205

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.