Métodos de dimensionamento de vias-férreas

Abstract

Ao longo dos tempos o transporte ferroviário tem vindo a verificar um grande desenvolvimento, por consequência das necessidades impostas a este meio de comunicação assim como o objetivo de fazer com que este modo de transporte se torne mais competitivo em comparação com os demais. Este desenvolvimento levou ao aparecimento de três tipos possíveis de conceção de vias-férreas; nomeadamente as vias balastradas, vias compostas por carris, fixações, travessas, balastro, sub-balastro, leito da via e fundação; vias não balastrada, em que a camada de balastro é usualmente substituída por uma camada de mistura betuminosa ou uma laje de betão; e vias mistas, em que se introduz diferentes materiais na elaboração da via. De modo a se conseguir um correto dimensionamento de uma via-férrea tem-se de ter em atenção as tensões máximas de flexão no carril e na travessa, tensão vertical máxima sobre o balastro, tensão vertical máxima na plataforma e deformação elástica máxima da via. Para se proceder ao dimensionamento de uma via pode utilizar-se modelos de análise clássicos, estes podem-se dividir em dois grandes grupos: os que admitem que os carris correspondem a uma viga com comprimento infinito, apoiada continuamente num meio elástico, homogéneo e isotrópico e aqueles que assumem que os carris correspondem a uma viga continua com apoios equidistantes e discretos assentes num meio elástico, homogéneo e isotrópico. Dentro destes métodos observam-se: o modelo de Winkler, o modelo de Talbot, os modelos linear-elástico (semi-espaço de Boussinesq, método da espessura equivalente, modelo multi-camadas), método dos elementos infinitos e método do elemento discreto. Esta dissertação faz uma apresentação da constituição das vias férreas, seguindo-se a análise das ações a que estão sujeitas e os diferentes métodos de dimensionamento das vias férreas, principalmente os seus componentes. Esta informação é utilizada para o dimensionamento de uma via balastrada e numa via não balastrada.

Over the years the railways have undertaken a great development due to the needs imposed on this transportation mode, as well as the objective to make this transportation mode more competitive in comparison with the others. This development led to the appearance of three possible types of conception of railways; the ballasted tracks, composed by a rails, fastenings, sleepers, ballast, sub-ballast, the track bed and foundation; tracks without ballast, where the ballast layer is usually replaced by a layer of bituminous mixture or a concrete slab; and mixed tracks which introduces different materials in the preparation of the track. In order to achieve a correct design of a railway track it is necessary to verify the maximum bending stress on the rails and the sleepers, maximum vertical tension on the ballast, maximum vertical tension on the platform and maximum elastic deformation of the railway. Models of classical analysis can be used for the design of a railway. These models can be divided into two large groups: those who admit the rails to correspond to a beam with infinitive length, supported continually in an elastic environment, homogeneous and isotropic and those who admit that the rails correspond to a continuous beam with equidistant and discrete support based in an elastic environment, homogeneous and isotropic. In these methods there are: the Winkler model, the model of Talbot, linear-elastic models (Semi-space of Boussinesq, Method of Equivalent Thickness, Multi-layer model), the Method of Infinite Elements and Method of Discrete Element. This dissertation presents the constitution of the railroads, followed by an analysis of the actions to which they are subject and the different design methods of railways, especially its components. This information is used for the design of a ballasted tracks and a no ballasted tracks.