Os trilhos são duplas paralelas de perfis de aço alinhados e nivelados de forma estratégica a suportar o primeiro contato do material rodante sobre si. Estes são fixados ao dormente com objetivo de manter sua firmeza, dando estabilidade aos veículos, bem como também manter sua bitola (conteúdo que será abordado mais a frente).
Os formatos de trilho que tiveram a utilização na via tiveram variações referente a, formatos, secções, pesos e resistência. Veja os modelos:
Trilhos (Imagem 21)
Da esquerda para direita, segue a origem e a data de fabricação:
- Primeiro: Nuremberg – Furth (1835);
- Segundo: Leipzig – Dresden (1836);
- Terceiro: Stevens – EUA (1832);
- Quarto: Hartwich, Colonia (Sem data)
- Quinto: Vignole (1836).
Dentre os vários formatos de trilhos que foram testados no decorrer do desenvolvimento o trilho que se mostrou mais eficiente estruturalmente no transporte ferroviário pesado foi o em formato de “T”, sendo em especifico o “Vignole”. O trilho tomou este nome graças ao seu criador, o Engenheiro inglês Charles Vignoles.
Abaixo segue o esquema de passes utilizados na laminação de um trilho ferroviário até que se chegue ao perfil Vignole (1 ao 10).
(Processo de criação de perfil de trilho)
Forma de divisão do trilho Vignole:
A estrutura do trilho Vignole é “dividida” em três áreas, cada uma com sua finalidade é importância, são elas; Alma, Boleto e Patim, definido pela NBR 7590.
-Boleto ou Cabeça:
Parte superior do trilho onde acontece o rolamento dos veículos;
-Alma ou Interior:
Parte vertical que liga o Boleto ao Patim;
-Patim ou patilha:
Estrutura inferior que se assenta sobre os dormentes, alargada e oferecendo base, equilíbrio e sustentação da inclinação transversal dos trilhos. É nessa parte que acontece a fixação de trilho, sendo realizada através de parafuso tirefon, grampo de linha, os mesmos integrando o patim ao dormente.
Partes do Trilho (Imagem 23)
Composições do aço e características ideias para os trilhos:
As características ideias para o trilho são as seguintes:
- Dureza;
- Elasticidade (controlada);
- Resistência a Flexão (Axial);
- Tenacidade.
Os materiais ideias para serem usados na composição do trilho dependendo da necessidade da utilização são os seguintes:
- Ferro;
- Carbono;
- Manganês;
- Silício;
- Fósforo;
- Enxofre.
A composição básica do aço é o ferro-carbono, os demais elementos tem a aplicação em formato de liga para adicionar características ao aço, como as supracitadas, dureza, elasticidade, resistência e tenacidade.
Produção de Trilho (Imagem 24)
Bitola:
Bitola é a largura (medida) da distância entre as faces interiores dos boletos (cabeça) de dois ou três trilhos.
No Brasil, as duas bitolas mais utilizadas para trem de carga são as bitolas métrica (de um metro) e a bitola irlandesa (1,60m). Porém também se utiliza a de 1.100 mm para bondes, a de 1,435m (bitola inglesa) e a menor, a bitolinha (0,76m).
Bitola
Trilhos com Bitola Mista:
Define-se como bitola mista o conjunto ferroviário com no mínimo 3 (três) trilhos paralelos entre si, que permite a adequação do material rodante nos trilhos de acordo com sua fabricação. No Brasil é comum a bitola mista entre a bitola métrica e a bitola irlandesa.
Bitola Mista
Quanto à dimensão e o peso:
A American Railway Engineering Association definiu uma medida base para trilhos, que identifica a cada 4,9 metros seus dados básicos, como peso, tipo de corte, data de fabricação e quem o fabricou.
Também podemos definir os trilhos através da nomenclatura TR <número>, que caracteriza o trilho o seu peso a cada metro de corte. Por exemplo, TR 50, significa que cada metro de trilho pesa 50kg.
Os tipos mais comuns fabricados são os TR 25, TR 32, TR 37, TR 40, TR 45, TR 50, TR 57 e TR 68.
Segue abaixo a relação entre os “TR’s” (peso) e as dimensões padrão (em milímetro) de cada modelo de trilho:
Comprimento:
- Trilho Padrão: Os trilhos padrões podem medir de 12m a 24m;
- Trilho Longo Soldado: Os TLS podem atingir mais de 200m, e é o mais utilizado;
- Trilho Longo Contínuo: É tão longo quanto o TLS, porém contínuos.
Tolerância para a produção e recebimento dos trilhos longos soldados:
- Comprimento: +/- 3mm;
- Dimensão na seção transversal: 0,5mm;
- Peso: Até 2% na pesagem para lotes com 50 peças, e até 1% na compra total.
Recebimento dos Trilhos e Testes Aplicados:
Os trilhos geralmente são recebidos pela exportação e devem ser nacionalizados, ou seja, passar pelos processos burocráticos e receber a fiscalização inicial de lote referente às compras.
As principais especificações para recebimento dos trilhos são as da UIC (União Internacional das Estradas de Ferro), companhia europeia, e da ASTM (American Society for Testing Materials) e AREA (American Railway Engineering Association). Essas especificações indicam os ensaios a serem feitos no ato do recebimento dos trilhos e são cada vez mais rigorosas, acompanhando a evolução da tecnologia de fabricação de aço.
Prova de Choque:
A prova de choque é um teste realizado por uma máquina através da queda livre de um peso de aproximadamente 907,2 kgf de acordo com as especificações abaixo:
Temperatura: A temperatura ideal é 38°.
Tamanho: Uma amostra de trilho (0,91m a 1,42m) que tenha capacidade de receber os esforço do teste e ser apoiado sobre a base do laboratório.
Altura da queda do peso:
- Para trilhos com peso de 44,7 kg/m a 49,6 kg/m a altura da queda é de 5,79m;
- Para trilhos com peso de 49,7 kg/m a 59,5 kg/m a altura da queda é de 6,10m.
Dureza superficial:
Será feita a medição da dureza Brinell na superfície do boleto para determinar se as propriedades físicas estão conforme o solicitado. Para o teste devem ser removidas as impurezas e as oxidações superficiais, não ultrapassando, porém, uma remoção superior a 0,75 mm.
Dureza no interior do perfil:
É dado um corte transversal no perfil é executada a medição da dureza em todo comprimento do corte transversal. É normal que esta dureza seja variável e inferior à encontrada no boleto, sendo, inclusive, importante para a tenacidade do corpo. A dureza do trilho é essencial no boleto, enquanto no restante do perfil que não está exposto ao desgaste se dá preferência a durezas mais baixas com maiores valores de tenacidade, o que majora a resistência à flexão e reduz a probabilidade de fraturas.
Ensaio de Tração:
Após o teste de choque, o corpo de prova é levado até a máquina de tração e devem atender os seguintes requisitos:
- Carga de Ruptura de 70 a 80 kgf;
- Limite de Elasticidade de 35 a 40 kgf/mm²;
- Alongamento de até 12%.
Ensaio de Resiliência:
É aplicado em 2% dos trilhos e determina a fragilidade do aço.
- Neste teste o material recebe sucessivos choques até a fratura, com objetivo de verificar os requisitos qualitativos.
Ensaios Micrográficos:
É lançado sobre o corpo de prova iodo em solução alcoólica e após é realizado a verificação de:
- Inclusões;
- Zonas de Concentração de Carbono;
- Granulometria Negativa;
- Fissuras em geral.
Teste Ultrassônico:
O teste não destrutivo mais importante na vida de um trilho, inclusive para o processo de manutenção, é o ultrassom. Sua utilização é a única forma de detectar defeitos internos oriundos de fabricação ou de serviço e que precisam ser retirados ou ter os trilhos refugados antes da ocorrência de uma fratura. No teste ultrassônico ondas de som são propagadas no interior do trilho e na existência de falhas ou vazios, a reflexão deste som de maneira anômala é interpretada como descontinuidade do material. Nas fábricas, 100% dos trilhos passam por testes de ultrassom de forma a garantir que nenhuma extensão laminada seja entregue ao cliente com a falha considerada a mais grosseira do processo, que é uma descontinuidade interna.
Testes metalográficos:
Junto com os trilhos, ensaios metalográficos amostrais sobre a composição laminada são indispensáveis. Através deles é comprovado que o material possui as propriedades químicas adquiridas pelo cliente. Normalmente estes ensaios de composição metalúrgica são efetuados validando cada lote de trilho, o qual pode variar dependendo do fornecedor. Junto com os relatórios de discriminação da composição do trilho, o fabricante anexa evidências do ensaio macrográfico de Baumann, comprovando a inexistência de segregações ou de regiões com problemas de densidade do aço.
Após os testes, os trilhos recebem algumas classificações segundo a ASTM:
- Trilho 1 – isento de qualquer defeito;
- Trilho X – apresentaram algum problema e devem ser barrados;
- Trilho 2 – contem poucas imperfeições e passa por análise para ser recebido.
Os trilhos também são divididos referentes à sua aplicação:
- Linha principal (necessidade de dureza maior);
- Tangente (necessidade de dureza maior);
- Curva Circular e Espiral (Necessidade de tratamento de lateral do boleto proporcionando maior durabilidade e resiliência).
Defeitos que ocasionam a substituição do trilho:
- Desgaste do Boleto (20% a 25% da área total do boleto);
- Deformação por Flambagem;
- Fraturas causadas por acidentes;
- Fraturas sucessivas (indicando problemas interno);
- Defeitos na superfície que impossibilitem ou impeçam a circulação do MR;
- Defeitos internos identificados por ultrassom e outros métodos de verificação.
Além dos problemas no boleto, perda de material na alma e no patim também pode ocasionar alteração emergencial para evitar acidentes.
Defeitos internos e externos:
Os defeitos do trilho também podem ser identificados através de métodos de inspeção, através de inspeção visual (externos) e por equipamentos ou técnicas (interno).
Os métodos de detecção de defeitos internos mais utilizados são ultrassom, raio x, correntes parasitas, partículas magnéticas, líquidos penetrantes e percussão.
Defeitos Internos:
- Trinca Horizontal;
- Trinca Vertical;
- Bolha de Gás;
- Vazios (locais sem material);
- Inclusões de Materiais (Infiltrações);
- Defeitos na Solda (internos).
Defeitos Externos:
- Longitudinais;
- Transversais;
- Superfícies;
- Desgastes;
- Defeitos em Solda (Externo);
- Defeitos em Juntas;
- Fraturas Claras.
Defeitos Internos e Externos:
- Fissuras de Conta de Bitola;
- Escamação do Boleto;
- Estilhamento de Canto de Bitola;
- Patinagem;
- Escoamento (canoa);
- Sulco de Boleto.
