Avaliação da relação entre rigidez do pavimento ferroviário e a ocorrência de fratura em boleto de trilhos

Autores

DOI:

https://doi.org/10.58922/transportes.v33.e3093

Palavras-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

Não há dados estatísticos.

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

03-10-2025

Como Citar

de Oliveira, L., & dos Santos Motta, R. (2025). Avaliação da relação entre rigidez do pavimento ferroviário e a ocorrência de fratura em boleto de trilhos. Transportes, 33, e3093. https://doi.org/10.58922/transportes.v33.e3093

Edição

Seção

Artigos