A Camada de Sublastro no Sistema Estrutural da Via Férrea

Conforme mencionado, o sublastro é a camada que fica entre o lastro pétreo e o subleito, sendo composta de material natural previamente selecionado; nos países de clima temperado é constituída basicamente de material grosso (mais de 50% retido na peneira de número 200 – 0,075mm de abertura da malha) com granulometria inferior a do lastro.

A camada de sublastro deve evitar a erosão do subleito pela ação mecânica do lastro e na presença de água ocasionar a formação de lama que por ação do tráfego pode ser bombeada para o lastro contaminando-o. Fortunato (2005) destaca que o sublastro deve funcionar como uma camada de transição, dificultando que as águas que caem no lastro cheguem ao subleito, e ainda como elemento drenante e filtrante entre as camadas de topo e base, devendo para isto atender aos critérios de dimensionamento de filtro de Terzaghi propostos por Bertram em 1940 (STOPPATO, 1987; SELIG e WATERS, 1994; SPADA, 2003; AREMA, 2009).

Segundo Fortunato (2005), a camada de sublastro deve permitir que se escoem as águas que ascendem do subleito, mas simultaneamente inibir a passagem de finos para o lastro impedindo a sua colmatação e enrijecimento. Tal critério preconiza que o material de sublastro deve apresentar condição satisfatória de retenção de finos ( 15 _4 terreno filtro D D ) e também de permeabilidade ( 15 _5 terreno filtro D D ), onde:

D15 = diâmetro correspondente à percentagem de 15% passante; e

D85 = diâmetro correspondente à percentagem de 85% passante.

Em se tratando de solos lateríticos, no entanto, não se tem maiores estudos sobre o atendimento destes solos a tal critério. Não sendo escopo deste trabalho, investigar a adequação do solo estudado a tais aspectos de drenabilidade e transição e tão somente ao atendimento do solo frente às solicitações impostas pelo tráfego ferroviário quanto aos aspectos de deformabilidade.

Sabe-se que o sublastro quando construído com material fino laterítico apresenta baixas permeabilidade e erodibilidade, o que possibilita um bom desempenho para a via. Porém a necessidade de enquadramento em tais critérios, fundamentais para solos grossos, precisa ser investigada, visando aplicação deste tipo de solo, como camada de sublastro ferroviário.

No dimensionamento de um pavimento ferroviário, ao se especificar o trilho, a dormentação, as fixações e o lastro pétreo a ser empregado, geralmente não existem grandes preocupações dos projetistas relacionadas à logística destes materiais, pois são materiais obtidos a partir de processos industriais e que devem ser transportados ao ponto de aplicação. Para a constituição do sublastro, no entanto, busca-se o emprego de solos locais que estejam o mais próximo possível do ponto de aplicação, pois o transporte a distâncias excessivas pode onerar desnecessariamente o empreendimento (SENÇO, 1997). Adiciona-se a isso o fato de que os solos brasileiros (país de clima tropical) diferem dos solos de países de clima temperado, indicando a necessidade de melhor entendimento destes para fins de pavimentação (NOGAMI e VILLIBOR, 1980; MOTTA e MEDINA, 2006; BALBO, 2007).

Neste contexto, o sublastro apresenta importância vital para a mecânica da via férrea, e assim, a identificação e a classificação de materiais para aplicação nesta camada são essenciais para projetos mais eficientes e duráveis. O lastro é a camada do pavimento ferroviário responsável por dotar a via férrea da resiliência adequada (SILVA, 2002). Selig e Waters (1994) contribuem com este princípio, ao afirmarem que se adequadamente projetado e construído, o sublastro, trabalha quase que exclusivamente isento de deformações permanentes, na medida em que estas

deformações ocorrem primeiramente no lastro, que se mantido no tempo certo através de intervenções periódicas visando à restituição de suas propriedades granulométricas originais (isentas de contaminação por finos oriundos da própria degradação da camada), permite uma vida útil ao sublastro e ao subleito, praticamente coincidente com a vida útil da própria via permanente projetada.

O que converge ainda com a ideia preconizada pela escola europeia para pavimentos rodoviários, de se fazer intervenções na superfície evitando-se uma possível remoção da base inservível (BALBO, 2007). Tal conceito pode ser observado no gráfico de perda de serventia de um pavimento ferroviário lastrado típico apresentado na figura 2.4, onde o lastro pétreo deve ter seus ciclos de manutenção garantidos através de socarias periódicas como forma de evitar seu enrijecimento, mantendo o sublastro e o subleito isentos de deformações permanentes prematuras, e consequentemente, de intervenções de maior porte que objetivem substituir as camadas de sublastro e subleito.

Figura 2.4 – Perda de serventia de um pavimento ferroviário lastrado típico (SELIG e WATERS, 1994).

Portanto, é importante o projeto e o dimensionamento da camada de sublastro quanto à deformação permanente, visto que não se prevê manutenção para esta camada ao longo da vida útil do pavimento. Neste contexto, se evidencia a necessidade de melhor entendimento dos materiais economicamente disponíveis em solo brasileiro para a construção do sublastro, em especial na região estudada (oeste do Maranhão), onde

não há ocorrência abundante de materiais granulares convencionais e se está expandindo a malha ferroviária atual.

No contexto do dimensionamento da via férrea, Heath et al. (1972) reportam que a British Railways desenvolveu um procedimento para a determinação da espessura das camadas de apoio do pavimento ferroviário, baseado em estudos de campo e em ensaios de laboratório. Foram realizados diversos ensaios triaxiais cíclicos (ou de carga repetida), sobre diversos solos variando a tensão desviadora, o que possibilitou concluir que existe um valor máximo de tensão a partir do qual a deformação permanente acumulada cresce rapidamente com o número de ciclos de carga, conforme mostrado na figura 2.5. Fortunato (2005) afirma que o critério de dimensionamento deve ser estabelecido de forma que a tensão aplicada sobre o subleito da ferrovia seja inferior a esta tensão limite suportada pelo solo que o compõe, e conhecendo-se a distribuição em profundidade destas duas grandezas é possível determinar a espessura de camadas intermediárias (reforço do subleito e sublastro).

Fortunato (2005) ainda ratifica Spada (2003) informando que na prática tem-se adotado que a tensão limite do subleito fica em torno de 50% da resistência ao cisalhamento do solo quando submetido a ensaios estáticos.

Além disso, a camada de sublastro projetada deve ter um comportamento mecânico no qual ela própria não sofra deformações permanentes representativas no contexto da vida útil do pavimento, e ainda apresente uma boa resiliência no que tange a sua contribuição para a vida de fadiga do pavimento.

Para garantir esta análise, são de fundamental importância os ensaios dinâmicos para caracterização do solo a ser utilizado para fins de pavimentação ferroviária, visto que métodos empíricos como o do CBR, por exemplo, não permitem tal análise.

Este tipo de análise se torna ainda mais premente em função da natureza específica dos solos tropicais de comportamento laterítico, que não seguem os padrões de comportamento geotécnico de solos de países de clima temperado.

Figura 2.5 – Ensaios triaxiais cíclicos sobre uma mesma amostra do subleito submetida a diferentes níveis de tensão desviadora (SELIG e WATERS, 1994).

Ainda da figura 2.5, pode-se observar dois comportamentos distintos para solos quanto à deformação permanente. Nas curvas com tensão desviadora de 42,5; 52,5; 55 e 65 kN/m² observa-se uma tendência de acomodamento das deformações permanentes após determinado número de ciclos de aplicação de carga, o que não acontece para as demais curvas, as quais indicam que o material apresentou deformação permanente excessiva (plastificação). Tal fenômeno de acomodamento é conhecido como shakedown e será apresentado ainda neste capítulo, sendo sua ocorrência investigada para o solo estudado nessa pesquisa, conforme será apresentado no capítulo 5 deste trabalho.

Destaca-se ainda que a norma AREMA (2009) estabelece uma série de critérios limite para a via férrea, como: pressão máxima no contato dormente-lastro (pC=0,586MPa), deflexão máxima do trilho (T=640x10-2mm), tensão máxima de

tração no trilho (σT=175MPa), tensão máxima de compressão no topo do subleito (σSL

deve ser menor ou igual a 5,7 vezes a resistência não drenada do solo constituinte do subleito. Resistência esta dividida de um fator de segurança 3) e outros. O sublastro

deve ser dimensionado de forma a atender tais critérios, sendo necessário para isso analisar o sistema multicamadas através de modelagem numérica computacional.