ws ihha - via permanente - jun2012 - port final
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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?
4 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
Deterioração de Modos de Falha
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
Deterioração de Modos de Falha
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
Deterioração de Modos de Falha
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
3 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
Teoria de Esmerilhamento de Trilho
5
11
Teoria de Esmerilhamento de Trilho
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]
Melhores práticas de esmerilhamento preventivo
•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
Melhores práticas de esmerilhamento preventivo
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
11 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
Fatores que influenciam o esmerilhamentopreventivo
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
Fatores que influenciam o esmerilhamentopreventivo
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
Fatores que influenciam o esmerilhamentopreventivo
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
Controle de Qualidade de Esmerilhamento de Trilho
24
MiniProf Gabarito
Dureza da superfície Líquido penetrante
Controle de Qualidade de Esmerilhamento de Trilho
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
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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
32
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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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p2
® 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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p3
® 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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p4
® 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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p5
® 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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p7
® 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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p8
® 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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p9
® 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)
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p10
® 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)
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p11
® 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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p12
®
-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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p13
® 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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p15
®
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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p16
®
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)
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p17
® 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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p19
® 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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p20
® 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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p21
®
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
8 a 10 curvas com grau 10 2% de greide
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
8 a 10 curvas com grau 10 2% de greide
Shasta Mountain
Subdivisão Caliente 27 waysides em 2008
8 a 10 curvas com grau 10 2% de greide
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
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p22
®
Mudança de perfil após 184 MGT (mais de 2 anos)Mesmo volume: Esquerda com TOR e Direita sem TOR
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p23
® Canadian Pacific in British Columbia
Zone de teste piloto para controle de fricção
Greides:
Para Oeste 1.2%
Para Leste 2.4%
© TTCI/AAR, 6/11/2012. 4793_22DingQingLi, p24
® 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
Dormentes de Concreto
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
Dormentes de Concreto
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
Dormentes de Concreto
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
Avaliação de Projetos de Juntas Isolantes
Isolamente reconfigurado
3-arruelas com 3 orifícioscom reforço de fibra de vidro
Avaliação de Projetos de Juntas Isolantes
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
AMV’s e Cruzamento das Vias
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.
AMV’s e Cruzamento das Vias
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
Cruzamento ferroviário em nível
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
Cruzamento ferroviário em nível
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
Email: [email protected]
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
13 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
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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
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Fundamentos do Contato de Roda/Trilho
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ForForççasas de de Roda/TrilhoRoda/Trilho
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ÁÁrearea do do ContatoContato de de Roda/trilhoRoda/trilho
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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
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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’
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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
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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
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Perfis de Roda/trilho
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
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Alta tensão no trilho superior
psi
Contato de Roda / Trilho Alto
…Because Trains And People Interact.
TM
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Perfis de Roda/trilho
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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Perfis de Roda/trilho
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
Single Point Contact
Conformal ContactTM
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Perfis de Roda/trilho
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
REGIÃO B: FRISO E CANTO DE BITOLAREGIÃO B: FRISO E CANTO DE BITOLA
Two Point Contact
Single Point Contact
Conformal Contact
TM
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Dano no trilho superior do contato na canto dabitola
psi
…Because Trains And People Interact.
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Perfis de Roda/trilho
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
REGIÃO B: FRISO E CANTO DE BITOLAREGIÃO B: FRISO E CANTO DE BITOLA
Two Point Contact
Single Point Contact
Conformal Contact
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Perfis de Roda/trilho
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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Perfis de Roda/trilho
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
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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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TM
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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
)
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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
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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
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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
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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
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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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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
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®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
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® 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-
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® 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
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® 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
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® 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
3 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
4 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
Fábrica da Ponte
7,475 Pontes comprimento geral de 200mi ou 320 Kms
Valor de ativos $14.2BGasto Anual com capital ~$90M
5 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
Pontes
59
6 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
Placa de coberturasuperior
(Estrado)
Fixador de rolamento
Fixador intermediário
Rolamento
Placa de cobertura inferior
EscoramentoLateral
Estruturacruzada emdiagonal
DPG vão
7 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
8 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
Placas de coberturasuperior
Estrado
Enrijecedor de rolamento
Enrijecedor intermediário
Rolamento
Placa de cobertura inferior
Joelheira
Viga dabase
longarinas
Placa de junção
Rede
TPG vão
9 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
36 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
• 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!
37 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
39 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
42 Presentation Title – 01/12/2010 (optional) 43 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
53 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
S.M.A.R.T.S.M.A.R.T.(FERRAMENTA DE CLASSIFICA(FERRAMENTA DE CLASSIFICAÇÇÃO DE MANUTENÃO DE MANUTENÇÇÃO DAS ÃO DAS
ESTRUTURASESTRUTURAS))
S.M.A.R.T.S.M.A.R.T.(FERRAMENTA DE CLASSIFICA(FERRAMENTA DE CLASSIFICAÇÇÃO DE MANUTENÃO DE MANUTENÇÇÃO DAS ÃO DAS
ESTRUTURASESTRUTURAS))
S.M.A.R.T.S.M.A.R.T.(FERRAMENTA DE CLASSIFICA(FERRAMENTA DE CLASSIFICAÇÇÃO DE MANUTENÃO DE MANUTENÇÇÃO DAS ÃO DAS
ESTRUTURAS)ESTRUTURAS)
S.M.A.R.T.S.M.A.R.T.(FERRAMENTA DE CLASSIFICA(FERRAMENTA DE CLASSIFICAÇÇÃO DE MANUTENÃO DE MANUTENÇÇÃO DAS ÃO DAS
ESTRUTURAS)ESTRUTURAS)
Restauração de emergência de Ponte
Descarrilamentos, Desmoronamentos, Vento, Etc.
69
66 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
Ponte
Estrado de madeira destruído por incêndio em 30 Junho de 2011
67 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
68 Presentation Title – 01/12/2010 (optional) 69 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
Mile 5.6 Lac St Jean
Descarrilamento por trilhoquebrado
70 Presentation Title – 01/12/2010 (optional) 71 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
70
72 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
Dano por descarrilamento ao posto apoiado e reparos
73 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
Deslizamento de Rocha – Milha 94.6 Subdivisão Ashcroft
74 Presentation Title – 01/12/2010 (optional) 75 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
BUEIROS
Inspeção de bueiro
71
Novas instalações de bueiro -Empurrado Instalação de bueiro – Corte aberto
Obrigado!
Jim McLeod, P.Eng.
Email: [email protected]
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
3 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
4 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
cI
Perigos terrestres e Mapa Geológico Superficial US & Canada
Fluxo de detritos
Deslizamento de Terra
Quedade rochas
Slump rotacional
Fluxo de terra retrogressivo
73
6 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
Índice de Severidade de Terremoto
9 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
Inverno!
74
7 8
13 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
80
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
53 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
81
54 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
74 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
84 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
EJ&E Integração CN & EJ&E CN & EJ&E ConexõesConexões emem ChicagoChicago……
Conexão Matteson
87 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
Email: [email protected]
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
Obstrução do Lastro
Limpeza do Lastro
Qualidade do Subleito
Lançamento de Via
Nivelamento da Via, Alinhamento e Estabilização
Conclusão
110
O EFEITO DE UM LASTRO OBSTRUÍDO
Obstrução do Lastro
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
Definição de lastro obstruído
Lastro Obstruído
Definição de 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
Exemplos de Obstrução de Lastro
Percentual de Finos em níveis diferentes
Exemplos de Obstrução de Lastro
Abrasão do lastro por carga de tráfego
Mainline (47.5km)
Exemplos de Obstrução de Lastro
114
Exemplos de Obstrução de Lastro „Pontos brancos“
„Pontos brancos“
39
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
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
Dormentes de Concreto
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
Obstrução do Lastro
Limpeza do Lastro
Qualidade do Subleito
Avanço do Lançamento da Via
Nivelamento da Via, Alinhamento e Estabilização
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
Obstrução do Lastro
Limpeza do Lastro
Qualidade do Subleito
Avanço do Lançamento da Via
Nivelamento da Via, Alinhamento e Estabilização
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
80 Presentation Title – 01/12/2010 (optional) 81 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
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
82 Presentation Title – 01/12/2010 (optional) 83 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
122
84 Presentation Title – 01/12/2010 (optional)
Lançamento da Via – Film
85
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
NECESSIDADE DE UMA GEOMETRIA PRECISA DA VIA
Nivelamento da Via, Alinhamento e Estabilização
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
Nivelamento da Via, Alinhamento e Estabilização
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
Nivelamento da Via, Alinhamento e Estabilização
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
Correção de geometria de via absoluta
102
Modo de projeto sem sistemas de bordo
Correção de geometria de via absoluta
Topografia manual de geometria da via
Correção de geometria de via absoluta
104
Topografia de geometria manual da via na Network Rail
MANUTENÇÃO MECANIZADA DA VIA
Nivelamento da Via, Alinhamento e Estabilização
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
Características Importantes
Distribuição Integrada de Lastro
Características Importantes
Estabilizaçãono AMV
117
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
…uma via perfeitamente cuidada...…durará mais com menos insumo Obrigado!
Ing. Rainer Wentyc/o Plasser & TheurerJohannesgasse 3, A-1010 Wien
Phone: +43 (1) 51572145
Email: [email protected]
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
Detecção de Defeito do Trilho
6
Como issofunciona:
Sonda ultra-sônica usada no Trilho da Ferrovia
Source: Starmans Electronics http://www.starmans.net/en/testing-of-Trilhos.html
Detecção de Defeito do Trilho
10
B‐Scan
A‐Scan
Detecção de Defeito do Trilho
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 Medição de Contenção de Bitola (GRMS)
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
Sistema de Medição de Contenção de Bitola (GRMS)
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
Sistema de Medição de Contenção de Bitola (GRMS)
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.
Sistema de Medição de Contenção de Bitola (GRMS)
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
Sistema de Inspeção de Tala de Junção de Trilho
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
Sistema de Inspeção de Tala de Junção de Trilho
Como isso funciona:
29
Computadorde coleta de
dados
GPS
Satélite
Detecção automática de
trincas
Editor/Database
Codificador de roda
133
Sistema de Inspeção de Tala de Junção de Trilho
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
Radar de Medição de Penetração de Solo
33
Source: HyGround Engineering
Radar de Medição de Penetração de Solo
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
Pontos de inspeção do AMV
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
Pontos de inspeção do AMV
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
Pontos de inspeção do AMV
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
Pontos de inspeção do AMV
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
Pontos de inspeção do AMV
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
Pontos de inspeção do AMV
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
Pontos de inspeção do AMV
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
Pontos de inspeção do AMV
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
Pontos de inspeção do AMV
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
Pontos de inspeção do AMV
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
Email: [email protected]
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!
Comportamento de Qualidade da Via
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
Comportamento de Qualidade da Via
lastro
subleito
Material rodante
trilho
dormente
Volume de transporteAlinhamento
Sub camadadrenagem
Comportamento de Qualidade da Via
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
Fator de Custo em 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
Fator de Custo em Via
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%
Palmilhas sob os dormentes
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
Palmilhas sob os dormentes
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)
Palmilhas sob os dormentes
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
Precondições para via barata
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
Precondições para via barata
qualidade = continuidade
No 4very short sections of via work, investment as well as manutenção
still too short, but a little bit better
Precondições para via barata
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)
Precondições para via barata
Obrigado!
Peter Veit
Phone: 0043 316 873 6217
Email: [email protected]
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