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44ª Reunião Anual de Pavimentação e 18º Enacor

18 a 21 de Agosto de 2015 – Foz do Iguaçu/PR - Brasil

CARACTERIZAÇÃO DO LASTRO FERROVIÁRIO DEGRADADO VISANDO SEU EMPREGO

EM CAMADA DE BASE DE PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS

Bárbara Elis P. Silva

Instituto Militar de Engenharia

Antônio Carlos R. Guimarães


Virlene Leite Silveira


RESUMO

O presente trabalho apresenta a caracterização de um lastro degradado obtido após a

operação de desguarnecimento de uma ferrovia da região Norte do país. O lastro é a

primeira camada do pavimento ferroviário e é constituído de rochas britadas,

tradicionalmente de forma angular. O material da pesquisa, por ser desguarnecido, é

constituído de agregados graúdos e uma parcela de finos. Através de ensaios físicos e

mecânicos foi possível conhecer o agregado graúdo e montar um traço de mistura solo –

lastro utilizando um solo da mesma região de onde o lastro degradado foi coletado. O

objetivo é trazer a conhecimento as características desse material degradado e fomentar

a utilização do mesmo como material de base estabilizada granulometricamente.

Fazendo uso de um solo dos arredores de onde o lastro degradado foi coletado, espera-

se que o traço proposto neste trabalho possa ser utilizado como camada de base em

pavimentos de baixo custo naquela região.Os resultados indicaram tratar-se de um

material viável para aplicação em camadas de pavimentos.

Palavras-chave: lastro, ferrovia, agregado alternativo, pavimentação

ABSTRACT

This paper presents the characteristics of a degraded ballast obtained after stripping

operation of a railroad in the North of the country. The ballast is the first layer of

Railway Pavement and it consists of hard rocks and stones crushed traditionally

angularly. The researched material, has been stripped from the railway so it consists of

coarse aggregate and a fine portion. Through physical and mechanical tests it was

possible to know the coarse aggregate and set up a soil mixture of trace - ballast using a

soil of the same region where the degraded ballast was collected. The goal is to bring

the knowledge the characteristics of this degraded material and encourage its use as a

stabilized base material, making use of a soil from that region where the degraded

ballast was collected, so that the stroke proposed in this paper can be used as a base

layer in low-cost flooring in the region.

Key-words: ballast, railway, alternative aggregate, paving



1. INTRODUÇÃO

O uso exagerado dos recursos naturais e agressões ao meio ambiente tornaram-se

preocupações de ordem mundial há pouco mais de três décadas. Segundo a Global

Footprint Network, uma organização internacional pela sustentabilidade, parceira

global da WWF, até o mês de agosto de 2014, a humanidade .teria usado todos os

recursos naturais do planeta disponíveis para aquele ano. O cálculo é feito

anualmente pela organização e para chegar a este resultado é feito um rastreamento

do que a humanidade demanda em termos de recursos naturais (alimentos,

matérias-primas e gás carbônico) e compara-se com a capacidade de reposição

destes recursos pela natureza e de absorção de resíduos. Ou seja, o homem tem

utilizado mais recursos naturais do que dispõe. Por este motivo, centenas de países

iniciaram uma busca por alternativas á exploração desses recursos e a novas idéias

para a destinação dos resíduos produzidos em seu território.

No Brasil, diversas universidades, em parceria com empresas privadas desenvolvem

pesquisas de técnicas de reaproveitamento de resíduos e aplicações para as mesmas

em diversos segmentos, a citar COSTA(2013), SANTOS(2013) e ALECRIM(2009).

A reutilização como agregados alternativos em obras de pavimentação mostra-se

uma alternativa útil e viável, uma vez que o transporte rodoviário é o mais utilizado

no território brasileiro. De acordo com o Relatório Executivo do Plano Nacional de

Logística e Transportes, publicado em 2007, o modal rodoviário representava 58%

da matriz de transportes brasileira seguido pelo ferroviário, com uma participação de

25% na época da publicação. Em 2012, os novos valores seriam 52% para o

rodoviário e o modal ferroviário já teria atingido 30%, segundo matéria publicada

pelo site Transporta Brasil. O PAC (Programa de Aceleração do Crescimento e o

PNLT(Plano Nacional de Logística e Transportes) prevêm investimentos bilionários

na infraestrutura dos transportes brasileiros, com o principal objetivo de reduzir essa

disparidade no uso dos modais e permitir melhoria na logística do transporte de

cargas até o interior do país e do interior até os portos. Para o modal ferroviários os

projetos contemplam criação de novos trechos e duplicação de alguns já existentes.

Dentro deste contexto, o presente trabalho apresenta um breve estudo do material

de lastro ferroviário degradado e portanto, inservível para a ferrovia, visando seu

emprego como agregado alternativo em camadas de pavimento ferroviário.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

No Brasil existe hoje um total de 30.051 km de linha férrea, distribuídos pelas

regiões Sul, Sudeste e Nordeste, atendendo parcialmente o Centro-Oeste e a região

Norte do país. Desse total, 28.614 km são destinados ao transporte ferroviário de

cargas e os 1.437 km restantes são referentes a malhas locais, operadas por trens



urbanos e trens turísticos de passageiros. (CNT,2011). Esse número tende a

aumentar uma vez que atualmente existem diversos projetos federais que

contemplam ações em investimentos públicos na área de infraestrutura. O principal

objetivo deles é o desenvolvimento de uma logística integrada nacionalmente,

vislumbrando a ligação de diversas áreas produtivas e potencialmente produtivas do

país. Para o modal ferroviário, prevêem ampliação das ferrovias existentes e criação

de novos trechos.

2.1 O pavimento ferroviário

O pavimento ferroviário, assim como o rodoviário, é composto por camadas, que

têm como função suportar os esforços gerados pelos veículos que por ele trafegam.

A figura 1 permite visualizar um pavimento ferroviário, com seus componentes.

Figura 1. Componentes de uma via férrea (KLINCEVICIUS,2010)

A camada de lastro é a primeira camada a contar a partir dos dormentes, é formada

por pedras britadas, dimensionadas de acordo com especificações normatizadas. A

norma brasileira que apresenta exigências para o material a ser utilizado como

lastro- padrão é a 5564/91 – Via Férrea: Lastro-padrão. Algumas ferrovias

brasileiras adotam especificações da norma americana AREMA (American Railway

Engineering and Maintenance of Way Association). Ambas indicam materiais como

granito, basalto, gnaisse e também alguns tipo de escória de aciaria para serem

empregados nessa camada. SELIG & WATERS(1994) define como principais

funções do lastro a capacidade de resistir verticalmente, lateralmente e

longitudinalmente às forças aplicadas aos dormentes, mantendo a uniformidade da

via; fornecer resiliência à via; permitir drenagem da água que penetrar pela camada;

reduzir as tensões recebidas a níveis aceitáveis para os matérias das camadas

subjacentes.

Com o passar do tempo, a degradação mecânica sofrida pelo lastro devido às

operações de manutenção e aos esforços impostos pelas cargas, associada ao

intemperismo químico ocasionado pelas mudanças climáticas e ainda a queda de



partículas finas do material transportado preenchendo os vazios entre as britas leva a

uma alteração na sua granulometria. Quando isso acontece o lastro enrijece e

começa a perder capacidade de exercer suas principais funções, tendo que ser

trocado por material de lastro novo. O processo de retirada do material de lastro

inservível e a substituição por outro recebe o nome de desguarnecimento. O material

de lastro desguarnecido é, portanto, aquele lastro com granulometria fora da

especificada e com grande presença de finos, que perdeu a elasticidade necessária

para suportar os impactos e sua capacidade de drenagem.

2.2 Agregados para pavimentação rodoviária

Segundo o Manual de Pavimentação (DNIT,2006), os agregados utilizados em obras

de pavimentação podem ser divididos em três grandes grupos, segundo sua

a)natureza, b)tamanho e c) distribuição dos grãos

Quanto á natureza, Bernucci et al(2010) classifica os agregados em:

Natural: São aqueles que tem fontes de ocorrência natural e são obtidos por

processos convencionais de desmonte, escavação e dragagem. Ex: pedregulhos,

britas, seixos e areias. Esses agregados podem ser empregados na pavimentação

na forma e tamanho como se encontram na natureza

Artificial: São os agregados proveniente de resíduos de processos industriais ou

fabricados especificamente com o objetivo de alto desempenho, como é o caso

da argila calcinada (BERNUCCI et al 2010 apud CABRAL,2005). Como

exemplo de resíduos de processos industriais tem-se as escórias de aciaria e de

alto forno.

Reciclado: Enquadram-se nessa categoria aqueles provenientes de reuso de

materiais diversos Ex: revestimentos asfálticos reciclados e o resíduo de

construção civil

O material utilizado neste artigo enquadra-se na categoria de agregados reciclados.

Quanto ao tamanho, os agregados dividem-se em graúdos, miúdos e de enchimento.

Os graúdos são aqueles com dimensões maiores do que 2,0 mm, ou seja, retidos na

peneira #10. Ex: britas, cascalhos e seixos Já os miúdos são aqueles passantes na

peneira #10 e retidos na peneira #200 ( 0,075 mm). Aqueles materiais finos, que

passam pela 0,075mm são os chamados de materiais de enchimento. Como exemplo

tem-se o cimento e a cal hidratada

Quanto à distribuição dos grãos, tem-se:



Graduação densa: onde o material é bem graduado e a quantidade de material

fino é suficiente para preencher os vazios entre os agregados maiores;

Graduação aberta: Apresenta graduação contínua e bem graduada, como a

densa, porém difere-se dela pois seus finos são insuficientes para preencher os

vazios existentes entre as partículas maiores

Graduação tipo macadame ou uniforme: os agregados apresentam partículas de

um único tamanho, ou seja, granulometria uniforme.

Na pavimentação rodoviária, a camada de base do pavimento flexível pode ser do

tipo granular ou estabilizada. As granulares constituídas por estabilização

granulométrica são compostas por solos, britas de rocha, escória de alto forno ou da

mistura desses materiais, a que dá-se o nome de mistura solo-agregado. Já as

granulares tipo macadame hidráulico são compostas por britas de graduação aberta

de tipo especial que, após a compressão os vazios são preenchidos com material de

enchimento.

As bases estabilizadas tem processos tecnológicos e construtivos similares às bases

granulares, porém nas estabilizadas adiciona-se pequenos teores de aditivos para

incrementar as propriedades mecânicas do solo utilizado.

3. MATERIAIS E MÉTODOS

O material de lastro degradado utilizado no desenvolvimento deste trabalho foi

recolhido após o desguarnecimento de um trecho que passa pela cidade de

Açailândia/MA. As britas apresentavam granulometria grossa, com o diâmetro

máximo de 38 mm. A figura 2 apresenta a curva granulométrica do material e

considera os limites granulométricos estabelecidos pela Faixa 3 da norma

AREMA.Os limites desta faixa são adotados pela ferrovia em questão. Analisando a

Figura 2 é possível visualizar que todas as faixas estavam fora do estabelecido pela

norma, o que corrobora para o fato deste material ser retirado da via férrea.



Figura 2. Granulometria do lastro em comparação com a granulometria da Faixa 3

da norma AREMA.

Para a realização dos ensaios, a amostra passou pelo quarteador de 1”. Além da

análise granulométrica, o material estudado foi submetido a ensaios mecânicos

como a perda ao choque no aparelho Tréton, conforme ME 399/99 (DNER),

determinação da abrasão Los Angeles, conforme ME 35/98 (DNER) e ao ensaio

triaxial de cargas repetidas para obtenção do módulo resiliente, com intenção de

conhecer o comportamento deste material quando recebe aplicação cíclica de cargas,

simulando a aplicação de cargas impostas pelo tráfego dos veículos. As figuras 4 e 5

mostram a execução de dois ensaios.

Fig. 4 Execução do ensaio de perda

ao choque no aparelho Tréton

Fig. 5 Execução do ensaio de abrasão

Los Angeles

Para o ensaio de MR foi feita uma mistura de solo e material de lastro, sendo

composta por 30% de solo e 70% de lastro. O solo utilizado é um laterítico arenoso

proveniente da mesma região onde a amostra de lastro foi coletada e suas

características são apresentadas na Tabela 1. Durante o desenvolvimento deste

trabalho foi denominado “Solo 29”.



Tabela 1 Classificação do solo utilizado na mistura

SOLO 29

Umidade ótima

(%)

Massa Esp. Aparente

Seca Máxima (g/cm³)

Limite de Liquidez

Índice de Plasticidade

Classificação MCT

Classificação granulométrica

112,70%

1,94

119,50%

10% LA' Areia grossa

silto - argiloso

Foram moldados quatro corpos de prova, com as dimensões de 10 cm x 20 cm, com

diferentes teores de umidade. O primeiro (CPI) com 3,25%; o segundo (CPII) com

4%; o terceiro (CPIII) com 4,5% e o último (CPIV) com 5% de água. A figura 6

ilustra os corpos de prova moldados para o ensaio de módulo resiliente.

Figura 6. Corpos de prova submetidos ao ensaio triaxial de cargas repetidas: (a) CPI

(b) CPII (c)CPIII (d) CPIV

Na fração fina do material foi feito o ensaio de equivalente de areia, conforme ME

054/97(DNER) e exigência da 141/2010.



4. ANÁLISE DE RESULTADOS

A curva granulométrica obtida para a amostra de lastro estudada é apresentada na

figura 7.

Figura 7. Granulometria do lastro degradado em comparação com a granulometria

da Faixa A da norma 141/2010.

O lastro degradado apresentou granulometria densa, com tamanho de grãos que

variavam de 50,8 mm até finos passantes na peneira de 0,075 mm. Comparando a

porcentagem passante do material de lastro degradado com as faixas

granulométricas estabelecidas na norma 141/2010 para serem utilizadas em camadas

de base, o lastro estudado manteve-se próximo do limite estabelecido para a Faixa

A, da referida norma. Tal faixa é indicada para trechos onde N> 5 X106.

O impacto que o material sofre durante o ensaio no aparelho Tréton caracteriza um

esforço de natureza dinâmica semelhante às solicitações impostas pelo tráfego dos

veículos. Ele avalia a resistência mecânica do agregado graúdo a ser utilizado em

camadas de pavimentos. O resultado obtido para o material de lastro é apresentado

na tabela 1 e foi comparado com valores obtidos por COSTA(2013), que ensaiou a

escória de aciaria para emprego em pavimentação e com o resultado obtido por

SANTOS (2013) para a Brita 1, que comumente é utilizada em camadas de

pavimentos rodoviários.



Tabela 2 Resultado obtido no ensaio de perda ao choque no aparelho Tréton

Perda ao choque no aparelho Tréton (DNER - ME 399/99)

Amostra 43 Escória de

aciaria ( COSTA,2013)

Brita 1 (SANTOS,2013)

Valor limite (Bernucci et

al,2010)

4,61% 19,90% 17% máx. 60%

Observa-se que o material analisado neste artigo apresentou resultado

consideravelmente menor do que os demais e menor do que o valor limite para este

ensaio, segundo BERNUCCI et al (2010), mostrando-se bem resistente

mecanicamente.

O ensaio de Abrasão Los Angeles mede a resistência à abrasão e o desgaste dos

grãos quando sofrem atrito. A tabela 2 apresenta o resultado obtido para o material

de lastro e compara-o com o resultado obtido por RAMOS(2004) e por PESTANA

(2008). Ramos(2004) estudou as propriedades mecânicas de diversos solos e

materiais britados da cidade do Rio de Janeiro. Os materiais britados são

provenientes de diferentes pedreiras que fornecem britas para obras de

pavimentação. Já Pestana (2008) estudou uma amostra de RCD (resíduo de

construção e demolição) para ser empregado em camadas de base e subbase em

estradas de baixo tráfego.

Tabela 3 Resultado obtido no ensaio de abrasão Los Angeles

Determinação da Abrasão Los Angeles (DNER - ME 035/98)

Amostra 43

Pedreira Vigné ( RAMOS,2004)

RCD (PESTANA,2008)

Valor limite (DNIT

141/2010)

16,51% 20% 44% máx. 55%

De acordo com a norma 141/2010 (DNIT), quando submetidos ao ensaio de abrasão

Los Angeles (DNER-ME 035),os agregados não deverão apresentar desgastes

superiores a 55%, portanto, o valor obtido para o material de lastro estudado

classifica-o como satisfatório considerando este parâmetro.

A fração fina presente no material de lastro tem diferentes fontes. São provenientes

de materiais que sofrem queda durante o transporte na ferrovia, também de

partículas do próprio material de lastro que sofrem ruptura devido às solicitações

impostas pelo tráfego, ainda, finos provenientes do bombeamento das camadas



inferiores e por fim, materiais transportados pelo vento. O resultado obtido no

ensaio de equivalente de areia foi 38,40%. A norma 141/2010 especifica que o

equivalente de areia deve ser maior que 30%, portanto este valor é satisfatório.

As leituras obtidas pelo ensaio triaxial de cargas repetidas realizado com a mistura

solo-lastro estão apresentadas na tabela 3. Nela estão representados os valores

mínimo e máximo de MR obtidos para cada corpo de prova e a média de cada um

deles.

Tabela 4. Valores de MR obtidos para os CP’s de mistura solo-lastro

CP Valores de MR (Mpa)

mín máx média (ẍ)

CPI 306 526 369,2

CPII 235 705 323,6

CPIII 280 590 404,7

CPIV 263 518 393,6

Apesar de ser composto majoritariamente por agregado granular (70% de lastro) e

ter sido moldado com um solo arenoso, observou-se após o ensaio, que em nenhum

dos CP’s o módulo resiliente pôde ser representado em função da tensão confinante,

como se é esperado para materiais arenosos e granulares. Por este motivo o modelo

combinado foi o que melhor representou o módulo resiliente obtido para este

material. As figuras de 8 a 11 mostram os gráficos obtidos para cada corpo de prova

considerando o modelo combinado.

Fig. 8 Gráfico 3D do modelo combinado

obtido para o CP1


obtido para o CPII




obtido para o CPIII


obtido para o CPIV

Acredita-se que a fração fina presente no lastro tenha influenciado

consideravelmente este comportamento. Na ferrovia onde o material deste estudo foi

coletado, o principal produto transportado é o minério de ferro, portanto existe a

presença de óxidos de ferro e óxidos de silício na composição da fração fina deste

material.

5. CONCLUSÕES

Após a realização dos ensaios, conclui-se que, a granulometria do material de lastro

degradado analisado não se enquadrou perfeitamente, mas aproximou-se daquela

estabelecida na norma 141/2010 – Base estabilizada granulometricamente,para

agregados graúdos utilizados em camadas de base de pavimentos rodoviários. Para

garantir um perfeito enquadramento granulométrico este material deverá ser

utilizada em mistura com solo. Os ensaios de perda ao choque no aparelho Tréton e

abrasão Los Angeles apresentaram resultados satisfatórios, mostrando que este

material atende às especificações de resistência mecânicas para materiais

empregados em camada de base estabilizadas granulometricamente. Analisando a

média obtida para cada corpo de prova no ensaio triaxial de cargas repetidas,

conclui-se também que foi superior a 300 MPa , que é um valor considerado

satisfatório para agregados a serem empregados em camadas de base.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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