Estudo numérico computacional e analítico do comportamento estrutural de pavimentos ferroviários com diferentes estruturas

Abstract

Modelos computacionais são comumente empregados para análise estrutural de ferrovias, possibilitando o estudo de pavimentos compostos por diferentes tipos de materiais, tal como o sublastro betuminoso (SLB). Por outro lado, equações empíricas de Talbot et al. (1920) e Japanese National Railways (JNR) ainda são muito utilizadas no dimensionamento de vias, mesmo baseando-se em hipóteses simplificadoras que podem não representar muitas possíveis condições estruturais de campo. O presente artigo avalia/compara a transmissão das tensões nos componentes de diferentes infraestruturas representativas da malha ferroviária brasileira, através de um modelo numérico computacional 3D e das equações de Talbot et al. (1920) e JNR. O comportamento da via com uso de SLB também é discutido. Em algumas situações, as tensões dormente/lastro por Talbot et al. (1920) foram inferiores às do modelo. Em geral, as tensões lastro/sublastro e sublastro/subleito calculadas através das equações analíticas foram superiores aos valores calculados com o modelo, sendo a JNR menos conservadora dentre as equações utilizadas. O SLB aumentou a rigidez da via, reduziu as tensões verticais e a relação de tensão desviadora/confinante no subleito.Computational models are commonly employed for structural analysis of railways, making it possible to study pavements composed by different types of materials, such as bituminous subballast (BS). On the other hand, empirical equations by Talbot et al. (1920) and Japanese National Railways (JNR) are still widely used in railway design, even though they are based on simplifying assumptions that may not faithfully represent field conditions. This paper performs a parametric study in order to evaluate the differences between the stress transmission in the infrastructure components calculated by a computational numerical model calibrated with field data and by the equations of Talbot et al. (1920) and JNR. For this, 36 permanent way configurations were studied with wheel load values and materials applied in infrastructure layers present in Brazilian railways. The behavior of the track containing a BS is also discussed. In some situations, the sleeper/ballast stresses by Talbot et al. (1920) were lower when compared to the model. In general, ballast/subballast and subballast/subgrade stresses calculated by the analytical equations were higher than the values calculated with the model, being the JNR least conservative among the equations used. The BS increased the track stiffness, reduced the vertical stresses and the deviator/confining stress ratio in the subgrade.