Esse trabalho tem como principal objetivo propor um dispositivo de medição de deslocamentos (deflexões) verticais para avaliar o comportamento mecânico de lastro ferroviário \"in situ\", tomando-se como estudo de caso a Estrada de Ferro Carajás (EFC). Foram feitas campanhas de medições, contemplando três segmentos com diferentes condições de lastro, a saber: colmatado, novo e desguarnecido. Avaliou-se como cada condição do lastro se comporta em função da carga imposta pelo material rodante e do número de solicitações em milhões de toneladas brutas transportadas (MTBT). Em diversas ferrovias, um parâmetro usado como indicador da resposta elástica e qualidade da via permanente é o módulo de via (u). Nessa pesquisa adotou um modelo analítico para obter tal parâmetro, além de utilizá-lo como indicador de avalição da condição estrutural da via. Além disso, em virtude dos materiais geotécnicos subjacentes ao lastro (sub-lastro e subleito) influenciarem na resposta mecânica da via, a capacidade de suporte dos mesmos também foi determinada \"in situ\" utilizando-se o Dynamic Cone Penetrometer (DCP), bem como foram verificados os deslocamentos verticais através de settlement pegs. Adicionalmente, do material amostrado do sublastro e das diferentes condições de lastro, verificou-se em laboratório que o solo possui elevada resiliência, confirmando a alta resistência verificada em campo através do DCP, enquanto que na caracterização física completa dos lastros, os resultados mostraram que as curvas granulométricas do lastro novo e desguarnecido, estão fora dos limites da faixa adotada na especificação da Vale, e que o lastro colmatado apresentou baixa porcentagem de material passante na peneira de 12,5 mm. Os resultados mostraram deslocamentos calculados através do modelo analítico próximos aos medidos, confirmando que o uso do dispositivo é viável para a obtenção de deslocamentos em campo, sendo estes posteriormente empregados na determinação do módulo de via, permitindo a definição de indicadores da condição de elasticidade ou rigidez da estrutura. Assim, o dispositivo demonstra-se uma ferramenta útil para auxiliar na manutenção ferroviária. / This work aims to propose a vertical displacement measuring device (deflections) to evaluate the mechanical behavior of railway ballast \"in situ\", using as a case study Estrada de Ferro Carajás (EFC). \"In situ\" tests were carried out in three sections with different ballast conditions fouled, fresh, recycled. It evaluated how each ballast condition behaves according to the load imposed by the rolling stock and the number of millions gross tons (MGT). In several railways, a parameter used to estimate the elastic response and quality of the permanent way is track modulus (u). In this research an analytical model for calculating this parameter was adopted, as well as using it as an indicator of structural track condition. Furthermore, because of geotechnical underlying ballast material (subballast and subgrade) that influence the mechanical response of the track, the bearing capacity was also determined \"in situ\" using the Dynamic Cone Penetrometer (DCP), as well as they were checked through vertical displacements through settlement pegs. In addition, of the sampled material in the subballast and different ballast conditions, it was found in the laboratory that the soil has high resilience, confirming the high resistance verified in the field through the DCP, whereas in the full physical characterization of the ballast, the results showed that the granulometric distribution curves of the ballast new and recycled, are outside the limits of the range adopted in the Vale specification, and than the fouled ballast presented low percentage of passing material in the 12.5 mm sieve. The results showed displacements calculated using the analytical model next to the measured, confirming that the use of the device is feasible to obtain displacements in the field, which are subsequently used in the determination of the track modulus, allowing the definition of elasticity or stiffness condition indicators of the structure. Thus, the device is shown to be a useful tool to assist railway maintenance.

Esse trabalho tem como principal objetivo propor um dispositivo de medição de deslocamentos (deflexões) verticais para avaliar o comportamento mecânico de lastro ferroviário \"in situ\", tomando-se como estudo de caso a Estrada de Ferro Carajás (EFC). Foram feitas campanhas de medições, contemplando três segmentos com diferentes condições de lastro, a saber: colmatado, novo e desguarnecido. Avaliou-se como cada condição do lastro se comporta em função da carga imposta pelo material rodante e do número de solicitações em milhões de toneladas brutas transportadas (MTBT). Em diversas ferrovias, um parâmetro usado como indicador da resposta elástica e qualidade da via permanente é o módulo de via (u). Nessa pesquisa adotou um modelo analítico para obter tal parâmetro, além de utilizá-lo como indicador de avalição da condição estrutural da via. Além disso, em virtude dos materiais geotécnicos subjacentes ao lastro (sub-lastro e subleito) influenciarem na resposta mecânica da via, a capacidade de suporte dos mesmos também foi determinada \"in situ\" utilizando-se o Dynamic Cone Penetrometer (DCP), bem como foram verificados os deslocamentos verticais através de settlement pegs. Adicionalmente, do material amostrado do sublastro e das diferentes condições de lastro, verificou-se em laboratório que o solo possui elevada resiliência, confirmando a alta resistência verificada em campo através do DCP, enquanto que na caracterização física completa dos lastros, os resultados mostraram que as curvas granulométricas do lastro novo e desguarnecido, estão fora dos limites da faixa adotada na especificação da Vale, e que o lastro colmatado apresentou baixa porcentagem de material passante na peneira de 12,5 mm. Os resultados mostraram deslocamentos calculados através do modelo analítico próximos aos medidos, confirmando que o uso do dispositivo é viável para a obtenção de deslocamentos em campo, sendo estes posteriormente empregados na determinação do módulo de via, permitindo a definição de indicadores da condição de elasticidade ou rigidez da estrutura. Assim, o dispositivo demonstra-se uma ferramenta útil para auxiliar na manutenção ferroviária. / This work aims to propose a vertical displacement measuring device (deflections) to evaluate the mechanical behavior of railway ballast \"in situ\", using as a case study Estrada de Ferro Carajás (EFC). \"In situ\" tests were carried out in three sections with different ballast conditions fouled, fresh, recycled. It evaluated how each ballast condition behaves according to the load imposed by the rolling stock and the number of millions gross tons (MGT). In several railways, a parameter used to estimate the elastic response and quality of the permanent way is track modulus (u). In this research an analytical model for calculating this parameter was adopted, as well as using it as an indicator of structural track condition. Furthermore, because of geotechnical underlying ballast material (subballast and subgrade) that influence the mechanical response of the track, the bearing capacity was also determined \"in situ\" using the Dynamic Cone Penetrometer (DCP), as well as they were checked through vertical displacements through settlement pegs. In addition, of the sampled material in the subballast and different ballast conditions, it was found in the laboratory that the soil has high resilience, confirming the high resistance verified in the field through the DCP, whereas in the full physical characterization of the ballast, the results showed that the granulometric distribution curves of the ballast new and recycled, are outside the limits of the range adopted in the Vale specification, and than the fouled ballast presented low percentage of passing material in the 12.5 mm sieve. The results showed displacements calculated using the analytical model next to the measured, confirming that the use of the device is feasible to obtain displacements in the field, which are subsequently used in the determination of the track modulus, allowing the definition of elasticity or stiffness condition indicators of the structure. Thus, the device is shown to be a useful tool to assist railway maintenance.

A preocupação com o impacto ambiental decorrente da implantação e operação de novas linhas metroferroviárias faz com que seja necessário o uso de sistemas que amorteçam as vibrações e atenuem os ruídos secundários oriundos deste modo de transporte. Uma solução de atenuação largamente empregada é o sistema massa-mola, composto por lajes de concreto armado, apoiadas sobre materiais resilientes. Este trabalho tem como objetivo o estudo de alternativas para mitigação da vibração da via permanente por meio do conhecimento da variabilidade das respostas dinâmicas e frequências naturais de sistemas massa-mola criados computacionalmente. Entre as soluções propostas tem-se o uso de concreto pesado na construção da laje flutuante. A avaliação foi realizada utilizando modelos numéricos calibrados com dados experimentais presentes nas revisões bibliográficas. Os resultados do estudo indicaram que as soluções propostas podem ser consideradas nos projetos de atenuação de vibração de via permanente. / The concern with the environmental impact resulting from the implementation and operation of new subway lines makes it necessary to use systems that cushion the vibrations and attenuate the secondary noises from this mode of transportation. A widely used attenuation solution is the mass-spring system, composed of reinforced concrete slabs resting on resilient materials. The objective of this work is to study the alternatives for permanent vibration attenuation through the knowledge of the variability of the dynamic responses and natural frequencies of computationally created mass-spring systems. Among the proposed solutions is the use of heavy concrete for construction of the floating slab. The evaluation was performed using numerical models calibrated with experimental data from bibliographic reviews. The results of the study indicated that the proposed solutions can be considered in permanent vibration attenuation projects.

A preocupação com o impacto ambiental decorrente da implantação e operação de novas linhas metroferroviárias faz com que seja necessário o uso de sistemas que amorteçam as vibrações e atenuem os ruídos secundários oriundos deste modo de transporte. Uma solução de atenuação largamente empregada é o sistema massa-mola, composto por lajes de concreto armado, apoiadas sobre materiais resilientes. Este trabalho tem como objetivo o estudo de alternativas para mitigação da vibração da via permanente por meio do conhecimento da variabilidade das respostas dinâmicas e frequências naturais de sistemas massa-mola criados computacionalmente. Entre as soluções propostas tem-se o uso de concreto pesado na construção da laje flutuante. A avaliação foi realizada utilizando modelos numéricos calibrados com dados experimentais presentes nas revisões bibliográficas. Os resultados do estudo indicaram que as soluções propostas podem ser consideradas nos projetos de atenuação de vibração de via permanente. / The concern with the environmental impact resulting from the implementation and operation of new subway lines makes it necessary to use systems that cushion the vibrations and attenuate the secondary noises from this mode of transportation. A widely used attenuation solution is the mass-spring system, composed of reinforced concrete slabs resting on resilient materials. The objective of this work is to study the alternatives for permanent vibration attenuation through the knowledge of the variability of the dynamic responses and natural frequencies of computationally created mass-spring systems. Among the proposed solutions is the use of heavy concrete for construction of the floating slab. The evaluation was performed using numerical models calibrated with experimental data from bibliographic reviews. The results of the study indicated that the proposed solutions can be considered in permanent vibration attenuation projects.

A via permanente representa um elemento imprescindível na composição do transporte ferroviário e seu desempenho deve ser adequado, de forma a garantir tanto segurança quanto conforto. Assim, diversos aspectos devem ser analisados ainda na fase de projeto, através de dimensionamentos que confrontem diferentes parâmetros da resposta da via e os limites estabelecidos. Dessa forma, o conhecimento do comportamento mecânico da via, devido aos esforços impostos pela passagem do material rodante, passa a ser essencial no projeto de uma estrutura que garanta os requisitos necessários, sem ser inviável economicamente. Visto que esse comportamento mecânico é muito sensível à rigidez vertical da estrutura, o presente trabalho apresenta análises da influência desse parâmetro na resposta da via e, consequentemente, no seu dimensionamento. Nesse contexto, o trabalho abrange tanto o caso de vias em lastro solicitadas por trens de carga, quanto o caso de vias em laje solicitadas por trens de passageiros em meios urbanos. No primeiro caso são realizados estudos paramétricos, por meio de modelos clássicos e um modelo mecanicista, para a análise de momentos fletores e deflexões nos trilhos, bem como tensões verticais nas camadas de lastro, sub-lastro e subleito. Já no segundo caso, são realizados estudos paramétricos relativos à transmissibilidade e à atenuação de vibrações causadoras de ruído secundário. Também é feita uma análise da influência da rigidez vertical na amplificação dinâmica das cargas estáticas, que pode ser aplicada a ambos os casos citados e até extrapolada para casos de vias de alta velocidade. Os resultados mostraram que aumentos de rigidez vertical resultam em ganhos do ponto de vista de momentos fletores e deflexões nos trilhos, além de maior resistência e capacidade de dissipação de tensões verticais nas camadas de lastro, sub-lastro e subleito. Por outro lado, esses aumentos também levaram a maiores tensões nas camadas subjacentes à grade citadas, além de atenuações de vibrações em menores intervalos de frequência e maiores amplificações dinâmicas das cargas estáticas em vias de alta velocidade. Assim, é mostrado que a influência da rigidez vertical, tanto da via como um todo quanto de alguns elementos específicos, não deve ser analisada de forma genérica, pois, dependendo do parâmetro da resposta da via considerado no dimensionamento, seu aumento pode representar uma influência positiva ou negativa. / The railway track is an essential element in the composition of rail transport and its performance should be adequate to ensure both safety and comfort. Therefore, several aspects should be analyzed still in the project phase, through project designs that compare the response of the track from the point of view of different parameters and some stablished limits. Thus, the knowledge of the mechanical behavior of the track due to stresses imposed by the passage of rolling stock becomes essential to the design of a structure which ensures the necessary requirements, without being uneconomic. Since this mechanical behavior is very sensitive to vertical stiffness of the structure, this thesis presents some analyses about the influence of this parameter in the track response and, consequently, in its design. In this context, the research covers both the case of ballasted tracks with freight trains and the case of slab tracks with passenger trains in urban areas. In the first case, parametric studies are performed by means of classical and mechanistic models with analyses of bending moments and deflections in rails, as well as the vertical stresses on ballast, sub-ballast and subgrade layers. In the second, it was analyzed in the parametric studies the transmission and attenuation of vibrations causing ground borne vibration. In addition to these, there is also an analysis of the influence of the vertical stiffness in dynamic amplification of the static loads, which can be applied to both the mentioned cases and even extrapolated to cases of high-speed railways. The results showed that stiffness increases result in positive gains from the point of view of bending moments and deflections in rails, as well as higher strength and dissipation of vertical stresses on ballast, sub-ballast and subgrade layers. On the other hand, this increase of stiffness also lead to higher pressures on the layers cited, in addition to attenuation of vibrations in lower frequency ranges and higher dynamic amplifications of static loads in the case of high-speed operation. Thus, the influence of vertical stiffness should not be analyzed in a generic way, because, depending on the parameter of the track response considered, it can represent a positive or negative influence.

A via permanente representa um elemento imprescindível na composição do transporte ferroviário e seu desempenho deve ser adequado, de forma a garantir tanto segurança quanto conforto. Assim, diversos aspectos devem ser analisados ainda na fase de projeto, através de dimensionamentos que confrontem diferentes parâmetros da resposta da via e os limites estabelecidos. Dessa forma, o conhecimento do comportamento mecânico da via, devido aos esforços impostos pela passagem do material rodante, passa a ser essencial no projeto de uma estrutura que garanta os requisitos necessários, sem ser inviável economicamente. Visto que esse comportamento mecânico é muito sensível à rigidez vertical da estrutura, o presente trabalho apresenta análises da influência desse parâmetro na resposta da via e, consequentemente, no seu dimensionamento. Nesse contexto, o trabalho abrange tanto o caso de vias em lastro solicitadas por trens de carga, quanto o caso de vias em laje solicitadas por trens de passageiros em meios urbanos. No primeiro caso são realizados estudos paramétricos, por meio de modelos clássicos e um modelo mecanicista, para a análise de momentos fletores e deflexões nos trilhos, bem como tensões verticais nas camadas de lastro, sub-lastro e subleito. Já no segundo caso, são realizados estudos paramétricos relativos à transmissibilidade e à atenuação de vibrações causadoras de ruído secundário. Também é feita uma análise da influência da rigidez vertical na amplificação dinâmica das cargas estáticas, que pode ser aplicada a ambos os casos citados e até extrapolada para casos de vias de alta velocidade. Os resultados mostraram que aumentos de rigidez vertical resultam em ganhos do ponto de vista de momentos fletores e deflexões nos trilhos, além de maior resistência e capacidade de dissipação de tensões verticais nas camadas de lastro, sub-lastro e subleito. Por outro lado, esses aumentos também levaram a maiores tensões nas camadas subjacentes à grade citadas, além de atenuações de vibrações em menores intervalos de frequência e maiores amplificações dinâmicas das cargas estáticas em vias de alta velocidade. Assim, é mostrado que a influência da rigidez vertical, tanto da via como um todo quanto de alguns elementos específicos, não deve ser analisada de forma genérica, pois, dependendo do parâmetro da resposta da via considerado no dimensionamento, seu aumento pode representar uma influência positiva ou negativa. / The railway track is an essential element in the composition of rail transport and its performance should be adequate to ensure both safety and comfort. Therefore, several aspects should be analyzed still in the project phase, through project designs that compare the response of the track from the point of view of different parameters and some stablished limits. Thus, the knowledge of the mechanical behavior of the track due to stresses imposed by the passage of rolling stock becomes essential to the design of a structure which ensures the necessary requirements, without being uneconomic. Since this mechanical behavior is very sensitive to vertical stiffness of the structure, this thesis presents some analyses about the influence of this parameter in the track response and, consequently, in its design. In this context, the research covers both the case of ballasted tracks with freight trains and the case of slab tracks with passenger trains in urban areas. In the first case, parametric studies are performed by means of classical and mechanistic models with analyses of bending moments and deflections in rails, as well as the vertical stresses on ballast, sub-ballast and subgrade layers. In the second, it was analyzed in the parametric studies the transmission and attenuation of vibrations causing ground borne vibration. In addition to these, there is also an analysis of the influence of the vertical stiffness in dynamic amplification of the static loads, which can be applied to both the mentioned cases and even extrapolated to cases of high-speed railways. The results showed that stiffness increases result in positive gains from the point of view of bending moments and deflections in rails, as well as higher strength and dissipation of vertical stresses on ballast, sub-ballast and subgrade layers. On the other hand, this increase of stiffness also lead to higher pressures on the layers cited, in addition to attenuation of vibrations in lower frequency ranges and higher dynamic amplifications of static loads in the case of high-speed operation. Thus, the influence of vertical stiffness should not be analyzed in a generic way, because, depending on the parameter of the track response considered, it can represent a positive or negative influence.