SISTEMÁTICA DE INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA DE TRILHOS PARÂMETROS E CRITÉRIOS

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1 SISTEMÁTICA DE INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA DE TRILHOS

2 APLICAÇÃO A finalidade da inspeção ultrassônica de trilhos é a prevenção contra a ocorrência de trincas e fraturas. As trincas e fraturas resultam, basicamente, da associação de dois fatores: as tensões contidas no material e os concentradores de tensão (descontinuidades no material internas ou superficiais). A inspeção ultrassônica é utilizada para a detecção de defeitos internos aos trilhos.

3 DESCONTINUIDADES INTERNAS E SUPERFICIAIS AOS TRILHOS E SOLDAS Descontinuidades superficiais mais comuns: irregularidades no reforço das soldas e defeitos na superfície de contato roda-trilho. Descontinuidades internas mais comuns: defeitos de laminação, trincas de origem térmica, falta de fusão, bolhas, inclusões, segregações e póros.

4 DESCONTINUIDADES INTERNAS E SUPERFICIAIS As descontinuidades internas aos trilhos e soldas são originadas em seus processos de fabricação (laminação e soldagem dos trilhos). As descontinuidades superficiais podem, também, dar origem a descontinuidades internas quando a partir delas ocorre a nucleação e a propagação de trinca (seccionamento parcial), da superfície para o interior do material que, depois, pode levar à ocorrência da fratura (seccionamento completo).

5 DESCONTINUIDADES x DEFEITOS A interrupção parcial ou a falta de continuidade em uma peça é chamada de descontinuidade. A descontinuidade passa a ser classificada como defeito a partir do momento que compromete a função da peça e o desempenho previsto para o equipamento / sistema do qual ela faça parte. As funções básicas do trilho são: sustentar e direcionar as rodas dos trens que trafegam sobre eles. Portanto, os defeitos nos trilhos e suas soldas consistem, basicamente, em todas as descontinuidades que, submetidas às tensões inerentes à via permanente, sejam passíveis de induzir à propagação de trincas e fraturas, que podem provocar a perda do contato roda-trilho e, consequentemente, o descarrilamento do trem.

6 TENSÕES INERENTES À VIA PERMANENTE O carregamento proveniente do contato roda-trilho, nas diversas condições de velocidade, aceleração e frenagem, transfere forças longitudinais, verticais e laterais para o trilho, submetendo-o a tensões combinadas de tração, compressão, flexão e torção.

7 TENSÕES INERENTES À VIA PERMANENTE As movimentações na infraestrutura da via permanente, as alterações de geometria de via e as condições de assentamento ou fixações inadequadas submetem o trilho a tensões adicionais. As irregularidades geométricas das rodas dos trens e o tráfego em vias desconsolidadas, ou sobre trilhos que apresentam desgastes e irregularidades superficiais acentuados, provocam vibrações e impactos de roda, gerando mais tensões nos trilhos.

8 TENSÕES ASSOCIADAS AOS TRILHOS E SOLDAS Os processos de laminação e soldagem dos trilhos geram tensões residuais de origem térmica e mecânica que são acrescentadas à somatória das demais tensões concentradas nos trilhos e soldas.

9 CONCENTRAÇÃO DE TENSÕES E PROPAGAÇÃO DE TRINCA Quando as tensões concentradas nos defeitos pré-existentes excedem a energia de coesão do material (tensão de ruptura), provocam a nucleação das trincas, sucedida por propagações estáveis e/ou instáveis, no processo de fratura do material. Estima-se que o estágio de propagação estável da trinca corresponda à maior parte da vida útil remanescente de um material submetido a solicitações cíclicas, tal como o trilho. Porém, o estágio de propagação instável da trinca é motivo de grande preocupação devido à sua maior velocidade de propagação e comportamento inconstante / imprevisível.

10 AÇÕES DE PREVENÇÃO CONTRA A OCORRÊNCIA DE TRINCAS E FRATURAS Localização, cadastramento e priorização de troca de trilhos que apresentem um grau inaceitável de fragilidade; Melhoria da qualidade dos materiais (trilhos, componentes de AMV's, solda aluminotérmica, solda de recuperação e componentes de fixação); e Melhoria nos processos de manutenção (soldagem, esmerilhamento, troca / socaria de lastro, troca / ajuste dos conjuntos de fixação dos trilhos, correção geométrica da via e compactação / socaria dos dormentes desconsolidados).

11 AÇÕES DE CONTROLE MANUTENÇÃO PREDITIVA OU MANUTENÇÃO SOB CONDIÇÃO Inspeção ultrassônica dinâmica (veicular) de trilhos, com periodicidade adequada às particularidades de cada sistema metroferroviário. Inspeção ultrassônica manual de trilhos para acompanhamento periódico da condição dos trilhos e soldas que contém descontinuidades conhecidas e que permanecem instalados nas vias operacionais. As periodicidades devem ser compatíveis com os graus de severidade específicos das descontinuidades contidas em cada um dos itens controlados.

12 FATORES ESSENCIAIS PARA GARANTIR A EFICÁCIA DE UMA SISTEMÁTICA DE INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA Adequada qualificação profissional das equipes técnicas envolvidas com a inspeção ultrassônica. Equipamentos confiáveis, devidamente calibrados e adequados às particularidades de cada sistema metroferroviário. Procedimentos Técnicos definindo as condições, parâmetros e critérios que garantam a confiabilidade das inspeções. Sistema de gerenciamento das inspeções executadas, proporcionando a rastreabilidade e as tomadas de decisão referentes aos trilhos e juntas soldadas que contenham descontinuidades internas e que permaneçam instalados, em condições operacionais.

13 QUALIFICAÇÃO E CERTIFICAÇÃO PESSOAL EM ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS PELA ABENDI Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção SNQC END Sistema Nacional de Qualificação e Certificação em Ensaios Não Destrutivos. Qualificação para inspeção por ultrassom: Nível 2. Qualificação para definição das técnicas de END aplicáveis, elaboração de procedimentos e definição das condições de ensaio: Nível 3.

14 ETAPAS DE UMA SISTEMÁTICA COMPLETA DE INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA DE TRILHOS Inspeção ultrassônica dinâmica (veicular) visando à detecção e a localização de descontinuidades em trilhos e soldas. Inspeção ultrassônica manual visando ao completo dimensionamento, detalhamento e caracterização das descontinuidades previamente detectadas. Cadastramento dos itens que contêm descontinuidades internas, mantidas em vias operacionais, formando uma base de dados que possibilite o acompanhamento do desempenho e a priorização das substituições dos trilhos e soldas cujas descontinuidades evoluam para a condição de defeitos.

15 INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA DINÂMICA (VEICULAR) A inspeção ultrassônica dinâmica (veicular) deve ser realizada em toda a extensão das vias operacionais abrangendo, simultaneamente, os dois trilhos das vias inspecionadas. Essa rotina de manutenção deve propiciar inspeções confiáveis, com uma adequada produção de inspeção. As detecções dos defeitos contidos nos trilhos e soldas das vias operacionais possibilitam atuações preventivas de substituições dos trilhos e soldas defeituosos, antes que ocorram fraturas de trilhos e outras interferências operacionais de maior gravidade.

16 INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA DINÂMICA (VEICULAR) A calibração do sistema deve ser realizada por meio de blocos de referência, contendo refletores artificiais, instalados em uma via de testes. Os testes devem ser executados a diferentes velocidades. O veículo de inspeção dinâmica, deve ser dotado de um conjunto retrátil de sondas e de computadores de bordo, para tratamento de dados em tempo real e registro das informações possibilitando, também, outras análises posteriores.

17 INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA DINÂMICA (VEICULAR) O veículo de inspeção ultrassônica deve dispor de tecnologia embarcada: Módulos de geração e emissão / recepção de pulsos sônicos. Módulo de conversão analógico / digital e filtros de sinais. Computadores com softwares especializados no processamento, análise em tempo real e apresentação dos resultados. Módulo de alta capacidade de armazenamento de informações.

18 INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA DINÂMICA (VEICULAR) Registro de inspeção ultrassônica (dados da inspeção,acompanhados pela visualização das detecções, no modo B-scan ).

19 CONFIGURAÇÃO DAS SONDAS UTILIZADAS NO VEÍCULO PLANOS TÍPICOS DE DISTRIBUIÇÃO DE DESCONTINUIDADES E DE PROPAGAÇÃO DE TRINCAS EM TRILHOS

20 AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE DETECÇÃO DO VEÍCULO DE INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA DINÂMICA DISTÂNCIAS ENTRE CENTROS DOS REFLETORES (FUROS E RANHURAS) GRUPO "A" GRUPO "B" GRUPO "C" GRUPO "D" GRUPO "E" X A X B X C X D X E 8,00 mm 10,00 mm 15,00 mm 20,00 mm 25,00 mm OBS.: 1) A distância entre os grupos de refletores é de 170 mm. 2) O comprimento total do corpo de prova é de mm. Bloco de referência, contendo refletores artificiais posicionados a diferentes distâncias e profundidades

21 CONDIÇÕES VERIFICADAS, SIMULTANEAMENTE, NA AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE DETECÇÃO DO VEÍCULO Detecção de todos os refletores mais próximos entre si (grupo de refletores com a menor distância entre centros). Detecção dos refletores, compatível com o Padrão de Desempenho Mínimo Recomendado pela American Railway Engineering and Maintenance of Way Association (AREMA), para os respectivos tipos de defeitos. Atendimento às condições, anteriormente citadas, à máxima velocidade de teste. A sequência crescente de velocidades para as quais o veículo de inspeção confirma a detecção dos refletores, corresponde à sequência crescente de detectabilidade do veículo.

22 INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA MANUAL A inspeção ultrassônica manual destina-se à realização de: Controle de qualidade das soldas recém-executadas (soldas novas). Completo dimensionamento, detalhamento e caracterização das descontinuidades previamente detectadas por meio da inspeção ultrassônica dinâmica (veicular). Acompanhamento periódico da condição dos trilhos e soldas que contém descontinuidades conhecidas e que permanecem instalados nas vias operacionais. As periodicidades devem ser compatíveis com os graus de severidade específicos das descontinuidades contidas em cada um dos itens controlados.

23 ETAPAS DA INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA MANUAL Os Procedimentos Técnicos de inspeção ultrassônica manual devem detalhar as etapas de inspeção do boleto, da alma e do patim dos trilhos e soldas. Devem abranger as seguintes etapas: Aferição e calibração dos equipamentos (aparelhos de ultrassom, transdutores e respectivos cabos de conexão). Preparação das superfícies dos trilhos e soldas, para a varredura com os transdutores de ultrassom. Execução da inspeção ultrassônica utilizando métodos / técnicas de exploração adequadas às peculiaridades de cada trilho / solda inspecionado. Dimensionamento, detalhamento e caracterização das descontinuidades. Emissão dos relatórios / laudos de inspeção ultrassônica.

24 EXECUÇÃO DA INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA MANUAL A inspeção ultrassônica manual deve abranger etapas específicas para a exploração do boleto, da alma e do patim do trilho, utilizando aparelho digital e diversos transdutores.

25 GERENCIAMENTO DAS INSPEÇÕES ULTRASSÔNICAS As informações provenientes dos relatórios de inspeção ultrassônica devem ser cadastradas em um banco de dados. O programa de gerenciamento do banco de dados deve conter um algoritmo que associe os diversos parâmetros das inspeções: data da inspeção, localização do trilho / solda, área e extensão da descontinuidade, nível de resposta e o aumento do grau de severidade das descontinuidades acompanhadas, decorrentes de eventual nucleação e propagação de trincas. Isso possibilita associar os diferentes parâmetros, com seus pesos e pontuações, visando à classificação dos graus de severidade e à priorização das substituições ou reinspeções dos trilhos / soldas em menores intervalos de tempo.

26 PROGRAMA DE GERENCIAMENTO DAS INSPEÇÕES

27 PESQUISA DOS DADOS DAS INSPEÇÕES EXECUTADAS

28 RELATÓRIOS DE GERENCIAMENTO DAS INSPEÇÕES

29 DA INSPEÇÃO ULTRASSÔNICA A adequada definição dos parâmetros e critérios da inspeção ultrassônica depende de sua correlação com as características mecânicas / metalúrgicas efetivas dos defeitos detectados nos trilhos e soldas. Consiste em uma condição essencial para o controle e garantia de qualidade dos trilhos / soldas que compõem as vias permanentes das linhas metroferroviárias, visando à preservação da integridade, segurança e confiabilidade dos Sistemas de Transporte sobre Trilhos.

30 CRITÉRIOS DE CLASSIFICAÇÃO DOS DEFEITOS E CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO / REJEIÇÃO Os critérios de classificação dos defeitos e de aceitação / rejeição baseiam-se nos graus de severidade dos defeitos avaliados a partir de conceitos da mecânica, metalurgia, particularidades do Sistema Via permanente, interação trem-via; e históricos de ocorrências de trincas / fraturas de trilhos. Os graus de severidade dos defeitos resultam, basicamente, de: Fatores de propagação de trincas associados com as categorias dos defeitos e suas formas, tamanhos e posições. Tipos de esforços / tensões predominantes, associados com as suas posições no trilho (boleto, alma ou patim). Características metalúrgicas (tipos de estruturas, tamanhos de grãos, graus de pureza e presença de impurezas / inclusões.

31 APLICAÇÃO PRÁTICA DOS CRITÉRIOS

32 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Descontinuidades com dimensões situadas entre 15 e 200mm² detectadas, caracterizadas, cadastradas e acompanhadas por meio de reinspeções ultrassônicas, contidas em trilhos e soldas que foram mantidos em condições operacionais, evoluíram à condição de defeitos em períodos não inferiores a três meses. Os parâmetros e critérios definidos tem subsidiado as atuações de manutenção preventiva da Via Permanente, possibilitado a prevenção contra ao ocorrência de trincas e fraturas. Melhorias contínuas podem vir a ser implementadas a partir do prosseguimento das pesquisas, análises e aplicação de conhecimentos específicos de metalurgia física e mecânica de fraturas.

33 Gerência de Manutenção GMT Departamento Técnico de Manutenção MTT Engenharia de Manutenção de Via Permanente EPV ELABORADO POR: MÁRCIO SATOSHI TORII TÉCNICO DE SISTEMAS METROVIÁRIOS ESPECIALIZADO GMT / MTT / EPV mtorii@metrosp.com.br