Renovação de plataformas ferroviárias

Esta dissertação pretende ser um contributo para o desenvolvimento de uma metodologia de abordagem do problema da renovação de plataformas ferroviárias em serviço, em particular no que se refere aos estudos de avaliação da capacidade de carga e técnicas de reforço. A referida metodologia foi desenvolvida com o objectivo de apoiar os projectos de renovação das vias ferroviárias existentes em Portugal.
Os principais aspectos abordados são os mecanismos que contribuem para a degradação das vias férreas, a caracterização “in situ” das plataformas, as existentes e as que são renovadas, o comportamento mecânico dos materiais que as constituem (os existentes e os das camadas a colocar) e os procedimentos para a sua caracterização.
Procedeu-se à descrição dos elementos que constituem as vias férreas balastradas e do seu funcionamento, quando sujeitas às acções impostas pelos comboios. Apontam-se algumas das vantagens deste tipo de solução estrutural clássica, quando comparada com outras. Referem-se os principais mecanismos que contribuem para a deterioração do estado da via. Analisam-se os métodos que normalmente são utilizados no dimensionamento deste tipo de infra-estruturas de transporte.
Desenvolveu-se uma pesquisa no sentido de estabelecer os procedimentos mais adequados para a caracterização da subestrutura das vias férreas antigas e renovadas. A selecção desses métodos contemplou diversas variáveis, quer relacionadas com as características intrínsecas dos métodos, quer com as restrições relativas às obras onde foram utilizados. Apresenta-se uma revisão bibliográfica que é o estado de arte do conhecimento do comportamento dos materiais granulares, semelhantes aos que normalmente constituem as camadas de apoio das vias férreas. Apresentam-se os modelos numéricos que têm vindo a ser utilizados para a representação desse comportamento.
A realização de um número elevado de ensaios sobre os materiais e as camadas que constituem a subestrutura antiga das vias férreas da Linha do Norte permitiu a obtenção de um importante acervo de dados, com os quais foi possível estabelecer algumas correlações entre diversas características físicas e de estado dos materiais e o módulo de deformabilidade reversível, e entre este e a resistência à penetração medida pelo penetrómetro dinâmico ligeiro.
Desenvolveram-se estudos laboratoriais e num trecho experimental visando a aplicação do método do georradar para determinação da espessura das camadas de apoio da via férrea. Procedeu-se a uma campanha de ensaio num subtroço da Linha do Norte. O desenvolvimento de um equipamento de carga triaxial cíclica de grandes dimensões (Ø = 300 mm) permitiu a caracterização mecânica, em laboratório, do balastro contaminado e dos agregados britados de granulometria extensa que constituem as novas camadas da subestrutura da via férrea. Essa caracterização mostrou que alguns dos modelos constitutivos já validados por outros investigadores, para outros materiais, se adaptam bem ao comportamento dos materiais agora analisados.
A modelação física de subestruturas da via férrea em fossas de ensaios, onde se construíram provetes prismáticos de grandes dimensões (2,2×2,2×1,0 m3 e 4,0×4,0×2,8 m3), permitiu reproduzir, no essencial, as condições físico-mecânicas das subestruturas das vias férreas antigas e daquelas que são renovadas. Os ensaios realizados nestes modelos evidenciaram alguns aspectos importantes do comportamento destas subestruturas, nomeadamente no que se refere à sua deformabilidade e ao comportamento que exibiram quando sujeitas a ensaios de cargas repetidas.
A aplicação de diversos métodos não destrutivos na caracterização física e mecânica da subestrutura da via férrea, e a comparação dos resultados obtidos com cada um deles permitiu avaliar a potencialidade de cada um desses métodos, e estabelecer valores de referência do módulo de deformabilidade equivalente em diversas situações.
A modelação numérica da subestrutura da via férrea, através de um programa onde se implementaram os modelos constitutivos estabelecidos com base em ensaios laboratoriais, permitiu reproduzir os resultados dos ensaios realizados no modelo físico. A modelação numérica da via, contemplando a superstrutura e a subestrutura, permitiu avaliar a resposta em termos de tensões e deformações das camadas de apoio e da fundação, quando sujeitas às cargas impostas pelos comboios e à influência das condições climáticas.
Finalmente, apresentam-se as conclusões mais relevantes dos estudos realizados e estabelecem-se linhas de desenvolvimento futuro no domínio da caracterização dos materiais granulares e das camadas da subestrutura das vias férreas.

Descritores: Linha férrea / Balastro / Fundação da via férrea / Deformabilidade da via férrea / Capacidade de carga / Camada de fundação / Renovação de caminho de ferro / Ensaio de penetração / Ensaio in situ / Ensaio laboratorial / Simulação numérica / Ensaio em modelo / Tese / PT