Campo da Invenção [001 ] A presente invenção refere-se a uma travessa de estrada de ferro, do tipo que compreende:
- um bloco rígido que apresenta uma face inferior, uma face superior destinada a receber pelo menos um trilho longitudinal,
- uma sapata destinada a receber um bloco rígido, sendo formada por um casco rígido que compreende um fundo e um rebordo periférico que se estende ao longo desse fundo,
- uma sola resiliente situada entre a face inferior do bloco rígido e o fundo da sapata.
[002] Essas travessas são frequentemente utilizadas para efetuar a colocação de uma via férrea sem balastro, por exemplo dentro ou em uma obra tal como um túnel ou um viaduto, que oferecem como suporte para as travessas uma fundação ou uma laje.
Antecedentes da Invenção [003] O documento EP-A-0 919 666 descreve uma travessa desse tipo. A sapata rígida está engastada em uma laje de concreto, com a qual ela forma um conjunto rígido.
[004] Cada trilho repousa geralmente sobre um elemento de apoio resiliente, situado entre cada trilho e o bloco rígido. Os elementos de apoio resilientes formam assim um primeiro nível elástico. Eles podem ser montados no momento da colocação da via ou previamente, por exemplo, no momento da montagem da travessa.
[005] A sola resiliente situada entre o bloco e a sapata rígida forma por sua vez um segundo nível elástico.
[006] As vibrações provocadas pelos trilhos na passagem dos trens são essencialmente amortizadas nos primeiro e segundo níveis elásticos.
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2/13 [007] Entretanto, a atenuação das vibrações mecânicas na passagem do trem desse sistema de via, tal como é conhecido atualmente, não é inteiramente satisfatório. De fato, a frequência de corte e o ganho de inserção são mais elevados que, por exemplo, os de um sistema de via sobre lajes flutuantes.
Descrição da Invenção [008] A presente invenção tem por finalidade melhorar os desempenhos de atenuação das vibrações da travessa precitada, em particular em uma faixa de frequência de até 250Hz, a qual é considerada como capaz de gerar perturbações nos prédios vizinhos, limitando ao mesmo tempo a fadiga e as tensões sofridas pelo sistema de via.
[009] Para esse fim, a presente invenção tem por objeto uma travessa do tipo precitado, caracterizada pelo fato da sola resiliente possuir uma rigidez dinâmica k2 compreendida entre 6kN/mm e 10 kN/mm, de preferência entre 6KN/mm e 8 knN/mm.
[010] De acordo com outras características da presente invenção:
- a sola resiliente compreende uma face superior sensivelmente plana e uma face inferior sensivelmente plana;
- o bloco compreende quatro faces periféricas que ligam a face superior à face inferior, e a travessa compreende segmentos resilientes situados sobre cada face periférica do bloco e o rebordo periférico da sapata;
- os segmentos resilientes compreendem pelo menos dois segmentos resilientes longitudinais cuja rigidez dinâmica está compreendida entre 20 kN/mm e 25 kN/mm, e pelo menos dois segmentos resilientes transversais cuja rigidez dinâmica está compreendida entre 15 kN/mm e 18 kN/mm;
- a referida travessa compreende, na face superior do bloco
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3/13 rígido, um elemento de apoio resiliente cuja rigidez dinâmica está compreendida entre 120 kN/mm e 300 kN/mm, de preferência entre 200 kN/mm e 300 kN/mm, e o elemento de apoio está previsto para receber o trilho em apoio;
- a travessa compreende um único bloco e uma única sapata;
- o bloco possui de preferência uma massa compreendida entre 350 kg e 450 kg, de preferência entre 400 kg e 450 kg;
- a travessa compreende dois blocos, duas sapatas associadas respectivamente a um tirante transversal que conecta os dois blocos; e
- cada bloco possui uma massa compreendida entre 100 kg e 150 kg, de preferência entre 130 kg e 150 kg.
[011] A presente invenção tem também por objetivo um segmento de via férrea caracterizado pelo fato de compreender uma travessa, tal como descrita acima, e pelo menos um trilho em apoio sobre a travessa.
Breve Descrição dos Desenhos [012] A presente invenção será mais bem compreendida com a leitura da descrição a seguir, dada a título de exemplo e feita em relação às figuras anexas, as quais:
- a Figura 1 é uma vista esquemática em corte transversal de um segmento de via férrea de acordo com um primeiro modo de realização;
- a Figura 2 é uma vista esquemática mais detalhada em corte transversal da travessa da Figura 1;
- a Figura 3 é uma vista esquemática em corte longitudinal da travessa das Figuras 1 e 2;
- a Figura 4 é um esquema modelo do segmento de via férrea da Figura 1;
- a Figura 5 é um gráfico que ilustra os desempenhos acústicos
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4/13 de uma travessa de acordo com a presente invenção; e
- a Figura 6 é uma vista análoga à Figura 1 de um segmento de via férrea de acordo com um segundo modo de realização.
Descrição de Realizações da Invenção [013] Um segmento de via férrea 2 de acordo com um primeiro modo de realização da presente invenção está ilustrado de modo esquemático na Figura 1. O segmento 2 compreende dois trilhos longitudinais 4 fixados sobre uma travessa 8. A travessa 8 compreende um único bloco rígido de concreto 9 e dois elementos de apoio 10 resilientes situados entre cada trilho 4 e o bloco 9.
[014] Por convenção, os trilhos longitudinais 4 definem uma referência de longitudinalidade.
[015] Os elementos de apoio resilientes possuem uma forma sensivelmente paralelepipedal. No exemplo ilustrado na Figura 1, sua largura é sensivelmente igual à largura da base de um trilho 4, e seu comprimento é sensivelmente igual à largura do bloco 9.
[016] Os elementos de apoio resilientes 10 alojam-se em uma cavidade 12 respectiva do bloco 9. O perfil de cada cavidade 12, em corte transversal, é sensivelmente retangular. A largura e o comprimento de cada cavidade 12 são, no exemplo ilustrado na Figura 1, sensivelmente iguais à largura e ao comprimento de um elemento de apoio resiliente 10, respectivamente.
[017] Os elementos de apoio resilientes 10 estão, por exemplo, colados na travessa 8.
[018] Cada trilho 4 está ligado ao bloco 9 por meio de elementos de fixação de trilho (não representados) que impedem qualquer deslocamento transversal do trilho em relação ao bloco 9 e fixando o trilho 4 com o bloco 9 e com cada elemento de apoio resiliente 10.
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5/13 [019] No texto a seguir, considerando a faixa de frequência considerada (inferior ou igual a 250Hz), qualquer rigidez dinâmica é considerada constante e sensivelmente igual a 130% da rigidez estática.
[020] Os elementos de apoio resilientes 10 formam um primeiro nível elástico 14 de rigidez dinâmica vertical k1 que está ilustrado na Figura 4. De fato, cada trilho 4 está ilustrado como estando em suspensão sobre uma primeira extremidade de uma mola 16 de rigidez dinâmica k1. A segunda extremidade da mola 16 está ligada ao bloco 9.
[021] Cada elemento de apoio resiliente 10 possui uma rigidez dinâmica k1 compreendida entre 120 kN/mm e 300 kN/mm, de preferência entre 200 kN/mm e 300 kN/mm. O material utilizado para cada elemento de apoio resiliente 10 é, por exemplo, borracha, poliuretano ou qualquer outro material resiliente.
[022] A travessa 8 da Figura 1, ilustrada de modo detalhado nas Figuras 2 e 3, compreende uma sapata 20 destinada a receber o bloco 9, uma sola resiliente 22 situada em um plano sensivelmente horizontal entre o bloco 9 e a sapata 20, e quatro segmentos resilientes 24, 26 situados em um plano sensivelmente vertical entre o bloco 9 e a sapata 20.
[023] O bloco 9 possui uma forma sensivelmente paralelepipedal, e compreende essencialmente uma face superior 32, uma face inferior sensivelmente plana 34 que serve de apoio, e quatro faces periféricas 36, 38 que ligam a face superior 32 com a face inferior 34 por meio, respectivamente de uma superfície curva 44 e de um bisel 46. As faces periféricas 36, 38 compreendem duas faces periféricas longitudinais 36 e duas faces periféricas transversais 38.
[024] As faces periféricas 36, 38 compreendem, cada uma, uma parte inferior sensivelmente plana 36A, 38A, uma parte superior sensivelmente plana 36B, 38B, e uma parte intermediária sensivelmente plana 36C, 38C que ligam cada parte inferior 36A, 38A à sua respectiva parte superior 36B, 38B. As partes superiores longitudinais 36B e as partes superiores transversais 38B
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6/13 convergem mutuamente para cima. As partes inferiores longitudinais 36A e as partes inferiores transversais 38A convergem mutuamente para baixo. As partes intermediárias longitudinais 36C e as partes intermediárias transversais 38C convergem mutuamente para baixo formando um ângulo em relação ao plano vertical maior que cada parte inferior respectiva 36A, 38A.
[025] O bloco 9 é escolhido com uma massa particularmente elevada. De fato, sua massa está compreendida entre 350 kg e 450 kg, de preferência entre 400 kg e 450 kg. O aumento da massa do bloco 9 é classicamente obtido por adição de elementos metálicos ao concreto.
[026] A sapata 20 é formada por uma estrutura sensivelmente rígida. A sapata 20 compreende essencialmente um fundo 48 e um rebordo periférico contínuo 50 que se estende ao longo do fundo 48.
[027] O fundo 48 apresenta uma face superior sensivelmente plana e retangular.
[028] A borda periférica 50 da sapata 20 compreende quatro painéis 54, 56. Os quatro painéis 54, 56 compreendem dois painéis longitudinais 54 associados respectivamente às faces longitudinais 36 do bloco 9 e dois painéis transversais 56 associados respectivamente às faces transversais 38. Cada painel 54, 56 compreende uma face interna respectiva 62, 64. Cada face interna 62, 64 compreende um alojamento 66, 68 sensivelmente paralelepipedal destinado a receber cada um dos segmentos resilientes 24, 26.
[029] Os alojamentos 66, 68 são sensivelmente paralelos às respectivas partes inferiores 36A, 38A das faces periféricas 36, 38 do bloco 9. Cada alojamento 66, 68 apresenta uma periferia retangular definida por uma protuberância periférica contínua 66A, 68A. Cada alojamento 66, 68 possui também sensivelmente a mesma altura e sensivelmente o mesmo comprimento que a parte inferior 36A, 38A à qual ele está associado.
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7/13 [030] Cada face interna 62, 64 compreende uma parte superior 62A, 64A plana e cuja inclinação em relação ao plano vertical é sensivelmente igual ou superior à inclinação das respectivas partes intermediárias 36C, 38C das faces periféricas 36, 38 do bloco 9. As partes superiores 62A, 64A possuem sensivelmente a mesma altura que as partes intermediárias respectivamente associadas 36C, 38C do bloco 9.
[031 ] As partes superiores 62A, 64A das faces internas 62, 64 dos painéis 54, 56 estão ligadas a uma borda superior contínua do rebordo 50. A borda superior 70 apresenta, no exemplo ilustrado nas Figuras 2 e 3, dois dedos que permitem fixar uma junta de estanqueidade contínua 72. A junta 72 é, por exemplo, de borracha natural ou sintética. Ela cria uma estanqueidade entre o bloco 9 e a sapata 20 sem prejudicar o deslocamento do bloco 9 na sapata 20. É também possível realizar a junta de estanqueidade 72 por fundição de um material, tal como um silicone ou um poliuretano, em forma de um cordão contínuo.
[032] A rigidez da sapata 20 é reforçada por nervuras 74 realizadas em relevo na parte externa dos painéis 54, 56 e, em parte, no fundo 48. Elas são, por exemplo, de uma só peça com a sapata 20. Essas nervuras 74 podem apresentar qualquer forma apropriada e qualquer disposição apropriada em relação à sapata 20, de modo conhecido no estado da técnica, em particular por EP-A-0 919 666. Elas apresentam, no exemplo ilustrado nas Figuras 2 e 3, entalhes 76 que permitem fixar a sapata 20 em uma carcaça. As nervuras 74 ficam, na instalação da via, mergulhadas pelo menos parcialmente no concreto. Elas asseguram assim a fixação da sapata 20 com o concreto de preenchimento.
[033] No exemplo ilustrado nas Figuras 2 e 3, a sapata 20 é realizada em uma peça, por moldagem. De modo não ilustrado, a sapata 20 é realizada por montagem de várias estruturas parciais como é conhecido no estado da técnica (por exemplo, EP-A-0 919 666). No caso de uma travessa 8
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8/13 monobloco de acordo com o primeiro modo de realização da presente invenção, pode se tratar, por exemplo, de duas meias estruturas de extremidade e de uma estrutura central que liga as duas meias estruturas de extremidade.
[034] A sapata 20 é, por exemplo, realizada de matéria termoplástica moldada ou de concreto de resina.
[035] A sola resiliente 22 tem uma forma sensivelmente paralelepipedal e faces superior e inferior sensivelmente planas para minimizar as tensões mecânicas sofridas pela sola resiliente 22 e evitar os problemas de fadiga. Seu comprimento e sua largura são sensivelmente iguais respectivamente ao comprimento e à largura da face inferior 34 do bloco 9.
[036] Sua espessura está compreendida entre 10 mm e 20 mm, de preferência entre 16 mm e 20 mm. A sola resiliente 22 permanece assim em um campo elástico, o que corresponde sensivelmente à taxa de deformação máxima inferior ou igual a 40%. A taxa de deformação é a taxa de variação da espessura da sola resiliente 22 entre um estado livre e um estado sob carga.
[037] A sola resiliente 22 forma um segundo nível elástico 78 de rigidez dinâmica vertical k2, tal como ilustrado na Figura 4. De fato, o bloco rígido 9 é ilustrado como estando em suspensão nas principais extremidades de duas molas 80 ligadas à sapata 20.
[038] A sola resiliente 22 de acordo com a presente invenção possui uma rigidez dinâmica k2 inferior à rigidez dinâmica dos dispositivos classicamente utilizados. De fato, a rigidez dinâmica k2 está compreendida entre 6 kN/mm e 10 kN/mm, de preferência entre 6 kN/mm e 8 kN/mm.
[039] A sola resiliente 22 é por exemplo realizada em um material elastomérico celular.
[040] Em um modo de realização preferido, a sola resiliente 22 possui uma rigidez dinâmica vertical k2 sensivelmente uniforme em toda sua superfície.
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9/13 [041 ] Em outro modo de realização, a sola residual 22 possui, em uma área central do bloco 9, uma rigidez dinâmica vertical k3 inferior ou igual a k2. A área central compreende o meio do bloco 9 e se estende transversalmente do meio do bloco 9 em direção às extremidades sobre, sensivelmente, a metade da superfície do bloco 9. De fato, como essa área central é menos solicitada, é possível utilizar nela um material mais elástico e, portanto, menos oneroso.
[042] A sola residual 22 pode repousar livremente sobre o fundo 48 da sapata 20. Ela pode assim ser facilmente retirada da sapata 20.
[043] De modo vantajoso, a travessa 8 compreende ainda um calço de espessura 82 sensivelmente incompressível, como ilustram as Figuras 2 e 3.
[044] O calço de espessura 82 possui uma forma sensivelmente paralelepipedal. Seu comprimento e sua largura são sensivelmente iguais ao comprimento e à largura da face superior 52 do fundo da sapata 20. Sua espessura é inferior ou igual a 10 mm, de preferência compreendida entre 2 mm e 4 mm.
[045] O calço de espessura 82 repousa livremente sobre o fundo 48 da sapata 20. Assim, ele pode ser retirado facilmente da sapata 20, ou ser adicionado à sapata 20, para ajustar o nivelamento da via.
[046] De modo vantajoso, a sola resiliente 22 repousa livremente sobre o calço de espessura 82.
[047] A superfície do calço de espessura 82 possui uma rugosidade suficientemente grande para evitar o deslizamento da sola residual 22 na sapata 20. A rugosidade é, por exemplo, obtida por meio de estrias, de pontas de diamante ou de recortes.
[048] Cada segmento resiliente 24, 26 apresenta uma face externa 24A, 26A, uma face interna 24B, 26B e quatro faces periféricas.
[049] As faces externas 24A, 26A e internas 24B, 26B possuem sensivelmente as mesmas dimensões e têm um contorno sensivelmente retangular.
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10/13 [050] As faces externas 24A, 26A e internas 24B, 26B possuem um comprimento e uma largura sensivelmente iguais respectivamente ao comprimento e à largura dos respectivos alojamentos 66, 68 do rebordo periférico 50 da sapata 20.
[051] Os segmentos resilientes 24, 26 estão situados nos respectivos alojamentos 66, 68. Eles são mantidos graças ao atrito entre as faces periféricas dos segmentos resilientes 24, 26 e a protuberância periférica 66A, 68A de cada alojamento 66. Os segmentos resilientes 24, 26 podem ser assim retirados facilmente.
[052] A retenção de cada segmento resiliente 24, 26 pode também ser assegurada por travamento mútuo. Por exemplo, os alojamentos 66, 68 compreendem ranhuras e os segmentos 24, 26 compreendem caneluras complementares.
[053] Os segmentos resilientes 24, 26 possuem uma espessura superior à profundidade dos alojamentos 66, 68 de modo a formar uma saliência em relação às protuberâncias 66A, 68A.
[054] As faces internas 24B, 26B estão em simples apoio contra as respectivas partes internas 36A, 38A das faces periféricas 36, 38 do bloco rígido 9.
[055] Como ilustram as Figuras 2 e 3, as faces internas 24B, 26B são dotadas de ranhuras que aumentam sua elasticidade.
[056] Os segmentos resilientes 24, 26 possuem uma rigidez dinâmica compreendida entre 12 kN/mm e 25 kN/mm. Eles são, por exemplo, realizados em borracha, poliuretano ou qualquer outro material resiliente.
[057] Os segmentos longitudinais 24 que correspondem às faces periféricas longitudinais 36 são submetidos a esforços mais intensos que os segmentos transversais 26 que correspondem às faces periféricas transversais 38. Além disso, os segmentos longitudinais 24 podem ser vantajosamente escolhidos com uma rigidez dinâmica superior à dos segmentos transversais 26.
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Assim, os segmentos longitudinais 24 possuem, por exemplo, uma rigidez dinâmica compreendida entre 20 kN/mm e 25 kN/mm, ao passo que os segmentos transversais 26 possuem uma rigidez dinâmica compreendida entre 15 kN/mm e 18 kN/mm.
[058] Em condições normais de funcionamento, os segmentos resilientes 24, 26 mantêm o bloco 9 à distância das faces internas 62, 64 da sapata 20.
[059] Os segmentos resilientes 24, 26 permitem assim um amortecimento horizontal do bloco 9. Esse amortecimento horizontal é desacoplado do amortecimento vertical obtido graças aos elementos de apoio resilientes 10 e à sola resiliente 22.
[060] Deve-se notar que o número de segmentos resilientes não é limitativo. A travessa 8 pode, por exemplo, compreender, de cada lado do bloco 8, dois segmentos transversais 34 um ao lado do outro.
[061] A Figura 5 ilustra os desempenhos acústicos de uma travessa de acordo com a presente invenção 3 e de uma travessa conhecida. A Figura 5 representa um ganho de inserção em função da frequência. O ganho de inserção é aqui a relação expressa em dB entre o valor de uma grandeza métrica (velocidade, aceleração, força) obtida com a introdução de uma sola resiliente e a obtida sem ela (ver NF ISO 14837-1:2005). No exemplo considerado, trata-se da força exercida sobre a sapata 20. Uma redução de valor da grandeza métrica será expressa por um sinal negativo do ganho de inserção.
[062] Além disso, a frequência de corte é a frequência a partir da qual se observa globalmente uma redução do ganho de inserção.
[063] k1dyn é a rigidez dinâmica dos elementos de apoio resilientes 10, k2dyn é a rigidez dinâmica da sola resiliente 22, M é a massa do bloco 9.
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12/13 [064] A curva que ilustra o ganho de inserção em função da frequência para k2dyn = 21,3MN/m, M = 200 kg, k1dyn = 150 MN/mm constitui uma curva de referência S1 que ilustra o desempenho do dispositivo conhecido. Uma segunda curva ilustra os desempenhos de uma travessa de acordo com a presente invenção onde k2dyn = 8MN/m, M = 400 kg e k1dyn = 270 MN/m.
[065] Entre 0 e 10 Hz, os desempenhos de atenuação das vibrações são sensivelmente os mesmos. Entre 10 e 25 Hz, o ganho de inserção é superior em alguns dB em relação à curva S1. Entre 25 Hz e 250 Hz, o ganho de inserção é inferior em vários dB em relação à curva S1.
[066] Além disso, a frequência de corte é inferior em relação à curva S1 (20 Hz em vez de 32 Hz).
[067] Assim, entre 25 Hz e 250 Hz, os desempenhos de uma travessa de acordo com a presente invenção são sensivelmente melhores.
[068] Em um segundo modo de realização, ilustrado na Figura 6, a travessa 108 compreende dois blocos rígidos 109 ligados por um tirante 184. Na medida que a travessa bibloco 108 apresenta grandes similaridades com a travessa monobloco 8, a Figura 6 compreende as mesmas referências que as Figuras 1 a 4, porém acrescidas de 100.
[069] O comprimento das sapatas 120 é apropriado para receber os blocos 109. O mesmo ocorre com os segmentos transversais 126 e as solas resilientes 122. As Figuras 2 e 3, que ilustram uma travessa monobloco 8, são também uma ilustração perfeita de uma travessa 108.
[070] A principal diferença entre a travessa monobloco 8 e a travessa bibloco 108 reside na presença de um tirante 184 que penetra nos dois blocos 109.
[071] A redução da rigidez dinâmica K2 das solas resilientes 122 e/ou o aumento da massa dos blocos 108 gera um momento de flexão longitudinal significativo.
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13/13 [072] Além disso, o tirante 184 possui uma forma apropriada para obter uma forte inércia. Trata-se, por exemplo, de uma forma de esquadro ou de cilindro. O tirante 184 possui, por exemplo, uma seção compreendida entre 800 mm2 e uma espessura compreendida entre 6 mm e 10 mm. Ele é, por exemplo, realizado em aço de acordo com a norma EN 13230-3.
[073] Cada bloco 109 possui uma massa compreendida entre 100 kg e 150 kg, de preferência entre 130 kg e 150 kg.
[074] Deve-se notar que a travessa monobloco 8 suporta de modo particularmente fácil as tensões mecânicas adicionais que resultam da presente invenção.
[075] Deve-se entender que com uma travessa de acordo a presente invenção, a redução da rigidez dinâmica k2 da sola resiliente 22, 122 permite obter melhores desempenhos de atenuação das vibrações, em particular abaixando a frequência de corte e abaixando o ganho de inserção entre 25 Hz e 250 Hz.
[076] O aumento da massa do bloco 9, 109 permite ainda, para uma rigidez dinâmica k2 da sola residual 22, 122 dada, abaixar a frequência de corte e, portanto, melhorar os desempenhos da travessa 8, 108 nas baixas frequências. Entretanto, acima de uma certa massa, as tensões mecânicas sofridas pela travessa 8, 108 se tornam demasiadamente elevadas.
[077] O aumento da rigidez dinâmica k1 dos elementos de apoio resilientes 10, 110 abaixa o ganho de inserção entre 200 Hz e 250 Hz e desloca a frequência de ressonância para frequências mais elevadas, e a frequência de ressonância é a frequência para a qual se observa uma elevação do ganho de inserção.
[078] A presente invenção permite, portanto, aproximar-se dos desempenhos de atenuação vibratórios de uma laje flutuante cuja frequência de corte se situa entre 14 Hz e 20 Hz e cujo ganho de inserção a -25dB se situa em 63 Hz.
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