SISTEMA DE APLICAÇÃO DE CARGAS CÍCLICAS PARA ESTUDO DO COMPORTAMENTO DA VIA-FÉRREA

Transcrição

1 SISTEMA DE APLICAÇÃO DE CARGAS CÍCLICAS PARA ESTUDO DO COMPORTAMENTO DA VIA-FÉRREA Carlos Almeida Santos André Paixão Eduardo Fortunato Paulo Gil de Morais

2 Enquadramento Pressão crescente tendo em vista a possibilidade de circular na via-férrea veículos a maiores velocidades e composições com maiores cargas por eixo; A competitividade entre os vários sistemas de transporte e as crescentes exigências impostas ao transporte ferroviário, nomeadamente em questões de segurança, de qualidade de serviço e de aumento da eficiência. Otimização dos sistemas que integram as linhas férreas CNME2016 2

3 Enquadramento Degradação devido à sucessiva passagem de veículos; Fenómenos relacionados com o comportamento plástico de alguns dos materiais sob ação das solicitações permanentes. Caracterização dos materiais e das estruturas que os integram, recorrendo a ensaios laboratoriais e a modelação numérica avançada. O posicionamento do carril deixa de ser adequadoe surgem, por exemplo, defeitos de geometria. Sistema de aplicação de cargas cíclicas para a realizaçãode ensaios em modelo físico de infraestruturas ferroviárias, utilizando diferentes configurações. CNME2016 3

4 Sistema de ensaio Sistema de aplicação de carga; Atuador; Célula de força; Transdutores de deslocamento; Condicionador de sinais; Sistema de aquisição de dados; Computador; Sistema de comando e controlo. CNME2016 4

5 Sistema de aplicação de carga Bomba hidráulica de caudal constante de 1,52 l/min; Pressóstato com regulação manual da pressão limite; 2 válvulas tipo 2/2 (duas vias, duas posições), do tipo on/off; 2 atuadores, com capacidade de carga de 100 kn e de 200 kn CNME2016 5

6 Sistema de comando e controlo - CycAL Permite aplicar ciclos de carga/descarga sob a forma de patamares (com a forma aproximadamente quadrada ), em que os valores da carga/descarga e os respetivos tempos de duração são definidos pelo operador, através da aplicação informática. CNME2016 6

7 Princípio de funcionamento Inf. Sup. Força Tempo CNME2016 7

8 Sistema de comando e controlo - CycAL Memória não volátil armazenamento dos parâmetros; Realização de testes antes de iniciar o ensaio, visando assegurar as condições de segurança; Interrupção do ensaio no caso de se desligar o cabo de ligação à célula de força; Estabelecimento de comunicação com a aplicação informática por meio de porta USB; Condicionador de sinal da célula de força; Ganho configurável por meio de interruptores; Filtro passa-baixo de 2ª ordem; Possibilidade de usar células de força com diferente sensibilidade. CNME2016 8

9 Aplicação informática Implementada em ambiente LabView (National Instruments); Instrumento virtual, com interface gráfica intuitiva e agradável para o operador; Estrutura modular, composta por três módulos, permitindo: Configurar e avaliar as condições iniciais do ensaio módulo 1; Comandar e controlar o sistema CycAL (de forma indireta, controlar o sistema de aplicação de cargas cíclicas) módulo 2; Adquirir os sinais provenientes dos diversos transdutores usados na monitorização do ensaio módulo 3; Armazenar e realizar cópias de segurança do grande volume de dados produzidos no decurso do ensaio; Realizar de forma automática, recorrendo a software de sincronização, o backup dos dados que vão sendo produzidos e arquivados localmente no computador na nuvem (cloud storage). CNME2016 9

10 Aplicação informática módulo 1 Configurar e avaliar as condições iniciais do ensaio CNME

11 Aplicação informática módulo 2 Comandar e controlar o sistema CycAL CNME

12 Aplicação informática Adquirir os sinais provenientes dos diversos transdutores CNME

13 Ensaios sobre modelo físico de via-férrea Construção de modelo físico parcial de via-férrea com as dimensões de 1,15 x 4,0 x 1,0 m 3, com carris, sistema de fixação travessa monobloco de betão, camadas de balastro e de sub-balastro e fundação; Pretendeu-se simular a ação resultante de cargas por eixo próximas das aplicadas por composições ferroviárias de mercadorias: 1ª fase 200 kn 2ª fase 300 kn Dispondo de uma única travessa, só foi necessário aplicar 100 kn e 150 kn. CNME

14 Ensaios sobre modelo físico de via-férrea Avaliar a estabilidade do sistema e determinar a resposta da estrutura; Curvas representativas da relação entre os deslocamentos verticais do carril e da travessa com a força aplicada; A deformação vertical permanente foi de 0,6 mm no carril e de 0,5 mm na travessa Carril Travessa Força (kn) Força (kn) Deslocamento (mm) Deslocamento (mm) CNME

15 Ensaios sobre modelo físico de via-férrea Curvas representativas da relação entre os deslocamentos verticais do carril e da travessa com a força aplicada, durante os ensaios cíclicos; A rigidez global vertical da via-férrea, calculada através das medições feitas ao nível do carril, situou-se entre 70 a 100 kn/mm; Quanto à rigidez da palmilha, os valores apresentaram uma tendência crescente de aproximadamente 170 até 240 kn/mm evidência de envelhecimento Carga aplicada = 150 kn Carril Carga aplicada = 100 kn Carga aplicada = 100 kn Força (kn) Força (kn) Carga aplicada = 150 kn Travessa Deslocamento (mm) Deslocamento (mm) CNME

16 Considerações finais A realização de ensaios em modelo físico à escala real, em ambiente de laboratório, permite caracterizar os materiais empregues nas infraestruturas ferroviárias e avaliar o desempenho destas, sem interferir com o normal funcionamento e utilização da ferrovia; O sistema de ensaio desenvolvido no LNEC foi já utilizado na realização de vários ensaios de carga cíclica de longa duração (cada um com cerca de um milhão de ciclos de carga/descarga), tendo cumprido os objetivos para os quais foi concebido; CNME

17 Obrigado CNME