Compósitos de cortiça e borracha em aplicações ferroviárias
Compósitos de cortiça e borracha em aplicações ferroviárias
BlogÀ medida que os sistemas ferroviários globais se esforçam por obter maior durabilidade, conforto e responsabilidade ambiental, os engenheiros concentram-se cada vez mais em componentes que apoiam o desempenho e a sustentabilidade.
Dois desses componentes são a palmilha para carril e a palmilha para placa de base. A palmilha para carril, uma camada resiliente colocada entre o carril e a travessa, e a palmilha para placa de base, que faz a interface entre o carril e a sua estrutura de suporte, desempenham papéis fundamentais na distribuição de carga, atenuação de vibrações e controlo de ruído. Entre os materiais utilizados na sua produção, destacam-se os compósitos de cortiça e borracha – não como uma novidade, mas como uma solução fiável e comprovada ao longo do tempo, com utilização comprovada em infraestruturas ferroviárias.
Uma das empresas líderes no desenvolvimento e fornecimento de compósitos de cortiça e borracha para aplicações ferroviárias é a Amorim Cork Solutions. Com décadas de experiência na engenharia de soluções avançadas à base de cortiça, a Amorim dedica-se à implementação de tecnologias de controlo de vibrações sustentáveis e de alto desempenho para a indústria ferroviária.
A cortiça e a borracha são há muito exploradas para o controlo de vibrações devido às propriedades mecânicas únicas da cortiça, nomeadamente a sua elevada compressibilidade, excelente recuperação elástica e capacidade natural de amortecimento. Tem havido um desenvolvimento industrial significativo no sentido dos compósitos à base de cortiça para várias aplicações técnicas.
Nas últimas décadas, os materiais de cortiça e borracha foram desenvolvidos para utilização em sistemas ferroviários, incluindo palmilhas para carris e palmilhas para placas de base, com benefícios comprovados em termos de atenuação de vibrações e durabilidade. Estes compósitos continuam a evoluir, com maior resistência à fadiga mecânica, variações de temperatura e fatores de stress ambientais, mantendo as vantagens naturais da cortiça em termos de desempenho.
Funções e requisitos das palmilhas ferroviárias
As palmilhas para carris têm várias funções essenciais no contexto ferroviário e, ao longo do tempo, precisam suportar milhões de ciclos de compressão, exigindo não só alta durabilidade, mas também desempenho estável a longo prazo. Considerando as características técnicas do material, as palmilhas para carris devem distribuir as cargas verticais e as vibrações dos comboios que passam, protegendo os dormentes e o balastro, amortecendo as cargas dinâmicas, reduzindo o desgaste e a fadiga dos carris, minimizando a transmissão de ruído estrutural e acomodando irregularidades nos carris e pequenos desvios de alinhamento. Para cumprir estas funções, o material deve combinar alta resiliência e recuperação sob cargas repetidas, módulo de cisalhamento adequado para gerir a rigidez do assento do carril, resistência às intempéries, óleos e exposição aos raios UV e ter resistência à fadiga e ao envelhecimento a longo prazo. Considerando os compósitos de cortiça e borracha, a combinação resulta num material que tem um bom desempenho sob as exigentes cargas cíclicas do tráfego ferroviário, nomeadamente devido à sinergia única entre a cortiça e a borracha. A cortiça contribui com compressibilidade natural, baixa densidade e amortecimento intrínseco, enquanto a borracha proporciona elasticidade, resistência mecânica e resistência ao desgaste e à fadiga. As propriedades que esta combinação pode alcançar tornam-nas altamente adequadas tanto para sistemas ferroviários de alta velocidade como para sistemas de transporte urbano.
Foram instaladas palmilhas de cortiça e borracha nos carris da linha 52 do metro de Amesterdão (linha Norte-Sul). Esta linha utiliza o sistema de fixação de carris Alom NZL49, que integra palmilhas de cortiça e borracha e almofadas de base da Amorim Cork Solutions.
“Amesterdão é uma cidade muito antiga, construída principalmente sobre estacas, o que representou grandes desafios para a linha de metro. Tivemos de cumprir especificações altamente exigentes em termos de controlo de ruído e vibração, bem como garantir que o nível de ajuste em todo o sistema de fixação de carris pudesse compensar qualquer assentamento futuro nos túneis perfurados. O sistema de fixação de carris 49NZL é uma solução comprovada, certificada de acordo com a norma EN 13481-5 Categoria A, e conseguimos projetá-lo para ser fácil de manter, reduzindo o número de componentes.”
A combinação de cortiça e borracha nas palmilhas de controlo de vibração e nas palmilhas da placa de base não só amortece o som e as vibrações, como também reduz a pegada ambiental do projeto, uma vez que a cortiça é um retentor natural de CO2.
Os compósitos de cortiça e borracha têm demonstrado um desempenho superior em comparação com as alternativas apenas em elastómero, especialmente na manutenção das propriedades mecânicas ao longo do tempo e em temperaturas variáveis.
“A cortiça também é praticamente inerte e muito estável dentro da ampla faixa de temperatura das aplicações ferroviárias, sem comprometer as propriedades do produto completo.”
Isso ajuda a explicar a maior durabilidade e consistência observadas nesses compósitos. Vários estudos investigaram o comportamento mecânico dos compósitos de cortiça-borracha em várias condições. Por exemplo, uma pesquisa publicada examinou como a adição de cortiça aos compostos de borracha afeta as suas propriedades mecânicas. Lopes et al. (2021) descobriram que a incorporação de grânulos de cortiça na borracha natural aumentava a dureza e a rigidez estática, mantendo um comportamento dinâmico semelhante ao do composto de borracha base. Além disso, os compósitos demonstraram um desempenho estável sob carga compressiva, indicando uma maior durabilidade ao longo do tempo.
Adicionalmente, a investigação demonstrou que os compósitos de cortiça-borracha apresentam características de amortecimento favoráveis numa variedade de frequências e temperaturas. Por exemplo, um estudo que investigou o módulo de cisalhamento e o fator de perda de materiais de almofadas ferroviárias de cortiça-borracha descobriu que estes compósitos mantiveram propriedades de amortecimento consistentes numa gama de frequências de 200-2500 Hz e temperaturas de -20 °C a 40 °C. A borracha reforçada com cortiça apresentou um comportamento mais previsível em todas as gamas de temperatura e um amortecimento mais elevado a baixas temperaturas, o que pode ajudar a manter níveis de ruído e desempenho mecânico consistentes ao longo do ano.
A alteração no fator de perda também apresentou um comportamento mais complexo, mas mais previsível, que pode ser projetado para obter um melhor desempenho. Essas descobertas sugerem que os compósitos de cortiça e borracha oferecem um desempenho superior na manutenção das propriedades mecânicas ao longo do tempo e sob condições de temperatura variáveis, em comparação com materiais apenas de elastómero.