Desenvolvimento de revestimento de trilhos ferroviários visando o controle de vibração e ruído

Abstract

O ruído ferroviário é uma das principais causas da insatisfação populacional que reside no entorno das ferrovias, podendo causar efeitos colaterais à saúde do ser humano. Barreiras acústicas, esmerilhamento dos trilhos e atenuadores de sistema de massa sintonizada são soluções tradicionais utilizadas para mitigar o ruído. Uma alternativa nova destinada a este propósito é o revestimento de trilho com isolamento acústico destinado à redução da vibração gerada pelo contato roda-trilho. Considerando isso, este trabalho apresenta a análise de três composições de revestimentos ferroviários desenvolvidos à base de água, diferenciados pelas cargas minerais utilizadas: hematita, silicato de cálcio e óxido de alumínio. A pesquisa foi conduzida no Laboratório de Acústica e Vibração (LAV) do Centro Tecnológico de Joinville (CTJ) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Inicialmente, as formulações dos revestimentos foram ajustadas para garantir sua adequada aplicação. Em seguida, os revestimentos foram aplicados em corpos de prova para os testes preliminares e, posteriormente, em segmentos de trilho TR-37, com o propósito de validar as formulações desenvolvidas. As amostras foram submetidas a análises modais experimentais a fim de determinar as características dinâmicas dos sistemas, nas quais foram obtidos resultados significativos de atenuação de amplitude, com valores máximos de 39,2 dB no corpo de prova e 18,8 dB no trilho. Com o objetivo de analisar a composição química dos revestimentos desenvolvidos, foram realizadas análises por Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios X (EDS), integrada ao Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), o que possibilitou identificar os elementos presentes em cada uma das formulações estudadas. Também foram realizados ensaios de caracterização mecânica, os quais mostraram que os revestimentos à base de silicato de cálcio e de hematita apresentaram melhor desempenho frente à corrosão, enquanto o revestimento à base de óxido de alumínio apresentou menor desgaste por abrasão. Além disso, foram realizadas análises de custo para avaliar a viabilidade financeira dos revestimentos desenvolvidos.

Railway noise is one of the main causes of dissatisfaction among populations living near railways, as it can lead to adverse effects on human health. Traditional solutions used to mitigate this noise include acoustic barriers, rail grinding, and tuned mass damper systems. A more recent alternative for this purpose is the application of acoustic insulation coatings on the rails, aimed at reducing the vibration generated by the wheel–rail contact. Considering this, the present study analyzes three water-based railway coating compositions, differentiated by the mineral fillers employed: hematite, calcium silicate, and aluminum oxide. The research was conducted at the Acoustics and Vibration Laboratory (LAV) of the Technological Center of Joinville (CTJ), Federal University of Santa Catarina (UFSC). Initially, the coating formulations were adjusted to ensure proper application. The coatings were then applied to test specimens for preliminary evaluations and subsequently to TR-37 rail segments to validate the developed formulations. Experimental modal analyses were performed to determine the dynamic characteristics of the systems, revealing significant amplitude attenuation results, with maximum values of 39.2 dB for the test specimen and 18.8 dB for the rail. To investigate the chemical composition of the developed coatings, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) analyses integrated with a Scanning Electron Microscope (SEM) were carried out, allowing the identification of the elements present in each of the studied formulations. Mechanical characterization tests were also conducted, revealing that the coatings based on calcium silicate and hematite exhibited superior performance against corrosion, while the aluminum oxide-based coating demonstrated greater resistance to abrasion. Furthermore, cost analyses were performed to evaluate the economic feasibility of the developed coatings.