Descrição: O dimensionamento de pavimentos ferroviários se baseia em metodologias empíricas que não avaliam as propagações das tensões inerentes aos diferentes tipos de veículos de via, bem como desconsidera as rigidezes dos dispositivos que integram o sistema ferroviário. Em relação a infraestrutura, a metodologia clássica utilizada, quase sempre se baseia na classificação americana TRB, baseada na granulometria e plasticidade, o que reprova muitos dos solos disponíveis no Brasil para utilização no sublastro. Porém, tais análises implica um cálculo complexo, que considere os trilhos, suas fixações, dormentes, lastro, sublastro e demais camadas. Nesse contexto, com intuito de se viabilizar o cálculo das tensões e posterior análise da admissibilidade de diversos tipos de solo, surge a necessidade de uma ferramenta computacional que realize o procedimento proposto com rapidez e simplicidade, possibilitando maior eficiência, economia e segurança. Trata-se de uma inovação tecnológica importante para o mercado constituído de empresas projetistas, e de consultoria em infraestrutura ferroviária, e desenvolvido para as condicionantes de projetos e demais realidades da malha brasileira, ao contrário de softwares importados. O referido programa é baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), sendo esse, o mais recomendado pela literatura para a aplicação em questão, que envolve o cálculo de tensões e deslocamentos tridimensionais numa estrutura com diversos componentes e comportamentos mecânicos diferenciados. Para os trilhos e dormentes, é adotado o modelo elástico linear, que representa adequadamente os respectivos materiais (aço, concreto ou madeira) dentro dos limites de operação. As camadas de lastro, sublastro e inferiores são modeladas com base no comportamento resiliente, incluindo variações para diversos tipos de solo. Os trilhos são discretizados por elementos de barra lineares com base na teoria de Timoshenko, onde são informados os parâmetros da seção, incluindo área e momento de inércia nos três eixos. A discretização dos dormentes e das camadas é feita por elementos tridimensionais lineares, implementados com o Método da Integração Reduzida. A fixação entre trilhos e dormentes é representada por elementos específicos, que permitem a consideração das rigidezes de mola correspondentes às três direções. O modelo de material resiliente introduz ao problema um comportamento não linear, pois o módulo de resiliência, diretamente relacionado ao módulo de elasticidade, é dependente das tensões, que são um resultado do cálculo. Para solucionar esta não linearidade, foi adotado o Método de Newton-Raphson, que apresenta considerável robustez e rápida convergência. Para aumentar a praticidade da ferramenta, é importante que a etapa de pré-processamento, que compreende a entrada de dados, tais como bitola da via, espaçamento de dormentes, dimensões das camadas, propriedades dos materiais, etc. No pós-processamento, priorizou-se os resultados mais importantes, como tensões máximas nas camadas, esforços e deslocamento no trilho. Como o cálculo é feito nas três direções (x, y e z), também é disponibilizada a visualização tridimensional dos deslocamentos e tensões, permitindo uma melhor percepção do comportamento estrutural do pavimento. Desta forma, concentraram-se os dados de entrada naqueles já disponíveis no desenvolvimento de um projeto de ferrovia e resumiram-se os resultados naqueles desejados. Portanto, a ferramenta elaborada se distingue de softwares comerciais de elementos finitos para aplicações gerais (e.g. ANSYS, ABAQUS e DIANA), que exigem um elevado conhecimento em modelagem e MEF. Os resultados de deslocamento no trilho e pressão de contato entre dormente e lastro calculados com a ferramenta desenvolvida são muito próximos das medições obtidas numa via instrumentada, o que evidencia a confiabilidade da ferramenta desenvolvida com base na metodologia proposta. Numa próxima etapa de validação, pretende-se instrumentar também a camada de sublastro, para obtenção das tensões na mesma. Por fim, é feito um estudo de caso, comparando-se o dimensionamento obtido a partir da metodologia tradicional com aquele calculado pela ferramenta desenvolvida. Também são comparados os custos de construção da via entre os dois métodos, alcançando-se uma significativa redução de preço por quilômetro de ferrovia com a metodologia proposta.
AUTORES: Nome: Jose Carlos Silva Filho, Antonio Carlos Rodrigues Guimarães, Gabriel De Carvalho Nascimento.
