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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.
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.
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 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.
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.
Abaixo do sub lastro de uma via férrea é encontrada a plataforma, a qual é o conjunto de procedimentos construtivos que dão forma a seção transversal e adequam o terreno local da via permanente. Dessa forma, a plataforma é o topo da camada final de terraplenagem, ou seja a parte superior da infraestrutura.
A Plataforma pode ser constituída de uma ou mais camadas de solo local, cortes ou aterros, com espessuras variando de 15 a 20 centímetros. Caso o solo apresente mais do que 5% do solo passante na peneira #200, deve receber tratamento granulométrico ou tratamento químico para anular a formação de lama.
O Sub-Lastro (sub ballast) é uma camada intermediária entre a plataforma e o lastro ferroviário. Dentre as funções do sub-lastro destaca-se a de complementar a capacidade de suporte da estrutura, completando o lastro para distribuir as tensões.
O sub lastro segue um princípio parecido com o das sub-bases de pavimentos rodoviários, sendo utilizada quando a espessura de lastro for maior do que 40 centímetros. Entretanto, o sub lastro também tem como função impedir a penetração de solo no lastro a e servir como uma camada drenante para proteger o solo da chuva.
O lastro ferroviário, assim como as camadas de pavimentos rodoviários, devem apresentar espessuras adequadas que consigam dissipar e distribuir de forma uniforme as tensões que vem dos veículos ferroviários. Isso é necessário para que as tensões verticais no topo da camada de sublastro e subleito não ultrapassem a capacidade de suporte dessas.
Os dormentes ferroviários são assentados sobre camadas de pedra britada, chamada de Lastro (Ballast). O lastro é uma camada constituída de material granular que tem como objetivo suportar a grade da via férrea. O lastro envolve os dormentes também nas laterais e longitudinais, para impedir a movimentação destes.
Além da Inércia 