Proposition device measures \"in situ\" to evaluate the mechanical behavior of ballast: case study on the Estrada de Ferro Carajás.

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