A conceção e dimensionamento de viadutos ferroviários necessitam de ter em conta determinados limites de deformabilidade da estrutura de maneira a controlar os efeitos de interação. Para além do controlo da tensão nos carris, a limitação dos deslocamentos que se desenvolvem no sistema via- estrutura é também ela relevante para assegurar a estabilidade da via.
Deste modo, o presente trabalho toma como referência um viaduto localizado no novo ramal ferroviário de acesso ao porto de Aveiro, investigando os efeitos de interação que se desenvolvem quando este se
encontra sujeito a alterações do seu estado de tensão e deformação, motivadas pelas ações ferroviárias e de variação de temperatura. Para a análise desses efeitos, e sendo este um dos objetivos da dissertação, é necessário criar um modelo numérico com capacidade de simular o comportamento do sistema via- estrutura de modo adequado, ou seja, um modelo que tenha em conta a configuração e as propriedades da via e da estrutura bem como o comportamento da interface via-estrutura. Na idealização do modelo numérico deve ser também utilizado um método numérico que permita a aplicação faseada dos carregamentos e a consideração do estado de tensão/deformação dos elementos que simulam a interface ao longo do procedimento de cálculo.
A par do objetivo acima referido definiu-se um outro que envolve a realização de diferentes estudos paramétricos com base no modelo numérico a ser desenvolvido numa primeira fase. Estes estudos têm como objetivo principal a determinação dos efeitos de interação causados por determinadas variações impostas tanto à via como à estrutura do viaduto ferroviário. Após determinação desses efeitos pretende- se elaborar um conjunto de comentários acerca da variação dos parâmetros em causa e o que essa mesma variação poderá beneficiar ou prejudicar a segurança à estabilidade da via.
No que respeita à organização da dissertação, esta desenvolve-se ao longo de seis capítulos que seguidamente se apresentam de forma sintetizada.
O presente capítulo apresenta um enquadramento geral do tema a desenvolver. É ainda elaborada uma revisão bibliográfica acerca dos estudos desenvolvidos no âmbito da estabilidade da via de BLS e do fenómeno de interação via-estrutura e apresentam-se os objetivos da dissertação e conteúdos da mesma. No capítulo 2 são abordados aspetos relativos à interação via-estrutura, começando por apresentar uma descrição do fenómeno de interação e os parâmetros que influenciam a resposta do sistema via-estrutura. A configuração e as propriedades da via e da estrutura são parâmetros que definem o comportamento do sistema ferroviário face aos efeitos de interação que se poderão desenvolver.
No mesmo capítulo são também apresentadas as ações relevantes a ter em conta na análise de interação via-estrutura, os procedimentos de cálculo para combinação dos efeitos das diferentes ações a que a estrutura ferroviária se encontra sujeita e os critérios de segurança impostos para salvaguardar a segurança de circulação do tráfego ferroviário. Esta secção é finalizada com a discussão dos fatores que influenciam a estabilidade lateral da via, expondo ainda de maneira clara como o fenómeno de instabilização lateral tende a desenvolver-se até ser atingida a encurvadura da mesma.
No capítulo 3 são apresentados aspetos relevantes a considerar na modelação numérica do efeito de interação via-estrutura. Para além da discussão dos critérios de modelação, referidos na ficha UIC-774- 3-R (2001), apresenta-se a validação do programa de cálculo ANSYS 14.0 através da modelação dos casos E1-3 e E4-6 presentes na mesma ficha. Os modelos idealizados de ambos os casos tiveram como base um método numérico que permite a consideração do histórico de carregamento, ou seja, a consideração do estado de tensão/deformação da interface via-estrutura ao longo da aplicação sucessiva dos diferentes carregamentos. Aos resultados obtidos procedeu-se à análise comparativa entre estes e os apresentados na ficha UIC-774-3-R (2001).
O capítulo 4 tem como finalidade a descrição do novo ramal ferroviário do porto de Aveiro, sendo dado especial enfoque às características estruturais do viaduto Poente de acesso à ponte das Pirâmides pois, um dos objetivos do presente trabalho prende-se ao estudo dos efeitos de interação que se podem
desenvolver nesse viaduto. É de referir que esta obra de arte foi alvo de estudos desenvolvidos por Delgado (2013), pretendendo-se agora dar continuidade aos mesmos.
Devido aos troços do viaduto serem dotados de comprimentos de dilatação de 100 m, superiores aos estabelecidos pela ficha UIC-774-3-R (2001), considerou-se interessante escolher esta obra para o estudo dos efeitos de interação via-estrutura.
Após introdução do viaduto Poente apresenta-se o modelo numérico construído no programa ANSYS 14.0 que teve como base o respetivo projeto. Todos os elementos que constituem o modelo são descritos bem como as características inseridas nos mesmos. Ao longo do processo de discretização do modelo existiu ainda a preocupação de aproximar o seu comportamento ao comportamento real da estrutura. O capítulo 5 começa por apresentar o comportamento do modelo numérico do viaduto Poente. A avaliação do comportamento do modelo face aos diferentes casos de carga (ação vertical, ação vertical e frenagem do comboio, variação da temperatura e carregamento global) foi baseada na análise da configuração das deformadas da estrutura. Posteriormente, apresentam-se os efeitos de interação via- estrutura determinados através do programa ANSYS 14.0 e confrontam-se os mesmos com os resultados obtidos no modelo numérico desenvolvido por Delgado (2013).
Neste capítulo são apresentados os estudos paramétricos desenvolvidos a partir do modelo numérico base (MNB) do viaduto. Estes estudos envolveram a variação de diferentes parâmetros do sistema via- estrutura com o objetivo de avaliar a influência que essas variações têm sobre os efeitos de interação resultantes. Procedeu-se à avaliação da influência da variação das características geométricas do sistema via-tabuleiro, das características da via e da rigidez do sistema de apoio; a análise da influência dos aparelhos de dilatação de via (AD’s) e da configuração longitudinal do viaduto nos efeitos de interação; bem como a avaliação desses efeitos com a variação das temperaturas do carril e do tabuleiro. Por último, desenvolveram-se ainda cenários críticos combinando características de modelos das análises anteriores cujos efeitos de interação obtidos se identificam como os mais desfavoráveis.
No capítulo 6 são expostas todas as conclusões acerca dos estudos desenvolvidos e propostos estudos a desenvolver no futuro tanto no âmbito da interação via-estrutura como no da estabilidade da via.