Avaliação da relação entre rigidez do pavimento ferroviário e a ocorrência de fratura em boleto de trilhos
DOI:
https://doi.org/10.58922/transportes.v33.e3093Palavras-chave:
Ferrovias. Trilhos. Pavimentação. Mecânica da fratura.Resumo
Compreender como ocorrem as fraturas nos trilhos, considerando a interação e a influência dos elementos da via permanente, é essencial para mitigar ocorrências ferroviárias e seus impactos. Este trabalho avalia a relação entre a condição estrutural do pavimento ferroviário e a propagação de trincas que surgem no interior do boleto de trilhos até a ocorrência da fratura. A Estrada de Ferro Carajás – EFC foi adotada como estudo de caso, estimando-se o tempo até a ruptura, considerando a condição inicial do defeito no trilho e a rigidez do pavimento ferroviário. Os resultados indicam que nos trechos da EFC com menor rigidez, a fratura tende a ocorrer significativamente mais cedo do que sob maior rigidez. Por outro lado, quanto maior o defeito, mais acelerada é a evolução da trinca, principalmente em pavimentos mais rígidos da EFC. A metodologia foi aplicada e validada em um caso real da EFC. Com base nos resultados, destaca-se a necessidade de revisão dos procedimentos normativos e operacionais, incorporando a condição estrutural do pavimento ferroviário no planejamento de inspeções e intervenções, como estratégia para prevenir falhas críticas em trilhos e aumentar a segurança operacional das ferrovias.
Downloads
Referências
ABNT (2020) NBR 16845: Trilho Vignole – Inspeção ultrassônica - Procedimentos. Rio de Janeiro: ABNT.
ABNT (2021) NBR 7640: Defeitos de trilhos – Terminologia, tolerâncias e tratamento. Rio de Janeiro: ABNT.
ANTF (2024) Informações gerais sobre o Setor Ferroviário de Carga Brasileiro. Disponível em <https://www.antf.org.br/boletim-antf/painel-antf/> (acesso em 01/07/2025).
ANTT (2023) Relatório de Acompanhamento de Acidentes Ferroviários – RAAF. Disponível em <https://dados.antt.gov.br/dataset/relatorio-de-acompanhamento-de-acidentes-ferroviarios-raaf/> (acesso em 01/07/2025).
AREMA (2020) Manual for Railway Engineering. Lanham: AREMA.
Bevan, A.; J. Jaiswal; A. Smith et al. (2020) Judicious selection of available rail steels to reduce life-cycle costs, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part F, Journal of Rail and Rapid Transit, v. 234, n. 3, p. 257-275. DOI: 10.1177/0954409718802639. DOI: https://doi.org/10.1177/0954409718802639
Costa, R.C. (2016) Proposição de Dispositivo de Medidas “In Situ” para Avaliação do Comportamento Mecânico de Lastro Ferroviários: Estudo de Caso na Estrada de Ferro Carajás. Dissertação (mestrado). Universidade de São Paulo. São Paulo, SP. DOI: 10.11606/D.3.2016.tde-30092016-140923. DOI: https://doi.org/10.11606/D.3.2016.tde-30092016-140923
Costa, R.C.; E. Moura; L. Bernucci et al. (2016) Dispositivo de medição de deslocamentos em via permanente para determinação do módulo de via, Transportes, v. 24, n. 4, p. 32-38. DOI: 10.14295/transportes.v24i4.1140. DOI: https://doi.org/10.14295/transportes.v24i4.1140
Hay, W.W. (1982) Railroad Engineering (2nd ed.). New York: John Wiley & Sons Inc.
Indraratna, B.; A. Heitor e J.S. Vinod (2021) Geotechnical Problems and Solutions: A Practical Perspective (1st ed.). Leiden: CRC Press/Balkema. DOI: https://doi.org/10.1201/9781351037341-1
Jeong, D.; Y.H. Tang e O. Orringer (1997) Damage tolerance analysis of detail fractures in rail, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, v. 28, n. 2, p. 109-115. DOI: 10.1016/S0167-8442(97)00035-9. DOI: https://doi.org/10.1016/S0167-8442(97)00035-9
Jeong, D.Y. (2003) Correlations between rail defect growth data and enginerring analyses – part I: laboratory tests. United States Department of Transportation, v. 1, p. 1-103.
Jeong, D.Y. e G.C. Sih (1990) Evaluation of Elber’s Crack Closure Model as an explanation of train load sequence effects on crack growth rates. Federal Railroad Administration, v. 1, p. 1-38.
Lamprea-Pineda, A.C.; D.P. Connolly e M.F.M. Hussein (2022) Beams on elastic foundations: a review of railway applications and solutions, Transportation Geotechnics, v. 33, p. 1-32. DOI: 10.1016/j.trgeo.2021.100696. DOI: https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2021.100696
Li, D.; J. Hyslip; T. Sussmann et al. (2016) Railway Geotechnics (1st ed.). Boca Raton: Taylor & Francis Group. DOI: https://doi.org/10.1201/b18982
Li, J.; S.I. Doh e R. Manogaran (2023) Detection and maintenance for railway track defects: a review, IOP Conference Series. Earth and Environmental Science, v. 1140, n. 1, p. 012011. DOI: 10.1088/1755-1315/1140/1/012011. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/1140/1/012011
Li, Q. e S. Ren (2012) A real-time visual inspection system for discrete surface defects of rail heads, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, v. 61, n. 8, p. 2189-2199. DOI: 10.1109/TIM.2012.2184959. DOI: https://doi.org/10.1109/TIM.2012.2184959
Lyons, M.L.; D.Y. Jeong e J.E. Gordon (2009) Fracture mechanics approach to estimate rail wear limits, American Society of Mechanical Engineers, Rail Transportation Division, v. 1, p. 1-10. DOI: 10.1115/RTDF2009-18035. DOI: https://doi.org/10.1115/RTDF2009-18035
Magel, E.; P. Mutton; A. Ekberg et al. (2016) Rolling contact fatigue, wear and broken rail derailments, Wear, v. 366–367, p. 249-257. DOI: 10.1016/j.wear.2016.06.009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.06.009
ORR (2006) Train Derailment at Hatfield: A Final Report by the Independent Investigation Board. London: Office of Rail Regulation. Disponível em: <http://www.railwaysarchive.co.uk/documents/HSE_HatfieldFinal2006.pdf> (acesso em 01/07/2025)
Orringer, O.; J.M. Morris e D.Y. Jeong (1986) Detail fracture growth in rails: test results, Fracture Mechanics, v. 5, n. 2, p. 63-95. DOI: 10.1016/0167-8442(86)90019-4. DOI: https://doi.org/10.1016/0167-8442(86)90019-4
Orringer, O.; Y.H. Tang; J.E. Gordon et al. (1988) Crack Propagation Life of Detail Fractures in Rails (DOT/FRA/ORD-88/13). Washington: Federal Railroad Administration.
Paiva, C.E.L.; A.P. Buck e A. Ferreira (2018) Sub-ballast performance in Brazilian railway infrastructures, Construction & Building Materials, v. 190, p. 164-169. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.09.093. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.09.093
Papaelias, M.P.; C. Roberts e C.L. Davis (2008) A review on non-destructive evaluation of rails: State-of-the-art and future development, Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, v. 222, n. 4, p. 367-384. DOI: 10.1243/09544097JRRT209. DOI: https://doi.org/10.1243/09544097JRRT209
Pereira, P.A.M.; T.F. Alves; R.S. Motta et al. (2023) Estudo numérico computacional e analítico do comportamento estrutural de pavimentos ferroviários com diferentes estruturas, Transportes, v. 31, n. 1, p. e2848. DOI: 10.58922/transportes.v31i1.2848. DOI: https://doi.org/10.58922/transportes.v31i1.2848
Ravaee, R. e A. Hassani (2007) Fracture mechanics determinations of allowable crack size in railroad rails, Journal of Failure Analysis and Prevention, v. 7, n. 5, p. 305-310. DOI: 10.1007/s11668-007-9068-7. DOI: https://doi.org/10.1007/s11668-007-9068-7
Raymond, G.P. (1985) Analysis of track support and determination of track modulus. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, n. 1022, p. 80-90. Disponível em: <http://onlinepubs.trb.org/Onlinepubs/trr/1985/1022/1022-11.pdf> (acesso em 01/07/2025).
Schneider, E.L. (2005) Análise da vida remanescente de trilhos com defeitos transversais desgastados em serviço. Dissertação (mestrado). Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, RS. Disponível em: (acesso em 01/07/2025).
Selig, E.T. e D. Li (1994) Track modulus: its meaning and factors influencing it. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, n. 1470, p. 47-54. Disponível em: <http://onlinepubs.trb.org/Onlinepubs/trr/1994/1470/1470-06.pdf> (acesso em 01/07/2025).
Talbot, A.N.; A.S. Baldwin; G.H. Bremner et al. (1918) Progress Report of the Special Committee on Stresses in Railroad Track. Proceedings of the American Railway Engineering Association, v. 19, p. 875-1058. Disponível em <https://archive.org/details/proceedingsamer27assogoog/page/n1/mode/1up?view=theater> (acesso em 01/07/2025).
Timoshenko, S. e B.F. Langer (1932) Stresses in railroad track. Journal of Fluids Engineering, v. 54, n. 2, p. 277-293. DOI: 10.1115/1.4021826. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4021826
Tong, Y.; G. Liu; K. Yousefin et al. (2022) Track vertical stiffness – value, measurement methods, effective parameters and challenges: a review, Transportation Geotechnics, v. 37, n. 1, p. 100833. DOI: 10.1016/j.trgeo.2022.100833. DOI: https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2022.100833
Tzanakakis, K. (2013) The Railway Track and its Long Term Behaviour: A Handbook for a Railway Track of High Quality (1st ed.). Heidelberg: Springer Berlin. DOI: 10.1007/978-3-642-36051-0. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-36051-0
UOL (2014) Trilho deformado causou acidente de trem que matou 8 em Rio Preto, diz laudo., Uol Notícias, 21 de maio. Disponível em: <https://noticias.uol.com.br/ultimas-noticias/agencia-estado/2014/05/21/trilho-deformado-causou-acidente-em-rio-preto-diz-laudo.htm> (acesso em 01/07/2025).
Vale (2024) Banco de Dados de Inspeção de Trilhos com Ultrassom na EFC – Documento Interno. São Luís: Vale SA.
Winkler, E. (1867) Vorträge über Eisenbahnbau (1st ed.). Praha: Hansebooks.
Woodhead, D.H. (2021) Investigating the performance of rail steels, Fields Journal of Huddersfield Student Research, v. 7, n. 1, p. 1-15. DOI: 10.5920/fields.810. DOI: https://doi.org/10.5920/fields.810
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2025 Luciano de Oliveira, Rosângela dos Santos Motta

Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Ao submeter um manuscrito para publicação neste periódico, todos os seus autores concordam, antecipada e irrestritamente, com os seguintes termos:
- Os autores mantém os direitos autorais e concedem à Transportes o direito de primeira publicação do manuscrito, sem nenhum ônus financeiro, e abrem mão de qualquer outra remuneração pela sua publicação pela ANPET.
- Ao ser publicado pela Transportes, o manuscrito fica automaticamente licenciado sob a Licença Creative Commons CC BY 4.0. Esta licença permite o seu compartilhamento com reconhecimento da autoria e da publicação inicial neste periódico.
- Os autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não exclusiva da versão do trabalho publicada neste periódico (por ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento da publicação inicial na Transportes, desde que tal contrato não implique num endosso do conteúdo do manuscrito ou do novo veículo pela ANPET.
- Os autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu manuscrito online (por ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) depois de concluído o processo editorial. Como a Transportes é de acesso livre, os autores são estimulados a usar links para o DOI do artigo nesses casos.
- Os autores garantem ter obtido a devida autorização dos seus empregadores para a transferência dos direitos nos termos deste acordo, caso esses empregadores possuam algum direito autoral sobre o manuscrito. Além disso, os autores assumem toda e qualquer responsabilidade sobre possíveis infrações ao direito autoral desses empregadores, isentando a ANPET e a Transportes de toda e qualquer responsabilidade neste sentido.
- Os autores assumem toda responsabilidade sobre o conteúdo do manuscrito, incluindo as devidas e necessárias autorizações para divulgação de dados coletados e resultados obtidos, isentando a ANPET e a Transportes de toda e qualquer responsabilidade neste sentido.