Maria Rafaela Bezerra de Macêdo Ribeiro
Resumo
A presente pesquisa trata a respeito da aplicação do conceito de Vigas sob Base Elástica aplicada a ferrovias. Os métodos tradicionais baseiam-se no modelo de Winkler, onde o Trilho tem comportamento semelhante a uma viga infinitamente apoiada por molas, que serão a rigidez (módulo de via) do pavimento ferroviário. Foram desenvolvidos modelos analíticos no MATLAB e numérico por meio de Elementos Finitos usando o programa comercial SAP 2000 para avaliação longitudinal da via. Tais modelos desenvolvidos para calibração foram baseados em dados experimentais in situ para diferentes condições de via (Colmatada, Desguarnecida e Nova), apresentando dormentes de madeira ou concreto que foram monitoradas na Estrada de Ferro Carajás e que são encontradas na literatura. Os resultados dos esforços, de maneira geral mostraram-se bastante satisfatórios, no qual foram apresentados deslocamentos, momento, tensão no patim do trilho e cortante, além de tensões na interface dormente-lastro e infraestrutura para diferentes composições tipo para transporte de cargas de minério e grãos, bem como carro de passageiros, sendo avaliado o comportamento da via considerando os casos de carga para um rodeiro, truque e engate, e posteriormente para composições completas com a locomotiva. Dessa maneira, foi possível avaliar como a superposição de efeitos influencia nos resultados, em comparação aos fatores de impacto dinâmicos, tal como o preconizado pela AREMA (2017), dentre outros. Variaram-se também os perfis dos trilhos comparando TR 57 e UIC 60 em relação ao TR 68. Estes são os trilhos mais utilizados no Brasil. Essa variação não trouxe diferenças significativas no desempenho da via global, podendo tal relação apresentar maior influencia em termos operacionais de tráfego nos desgastes do trilho para manutenção preventiva e preditiva local. Em contrapartida, a variação da rigidez em relação ao conjunto dos demais elementos e camadas da ferrovia, apresentou-se um parâmetro muito mais sensível. Além disso, com base nas análises realizadas principalmente para o caso de transporte de cargas é recomendável faixas de rigidez entre 25 e 70 MPa, onde a via apresenta uma boa relação entre rigidez e elasticidade para a melhor dissipação dos esforços para as demais camadas.
Abstract
The present research deals with the application of the concept of Beams under Elastic Base applied to railways. Traditional methods are based on the Winkler model, where the Rail behaves similarly to a beam infinitely supported by springs, which will be the stiffness (track modulus) of the railway pavement. Analytical models were developed in MATLAB and numerical models by means of Finite Elements using the SAP 2000 commercial program for longitudinal assessment of the track. Such models developed for calibration were based on in situ experimental data for different track conditions (Colmated, Unguarded and New) featuring wooden or concrete sleepers that were monitored on the Carajás Railroad and that are found in the literature. The results of the efforts, in general, were quite satisfactory, in which displacements, moment, and stress in the rail base shear were presented, in addition to tensions in the sleeper-ballast and sub-ballast-subgrade interfaces for different types of compositions for cargo transport of ore and grains, as well as a passenger car, evaluating the behavior of the track considering the load cases for a wheelset, bogie, and hitch, and later for complete compositions with the locomotive. In this way, it was possible to evaluate how the superposition of effects influences the results, in comparison to dynamic impact factors, such as recommended by AREMA (2017), among others. The rails were also varied comparing TR 57 and UIC 60 in relation to TR 68. These are the most used rails in Brazil. This variation did not bring significant differences in track global performance, and this relationship may have a greater influence in terms of operational traffic on rail wear for local preventive and predictive maintenance. On the other hand, the variation in stiffness in relation to the set of other elements and layers of the railroad presented itself as a much more sensitive parameter. In addition, based on the analyzes carried out mainly for the case of load transport, stiffness ranges between 25 and 70 MPa are recommended, where the track has a good relationship between stiffness and elasticity for better dissipation of efforts to the other layers.
