Comportamento termo-hidro-mecânico do sublastro da via férrea: um estudo experimental e numérico.

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Castro, Guilherme Barbosa de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Carregamento cíclico; Compaction; Ferrovias (Infraestrutura); Finite element method; Mecânica dos solos; Método dos Elementos Finitos; Permanent deformation; Railways (Infrastructure); Recycling; Solo cimento; Solo não saturado; Triaxial tests; Unsaturated soil; Vias permanentes
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3138/tde-25092025-075847/

O aumento da demanda por transporte de commodities e desenvolvimento sustentável tem impulsionado o crescimento do setor ferroviário global, por ser mais econômico, menos poluente e mais eficiente. A necessidade de expandir a capacidade de carga de forma sustentável, juntamente com os efeitos climáticos extremos, tem levado a investimentos na qualidade da infraestrutura ferroviária, com foco em soluções e materiais resilientes. A reciclagem de materiais geotécnicos descartados, combinada com materiais alternativos, reduz a poluição e a exploração de recursos naturais. Países como Estados Unidos, Austrália, Áustria, Alemanha e Índia aplicam essa técnica para melhorar a rigidez e a drenagem da via, reduzir deformações no subleito, paralisações e custos de manutenção. No Brasil, essas soluções ainda são raras, mas relevantes para operações de carga e passageiros, impactando o desenvolvimento socioeconômico. Este estudo avalia soluções de materiais geotécnicos, incluindo solo, rejeito de lastro desguarnecido (RLD), brita de jazida e cimento, para aplicação em camadas de sublastro visando à reabilitação da infraestrutura ferroviária por meio de um Equipamento de Grande Porte (EGP). O objetivo é aumentar a capacidade de carga por eixo de 32,5 para 40 t e aprimorar a produtividade no processo de reabilitação da infraestrutura ferroviária de carga pesada (heavy haul) em comparação com métodos tradicionais de construção e terraplenagem. Diversos ensaios laboratoriais foram realizados para caracterizar as propriedades físicas, químicas, hidráulicas, térmicas e mecânicas dos materiais. Modelos numéricos bidimensionais e tridimensionais foram implementados para prever o comportamento de curto e longo prazo de camadas granulares, utilizando modelos constitutivos elásticos e resilientes não lineares precisos e um robusto modelo de acúmulo de deformação por ciclos de carga que considera a interação de cargas cíclicas entre o sistema trem-ferrovia. Também foram avaliados os efeitos climáticos no sublastro por meio de um modelo numérico bidimensional. Testes de verificação em escala real foram conduzidos para monitorar e analisar o desempenho estrutural do sublastro em condições operacionais de 40 t/eixo e velocidade de 80 km/h, em uma instalação de teste em laboratório em escala real. As análises numéricas mostraram que a avaliação do fluxo de água e do comportamento de materiais não saturados é essencial para prever o desempenho hidráulico e a capacidade de impermeabilização do sublastro em cenários de mudanças climáticas. O uso do modelo de acúmulo de deformação por ciclos de carga permitiu prever deformações permanentes de longo prazo e avaliar a viabilidade de aplicação em solos granulares lateríticos tropicais. O estudo estabeleceu parâmetros técnicos relevantes e realistas para o desempenho estrutural e a compactação da camada de sublastro usando o EGP, concluindo que o equipamento não é recomendado para operações de carga pesada acima de 32,5 t/eixo, exceto para solos lateríticos granulares bem graduados modificados com 3% de cimento. Também demonstrou potencial para solos arenosos não lateríticos estabilizados com RDL e 3% de cimento. O estudo contribuiu para procedimentos de avaliação, aplicação e controle de qualidade de materiais por meio de ensaios laboratoriais, compactação, modelagem numérica e monitoramento em escala real, além de propor o uso de materiais para sublastro utilizando solos, rejeito de lastro reciclado através do EGP, promovendo a sustentabilidade ferroviária.