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DEFEITOS PROVOCADOS PELA INTERAÇÃO VEICULO VIA NA DEGRADAÇÃO DA FERROVIA. Wellington Luiz Pereira Cel. Silveira Lopes Carmem Castro INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA RESUMO As Concessionarias de Ferrovia necessitam, consistentemente, buscar um aumento nas cargas de eixos para possibilitar, efetivamente, um incremento na produção. Porém, um aumento das cargas por eixo só pode ser alavancado assegurando que a superestrutura e infraestrutura ferroviária existente possa lidar com as maiores cargas estáticas e dinâmicas, tal como as interações do contato roda/trilho. Os elementos que constituem a via e seu funcionamento, quando sujeitos às solicitações pelas composições ferroviárias, descrevem-se as principais ações exercidas pelos trens na via, principalmente, em seu caráter dinâmico. Os mecanismos que permitem analisar a qualidade geométrica da via e os principais mecanismos que levam à sua degradação, podendo ser na superestrutura ou na infraestrutura, são muitas vezes o resultado do carregamento dinâmico de alta intensidade causado por irregularidades na roda ou no trilho. Muitos trabalhos nesta área do contato roda/trilho confirmaram a importância de avaliar suas variações na conservação da via devido à influência nos impactos dinâmicos na interface roda/trilho, que afetam a degradação geométrica da via. O planejamento eficiente para a estratégia de manutenção torna-se um processo chave para os engenheiros ferroviários. As ferramentas para um planejamento mais eficiente são necessárias para alcançar os níveis desejados de desempenho e produtividade da trilha. Trata-se de compreender a importância da rigidez da via, consequentemente, sua influência nos impactos dinâmicos na interface de roda de contato / trilho. Impactos dinâmicos orientam o processo de degradação da estrada, de modo que novas tecnologias permitem o estudo do impacto da rigidez da via e da qualidade do trilho. Desenvolver ferramentas de análise tornam-se fundamentais para atingir os níveis de desempenho e produtividade desejados no sistema. Inovações técnicas de medição têm sido desenvolvidas nas últimas décadas, permitindo estudos detalhados sobre o impacto do coeficiente dinâmico da via na qualidade geométrica da mesma, então busca apontar uma relação entre os fatores apresentados, com a finalidade de avaliar a influência das variações de rigidez e do aumento do impacto dinâmico na qualidade da via e taxas de degradação da ferrovia. ABSTRACT Railway Concessionaires need to consistently seek an increase in axle loads to effectively increase production. However, an increase in axle loads can only be leveraged by ensuring that the existing superstructure and railway infrastructure can handle higher static and dynamic loads, such as wheel / rail contact interactions. The elements that constitute the track and its operation, when subjected to the requests by the train compositions, describe the main actions performed by the trains in the road, mainly, in its dynamic character. The mechanisms that allow the analysis of the geometric quality of the track and the main mechanisms leading to its degradation, which may be in the superstructure or infrastructure, are often the result of high intensity dynamic loading caused by wheel or rail irregularities. Many works in this area of wheel / rail contact have confirmed the importance of evaluating their variations in track conservation due to the influence on the dynamic impacts at the wheel / rail interface, which affect the geometric degradation of the track. Efficient planning for the maintenance strategy becomes a key process for railway engineers. Tools for more efficient planning are necessary to achieve the desired levels of performance and productivity of the trail. This is to understand the importance of track stiffness, consequently, its influence on the dynamic impacts on the contact / rail wheel interface. Dynamic impacts guide the road degradation process, so new technologies allow the study of the impact of track stiffness and rail quality. Developing analytical tools become critical to achieving the desired levels of performance and productivity in the system. Technical innovations of measurement have been developed in the last decades, allowing detailed studies on the impact of the dynamic coefficient of the track in the geometric quality of the same, then seeks to point out a relation between the presented factors, in order to evaluate the influence of the variations of stiffness and The increased dynamic impact on road quality and railroad degradation rates.

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DEFEITOS PROVOCADOS PELA INTERAÇÃO VEICULO VIA NA DEGRADAÇÃO DA FERROVIA.

Wellington Luiz Pereira

Cel. Silveira Lopes Carmem Castro

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

RESUMO As Concessionarias de Ferrovia necessitam, consistentemente, buscar um aumento nas cargas de eixos para possibilitar, efetivamente, um incremento na produção. Porém, um aumento das cargas por eixo só pode ser alavancado assegurando que a superestrutura e infraestrutura ferroviária existente possa lidar com as maiores cargas estáticas e dinâmicas, tal como as interações do contato roda/trilho. Os elementos que constituem a via e seu funcionamento, quando sujeitos às solicitações pelas composições ferroviárias, descrevem-se as principais ações exercidas pelos trens na via, principalmente, em seu caráter dinâmico. Os mecanismos que permitem analisar a qualidade geométrica da via e os principais mecanismos que levam à sua degradação, podendo ser na superestrutura ou na infraestrutura, são muitas vezes o resultado do carregamento dinâmico de alta intensidade causado por irregularidades na roda ou no trilho. Muitos trabalhos nesta área do contato roda/trilho confirmaram a importância de avaliar suas variações na conservação da via devido à influência nos impactos dinâmicos na interface roda/trilho, que afetam a degradação geométrica da via. O planejamento eficiente para a estratégia de manutenção torna-se um processo chave para os engenheiros ferroviários. As ferramentas para um planejamento mais eficiente são necessárias para alcançar os níveis desejados de desempenho e produtividade da trilha. Trata-se de compreender a importância da rigidez da via, consequentemente, sua influência nos impactos dinâmicos na interface de roda de contato / trilho. Impactos dinâmicos orientam o processo de degradação da estrada, de modo que novas tecnologias permitem o estudo do impacto da rigidez da via e da qualidade do trilho. Desenvolver ferramentas de análise tornam-se fundamentais para atingir os níveis de desempenho e produtividade desejados no sistema. Inovações técnicas de medição têm sido desenvolvidas nas últimas décadas, permitindo estudos detalhados sobre o impacto do coeficiente dinâmico da via na qualidade geométrica da mesma, então busca apontar uma relação entre os fatores apresentados, com a finalidade de avaliar a influência das variações de rigidez e do aumento do impacto dinâmico na qualidade da via e taxas de degradação da ferrovia. ABSTRACT Railway Concessionaires need to consistently seek an increase in axle loads to effectively increase production. However, an increase in axle loads can only be leveraged by ensuring that the existing superstructure and railway infrastructure can handle higher static and dynamic loads, such as wheel / rail contact interactions. The elements that constitute the track and its operation, when subjected to the requests by the train compositions, describe the main actions performed by the trains in the road, mainly, in its dynamic character. The mechanisms that allow the analysis of the geometric quality of the track and the main mechanisms leading to its degradation, which may be in the superstructure or infrastructure, are often the result of high intensity dynamic loading caused by wheel or rail irregularities. Many works in this area of wheel / rail contact have confirmed the importance of evaluating their variations in track conservation due to the influence on the dynamic impacts at the wheel / rail interface, which affect the geometric degradation of the track. Efficient planning for the maintenance strategy becomes a key process for railway engineers. Tools for more efficient planning are necessary to achieve the desired levels of performance and productivity of the trail. This is to understand the importance of track stiffness, consequently, its influence on the dynamic impacts on the contact / rail wheel interface. Dynamic impacts guide the road degradation process, so new technologies allow the study of the impact of track stiffness and rail quality. Developing analytical tools become critical to achieving the desired levels of performance and productivity in the system. Technical innovations of measurement have been developed in the last decades, allowing detailed studies on the impact of the dynamic coefficient of the track in the geometric quality of the same, then seeks to point out a relation between the presented factors, in order to evaluate the influence of the variations of stiffness and The increased dynamic impact on road quality and railroad degradation rates.

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1. INTRODUÇÃO A qualidade da geometria da via é de suma importância para garantir a operação com segurança e economias Ferrovias. Como consequência, é necessário compreender o comportamento dinâmico das vias quando submetidas a condições de operação, completamente, distintas das que foram projetadas, especialmente, quando são sujeitas ao aumento de carga por eixo ou aumento da velocidade. Estes fatores aumentam, substancialmente, o risco de danos nos componentes da via (Sun & Dhanasekar, 2002). A capacidade de avaliar de forma rápida e precisa a condição estrutural da via sendo importante para não aumentar excessivamente em custos de construção ou manutenção (Crawford et al., 2001). Dentro desse escopo, os Engenheiros têm buscado compreender o mecanismo de degradação de via permanente. Acredita-se que a rigidez da via e as medidas de deflexão podem ter uma relação considerável na determinação da causa raiz de falhas sob diferentes condições de tráfego (Berggren, 2009; Puzavac et al., 2012). Foram desenvolvidas algumas relações entre a rigidez e a variação da rigidez da via com a degradação da geometria da via em consequência aos desvios da rigidez nas variações do contato roda/trilho. Tais variações aumentam o impacto dinâmico no trilho e, consequentemente, contribuem para aumentar a deterioração da estrutura (Burrow et al., 2009). Um entendimento mais adequado do papel das variações de rigidez na degradação da via é de fundamental importância para uma elaboração de planejamento manutenção mais adequado a realidade da ferrovia (Berggren et al., 2014). As funções fundamentais de uma Ferrovia são realizar uma operação com segurança e eficiência (Esveld,2001; Selig & Waters, 1994) e para suportar e distribuir, adequadamente, sua carga para a infraestrutura (Tzanakakis,2013). A via permanente manteve-se quase com mesmo “layout” desde a início das ferrovias no século 19, sendo uma grade formada por trilhos sobre dormentes que são sustentados por um lastro, conforme Figura 1.

A estrutura de uma ferrovia, geralmente, é dividida em duas partes: a superestrutura e a infraestrutura. Embora esta terminologia seja aceita pelos Especialistas, muitos, geralmente, não concordam com os itens pertencentes a cada parte. Alguns autores consideram a infraestrutura como sendo dividida em lastro, sublastro e subleito, que suportam a grade da via, a qual é considerada a superestrutura (trilhos, sistema de fixação e dormentes) (Aursudkij, 2007; Berggren, 2009; Berggren et al., 2010; Burrow et al., 2011; Gallego et al., 2011; Hesse et al., 2014; Hyslip, 2007; Indraratna et Al., 2011; Lim, 2004; Rhayma et al., 2013; Selig &

Figura 1: Seção transversal típica de ferrovia. Adaptado de Iwnicki (2006).

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Waters, 1994) e, portanto, o "sleeperballast" é a interface que separa as duas partes, distribuindo as cargas para proxima camada (Indraratna et al., 2011). Outros autores inserem o sublastro na superestrutura (Choi, 2014; Dahlberg, 2003; Profillidis, 2000). A superestrutura é o sistema submetidos, periodicamente, as operações de manutenção e substituição e, enquanto, a infraestrutura não deve sofrer intervenções (Profillidis, 2000). Existem outros que consideram o lastro pertencente à superestrutura (Iwnicki, 2006; Larsson, 2004; Teixeira, 2003; Tzanakakis, 2013), onde o principal objetivo para justificar esta divisão, é que a infraestrutura é similar para a via com lastro e não lastrada (Paixão & Fortunato, 2009). O presente trabalho considerará a última definição apresentada. A geometria da via depende do alinhamento vertical, horizontal e da adequação dos componentes. A qualidade da via diminui à medida que o material rodante transmite cargas estáticas e dinâmicas para a estrutura ferroviária através do contato da roda/trilho. A heterogeneidade e variabilidade das propriedades físicas e mecânicas dos componentes da via, bem como a interação entre eles ou fatores externos como drenagem de água, etc., criam um complexo sistema de degradação. As ações de manutenção da superestrutura visam apenas numa correção da geometria da via, isto é, retornam os valore dos parâmetros de qualidade para dentro dos limites definidos por normas. As ações de inspeção e de corretivas são efetuadas ao nível da superestrutura. A dificuldade de realizar intervenções na infraestrutura impõe de certa forma uma menor atenção a estas camadas, especialmente o subbatro ou ao subleito. A degradação da qualidade da via está relacionada a evolução dos deslocamentos permanentes, os quais estão relacionadosao acumúlo de deformações plásticas das camadas de suporte da via. Na infraestrutura é possível desenvolverem-se dois principais mecanismos de degradação, provocados essencialmente pela ação repetida das cargas devido à passagem dos trens, e pela presença de solos de granulometria fina com teor de água elevado ou de solos com baixa qualidade. Os principais mecanismos de degradação são a ruptura progressiva por cisalhamento e a deformação plástica excessiva. Estas deformações contribuem para o desenvolvimento de recalques diferenciais e para alterações inaceitáveis da qualidade geométrica da via. A operação de intervenção para a reposição da qualidade geométrica da via consiste na adição de mais lastro, aumentando a espessura a espessura de lastro de modo a reduzir os recalques. No entanto, esta ação contribui para o desenvolvimento das deformações, não corrigindo o problema, apenas atuando de forma provisória nas causas contribuitórias. Para obter ferramentas para determinar a melhor solução de manutenção para uma ferrovia, os engenheiros monitoram a evolução do comportamento de alguns limites estabelecidos para defeitos de geometria de via, dado que acima de certos valores que eles têm grande influência no aumento das cargas dinâmicas. As cargas dinâmicas são responsáveis por aumentar a deterioração da via e podem causar danos permanentes aos componentes, levando à necessidade de sua renovação e intervenção (Jovanovic, 2006; Rhayma et al.,2013; Selig & Waters, 1994).

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2. INFLUÊNCIA DO CARREGAMENTO DINÂMICO NA VIA Para avaliar os componentes da superestrutura e determinar melhorias de projeto, a natureza dessas cargas e como o processo de projeto as refletem, devem ser completamente compreendidos. Há muitos fatores que contribuem para a carga real transmitida para a via. Alguns desses fatores são considerados em projetos usando um fator dinâmico ou fator de impacto para uma estimativa de carga mais precisa. Ambos os fatores serão definidos e avaliados usando dados reais de carregamento de roda. Existem vários tipos de cargas que podem ser usadas para dimensionar uma via: cargas estáticas, quase estáticas, dinâmicas e de impacto. A carga estática é, simplesmente, o peso da composição ferroviária em repouso. A carga quase estática pode ser considerada a carga estática combinada e o efeito da carga estática em velocidade, independente do tempo. A carga quase estática talvez seja melhor ilustrada em trilhos curvos, onde o veículo transmite cargas no trilho devido a força centrípeta e curvatura. A carga dinâmica é a carga adicional (acima da carga estática) devido aos efeitos de alta freqüência das interações de carga de roda/trilho, considerando respostas de componentes de via dependentes do tempo e envolvendo altamente variável inércia, amortecimento, rigidez e efeitos de massa. A carga de impacto, que muitas vezes cria as cargas mais elevadas na estrutura da via, é criada por irregularidades na Ferrovia e no trem, produzindo forças de baixa duração, potencialmente, prejudiciais de alta frequência, com diferentes atuações dependendo da direção de aplicação das cargas (Figura 2).

2.1. Definição e avaliação do fator dinâmico de carga das rodas É bem sabido que as cargas na interface roda/trilho produzidas por cargas em movimento são maiores que as produzidas pelas mesmas cargas das rodas em repouso. Normalmente, portanto, a carga da roda de projeto é maior que a carga da roda estática, muitas vezes explica-se esse aumento devido à velocidade. O fator de carga da roda dinâmico, geralmente, é determinado empiricamente usando dados de campo e expresso em termos de velocidade da composição. As cargas verticais sofrem variações que fazem delas, ações com características dinâmicas, resultantes dos mais diferentes fatores (desigualdade na repartição do peso de um eixo,

Figura 2: Direções de atuação dos carregamentos dinâmicos, Nabais, 2014.

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defeitos no material rodante, irregularidades da via, trecho de curva vertical convexa e côncava, Guedelha 2012). Para Esveld (1989), considera que as condições da via são determinadas pelo grau de carregamento estático, adicionado a um carregamento dinâmico. Através do peso total é possível fazer previsões da deterioração da via e planejar trabalhos de manutenção e renovação. As rodas produzem cargas muito superiores às esperadas devido somente à velocidade (Figura 3). Como o fator dinâmico não representa adequadamente condições reais de carregamento em termos de cargas de impacto, um fator adicional deve ser utilizado. O fator de impacto é amplamente utilizado no projeto de pontes. No manual AREMA, a defição do fator de impacto é um aumento percentual em relação às cargas verticais estáticas para simular o efeito dinâmico das irregularidades das rodas e do trilho.

O fator de impacto é projetado para dimensionar uma carga de projeto máxima sobre a via, e leva em consideração o efeito dinâmico das irregularidades das rodas e do trilho, bem como outros fatores que colocam maior estresse na ferrovia a infraestrutura. As cargas estáticas dos rodeiros de uma composição em movimento podem sofrer uma variação considerável, devido aos seguintes fatores de caráter dinâmico (FEUP, 2008): Desigualdade na repartição do peso de um eixo entre ambas as rodas, como consequência

da força centrifuga não compensada na passagem em curva; Variação da repartição do peso devido ao desnivelamento da via tradicional e defeituosa

Figura 3: Peak/nominal wheel load ratios on Amtrak at Edgewood, Maryland (WILD data from November 2010) and design dynamic Factors, Van Dyk et al., 2013.

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regularização da suspensão do material circulante; Impulsos que as irregularidades da via provocam na massa não suspensa dos veículos; Defeitos das rodas que, quando apresentam deformações, produzem choques nos trilhos,

com importante esforço de impacto; Esforços causados pela inercia das peças ligadas ao movimento das rodas. As expressões apresentadas na figura 4 mostram como se relacionam as cargas dinâmicas com a velocidade dos trens. Segundo Pita (1982) e citado por Teixeira (2003), demonstra-se que no caso de uma via sem defeitos e trens com geometria perfeita, o incremento dinâmico das cargas transmitidas é, praticamente, nulo. Assim, as cargas dinâmicas impostas à via, por ação do aumento da velocidade, devem-se quase exclusivamente à presença de irregularidades no contato roda/trilho.

Ruppert Jr, 2014, menciona que o fator de impacto é causado por defeitos, descontinuidades de trilho, transições na via, etc. Como exemplo deste fator é que uma roda com calos causa impacto dinâmico excessivo, podendo ser três vezes maior que carga estática no topo do boleto e quatro e meia vezes maior que carga estática no subleito (Figura 5). Na Austrália, foram realizados esforços significativos de instrumentação de campo e monitoramento de dados para compreender as forças verticais exercidas sobre a estrutura da via por vários tipos de tráfego. A distribuição das cargas de impacto foi utilizada para prever períodos de retorno para vários tipos de impactos. O efeito da velocidade do trem mostrou-se significativo, uma vez que o dobro da velocidade aumentou as cargas de impacto em cerca de 140%, em muitos casos. Um modelo de dano probabilístico foi utilizado para determinar o tempo de vida esperado de dormentes de concreto de acordo com cargas de impacto específicas. Essas conclusões contribuem para uma nova abordagem de estados limite para o projeto de dormentes de concreto (Leong, 2008). Muitos dos fatores dinâmicos avaliados só podem ser usados para prever a amplificação de carga devido à velocidade em aplicações operacionais específicas.

Figura 4: Coeficientes de impacto dinâmico, adaptado de Pita (2006).

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2.2. Influência da rigidez da via nos impactos dinâmicos Desde o início no setor ferroviário, assumiu-se que os custos operacionais eram independentes dos custos de infraestrutura. A melhor maneira de minimizar os custos durante a vida de uma via férrea foi melhorar a capacidade de suporte da via para uma condição de cargas aplicadas (estática e dinâmica), portanto, buscando uma velocidade de deterioração mais lenta. Dessa forma, a otimização de custos relacionada com a infraestrutura da via dependeria apenas da relação custo/custo de manutenção (Teixeira, 2003). Foi apenas na década de 1970 que os primeiros estudos sobre a importância da rigidez da via para reduzir as cargas dinâmicas do veículo foram publicados por Prud'homme, quando o autor apresentou um conjunto de equações para o cálculo de cargas dinâmicas (Puzavac et al., 2012; Teixeira, 2003). Essas equações foram, posteriormente, testadas e validadas pela SNCF para obter uma estimativa do estresse vertical aplicado na estrutura da via (Teixeira, 2003). Selig e Waters,1994 declararam que a magnitude do componente dinâmico da Equação, pode ser até 2,4 vezes a carga estática. Pesquisas posteriores confirmaram as vantagens de reduzir a rigidez da via em termos de minimização de cargas dinâmicas e, conseqüentemente, a taxa de deterioração da via. No entanto, também foi afirmado que teria que haver um valor mínimo para a rigidez, a fim de garantir que o material rodante na Ferrovia nunca se ultrapassa a cargas mais elevadas. Se isso acontecesse, taxas de deterioração mais rápidas existiriam derivadas deteriorização elevada dos trilhos (Teixeira, 2003). No entanto, mesmo que a rigidez da via forneça a força de rolamento necessária à via, uma baixa rigidez global pode gerar assentamentos na plataforma e conseqüentemente na camada de lastro, o que aumentará consideravelmente os deslocamentos e o esforço de flexão nos trilhos por unidade de força com menor força dinâmica (Hunt, 2005; Li & Berggren, 2010; Teixeira, 2003). A rigidez baixa da via pode ocorrer devido à compacidade insuficiente de lastro e/ou plataforma, incrustação de lastro ou mesmo drenagem fraca (Teixeira, 2003). Por outro lado, os valores de rigidez superiores aos ótimos se traduzem em uma via rígida que aumenta as cargas dinâmicas. Isso leva a uma deterioração mais rápida, uma vez que as

Figura 5: Várias fontes de cargas de impacto em trilhos ferroviários, Indraratna et al, 2011.

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tensões verticais nas dormentes e lastro são maiores e mais pesadas, devido ao alto estresse de contato dinâmico entre rodas e trilhos (Hunt, 2005; Puzavac et al., 2012; Teixeira, 2003). No entanto, o trem é um sistema dinâmico que interage com outro sistema dinâmico, a via. A operação ferroviária causa ciclos de carregamento/descarga dinâmicos repetitivos que causam deformações inelásticas na estrutura ferroviária. Esses efeitos dinâmicos variam ao longo da via devido a irregularidades de geometria e rigidez. As irregularidades na rigidez da via significam que as propriedades da ferrovia são heterogêneas ao longo da via e afetarão a interação dinâmica do trem/via. A pesquisa demonstrou que essas variações se tornam mais pronunciadas ao aumentar as cargas do eixo ou velocidade (Dahlberg, 2003). 2.3. Influência na deterioração da via O processo de deterioração da via férrea é natural, inevitável e irreversível (Horvát et al., 2013). A camada de lastro é vulnerável a pesadas cargas de trem cíclico, que submetem as partículas sob grande estresse, esmagando-as e levando à diminuição de sua resistência ao cisalhamento (Indraratna et al., 2005). A deterioração geométrica das vias lastradas é, geralmente, causada por irregularidades locais devido a problemas relacionados ao trilho e deslocamentos da camada de lastro. Esses deslocamentos ocorrem devido a forças verticais, transversais e longitudinais causada por combinações de cargas estáticas e dinâmicas, que também aumentam com a deterioração da qualidade da via (Jovanovic, 2006; Lim, 2004; Profillidis, 2000). A deterioração da via também é influenciada pela condição dos acessórios e, portanto, a diminuição da qualidade da ferrovia também está relacionada à idade da via (Guler et al., 2011). Apesar da complexidade do fenômeno de deterioração, os estudos demonstraram que a deterioração da qualidade da via está fortemente relacionada à carga bruta acumulada, juntamente com o componente de carga dinâmica (Esveld, 2001), que varia dependendo da velocidade do trem, do histórico de carga, do número de carga ciclos e frequência, tipos de composições e condições de interface da roda com trilho (Indraratna et al., 2011). Além das irregularidades na interface roda/trilho, a carga dinâmica também é influenciada pela rigidez da via. A rigidez da trilha vertical interage com as características de massa, velocidade, mola e amortecimento do trem (Esveld, 2001) que aumentam as forças dinâmicas na interface roda/trilho e para baixo para os dormentes e lastro, afetando a condição dos componentes da via (Berggren, 2009). A rigidez é, portanto, mostrada como um componente importante no sistema dinâmico trem/via (Hunt, 2005), assim, na deterioração da qualidade da via. As operações de manutenção são essenciais para prolongar o ciclo de vida da própria via. A Figura 6, que representa a hipotética evolução temporal da diminuição da qualidade da geometria da via, pode-se concluir que existem três fases principais no processo de degradação. As taxas de degradação geralmente são medidas em mm/MGT ou mm/ano (Jovanovic, 2006; Lyngby et al., 2008). Para obter ferramentas para escolher a melhor solução de manutenção para a via, os engenheiros ferroviários monitoram a evolução do comportamento da via e da geometria com freqüência. Existem alguns limites estabelecidos para os defeitos de geometria, dado que acima de certos valores, eles têm grande influência sobre a qualidade de via e no aumento de

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cargas dinâmicas. As cargas dinâmicas são responsáveis por aumentar a deterioração da geometria e podem causar danos permanentes aos componentes da ferrovia, levando à necessidade de sua renovação (Jovanovic, 2006; Rhayma et al., 2013; Selig & Waters, 1994). Parâmetros estatísticos para valores de qualidade de geometria de via, acima dos quais são necessárias diferentes abordagens de manutenção, foram mais tarde publicados como norma EN 14363: 2005 (Andrade & Teixeira, 2011; International Union of Railways, 2005). Várias melhorias e adaptações foram feitas nos anos seguintes, mas nem todas as concessionárias ferroviárias consideram ainda os mesmos limiares (Karis, 2009). Em 2008, foi lançado a EN 13848-5: 2008, que regulou os requisitos mínimos para a qualidade da via e limiares especificados para níveis aceitáveis de qualidade de geometria de via (European Committee for Standardization, 2008).

2.4. Consequência na adoção do coeficiente de impacto da via O contato roda-trilho representa a interação da via permanente com os materiais rodantes, os quais são os dois itens de maior custo de manutenção da ferrovia. Qualquer imperfeição em um destes itens vai afetar o outro direta e indiretamente e todos os demais componentes da infra e superestrutura da via, gerando um maior custo com manutenção da ferrovia, afetando a confiabilidade do sistema, e aumentando os riscos. O aumento da velocidade e das cargas altera a dinâmica do contato e, com isso, os defeitos têm aumentado muito nas últimas décadas, e os desgastes evoluíram rapidamente, tornando-se uma preocupação para os engenheiros ferroviários. Com a maior incidência desses defeitos e com o rápido desgaste da via, aumentam os cuidados com a manutenção requerida pelo sistema. Os benefícios e economias em CapEx gerados pela adoção de coeficiente de majoração dinâmica menor são inquestionáveis, porém, do ponto de vista de engenharia não há dúvidas de que adoção deste fator que não reproduz a realidade da via reduzem a vida de componentes

Figura 6: Representação esquemática da deterioração da geometria da trilha. Adaptado de Guler et al. (2011).

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da via permanente, aumentando a taxa de degradação da linha e de sua estrutura e aumentando os custos de manutenção - OpEx. A recuperação da qualidade geométrica da via é mantida com uma estratégia de manutenção, em que o objetivo é garantir o plano de manutenção da via para o qual esta foi projetada. Então a adoção de coeficiente de majoração dinâmica menor leva em consideração na necessidade de possíveis mudanças nos padrões de manutenção e/ou investimentos para recuperação de quaisquer trechos diferentes do que já é praticado. Estas mudanças nos padrões consistem em uma correção da geometria da via mais sistemáticas, ou seja, levam em conta a reposição dos parâmetros, dentro de determinados limites normativos. As ações de inspeção e de intervenção são efetuadas ao nível da superestrutura, em relação a menor atenção à infraestrutura, especialmente o sublastro ou a plataforma. A degradação da qualidade da via é causada pela evolução de recalques permanentes na plataforma. Estes recalques decorrem da acumulação de deformações plásticas da plataforma. O aumento das solicitações geradas pela aplicação e fator de majoração dinâmico leva a necessidade de buscar soluções para fazer frente ao processo acelerado de degradação do estado da via e cada vez maiores custos de operação, devido nomeadamente dos custos de manutenção. As instrumentações realizadas ao longo da ferrovia trouxeram dados de monitoramento com problema no banco de dados, trazendo consigo uma tendência de um volume significativo de dados discrepantes (outliers) e/ou inconsistentes. Estes foram abandonados para não comprometer as análises. 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS Os esforços para quantificar o efeito de velocidade e irregularidades da via na forma de fatores dinâmicos e de impacto é importante para comprrender o comportamento da via e seu processo de deterioração, cada vez mais essencial para alcançar uma estratégia de manutenção efetiva e eficiente. Para buscar uma estratégia efetiva e eficiente definiu que, primeiramente, deve-se realizar a instrumentação e coleta de dados e, posteriormente, elaborar o processamento de medições realizadas. É fundamental compreender os dados coletados e suas limitações inerentes. A ferrovia é regularmente submetida as variações das condições climáticas, hidráulicas/hidrologicas, geoctécnicas e de temperatura durante o ano. Tais condições induzem variações de rigidez da via devido à variabilidade do comportamento estrutural em diferentes condições climatéricas e hidrológicas. Conhecer a rigidez da via é resulta em entender e prever a deterioração da qualidade da ferrovia. Pode-se desenvolver correlações entre a variação de rigidez e as cargas dinâmicas que estão envolvidas na deterioração de uma via férrea. No entanto, as variações de rigidez, em si, não explicam taxas de degradação mais elevadas. As taxas de degradação devem ser estimadas em dados sólidos sobre ciclos de manutenção e inspeções de vias regulares. As variações de rigidez são, geralmente, referidas a irregularidades de rigidez ao longo da via

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ou trechos onde ocorre um acréscimo de cargas dinâmicas. Sabemos que as cargas dinâmicas, também, variam de acordo com a velocidade da composição e ao peso por eixo. O aumento das cargas dinâmicas nas vias mais rígidas implica, possivelmente, ter maior influência na degradação da qualidade da ferrovia. Uma nova campanha de instrumentação da via está sendo elaborada e tão logo tenha-se os dados e a verificação da sua consistência, far-se-á a revisão dos estudos para uma caracterização completa da via que leva a um entendimento mais detalhado da via e, consequentemente, a melhores resultados das taxas de degradação por degradação pela variação de velocidade, velocidade e operação. Identificação e caracterização destes parâmetros que influenciam as taxas de degradação pode-se desenvolver um modelo, estatisticamente, significativo para ajudar a prever e otimizar os ciclos de manutenção necessários. Agradecimentos Os autores agradecem as sugestões recebidas de colegas, que permitiram aprimorar o texto e eliminar diversas inconsistências e às pessoas com quem convivi nesses espaços ао longo desse período. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Alves Costa, P., Calçada, R., Silva Cardoso, A. (2011). Vibrations Induced by Railway Traffic: Influence of the

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Departamento de Transportes, Instituto Militar de Engenharia Praça Gen. Tibúrcio, 80 – Urca – Rio de Janeiro, RJ, Brasil