Uma alternativa para reparar e evitar danos em túneis de linhas de alta velocidade
Imagem: túnel em escala 1:31.
Pesquisadores da Universidade do Centro-Sul em Changsha, China, estudaram os efeitos aerodinâmicos causados pela redução da seção transversal dos túneis, uma prática que está crescendo na China devido ao aumento das linhas de alta velocidade e, consequentemente, dos sérios problemas estruturais no país. Quando um trem em alta velocidade entra em um túnel, forma uma onda de micro-pressão. Essas ondas causam um forte impacto no ambiente em torno do túnel, podendo causar uma explosão sônica nas saídas e, consequentemente, gerar sérios danos na infraestrutura do túnel e se houver habitantes próximos podem perturbá-los, como, por exemplo, sacudir as janelas das casas.
Para prevenir ou reduzir os impactos desse tipo de onda, já existem vários métodos utilizados pela indústria ferroviária, como o design da frente da locomotiva e a forma do portal do túnel mas, com os crescentes danos estruturais, a tecnologia de aumentar o revestimento dos túneis ganhou força por garantir uma maior resistência nas regiões afetadas. Trata-se de uma técnica que utiliza conceitos simples de interações entre ondas, mas que inspirou os chineses a estudarem e dominarem a tecnologia.
Para o estudo, os pesquisadores utilizaram três métodos: análise de um túnel real, análise numérica e experimentos em menor escala. Para o primeiro método, foi selecionado o túnel Pingtu. Localizado entre as cidades Chenzhou e Lechang, o túnel apresenta 1921 metros de comprimento, 100 metros quadrados de área transversal e um revestimento de 0,3 metros de espessura e 90 metros de comprimento a 427 metros da entrada, mas com uma região de transição de 1 metro. Para o segundo método, utilizaram o software Fluent 6.3.26 aplicando alguns parâmetros simplificados do túnel Pingtu. Por fim, para o terceiro método criaram um experimento em escala 1:31, isto é, construíram um modelo de linha férrea com 61,968 metros de extensão e 3,226 metros quadrados de área transversal.
Imagem: (a) e (b) trens utilizados para os testes; (c) simulação na análise numérica; (d) trem em escala 1:31.
Com todos os experimentos realizados e dados coletados, os pesquisadores da Centro-Sul obtiveram importantes constatações. A primeira constatação foi de que a intensidade das ondas de micro-pressão diminui conforme aumenta a extensão do revestimento, porém chegando até certo comprimento, a partir de um valor a redução se torna insignificante, neste caso foram 60 metros. Outro fato foi de que a região de transição não tem efeitos sobre as ondas. E por fim, a constatação mais importante foi a de que o revestimento não pode estar em qualquer lugar, caso contrário pode até aumentar a intensidade das ondas. A localização correta não é difícil, deve-se apenas evitar o uso desta tecnologia nas entradas e saídas de túneis.
Este estudo revelou aspectos significantes para o uso desta tecnologia. Além de otimizar a sua aplicação e revelar os aspectos aerodinâmicos desconhecidos, ele também será utilizado pelo governo da China como base para regulamentar a utilização dos revestimentos.
Para mais informações, acesse:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0886779815303084