Como majorar a carga para dimensionamento de Ferrovias

Fonte da Figura: http://www.vale.com/

No dimensionamento dos trilhos, para a definição dos momentos fletores e das tensões atuantes no trilhos, é necessário a utilização de um parâmetro que relaciona a condição de suporte da via, ou seja, da resposta elástica da camada de lastro. No dimensionamento de Talbot, esse parâmetro é chamado de módulo de fundação da via (U), e para o dimensionamento de Zimmermann o parâmetro é chamado de coeficiente de lastro (c).

O módulo de fundação da via apresenta uma correlação onde é diretamente proporcional ao coeficiente de lastro e da largura da faixa de soca (b), conforme Equação 1.

ubc
Equação 1 – Correlação entre Módulo da via e Coeficiente de Lastro

Eisenmann (1977) recomenda os seguintes valores para coeficiente de lastro, em função da qualidade da infraestrutura:

  • c = 20 N/cm³ (2 kgf/cm³) – Infraestrutura ruim
  • c = 50 N/cm³ (5 kgf/cm³) – Infraestrutura boa
  • c = 100 N/cm³ (10 kgf/cm³) – Infraestrutura muito boa

Outro autor que sugere valores para o coeficiente de lastro é B. Lichtberger (2005):

  • c = 2 kgf/cm³ – Subleito muito ruim (Solo fino ou Areia fina)
  • c = 5 kgf/cm³ – Subleito ruim (Solo coesivo, Solo mole a duro)
  • c = 10 kgf/cm³ – Subleito bom (Areia ou cascalho)
  • c = 15 kgf/cm³ – Subleito muio bom (Cascalho ou rocha)
  • c = 30 kgf/cm³ – Substrato de concreto (pontes ou túneis)

Para os módulos de fundação da via (U) são apresentados os seguintes módulos:

  • U = 960 N/cm² – Para via ruim
  • U = 2880 N/cm² – Para via média
  • U = 5760 N/cm² – Para via boa

As solicitações calculadas pelos métodos de dimensionamento precisam ser majoradas devido as incertezas e as simplificações dos procedimentos. Dessa forma, diversos são os modelos de majoração da carga sendo as mais conhecidas a da AREMA, recomendada por Stopatto (1987) e a de Eisenmann (1977).

O modelo de majoração da AREMA é apresentado na Equação 2, onde V é a velocidade em quilômetros por hora e D é o diâmetro externo da roda.

k
Equação 2 – Coeficiente de Majoração da AREMA

Já Eisenmann (1977) recomenda um método de majoração mais rigoroso, que depende do fator de risco, da condição da superestrutura, e da velocidade do veículo. A Equação 3 apresenta a formulação geral.

q2
Equação 3 – Majoração da carga

Na Equação 3, t é um coeficiente que varia conforme o risco. Dessa forma:

  • Risco de 68,3% – t = 1
  • Risco de 95,4% – t = 2
  • Risco de 99,7% – t = 3

Já o fator ρ é um fator de majoração em função do estado de conservação da via e da velocidade:

  • ρ = 0,1 Φ – Superestrutura em condição muito boa
  • ρ = 0,2 Φ – Superestrutura boa
  • ρ = 0,3 Φ – Superestrutura ruim
  • ρ = 1 – Para velocidade inferior a 60 km/h
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Equação 4 – Coeficiente de majoração em função da velocidade

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Fontes:

PAIVA, C.E.L. “SUPER E INFRAESTRUTURAS DE FERROVIAS: Critérios para Projeto“. Editora Elsevier: São Paulo, 2016.

NABAIS, R.J.S; “MANUAL BÁSICO DE ENGENHARIA FERROVIÁRIA”. Oficina de Textos: São Paulo, 2015.

NETO, C.B. “MANUAL DIDÁTICO DE FERROVIAS“. Universidade Federal do Paraná: Paraná, 2018.

STOPATTO, S. “VIA PERMANENTE FERROVIÁRIA: Conceitos e aplicações“. São Paulo, 1987.

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