Ao longo de sua vida útil, com o acúmulo de tráfego e de solicitações ambientais, infraestruturas de transportes degradam-se em termos de desgaste dos seus componentes e deformações permanentes de suas camadas, acarretando na perda gradual da qualidade estrutural e funcional da via. A camada de sublastro, parte integrante da subestrutura ferroviária, possui contribuição significativa no comportamento mecânico global de uma via permanente. Suas principais funções estão relacionadas à drenagem, atenuação e distribuição de tensões, e separação e transição entre as camadas de lastro e subleito. O objetivo principal deste estudo foi comparar duas diferentes configurações de sublastro implementadas em uma ferrovia de carga brasileira através da medição de respostas mecânicas e parâmetros geométricos \"in situ\". O emprego de sublastro betuminoso constituiu-se como a primeira aplicação de campo deste tipo no País e ambas as seções foram monitoradas também por intermédio de sensores de temperatura e de tensão. Procedeu-se a caracterização física e mecânica dos materiais que compõem os trechos analisados em laboratório. Ademais, tensões de sucção foram medidas em diferentes locais e profundidades da camada de subleito, a fim de verificar a eficácia da camada betuminosa em impermeabilizar as camadas subjacentes. Os resultados mostraram uma eficiência global superior do trecho contendo sublastro betuminoso comparativamente à seção de referência (sublastro granular). Variações das tensões de sucção ao longo de duas estações climáticas mostraram que a mistura asfáltica protegeu satisfatoriamente o subleito quanto à infiltração de água oriunda das precipitações. Medidas de temperatura tomadas em diferentes pontos das camadas de sublastro mostraram que a mistura asfáltica se encontra protegida das variações térmicas e da incidência de radiação solar, uma vez que está isolada pela camada de lastro. Em termos de deslocamentos medidos com o equipamento DMD (Dispositivo para Medição de Deslocamentos), mostrou-se uma redução crescente no deslocamento vertical médio da seção com sublastro betuminoso em comparação com a seção com sublastro granular. Por consequência, o módulo de via, u, calculado para ambas as seções, revelou que o perfil contendo mistura asfáltica tende a defletir menos quando solicitado pela passagem de trens. Medidas de parâmetros geométricos utilizando o equipamento Trolley AMBER apontaram uma relação bidirecional entre o comportamento mecânico e a qualidade da geometria da via, observada antes e após intervenção mecanizada de socaria. / In the course of its service life, with traffic loading accumulation in addition to environmental effects, transportation infrastructures tend to degrade in terms of wear of their components and permanent deformation of their layers, resulting in the gradual loss of structural and functional quality of the railway. The subballast plays an important role as part of the railway substructure and it has a significant contribution to the overall mechanical behavior of the track. Its main functions are related to drainage, to load attenuation and distribution, and to the separation and transition between the ballast and the subgrade. The main objective of this study was to compare two different subballast configurations implemented in a freight railway profile in Brazil through measurements of mechanical and geometric parameters in field. The use of bituminous subballast was the first application of this type in the country and both sections were also monitored by means of temperature and pressure sensors. Laboratory tests for physical and mechanical characterization for all materials composing both experimental sections were performed. In addition, the water pressure in terms of suction were measured at different places and depths of the subgrade, in order to verify the effectiveness of the bituminous subballast in waterproofing the underlying layers. The results showed a superior overall efficiency of the section containing bituminous subballast compared to the reference section (granular subballast). The suction tension variation measured along two climatic seasons showed that the asphalt mixture satisfactorily protects the subgrade from the infiltration of water due precipitations. Temperature measurements taken at different points of the subballast layers showed that the asphalt mixture is protected from thermal and solar radiation peaks, since it is isolated by the ballast layer from atmospheric environmental effects. In terms of displacements acquired using the DMD (Displacement Measurement Device) it was observed an increasing reduction in the mean vertical displacement of the section with bituminous subballast compared to the section with granular subballast. Consequently, the track modulus, u, calculated for both sections revealed that the profile containing asphalt mixture tends to deflect less when requested by the train passage. Measurements of geometric parameters made with the Trolley AMBER device highlighted the bidirectional relationship between the mechanical behavior and the quality of the track geometry, observed before and after tamping procedure.

Ao longo de sua vida útil, com o acúmulo de tráfego e de solicitações ambientais, infraestruturas de transportes degradam-se em termos de desgaste dos seus componentes e deformações permanentes de suas camadas, acarretando na perda gradual da qualidade estrutural e funcional da via. A camada de sublastro, parte integrante da subestrutura ferroviária, possui contribuição significativa no comportamento mecânico global de uma via permanente. Suas principais funções estão relacionadas à drenagem, atenuação e distribuição de tensões, e separação e transição entre as camadas de lastro e subleito. O objetivo principal deste estudo foi comparar duas diferentes configurações de sublastro implementadas em uma ferrovia de carga brasileira através da medição de respostas mecânicas e parâmetros geométricos \"in situ\". O emprego de sublastro betuminoso constituiu-se como a primeira aplicação de campo deste tipo no País e ambas as seções foram monitoradas também por intermédio de sensores de temperatura e de tensão. Procedeu-se a caracterização física e mecânica dos materiais que compõem os trechos analisados em laboratório. Ademais, tensões de sucção foram medidas em diferentes locais e profundidades da camada de subleito, a fim de verificar a eficácia da camada betuminosa em impermeabilizar as camadas subjacentes. Os resultados mostraram uma eficiência global superior do trecho contendo sublastro betuminoso comparativamente à seção de referência (sublastro granular). Variações das tensões de sucção ao longo de duas estações climáticas mostraram que a mistura asfáltica protegeu satisfatoriamente o subleito quanto à infiltração de água oriunda das precipitações. Medidas de temperatura tomadas em diferentes pontos das camadas de sublastro mostraram que a mistura asfáltica se encontra protegida das variações térmicas e da incidência de radiação solar, uma vez que está isolada pela camada de lastro. Em termos de deslocamentos medidos com o equipamento DMD (Dispositivo para Medição de Deslocamentos), mostrou-se uma redução crescente no deslocamento vertical médio da seção com sublastro betuminoso em comparação com a seção com sublastro granular. Por consequência, o módulo de via, u, calculado para ambas as seções, revelou que o perfil contendo mistura asfáltica tende a defletir menos quando solicitado pela passagem de trens. Medidas de parâmetros geométricos utilizando o equipamento Trolley AMBER apontaram uma relação bidirecional entre o comportamento mecânico e a qualidade da geometria da via, observada antes e após intervenção mecanizada de socaria. / In the course of its service life, with traffic loading accumulation in addition to environmental effects, transportation infrastructures tend to degrade in terms of wear of their components and permanent deformation of their layers, resulting in the gradual loss of structural and functional quality of the railway. The subballast plays an important role as part of the railway substructure and it has a significant contribution to the overall mechanical behavior of the track. Its main functions are related to drainage, to load attenuation and distribution, and to the separation and transition between the ballast and the subgrade. The main objective of this study was to compare two different subballast configurations implemented in a freight railway profile in Brazil through measurements of mechanical and geometric parameters in field. The use of bituminous subballast was the first application of this type in the country and both sections were also monitored by means of temperature and pressure sensors. Laboratory tests for physical and mechanical characterization for all materials composing both experimental sections were performed. In addition, the water pressure in terms of suction were measured at different places and depths of the subgrade, in order to verify the effectiveness of the bituminous subballast in waterproofing the underlying layers. The results showed a superior overall efficiency of the section containing bituminous subballast compared to the reference section (granular subballast). The suction tension variation measured along two climatic seasons showed that the asphalt mixture satisfactorily protects the subgrade from the infiltration of water due precipitations. Temperature measurements taken at different points of the subballast layers showed that the asphalt mixture is protected from thermal and solar radiation peaks, since it is isolated by the ballast layer from atmospheric environmental effects. In terms of displacements acquired using the DMD (Displacement Measurement Device) it was observed an increasing reduction in the mean vertical displacement of the section with bituminous subballast compared to the section with granular subballast. Consequently, the track modulus, u, calculated for both sections revealed that the profile containing asphalt mixture tends to deflect less when requested by the train passage. Measurements of geometric parameters made with the Trolley AMBER device highlighted the bidirectional relationship between the mechanical behavior and the quality of the track geometry, observed before and after tamping procedure.

A subestrutura ferroviária é uma parte importante da via permanente, pois seu comportamento pode afetar significativamente o desempenho global da via, impactando em manutenção e custos. O fato é que os materiais da subestrutura, como o subleito, estão no estado não-saturado na maior parte do tempo, e suas propriedades hidromecânicas dependem diretamente do grau de saturação e dos valores de sucção. Além disso, o estado não-saturado do solo é regido pelas ações atmosféricas e climáticas, o que torna fundamental a análise da influência de características ambientais e geotécnicas, tais como a precipitação, evaporação, tipo de solo e drenagem na resposta estrutural do subleito. Países de clima tropical/subtropical, como o Brasil, possuem elevada taxa de precipitação anual, e, por isso, merecem atenção especial quando se trata da interação via-clima. Mudanças da umidade ou sucção ou da taxa de infiltração no interior do subleito podem impactar significativamente no seu estado de tensões. O principal objetivo desta pesquisa foi avaliar a influência da variação da umidade e sucção no comportamento hidromecânico de um subleito ferroviário, localizado na região costeira do estado de São Paulo, considerando-se as características geotécnicas e climáticas locais. A interação via-clima foi investigada através de análises numéricas em elementos finitos (MEF) de infiltração saturada/não-saturada, aplicando-se parâmetros determinados em laboratório e monitoramento de campo. Para as simulações numéricas foi utilizado o software SEEP/W, enquanto no monitoramento de campo foram empregados sensores de matriz granular para medição do potencial matricial no solo. A caracterização mecânica do solo de subleito se baseou em resultados de módulo de resiliência obtidos por ensaios triaxiais cíclicos, em diferentes condições e ciclos de umidade e sucção. As simulações numéricas apresentaram importantes variações da sucção no solo em função das condições geotécnicas e climáticas, verificando-se a significância dos aspectos climáticos no comportamento hidráulico e mecânico do subleito da via férrea. / The track substructure is an important part of a railway that requires attention when considering its whole global mechanical performance. Improving the long-term resistance to deformation behavior and therefore reducing maintenance problems during the operation of a track is always presented between engineers and researchers. The fact is that the substructure materials, such as the subgrade, are mostly in unsaturated state, and their hydro-mechanical properties are directly dependent on saturation degree and suction values. Besides, unsaturated state of the soil is controlled by atmospheric actions and climate conditions. Considering this, it is fundamental to analyze the influence of the environmental and geotechnical characteristics such as precipitation, evaporation, soil type, and drainage in the subgrade structural response. Countries with tropical/subtropical climate, such as Brazil, which have a high average annual precipitation rate, deserve special attention concerning climate-track interaction in railway performance. A little variation in the water content or infiltration rate into the subgrade may affects significantly their stress state. The main objective of this paper is to evaluate the influence of the water content and suction changes on mechanical behavior of a track substructure in a Brazilian coastal region, at São Paulo state, considering geotechnical characteristics and local climate. The climate-track interaction was evaluated through field monitoring and finite element numerical analysis with parameters obtained in the laboratory for all the materials involved. Numerical simulations were performed using SEEP/W software and the field monitoring was realized through granular matrix sensors (GMS). Soil mechanical characterization was based on resilient modulus values determined through cyclic triaxial tests in different moisture/suction conditions. Numerical results showed an important variation of soil suction over time in function of geotechnical and climate data. In the simulated scenario, considering tropical local climate it was observed the importance of climate aspects in the hydraulic and mechanical behavior of the geotechnical components of the railway track.