Compósitos de cortiça no transporte ferroviário

Vantagens e desempenho

Painéis e Compósitos

Qual o impacto de uma solução compósito de cortiça em aplicações de transporte, usado em pisos interiores de carruagens de transporte ferroviário de passageiros?

O piso Alucork® é uma estrutura leve em compósito, constituída por um painel em sanduíche, feito com um núcleo Corecork^TM, resultando numa redução significativa de peso em comparação com a tecnologia atual de painéis de madeira (contraplacado), melhorando o desempenho térmico e isolamento ao ruído.

Redução de custos na indústria dos transportes

A Amorim Cork Composites, unidade de negócios do Grupo Amorim, está comprometida com o desenvolvimento e fabrico de produtos técnicos, ambientalmente amigáveis à base de cortiça, para inúmeras indústrias e aplicações. A indústria ferroviária é um dos segmentos estratégicos na ACC, onde a inovação e a criatividade na procura de soluções é uma constante.

Como em todos os modelos de mobilidade, a redução de peso imposta em carruagens ferroviárias é determinante para os consumos energéticos. O crescente número de exigências ao nível do conforto e segurança dos passageiros, bem como a eficiência da operação, tem sido uma constante de há longa data.

Requisitos como a incorporação de sistemas HVAC, redução de ruído, aumento do isolamento térmico, versatilidade das estruturas, regulamentos ao nível da segurança de estruturas de colisão, normalmente têm um efeito em comum: o aumento de peso.

O custo energético decorrente do aumento de peso, tanto a jusante da cadeia de fornecimento e suportado pelo operador devido a um maior consumo energético, como a montante, no fabrico das matérias-primas/materiais, e montagem dos componentes e equipamentos, é o principal impulsionador da utilização de estruturas em materiais compósitos que, sendo mais leves, sustentáveis e com maior durabilidade, atuam positivamente na redução do custo total da solução.

Descrição e funcionalidade

Ao introduzir a cortiça com borracha como material de núcleo aplicado em painéis de madeira em sanduiche (CPA - contraplacado acústico), a ACC apresentou uma inovadora solução para a redução de ruído e de vibração em pisos interiores para comboios.

A combinação de materiais viscoelásticos (como a cortiça), num painel sanduíche, já por si contribui largamente para uma redução de peso e boas performances a nível acústico.

A utilização de painéis de madeira (CP - contraplacado, e CPA - contraplacado acústico) no fabrico de pisos interiores continua a ser a tecnologia predominante.

A aposta num novo piso Alucork® (Figura 1-B), composto por uma combinação de um núcleo em Corecork^TM(compósito de cortiça aglomerada de baixo peso) com peles de liga de alumínio revestindo cada lado, tomou a dianteira nas soluções de baixo peso e menor custo total à disposição da indústria. Demonstrativo é o Gráfico 1 que coloca o Alucork® num nível de peso substancialmente abaixo (8,6kg/m² para Alucork® 20mm) das típicas soluções de contraplacado (CP) e contraplacado acústico (CPA) com espessuras equiparáveis.

O piso Alucork®, conta com uma espessura total estandardizada de 20 mm. Esta, porém, é adaptável através da modificação da espessura do núcleo de Corecork^TM e, em casos específicos, das peles de alumínio, a fim de acomodar as necessidades singulares de cada projeto, quer pelos requisitos estruturais e dimensionais quer pelos de isolamento térmico e acústico. O piso final é de construção modular através da interligação entre os vários painéis Alucork®, que por sua vez é acoplado à estrutura da carruagem.

Através da avaliação individual das necessidades de cada projeto, são acopladas aos painéis Alucork® perfis em liga de alumínio aquando da sua construção. Estas servem de substrato às ligações mecânicas entre painéis, permitindo a fixação de elementos como bancos, mesas, divisórias, varões, armários técnicos e outros, garantindo assim o necessário reforço estrutural em ligações com maiores solicitações e conferindo a continuidade da superfície, o nivelamento e a inexistência de juntas visíveis no piso final.

A incorporação dos perfis nos painéis, não serve apenas para a interligação mecânica dos vários painéis que compõem o piso e para dar resposta aos requisitos de fixação. São também aplicados nas faces laterais dos painéis limítrofes, para assim assegurar a selagem periférica do sistema, maximizando a proteção contra humidade, água, lubrificantes, agentes de limpeza e outras substâncias estranhas ao sistema, promovendo desta forma a durabilidade global do sistema. Testes efetuados a esta configuração, atestam a sua eficácia na estabilidade dimensional e a retenção de características mecânicas, bem como a ausência de crescimento de fungos em ambientes de humidade elevada.

O desenho customizado e a modularização dos painéis Alucork® garantem, assim, a correta montagem e alinhamento do piso como um todo, apresentando uma melhoria substancial da eficiência no tempo de assemblagem do piso final e respetivos componentes.

Caracterização

Excelente flexão sob carga distribuída e resistência a cargas concentradas

O âmbito da caraterização sumária destina-se a evidenciar o desempenho mediante questões como a segurança, conforto e durabilidade do painel Alucork®.

A caraterização tem por base um painel Alucork® 20mm e os requisitos típicos de clientes finais, como normas nacionais e internacionais que regulam o setor dos transportes ferroviários de passageiros.

A caracterização mecânica é parte integrante de qualquer sistema sujeito a cargas estáticas e necessidades estruturais decorrentes. Contudo nos pisos, o seu comportamento face à flexão e à indentação torna-se particularmente importante, devido às solicitações dinâmicas provenientes do movimento e distribuição de passageiros e bens na carruagem. Os valores da resistência à flexão do painel Alucork® (à carga concentrada e distribuída) e o seu respetivo módulo estão dentro dos esperados nesta característica.

Os valores do módulo à flexão bem como o comportamento à flexão sob carga distribuída (efetuado mediante um carregamento progressivo do painel em toda a sua superfície) são sempre em função das condições de fronteira; a distância entre apoios que suportam o piso na carruagem, podendo ser ajustado. O incremento do núcleo de Corecork^TM permite controlar a deflexão pretendida.

A manutenção e operacionalidade da superfície do piso são sinónimas da sua durabilidade, tendo este que resistir a solicitações de impacto ou cargas concentradas provocadas por elementos de fixação ou, eventualmente, a situações extraordinárias à operação.

A resistência ao impacto que é medida pela indentação provocada na superfície através da queda de uma esfera de aço, com uma massa de 500g e 50mm de diâmetro, de uma altura de 1 e 2 metros sobre o painel, nota-se sem o acabamento do piso final, e tem um valor máximo admissível de 1,0mm e 2,0mm respetivamente, sendo que os valores obtidos estão em conformidade com estes requisitos. Quanto à resistência a cargas concentradas a indentação é obtida mediante a aplicação de cargas de 1,0kN e 1,5kN sobre a área correspondente a um círculo de 6mm de diâmetro, provocando tensões na superfície na ordem dos 35MPa e 53MPa. Os requisitos máximos de “performance” na indentação por carga concentrada situam-se a 0,5mm e 1,0mm para as cargas referidas, demonstrando o painel Alucork® um comportamento confortável.

O conforto é um factor importante de há longa data no transporte ferroviário. Um ambiente termicamente confortável e a ausência de ruídos perturbadores são determinantes para quem escolhe este meio de transporte.

Enquanto a temperatura é regulada através de sistemas ativos (climatização forçada), a sua eficiência é afetada pela característica de isolamento dos materiais que compõem a estrutura da carruagem em contacto com o exterior, com impacto direto nos custos de operação. A performance térmica da configuração base Alucork® 20mm, medida através da condutividade térmica, posiciona-se uma ordem de grandeza abaixo, quando comparado com solução em contraplacado (CP) com o valor típico de 0,14W/mºC, fazendo com que as perdas ou ganhos térmicos com o exterior sejam significativamente diminuídos por via do piso da carruagem.

Do mesmo modo, os ruídos que são oriundos do exterior da carruagem (de origem estrutural propagados por vibração, ou meio aéreo) dependem largamente de sistemas passivos, como é a caraterística de isolamento ao ruído dos materiais. Os ruídos vindos do exterior da carruagem, essencialmente pela interação entre a roda e o carril e o ruído aerodinâmico provocado pelo comboio em andamento (através do fluxo de ar turbulento) podem ser diminuídos através de um piso com uma boa performance acústica. No entanto, este é apenas um dos componentes, entre vários a ter em conta, na redução do ruído no interior da carruagem através do piso. Verifica-se, assim, que os valores de isolamento de ruído aéreo obtidos pelo painel Alucork® 20mm de 30dB são superiores aos seus congéneres de contraplacado (CP) com espessuras equivalentes, mas ligeiramente inferiores aos contraplacados acústicos (CPA). Contudo na avaliação global, o isolamento acústico por unidade de massa (dB/kg) é significativamente maior no caso do painel Alucork®, fazendo com que esta escolha seja a mais eficiente.

O papel do comportamento ao fogo dos materiais no cenário ferroviário pode ter uma ou mais funções, com vista, em última análise, à segurança e preservação das vidas dos ocupantes do veículo. A sua função na contenção da produção de fogo e o consequente calor (intensidade) e fumo (opacidade e toxicidade) gerados devem permitir o acesso em segurança às rotas de evacuação em caso de incêndio, evitando o antecipado colapso global da estrutura.

Na Europa, a mais recente norma de referência que aborda o comportamento ao fogo de materiais e componentes em veículos ferroviários (EN45545-2) substituirá todas as normas nacionais europeias a partir de 2016. Esta norma prioriza os veículos de acordo com o nível de risco (mais baixo - HL1/HL2/HL3 – mais alto) estabelecendo assim os requisitos. Classifica todo o material a bordo em grupos e atribui-lhes os requisitos relevantes, especificando os métodos, condições e o respectivo comportamento ao fogo. No caso dos pisos, corresponde à classe de requisitos R10, onde o Alucork® tem o comportamento dentro do nível mais exigente, HL3.

Conclusão

As vantagens técnicas do compósito Alucork®, pela sua vasta possibilidade de customização e desenho modular, permitem um desempenho sem comparação em toda a cadeia de valor, desde o seu fabrico até à operação. As características singulares que cada material atribui ao compósito são um exemplo de como materiais tão díspares como a cortiça e o alumínio podem ser combinados por forma a contribuir com as suas características únicas para uma “performance” global e exigências elevadas como as do transporte público ferroviário.

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