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CAPÍTULO 5 – VIA PERMANENTE SEM LASTRO BRITADO
5.1 INTRODUÇÃO
Até a década de 60 os lastros das vias férreas eram construídos com pedra britada ou cascalho,
que era substituído a cada 15 – 30 anos, e cujos serviços de manutenção eram executados a cada
3 – 5 anos.
Os trabalhos de manutenção e renovação do lastro são efetuados sob condições adversas, em
intervalos entre trens sucessivos, usualmente à noite, e o período disponível para manutenção ou
restauração é normalmente inferior a 3 h – 5 h.
O aumento da velocidade dos trens (V > 200 km/h) resultou em um incremento dos custos de
manutenção em quase 200% comparado àqueles gastos em vias convencionais (V < 200 km/h).
Apesar de que o lastro de pedra britada apresenta características mecânicas apropriadas (alta
resistência transversal além de baixas tensões e recalques), a vida útil deste e a manutenção
levaram os responsáveis pelo planejamento e gerenciamento a utilizar lajes de concreto em lugar
do lastro habitual.
No entanto, é importante salientar que os lastros de pedra britada têm alta flexibilidade, custo de
construção inferior, possibilidade de corrigir facilmente defeitos na via ou recalques diferenciais,
além de proporcionar melhor absorção de efeitos dinâmicos e emissão de menores níveis de
ruído, comparado ao lastro em laje de concreto.
Neste caso, uma laje de concreto (armado ou protendido) ou ainda uma camada de mistura
asfáltica, substitui a brita e os trilhos são fixados diretamente na laje sobre os dormentes, que
descansam sobre esta. Abaixo desta laje, constrói-se uma camada de concreto hidráulico
(macadame hidráulico), e em países de climas frios, constrói-se adicionalmente uma camada
anticongelante.
Desta forma, a via sem lastro de pedra britada utiliza uma série de camadas sucessivas para
reduzir gradualmente as tensões dos trilhos até o subleito, de forma que as tensões neste sejam
inferiores a sua capacidade de suporte (Figura 5.1).
Figura 5.1 – Seção transversal de via sem lastro britado (Profillidis modificado, 2006).
As vias sem lastro britado necessitam de sistemas de amortecimento a fim de dissipar e
minimizar as tensões e vibrações resultantes das cargas do tráfego. Desta forma, a configuração
apresentada na Figura 5.1 pode ser alterada a fim de que possam ser inseridas molas de aço ou
materiais elastoméricos. Esses dispositivos podem ser dispostos sob a laje de concreto,
constituindo desta forma as chamadas “lajes flutuantes”, ou ainda serem incluídos na parte
Laje de concreto ou camada
de mistura asfáltica
Macadame hidráulico
Camada anticongelamento
Subleito
Dormentes
206
superior dessa laje. Mediante estes procedimentos, transfere-se ao subleito apenas a carga
estática dos veículos ferroviários e uma pequena parte das cargas dinâmicas não absorvidas pelo
sistema. A massa e a rigidez da laje flutuante proporcionam inércia a fim de equilibrar as cargas
dinâmicas geradas pela passagem dos trens.
As lajes flutuantes podem ser comparadas à sistemas massa-mola, cuja capacidade de atenuação
das vibrações sofridas divide-as em:
Sistemas massa-mola de alta atenuação
São constituídos por lajes flutuantes integradas a molas de aço, cuja freqüência natural de
oscilação varia entre 5 Hz e 8 Hz.
Sistemas massa-mola de média a alta atenuação
São constituídas por lajes flutuantes sobre apoios discretos
elastoméricos/borracha/misturas de cortiça, que têm uma freqüência natural entre 8 Hz e
14 Hz.
Sistemas massa-mola de média atenuação
Neste caso, têm-se lajes flutuantes sobre apoios lineares elastoméricos longitudinais, cuja
freqüência natural oscila entre 10 Hz e 16 Hz.
Sistemas massa-mola de baixa atenuação
Aqui se têm lajes flutuantes sobre manta elastomérica/borracha/misturas com cortiça,
sendo a freqüência natural de oscilação entre 15 Hz e 25 Hz.
Sistemas massa-mola para atenuação de ruídos secundários
São constituídos por elementos secundários dispostos sob a placa de apoio combinados
com palmilhas sob o trilho, tendo freqüência natural superior a 25 Hz.
O tipo de sistema a adotar dependerá da intensidade das vibrações geradas pelas cargas do
tráfego que se necessita atenuar, aliado as questões de custo. O sistema massa-mola deve ser
deformável a fim de atenuar as vibrações, no entanto, as deformações resultantes devem ser
limitadas para evitar-se a redução da vida de fadiga dos trilhos.
5.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS VIAS EM LAJE
As vias em laje apresentam as seguintes vantagens e desvantagens:
Vantagens:
Baixo custo de manutenção e condições de operação excelentes e ininterruptas.
Considerando a menor espessura da laje de concreto comparada ao lastro britado, há
redução da seção transversal requerida em túneis e menor largura do tabuleiro em pontes,
produzindo uma economia no custo global da construção.
A vida útil alcança 50 - 60 anos, ou seja, mais do que o dobro da apresentada por lastros
britados (15 - 30 anos).
Admite maiores cargas que as vias convencionais, inclusive em altas velocidades.
207
Aumento da resistência transversal e do conforto oferecido aos passageiros.
Desvantagens:
Custo de construção
As vias em laje apresentam alto custo de construção, porém os recursos economizados
em atividades de manutenção podem recuperar em alguns anos, o valor adicional
despendido para a construção desta, dependendo da situação econômica de cada país.
Elevada rigidez
Nas ferrovias, as cargas dinâmicas são muito importantes. Logo, a via permanente deve
ter elasticidade suficiente para amortecer e absorver as cargas, e, além disso, após sofrer
grandes deformações sob carregamento, recuperar seu estado inicial sem registro de
deformações permanentes. No entanto, devido à elevada rigidez das lajes, a elasticidade
dessas vias é sempre inferior à de vias convencionais com lastro britado. Assim, a
elasticidade da via é transferida às fixações e juntas elásticas entre os diferentes
elementos (usualmente elastômeros entre dormentes-lajes). Além disso, a plataforma da
via deve ter alta resistência, pois devido à grande rigidez da laje, são transmitidas cargas
elevadas à mesma. Portanto, o uso da via em laje deve ser restrito a áreas que apresentem
subleitos de boa qualidade e propriedades constantes no tempo.
Fissuração do concreto
As vias em laje são estruturas muito sensíveis aos recalques diferenciais. Caso o terreno
de fundação sofra consolidação, a laje poderá apresentar fissuração.
Drenagem
Em vias convencionais, o lastro britado permite a passagem da água, enquanto que nas
vias em laje torna-se necessário a construção de dispositivos específicos para evacuação
dessas águas (sarjetas, poços de inspeção etc.).
Dificuldade de correção de problemas de geometria
Nas vias convencionais, a instalação e correção da geometria durante os serviços de
conservação são atividades relativamente simples mediante a socaria do lastro. No caso
das vias em laje, durante a construção, a via deve ser instalada na posição exata, pois
uma vez concluída a instalação, não será possível mover-se os elementos, exigindo-se
desta forma, maquinaria de grande precisão para execução. Por outro lado, ao longo da
via útil, as lajes de concreto mantêm as características geométricas por mais tempo face à
maior rigidez do conjunto. No entanto, caso ocorram deformações, por exemplo,
fissurações devidas à recalques diferenciais, a correção dos defeitos é difícil e cara.
Ruído
Nas vias convencionais, o lastro britado dissipa as vibrações produzidas durante a
passagem dos trens, de forma que os níveis de ruído são baixos. Nas vias em laje, a taxa
de absorção de ruídos é menor, provocando um maior nível de ruído nas imediações da
via. Para amenizar esse inconveniente, ultimamente têm sido utilizados materiais para
amortecimento acústico (elastômeros nas juntas, cobertura da superfície com concreto
poroso, entre outros).
Interrogante: o que será feito dessas lajes ao final da vida útil, e como uma nova laje de
concreto a substituirá sem interromper o tráfego?
208
5.3 PRIMEIRAS EXPERIÊNCIAS, ENSAIOS E EVOLUÇÃO DA TÉCNICA
Os primeiros ensaios foram realizados em 1959 na Alemanha ocidental e nos primórdios da
década de 60 no Japão. A UIC (INTERNATIONAL UNION OF RAILWAYS) construiu em
1967 uma via experimental no Reino Unido para a realização de testes. A primeira via férrea em
laje foi construída em 1972 na estação ferroviária de Rheda, Alemanha ocidental. Nas décadas
de 80 e 90 aumentou a extensão de vias férreas construídas em laje ao redor do mundo
(Alemanha, Japão, Itália, Holanda...).
5.4 COMPORTAMENTO MECÂNICO DA VIA EM LAJE
O dimensionamento das vias em laje é feito a partir de simulações computacionais. Os métodos
tradicionais simulavam a via em laje mediante um sistema multi-camadas. No entanto, esse
procedimento demonstrou algumas imprecisões a partir de resultados de análises experimentais.
Então a simulação passou a ser feita utilizando-se o Método dos Elementos Finitos, que é uma
ferramenta de análise de maior precisão. Segundo este procedimento, o efeito dinâmico das
cargas pode ser um fator crítico. Para avaliá-lo usa-se a seguinte equação da dinâmica:
1
...
i
tttt
i
t
i
tt
itt FRUkUCUM (5.1)
Onde,
M = massa;
C = amortecimento;
k = rigidez;
U = vetor de deslocamento;
R = vetor das forças exercidas nos nós do sistema;
i = número da iteração;
t = tempo.
Esse modelo tem sido aplicado para lajes de concreto com uma tensão máxima à compressão
igual a 300 kg/cm2 e subleito de boa qualidade.
Figura 5.2 – Malha de elementos finitos para via permanente em laje (Profillidis modificado,
2006).
Trilho
Dormente de concreto bi-bloco
Laje de concreto
Macadame hidráulico
Camada anticongelamento
Subleito
209
5.4.1 Tensões e recalques no caso da via em laje
As tensões verticais sob a carga aplicada na Figura 5.2 são:
1,96 kg/cm2 entre o dormente e a laje de concreto;
0,60 kg/cm2 no topo do subleito.
Em relação aos recalques têm-se:
0,34 mm no topo da laje de concreto;
0,30 mm no topo do subleito.
5.5 TIPOS DE VIAS FÉRREAS SEM LASTRO DE PEDRA BRITADA
As vias sem lastro de pedra britada podem ser construídas a partir dos seguintes sistemas:
Sistemas de lajes pré-fabricadas
o Sistema Shinkansen;
o Sistema Bögl.
Sistemas de lajes contínuas construídas in situ
o Sistema CRAILSHEIM;
o Sistema PACT;
o Sistema ZÜBLIN.
Sistema de lajes apoiadas sobre molas (sistema GERB)
Sistemas de lajes com dormentes
o Sistema RHEDA;
o Sistema GETRAC;
o Sistema STEDEF;
o Sistema com dormentes sintéticos;
o Sistema TIFLEX.
Vias em laje com blocos pré-fabricados isolados
o Sistema COOPSETTE;
o Sistema EDILON;
o Sistema LVT (Low Vibration Track).
Via em laje com trilho embutido de forma contínua
Vias assentadas sobre camada de mistura asfáltica
Vias constituídas por lajes apoiadas em molas
210
5.5.1 Sistemas de lajes pré-fabricadas
Neste caso existem três possibilidades para a utilização deste sistema. No primeiro caso, o
sistema consiste de um conjunto de lajes retangulares pré-fabricadas de concreto protendido nos
sentidos longitudinal e transversal. Essas lajes medem aproximadamente 4,75m × 2,50m × 0,15
m e estão apoiadas sobre uma camada de argamassa betuminosa (cimento, água, ligante
asfáltico, aditivos fluidificantes e areia), cuja missão é absorver as oscilações, vibrações e ruído.
Essa camada de argamassa betuminosa proporciona um apoio regular e contínuo à placa pré-
fabricada, compensando as irregularidades de execução da camada na qual a mesma está assente.
A argamassa betuminosa é assentada sobre uma laje de concreto armado de 25 cm de espessura
que utiliza armadura dupla simétrica.
Sistema Shinkansen
Aqui os trilhos são dispostos diretamente sobre uma laje pré-fabricada de concreto protendido
(Figura 5.3). Para absorção dos efeitos dinâmicos crescentes (oscilações, vibrações e ruído), uma
camada de mistura asfáltica de 40 cm de espessura é interposta entre a laje pré-fabricada de
concreto e o leito da via. Essa camada asfáltica proporciona um apoio regular e contínuo à placa
pré-fabricada, compensando as irregularidades de execução da camada na qual a mesma está
assente. No Japão, essas lajes medem horizontalmente 4,95 m × 2,34 m e tem 16 cm de
espessura em túneis e 19 cm em vias a céu aberto. Além disso, detentores cilíndricos são
utilizados para impedir movimentos laterais e longitudinais da via.
Figura 5.3 – Sistema Shinkansen (Profillidis modificado, 2006).
Sistema Bögl
É uma variação do sistema Shinkansen. Aqui as peças pré-fabricadas em concreto medem
horizontalmente 6,45 m × (2,55~2,80) m × 0,20 m. Essas lajes pré-fabricadas são armadas
longitudinalmente e protendidas lateralmente. A tensão de compressão admissível para corpos de
prova cilíndricos é igual a 450 kg/cm2.
Laje pré-
fabricada de
concreto
protendido Camada asfáltica
Camada anticongelamento
Subleito
Detentores
211
Figura 5.4 – Sistema Bögl (Profillidis modificado, 2006).
5.5.2 Sistemas de lajes contínuas construídas in situ
Sistema Crailsheim
Este sistema consiste de uma camada anticongelamento sobre a qual se assenta uma camada de
base tratada com cimento. Posteriormente sobre esta última camada, assenta-se uma laje de
concreto de 2,40 m de largura, sem dormentes. Essa laje é armada de forma contínua, contendo
0,9% de aço na seção transversal, o que lhe permite apresentar fissuras livremente.
O pavimento é construído mecanicamente, tendo-se como referência uma seção transversal em
forma de dormente. Os assentamentos das fixações são construídos a partir da altura e posição
lateral exigida sobre o concreto fresco mediante uma segunda máquina que acompanha
imediatamente a fôrma deslizante.
Sistema PACT (Paved Concrete Trackbed)
Este sistema foi desenvolvido a partir de dois estudos realizados pela British Rail. O primeiro
estudo tinha por objetivo desenvolver uma tecnologia para que uma máquina guiada, mediante
um cabo, pudesse trabalhar dentro da limitada bitola da via férrea, sem interferir com as vias
adjacentes. No segundo estudo, procurou-se construir duas novas seções de ensaio utilizando o
equipamento desenvolvido anteriormente. Em uma dessas seções foram introduzidas curvas de
raio reduzido e aparelhos de mudança de via; enquanto que na outra seção, tentou-se avaliar o
comportamento da laje sob elevadas solicitações de tráfego. A partir dos resultados desses
estudos, surgiu o PACT (Paved Concrete Trackbed). O aparelho desenvolvido permitia a
construção de uma laje contínua de concreto armado sem a utilização de juntas.
Sistema Züblin
Nesta técnica, os dormentes monoblocos ou bi-blocos são embutidos diretamente durante a
concretagem, em uma laje monolítica de concreto de 20 cm de espessura e tensão admissível
igual a 300 kg/cm2 para corpos de prova cilíndricos.
Laje pré-
fabricada de
concreto
Camada asfáltica
Camada anticongelamento
Subleito
212
Figura 5.5 – Sistema Züblin (Profillidis modificado, 2006).
5.5.3 Sistemas de lajes apoiadas sobre molas – Sistema GERB
Este sistema é constituído por vias permanentes flutuantes, ou seja, apoiadas em molas. Durante
o tráfego dos veículos ferroviários, são geradas forças dinâmicas cujas freqüências de excitação
são superiores as freqüências naturais do sistema de lajes flutuantes GERB.
Aqui os trilhos são fixados, mediante fixações elásticas, a uma laje de concreto construída in
loco ou em dormentes instalados em um lastro britado disposto dentro de um canal de concreto.
A laje ou canal é isolada de outros elementos da plataforma mediante molas individuais
contendo elementos metálicos helicoidais altamente elásticos. Essas molas formam uma
interface elástica com a massa da laje isolando efetivamente as forças dinâmicas existentes.
Apenas o peso próprio do trem e uma percentagem muito pequena das forças dinâmicas são
transferidos a plataforma através dessas molas.
As molas de aço helicoidais são ideais para isolamento das vibrações. Entre suas vantagens
constata-se:
Alta capacidade de carregamento;
Alta elasticidade;
Fornecem um sistema de baixa freqüência natural;
Rigidez específica nas três direções principais;
Curva linear para cargas vs deflexões;
Não há diferenças entre rigidez estática ou rigidez dinâmica;
Não há variações nas propriedades ao longo do tempo;
Vida útil quase ilimitada.
A eficiência do isolamento do sistema com lajes flutuantes depende principalmente da
freqüência natural vertical do sistema, da existência ou inexistência de cargas móveis atuando na
via, do amortecimento e das freqüências naturais de flexão dessas lajes. Os sistemas GERB são
projetados para freqüências naturais baixas variando entre 4 e 8 Hz. Desta forma, podem ser
obtidos valores bastante elevados (de 20 a 25 dB) em termos de atenuação, até mesmo em baixas
freqüências de excitação.
O isolamento das lajes pelo sistema de molas GERB pode ser feito mediante três dispositivos
padronizados:
Subleito
Camada anticongelamento
Macadame hidráulico
Laje de concreto
Dormente Trilho
213
Molas pré-tensionadas (tipo GP)
Molas sem pré-tensão (tipo K)
Molas Jack-up (tipo GSI)
Molas pré-tensionadas (tipo GP)
Neste caso, essas molas são encontradas em peças de forma retangular que contem um número
específico de molas de aço. Elas são projetadas para elevadas capacidades de carga e podem ser
aplicadas como roletes em pontes ferroviárias. Essas molas geram freqüências baixas atuando
sobre a laje flutuante, sendo então mais efetivas na redução da transmissão de forças dinâmicas
entre as vigas mestras e as respectivas colunas/pilares. Essas molas são pré-tensionadas e
permitem o reajustamento do nível de pontes quando necessário devido a adensamento da
estrutura. Além disso, as molas pré-tensionadas tipo GP também podem atuar temporariamente
como apoios rígidos permitindo a construção das lajes na superfície superior desses dispositivos.
Posteriormente, o sistema de molas é ativado mediante liberação dos parafusos de pré-tensão
sem necessidade de alteração da elevação da via.
Figura 5.6 – Molas pré-tensionadas tipo GP (GERB, 2008).
Molas sem pré-tensão (tipo K)
Neste caso, as molas não apresentam pré-tensão, sendo projetadas para cargas menores e
características operacionais mais simples. Essas molas são instaladas nas laterais das lajes ou
canais de concreto, sendo distanciadas de 3 a 8 m entre si. Essa laje ou canal de concreto pode
ser pré-moldado disponibilizando nesse momento espaço para instalação das molas.
Posteriormente essas peças pré-fabricadas são levadas ao local de instalação na via. Os espaços
existentes na peça preparados para inserção das molas são preenchidas por tais elementos e a
peça é finalmente descarregada sobre os respectivos apoios/pilares. Também é possível a
instalação das molas nas suas posições finais na estrutura e então descarregar a peça pré-
fabricada sobre esses elementos.
Figura 5.7 – Molas sem pré-tensão tipo K (GERB, 2008).
214
Molas Jack-up (tipo GSI)
Neste caso o dispositivo consiste de um molde cilíndrico contendo um mecanismo de mola. Esse
molde é concretado in loco junto aos demais elementos da laje. O mecanismo de mola contém
uma mola de aço helicoidal ou um conjunto e molas. Os mecanismos de molas são instalados
após a cura do concreto. As molas são então comprimidas mediante macacos hidráulicos que
elevam a laje até a altura de projeto. As molas tipo GSI são embutidas na laje resultando em
espessuras de laje inferiores, facilitando sua utilização, por exemplo, em túneis. Além disso, os
elementos dessas molas são facilmente acessíveis para inspeção ou substituição a partir da
superfície da laje da via
Figura 5.8 – Molas tipo GSI (GERB, 2008).
As molas são instaladas em pares no sentido longitudinal de cada laje. O tipo de mola a ser
empregado e o distanciamento entre elas dependem dos seguintes parâmetros:
Massa e rigidez da laje de concreto;
Carga de projeto por eixo e velocidade de deslocamento dos trens;
Raios e superelevações das curvas horizontais;
Capacidade de suporte da plataforma.
Neste sistema recomenda-se a utilização de lajes com comprimentos variando entre 20 e 50m,
pois o emprego de lajes compridas com baixas freqüências naturais à flexão tem influência
positiva na redução da vibração e no controle do ruído resultante do tráfego dos veículos. As
lajes compridas também permitem reduzir o número de juntas existentes na via. As cargas entre
lajes adjacentes são transmitidas pelos trilhos ou mediante barras de transferência de carga que
conectariam as extremidades de cada laje. Na região de transição entre a laje flutuante e um
lastro de brita convencional aumenta-se o número de molas para obter-se um ajuste gradual e
suave da rigidez da via.
5.5.4 SISTEMAS DE LAJES COM DORMENTES
Sistema Rheda e Rheda 2000
Neste caso, o sistema consiste em assentar dormentes de concreto sobre uma laje pré-fabricada
de concreto, cuja primeira utilização ocorreu em um trecho de 640 m na estação Rheda-
Westfalia da linha Hannover-Hamm.
No sistema Rheda primitivo, construía-se uma camada anticongelamento no topo do subleito e
sobre esta, uma camada de macadame hidráulico de 30 cm de espessura. Acima desta última
camada, assentava-se um canal de concreto armado de 18 cm de espessura. O concreto do canal
215
devia apresentar uma resistência à compressão igual a 300 kg/cm2 para corpos de prova
cilíndricos. Originalmente eram utilizados dormentes monoblocos protendidos, distanciados a
cada 65 cm, embutidos na armadura e concretados sobre a laje previamente construída.
O macadame hidráulico devia alcançar uma tensão média à compressão de 150 kg/cm2, e sua
composição granulométrica média apresenta grãos menores que 2 mm em 55%-85% do peso
total e grãos menores que 0,063 mm em menos de 15% do peso total.
O sistema original consistia de uma laje concretada in situ na qual eram integrados os dormentes
de concreto protendido. Esses dormentes tinham orifícios através dos quais se instalava uma
armadura longitudinal contínua que fornecia continuidade mecânica, rigidez e estabilidade à via.
O sistema permitia adaptação a diferentes raios e valores de superelevação da via. No entanto, a
elasticidade e o amortecimento eram proporcionados apenas pela fixação elástica sob o trilho.
Análises comparativas detectaram que os defeitos na via apresentavam valores inferiores aos
registrados para vias com lastro de pedra britada. Particularmente, observou-se que a bitola da
via permaneceu constante, enquanto que em lastros britados, esta havia sofrido grandes
variações.
Figura 5.9 – Sistema Rheda original (Profillidis modificado, 2006).
Posteriormente, eliminando-se o canal, obteve-se uma simplificação importante da configuração
global do sistema. Assim, a seção transversal da peça tornou-se um componente monolítico e
com a utilização de dormentes gêmeos, obteve-se uma redução considerável na espessura da
camada de concreto. Surgia então o Sistema Rheda 2000. Neste caso (Figura 5.10) a parte
central do dormente é concretada apenas in situ e sob os dormentes existe uma armadura
inferior, que também é concretada com a laje in situ, proporcionando elevada rigidez e
estabilidade.
Figura 5.10 – Sistema Rheda 2000.
Subleito
Camada anticongelamento
Macadame hidráulico
Canal de concreto
Enchimento
de concreto
Dormente Trilho
216
Sistema GETRAC com asfalto
Este sistema consiste em colocar dormentes pré-fabricados de concreto protendido sobre uma
camada de asfalto disposta sobre o lastro britado. Para transmitir os esforços horizontais, são
utilizadas pequenas cunhas (pedras de esquina) circulares de concreto, fixadas no local previsto
no projeto mediante argamassa. Entre o dormente e a camada de asfalto coloca-se uma manta
geotêxtil que tem por objetivo elevar as forças de atrito e eliminar qualquer eventual
desequilíbrio.
Sistema STEDEF
Este sistema foi idealizado por Roger Sonneville em 1964, tendo como característica
fundamental a capacidade de amortecer as vibrações. Aqui os blocos constituintes dos dormentes
são assentados em cavas com 8,30 cm de profundidade em relação à superfície da laje de
concreto previamente construída. Entre os blocos e o fundo dessa cava, interpõe-se uma camada
de borracha de 4,5 cm de espessura.
Essa camada de borracha é constituída por um elastômero de estrutura celular fechada, com
bolhas microscópicas preenchidas com nitrogênio. Com a camada de borracha procura-se a
formação de um invólucro que envolva, elasticamente, cada um dos blocos unidos por uma barra
metálica, até sua altura média. Essa camada é colocada manualmente, sem a utilização de
material adesivo (cola).
Adicionalmente, a fixação do trilho ao dormente também é duplamente elástica (por exemplo,
fixação Nabla + almofada de borracha sob o trilho). O uso da fixação elástica e da camada de
borracha permite a captação seletiva dos dois tipos de freqüências nocivas, nos níveis onde se
manifestam e com os meios elásticos apropriados a cada um deles. A fixação elástica além de
reter o trilho firmemente ao dormente, também filtra as vibrações de alta freqüência que são
transmitidas pelo mesmo. A filtragem das vibrações de baixa freqüência é efetuada pela camada
de borracha inserida entre o dormente e a laje de concreto.
Figura 5.11 – Sistema STEDEF (Profillidis modificado, 2006).
Subleito
Camada anticongelamento
Macadame hidráulico
Laje de concreto
Palmilha de
borracha
217
Sistemas com dormentes sintéticos
Na década de 80 foi desenvolvido no Japão um dormente sintético a partir de espuma de
poliuretano reforçado com fibra de vidro. O dormente resultante apresenta grande durabilidade
em ambientes corrosivos e frente à carregamentos repetitivos (metrôs). Além disso, esses
dormentes podem ser fabricados sob medida, com a seção transversal e comprimento desejados,
tendo desta forma, utilização propicia para vias em laje. Devido ao reduzido peso por metro
linear, a estabilidade e rigidez da via dependerá exclusivamente da laje que os engasta.
O dormente de poliuretano é empregado como um dormente embutido diretamente na laje de
concreto, tendo seção de 2,60 m × 0,10 m e peso por metro linear de 15,4 kg/m (aprox.). Na
seção central desse dormente, existe uma peça de material sintético especial na qual são
ancorados os parafusos de fixação do trilho. Esse dormente é indicado para vias com
carregamentos leves, sendo a almofada fixada diretamente sobre o dormente. Em caso de
utilização do dormente para cargas superiores, recomenda-se colocar uma almofada adicional
entre a almofada básica e o dormente a fim de reduzir as tensões de contato. Os dormentes são
colocados em suas posições na laje, revestidos com um colchão de borracha nas extremidades,
semelhante ao sistema STEDEF. A laje de concreto sobre a qual são dispostos esses dormentes
assenta-se sobre uma camada de elastômero, a fim de aumentar-se a capacidade de absorção das
vibrações.
Sistema TIFLEX
Este sistema consiste de um dormente monobloco ou bi-bloco de concreto, rodeado de um
material elástico conhecido como “Trackelast” que se adere à base e às faces laterais do
dormente. O Trackelast é colocado de forma que o dormente se ajuste exatamente na cavidade
disposta na placa de concreto.
5.5.5 SISTEMAS DE LAJES COM BLOCOS PRÉ-FABRICADOS ISOLADOS
Sistema COOPSETTE
A barra metálica que une os blocos de concreto no sistema STEDEF pode dificultar a evacuação
de um trem dentro de um túnel ou ainda inibir a circulação de veículos utilizados para a
conservação ferroviária caso estes tenham pneus. Desta forma, para solucionar esses
inconvenientes, surgiu o sistema COOPSETTE, que consiste basicamente do sistema STEDEF,
porém sem a barra metálica ligando os dois blocos dos dormentes RS. Assim, os blocos são
isolados um do outro, o que exige especial precaução durante a construção da via para a
manutenção das características geométricas. A fixação do trilho é sempre elástica e a almofada
consiste de um elastômero de 6 mm de espessura. Além disso, coloca-se sob cada bloco, uma
almofada de elastômero para reduzir ruídos e vibrações. Adicionalmente, envolvem-se as faces
laterais inferiores de cada bloco com um colchão de borracha constituído por um polímero.
Sistema Edilon
Neste sistema utilizam-se blocos de concreto independentes (sem a barra central) fixados a uma
bandeja, que é concretada a uma laje de concreto pré-existente. Cada trilho é suportado por um
bloco de concreto independente previamente fixado a uma bandeja mediante embebimento de
um elastômero conhecido como Corkelast (polímero formado por cortiça e poliuretano), que
218
atua como elemento elástico entre a bandeja e o bloco, além de operar como sistema
antivibratório.
A fixação do trilho aos blocos pode ser feita mediante qualquer tipo de fixação. A inclinação do
trilho no bloco é obtida por meio de ferramentas apropriadas. Os trilhos são alinhados por
aparelhos apoiados na laje de concreto pré-existente. Finalmente, aplica-se uma camada de
concreto de 20 cm de espessura sobre a laje de concreto existente, envolvendo-se totalmente as
bandejas e parcialmente os blocos. As armaduras de espera presentes nos blocos e nas bandejas
garantem uma ancoragem de boa durabilidade.
Neste caso, o processo de montagem da via é mais complicado, exigindo uma pré-montagem das
estruturas provisórias que são niveladas e ajustadas cuidadosamente até a concretagem
definitiva.
Figura 5.12 – Sistema Edilon (Ivesa, 2007).
Sistema LVT (Low Vibration Track)
Este procedimento é uma evolução do sistema STEDEF, no qual os blocos não são interligados
por uma barra metálica, e, além disso, esses blocos são assentados em cavas de maior
profundidade (13,6 cm em vez de 8,3 cm) deixadas na laje de concreto, a fim de melhorar a
estabilidade lateral da via. Os blocos são construídos em concreto fortemente armado, de
resistência e durabilidade elevadas, com tolerâncias estritas em relação à geometria da peça.
O invólucro de borracha que envolve o bloco é constituído por um elastômero de longa vida,
com nervuras laterais que permitem deslocamentos verticais desses blocos correspondentes às
deflexões calculadas sem produzir atrito entre o invólucro e o diminuto vão até as paredes
laterais da laje. Além disso, esse invólucro possui uma capacidade de flexão suficiente para
seguir os movimentos do bloco sem sofrer ruptura, e a palmilha com estrutura microcelular,
contém milhões de células que encapsulam nitrogênio em uma matriz elastomérica. Devido à
grande área do invólucro, as cargas unitárias permanecem baixas, o que permite prever uma vida
longa e características mecânicas duradouras. A modificação da densidade das células permite
projetar adequadamente a palmilha de acordo com as características requeridas para suportar o
tráfego de projeto.
5.5.6 VIA EM LAJE COM TRILHO EMBUTIDO DE FORMA CONTÍNUA
Neste caso o trilho é embutido na laje de concreto e o espaço livre entre este e o concreto é
preenchido com material elástico constituído por cortiça e poliuretano (Corkelast). Esse material
envolve completamente o trilho à exceção do boleto deste. O apoio do trilho é obtido mediante
duas canaletas longitudinais onde são colocados os trilhos (Figura 5.13).
Bloco de concreto
Elastômero
Bandeja
219
Os trilhos estão isolados da laje, mas indiretamente conectados à mesma mediante o material
elástico (Corkelast), semelhante ao caso dos blocos Edilon, que proporciona a elasticidade e o
amortecimento necessários.
Este sistema permite a eliminação das flexões dos trilhos entre apoios de dormentes ou blocos de
dormentes, reduz o ruído e requer uma manutenção ainda menor que os sistemas anteriores de
via em laje. O principal inconveniente é a exigência de grande precisão durante a construção da
laje e das canaletas, pois a correção de erros in situ é praticamente impossível de ser realizada
sem danificar (cortar) a laje.
Após a conclusão da construção da canaleta, coloca-se na parte inferior desta uma lâmina de
material elástico que proporciona a inclinação correspondente do trilho. A seguir, ajusta-se o
trilho na canaleta mediante golpes contra as paredes do canal. Finalmente, aplica-se o Corkelast.
Para reduzir o volume deste material, costuma-se colocar previamente, um tubo PVC de 50 mm
de diâmetro no canal.
Figura 5.13 – Via em laje com trilho embutido de forma contínua (Profillidis modificado, 2006).
5.5.7 VIAS ASSENTADAS SOBRE CAMADA DE MISTURA ASFÁLTICA
O lastro britado pode ser substituído por uma camada de mistura asfáltica de 25 a 30 cm de
espessura, sobre a qual os dormentes são posicionados. A mistura asfáltica tem as mesmas
características daquelas empregadas em rodovias, sendo a camada construída com os mesmos
princípios e equipamentos rodoviários.
Entre os dormentes e a camada de mistura asfáltica coloca-se uma lâmina de nivelamento
(geotêxtil) cuja finalidade é elevar a força de atrito e eliminar qualquer desequilíbrio entre ambos
(Figura 5.14). A transmissão de esforços horizontais dos dormentes à camada asfáltica é feita
mediante pequenas pedras angulares (cunhas) fabricadas em concreto.
Enchimento
com Corkelast
Laje de concreto
Macadame hidráulico
Camada anticongelamento
Subleito
220
Figura 5.14 – Vias assentadas sobre camada de mistura asfáltica (Profillidis modificado, 2006).
5.5.8 TRANSIÇÃO ENTRE VIA COM LASTRO DE PEDRA BRITADA E VIA EM
LAJE
As vias em laje têm maior rigidez e menor flexibilidade comparadas às vias com lastro em pedra
britada. No entanto, a qualidade global da via e o conforto oferecido aos usuários não pode ser
alterado de um ponto a outro. Assim, deve-se projetar cuidadosamente uma zona de transição
entre lastro de pedra britada e via em laje. Contudo, cada tipo de via em laje tem suas
peculiaridades na zona de transição.
Projeto de zona de transição para sistema Rheda:
A zona de transição tem seção da via com lastro em pedra britada e seção da via em laje (Figura
5.15). Na seção de transição em laje, a camada de macadame hidráulico sob a laje é estendida de
30 cm a 50 cm. Na seção de transição com brita, os grãos e pedras são vibrados (aumento do
entrosamento). Na parte AB, o comprimento da camada de macadame é aumentado e substitui
parcialmente o sublastro enquanto que em BC, a camada de sublastro é incrementada.
Dois trilhos auxiliares são colocados ao longo da zona de transição no lado interno de cada trilho
corrente. A camada anticongelamento também é estendida à parte significativa da zona de
transição.
5.5.9 CUSTOS
As vias em laje são projetadas para velocidades entre 250 km/h e 300 km/h (linhas de alta
velocidade); enquanto que linhas de metrôs e sistemas ferroviários metropolitanos são
consideradas velocidades de projeto de 160 km/h.
Na Alemanha, em 2006, os custos para construção (não incluídas obras de terra), são os
seguintes:
Sistema Rheda: € 650/m;
Sistema Züblin: € 550/m;
Enchimento com
material anti-ruído Lâmina de
nivelamento
Mistura asfáltica
Macadame hidráulico
Camada anticongelamento
Subleito
221
Pedra britada: € 350/m;
Asfalto: € 600/m;
Custo de manutenção: 10% do valor gasto para lastro de pedra britada.
No Japão os custos de manutenção das vias em laje correspondem a 20% – 30% do valor gasto
para manutenção em vias com lastro de pedra britada.
Figura 5.15 – Transição lastro britado versus via em laje (Profillidis modificado, 2006).
Via em laje Zona de transição da
laje Zona de transição do lastro
Zona de transição
Via com
lastro
britado
Trilhos auxiliares
Laje em concreto
Macadame
hidráulico
Camada anticongelamento
Subleito
Sublastro Macadame hidráulico
Lastro
Dormente Trilho
222
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
GERB (2008). Sítio web visitado em 27 de Setembro de 2008. In:
http://www.gerb.com/en/arbeitsgebiete/arbeitsgebiete.php?ID=107&kategorie=5
Ivesa (2007). Sítio web visitado em 10 de Outubro de 2007. In:
http://www.viaselasticas.com/pages/bibloque.html
Profillidis, V. A. (2006). Railway Management and Engineering. Ashgate Publishing Company.
3a edição.