Análise da evolução a longo-prazo sobre diferentes tipos de defeitos de vias-férreas

Abstract

A dissertação de mestrado em questão teve como motivação a perspetiva de desenvolvimento de um sistema de análise capaz de prever certos eventos nas ferrovias, com o intuito de melhorar a sua análise e manutenção, bem como de reduzir os custos associados à inspeção e manutenção. Para este fim, foram realizadas análises detalhadas dos dados fornecidos pelas Infraestruturas de Portugal, com foco na evo- lução dos defeitos de nivelamento longitudinal nas ferrovias. Um dos aspetos abordados nesta dissertação é o estudo das zonas de transição nas vias-férreas. Essas zonas são locais onde ocorrem mudanças significativas na estrutura de suporte dos carris, geralmente próximas a estruturas de engenharia como pontes, passagens e túneis. Nessas áreas, frequentemente ocorrem assentamentos diferenciais graves devido às diferentes propriedades dos materiais e ao com- portamento da estrutura. Sem uma manutenção adequada, esses assentamentos diferenciais podem levar a danos nos componentes da via e causar desconforto aos passageiros. Para garantir a segurança das operações ferroviárias e reduzir os custos de manutenção, é necessário realizar uma monitorização contínua do estado estrutural das zonas de transição. No entanto, as técnicas de monitorização in situ atuais, como EM-120 e RMF, possuem limitações, pois consomem muito tempo e não são realizadas com a frequência necessária. Para superar essas limitações, este trabalho apresenta um sistema de radar de abertura sintética por sa- télite (InSAR) como uma solução potencial de análise complementar. Esse sistema permite a monitori- zação consecutiva do estado estrutural das zonas de transição com uma atualização de dados a cada duas ou três semanas e uma precisão de medição na ordem dos milímetros. Além disso, a dissertação também aborda o estudo das soldaduras de carris nas vias-férreas. Essas sol- daduras podem causar pontos irregulares na cabeça do carril, resultando em cargas de impacto durante a passagem dos veículos ferroviários. Observa-se, em muitos casos, que os locais de soldadura estão associados a uma degradação mais acelerada do nivelamento da via, levando à crença generalizada de que soldaduras mal-executadas estão relacionadas a problemas de nivelamento de longo prazo. Com base nos resultados deste trabalho, foram desenvolvidas funções capazes de prever os tipos de eventos que ocorrem nas ferrovias, como defeitos de nivelamento longitudinal, com base na ocorrência desses eventos. Essas funções possibilitam uma análise mais precisa e eficiente das ferrovias, permitindo ações de manutenção mais direcionadas e, consequentemente, reduzindo os custos de inspeção e manu- tenção.

The following master's thesis aimed to develop an analysis system capable of predicting specific events in railways to improve their analysis and maintenance and reduce inspection and maintenance costs. To achieve this goal, detailed analyses were conducted using data provided by Infraestruturas de Portugal, focusing on the evolution of longitudinal leveling defects in railways. One of the aspects addressed in this thesis is the study of transition zones in railway tracks. These zones are locations where significant changes in the rail support structure occur, often near engineering struc- tures such as bridges, crossings, and tunnels. In these areas, severe differential settlements often occur due to different material properties and structural behavior. Without timely maintenance, these differ- ential settlements can lead to damage to track components and passenger discomfort. To ensure the safety of railway operations and reduce maintenance costs, continuous monitoring of the structural condition of transition zones is necessary. However, current in-situ monitoring techniques, such as EM-120 and RMF, have limitations as they are time-consuming and not performed frequently enough. To overcome these limitations, this work presents a potential solution using satellite Synthetic Aperture Radar (InSAR) for consecutive monitoring of transition zone structural conditions with bi-weekly or tri- weekly data updates and millimeter-level accuracy. Additionally, the thesis also addresses the study of rail welds in railways. These welds can create irreg- ularities on the railhead, resulting in impact loads during the passage of railway vehicles. It is often observed that weld locations coincide with areas of accelerated degradation of track leveling, leading to a widespread belief that poorly executed welds are related to long-term leveling problems. Based on the research findings, functions were developed to predict specific events in railways, such as longitudinal leveling defects, based on the occurrence of these events. These functions enable more precise and efficient analysis of railways, allowing for targeted maintenance actions and ultimately re- ducing inspection and maintenance costs. The discoveries from this research can be implemented in the railway sector, promoting more efficient and safe maintenance practices and resulting in a more comfortable and secure railway transportation system for passengers. Therefore, the master's thesis has developed an innovative methodology to im- prove railway maintenance and analysis, providing practical benefits to the industry.