra dilataMostra dilataçção quando saturadoão quando saturado–– Baixa resistência drenadaBaixa resistência drenada–– Não pode ser abaixo de malha de 1/8Não pode ser abaixo de malha de 1/8””

……IdentificaIdentificaçção ão do SOLOdo SOLO siltesilte–– Muito sensMuito sensíível a umidadevel a umidade–– Pequenas mudanPequenas mudançças na umidade faz com que se as na umidade faz com que se

comporte como lcomporte como lííquidoquido

GradaGradaçção e densidade (compactaão e densidade (compactaçção) ão) são mais importantes na influência no são mais importantes na influência no comportamento do solo de grão grossocomportamento do solo de grão grossoO comportamento do solo controlado O comportamento do solo controlado por tipos mais finos presente onde esse por tipos mais finos presente onde esse tipo de solo produz mais do que 10% de tipo de solo produz mais do que 10% de massamassaAtterbergAtterberg limites e umidade contlimites e umidade contéém a mais m a mais importante influência no comportamento do solo de importante influência no comportamento do solo de grão finogrão fino

…………..IdentificaIdentificaçção de Soloão de Solo

Componentesda Via

lastrolastro•• Apoio direto de estrutura, carga Apoio direto de estrutura, carga

propagadapropagada•• MMéédio para ajustar a geometriadio para ajustar a geometria•• O colchão elO colchão eláástico absorve impacto e stico absorve impacto e

energia dinâmicaenergia dinâmica

SublastroSublastro (freq(freqüüentemente ausente)entemente ausente)•• Espessura de projeto para reduzir Espessura de projeto para reduzir

tensão ao subleito.tensão ao subleito.•• Zona de transiZona de transiçção entre o lastro e ão entre o lastro e

sublastrosublastro para prevenir o subleito de para prevenir o subleito de poluipoluiçção lastro ão lastro

subleito. subleito. •• A rigidez depende de;A rigidez depende de;

–– Tipo de materialTipo de material–– Umidade do soloUmidade do solo

•• Importante para; Importante para; –– Manter boa drenagemManter boa drenagem–– Manter a geometria do subleito Manter a geometria do subleito

estestáável (evitar deformavel (evitar deformaçção)ão)(Selig & Águas)

FunFunçção da estrutura da via e ão da estrutura da via e limite de deflexão do trilholimite de deflexão do trilho

Dormentes, lastro e Dormentes, lastro e sublastrosublastro, todos contribuem, todos contribuem

Base para projetoA estrutura de espessura da

subestrutura para limitar a tensão do trem dentro da capacidade permitida de carga de subsolo

Cargas Estáticas

+ (Limites de dinâmica) (Bousinessq’s)

• Força de Cisalhamento do solo

Cargas Dinâmicas, Cumulativo MGT• Modulo (Camada granular e

subleito)

Duas bases de design :Previne;– #1 def. plástica– #2 Cisalhamento

Progressivo

(Selig & Águas)

Reduz a tensão aplicada no subleito- lastro mantém “limpo” e grosso-Sublastro : Espessura granular apropriada,

limpo” (Finos<8%), drenagem livre >>Rigidez e drenagem sobre subestrutura

lastro bolsão de lama

`

Função do Lastro

Estrutura de apoio da via• Posição segura e

firme• Propaga a carga

Drenagem da estrutura da via

Média para ajustar a geometria da via

Colchão elástico para absorver impacto dinâmico

Drenagem livre • Max. % de Finos (3/4” #200 granulométrica)• A água diminui a fricção, acelera o atrito,

enfraquece as fundações

Provê estabilidade adequada• Angulo alto de fricção e densidade• Agregados cúbicos angulares – Baixo % Finos

• Pedras maiores >> mais resistentes (dilatação na Cisalhamento)

Mas o lastro degrada sob tráfego• (vida do lastro=200 a 900 mgt)

Deve ser forte e durável

Requisitospara um bom

lastro

76

Lastro velho após 10 anos

2.5” to 1.5” 1.5” to 3/4” ¾” to 1/2” 1/2” to 1/4” <1/4”

Gradaçao de lastro específico e lastro velho

Algum lastro com calcário A maioria de lastro da CN aceitável(pedra nãosedimentar)

Gráfico de durabilidade de lastro

Falha conhecidade lastroCN Specs

~AREMA #4

~40% <3/4”Absolutamente necessário

~25% <3/4”Ideal para desguarnecimento

Importânciada Gradação

Degradação gradual

(sob 500mgt de tráfego)

Propõe o uso de ¾” da taxa do estado do lastro

2.5” 2” Falha de lastro

•Impossibilidade de se fazer uma ou mais de suas funções •Quando é muito pequeno e contaminado e não mais consegue desempenhar a função

–Não propaga a carga---–Não segura a via adequadamente–Não drena a água–Não mantém a superfície

–>Efeito bola de neve…degradação exponencial•Se aguardar por muito tempo-

•Causa danos e deformação permanentes–Riscos mais altos de interromper o serviço, TSO, Descarrilamento.–Vida mais curta dos trilhos e dormentes–Programas mais caros de U/C

Distribuição de tensão sob as vias

6,000 psfsob os dormentes

~200 psf @ 5 pés de profundidade

CargaCarga dinâmicadinâmica muitomuito impoirtanteimpoirtante

Zona deinfluência

(tensãoes~2,000 psf @ 20”)

(fundaçao fracaaguenta a capacidade?

Falha PlásticoDeformação-Cisalhamento progressivo-lastro bolsão de lamas

OK

Reduz a curva de tensão cCom o reforço

Geoweb/HMA

77

Impacto de falha de lastro

CargaCarga dinâmicadinâmica muitomuito importanteimportante

Falha de Cisalhamento progressivo

Deformação plásticalastro bolsão de lama

Bombeamento de lama Problemas de estabilidade vertical

Outras observações da análise doteste de Gradação; Locais com lamaLocais com lama = além da zona de falha

lastro adjacente para os locais com lama estápróximo a zona de falha.

Gradação dentro das curvas geralmente pioram

Típicos locais com lama

Fonte de lastro deteriorado

Vida do lastro relacionada à;

•Tipo de pedra: Dureza –rigidez

•Boa resistência de abrasão pode dobrar a vida (testes)

• algum calcário =300mgt, andesita=900mgt

•Gradação (margem vazia)– A cada % de finos >> perda de anos de vida útil

•Desperdício de $$ na compra de poeira, para, transportar a poeira, e para instalar a poeira •Finos impedem a drenagem , reduz a durabilidade, reduz a força

•Fundação bem drenada, tipos de dormentes, juntas,

•Danos do tráfego•Cargas repetidas•Vibrações

•Contato de partículas com partículas

•Ação química

•Ferramentas de manutenção

(Selig & Águas)

lastrolastro

SuperfSuperfííciecie

CamadaCamada granular granular subjacesubjace

subleitosubleito

dormentedormente

Problemas de Atoleiro,subleito & lastro.••PerigoPerigo & & ProblemaProblemaGrave de Grave de ManutenManutenççãoão

Uma das ferrovias americanas:

$10m/ano para concertar atoleiros

~TSO’s, Outages (600/y)

~Mais de $200M/ano manutenção lastro

(>95% superior a 20 polegadas)

Condição da subestrutura da via tem encontradoinfluência no desempenho da via, especialmentesob HAL (TTCI, Ding L.)

•Razões principais de degradação da geometriada via•Uma das principais causas de desgaste e degradação do trilho, dormente, fixador, trabalhoespecial de via, e junta•Descarrilamento

Atoleiro

De deformação plástica – falha da capacidade de carga de subleito com drenagem pobre de argila

Problema de dique de areia

Condição típica de falha de lastro

Mesma área se fixada com Gopher ou sem U/C Provendo drenagem lateral min. benefício

Programa U/CExemplos de “O que não fazer”

Permeabilidade baixa

Novo lastro

78

Passos do desguarnecedor de lastro;

Problemas típicos;•Cabos de Sinalizacao•Detritos escondidos•Preenchimento de lama•Escória pesada e abrasiva

1-Escavar ombro, 2 Predump 2500 c.y/mi.(75%), 3 U/C(recover 25%), tamp, stabilize, no post-dump,30 mph

Corrente dadesguarnecedorasob os dormentes ---problemas com detritos sob as vias

Conjunto de correntes10’ longo, 10” corteprofundosob o trilho

Roda davaleta

Ombro da roda pega 36”largura.Muito bom com detritos.

Problemas- cortes narocha,

7,200 volt & cabo de fibra

Cabos enterrados

Problemascom prenchimento de lama entre osdormentes

Problemascom quedade concretonosdormentes

•10” abaixo do•Trecho compacto(30 mph após o bloco)

•Q.C. em lastro novo & em lastro retomado(teste mais significante é % < ¾”)

Alguns items de controle de qualidade durante o programa

(focar não somente na produção)

•Manter as valetas limpas•Sem danos ou diques instáveis•Nos cursos da água•Em cortes (Usar Carros Knapp)

•Evitar “run-outs” em espiral

Riscos geológicos da via

2,000ft

Deslizamento / terra / nãocoesivo /

79

Deslizamento / detrito / fluxo(canalizado)

CondiCondiçções de perigo do escoamento de ões de perigo do escoamento de detritos:detritos:

•• deslizamento de rochas, detritos deslizamento de rochas, detritos na parte superior do canalna parte superior do canal••manto de neve acima da mmanto de neve acima da méédiadia••Canal confinadoCanal confinado

Desencadeador:Desencadeador:••Temperatura acima da mTemperatura acima da méédia nos dia nos nnííveis superiores: derretimento veis superiores: derretimento intenso de neveintenso de neve

Escoamenteo de detritos ocorre•O escoamento percorre 1.8 km e cobre a via

PERDA!

Deslizamento de Rochas – Estaca 94.6 Subdivisão Ashcroft Subdivision


81


DesmoronamentoDesmoronamento

correntecorrente erosãoerosãointernainterna

Exemplo de incidente de erosão de rio em uma milha de 64.5 na Subdivisão de Ashcroft

Locais com erosão interna crítico não estão sempre nas obras de arte especial. Toda vez que a corrente faz uma curva próxima da via, check para erosão no raio externo

82

erosão interna na corrente do leito no raio externo da curva. Depósitos ocorrem dentro do raio da curva

DepósitoErosão

Esta migração de corrente foi muito longe. Parar com isso pode ficar difícil e caro.

Oh s#@*!

Revisão:erosão interna ao longo do curso de água -

Não espere até que a via acabe. Ataque agressivamente a migração antes que

intercepte um talude de 2:1.

Quanto mais tempo você esperar, será mais caro controlar a migração lateral ou

erosão interna.

Peça ajuda ao engenheiro que fez o projeto. O enrocamento de talude de solo

pode não ser suficiente. Provavelmente será necessário fazer mitigações para o

trabalho montante para usar diques estendidos.

Sinais ficam verdes quando a via estiver minado por erosão interna lateral.

A estabilidade de aterro pode ficar comprometida mesmo se a via não

enfraquecida por erosão interna lateral.

Percolação perigosa através deaterro de ferrovia

Granito inferido

argila

Trecho estratigráfico mapeado mostra condições apos falha de talude

Lac St-Jean Sub. Mile 51.52 ------- Falha no talude, Abril 17, 2002.

Saliência

Slide scarp

Água percolação elevada

83

Trecho estratigráficomapeado mostra condicoesantes da falha de talude

Lac St-Jean Sub. Mile 51.52 ------- Falha de Talude,Abril 17, 2002.

Inferred granite rocha-matriz

Hard clay till

Batiscan River

Camada fina permeável granular leva a percolação de água em aterro causando saturação e enfraquecimento

Terreno com subsolo alto, água subterrânea e valetas infiltram através da camada de areia

Trecho direcionadopara o sul (paradiminuir a milhagem.

~10 m.Mixture of Till + s& gr. fill

Durante cheia causandodiferença de potencial

Erosão interna em potencial

Subestrutura melhorada pela drenagem

Manual AREMA

Deslizamento de aterro causado por ruptura de barragem (sem acesso, sem valas, 10 horas de ida e volta para 20 carros)

(Northern Ontario)

70

Formação de área pantanosa

71

Solo mineral

Água

Pinho ou Aspen

Borda (geralmente transicional)

Terreno mineral misturado com floresta no norte ou pinheiro dse for muito arenoso

Esfágno e Líquen

Espruce e Líquen

pantano

Água

Esfágno Turfat

Desenvolvimento de área pantanosa

84


Estudo do Caso: Melhoria do subleito com valeta de drenagem

Turfa mole

argila rígida

Areia/sublastro

Série de bolsão de lama de lastro

Água

silte & argilaTrecho estratigráfico longitudinal

West

Boleto do trilho

Bombeamento da fundação e problemas com vulcão de lama próximo a Montreal

Carga por eixo

Petroleiro635 kN (285k)

8.0 m

q = (635 + 635)/8/2.4q = 66.1 kN/m/m

Comprimentodo dormente2.4 m

Locomotiva 1736/2 = 868 kN

8.0 m

q = 868/8/2.4 q = 45.2 kN/m/m

635 kN

loco = 500 kips acima de 2 conjuntos de 3 eixosIsso é 250k/cjtonnnnnnnnnn (1,112 KN)tensões; 250 / 27ft = 9.25 k/ft or 1,157 psf (55kpa)

Petroleiro = (peso real) 240 kips acima de 2 conjuntos de 2 eixostensãoes; 240k/30ft = 7,900 k/ft or 987psf (47kpa) acima da largura dos dormentes

2’

5’

12.5’

0lastro

S & G

Turfa superior rígida

Turfa inferior mole

Rocha

TLS

244k/2 244k/2

Espaçamento da roda = se propaga acima der ~19 pés(~11 dormentes)

Carro Petroleiro Ultramar244 k/car (real weight)

285 k/car (Max possible)

Loco500 k (acima de 2 conjuntos de 3 eixos)

85

2’

5’

12.5’

0lastro

S & G

Turfa superior rígida

Turfa inferior mole

Rocha

CW trilho

244k/2 244k/2

Pressão uniforme sob os dormentes ~ 7,900 /ft (988 psf)Pressupostos-Cargas se propagam sobre 3 dormentes da ponta da roda-Carga uniformemente distribuída entre as 4 rodas -espaçamento de dormentes = ~22”-trilho = 136lbstensões sob 8’ dormentes = 7,900/8=988psf (47.2 Kpa) (JMKonrad usado 66 kpa)

Carga normal e cargadurante o descarrilamento = ~244Kips por carro

Por causa de trilho rígido :Carga distribuida sobre =30 ft (`16-17 dormentes)2’

5’

12.5’

0lastro

S & G

Turfa superifor rígida

Turfa inferior mole

Rocha

CW trilho

Pressao uniforme no nivel da turfa ~ 450psf

Detalhe da pressão aplicada ao nivel de subsolo

Resumo da ApresentaçãoA regra mais importante para a segurança, e estabilidade da estrutura da via é:

DRENAGEM

DRENAGEM

DRENAGEM

Novas integrações de construção de 2 ferrovias

86


EJ&E Integração CN & EJ&E CN & EJ&E ConexõesConexões emem ChicagoChicago……

Conexão Matteson


Obrigado!

Jim McLeod, P.Eng.

Phone: 780 446-5020

Email: [email protected], [email protected]

87

William E. Van Trump

Operações com alta tonelagemna Linha Powder River Basin daFerrovia Union Pacific

02/16/2012

Agenda

Perspectiva histórica e criação da “Linha de Junção”

Operações atuais

Equipamentos principais e melhorias em projetos de materiais

Características de infra-estrutura e práticas de manutenção

Inovações

Mega Test Site

1

2

Linha Original da Ferrovia CN&W Linha de Junção PRB

3

Rota de Carvão da Linha“Powder River Basin” da UP

4

Projeto Yellow II

5

88

Projeto Yellow III

6

Operações de Trem com tração distribuída

7

115 cars @ 143 tons = 16,445 tons

Iniciativas de produtividade

8

11,000

11,500

12,000

12,500

13,000

13,500

14,000

14,500

15,000

15,500

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Southern Powder River Basin Coal

Média de toneladas portrem

15,326

Aço

Alumínio

Tração distribuída

Melhorias na via e Melhorias nos projetos de materiais

9

Cruzamento em Manganês Monobloco

10

Renovação da Via

11

89

Configuração Atual de Infra-estrutura

12

Características de Latro e Sublastro

13

Práticas de manutenção de ponte e equipamentos

14

Práticas de manutenção

Union Pacific RM 80 Desguarnecedora / Limpadora de Lastro

Union Pacific RM 80 Union Pacific RM 80 DesguarnecedoraDesguarnecedora / / LimpadoraLimpadora de de LastroLastro

Balanceando a Manuteção e Operações de Tráfego

16

Union Pacific 09-3X Tamping ExpressUnion Pacific 09Union Pacific 09--3X Tamping Express3X Tamping Express

Manutenção do lubrificador

17

90

Planejamento de Manutenção da Via

18

“Empilhadeira” para troca de rodas em vagões

19

Processos de inspeção

20

Inspeção de interação veículo x via

21

Inspeção com Wayside

22

Eficiência e Desempenho do PRB

23

Trilho / Local

Ciclos de Esmerilhamentopreventivo

(Dormentes de concreto e trilhos)

Ciclos de Esmerilhamentopreventivo

(dormentes de madeira e trilhos)

Novo trilho141 # < 15 MGT < 15 MGT

Curvas agudas( > 30 )

15 to 25 MGTPremium

15 to 25 MGTPremium

Curvas medianas( > 00 - < 30 )

30 to 50 MGTPadrão

30 to 50 MGTPadrão

Via tangente

60 MGTPadrão

90 to 100 MGTPremium

50 MGTPadrão

90 to 100 MGTPremium

91

24

Mega Test Site Teste de Trilho Premium

25

Juntas isoladas coladas

26

Testes com encontro de obra de arte especial

27

Separação do greide: Northport e O’Fallons

28

Conclusão

29

92

Dr. Allan M Zarembski PE, FASME, Hon Mbr AREMA

Planejamento de Manutenção

02/16/2012

Gerenciamento da ManutençãoColeta de informação/dados

• Sistemas de Inspeção

Armazenagem e Acesso à Base de Dados• Base de dados

Planejamento de Manutenção• Planejamento de Manutenção de Componente

– Manutenção Spot– Produção (Renovação de Via)

• Planejamento de Inspeção

Controle da Obra• Sistema de Ordem de Trabalho• Gerência do Projeto• Alocação de Recursos

Gerenciamento Tradicional de Manutenção de Via

Avaliação subjetiva das condições da via • Inspetores “experientes”

Avaliação consolidada na matriz da empresa• Divisão• Região• Sistema

Freqüentemente focando as condições graves/exceções• Curto prazo• “anti-incêndio”

Sensível a flutuações do orçamento

Objetivos do Planejamento da Manutenção

O que está na via agora?• Sistema de Medição de Via

– Relatório de Exceções• Banco de Dados

O que vou precisar?• Este ano (Curto Prazo)• 1 - 3 anos (Médio Prazo)• 3 - 10 anos (Longo Prazo)Previsão das Medidas de Manutenção• Quantidade de Componentes (Trilho, Dormentes, Lastro)• Orçamento

O que deve ser feito primeiro?• Priorizar as necessidades• Habilidade de expandir/contratar orçamento• Ferramentas de tomada de decisão (E se…?)

Horizonte de Planejamento

Curto Prazo• Imediatamente para um prazo de um ano ou menos• Sensibilidade em relatórios de exceções• Grande uso de Manutenção “spot”• Uso limitado de modelos de previsão

Médio Prazo• Um horizonte de um à três anos• Prever “próximos anos” necessidade de programas• Prever o orçamento para o próximo ano

Longo Prazo• Horizonte de tempo de três à dez anos ou mais• Desenvolvimento de programas e orçamento de longo

prazo• Conseqüências de não instalar os componentes

necessários

Horizontes de Curto Prazo

O que deve ser feito rapidamente (menos de 1 ano)

Organizado para Relatórios de Inspeção• Inspeção manual/visual

Organizado para Relatórios de Exceções• Sistema de Inspeção Automática

Um sistema de banco de dados/ordem de trabalho que permita a priorização e agendamento

Manutenção Spot usada para correções imediatas

93

Horizontes de Médio/Longo Prazo

Necessidade de prever dados atuais • Análise de Tendências• Previsão de Modelos

Necessidade de sistema de previsão/planejamento

Necessidade de sistema de agendamento

Atualizar a quantidade de dados que estiverem disponíveis

Importante para a previsão do orçamento

Gerenciamento da ManutençãoTrilho

• Previsão de Substituição do Trilho– Fadiga– Desgaste

• Requisitos/planejamentos de Esmerilhamento• Agendamento para Teste do Trilho

Dormentes• Manutenção Spot• Análise de Substituição• Degradação/Previsão

Correção Geométrica• Requisitos de Manutenção Spot• Previsão Ciclos de Correção

Alinhamento do Sistema de Via Permanente• Modelos de Alocação de Recursos• Priorização baseados nos Índices de Componentes da Via

– Condição BaseadaAgendamento de Inspeção• Teste de Trilho• Agendamento de Inspeção com Carro Controle

Sistemas de Medição

A chave para o controle de manutenção eficaz é a disponibilidade de dados apurados da via• Carro-controle de Via• Carros de Teste do Trilho (Defeitos de ultra-som)• Medição das Condições do Trilho

– Corrugação– Perfis de Trilhos

• Desgaste do Trilho • Dados da Condição do Dormente

– TieInspect– Resistência da Via (GRMS/ViaStar)

• Medidas de condições das Agulhas/AMV– ASIV

Inspeção Visual da Via

9

Caminhando na Via Inspeção a partir de Trem

Inspeção de Trilho

Armazenagem e Acesso a DadosUma base de dados precisa armazenar e permitir facilmente o acesso Elementos chave de qualquer sistema de gerenciamento de manutenção é o próprio banco de dados• Deve ser de fácil acesso e usado por ambos os escritórios e

pelas frentes de serviço • Base de dados graficamente baseados tem sido bem aceitos

– De fácil uso pelas frentes de serviços– Requer cuidado no desenvolvimento e coordenação com

os usuários O sistema de banco de dados deve ser capaz de aceitar entradas de um número diferente de fontes incluindo:• Arquivos e formulários de papel• Dispositivos de mão/computadores• Inspeção Carros/Sistemas

Dados devem estar disponíveis para uso em planejamento, análise e modelos de previsão

Informação de Infraestrutura

Armazemde Dados

Armazemde Dados

GIS espaciais

Trabalho de Manutenção

1. Tipo• Reabilitação

• Renovação/substituição

• Melhoria

2. Custo• Mão de Obra

• Equipamento

• Material

Trabalho de Manutenção

1. Tipo• Reabilitação

• Renovação/substituição

• Melhoria

2. Custo• Mão de Obra

• Equipamento

• Material

Condição1. Inspeções

2. Testes

3. Falhas/Defeitos

Condição1. Inspeções

2. Testes

3. Falhas/Defeitos

Tráfego por Rota1.Serviço de Trem

2.Velocidade

3.Carregamento Induzido

Tráfego por Rota1.Serviço de Trem

2.Velocidade

3.Carregamento Induzido

Inventário de Ativos

1. Via

2. Estruturas

3. Com. & Sinalização

Inventário de Ativos

1. Via

2. Estruturas

3. Com. & Sinalização

Layout do Ativo

Infra-estrutura Integrada de Controle de Informação para Apoio à decisões da Engenharia

Gerenciamento de Dados

11

94

Gráfico de Via com relatório de geometria de Via

13Source: Amtrak

Planejamento de Curto, Médio e Longo Prazo

Baseados nas condições dos dados de histórico de Manutenção/instalação

Planejamentos de Médio e Longo prazo controlados pelos Modelos e Ferramentas de Previsão

Componente de Modelo de Previsão focando em componentes específicos

Modelos de planejamento de Inspeção focando o Agendamento de Inspeção

Ferramentas de controle de trabalho incluindo controle de mão-de-obra, recursos e agendamentos.

Planejamentos de orçamento incluem componentes e ferramentas de controle de mão-de-obra

Planejamento de Manutenção

Dois Tipos de Modelos• Modelo Macro usado pra prever o sistema de requisitos de

componentes amplos– Baseado no histórico de instalação de sistema – Permite uma “checagem rápida” nos requisitos de

orçamento de médio e longo prazo• Modelos de engenharia usados para controlar os

componentes de manutenção– Prevê local para componentes específicos

- Usa os de site específico • Por segmento

- Calcula o número anual de componentes com falhas- Prevê locais exatos a serem substituídos- Prevê dados futuros para a turma de manutenção

Modelo de Planejamento de Manutenção

Exemplo de Modelo-Macro:Previsão da Indústria para Substituição de Dormentes

Exemplo de Micro-Modelo: Previsão de Substituição do Segmento do Trilho

Divisão Linha Prefixo De MP Para MP Trilho Lad Defeito de últim Comp.2 anos (mi)

55 1 V 316.11 316.86 L 6 0.75

62 1 NA 48.6 52.5 R 14 3.9

62 1 NA 52.57 55.11 L 12 2.54

62 2 N 470 470.5 L 4 0.5

62 2 NA 34.07 39.2 L 13 5.13*

62 2 NA 51.5 52.6 R 7 1.10

62 2 NA 52.6 56.77 L 18 4.17

62 2 NA 52.6 53.77 R 7 1.17

62 2 NA 56.77 58 L 5 1.23

milhas de Trilhos a serem substituídos

Resumo <1.5 anos (Vermelho) 1.5-3 anos (Amarelo) 3.5 anos (Verde)

20.49 0.8 71.8

*inclui segmento curto entre os segmentos vermelhos contínuos

95

Previsão da Vida-útil do Componente

Prevê a taxa de falha dos componentes-chave da via

Prevê o ponto de substituição do componente (vida)

Prevê onde e quando os componentes devem ser substituídos

Previsão de requisitos para substituição de componentes da via

Previsão de requisitos orçamentários para os componentes da via

Permite um planejamento mais apurado e agendamento das atividades de manutenção da via

Relação dos Componentes de Degradação

Componentes e mecanismo específico de falhas

Relações separadas são necessárias para cada componente chave da via• Vida do Trilho• Vida do Dormente• Geometria da Via (ou alternativamente lastro e subleito)• AMVs/Trabalhos especiais na via• Outros componentes como solicitado

Relação dos Componentes de Degradação (Cont.)Falha de um Mecanismo específico

Exemplo: Trilho• Desgaste do Trilho• Fadiga do Trilho (interna)• Fadiga do Trilho (nivelamento)• Falha no Final do Trilho (juntas e soldas)

Mecanismos performando concorrentemente

Falhas nos mecanismos dependentes da taxa relativa de falhas baseada em condições específicas da via e de condições de tráfego.

Vida mínima deve ser usada

Relacionamento de Degradação

Necessário para previsão da falha do componente

Transição da base de dados (condição atual) para a futura condição da via

Aplicáveis para ambos planejamentos de longo e curto prazo

Usado para segmentos homogêneos de via

Modelos representam um comprometimento entre a sofisticação e fácil uso

Desenvolvimento de Relações de Degradação

Baseado em dados que sejam “prontamente” obtidos

Onde a informação-chave não esteja com acesso disponível, réplicas realísticas ou valores deste prazo devem ser definidos.

Minimizar tempo de processamento de computador

Calibração para as condições específicas da ferrovia e experiência

Planejamento e Análise da Vida do Trilho

Análise de requisitos de substituição de trilhos a curto e longo prazo

Análise de metodologia se direciona para ambos desgaste e fadiga do trilho• Análise da Vida de Desgaste do Trilho: segmentos curtos

(caminho da curva)• Análise da Vida de Fadiga do Trilho : segmentos contínuos

longos

A segmentação da via consiste de segmentos homogêneos discretos baseados nas características da via, tráfego, e histórico de manutenção

Análise de desgaste feita em curvas individuais e segmentos tangentes

Análise da vida da fadiga feita nos segmentos de comprimento suficientes

(2-10 milhas) para prover dados suficientes para se fazer uma análise significativa

96

Fontes de Dados da Ferrovia para Análise do Trilho

1. Gráficos da Via

2. Arquivo computadorizado de marcos, curvatura e elevação

3. Arquivo computadorizado dos dados de instalação do trilho

4. Desgaste do trilho e perfil de medição

5. Dados de defeito do trilho para dados inspecionados e tipo de defeito

6. Gráficos de densidade de tráfego

7. Condição do nivelamento do trilho para incluir observações e verificação de campo

8. Dados de geometria da via para incluir nos gráficos de velocidade com superelevação

9. Divisão e local das forças da via

Abordagem para Modelagem de Trilho

Informação de Inspeção Disponível - Defeitos– Desgaste– Perfil

Projeção de condições atuais para condições futuras

Divisão da via entre segmentos de análise homogênea

Fazer análise estatística e de engenharia

Análises são hierárquicas para permitir dados incompletos

Apresentação de resultados em formato útil

Definição dos Segmentos da Via

Via dividida em segmentos homogêneos

Definida pelos seguintes parâmetros:• Tipo do Trilho• Tamanho do Trilho• Curvatura• Inclinação• Velocidade de Operação• Superelevação• Lubrificação• Dureza do Trilho• Densidade de Tráfego• Dados de Instalação

Comprimentos dos segmentos variam de curto à longo prazo

Modelo da Vida do Trilho Parte 1:Análise da Fadiga da Vida do TrilhoUsar Dados da Ferrovia• Instalação do Trilho• Defeitos (Serviço e Detectados)• Tonelagem• Layout da Via

Previsão de fadiga de trilhos usam dois parâmetros com limiar de distribuição Weibull• Histórico de defeito atual é usado para projetar taxas de

crescimento de defeitos futuros• Quando a taxa de defeito (em defeito/milha/ano ou

Defeitos/Trilho/MTBT) excede o valor predefinido, o trilho se torna um candidato a substituição

Previsão de vida calculada em MTBT acumulada

Vida de fadiga calculada junto com o histórico MTBT do segmento do trilho é usado para determinar o ano de substituição dos segmentos

Análise de Hierarquia da Fadiga da Vida do Trilho

Defeitos acumulados/taxas de defeitos aumentam com a idade do trilho (em MTBT)

Defeitos cumulativos descritos por função de densidade de falha cumulativa Weibull

Taxas de defeito descritos pela função de taxa Weibull

α, β são parâmetros de equação de inclinação e Offset

( )aMGT

eMGTP β−−= 1)(

( )1)( −⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= a

a MGTaMGTβ

D

Weibull Plot

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

10 100 1000 10000

Cumulative MGT

Prob

abilit

y of

a D

efec

t, P

(MG

T)

α = 3.0, β = 2000

Marca Weibull

97

Marca de Taxa de DefeitoDefect Rate Plot

0

1

2

3

4

0 200 400 600 800 1000 1200

Cumulative MGT

Def

ect R

ate

(def

/mi/y

r)

Previsão da Fadiga da Vida do Trilho:Resultado dos Segmentos

Divisão Linha . Prefixo De MP Para MP Lado Últimos 2 anos Comprim.Defeitos

55 1 V 316.11 316.86 L 6 0.75

62 1 NA 48.6 52.5 R 14 3.9

62 1 NA 52.57 55.11 L 12 2.54

62 2 N 470 470.5 L 4 0.5

62 2 NA 34.07 39.2 L 13 5.13*

62 2 NA 51.5 52.6 R 7 1.10

62 2 NA 52.6 56.77 L 18 4.17

62 2 NA 52.6 53.77 R 7 1.17

62 2 NA 56.77 58 L 5 1.23

milhas de Trilho a serem substituídos

Resumo <1.5 anos (Vermelho) 1.5-3 anos (Amarelo) 3.5 anos (Verde)

20.49 0.8 71.8

*inclui segmento curto entre dois segmentos vermelhos contínuos

Modelo da Vida do Trilho Parte 2:Análise de Desgaste da Vida do TrilhoUsar dados da Ferrovia• Dados de Instalação do Trilho• Medidas de Desgaste (Boleto e Bitola): LaserRail, Orian• Tonelagem• Layout da Via

Via segmentada dentro de análises lógicas e unidades de substituição

Degradação de desgaste modelado usando uma análise de regressão e dados atuais

Padrões aplicados para taxas de degradação para determinar os dados de substituição prevista

Resultados reportados

Análise de Desgaste do Trilho

Metodologia para a previsão de desgaste da vida do trilho com uma limiar é uma abordagem em duas partes• Usa valores de desgaste de trilho médios e correspondente

tonelagem para determinar o relacionamento da taxa de desgaste do trilho (análise estatística)

• Usa equações calibradas de engenharia para vias específicas de ferrovia e parâmetros de operação para prever o desgaste da vida do trilho (se houver dados insuficientes)/verificar a validade dos dados estatísticos

Desgaste da vida calculado baseado nas taxas de desgaste para o boleto e a face da bitola com desgaste de cada segmento• Usar padrões de substituição de ferrovia para o boleto e

desgaste da bitola

Vida remanescente de desgaste do segmento definida como um mínimo de boleto e bitola remanescente• Substituição anual devido a desgaste é então determinada da

vida remanescente em MTBT e MTBT anual

Cobertura de Medidas Múltiplas de Desgastes

Left Rail Total Side Wear (100yd Avg), BML1 1100

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

30 30.5 31 31.5 32 32.5 33 33.5 34 34.5 35

MP

Wea

r (m

m)

15-Jul-0526-Aug-0523-Sep-0521-Oct-0518-Nov-0531-Mar-06

Marca da Taxa de Desgaste

Rail Life

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

>7050-7035-5020-3510-201-10<1

Annual MGT

Rai

lLife

(Yea

rs)

Tangent 2 4 6

2

98

Previsão de Desgaste da Vida do TrilhoResultado dos Segmentos

Div. Track Pre. From MP

To MP Length, miles

Rail Side

Date Installed

Weight Heat Treated

Curvatur degree

Rail Elev.

Last Ann. MGT

Cum. MGT

Last Head,

1/16 in

Last Gage,

1/16 in

No Meas.

Head Rate, in/100MGT

Gage Rate in/100MGT

Dis. To Next Red*

miles

Adj. TangentLength**

mile

Opp. Rail

Cond.

Data Error

10 2 5.83 6.22 0.39 L 01-Jul-84 132 HH 6 H 29.1 319.3 5 8 7 0.109 0.143 0.05 Yellow 10 2 27.32 27.65 0.33 R 01-Aug-59 132 CC 2.2 H 28.7 734.4 7 8 6 0.058 0.063 3.77 0.02 10 2 31.42 31.61 0.19 R 01-Aug-59 132 CC 3 L 28.7 734.4 7 0 6 0.058 0.063 0.04 10 1 33.92 34.27 0.35 R 01-Jul-86 132 HH 5 H 57.4 559.0 3 7 7 0.109 0.125 0.15 10 1 40.78 41.05 0.27 R 01-Jul-86 132 HH 4 H 57.4 558.8 4 7 6 0.055 0.078 10 1 41.88 42.08 0.20 L 01-Jul-86 132 HH 4 H 57.4 558.8 4 7 6 0.055 0.072 10 1 55.02 55.20 0.18 L 01-Jun-88 132 HH 4 H 57.4 494.0 4 8 7 0.055 0.097 2.39 0.13 10 1 57.59 57.81 0.22 L 01-Jul-88 132 HH 2.8 H 57.4 491.2 5 7 7 0.072 0.088 1.09 10 1 58.30 58.63 0.33 R 01-May-89 132 CC 2.8 H 57.4 463.0 5 9 7 0.085 0.114 10 1 58.90 59.09 0.19 L 01-May-89 132 CC 2.8 H 57.4 463.0 5 8 7 0.080 0.108 Green 10 1 163.22 163.32 0.10 L 01-Jul-80 132 HH 2.5 H 75.1 1043.4 6 4 6 0.055 0.063 1.99 0.17 Yellow 10 1 165.31 165.54 0.23 L 01-Jul-80 132 HH 3 L 75.1 1043.4 6 0 6 0.055 0.063 Green 10 1 208.73 209.20 0.47 L 01-May-79 132 CC 1.5 H 37.6 549.5 7 5 5 0.086 0.065 Green 10 2 223.40 223.57 0.17 L 01-May-82 136 HH 6 L 37.8 483.4 9 0 6 0.156 0.125 0.14 Green 10 2 228.04 228.25 0.21 R 01-May-82 136 HH 5 L 37.8 483.4 10 0 6 0.156 0.125 0.23 10 1 254.52 254.81 0.29 R 01-Aug-81 132 HH 7 L 37.8 501.2 7 0 7 0.109 0.125 Yellow 10 1 289.55 289.70 0.15 L 01-Feb-97 132 HH 2.5 L 57.3 136.4 7 0 3 0.146 0.063 0.07 ♦ 10 1 297.49 297.68 0.19 R 01-Jul-83 136 CC 2 H 57.3 683.6 9 2 6 0.081 0.063

Total rail miles to be replaced in 1.5 yrs (Red) 1.5-3 yrs (yellow) 3-5 yrs (green)

Summary 4.46 10.98 27.75 * Reported if less than 4 miles, ** Reported if adjacent segment is a tangent and less than 0.25 miles long

Reportando a Análise Combinada da Vida do Trilho

Análise da vida do trilho no geral acontece em dois passos, análise da fadiga e de desgaste

Cada segmento de trilho é analisado independentemente por ambos, fadiga e desgaste, usando um arquivo de segmentação apropriado

Relatório combinado desenvolvido para determinar os requisitos gerais do trilho para o segmento

A vida geral do trilho é determinada por cada segmento homogêneo (Desgaste e fadiga) definidos a partir dados de entrada

• Estes segmentos podem ser pequenos e podem não representar comprimentos práticos de substituição

• Desgaste e fadiga estão correlacionados e avaliados baseados em comprimentos definidos (como por exemplo tipo de trem)

Formato de Relatório do RailLifePrevisão de Substituição do Trilho

Year Fatigue Wear Total 2006 8.23 3.33 11.57 2007 19.36 3.65 23.01 2008 22.77 9.15 31.92 2009 26.26 2.13 28.38 2010 27.41 1.75 29.16 2011 30.44 3.70 34.14 2012 29.10 4.21 33.31 2013 29.16 8.37 37.54 2014 31.96 5.48 37.44 2015 30.41 3.00 33.41 2016 30.78 7.97 38.75

0

5

10

15

20

25

30

35

40

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Year

Mile

s of

Rai

l

Wear ReplacementFatigue Replacement

Esmerilhamento do Trilho

Análise de requisitos para esmerilhamento do trilho

Usa Dados Atuais• Perfil do Trilho (LaserRail, Orian)• Layout da via

Perfil/Gabarito igualando com o executado

Requisitos de esmerilhamento determinados usando SmartGrind• Padrões• Passes/Velocidade• Limiar de ótimo esmerilhamentoDefinição do agendamento de esmerilhamento• Baseado em perfil medido e índice de qualidade e

esmerilhamento calculado

99

SmartGrind - Análise de Esmerilhamento

Perfil atual e desejado (gabarito) sobreposto e alinhado

Diferença calculada ( Índice de diferença)

Profundidade do metal a ser esmerilhado determinada

Combinação de padrões e velocidades que melhor removam a área de metal definida

Após cada passo de índice de diferença recalculado

Após passo final; o índice de diferença representa o índice de qualidade de esmerilhamento

Curva de Diferença

SmartGrind SmartGrindFerramenta de Planejamento

Índices de Qualidade de Esmerilamento (GQI) para Planejamento e Priorização

GQIs usado para planejamento e priorização de esmerilhamento• Usando perfil de trilho medido ou pelo veiculo de inspeção ou

manual ou atrás da esmerilhadora

GQIs calculado para cada segmento de trilho de cada curva (e tangente) no sistema.

Segmento de trilho posicionados pelo GQI:• Segmentos da via posicionados pelo máximo ou média de

dois índices de trilho• Ranqueamento de zero (maior prioridade) para 100 (menor

prioridade). • Planejamento de esmerilhamento desenvolvido que incorpora

esmerilhamento com restrições práticas e lógicas, (geografia de ferrovia e alocação de recursos)

GQI Relatório ao Longo do Tempo Grind Quality Index vs Time

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Jan-05 Feb-05 Mar-05 Apr-05 May-05 Jun-05 Jul-05 Aug-05 Sep-05 Oct-05 Nov-05

Date

GQI

Non-Grinding Pass

Grinding Pass

100

Priorização de Esmerilhamento dos Segmentos da Via

Division Track Start MP End MP Curvature

Left Grind Index

Right Grind Index

Average Index

M 2 44.605 44.746 -2.63 21 23 22T 2 272.507 272.76 0.76 21 23 22N 1 8.808 9.299 0.25 33 21 22R 2 10.372 10.488 0.24 33 21 22T 2 278.07 278.078 0 33 21 22M 1 493.606 493.727 -0.5 36 23 25M 2 6.962 7.358 2.05 42 50 46M 3 573.172 573.356 0.47 43 55 49W 3 77.638 78.739 0 43 57 50S 1 277.115 277.584 -0.54 47 55 51M 1 520.362 520.586 1.88 51 61 56M 1 554.907 555.346 2.39 52 68 60N 1 24.008 24.643 -1.44 63 76 70T 2 308.859 309.018 0.93 88 73 81P 3 1.592 1.708 1.47 83 92 88N 2 31.572 32.344 -1.75 91 94 93M 1 555.346 555.567 0 100 94 97

Análise da Vida do Dormente e Planejamento de Substituição

Modelo de Sistema de Nível Macro para planejamento e orçamento global

Detalhado (Micro-Nível) Análise/Modelo para planejamento detalhado e agendamento• Baseado em Informações de distribuição das condições do

dormente• Previsão de dormente

– Requisitos futuros dos dormentes– Planejamento para o turma dos dormentes

A maioria da inspeção dos dormentes é visual, baseada no inspetor de dormentes• Atual prática de ferrovia conta um número de dormentes

“ruins” por unidade de extensãoSistema de inspeção de dormente de nova geração que gera

condição apurada e a informação do local incluída;A unidade TieInspect permite o mapeamento de 100% da

condição do dormente– Três classes; Ruim, Marginal, Boa– Grava o local e condições para cada dormente

• Nova geração de sistemas de inspeção de“resistência de via” permite a medição de força da bitola do dormente

• GRMS, ViaSTAR• Usado para localizar “pontos fracos” em uma via• Usado para “mapear” a força/resistência da via

Nova geração ótica para sistemas de inspeção de dormentes• Como por exemplo o sistema AuroraDados apurados das condições dos dormentes podem ser

usados para prever futuras solicitações de substituição de dormentes

Overview de Análise da Vida do Dormente TieInspectTM

ZETA-TECH

TrackSTAR Imagem de Output do Aurora

101

Duas classes de Modelos de Dormentes• Macro- modelos usados para prever amplo sistema de

requisitos de dormentes– Baseado em histórico de sistemas de instalação de

dormentes• Micro- modelos usados para prever a localização específica

dos dormentes– Usa dados de site específico (e.x. TieInspect ou dados de

contagem de dormentes ruins)– Calcula um número anual de dormentes ruins– Previsão de agenda de Turma de Substituição de

Dormentes

Modelagem de Planejamento de Manutenção de Dormentes Modelo (Macro) de Sistema de Dormente

Prevê os sistema amplo de requisitos para dormentes

Foco primário em dormentes de madeira de linha corrida• Pode ser adaptada para acomodar dormentes de concreto

Baseado em:Histórico de aplicação de dormentesDistribuição de segmentos pela tonelagem e curvaturaModelo de previsão de Vida média de dormente (modelo da

engenharia)Distribuição estatística de dormentes ruins• USDA Forest Products Distribution

Provem uma previsão consolidada multi-anual para demanda de anual de dormentes

Vida dos dormentes como uma função de MTBT e Curvatura

0 20 40 60 80 100

Annual MGT

5

10

15

20

25

30

35

40

Tie

Life

( ye

ars) Curvature = 0

Curvature = 2Curvature = 4Curvature = 6

Tie Life as a Function of MGT and Curvature

Distribuição de Falhas de Dormentes de Laboratóriosde Produtos Florestais

RTA US Previsão de Dormentes Industriais Modelo Detalhado (Micro) de Previsão de Vida de Dormente

Baseado em dados compreensivos de condição de dormente*• a partir TieInspect• a partir Aurora• a partir GRMS/TrackSTAR (Veículo de inspeção)

Análise de condições atuais de dormente para determinar a substituição dos dormentes

Análise das condições futuras de dormentes para determinar a substituição futura dos dormentes e ciclos da turma de dormentes

Nota: inspeção de dormente atual gerando dormente ruim com dados atuais não suficientes para se ter uma previsão detalhada

102

TieInspectTM

Análise de Condição detalhada de DormenteAnálise em conjunto

Padrões de segurança (FRA/outro)

Padrões de Manutenção• Dormentes bons/Marginais em cada lado de dormentes

“ruins”• Número máximo de dormentes ruins• Varia de acordo com a Classe/Velocidade/Curvatura

Lista de Substituição de dormentes

Previsão de futura degradação de dormentes • Agendamento futuro de turma de dormente

Modelo de Degradação de DormenteMicro (Detalhado)

Prevê demanda de dormentes em um segmento através da base de segmentos

Análise de demanda de dormentes para “segmento homogêneo”

Foco primário em dormentes de madeira

Baseado em:• Condições atuais do dormente

Mapa de condição de dormente baseado no TieInspect/Aurora, Ruim, marginal, bom

• Mapa de Condição do GRMS/TRACKSTARVálvulas para teste de Resistência da Via (PLG, GWR)

Os dormentes não falham todos ao mesmo tempo• Falha na distribuição estatística

Modelo detalhado inclui:• Modelo de engenharia para calcular vida “média” do dormente

para cada segmento• Modelo estatístico para cálculo de distribuição de falhas em

dormentes atuais

Foco no modelo de distribuição de falha de dormente pelo segmento homogêneo no Curto, Médio e Longo Prazo

Modelo calibrado para atual dado de falhas dos dormentes

Modelo Micro (Detalhado) de Dormente (Cont.)

Engenharia Baseada no Modelo de Vida do Dormente

DadosRota

DadosTráfego

Condic doDormente

Material do Dormente/Dados de Parâmetro

Dados Ambientais

TensãoVertical/Lateral ModeloComputacional

Modelos de FalhaDependentes do Carregamento-desgaste do boleto-pregação frouxa

Modelos de Falha Independentesde Carregamento- apodrecimento da madeira

Dados da Políticade Manutenção

CustoData

Modelo de Programa de Desenvolvimento para

Renovação de Dormente

Módulo de Substituiçao

Spot de Dorm.

Módulo de LCC

Relatório 1 Relatório n

Vida do dormente com a função MGT e Curvatura

0 20 40 60 80 100

Annual MGT

5

10

15

20

25

30

35

40

Tie

Life

( ye

ars) Curvature = 0

Curvature = 2Curvature = 4Curvature = 6

Tie Life as a Function of MGT and Curvature

103

Curva de Distribuição de Falhas de Dormentes de Madeira

Exemplo de Previsão de Vida de Dormente

Para uma milha de via com 3400 dormentes a seguinte distribuição de dormentes obtidas pelo TieInspect

Curvatura Dormentes Bons Dormentes Razoáveis Dormentes Ruins

Tangente 675 660 447

Suave 139 167 118

Moderado 352 432 410

Severo 0 0 0

Total 1166 1259 975

Previsao ano após anoAno Cum dormentes0 01 232 1983 4484 2765 496 147 168 229 3410 5111 7812 8713 11814 13415 14116 16617 16118 14619 15720 14221 11922 10723 9324 9525 8326 6127 7628 7229 5730 51

Relatório de Previsão de Dormentes(1000 limiar de dormente; Dormentes Ruins = 10% média de vida) (Cont.)

Próxima turma de dormente 2014Segunda turma de dormente 2022

Relatório de Previsão de Dormentes(700 limiar de dormente; Dormentes Ruins = 10% média de vida)

2000

2005

2010

2015

2020

2025

2030

2035

19 27 35 43 52 60 68 76 87 95 103

111

119

127

135

143

151

159

167

175

183

191

199

207

Milepost

Next

Tie

Gan

g

Relatório de Previsão de Dormentes(1000 limiar de dormente; Dormentes Ruins = 10% média de vida)

2000

2005

2010

2015

2020

2025

2030

2035

19 27 35 43 52 60 68 76 87 95 103

111

119

127

135

143

151

159

167

175

183

191

199

207

Milepost

Next

Tie

Gan

g

Previsão para quantidade de dormentes para 50 anos

0

10000

20000

30000

40000

2002 2012 2022 2032 2042 2052Year

Ties

"Renewal at 600" "Gang at 200" "Gang at 600"

104

Previsão de nivelamento e planejamento

Dados de geometria de nivelamento convertidos para os índices de qualidade da via (TQIs)

TQIs usado para projetar a taxa de degradação da geometria da via

Modelo calcula os dias de manutenção• Baseado em limites da ferrovia• Baseado em história de manutenção de segmento

– atividade de manutenção pode ser derivada dos dados geométricos

Projeto direcionado para a próxima data de manutenção

LTN1 1100 55.0880-55.1100

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

01-M

ar-2

007

29-M

ar-2

007

26-A

pr-2

007

24-M

ay-2

007

21-J

un-2

007

19-J

ul-2

007

16-A

ug-2

007

13-S

ep-2

007

11-O

ct-2

007

DATE

SD

TOP_LSTOP_LS_EXTRAPTOP_RSTOP_RS_EXTRAPSTNBLWRTMPR

NC 842 Down Main, km 607.400-607.600

0

1

2

3

4

5

01-J

an-2

006

29-J

an-2

006

26-F

eb-2

006

26-M

ar-2

006

23-A

pr-2

006

21-M

ay-2

006

18-J

un-2

006

16-J

ul-2

006

13-A

ug-2

006

10-S

ep-2

006

08-O

ct-2

006

05-N

ov-2

006

03-D

ec-2

006

31-D

ec-2

006

28-J

an-2

007

25-F

eb-2

007

25-M

ar-2

007

22-A

pr-2

007

20-M

ay-2

007

17-J

un-2

007

15-J

ul-2

007

12-A

ug-2

007

09-S

ep-2

007

07-O

ct-2

007

04-N

ov-2

007

02-D

ec-2

007

30-D

ec-2

007

27-J

an-2

008

24-F

eb-2

008

23-M

ar-2

008

DATE

SD (m

m)

TOP_LSTOP_LS_EXTRAPTOP_RSTOP_RS_EXTRAPSTNBLWRTMPR

Comparative Degradation of Via After Tamping and Stoneblowing: KP 607.400 to 607.600 on Queensland Trilho North Coast Line

(NC 842) 2007-2008 Dados Análise de Ciclos de Nivelamento

Usa geometria da via a dados de manutenção• Ultima data do último serviço de correção geométrica • Medição de geometria da via • Tonelagem• Layout da Via

Segmento da via em análise lógica e unidades de substituição

Modelo de degradação da superfície usando a análise de regressão e dados atuais

Padrões usados para taxa de degradação para determinar a data de substituição prevista

Resultados relatados

Degradação da GeometriaAnálise baseada em Regressão Multi-Variada

TQI = TQI0 + F*MGT

TQI0 = O valor inicial de TQI após correção geométrica

F = Função da via, tráfego e parâmetros de manutenção

MGT = MTBT acumulado no qual TQI é calculado

Manutenção devido Programa de Previsão

Outros arquivoscom dados

Arquivos de Ciclo de Correção Geométrica

(vs Extensão)

Arquivos de Tonelagem

Cálculo de Ciclo de Correção(em MTBT)

Cálculo remanescente do tempo de Geometria (em MGT)

Cálculo do tempo de CorreçãoGeométrica em anos Arquivo de

Previsão de TráfegoCálculo de Correção

Geométrica/Manutenção no ano

Manutenção no arquivos do ano (vs Extensão)

105

Previsão das Turma de Correção

Cuba Subdivision

2000

2005

2010

2015

2020

2025

2030

2035

19 25 31 37 43 49 56 62 68 74 83 89 95101

107113

119125

131136

143149

155161

167173

179185

191197

203209

Milepost

Previsão de Correção Geométrica

020406080

100120140

2004 2005 2006 2006 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014Years

Total Miles of Surfacing

Gerenciamento da Manutenção usando Previsão de Vida de Componentes

Fazer uso de nova geração de tecnologia de inspeção de via

Prevê a taxa de falha nos componentes-chaves de Via

Prevê os pontos de substituição dos componentes (vida)

Prevê onde e quando os componentes-chaves devem ser substituídos

Previsão da demanda de substituição dos componentes da via (curto, médio e longo prazo)

Previsão de requisitos orçamentários

Permite um planejamento apurado e um agendamento de atividades de manutenção de dormentes da via

Uso de recursos mais eficientes

Previsão de OrçamentoRequisitos de Sistema de Trilho

0

5

10

15

20

2002 2003 2004 2005 2006 2007

Milhõesde Dólares

Requisitos de Manutenção de TrilhoEfeito de “Manutenção Deferida

020406080

100120140160

Overdue 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Sem manutençãodeferida

Manutenção deferida

Trilh

o(m

ilhas

)

Se a CapabilidadeAnálise de estratégias e opções alternativas de manutenção

0

5

10

15

20

2002 2003 2004 2005

Custos Adicionais de Esmer. Perfil esmerilhamento Esm. Conv.

Orçamento do Sistema Trilhos

Milh

ões

de D

ólar

es

106

Gerenciamento do Risco

Uso de Dados de Inspeção para controlar os riscos de segurança/descarrilamento

Controle de risco em inspeções agendadasRisco baseado em agendamento de teste de ultra-som em trilhos para

controlar os descarrilamentos devido a trilho quebradoRisco baseado no agendamento de Inspeção de de Geometria da via para

controlar descarrilamentos relacionada à geometriaRisco baseado no teste de resistência da via para controlar relacionados

aos descarrilamentos relacionados à dormente/fixação

Permite uma definição do nível de risco por linha de segmento baseado em:• Tipo de tráfego• Condições de Operação• Potencial de acidentes de alto custo

Exemplo: Agendamento de teste de trilho (Railtest)• Nível de risco de linha de para carga geral = 0.1• Nível de Risco de linha de carga com reduzido trens de passageiros =

0.05• Nível de risco para linhas de passageiros = 0.01

Modelo de Unidade de Trabalho para Alocação de RecursoUsado para calcular e alocar recursos entre supervisões• Supervisor de Via/mestre de linha• Engenheiro de Divisão

Índices de Unidade de Trabalho baseado em• Condição e tipo de via• Nível de tráfego• Condições locais

O foco é balancear o nível de recursos necessários entre diferente territórios

Conceito de Unidade de TrabalhoAs unidades de trabalho são designadas a representar o “nível de esforço”necessário para manter o segmento de uma via

• O foco é nivelar o esforço necessário por forças locais

Usado para alocar orçamento de manutenção através dos supervisores de via

As unidades de trabalho calculadas por segmentos de via com função de via e características de tráfego:

• Extensão: Linha principal, cruzamentos, linha secundária, pátio• Extensão de curvas; por severidade• Tráfego: MTBT anual e trens/dia

– Carga– Passageiro

• Velocidade do Trem ( por tipo de trem)• Número de AMVs, cruzamento em nível, cruzamento de ferrovia• Infra-estrutura (extensão de madeira vs. dormente de concreto, TLS)• Defeitos/Condição ( Defeito de trilho/Extensão, TQI -Condição)• Acessibilidade ( Cruzamento de ferrovia/extensão )• Clima ( chuva, neve, calor, frio)

Unidade total de supervisor de via calculado pela adição de unidades de trabalho para cada segmento de via em seu território.

Faixa comum por unidade de trabalho calculado: 400 - 1800 com média de 1000

Unidade de trabalho pode ser calculada em maiores unidades como divisão, região de serviço, etc, pela combinação de unidade de trabalho de supervisores de via naquele território maior.

Custo médio por unidade de trabalho calculado baseado no total necessário/recursos disponíveis

Orçamento calculado por território • Mestre de linha/supervisor de via • Divisão• Região

Conceito de Unidade de Trabalho (Cont.)

Sensibilidade de Unidade de Trabalho

Extensão da via

Tráfego• Tonelagem anual (MGT)• Trens/Dia• Velocidade

Característica da Via• Curvatura• AMVs• Cruzamentos• Pátios/Linhas secundárias

Componentes chave• % TLS• % dormente de concreto

Característica do território• Clima• Acessibilidade• Condição

Túnel/Plataformas

Outros fatores

20 Maiores Unidade de Trabalho Supervisor & Rankings

NEW NEWRanks Work Unit Roadmaster

1 1676 KITCH, C.E.2 1632 M3 1576 Roadmaster4 1520 C15 1514 A6 1502 C27 1486 M28 1485 Y9 1465 G2

10 1434 B311 1433 J12 1432 G213 1424 K214 1407 T315 1406 M316 1373 M417 1339 D418 1333 W219 1330 B520 1317 B7

107

Exemplo de Recursos Alocados

Mile Based WU Based Sub Division Length WUs Budget Budget A 203 4006 $3,789,238 $2,633,894 B 152 5494 $2,836,323 $3,612,333 C 27 1578 $504,484 $1,037,619 D 110 2440 $2,062,780 $1,604,561 E 143 1207 $2,679,372 $793,798 F 74 671 $1,378,924 $441,481 G 50 1835 $930,493 $1,206,873 H 104 5863 $1,950,673 $3,854,970 I 113 2395 $2,118,834 $1,574,971 J 94 4927 $1,748,879 $3,239,501 Totals 1070 30416 $20,000,000 $20,000,000

Examplo para orçamento de$20M Budget para Extensão x Unidade de Trabalho

Resumo

O planejamento de manutenção e previsão permitem a previsão do futuro (curto, médio e longo prazo) requisitos de substituição de componentes

Um planejamento de boa manutenção depende da precisão da via e informação das condições do componente

O nível de dados necessários depende da abordagem do planejamento de manutenção usado

• Planejamentos mais sofisticados e técnicas de previsão apuradas e informação específica sobre a condição do componente

Modelos de planejamento de previsão para substituição de componentes e previsão de necessárias substituições futuras

Modelo de planejamentos para a turma de manutenção e permissão de um desenvolvimento de programas anuais uniformes

Boas ferramentas de planejamento e técnicas que permitem as ferrovias projetarem futuros capitais e planos de orçamento futuro

Obrigado!

Dr. Allan M Zarembski

Phone: 01 856 779 7795


108

Rainer Wenty

Manutenção de Lastro

02/16/2012

1

Agenda

Função do Lastro

Obstrução do Lastro

Limpeza do Lastro

Qualidade do Subleito

Avanço do Lançamento da Via

Nivelamento da Via, Alinhamento e Estabilização

Conclusão

FUNÇÃO DA VIA NA TRANSFERÊNCIA DE CARGA

Função do Lastro

2

Distribuição de Carga Longitudinal

Sem deflexão(lastro endurecido)

Carga concentradaAlta força dinâmica no Lastro Tensão baixa na base do trilho

Deflexão Alta(lastro flexível e húmido)

Baixa concentração de cargaBaixa força dinâmica no Lastro Tensão alta na base do trilho

Módulo da Via, deflexão do trilho e tensão da base do trilho

³]/[ mmNyPCb =

Cb < 0,05

Cb ≥ 0,05

Cb ≥ 0,10

Cb ≥ 0,15 … 0,30

Cb ≥ 0,30 … 0,50

Muito fraco

fraco

Bom

Muito bom

Base de Concreto

Distribuição de Carga Vertical

109

Distribuição de Carga Vertical

FUNÇÃO DE DRENAGEM DO LASTRO

Função do Lastro

7

Função de Drenagem do Lastro

8

RETER GEOMETRIA DA VIAFunção do Lastro

9

Retenção de Geometria da Via

Resiste à forças verticais, laterais e longitudinais aplicadas aos dormentes para retenção da via em sua posição requerida

11

Agenda

Função do Lastro


Limpeza do Lastro


Lançamento de Via


Conclusão

110

O EFEITO DE UM LASTRO OBSTRUÍDO


12

Geometria da Via

Humidade no Lastro

Humidade no subleito

Via level

4m (13ft)

Lastro obstruído

Camada de proteção do subleito

Análise do Lastro e Subleito por GPR

Via level

4m (13ft)

TQI

Taxa de Degradação

Efeito de um lastro obstruído O efeito de um lastro obstruído

111

O efeito de um lastro obstruído O efeito de um lastro obstruído

O efeito de um lastro obstruído

DEFINIÇÃO DE LASTRO OBSTRUÍDO

Lastro obstrído

21

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4.75 6.7 9.5 13 .2 19 26.5 37.5 53 63

Sieve Size (mm)

Pass

ing

Siev

e by

Mas

s (%

)

0.253

20

55

95100

19 mm

19 mm

Curva Granulométrica do Lastro

¾“ – 2 ½“

Curva granulométrica do lastro

7/8“ – 2 ½ “

112

Definição de lastro obstruído

Proporção de Finos – é expresso com o percentual do peso da amostra total

Lastro novo• 3 a 5 % Finos

Lastro Obstruído• Critério UIC: mais do que 30%- 40 % de Finos• Critério mais completo: quando a posição mais próxima possível dos

grãos é alcançada, o lastro se torna completamente impermeável


Lastro Obstruído


100 % Obstruído

Limpeza de Lastro CAUSAS DE DEGRADAÇÃO E

OBSTRUÇÃO DE LASTRO

Lastro obstruído

27

Causas de lastro obstruído

Atrito• Causa principal tráfego de carga

– Taxa de desenvolvimento de finos – em torno de 3.6 – 5.2 kg (8 – 11.5 lbs) por milhão de tonelada do tráfego

• Influência de socaria negligenciada– Somente 1.8 – 3.9 kg (4 – 8.5 lbs) por socar e dormente– Após cada 50 milhões de de toneladas brutas, os finos

devido ao tráfego são 260 kg (570 lbs), socaria máxima somente 3.9 kg (8.5 lbs)

Causas de lastro obstruído(continuação)

Contaminação externa pelo ar (vento)

Vazamento

Penetração de subsolo vindo de baixo• Camada de lastro com espessura insuficiente • Água confinada e efeito de bombeamento • Círculo vicioso se trechos de infra-estrutura forem não sofrerem

manutenção a tempo

113

Causas de lastro obstruído (continuação)

Manutenção deficiente

EXEMPLOS DE OBSTRUÇÃO DE LASTRO

Obstrução de Lastro

31

Exemplos de Obstrução de Lastro

Atrito sob os dormentes


Percentual de Finos em níveis diferentes


Abrasão do lastro por carga de tráfego

Mainline (47.5km)


114

Exemplos de Obstrução de Lastro „Pontos brancos“

„Pontos brancos“

39

Agenda

Função do Lastro


Limpeza do Lastro




Conclusão

RAZÕES PARA LIMPEZA DE LASTRO

Limpeza de Lastro

40

Por que limpar o lastro?

Causa de Limpeza de Lastro negligenciada:• Custos altos de manutenção rotineira• Restrição temporária de velocidade • Vida útil do material da via permanente reduzida

115

Critérios para a reabilitação do leito do lastroDeterioração rápida da qualidade da via e a necessidade freqüente de nivelamento

Informações adicionais de carros de medição de geometria• Desvios consideráveis no

– Nívelamento longitudinal– Empeno medido em base de 5 m– Plasser & Theurer ADA II: Coeficientes da qualidade da limpeza de lastro

Inspeção visual e amostra do leito do lastro• Mais do que 30% de Finos - Limpeza de Lastro se torna necessária• Mais do que 40 % - Limpeza de Lastro é inevitável

LIMPEZA DE LASTRO -DESGUARNECIMENTO

Limpeza Eficaz de Lastro

43

Desguarnecimento Completo de Seção -Limpeza

Lastro obstruído sob os dormentes• Só troca ou triagem profunda é sustentável• Alteamento constante e desguarnecimento de linhas podem causar

problemas adicionais

Desenvolvimento de Finos (6 anos após instalação)

CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES DA DESGUARNECEDORA - LIMPEZA

Limpeza eficaz de lastro

46

Dispositivo de DesguarnecimentoDeve facilitar a produção de corte direto no subleito• Direção Longitudinal • Direção da seção transversal com uma queda transversal prescrita de

aproximadamente 4 – 5% (1: 25 a 1: 20). – De acordo com opiniões de experts, esta é a melhor conquista se

combinarmos uma cadeia de escavação com uma barra de corte. O lastro deve ser escavado sobre a largura total do leito do lastro. Então é necessário providenciar uma extensão da barra de corte, se for o caso (fig. 11).

Desguarnecimento profundo dos finos em um lastro geralmente se formam do fundo ao topo

116

Qualidade da Escavação Qualidade da Escavação

Unidade de peneiramento de Lastro

Limpeza de Lastro – Qualidade do peneiramento

Lastro limpo

Lastro obstruído

Perda total(não limpável)

Tamanho da tela [mm]

53

Limpeza de Lastro

117

TQI

Taxa de Degradação

Qualidade da Via

EFICIÊNCIA NO CUSTOLimpeza eficaz de Lastro

55

Degradação da Via

LIMPEZA DO OMBRO DO LASTRO

Limpeza eficaz de lastro

57

Limpeza do Ombro do LastroOmbro obstruído

Limpeza do Ombro

Corte completo na largura do ombro

118

Limpeza do Ombro

Corte completo do ombro com a inclinação desejada

Faixa de corte insuficiente

Limpeza do Ombro

LIMPADORES À VÁCUOLimpeza eficaz do lastro

62

VM 170

PRÁTICA NORTE AMERICANALimpeza eficaz do lastro

65

119

Prática Norte Americana de Limpeza de LastroTradicionalmente Ferrovias Americanas de Classe 1 se baseia em• Limpeza de ombro de lastro• Levantamento da grade e desguarnecimento

Desde a introdução bem sucedida das desguarnecedoras• Mudança para um sistema misto de limpeza de ombro e desguarnecimento.

66

Prática Norte Americana de Limpeza de Lastro

67


anualmente 80 MGT

Dormente de Madeira

anualmente 60 MGT

Frequência de Manutenção (anos)

SubleitoSólido

SubleitoFraco

SubleitoSólido

SubleitoFraco

Desguarnecimento 12.5 3 20 8

Limpeza de Ombro 3 1.5 3 1

Ciclos Típicos

Recomendações

Granulometria do lastro tem um papel importante na degradação da via• Ser seletivo com o novo lastro• Prevenir desintegração do lastro com a Limpeza do lastro

O controle de qualidade do lastro significa• Uma extensão de intervalos entre a manutenção• Extensão da vida útil da via• Evitar as restrições de velocidade• Reduzido LCC

69

Agenda

Função do Lastro


Limpeza do Lastro




Conclusão

A função da plataforma da ferrovia

Um leito de lastro limpo forma a base de uma via durável e estável

A precondição para um lastro sustentável é a plataforma estável

Problemas na Plataforma

Uma plataforma deficiente causa uma obstrução de um lastro e o desgaste prematuro dos componentes da via

120

Pσ1

σ2hFPL

σsafe > σ2

hlastro

Função da tranferência de carga da via

lastro

SPL

subleito

Camada de proteção do subleito (FPL) para previnir a sobrecarga no subleito

Camada protetora do subleito

Formação da camada de carregamento, exemplo

REABILITAÇÃO DA PLATAFORMA COM MÁQUINAS DE VIA

Reabilitação da Plataforma

AHM 800 R fertige Sandsanierungsschicht

AHM 800 e RPM 2002: reabilitação da plataforma com renovação integrada de lastro

REABILITAÇÃO DA PLATAFORMA MUITO CARA?

Reabilitação da Plataforma

121

Plano de Negócios

Experiência sempre positiva com a reabilitação usando RPM

Reabilitação usando RPM

Com dormentes de concreto, economia de 410.590 $/milha

em 10 anos

Amortização de dormentes de

concreto em 5 anos

Com dormentes de madeira, economia de 90.364 $/miha em 10

anos

Amortização de dormentes de

madeira em 9.2 anos

79

Agenda

Função do Lastro


Limpeza do Lastro




Conclusão

Necessidade de um lançamento preciso da via

Erros inerentes de geometria são freqüentemente produzidos no processo de lançamento de via

A flexão de triho durante o processo de montagem provoca erros de geometria inerentes que não podem ser eliminados por socaria


Necessidade de um lançamento preciso da via

Erros inerentes de geometria são freqüentemente produzidos no processo de lançamento da via

A flexão de triho durante o processo de montagem provoca erros de geometria inerentes que não podem ser eliminados por socaria

Máquinas de lançamento de via de ação contínua:• Entrega precisa da geometria da via• Evitar danos aos dormentes durante o processo de lançamento da via• Manter o nível de tensão baixo nos trilhos


122


Lançamento da Via – Film

85

Agenda

Função do Lastro


Limpeza do Lastro




Conclusão

NECESSIDADE DE UMA GEOMETRIA PRECISA DA VIA


86

Geometria precisa da via

A relação entre a qualidade da via e as forças dinâmicas de eixo é evidente

Erros na geometria da via causa forças dinâmicas quando o trem passa sobre elas e essas forças na volta amplificam as irregularidades geométricas

A geometria precisa da via é inevitável em vias de capacidade alta• Em vias com 35t ou mais a carga por eixo pode manter a tensão dentro dos

limites aceitáveis• A eliminação de erros geométricos de via de comprimento de onda maior se

torna interessante• Manter a posição absoluta da via evita tensões adicionais na via

QUALIDADE DA VIANivelamento da Via, Alinhamento e Estabilização

88

Qualidade da Via

Tráfego seguro

Valores estatísticos geométricos• Limites em nivelamento longitudinal, alinhamento lateral e empenos são

colocados em padrão nas empresas de ferrovia• o valor mais crucial é o empreno• valores de empeno de 1 em 250 são em relação a risco de segurança.

Manutenção profissional da via nunca deve chegar perto dos limites de segurança

89

123

Qualidade da Via

Critério de Conforto – TQI

• Índices de Qualidade da Via (TQI) são derivados dos relatórios dos carros de medição da via– SD = desvio padrão em mm– Desvio de nivelamento longitudinal, sobre uma certa distância (os mais

comuns são 100 à 200 metros)• Via recentemente lançada ou construída - SD 0.4 à 0.9 mm• Durante a operação – perda na qualidade• Nível de intervenção – Manutenção da via se torna necessária

– Faixa de nível de intervenção de 1.1 mm à 3.5 mm– 1.1 mm típico de tráfego de alta velocidade– 2.5 to 3.5 mm em linhas secundárias de baixa velocidade– Ferrovias Heavy-Haul com 80 km/hr velocidade de operação - por

exemplo1.5 à 1.6 mm

•(1 mm = 1/25 polegadas)

90

PADRÕES DE ERROS DE GEOMETRIA DE VIA


91

Padrão de erros de geometria da via

Aparecimento de erros e métodos de correçãoPadrão Método de Correção

Freqüência de aparecimento

Aparência repetida Manutenção Regular (agendada)

Aparecimento disperso Manutençao Pontual

Erro Pontual Socaria spot

Erros nos comprimentos de ondas

20 – 100 m Socaria de correção absoluta

3 – 20 m Socaria suave

1 – 3 m Acerto de trilho

Manutenção spot (em trechos curtos)

Por razões de orçamento, freqüentemente a manutenção spot (socaria)” éexecutada por:• Somente seções curtas de 100 à 200 metros de comprimento são tratadas,

as seções entre elas permanecem não socadas

De um ponto de vista financeiro a curto prazo tal estratégia é muito tentadora, mas o resultado mostra a condição da via não muito homogênea • Isto leva a necessidade de um nivelamento mais freqüente e portanto

aumenta os embaraços e o custo geral• Além disso, a qualidade geral mais baixa encurta a vida útil da via.

Aparecimento de erros e métodos de correçãoPadrão Método de Correção

Freqüência do aparecimento

Aparência repetida Manutenção Regular (agendada)

Aparecimento disperso Manutençao spot

Erro em spot único Socaria spot

Erros nos comprimentos de ondas

20 – 100 m Socaria de correção absoluta

3 – 20 m Socaria suave

1 – 3 m Correção do trilho

Erro padrão de geometria da via

CORREÇÃO DE GEOMETRIA DA VIA


95

124

Correção de Geometria da Via

Correção de comprimento de ondas curtas• Erros geométricos de 1 a 3 m – Curvatura do trilho

Correção do spot• Correção de falhas singulares

Métodos de alisamento• Redução de erro com comprimento de ondas até 20 metros

Correção de geometria de via absoluta• Correção de erros em ondas longas• Restabelecimento de posição de projeto

96

Correção de comprimento de ondas curtas

STRAIT – unidade de flexão

Correção de falhas singulares

98

antes

depois

Suavização da geometria existente

Método de Correção Geométrica

Ponto de referência defrente APonto de Medição BPonto de referência

De trás C

Redução de erros simples:

CACB

originalereste =

Redução de erros repetidos: dependendo do comprimento da onda – função de transferência

Correção de geometria de via absoluta

100

Modo de projeto com sistemas de bordo

WINALC Screenshot 1

125


102

Modo de projeto sem sistemas de bordo


Topografia manual de geometria da via


104

Topografia de geometria manual da via na Network Rail

MANUTENÇÃO MECANIZADA DA VIA


105

Manutenção mecanizada da via

Experiência em ferrovias com transporte intenso• Carga por eixo 30 toneladas ou superior

– Controle cuidadoso da tensão induzida– Manter a mínima interação veiculo/via– Precisão alta do trabalho demandado

• Tráfego denso– Somente janelas de trabalhos pequenas

• Máquinas com alta velocidade de trabalho e alta precisão são hoje em dia a coluna vertebral de manutenção da via com linhas de carga pesada nos Estados Unidos bem como em linhas de minas na Austrália, África do Sul e América do Sul

Manutenção de via mecanizada

126

MDZ 3000

MDZ 2000

H - MDZ

MDZ 2000

MDZ

MDZ

Máquinas para cada nível de performance

CONSOLIDAÇÃO DE LASTROManutenção de via mecanizada

Consolidação de lastro Consolidação de lastro

Estabilização de via dinâmica

Consolidação de lastro

Sem estabilização Com estabilização

Consolidação de lastro

Estabilização de uma via recentemente lastreada

127

Características Importantes

Manutenção de AMV de Alta Qualidade


Distribuição Integrada de Lastro


Estabilizaçãono AMV

117

Agenda

Função do Lastro


Limpeza do Lastro




Conclusão

…uma via perfeitamente cuidada...…durará mais com menos insumo Obrigado!

Ing. Rainer Wentyc/o Plasser & TheurerJohannesgasse 3, A-1010 Wien

Phone: +43 (1) 51572145


128

Semih Kalay e Dr. Allan M Zarembski

Inspeção de Via

02/16/2012 Inspeção de via

Resumo

• Inspeção Visual da Via

• Detecção de Defeito do Trilho

• Carros de Inspeção de Geometria da Via

• Sistema de Medição de Contenção de Bitola (GRMS)

• Acessório portátil de carregamento de via (PTLF)

• Sistema de Inspeção de Tala de Junção de Trilho

• Sistema de Medição GPR

• Medidas de Gabarito

• Inspeção Automatizada de AMVs

• Novas Tecnologias

1

Inspeção Visual da Via

Inspeções visuais, continuam ser um meio essencial para avaliação da via.

2

Caminhando na via Inspeção a partir de Trem

Inspeção em Rodo-ferroviário

Condição da Via

Lista de Inspeção da Via• Geometria• Lastro• Dormentes• Trilho/Juntas• AMVs• Fixação/Retenção• Jacaré• etc

3

Sistema de Medição

A chave para o gerenciamento de manutenção eficaz é a disponibilidade de dados apurados da via• Carros de geometria da via• Carros de Teste dos Trilhos (Defeitos ultra-sônicos)• Medição das Condições de nivelamento dos Trilhos

– Corrugação– Perfis dos Trilhos

• Desgaste dos Trilhos • Dados da Condição dos Dormentes

– TieInspect– Resistência da Via (GRMS/TrackStar)

• Medidas de condições das Agulhas/AMV– ASIV

Detecção de Defeito do Trilho

5

Images courtesy of TrilhoPictures.net

O trilho é testado para identificar defeitos internos usando Veículos de Detecção de Falhas de ultra-som.

Sperry Rail ServiceSperry Rail Service

Dapco Rail ServicesDapco Rail ServicesHarscoHarsco

129


6

Como issofunciona:

Sonda ultra-sônica usada no Trilho da Ferrovia

Source: Starmans Electronics http://www.starmans.net/en/testing-of-Trilhos.html


10

B‐Scan

A‐Scan


Tipos de Defeito de Trilho

11

Source: SPERRY

Fratura detalhada de shelling

Fratura detalhadade escamamento, com parte do defeito cortado

Fratura detalhada originando headcheck na lateral do boleto do trilho

130

Carros de Inspeção de Geometria da Via

12

Images courtesy of TrilhoPictures.net and Canadian Pacific Trilhoway

Canadian Pacific RailwayCanadian Pacific Railway

Union Pacific RailroadUnion Pacific Railroad Canadian National RailwayCanadian National Railway

Burlington Northern Santa Fe RailwayBurlington Northern Santa Fe Railway

13

Tecnologias embarcadas

Tecnologia chave que permite os sistemas de medição de hoje em dia inclui:

• Unidade de Medição inercial para determinar a localização da base de medição no espaço

• Sensores baseados em laser para capturar os contornos do trilho e a posição relativa do trilho à base de medição

• GPS - Baseado em sistemas para localização geral

• Redes de computadores para visualização de dados, analises e relatório

Carros típicos de geometria de via

Como isso funciona:

14

• Sensores inerciais são usados para localizar as estruturas de medida de referencia em um espaço à via

• Sistema de escaneamento a laser usado para localizar os trilhos relativos a estrutura de medida de referencia

• Estrutura de referência

15

Carros Típicos de Geometria de Via (TGC)

Virtualmente, todos os TGCs medem ou relatam:

• Bitola• Curvatura• Nivelamento Transversal (ou

superelevação)• Alinhamento e superfície (ou perfil) em

Offset ou Formato de Curva de Espaço• Velocidade máxima seguras de inscrição

em curvas Sistema adicional comumente encontrado em TGCs inclui:

• Perfil de trilho e sistema de corrugação• Visão do sistema da máquina

Carros típicos de geometria de via

O carro de geometria solicita a a via dinamicamente e mede os desvios dos padrões da ferrovia aos padrões estabelecidos.

Essas medidas de bitola, perfil, seção transversal e alinhamento são comparados com limites regulatórios.

Alertas são enviados imediatamente onde os limites estão perto ou excedem aqueles requeridos por Regulamentação Federal.

17

131

Medição de Perfil de Trilho

Sistema de Medição de Contenção de Bitola (GRMS)

21

Images courtesy of TrilhoPictures.net and Canadian Pacific Trilhoway

CSX TransportationCSX Transportation Federal railroad AdministrationFederal railroad Administration

HollandHolland Canadian Pacific railwayCanadian Pacific railway


Sistema de avaliação de resistência da via baseada em performance designada a melhorar a segurança da ferrovia e a eficácia na manutenção

Método de Inspeção objetiva designado a identificar a via de baixa resistência que permite avaliar bitola e danos à via

Determina a eficácia dos dormentes e fixação

Aplica carga e mudança de medidas na bitola

Calcula a rigidez da via em relação a GWP e PLG24

Prova-se a confiança, repitabilidade e precisão

22


Como isso funciona:

23

• A restrição de bitola é a habilidade das placas de apoio, fixação e dormentes de segurar os trilhos em sua própria bitola sob cargas laterais causadas por tráfego no trilho.

• Um sistema de medição de restrição de bitola(GRMS) compara a medida da bitola da via feita sem condições providas por um eixo de carregamento especialmente fabricado e condições de medidas de “descarga” à pelo menos 10 pés do eixo de carga.

• O Sistema GRMS da FRA mantém o alinhamento e aplica cargas perpendiculares contínuas aos trilhos independentemente do esforço lateral, intensidade ou movimento vertical da caixa do veículo em sua suspensão, ou curvatura da via.

LDGLDG

ULGULG

VV

VV

LL

132


Medida

Bitola descarregada (ULG)– bitola de via medida em pelo menos 10 pés de qualquer fonte de carga

Bitola carregada (LDG)– bitola de via medida sem uma carga combinada lateral e vertical

Carga lateral (Laplicado)– Força de alargamento de bitola aplicado por GRMS. Tipicamente 10,000-14,000 lbsnominalmente.

Carga vertical (Vaplicado)– Força aplicada por GRMS para o assento do trilho dentro da placa de apoio para prevenir rotação do trilho. Tipicamente 14,000-21,000 lbsnominalmente

24

Calculada

GWP (Proteção de alargamento de Bitola) – Projeção de mudança em bitola induzida pela aplicação de condição de carga de 16,000 lbs lateralmente e 30,000 lbsverticalmente.

PLG24 (Bitola de Carregamento Projetado) – Projeção de medida de bitola são condições extremas de carga de 24,000 lbs lateralmente e 33,000 lbs verticalmente.


25

Fixaçãoineficaz do dormente

Acessório Portátil de Carregamento de Fixação (PTLF)

Acessório (PTLF) foi desenvolvido como parte de um programa de pesquisa de restrição de bitola da FRA.

PTLF foi desenhado e testado concorrentemente com o desenvolvimento de um sistema de medição de restrição de bitola de tamanho completo (GRMS)

• Prova carga lateral liquida comparável ao da estrutura da via• Permite uma comparação direta de resultados• Ferramenta conveniente de checagem de spot

26

Regra Atual sob §213.110(i) O alargamento total da bitola nos locais não exceder a 5/8 polegadas quando aumentando a força aplicada de 0 a 4,000 libras; e

(ii) A bitola da via sob 4,000 libras de força aplicada não excede a bitola prescrita permitida §215.53(b) para a classe da via.

Sistema de Inspeção de Tala de Junção de Trilho

27


Imagens continuas e de alta definição dos trilhos e tala de junção (.3mm)

Ferrovias tem adotado tecnologia de algoritmos automatizados para processar (numa velocidade de 60 mph) de imagem de rachaduras e quebras nas talas entre os trilhos. Marcando esses com GPS para substituição.

28

Camera

AutomatedCrack

Detection

Editor/DatabaseImage Storage/Viewing/Reports

Data Collection ComputerAutomatic Joint Detection

Assemble Images from Lines

Lighting

Wheel Encoder


Como isso funciona:

29

Computadorde coleta de

dados

GPS

Satélite

Detecção automática de

trincas

Editor/Database

Codificador de roda

133


30

Acidentes relacionados a tala

de junção por ano

Source: FRA Office of Safety

Sistema de inspeção da tala de junção inclui o sistema FRA, um sistema de serviço de três, e três sistemas de ferrovia de classe 1

Estatística de sistema FRA e um serviço de 3 carros de Janeiro 2008 até a presente data:

19,105 milhas pesquisadas por data 7,205 TLS11,900 Juntas

~2,600,000 Juntas avaliadas por data (5,200,000 Talas)17,070 juntas defeituosas desde Janeiro de 2008, incluindo:

5,640 rachaduras no centro 1,600 quebras no centro7,400 quebras e rachaduras na alma150 rachaduras duplas no centro50 quebras duplas no centro2,230 defeitos de parafusos FRA

Radar de Medição de Penetração de Solo (GPR)

31

Radar de Medição de Penetração de Solo

Como isso funciona:

32


33

Source: HyGround Engineering


Benefícios:• Via mais regular• Disponibilidade de via

aumentada• Deterioração reduzida

– Focar recursos– Detalhar causa raiz

• Abordagem baseada em redes

34

Componentes:Distinguir áreas com diferente demandas de manutençãoIdentificar fatores que afetam o desempenho em cada áreaDesenvolver solução eficaz de custoEducação

Source: HyGround Engineering

Medidas de Gabarito

35

Images courtesy of TrilhoPictures.net and Wikipedia

134

Medidas de Gabarito

36

Como isso funciona:

Medidas de Gabarito

Como isso funciona:

37

Images courtesy of Velodyne.com

Medidas de Gabarito

38

Source Point of Beginning

Sistema Automátio de Inspeção de AMVs

Inspeção automática dos AMV's• Velocidade de via de linhas principais • Velocidade reduzida para pátios e posto de cruzamentoÁreas chave dos AMV's• Correr a superfície de trilhos para incluir as pontas da agulha,

encosto Trilhos, fechamento de trilhos, perna e trilhos do jacaré• Contra-trilhos• Geometria de AMV• Barras, bases, conectores, etc.• Dormentes e lastro

Reduz/elimina a necessidade de inspeção manualPotencial para automatizar parte significativa da inspeção

Veiculo de inspeção automática de agulha (ASIV) Imagem tri-dimensional da Ponta de agulha e encosto do trilho (lado fechado)

135

Visão composta de 3-D das pernas do jacaré

Diverging LegStraight Leg

Pontos de inspeção do AMV

Espaço da Ponta da Agulha: O espaço entre a agulha e o trilho de encosto não pode ser mais do que 1/8” medido a 6” da ponta da agulha.

FRA

Abertura da agulha, trilho de agulhadivergente


Espaço da Ponta da Agulha : O trilho de encosto e agulha devem ter um encaixede pelo menos 50% do comprimento do corteMaint

Agulha/encosto de trilho não manter a maioria do corte, e acerto da agulha de trilho


Condição da Ponta de Agulha: A ponta da agulha não deve exceder o desgaste do topo dos trilhos ou outra superfície danificada

FRA

Ponta da agulhadesgastada, divergindoda altura do trilho


Altura relativa da Agulha e trilho de encosto deve estar em 11/16”abaixo do trilho a 1” da ponta da agulhaMaint

O assento da agulha do trilho alto para o enconsto do trilho e o endireitamento daagulha do trilho


Altura relativa da agulha para o trilho de encosto : Neste ponto onde a distância lateral entre as pontas de bitola da agulha e o encosto dos trilhos é de 4 ½”, a agulha do trilho deve ser pelo menos 3/16” acima do encosto do trilho

FRA

Agulha reta assentando muito abaioaao trilho de encosto

Agulha reta assentando muito abaioaao trilho de encosto

136


Condição da Ponta de jacaré: A ponta do jacaré não deve exceder o desgaste da borda do trilho ou outra superfície danificada

FRA

Jacaré danificado, danona lateral divergente do jacaré


Condição da perna do jacaré: A ponta da perna do jacaré não deve exceder o desgaste da borda do trilho ou outra superfície danificada

FRA

Perna do jacarédesgastada, danificadae com lateral divergentedo jacaré


Altura relativa da perna do jacaré ao núcleo:

Como exemplo de enchimento do núcleo, a altura relativa da perna do jacaré não deve ser de mais do que +/- ¼”

Maint

Perna do jacaré muito alta em relação ao núcleo jacaré, sugere-se um preenchimento do núcleo do jacaré


Profundidade da calha do jacaré: A profundidade da calha dentro do jacarédever ser de pelo menos 1 3/8” profundo (classe 1) ou 1 ½” (classe 2+)

A largura da calha do jacaré deve ser de pelo menos 1 ½”

FRA


Obstrução: Não deverá haver obstrução a operação da agulha ou a passagem livre do trem através dos AMV's

FRA

Obstrução em perna divergente

Obstrução em perna divergente


Desgaste lateral da bitola: desgaste da lateral da bitola da ferrovia numa profundidade de 5/8” abaixo do topo do trilho é limitada baseada na seção do trilho (geralmente 3/16” a 11/16” limite)

Desgaste Vertical: O limite de desgaste vertical é geralmente ½” da seção original do trilho

Maint Maint

Desgaste lateral da bitola na pernadivergente

Desgaste excessivo da perna

137

Pontos de inspeção do AMV:Contato roda/trilhoAvaliar o contato roda/ trilho

Identificar condições em potencial de segurança• Padrão Inglês: Sem contato de flange de roda permitido na agulha do trilho

abaixo da linha de 60°• Padrão FRA: as rodas não entram em contato com a bitola lateral do encosto

do trilho passando no plano do trilho da agulha

Contact is below 60° line

Contact is above 60° line

Sistema Suplementar de Inspeção Automática de Agulha

55

Pesquisa e desenvolvimento com a intenção de desenvolver um meio automático de quantificar a condição das agulhas e trabalho especial na via.

Investigação inicial concluiu que a combinação de laser e tecnologia visual tem a melhor chance de sucesso.

Esforços de desenvolvimento em novos termos concentra em adaptar o laser e tecnologia de visualização para direcionar os requisitos de medição, análise de dados, teste de performance de sistema.

Segurança melhorada através de rotina precisa e de alta resolução, inspeção automática das agulhas e trabalho especial da via.

Possível integração em plataforma de medida de geometria existentes e/ou sistema autônomo.

Conquista a partir da alavancagem de tecnologia à laser e visual que se propagou em uso na indústria.

Novas Tecnologias

56

Inspeção autônoma de geometria da via

Previsão de Temperatura de pico do trilho para a prevenção de flambagem

Detecção de defeito no trilho sob uma fadiga de contato de rolamento (RCF)

Medição automática de tensão em trilhos contínuos soldados (CWR)

• Técnica de ondas guiadas, técnica de Backscatter ultra-sônico

Medidor portátil de qualidade

Sistema portátil de imagem de falha de trilho

Novas Tecnologias: Sistema Autônomo de Medição de Geométrica de via (ATGMS)

57

Melhorar a segurança, aumentando a consciência condicional através da integração dos sistemas de inspeção autônomas.

Coleção de dados contínua de geometria e não equipada provê dados críticos da via em tempo real onde quer que o sistema seja instalado.

Operações de tráfego no trilho sem impacto. O sistema pode ser instalado em ferrovias de rendimento normal ou em locomotivas e funcionar consistentemente.

Teste da via é automaticamente agendado durante operação de serviço de rendimento.

ATGMS provê uma redução em complexidade, tamanho de sistema de geometria tradicional sem comprometer o desempenho.

Dados transmitidos remotamente para o local central com acesso remoto ao sistema via internet

Protótipo de ATGMS instalado no serviço automático de trem da Amtrak para refinar a tecnologia.

“inspeção Autônoma – o processo de inspeção da

via usando instrumentação não

assistida com um envolvimento direto

mínimo.”

Novas Tecnologias: Temperatura máxima do trilho prevista para a prevenção flambagem

58

Previsão de 12 horas de antecedência, a magnitude e horário de temperatura máxima do trilho, a fim de ajudar a mais objetiva e confiável emissão de ordens de restrição de velocidade

Energia emitidapor via convencional

Energiaemitida via radiação

Radiação de Energia Solar

Outra transferênciade energia

Energiaarmazenada

EnergiaAbsorvida

Energiaemitida/absorvida

Novas Tecnologias: Detecção de defeito no trilho sob fadiga de contato de rolamento (RCF)

59

O protótipo usa laser, sensores de ar comprimido acoplados a ar e padrões estatísticos de reconhecimento para se fazer inspeção ultra-sônica dos trilhos para falhas internas utilizando onde guiadas.

Trabalha em resposta a relatórios de segurança NTSB e recomendações direcionados a desastre de trem em ferrovias em Superior, WI em 1992 (BNSF) e Oneida, NY em 2007 (CSX) causado por defeito de head check não detectado sob spalling.

Algoritmos de padrões estatísticos de reconhecimento maximizam as indicações de defeito e minimizam falso-positivos.

O sistema aumentará a segurança melhorando a confiabilidade em detecção de falhas, especialmente as trincas internas sob spalling.

PulsoLaser

Transverse crack

Sensores de arcomprimido

138

Novas Tecnologias: Mediçao automática de tensão em trilhos contínuos soldados (CWR)

60

Estudos incluem simulações numéricas avançadas de propagação de ondas guiadas em trilhos carregadas e testes experimentais de larga escala para confirmar os resultados.

Atuators de pretensãoAtuators de pretensão

Trilho, placas de apoio, dormentes doadas por BNSFTrilho, placas de apoio, dormentes doadas por BNSF

LastroLastro

Blocos de concreto deslizantesBlocos de concreto deslizantes

Blocos de Concreto fixadosBlocos de Concreto fixados

Chão rígidoChão rígido

Barras de aquecimento (para alcançar temperaturas do trilho de até 150F)Barras de aquecimento (para alcançar temperaturas do trilho de até 150F)

* Test facility at UCSD Powell Structural Laboratories

Novas Tecnologias: Mediçao automatica de tensão em trilhos soldados contínuos (CWR)

61

Desenvolvimento de unidade portátil para medir ultra-sônico backscatterdifuso (DUB) no trilho para laboratório e teste de campo*

Desenvolvimento de um software e algoritmos para adequar com as medidas para modelos de dispersão na extração de informação de tensão

Utilizando experiências da Universidade de Nebrasca Lincoln (UNL) com pesquisa de ultra-som para desenvolver modelos robustos que prevejam a mudança na dispersão de pesquisa devido a tensão aplicada em metais

A tensão no trilho é possivelmente o assunto mais desafiador em pesquisa em relação a industria de trilhos

Custo direto de problemas associados a tensão em trilho tem dezenas de milhões de dólares de gasto anualmente

* Prototype tested at UCSD Powell Structural Laboratories

Novas Tecnologias: Medidor de Qualidade Ultra-Portátil (UPQRM)

62

O UPRQM permite um canal de display de dados em tempo real e um mapeamento em tempo real de GIS de local atual.

O UPRQM é designado para trabalhar em conjunto com um laptop e ser alimentado eletricamente através de uma conexão USB ao laptop

Atualmente, inspetores de via avaliam a qualidade da ride do trem de uma maneira subjetiva por andar de trem e sentir a aspereza dessa volta.

O UPRQM quantifica este processo, portanto permitindo uma coleção, análise e registro de dados.

Os dados coletados são enviados imediatamente a preocupações de segurança, bem como degradação de longo prazo e estudos estatísticos.

Novas Tecnologias: Sistema Portátil de Mapeamento de Defeitos em trilhos

63

• Desenvolve um dispositivo ultra-sônico portátil que pode ser “grampeado” no trilho, no qual é capaz de produzir uma imagem de 3D dos defeitos internos

• Benefícios:

– Remove erro humano associado com interpretação de A-scans

– Aumenta a eficácia do processo de verificação usando algoritmos automáticos de detecção de defeito e tamanho

Before After

orifícios

holes

Obrigado!

Dr. Allan M Zarembski

Phone: 01 856 779 7795


139

O Custo do Ciclo de Vida (LCC)da Via:“A melhor via é a mais barata”

22/06/2012

Peter Veit

Graz, Austria

Graz Universidade de Tecnologia

world record 3.4.07

Sistema de Ferrovias

Requisitos basicamente atendidos

disponibilidade?

Manutenbilidade?

1 hora

SNCF 1955: 331 km/h

timetable Tokyo – Osaka

V = 230 km/h – 300 km/hVelocidades altas levam a tolerância

baixa de falha e portanto alta demanda de manutenção

Requisitos: alta velocidade

every train = 6 Locos + 216 carstrain length = 4 km

mixed traffic requires high via accuracy for passenger trains but faces fast via deterioration due

to dense freight trafficAustria: core network 6,000 km, total network 10,000 km

7,500 trains per day, 50% freight trains

heavy axle loads result in fast deterioration of via quality and thus high manutenção

demands

train load 24.000 tRSA: axle load 27 t

USA: axle load 39 short tons (35,5 t)

requisitos: tráfego pesado: basicamente atendido

NARROW-GAUGE

Austria - Europa

Sistema de Ferrovias

solução: SUSTENTABILIDADEtecnicamente E economicamente

Comportamento de qualidade

Custo do ciclo de vida (LCC)

Problemas comuns:disponibilidade, manutenbilidade

Requisitos e Problemas

Comportamento de Qualidade

22/06/2012

140

Comportamento de Qualidade da Via

Taxa de degradação depende no nível atual de qualidade

Uma boa via se comporta bem,uma via pobre se deteriora mais rápido

investimento manutenção+ = LCC

= beQQ(t) t×0

Abordagem de pesquisa de custo-estrutura

Abordagem de pesquisa de comportamento daqualidade

Custos de ImpedimentosOperação

Do ponto de vista do ciclo de custo de vida, há novas definições para investimento e manutenção:

O investimento entrega qualidade inicial, não a vida útil.

Manutenção transforma esta qualidade inicial em vida útil.

investimento +

= beQQ(t) t×0

manutenção

Todavia a manutenção negligenciada desvaloriza o investimento feito!


Fonte de Conhecimento

~ 4,100 km de via de linhaprincipal

dados de qualidade e todos os dados adicionais (Situação, transporte,

manutenção…)em 10- anos

Trabalhoda via

Comportamento daQualidade


lastro

subleito

Material rodante

trilho

dormente

Volume de transporteAlinhamento

Sub camadadrenagem


investimento e estratégia de manutençãoCusto do Ciclo de Vida

Carga de transporte Subsolo dormente perfil Greide de aço R > 3000 m

>70.000 gross/day, via Good concrete 60E1 260 Via dupla

Trabalho da via 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Lançamento da via 1

nivelamento-alinhamento-socaria 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Esmerilhamento 1 1 1 1 1

Mudança de trilho

Mudança de dormente

Mudança de calço do trilho

Manutençao da junta

Pequena manutençao 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5

Custo do Ciclo de Vida

$

$ $ $ $ $ $ $ $ $ $

$ $ $ $ $

$ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $

elementos padrão

Custos totais Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ Σ

Custos dinâmicos Princípio de avaliaçao (3% taxa liquida de juros): minimo de media de custo anual dinamico incluindo custos com impedimentos na operaçao

141

Quanto melhor a qualidade inicial menos demanda de manutenção

Lições aprendidas

time

decr

easi

ng

via

qu

ality

threshold value

Manutenção adequada confronta as causas

Manutenção inadequada confronta os sintomas

time

Dim

inu

içao

da

qu

alid

ad

ed

avia

Valor limiar

Somente a manutenção resolve os problemas é sustentável

Lições aprendidas

Dim

inui

çao

daqu

alid

ade

davi

a

timeQNormierung

?

Variaçãonormal

Olhando para trechos homogêneos de um conjunto de parâmetros devem resultar no mesmo comportamento da via

Realidade na Via

Nada especial – somenteproblemas com drenagem

Fator Custo

22/06//2012

1. Qualidade inicial da viaprecondição: qualidade do subsolo e funcionalidade da

drenagem

1:9

Fator de Custo em Via

Causado por resistênciaineficiente de subsolo

IRR de investimento adicional para inserir

uma camada de proteção de até 35%

(!)

…. Ou por drenagemineficiente por algunsanos

Subsolo e Drenagemineficientes

142

Subsolo e Drenagemineficientes

1. Qualidade inicial da via

2. Densidade de AMVs

precondição: qualidade de subsolo e funcionalidade da drenagem

1:9

1 EW500 ~ 450 m via


3. Qualidade do lastro

Se não for possível a qualidade do subsolo e/ou demandas de drenagem cumprirem os requisitos de otimização da via não é

possível.

Comparando com a vida útil da via e dos AMV'sdemonstra a grande importância da qualidade do lastro, força do lastro bem como a curva granulométrica

Qualidade do Lastro

Vida Útil da Via

Vida útil da via comparada via AMV ballast

ÖBB 100% 100% LA 22

SBB 110% 110% LA 17

HŽ 80% 65% weak limestone

1. Qualidade inicial da via

5. Custo com impedimentos operacionais

2. Densidade da agulha

precondição: qualidade de subsolo e funcionalidade da drenagem

4. Raios

7. Densidade de tráfego

8. Qualidade do material rodante

1:9

1 EW500 ~ 450 m via

1:3até

30%

Sob linear

± 10%

6. Comprimento da trecho da via Superior a 20%

9. E é claro, velocidade alta, tráfego misto, e carga do eixo


3. Qualidade do lastro

Composition of Normalized Average Annual Costs

100%

120%113%

68%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

Present Status Prolonged Service Life dueto Permanent Slow Orders

Minimized Maintenance Prolonged Service Life dueto Unders Sleeper Pads

Average Annual Costs

Depreciation

Costs of Operational Hindrances

Costs of Maintenance

Rate of Interest = 0%

Análise de Custo

Os Custos do Ciclo de Vida são dominados pela depreciação e portanto operacionais e o custo com investimento e vida útil de impedimentos não devem ser negligenciados

Implementando componentes com menor qualidade

Re-

Inve

stm

ent

example: 54E2 rails instead of 60E1Economica imediata versus custos adicionais a longo prazo = 1 : 25

Os exemplos apresentados para diferentes variações são calculados com trechos de via de alta performance

(~70.000 tonelada bruta por dia e via).

Os custos com o caso base (avaliação estatística) aparecendo de uma estratégia otimizada e usando componentes padrão e

portanto descrevem os melhores casos para componentes padrão.

Avaliações econômicas

Costs of Base Case

Custos de manutenção

DepreciaçãoCosts of Operational Hindrances

Custos médios anuais

143

Subsolo pobreEconomia imediate versus custos adicionais a longo prazo = 1 :

23

Re-

Inve

stm

ent

* Custos do caso base incluindo reabilitacao do subsolo

Reabilitação necessária de subsolo negligenciado

Custos do Caos Base

Ciclos curtos de socariaEconomica imediata versus custos adicionais a longo prazo = 1

: 4

Re-

Inve

stm

ent

Redução de manutenção

Costs of Base Case

Característica da Via

Realidade Modelo

A via é paciente, não reage imediatamente se tratada insuficientementeA via tem uma memória marcante. Ela se lembra do apoio insuficiente

Toda vez que a via reage, a vida útil já está comprometidaNós não podemos mudar as características de um elefante,

nós precisamos reagir com ele.

Sim, nós podemos economizar muito dinheiro não executando manutenção suficiente.

Contudo, quando o elefante não se sente bem, já é tarde demais

Photo: Franz Photo: Franz PierederPiereder

Estratégias de Alta QualidadeExemplos

22/06//2012

Estratégias de Alta Qualidade

Sob Palmilhas do dormente

Camada de asfalto

Manutenção integrada

INVESTIMENTO

Design de socaria

Manutenção

Estrutura do dormente

Obviamente somente estratégias de via de alta qualidade podem formar uma via estável e portanto barata

Palmilhas sob os dormentes

144

Áreas de contato do dormente – lastro após socaria

3% to 5%após

socaria

9% apóssocaria e

estabilizaçao

Com Palmilhas sob dormentes até (USP) 35%Antes de

socaria de no máximo

12%


Comportamento da via

Via de referência: 60E1 trilhos CW em dormentesmonobloc de

concreto

60E1 trilhos CW dormentes

monobloco de concreto com USP

1.500 trechos comparados


Qualidade inicial aumentada em 18%taxa b- reduzida em 63%

prolongamento do ciclo da socaria por fator de 2.75

vida útil+ 38%

via

100%

82%

Basis 2007 Schwellenbesohlung

100%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

Basis 2007

Investimento adicional em qualidade inicial vale a pena

TIR de 12 a 15 por cento

AMVs

68%

Gesamt LCC

Abschreibung

Betriebserschwerniskosten

Instandhaltung

reference with USPreferencewith USP

100%

68%

79 - 82%

100%

Average Annual Costs

Depreciation

Costs of Operational Hindrances

Costs of Maintenance

Palmilhas sob os dormentes Palmilhas sob os dormentes

Regulamento na Áustria

A via carrega mais do que 30,000 toneladas brutas por dia1 e/ou

USP é para o padrão da via se

A velocidade do trem está acima de 160 km por hora ou raio menor que 600 m

1 USP mostra uma economia de uma carga mínima de 10,000 toneladas brutas por dia

Toda vez que a via é equipada com AMV’sUSP com palmilhas sob os dormentes são instaladas

Comportamento da via sem USP

2001 hoje

σv = 2 mm (1 km)

Linha vermelha: socaria, linha verde: esmerilhamento

10 anos

1 km

TGV

: linhade alta

velocidade320 km

/h

Palmilhas sob os dormentesComportamento da Via

sem USP com USP

Nível de intervenção: σv = 1.3 mm (1 km)

Nível de intervenção: σv = 0.6 mm (1 km)


145

ÖBB manutenção camada de asfalto livre construída em 1963

Camada de asfalto

Construída na Suíça desde o final de 1930 principalmente em áreas de estação

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1 2 3 4 5 6

QU

ALIT

Y in

MD

Z-a

TIME in Years

Quality - Time - Diagram

Linha vermelha: com camadade asfalto

1* 1 22

1

1

Camada de asfalto

Observação dos trechos com camada de asfalto mostra um comportamento melhor da via.

Situação Atual

Contudo a camada de asfalto (espessura ~ 8 cm) é parte da superestrutura padrão de novas linhas mirando a vida útil completa da via:

Uma separação clara entre a infra-estrutura e super-estruturaEvita efeitos de bombeamentoGarante a drenagem de água e portanto evita que plantas cresçam

Todavia, a camada de asfalto não deve ser tão forte, para se evitar o trincamento do lastro. Contudo na Áustria USP são usados juntos com a camada de asfalto

Conseqüentemente as camadas de asfalto com 8 cm a 12 cm de espessura formam um padrão para novas capacidades altas e linhas com velocidade alta na Áustria

Camada de asfalto Estrutura do Dormente

Des

vio

verti

cal p

adra

o[m

m]

LLT(conventional via only)

Q0 = 0,38b = 0,049

Q0 = 0,46b = 0,201

Q0 = 0,56b = 0,271

Via convencional

frame sleeper via

relaying

2

1

0

1999

2007

time [years]

Carga de tráfego: 70.000/TagDesvio padrão vertical 0,4 0,6 mm dentro de 8 anos

Estrutura do Dormente

Junta de isolamento reforçada com uma armação de dormente singular (Dinamarca - Holanda)

Estrutura do Dormente

146

sem USP com USP

Melhora a qualidade da via, se nivelamento-alinhamento-socariacombinada com o esmerilhamento ou executado perto um do outro

Comportamento da via com manutenção integrada

Falha única de socaria

via e AMV socaria Manutençãointegrada

2.000 falhassingulares por ano

900 km viae 1.500 AMV 150 km via

100 Stk. AMV

10%De orçamento de

socaria

75%De orçamento de

socaria

15%De orçamento de

socaria

Segurançaurgente

qualidadePlanejamento de 2anos

Planejamentopreventivo de linha

principal 8 anos

Manutençao integrada

Estratégia de Socaria em ÖBB desde 2010

QualitätundIH_blank

QualitätundIH_5

socaria em 2005

via “lembra” suas falhas – ou: falhas tem suas razões

30% de descarrilamento em falhas de via vertical

Somente para aumentar o tempo até que a falha seja reparada novamente

Design-socaria

Resumo

22/06//2012

Via Estável e Com Lastro Barato é possível,levando em consideração o Custo do Ciclo

de Vida

Contudo, há precondições a serem cumpridas:

Resumo

Boas condições de subsolo

No 1

Precondições para via barata

147

Boas condições de drenagem

No 2


Boa qualidade do lastro

Custo do ciclo de vida é dominante pelo custo do investimento e então a vida útilMASLastro fraco (cal comparada com granito) é redução da vida útil da via por 20%; a vida útil dos AMV’s é atéreduzida em 30% - 40%!

No 3


qualidade = continuidade

No 4very short sections of via work, investment as well as manutenção

still too short, but a little bit better


Bauste llenko s ten Durcharbe itung M DZ

6.000

6 .500

7 .000

7 .500

8 .000

8 .500

9 .000

9 .500

10 .000

0 0 ,5 1 1 ,5 2 2 ,5 3 3,5 4 4 ,5 5 5,5 6 6,5 7 7 ,5 8 8 ,5

Sp e rrp a u s e [h ]

Bau

stel

lenko

sten

ND

Z [

€/k

m]

B a us te lle nk o s te n /k m Ta g zw e ig le is ige S tre ck eB a us te lle nk o s te n /k m Ta g e ing le is ige S tre ck eB a us te lle nk o s te n /k m Na ch t zw e ig le is ige S tre ck eB a us te lle nk o s te n /k m Na ch t e ing le is ig e S tre ck e

9 .3 007 .5006 .300 S ch ich tle is tung [m ]6 .0004 .50 01.600

No 5

Maquinaria da via é construída para funcionar e não para esperar o fechamento da via

Comprimento média de socaria de via (A)


Obrigado!

Peter Veit

Phone: 0043 316 873 6217


148

WS IHHA - Via Permanente - Jun2012 - Port Final

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