Estudo da estabilização dinâmica de lastro ferroviário para melhoria das condições operacionais de via permanente. - Pereira, Paulo André Moraes (2023)
Ao longo do acúmulo de tráfego, a via sofre degradação e perda da qualidade geométrica. Como forma de correção, são empregados processos como a socaria que, em contrapartida, provocam certa desestabilização da camada de lastro. Assim, após algum tempo depois deste processo de manutenção, geralmente são impostas restrições de velocidade operacional da via. Para retornar parcialmente a uma condição mais estável e de maneira mais rápida, podem ser adotados métodos de estabilização dinâmica que induzem vibrações laterais e cargas verticais na via, a fim de se consolidar a camada de lastro. Embora esta técnica venha sendo utilizada por algumas ferrovias, existem poucos estudos relacionados à eficiência deste processo em vias com elevada carga por eixo, como a Estrada de Ferro Carajás (EFC). Além disso, até o presente momento, nenhum estudo abordou o impacto da estabilização dinâmica na quebra de partículas de lastro. Desta forma, a presente pesquisa objetiva avaliar o comportamento em campo de uma via submetida à socaria e posterior estabilização com o equipamento Dynamic Ground Stabilization (DGS). Como parâmetros da operação de socaria, foram avaliadas inserções únicas ou múltiplas das hastes socadoras. Já os parâmetros de estabilização dinâmica foram de cargas de 170 ou 230 kN e frequências de vibração de 28 ou 35 Hz. O estudo foi dividido em duas etapas, sendo a primeira ocorrida em um pátio ferroviário, onde oito subtrechos experimentais com diferentes combinações de parâmetros operacionais de socaria/estabilização foram monitorados estruturalmente (deflexão vertical e módulo de via), geometricamente (desvio padrão dos parâmetros geométricos) e fisicamente (peso específico aparente do lastro e avaliação da quebra de suas partículas). Esta primeira etapa objetivou selecionar duas combinações operacionais de ambos os equipamentos que gerassem melhores resultados. Inicialmente, constatou-se que a socaria múltipla resultou em ganhos entre 13 a 16% na resistência lateral, 13 a 38% na compacidade do lastro, 20% a 32% em rigidez vertical da via, além de propiciar melhor correção geométrica (em comparação com a inserção única). Estes resultados indicam que, ao se optar por este método de socaria, são esperados maiores níveis de estabilidade logo após a manutenção, destacando-se que não foram observadas degradações perceptíveis no lastro com a aplicação dos diferentes tipos de socarias. No que se refere à estabilização dinâmica, foram selecionadas cargas verticais de 170 e 230 kN e frequência de 35 Hz, uma vez que estes propiciaram elevações na resistência lateral e no peso específico aparente do lastro, melhores qualidades geométricas e não causaram degradações perceptíveis no lastro (em comparação com somente socaria). A segunda etapa do estudo teve o intuito de investigar o comportamento da via socada/estabilizada ao longo do acúmulo do tráfego, empregando-se as duas combinações operacionais otimizadas, determinadas na primeira etapa, em um trecho experimental recém-renovado da linha principal da EFC. Desse modo, foram gerados três subtrechos experimentais de socaria múltipla (referência), múltipla|170kN|35Hz e múltipla|230kN|35Hz que foram monitorados estruturalmente (deflexão vertical, módulo de via e tensões dormente/lastro e lastro/sublastro), logo nos primeiros ciclos de carregamento da via. Além disso, os subtrechos também foram monitorados geometricamente, por meio do desvio padrão dos parâmetros geométricos, durante os seis primeiros meses de operação da via. Como resultados, observou-se que a estabilização dinâmica promoveu melhorias nas condições estruturais da via, uma vez que reduziu a rigidez vertical e tensões na infraestrutura (em comparação com somente socaria). Ainda, a estabilização dinâmica com 230 kN e 35 Hz foi mais efetiva, pois gerou valores de módulo de via dentro das faixas recomendadas pela literatura. Quanto ao monitoramento geométrico, não foi observada uma tendência única de elevação ou redução de qualidade geométrica com a estabilização dinâmica em comparação com somente socaria. Além disso, em alguns casos, a aplicação da estabilização dinâmica proporcionou maiores desvios padrões, corroborando com estudos encontrados na literatura que concluíram que os benefícios da estabilização podem ser mais notáveis em um maior acúmulo de tráfego. Comparando-se os subtrechos estabilizados, nota-se que a aplicação de 230 kN obteve melhores resultados do que 170 kN, mantendo-se a frequência de 35 Hz. A presente pesquisa contribuiu para o avanço no conhecimento da estabilização dinâmica do lastro, principalmente para o cenário das ferrovias de carga nacionais, que possuem procedimentos de manutenção, velocidades de operação, cargas transportadas e características geotécnicas diferentes das observadas nos poucos e únicos estudos internacionais sobre o tema.