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Há dois métodos mais consagrados para dimensionamento de trilhos ferroviários, ambos baseiam-se na consideração da grade apoiada em um meio elástico, ou seja, o modelo é semelhante a uma viga solicitada sobre uma fundação deformável.
O procedimento de cálculo pelo método de Talbot admite que cada trilho da via trabalha em uma condição semelhante a uma viga sobre apoio elástico, seguindo o modelo de equação diferencial apresentado na Equação 1.
A geometria da via, ou o traçado da rodovia, é definido como um alinhamento que tem por função representar o eixo principal em planta e em perfil. Com o alinhamento principal são definidos outros parâmetros como as faixas de rolamento, plataforma, acostamento, drenagem e os taludes em seção de cortes e aterros.
Por teoria, a geometria nos ensina que a menor distância entre dois pontos é uma reta. Entretanto, o traçado de uma rodovia nem sempre pode ser apenas uma reta, devido os altos custos envolvendo escavações e a topografia dos locais. Dessa forma, objetiva-se uma alternativa em que os benefícios sejam superiores aos custos no período do projeto, geralmente mais do que 30 anos.
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 perfil utilizado para os trilhos da via permanente é definido em função das solicitações, sendo elas as tensões no contato roda trilho, as tensões de flexão do trilho sob a camada de fundação da via e as tensões devido a temperatura.
A pressão máxima de contato roda trilho foi apresentado no artigo sobre efeito combinado, e estimado por Eisenmann considerando o contato como uma área retangular com largura de 12mm, conforme Equação 1. Onde Q é a carga por roda (kN), e r é o raio externo da roda (mm), sendo a pressão dada em pascoal.
O revestimento é a última camada do pavimento e nunca deve ser fabricado, transportado e aplicado quando a temperatura ambiente for menor que 10 graus celsius.
O material asfáltico que chega na obra deve apresentar certificado de resultados de ensaio, emitido pela empresa contratante. Segundo a DNIT 031/2006 deve apresentar também uma indicação clara do tipo de material, a quantidade e a distância entre a usina e o canteiro de obra.
Antes de iniciar o dimensionamento das camadas e dos componentes de uma via permanente é necessário definir previamente o local de origem e do destino da ferrovia, a fim de realizar um estudo geométrico do traçado da via. É necessário definir o objetivo do transporte, se será utilizado como transporte de carga ou de pessoas, e as características do veículo, como carga por eixo e a frequência operacional máxima e mínima.
As misturas utilizadas para camadas de base e de sub-base devemser executadas. preferencialmente, em centrais misturadoras para garantir as propriedades da mistura. A mistura só pode ser realizada diretamente na pista caso seja utilizado material local.
Segundo o DNIT 141/2010, a espessura da camada não deve ser inferior a 10 centímetros e nem superior a 20 centímetros. Caso a espessura exigida em projeto seja superior a 20 centímetros, deve-se dividir em camadas parciais que atendam o limite imposto.
As cargas atuantes sobre os trilhos podem ser dividas nas horizontais e verticais. A carga total é a somatória da carga por roda, da carga por aceleração lateral não compensada, pela carga do vento e pelo carregamento dinâmico. Na Figura 1 é possível identificar onde ocorre a aplicação das cargas horizontais e verticais nos trilhos.
O subleito é a camada final da terraplanagem e deve apresentar certa regularização para as próximas camadas. Segundo a DNIT 137/2010, a regularização do subleito deve ser feita com o próprio solo, apresentando expansão menor ou igual a 2%, e com índice de suporte Califórnia (CBR) e compactação determinados pelas normas do DNER 49/94 e DNER 129/94, respectivamente. Os ensaios de caracterização do solo de subleito devem ser realizados a cada 200 metros de pista, para compactação, e 400 metros para o ensaio de CBR. Em áreas de até 4000 m² devem ser coletados pelo menos 5 amostras.
Para o controle de execução, deve ser realizado ensaio de umidade higroscópica imediatamente antes da compactação da camada, segundo DNER 052/94. O ensaio é realizado para cada 100 metros de pista, por meio do “speed test”. A Figura 1 ilustra o ensaio.
Para o dimensionamento dos elementos que compõem a superestrutura da via permanente é necessário definir, e quantificar, os esforços atuantes na via. Nas ferrovias, os eixos dos veículos ferroviários geram esforços nos trilhos, que são transmitidos para dormentes e desses para o lastro e sublastro. Essas camadas granulares atuam como um apoio elástico para a estrutura.
Além da Inércia 