Quantos passes de trem os trilhos podem suportar?

Sei que a borracha dos pneus de carros e caminhões se desgastam e o concreto da estrada se desgasta. Eu me perguntava:

Enquanto o aço é duro e elástico, ainda causa atrito (interação entre moléculas) e, portanto, abrasão.

Digamos que tenhamos em média 20 a 30 vagões com quatro eixos com uma carga total de 50 a 60 toneladas em cada vagão e um veículo de tração. Quantos passes de trem um trilho ferroviário pode suportar antes de ser substituído? Qual é o período de tempo equivalente em que esse número de passes é alcançado, em média?

— Thorsten S.
fonte

Eu suspeito que o pé se desgasta muito mais rápido que o aço. Você está perguntando especificamente sobre o aço ou sobre qualquer componente da pista?

— Air

Apenas os trilhos de aço

— Thorsten S.

@ O desgaste do pé também depende de você ter laços de madeira, compósitos, aço ou concreto instalados - os laços de madeira ou compostos são vulneráveis ao corte de chapas e a outros comportamentos que levam ao desenvolvimento precoce de bitola larga, enquanto o aço e concreto, não faça isso

— ThreePhaseEel

Esta é uma resposta reconhecidamente norte-americana.

MGT

Nos EUA, a quantidade de tráfego percorrida em uma determinada faixa em um ano é medida em milhões de toneladas brutas (MGT), por exemplo, 1 MGT = 2 000 000 000 libras [espaços em vez de vírgulas para serem favoráveis ao mundo]. Esta é uma medida do peso total de carga e veículos, mas não necessariamente o número de trens individuais.

Vida útil do trilho

A vida útil de um trilho de trem típico fica entre 1300 e 380 MGT, dependendo se o trilho está em uma via reta (tangente) ou em uma curva. Há mais atrito em uma curva. Além disso, o trilho no lado baixo de uma curva superelevada se desgasta mais rápido que o trilho no lado alto.

Atrito

Devido a essa grande diferença na vida útil do trilho, áreas com muitas curvas empregam máquinas que adicionam lubrificação ao trilho . Essa lubrificação é aplicada depois que as locomotivas passam, para que sua capacidade de tração não seja reduzida. Algumas fotos dessas máquinas estão abaixo:

LB Foster machine

LB Foster Rail Lubrication

Número de trens

Nos EUA, os trens maiores / mais pesados transportam apenas uma mercadoria. Um exemplo típico disso é o chamado "trem da unidade de carvão". Este é um trem de 100 vagões carregado com carvão, onde cada vagão pesa 286.000 libras. Supondo uma média de 500 MGT de vida:

Número de trens = \frac{500 * 1 1 e 6}{(100 * \frac{286, 000}{2000})} \approx 35000 trens

$\text{Number of Trains} = \frac{500*1e6}{(100*\frac{286,000}{2000})} \approx 35 000 \text{ trains}$

Uma linha de alta capacidade pode ter 25 trens por dia em uma pista, portanto a vida útil em anos seria:

\frac{35000}{25 * 365} \approx 4 anos

$\frac{35000}{25*365} \approx 4 \text{ years}$

— hazzey
fonte

Uau. Se pegarmos o valor menor (1 tonelada bruta = 1,016 toneladas) e estimarmos que um trem com o peso de 25 vagões percorre a pista de hora em hora, temos (380 * 1016 * 1000) / (25 * 60 * 24 * 365 ) = 30 anos de uso continuado. Com o maior valor, temos uma vida útil estimada de 100 anos!

— precisa

@ThorstenS. Sim, eu adicionaria esse cálculo à resposta, mas os números pareciam realmente altos! Vou dar uma olhada mais e adicionar esses números.

— hazzey

@hazzey: Os números que você citou para trilhos soldados contínuos ou para trilhos de estilo antigo que apresentavam lacunas de expansão térmica entre segmentos de trilhos? A trilha soldada contínua oferece menos atrito, uma condução mais suave, sofre menos danos por causa de sua superfície uniforme, em comparação com a trilha de estilo mais antiga e é menos prejudicial às rodas nos trens.

— Fred

@Fred Esses números de vida útil devem ser para trilhos soldados continuamente (CWR).

— hazzey

Certamente um milhão de toneladas brutas é de 2 240 libras x 1 000 = 2 240 000 000 libras. Ou o significado pretendido "Milhões de toneladas brutas"?

— David42