As cargas atuantes sobre os trilhos podem ser dividas nas horizontais e verticais. A carga total é a somatória da carga por roda, da carga por aceleração lateral não compensada, pela carga do vento e pelo carregamento dinâmico. Na Figura 1 é possível identificar onde ocorre a aplicação das cargas horizontais e verticais nos trilhos.
No caso das solicitações dinâmicas, elas são causadas pelas irregularidades da via. Essas irregularidades fazem com que surjam certas forças harmônicas e ressonantes, o qual a frequência é proporcional a velocidade do veículo. As solicitações dinâmicas ainda resultam no “hunting”, que é o movimento oscilação incontrolável e que faz as rodas baterem o friso na face lateral dos trilhos, gerando uma solicitação horizontal. Em curvas, atuam os momentos gerados pela aceleração não compensada e pela ação do vento sobre a composição ferroviária. A Equação 1 e Equação 2 apresenta o cálculo das cargas de vento e aceleração não pensada para cargas verticais (Q) e horizontais (Y), com base na Figura 2. Onde F é o peso do veículo, hfalt é a superelevação faltante, S é a superelevação real e q é a distância do centro de gravidade ao eixo.
Devido o formato cônico das rodas ferroviárias, o contato da roda com o trilho ocorre em apenas um ponto. Em curvas horizontais, as rodas se movimentam e aproximam os frisos do trilho, gerando o contato desse ponto também. Esse contato é o que causa dos desgastes dos trilhos e dos frisos das rodas. Dessa forma, a pressão de contato varia ao longo do percurso. A pressão de contato máxima entre roda e trilho pode ser calculada pelo método sugerido por Eisenmann, dada pela Equação 3. Onde, Q é a carga da roda em quilo-newtons acrescida de 100 newtons para considerar a solicitação da curva, e r é o raio externo da roda.
Segundo PAIVA (2016) a análise combinada é fundamental para analisar os riscos de descarrilamento dos veículos ferroviários, que podem ocorrer se a razão entre Y e Q aumentar. Os descarrilamentos podem ocorrer por:
- Ascensão e escape do friso no boleto
- Tombamento da banda da roda para interior da via
- Tombamento do veículo
O equilíbrio ocorre quando a relação entre Y e Q é maior que a tangente entre a soma do ângulo do friso da roda e o coeficiente de atrito no contato. É sugerido que essa relação apresente valores menores que 1,2 para a segurança contra o descarrilamento. Há ainda alguns autores, Stopatto (1987) que sugere uma relação menor que 0,8.
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Fontes:
PAIVA, C.E.L. “SUPER E INFRAESTRUTURAS DE FERROVIAS: Critérios para Projeto“. Editora Elsevier: São Paulo, 2016.
NABAIS, R.J.S; “MANUAL BÁSICO DE ENGENHARIA FERROVIÁRIA”. Oficina de Textos: São Paulo, 2015.
NETO, C.B. “MANUAL DIDÁTICO DE FERROVIAS“. Universidade Federal do Paraná: Paraná, 2018.
STOPATTO, S. “VIA PERMANENTE FERROVIÁRIA: Conceitos e aplicações“. São Paulo, 1987.