ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS MÉTODOS EMPÍRICO E MECANÍSTICO DO DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO FERROVIÁRIO
Mayssa Alves da Silva Ana Carolina da Cruz Reis
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS MÉTODOS EMPÍRICO E MECANÍSTICO DO DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO FERROVIÁRIO Mayssa Alves da Silva Ana Carolina da Cruz Reis
Unidade de Ensino Superior Dom Bosco
RESUMO Durante muitos anos foram utilizados métodos de dimensionamento de pavimento dotados de empirismos (denominados empírico-convencionais), com o passar dos anos, através do aprimoramento das técnicas de pavimentação foi apresentado o método mecanístico, que inclui vários parâmetros, que anteriormente não eram concebidos, mas que influenciam no dimensionamento do pavimento. No presente trabalho foi estudado o dimensionamento do pavimento de uma ferrovia hipotética, situada na região nordeste país, utilizando-se as formulações de Schramm como modelo do método empírico e simulação numérica através do software FERROVIA 3.0 como referência do método mecanístico, e comparou-se os resultados obtidos. A técnica convencional mostrou-se conservadora por utilizar como parâmetro o Índice de Suporte Califórnia – ISC originado de pesquisas específicas que não refletem a realidade brasileira. O método mecanístico apresentou-se inovador, pois considera dentre várias características, o Módulo Resiliente - MR dos materiais que irão compor o pavimento, melhor se aproximando das condições reais de campo. ABSTRACT During many years were used methods of design pavement gifted empiricisms (called empirical-conventional), over the years, through the improvement of paving techniques was introduced the mechanistic method, which includes several parameters, that previously were not conceived, but that influence the design of the pavement. In this paper was studied the design of the pavement of a hypothetical railroad, located in the northeastern region country, using formulations Schramm as a model of the empirical method and numerical simulation by FERROVIA 3.0 software as reference mechanistic method was studied and compared the results obtained. The conventional technique proved to be conservative for using as parameter the Index of Support California – ISC originated from specific searches that do not reflect Brazilian reality. The mechanistic method presented is innovative as it considers of several features, the module Resilient - MR material that will compose the pavement, better approaching the real field conditions.
1. INTRODUÇÃO O dimensionamento de um pavimento pode ser executado por dois principais métodos, o empírico (também denominado convencional) e o mecanístico (considerado uma metodologia avançada). Os métodos empíricos englobam as formulações de vários autores baseados em experiências de campo adquiridas ao longo do tempo. No entanto, ainda hoje, grande parte dos profissionais faz uso dessa metodologia para dimensionamento do pavimento, mas existem pesquisadores que indagam acerca da plena eficácia desses procedimentos, uma vez que não retratam a realidade das condições de campo brasileira, pois se baseiam no Índice de Suporte Califórnia (ISC), um ensaio também chamado de CBR - California bearing ratio, criado especificamente para estudo da capacidade dos solos da malha ferroviária californiana, que apresentam clima e tipos de solos diferentes do Brasil. Já os métodos mecanísticos, possuem foco puramente científico, com base teórica suficiente para permitir a análise completa do comportamento mecânico do pavimento ante as ações do clima e do trânsito de veículos, que resulta no entendimento do comportamento mecânico do conjunto (situação mais próxima da realidade das solicitações que sofre o pavimento).
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O estudo teve por objetivo analisar o dimensionamento de um pavimento ferroviário pelos métodos empírico e mecanístico e avaliar as diferenças entre eles a fim de apresentar resultados que subsidiem profissionais do setor na escolha do método. O método empírico será abordado pelo uso de fórmulas e teorias convencionalmente estabelecidas e de comum uso nos projetos ferroviários (Método de Schramm). E, para o método mecanístico será feito uso do software Ferrovia (versão 3.0) desenvolvido em 1993 e atualizado em 2002 pelo prof. Régis Martins Rodrigues, também utilizado em algumas dissertações que envolvem a temática, como Spada (2003) e Von der Osten (2012).
2. MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS As metodologias atualmente utilizadas para o dimensionamento de pavimentos possuem origem de natureza diferenciada, uma através de experiências adquiridas ao longo do tempo, denominado de método empírico ou convencional, e a outra desenvolvida a partir da teoria da elasticidade, utilizando ensaios que simulam os ciclos de aplicação das cargas ao pavimento, denominado de método mecanístico. 2.1 Método Empírico (Convencional) Segundo Medina e Motta (2005) dimensionamento convencional dos pavimentos ferroviários, considera a resistência à ruptura por cisalhamento do subleito e que buscou-se na engenharia rodoviária e aeroportuária o índice de suporte Califórnia para caracterizar o subleito ferroviário. De maneira geral, convencionalmente se dimensiona o pavimento conhecendo, primeiramente, a demanda de tráfego que o mesmo será submetido, e partir daí efetua-se o cálculo das pressões transmitidas ao lastro e demais camadas constituintes do pavimento.
Segundo Gomes (1984), Schramm admite que as pressões no lastro se propagam segundo uma linha de espraiamento inclinada a um ângulo ε a partir do eixo vertical do plano vertical que secciona a via nos sentidos transversal e longitudinal. O valor de ε é estabelecido segundo o tipo, estado e condições de umidade do lastro. Sendo: ε=40° para lastro grosso, áspero e seco ou ε=30° para lastro fino, liso e úmido. O procedimento para o dimensionamento empírico (convencional) das camadas do pavimento ferroviário conforme os estudos de Schramm segue resumidamente as seguintes etapas: 1. Cálculo da tensão admissível no subleito, através da fórmula de Heukelon; 2. Cálculo da altura do lastro equivalente h (altura contada a partir da face inferior do dormente) por meio da equação de Gerhard Schramm; 3. Cálculo da tensão atuante no topo do sublastro, reforço do subleito (se houver) e subleito, através da fórmula de Schramm e considerando as alturas das camadas superiores; 4. Cálculo dos valores de CBR necessários para as camadas do pavimento ferroviário através da fórmula de Heukelon, considerando as tensões atuantes na face superior de cada camada; 5. Cálculo das alturas reais das camadas, inserindo os valores dos ângulos e os respectivos coeficientes de distribuição sugeridos por Schramm.
2.2 Método Mecanístico Motta (1991) afirma que um método de dimensionamento é dito analítico ou mecanístico quando usa uma teoria ou método de cálculo de esforços atuantes para prever as tensões e
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deformações do tráfego e do clima que atuam na estrutura do pavimento, e procura compatibilizá-las com as tensões resistentes. Dos programas mais comumente utilizados tem-se o Geotrack e o Ferrovia 3.0, sendo que este último foi utilizado na presente pesquisas para obtenção dos resultados pretendidos. O software é brasileiro e foi desenvolvido em 1993, atualizado em 2002. Com base mecanística, o programa apoia-se no método dos elementos finitos, no caso da análise dos trilhos, dormentes e aparelhos de fixação, e método das camadas finitas para a análise das camadas do pavimento (lastro, sublastro e subleito). O FERROVIA 3.0, por métodos numéricos, faz a análise estrutural da via ferroviária, calculando as tensões e deformações das camadas do pavimento. Os dados de entrada do software são: Dados de entrada referente à grade ferroviária: Dados gerais da Bitola (cm), espaçamento entre dormentes (cm), e módulo de k (kgf/cm); Trilhos: módulo de elasticidade (kgf/cm²); momento de inercia (cm4), área da seção transversal (cm²) e largura (cm); Dormentes: módulo de elasticidade (kgf/cm²), momento de inércia (cm 4), largura (cm), área da seção (cm²), comprimento (cm) e tipo de dormente (monobloco ou bi-bloco). Dados de entrada referente à fundação: Dados gerais: número de camadas e número de incrementos de carga (quantas vezes o programa irá repetir os cálculos); Propriedades das camadas: informação do número da camada, espessura (cm), coeficiente de Poisson, coesão (kgf/cm²), ângulo de atrito (graus), número de subcamadas, e informação do tipo de material que compõe a camada. Dados de entrada referente às cargas aplicadas: Número de cargas a serem aplicadas, número do ponto nodal, tipo de carga, e valor do carregamento.
O valor do módulo k (dado de entrada da grade) é referente à rigidez da fixação. De acordo com Selig e Li (1994) apud Spada (2003) , “é o parâmetro que expressa à compressão entre o topo do trilho e a base do dormente”, depende ndo do tipo de dormente ocorre variação da rigidez da fixação, conforme Tabela 1.
Tabela 1: Valores admitidos de rigidez da fixação (Spada (2003)) Tipo de dormente Rigidez da Fixação (kN/m) Madeira 70.000 Monobloco de concreto 170.000 Bi-bloco de concreto 253.000 O FERROVIA 3.0 considera os trilhos como sendo vigas elásticas assentes sobre 11 dormentes, conforme grade exibida na Figura 1. Segundo Von der Osten (2012) a malha de elementos finitos os números de 1 a 121 referem-se aos pontos nodais nos dormentes, os números 122 a 167 referem-se aos pontos nodais dos trilhos. Os números circulados de 1 a 100 correspondem aos elementos de viga referentes aos dormentes, os números circulados de 111 a 154 correspondem aos elementos de viga referentes aos trilhos e os números circulados de 155 a 176 correspondem aos elementos de fixação (molas) que conectam os trilhos aos dormentes. Os dados de saída do programa são armazenados em pastas, onde CONTATO.DAT consta a
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Pressão máxima no contato dormente-lastro, em OUTFLEX.DAT estão às tensões de tração e de cisalhamento nos trilhos e dormentes, o esforço cortante e momento fletor nos trilhos e dormentes, e a força de reação trilho-dormente, em RESPOSTA.DAT tem-se os dados referentes à deflexão máxima no trilho, deflexão máxima no lastro, deslocamento dos trilhos e deslocamento dos dormentes, e em TIESAI.DAT tem-se a tensão máxima de compressão no topo do subleito.
Figura 1: Grade de onze dormentes com os pontos nodais, base do programa FERROVIA 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Para o estudo comparativo foi considerado um caso hipotético, de uma ferrovia no nordeste do país, onde as principais características de projeto são:
Ferrovia destinada ao transporte de cargas, com capacidade para 40 toneladas por eixo; 4 (quatro) locomotivas (composição) com 6 (seis) eixos; 330 (trezentos e trinta) vagões com 4 (quatro) eixos; 27 (vinte e sete) pares de viagem por dia; Bitola de 1,60m; Trilhos TR-68; Dormentes do tipo monobloco de concreto; Período de projeto de 12 (doze) anos; Velocidade máxima de 80 km/h; CBR da plataforma (subleito) igual a 8%.
Para a camada de sublastro foram usados os resultados de ensaios realizados em uma jazida situada na região estudada. Foram realizados ensaios de caracterização e Módulo Resiliente dos solos em laboratórios idôneos. Da referida AES - Área de Empréstimo para Sublastro (jazida) foram ensaiadas três amostras, escolheu-se os valores da amostra 3 coleta dos dados de MR e CBR. Trata-se de cascalhos lateríticos com silte arenoso de cor amarela, que para o ensaio de CBR apresentou resultados variando entre 6,9% e 38,1%. Quanto ao ensaio triaxial dinâmico de carga repetida da referida amostra, obteve-se o gráfico apresentado na Figura 2. Nota-se que valores do MR variaram entre 130 e 450 MPa e que os valores de k1 e k2 são 1.121,5 e 0,689, tais dados foram utilizados na simulação através do
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programa Ferrovia 3.0. É valido ressaltar que os ensaios utilizados são de propriedade de empresa particular, da qual não há conhecimento da realização de ensaios com outros parâmetros ou outros modelos de MR.
Figura 2: Resultado do ensaio triaxial dinâmico da amostra 3. 3.1 Dimensionamento pelo método empírico (convencional) O dimensionamento do pavimento ferroviário da forma convencional foi realizado com base em fórmulas consideradas consagradas e obedecendo as premissas estabelecidas, conforme cálculos apresentados a seguir.
Cálculo do módulo de elasticidade do solo (E d) O módulo de elasticidade do solo de base (subleito), utilizando a formulação de Heukelon é:
Cálculo do número “N”
Para o cálculo do número de ciclos de aplicação de cargas durante o período de projeto (N), será considerada uma locomotiva com 4 (quatro) composições com 6(seis) eixos e 27 (vinte e sete) pares de viagem por dia, 330 (trezentos e trintas vagões) vagões com 4 (quatro) eixos e também 27 (vinte e sete) pares de viagem por dia.
( ) Tensão admissível ( ) no subleito A tensão admissível no subleito é 0,7121 kg/cm², conforme cálculo realizado através da equação de Heukelon:
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Cálculo da altura (h) - profundidade contada da parte inferior do dormente Calcula-se a altura (h), considerando as pressões transmitidas ao subleito. Pela Fórmula de Gerhard Schramm, será considerado K=0,6 (Constante variando em 0,4 e 0,8) e carga de 40 toneladas por eixo, sendo assim, a carga estática da roda (P R) será de PR = 40/2 x1000 PR = 20.000kg.
Considerando o coeficiente dinâmico igual a 1,43 (fórmula AREMA - C d=1+(33.V)/100.D; V=49,71milhas/hora e D=38 polegadas), a carga de roda será de P R =1,43x 20.000kg PR =28.600kg. A carga máxima sobre um apoio do trilho (R) será de R= KxP RR = 0,6x28.600R = 17.160 kg. O ângulo (є ) formado pela vertical e a linha de espraiamento das tensões será 36º (na fórmula o ângulo deverá ser usado em radianos) e profundidade contada da parte inferior do dormente (h), também denominada altura do lastro equivalente, apresentada na fórmula abaixo.
Onde: Ph - pressão transmitida à profundidade h, a partir da face inferior do dormente (kg/cm²). L Comprimento do dormente (cm). s - distancia eixo a eixo dos trilhos (cm). b - largura do dormente (cm). - Ângulo formado pela vertical e a linha de espraiamento das tensões (°). h profundidade contada da parte inferior do dormente (cm). R - Carga máxima sobre um apoio do trilho (kg). Tensão no topo do Sublastro Para o cálculo será fixando à espessura do lastro em 30 cm, desta forma a tensão na face superior do sublastro será de 3,23 kg/cm², conforme cálculos a seguir.
Tensão no topo do Reforço do subleito Para o cálculo leva-se em consideração a altura do lastro e do sublastro, desta forma foi fixado uma altura de 30 cm para o lastro e 25 cm para o sublastro (h será a soma destes dois valores). A tensão na superfície superior do reforço será de:
Como a altura total h, calculada anteriormente (136,12cm), verificasse a necessidade de
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reforço do subleito, com uma espessura superior a 81,12cm, considerar-se-á 81,13cm. Tensão no topo do subleito O lastro foi fixado em 30 cm, o sublastro em 25 cm e o reforço em 81,13 cm, h será a soma destes três valores e a tensão atuante no subleito será 0,7120 kg/cm², conforme abaixo:
Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR) necessários Uma vez calculadas as tensões nas camadas de sublastro, reforço e subleito, calculam-se os valores de CBR necessários às camadas, utiliza-se a fórmula de Heukelon:
Alturas reais das camadas O método de Schramm calcula as alturas reais das camadas de lastro, sublastro e reforço. Para encontrar os valores dessas espessuras, primeiramente, consideram-se ângulos de distribuição de tensões e calculam-se as suas respectivas tangentes. Em seguida calculam-se os coeficientes de distribuição com base nas tangentes encontradas (Tabela 2).
Tabela 2: Coeficientes de distribuição de tensões Camadas Lastro Sublastro Reforço do subleito
Ângulos de distribuição (º) 40º 36º 32º
Tangente dos ângulos 0,839 0,727 0,625
Coeficientes de distribuição (0,839)/(0,839)=1,00 (0,727)/(0,839)=0,866 (0,625)/(0,839)=0,745
As alturas reais necessárias a cada uma das camadas e as alturas a serem adotadas em campo na hipótese de construção da ferrovia estão apresentadas na Tabela 3, as mesmas são calculadas dividindo-se o valor da altura prefixada pelo coeficiente de distribuição definido na Tabela 2. A Figura 3 apresenta um esquema referente à seção tipo do pavimento ferroviário conforme resultados encontrados pelo método de dimensionamento convencional/empírico.
Tabela 3: Alturas reais das camadas - método convencional Camadas Lastro Sublastro Reforço do subleito
Alturas reais (cm) 30/(1,0)=30,00 25/(0,866)=28,87 (81,13)/(0,745)=108,94
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Alturas de campo (cm) 30 30 110
Figura 3: Esquema da seção tipo – Resultado do dimensionamento pelo método convencional 3.2 Dimensionamento pelo método mecanístico Os dados referentes às espessuras das camadas, solicitados como dados de entrada no programa FERROVIA 3.0 foram as resultantes do dimensionamento convencional, calculados no item anterior. Inseriu-se os dados referentes à grade, sendo dados gerais, dos trilhos e dormentes, exibidos nas Tabelas 3 e 4. O módulo K foi de 170.000 kN/m (173.349kgf/cm), conforme valor apresentado na Tabela 1, para dormentes do tipo monobloco de concreto. Tabela 3: Dados gerais Bitola (cm) 160
Distância entre dormentes (cm) 61
Módulo K (Rigidez da fixação) 173.349
Tabela 4: Dados dos trilhos e dormentes Característica Módulo de Elasticidade (E) - kgf/cm² Momento de Inércia (I) - cm4 Largura – cm Área da seção – cm² Comprimento – cm Tipo
Trilho 2.100.000 3920,90 15,24 86,52
Dormente 294.120 23.404 26,5 556 280 Monobloco
As informações dos trilhos são do fabricante Comercial Forte seguindo as especificações da AREMA e os dados dos dormentes foram baseados em informações do fabricante Dorbrás (2008). Os dados inseridos referentes à fundação foram os apresentados nas Figuras 4 e 5 referentes às telas do software FERROVIA 3.0. É importante expor que os valores referentes à coesão, ângulo de atrito e coeficiente de Poisson foram adotados de Von Der Osten (2012), bem como, a espessura da camada de subleito, para fins de simulação no programa.
Figura 4: Dados do lastro e do sublastro
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Figura 5: Dados do reforço do subleito e do subleito. Os dados inseridos referentes às cargas aplicadas foram os apresentados na Tabela 5. Os pontos escolhidos para a aplicação das cargas foram nos pontos nodais 134, 140, 157 e 163, seguindo o critério de espaçamento entre rodas igual a 1,43m.
Tabela 5 – Dados das cargas aplicadas na grade – Força vertical Ponto Valor
134 -20 tf
140 -20 tf
157 -20 tf
163 -20 tf
Os resultados finais fornecidos pelo programa FERROVIA 3.0 são armazenados nos arquivos “Contato.dat, Outflex.dat, Resposta.dat e Tiesai.dat”. Alguns dos resultados que o programa fornece, serão apresentados em forma de gráficos e tabelas. De início fez-se a conferência das cargas aplicadas. A Tabela 6 mostra os valores referentes às reações as cargas aplicadas em cada ponto. A soma das reações deveria ser igual à soma das cargas aplicadas, neste caso, 80.000kgf (80 ton/ vagão), na tabela verifica-se que o resultado é bem próximo deste valor.
Tabela 6: Forças de reação entre os dormentes-Trilhos
O gráfico da Figura 6 contempla os valores das pressões de contato entre dormentes e lastro, que consiste nas tensões atuantes no topo da camada de lastro. Segundo as recomendações da Arema (1999) apud Spada (2003) a máxima tensão de contato admitida pelo lastro é 0,4 MPa, ou seja, 4kgf/cm². Conforme resultado obtido acima, a máxima pressão identificada é de 2,88 kgf/cm², ou seja, encontra-se dentro do limite sugerido pela AREMA. 3,00E+00 2,50E+00 ² 2,00E+00 m c / f g 1,50E+00 k m e 1,00E+00 s e 5,00E-01 õ s s e r 0,00E+00 P
4 7 0 3 6 9 2 5 8 1 4 7 0 3 6 9 2 5 8 1 4 7 0 3 6 9 2 5 8 1 3 3 4 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 9 9 9 0 0 0 0 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1
Pontos nodais dos dormentes
Figura 6: Pressões de contato dormentes-lastro.
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Os deslocamentos, também chamados de deflexões, podem ocorrer nos dormentes e trilhos. Neste estudo os resultados estão apresentados nos gráficos da Figura 7, verifica-se que o maior valor de deflexão a ser suportado pelos dormentes será de -0,12 cm, e de -0,17 cm nos trilhos. 0,00E+00 m c -2,00E-02 m e -4,00E-02 s o-6,00E-02 t n e -8,00E-02 m a c -1,00E-01 o l s e -1,20E-01 D -1,40E-01
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 1 1 1
0,00E+00
m c m e-5,00E-02 s o t n e-1,00E-01 m a c o-1,50E-01 l s e D
2 5 8 1 4 7 0 3 6 9 2 5 8 1 4 7 2 4 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
-2,00E-01
Pontos nodais dos dormentes
Pontos nodais dos trilhos
Figura 7: Deslocamentos nos dormentes e deslocamentos nos trilhos
São apresentados nos gráficos das Figuras 8 e 9 os valores dos momentos fletores atuantes nos dormentes e nos trilhos. O valor máximo encontrado para os momentos fletores nos dormentes sob os trilhos foi de 4.537,663kgf.cm, que equivale a 0,45kN.m. Quanto aos momentos fletores no centro dos dormentes, o valor máximo foi de 35.929,49kgf.cm e não foi encontrado momento negativo. 50000,00 30000,00 m 10000,00 c . f g-10000,00 k -30000,00 m e s o-50000,00 t n e -70000,00 m o-90000,00 M -110000,00
1
5
9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 1 1 2 2 2 3 3 4 4 4 5 5 6 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 1 1 2 1 1 1 1 1 1
Pontos nodais nos dormentes Figura 8: Momentos fletores nos dormente
200000,00 100000,00 m c . f 0,00 g k -100000,00 m e s -200000,00 o t n e -300000,00 m o M-400000,00
2 2 1
5 2 1
8 2 1
1 3 1
4 3 1
7 3 1
0 4 1
3 4 1
6 4 1
9 4 1
2 5 1
5 5 1
8 5 1
1 6 1
4 6 1
7 6 1
Ponto nodais dos trilhos Figura 9: Momentos fletores nos trilhos
Spada (2003) diz que a AREA (Atual AREMA), recomenda que os dormentes monobloco de
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concreto sejam fabricados com capacidade de suportar um momento fletor de 34,56 kN.m sob o trilho e 23,04 kN.m de momento negativo no centro d o dormente.” Dessa forma, o momento fletor nos pontos dos dormentes situados sob os trilhos estão dentro das indicações supracitadas. A Figura 6 expõe as tensões atuantes no topo do sublastro, reforço e subleito.
Figura 6: Tensões verticais nas camadas elásticas O valor da tensão na base do lastro (topo do sublastro) é de aproximadamente 1,26 kgf/cm² (123.563,79 N/m²). No topo do reforço do subleito a tensão encontrada foi de 0,99 kgf/cm² (97.085,84 N/m²) e no topo do subleito a tensão foi de 0,32 kgf/cm² (31.381,28 N/m²). No dimensionamento convencional verificou-se que a tensão admissível do subleito foi de 0,712 kgf/cm² (69.823,35 N/m²), representa um valor de tensão bem acima do valor que está atuando nesta camada pelo método mecanístico, cerca de 45% de diferença.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS A presente pesquisa abordou a potencialidade do dimensionamento do pavimento ferroviário pelo método empírico confrontado com método mecanístico. Existem diferenças significativas entre as metodologias analisadas. O método convencional ainda é amplamente utilizado no dimensionamento de pavimentos ferroviários no Brasil, observou-se que a abordagem dessa técnica é dotada de formulações simplificadas e baseadas em estudos e experiências de pesquisadores da área, como Schramm. O modelo considera apenas o valor do CBR do subleito como característica para o dimensionamento do pavimento como um todo e faz a análise das camadas de forma individual, descartando as interações entres as mesmas. O método mecanístico, mostrou-se atualizado, uma vez que requer uma série de características físicas e mecânicas dos materiais constituintes da superestrutura e infraestrutura ferroviária, sendo ainda, subsidiado por ensaios que simulam o tráfego o qual o
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material que comporá o pavimento será submetido, que tornam o método adequado para a realidade brasileira. O método oferece uma gama de resultados que proporcionam uma análise mais detalhada do comportamento e esforços atuantes em cada elemento que compõe a via férrea. Por outro lado, o software não apresenta uma interface “clara” para os usuários.
A comparação numérica entre os métodos só foi possível quando se confrontou os resultados das tensões máximas atuantes no topo de cada camada do pavimento que são valores resultantes em ambos. Para o método mecanístico a tensão máxima atuante no subleito foi de 0,32kgf/cm²(31.381,28 N/m²) ao passo que para o convencional foi de 0,712 kgf/cm²(69.823,35 N/m²), para o reforço do subleito foi de 1,76kgf/cm²(172.597,04 N/m²) pelo empírico e 0,99kgf/cm²(97.085,84 N/m²) para o mecanístico, e para o sublastro foi de 1,26kgf/cm²(123.563,79 N/m²) pelo mecanístico e 3,23kgf/cm²(316.754,80 N/m²) pelo convencional. Conclui-se que o método empírico apresenta valores superdimensionados quando comparados com os valores apresentados pelo método mecanístico. Valores para subleito, reforço e sublastro 45%, 56% e 39%, respectivamente, maiores pelo método convencional do que para o mecanístico. Desta forma, seria possível otimizar as camadas do pavimento, permitindo redução de CapEx e prazo de implantação de obra. Notou-se ainda que, outros autores chegaram a estas conclusões também para os pavimentos rodoviários, dos quais se tem Coutinho (2011), que diz que: “apesar da metodologia do DNER ser a mais utilizada no Brasil, a metodologia mecanística-empírica apresenta uma maior capacidade de descrever o desempenho funcional e estrutural de um pavimento”
Nesse contexto, considera-se que os objetivos foram alcançados, uma vez que foram analisados os dimensionamentos de um pavimento ferroviário pelos métodos supracitados, avaliaram-se as diferenças e ofereceram-se resultados capazes de subsidiar os interessados pela temática a escolherem o método mais adequado para o dimensionamento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AREMA - AMERICAN RAILWAY ENGINEERING AND MAINTENANCE OF WAY ASSOCIATION. Practical Guide To Railway Engineering: Basic Track . Chapter 3. p. 148. 2003. DORBRÁS – Companhia Brasileira de Dormentes. Dormente monobloco de concreto protendido para via de bitola larga com fixação Pandrol FastClip isolada e trilho TR 68 na inclinação 1/40. 2008. MOTTA, Laura Maria Goretti da. Método de dimensionamento de pavimentos flexíveis: critério de confiabilidade e ensaios de cargas repetidas. Tese. 366 p. COPPE/ UFRJ. Rio de Janeiro, 1991. MOTTA, Laura Maria Goretti da. MEDINA, Jacques de.. Mecânica dos Pavimentos. 574 p. 2ª edição. Rio de Janeiro, 2005. SCHRAMM, Gerhard. Técnica e economia na via permanente. 1977. SELIG, E.T. e WATERS, J.M. Track Geotechnology and Substructure Management . London, 1994. SPADA, Jorge Luís Goudene. Uma Abordagem de Mecânica dos Pavimentos Aplicada ao Entendimento do Mecanismo de Comportamento Tensão-Deformação da Via Férrea. COPPE/UFRJ, D.Sc., Engenharia Civil, 2003. Tese – Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE. VON DER OSTEN, Fabiana Bartalini. Avaliação de Quatro Solos Tropicais para Sublastro da Estrada de Ferro Carajás. Dissertação de mestrado. 166 p. Instituto Militar de Engenharia. Rio de Janeiro, 2012. GOMES, José Júlio Prata. Racionalização do dimensionamento da superestrutura ferroviária e camada final de terraplenagem . Tese. IME – Instituto Militar de Engenharia. Rio de Janeiro, 1984. COUTINHO, João Camilo Penna. Dimensionamento de pavimento asfáltico: comparação do método do DNER com um método mecanístico - empírico aplicada a um trecho . Dissertação. Ouro Preto, 2011. –
Mayssa Alves da Silva (
[email protected]) Ana Carolina da Cruz Reis (
[email protected]) Dep. Eng. Civil, Unidade de Ensino Superior Dom Bosco, Av. Colares Moreira, nº 443, São Luí s- MA, Brasil.
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