1) O documento avalia os efeitos do uso de palmilhas elastoméricas nas interfaces trilho-placa de apoio e dormente-lastro. 2) Os resultados da instrumentação de campo mostraram um aumento considerável na área de contato e dissipação de tensão em ambas as interfaces, aumentando a vida útil dos componentes e reduzindo os custos de manutenção. 3) O uso de palmilhas melhora o desempenho da via ao reduzir vibrações e tensões entre a superestrutura e subestrutura.

1. Os efeitos da utilização de palmilhas elastoméricas nas inter-
faces trilho-placa de apoio e dormente-lastro
Antonio Merheb1 3
*, Denilson Sodré2
, Liedi Bernucci 3
, João Marcos4
, Philipp Ehrlich4
1
MRS Logística S.A. – Engenharia da Malha – Gerencia Geral de Engenharia da Manutenção,
Avenida Brasil 2001, 36060-010, Juiz de Fora, MG
2
Universidade Federal do Pará – Instituto de Tecnologia, Rua Augusto Corrêa, 01, 66075-110,
Belém, PA
3
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – Departamento de Engenharia de Transportes,
Av. Prof. Almeida Prado, trav. 2, 83, 05508-070, São Paulo, SP
4
Getzner Werkstoffe GmbH – Herrenau 5, 6706, Bürs, Austria
e-mail: 1º antonio.merheb@mrs.com.br, 2º dsodre@ufpa.br, 3º liedi@usp.br,
4º joao.marcos@getzner.com, 5º philipp.ehrlich@getzner.com
RESUMO
O desempenho das vias férreas resulta de uma complexa interação dos diversos elementos e
camadas do sistema como: trilho, fixação, dormentes, lastro, sublastro e subleito. O objetivo da
estrutura ferroviária é fornecer estabilidade, segurança e uma base eficiente para que os trens
operem em velocidades e cargas por eixo diferentes, proporcionando um transporte econômico,
confiável e confortável. Um problema comum à via permanente ferroviária é a progressiva deteri-
oração dos componentes causada pela passagem dos veículos, desta forma o contato entre os
materiais se altera ocasionando alteração de rigidez e perda de resiliência ao sistema. Diversas
soluções são adotadas a fim de corrigir tais anomalias, dentre estas está a adoção de materiais
elastoméricos tipicamente feitos de poliuretano, entre as interfaces de componentes, com finalidade
de atenuar o desgaste. Este artigo tem como objetivo avaliar a utilização de materiais elastoméricos
entre os contatos trilho-placa de apoio (dormente de madeira) e dormente-lastro (dormente de
concreto). Os resultados obtidos da instrumentação de campo mostraram considerável aumento na
áreas de contato e dissipação de tensão em ambas as interfaces analisadas, o que aumenta a vida
útil dos componentes, proporcionando ciclos de manutenção cada vez mais espaçados e ocasiona
redução de gastos com manutenção.
Palavras-Chaves: Via Permanente; componentes; palmilha.
1. INTRODUÇÃO
O modelo de pavimento ferroviário clássico
basicamente consiste de uma estrutura cons-
tituída por trilhos, fixadores e dormentes,
componentes que compõe a superestrutura, e
que são apoiados pelo lastro, que é então as-
sentado acima do sublastro e subleito subse-
quentemente, e juntos formam subestrutura
(1,2,3). O modelo clássico é, aparentemente,
uma estrutura simples e a sua composição
parece ter evoluído pouco desde o início das
primeiras ferrovias. Contudo, importantes de-
senvolvimentos ocorreram após a Segunda
Guerra Mundial, incluindo introdução de trilhos
contínuos soldados, uso de dormentes de
concreto, adoção de perfis de trilhos mais pe-
sados, inovações nos fixadores, utilização de
materiais elastoméricos entre os componentes,
introdução de equipamentos modernos de
medição e mecanização da manutenção, jun-
tamente com a adoção de sistemas de controle
(1,3,4,5).
Um problema comum neste tipo de via é a
progressiva deterioração dos componentes
causada pela passagem do tráfego. Nas fer-
rovias de carga destacam-se principalmente o

2. desgaste do patim do trilho e placa de apoio,
devido aos esforços dinâmicos causados pelo
contato roda-trilho e a progressiva deterioração
do lastro, quebra das arestas e a fratura de
agregados sob carga cíclica elevada causam
assentamentos na via e irregularidades geo-
métricas, que por sua vez potencializam os
esforços dinâmicos (6). Desta forma para
manter o desejado nível de segurança, velo-
cidade, geometria e conforto dos passageiros a
manutenção de rotina é fundamental em uma
via de lastro (7).
Por questões econômicas, técnicas e ambi-
entais, nos últimos 15 anos o modelo de es-
trutura ferroviária de carga no Brasil vem se
modernizando e dentre estas mudanças está a
substituição da matriz de dormentes, de uma
matriz essencialmente composta por dormen-
tes de madeira para uma matriz alternativa
composta por materiais como aço, polímero e
principalmente concreto. Entretanto grande
parte das ferrovias de carga brasileiras ainda
possuem dormentes de madeira como essên-
cia principal da malha.
As cargas impostas pela passagem dos trens
aos trilhos geram uma complexa reação de
esforços estáticos e dinâmicos. O conjunto de
elementos que constituem a via permanente
possibilita a transferência das cargas prove-
nientes da passagem dos veículos para a
fundação. Cada um dos elementos absorve
parte das tensões que nele chegam, transmi-
tindo tensões menores para a camada ou e-
lemento seguinte (1). Devido a isto a mudança
do tipo de dormente e alteração nas condições
do lastro, seja pelo processo de retirada de
finos ou pelo acumulo deles, acarretam alte-
rações e concentrações de tensões entre os
componentes, principalmente entre trilho e
placa de apoio e entre o dormente e o lastro.
2. OS PROBLEMAS
Interface dormente de concreto e lastro
Com a introdução dormentes de concreto e a
eliminação progressiva dos dormentes de
madeira, a estrutura da via ferroviária tradi-
cional tornou-se significativamente mais rígida.
Por consequência desta mudança no tipo
dormente a interface dormente-lastro, que já
possuía elevadas concentrações de tensões
com o dormente de madeira, teve situação
potencializada, Figura 1. Com tráfego, o dor-
mente de concreto e o lastro são submetidos a
tensões de contato elevadas que gradual-
mente degradam o lastro e desgastam a face
inferior do dormente. Portanto, não foi sur-
presa que a quebra do lastro e o desgaste do
dormente foram identificados como algumas
das principais fontes de contaminação do las-
tro (6).
Fig.1 - Detalhe da interface entre dormente e lastro
Alguns estudos analisaram em campo a dis-
tribuição da pressão de contato entre o dor-
mente e o lastro e mostraram que o número de
agregados envolvidos diretamente no suporte
do dormente era relativamente reduzido. Es-
tima-se a existência de 100 e 200 pontos de
contato entre a interface dormente-lastro, e-
videnciando assim a criticidade da interface
entre estes materiais (3). Estudos envolvendo
ferrovias européias mostraram que o contato
efetivo do dormente de concreto com o lastro
varia de 5 a 13% da área total da base do
dormente, dependendo se este está estabili-
zado ou não. Outro fator que influencia no
contato com o lastro é a natureza dos materi-
ais. Dormentes de madeira têm a tendência de
possuir maior área de contato devido a sua
resiliência, assim como lastros de menor
granulometria permitem maior superfície de
contato devido o tamanho dos agregados
(3,6).
Interface trilho e placa de apoio - dormentes de
madeira
Em linhas onde a matriz de dormentes não foi
alterada e o lastro ainda não passou pelo
processo de desguarnecimento, situação que
acontece em mais da metade da malha ferro-
viária nacional, o desgaste de componentes
acontece de forma acelerada, principalmente
pela perda de resiliência do sistema o que
ocasiona ciclos de manutenção cada vez mais
recorrentes. O desgaste dos componentes da
subestrutura, principalmente do lastro, ocasi-
ona perda na capacidade de drenagem e in-
consistência no módulo de via. Em períodos de
elevada umidade acontecem grandes defor-
mações plásticas e em períodos de seca o
sistema fica com elevada rigidez. Esta alte-

3. ração de comportamento torna a vida útil do
pavimento ferroviário cada vez mais reduzida e
os ciclos de manutenção cada vez mais pró-
ximos (3).
O reflexo dos problemas na subestrutura im-
pactam diretamente nos componentes da
superestrura como o trilho, fixadores e dor-
mentes (2). Um grande problema percebido,
que é oriundo desta variação de rigidez da via,
é o desgaste assentuado de placas de apoio e
a redução de vida útil do trilho pela fratura de
patim, Figura 2.
(a)
(b)
Fig.2 - (a) Placa de apoio com concentração de
contato e, (b) defeito em patim de trilho
3. A UTILIZAÇÃO DE PALMILHAS E SEUS
EFEITOS PARA O SISTEMA FERROVIARIO
O principio de utilização das palmilhas elas-
toméricas, tanto do USP (Under Sleeper Pad)
quanto do Rail Pad, é de prover resiliência para
o sistema, garantindo melhor distribuição de
tensão e maior área de apoio em interfaces
críticas da superestrutura ferroviária, Figura 3.
Fig.3 - Detalhe da utilização de palmilha na interface
dormente e lastro
O primeiro uso do USP foi em meados dos
anos 1980 em linhas principais e de alta velo-
cidade na Europa. Desde então, vários estu-
dos de análise numérica, teste de campo e de
laboratório, foram realizados para avaliar a
eficácia do USP. Tais estudos concluem que
as propriedades do USP, têm a capacidade de
melhorar o desempenho via pela redução das
vibrações e tensões entre a superestrutura e
subestrutura. Os estudos enfatizam que as
vantagens das palmilhas devem-se priorita-
riamente ao seu correto dimensionamento e
escolha da rigidez do material de acordo com o
nível de tensão que o mesmo irá trabalhar (8).
Pesquisas realizadas pela Universidade Tec-
nológica de Graz (TUG) e na Austrian Federal
Railways (ÖBB) envolveram o acompanha-
mento em centenas de seções de teste em
linha de vias principais, com e sem USP. To-
das as seções do teste com a palmilha entre
dormente e lastro demonstraram uma redução
significativa de deterioração, resultando em
ciclos de socaria em períodos cada vez mais
espaçados, pelo menos o dobro do original (8).
Os pesquisadores também destacaram maior
ciclo de vida de componentes e redução de
custos de manutenção da via em torno de 30%,
para vias lastradas que utilizaram as palmilhas
entre dormente e lastro (9,10,11). Devido aos
resultados obtidos nestes testes os USP são
agora usados na Áustria, Alemanha, França,
Espanha e Suíça, em uma variedade de apli-
cações, incluindo linhas de alta velocidade,
linhas principais, ramais e curvas acentuadas
(9,10).
Diversos pesquisadores são da opinião de que
USP deve ser ainda mais eficaz em aplicações
de carga pesada, pois em estudos envolvendo
utilização das palmilhas em linhas de tráfego
misto em sua maioria, até uma carga por eixo
moderada de 22,5 toneladas, mostraram ga-
nhos no desempenho cada vez maiores
quanto maior o peso por eixo (12).

4. O principio de utilização dos Rail Pad´s segue o
mesmo princípio da palmilha para interface
dormente e lastro (USP). Entretanto rigidez e
características do material são diferentes, pois
a magnitude de tensões é mais elevada na
interface trilho e placa de apoio do que entre o
dormente e o lastro. A utlização deste material
com a finalidade de proprocionar melhor con-
tato e dissipação de tensão entre trilho e o
dormente iniciou-se em dormentes de concre-
to, devido à variação de rigidez entre os com-
ponentes e com objetivo de atenuar os im-
pactos dinâmicos gerados pela passagem dos
trens. Entretanto a introdução de uma palmilha
entre o trilho e a placa de apoio em dormentes
de madeira surgiu em 2011 pela realização de
um teste entre a MRS Logística e a empresa
fabricante de palmilhas Getzner, Figura 4.
Fig.4 - Protótipo da palmilha utilizada entre a placa
de apoio e o trilho
Este teste surgiu devido ao intenso desgaste
de patim de trilhos que acontecia principal-
mente causado pelo contato concentrado com
a placa de apoio que é, dentre outros motivos,
agravado pela falta de elasticidade da via, de-
vido a excessivo grau de contaminação do
lastro. Desde então após 4 anos de utlização e
mais de 450 Milhões de Toneladas Brutas
Transportadas (MTBT) o material continua em
serviço sem mostrar desgaste fora dos padrões
dimensionados em projeto.
4. INSTRUMENTAÇÃO DE CAMPO
Com o objetivo de avaliar o comportamento
dinâmico dos diversos tipos de componentes
ferroviários e investigar o desempenho mecâ-
nico da via permanente sob condições reais de
carregamento durante a passagem do trem, a
MRS Logística S.A. construiu na linha principal,
no km 110 da Ferrovia do Aço, próximo à ci-
dade de Arantina, um test site com compri-
mento útil de 300 m. Tal trecho foi remodelado
em dezembro de 2014 com diferentes tipos de
dormentes dividos por zonas separadas. No
local, o lastro foi totalmente substituído, pois
objetivava-se colocar todos os novos compo-
nentes da superestrutura sobre uma condição
igual, de uma mesma subestrutura, Figura 5.
Fig.5 - Campanha de instrumentação realizada no
km 110 da Ferrovia do Aço
Os componentes da via (trilho, dormente, las-
tro, sublastro e subleito) são investigados para
a avaliação da capacidade de carga e da qua-
lidade operacional da via em termos estrutu-
rais, considerando diversos tipos de dormentes
(madeira, concreto, aço e polímero).
A instrumentação tem como objetivo global à
análise da condição estrutural da via referente
ao seu desempenho mecânico, correlação en-
tre tensão, deformação e resistência, ao longo
de um dado período de tempo ou para certo
acúmulo de tráfego. Trata-se de uma mudança
de paradigma para a manutenção da via per-
manente ferroviária. A geometria não é mais o
único indicativo da qualidade da via e parâme-
tro de controle da manutenção. A alteração da
geometria da via passa a ser considerada
como um sintoma a ser investigado, para se
saber porque se alterou, ou seja, as deforma-
ções de quais camadas contribuíram para a
alteração e, identificada a origem do problema,
propor o que fazer.
A análise do desempenho da via consiste em
se verificar se as tensões e as deformações
atuantes em uma dada condição de estrutura e
carregamento satisfazem os critérios admis-
síveis para esses parâmetros em cada com-
ponente estrutural da via, considerando os
materiais utilizados.
Neste artigo estão evidenciadas as medidas de
tensão trilho-placa de apoio para o dormente
de madeira e as medidas de tensão na inter-
face dormente-lastro para o dormente de con-
creto, com objetivo principal de avaliar o
comportemento destas interfaces com e sem

5. palmilha elastomérica. As aquisições simultâ-
neas de dados de cada instrumento em cada
ilha de instrumentação foram realizadas em
diferentes períodos do dia procurando-se evitar
efeitos térmicos. Abaixo seguem as imagens
dos sensores ultilizados nesta campanha de
instrumentação, Figuras 6 e 7.
(a)
(b)
Fig.6 - Células de pressão de filme fino utilizada na
interface dormente-lastro (a) detalhe da instalação
da célula (b) detalhe do sensor
(a)
(b)
Fig.7 - Células de pressão de filme fino utilizadas na
interface trilho-placa de apoio (a) detalhe da insta-
lação da célula (b) detalhe do sensor
Para as medidas de tensão em ambas as in-
terfaces, foram utilizadas células de pressão de
filme fino MBTSS (Matrix Based Tactile Surface
Sensor) configuradas especialmente para as
dimensões dos componentes empregados,
como comprimento e largura dos dormentes,
dimensões do patim do trilho e da placa de
apoio. As células de pressão de filme fino
permitem obter, além da intensidade das ten-
sões, o mapeamento do padrão de distribuição
das tensões nas interfaces, pois são compos-
tas por malhas de pontos que registram os
esforços com escala de precisão acima de 800
hz.
5. RESULTADOS
Todas as análises foram feitas simultanea-
mente objetivando medidas dos mesmos trens
em ambos os sistemas, sem e com palmilhas,
tanto para a interface dormente-lastro quanto
para o trilho-placa de apoio. A campanha de
medição foi realizada no mês de julho de 2015
quando o local do teste já havia acumulado 70
MTBT desde de sua instalação.
Os resultados dos dois experimentos, como
descritos acima, são analisados e discutidos
nos parágrafos seguintes divididos em inter-
faces de medidas: área de contato dormen-
te-lastro e área de contato trilho-placa de apoio.

6. 5.1 – Tensão dormente - lastro
Sabe-se que a área de contato entre um dor-
mente de concreto e o lastro antes da reali-
zação da socaria é entre 3% e 5% da área total
do dormente e que este contato aumenta para
algo em torno de 9% após processo de estabi-
lização, dependendo das condições de insta-
lação e tipos de granulometria de lastro (13).
A fim de garantir melhoria no contato ado-
tou-se duas palmilhas de elastômeros micro
celulares (USP) por dormente com espessura
máxima 15 mm e dimensões 1385 x 240 mm.
Na Figura 8 abaixo o detalhe da palmilha
instalada no dormente de concreto .
Fig.8 - Detalhe da palmilha instalada no dormente de
concreto após 7 meses de serviço
A seguir estão os resultados de tensões, para
dormentes sem palmilha, obtidos na região de
tensão abaixo dos trilhos (25cm para cada lado
a partir do eixo do trilho). A Figura 9a repre-
senta o dormente descagarreado, apenas com
o preso próprio da superestrutura e na Figura
9b a mesma região de carregamento durante a
passagem de uma locomotiva. Percebe-se
pelas imagens que o contato entre o dormente
e o lastro fica concentrado em poucos pontos,
como já esperado, e no momento do carre-
gamento as tensões são distribuidas a uma
região maior, porém muito reduzida em relação
a área total instrumentada, apenas 22%, re-
giões em vermelho. Esforços estes, que oca-
sionam degradação acelerada de lastro e
dormente.
(a)
(b)
Fig.9 - Resultado das medidas de tensão na inter-
face dormente-lastro sem palmilha (a) dormente
descarregado (b) dormente carregado
As imagens a seguir são os resultados das
medidas do dormente de concreto com a
palmilha em contato com o lastro. As medidas
foram relizadas em um dormente distante 20m
do anterior sem palmilha. Pela Figura 10a
percebe-se claramente que apenas com o
peso próprio da estrura a área de contato é
maior, chegando a ser 3 vezes superior quando
acontece o carregamento, como pode ser visto
pela Figura 10b. Identifica-se facilmente a
redução de concentrações de tensões e o
aumento da área de contato entre lastro e
dormente. Pela Figura 10b abaixo, tembém
pode-se verificar a relação entre área de
contato e área total instrumentada que é de
57%. Ainda assim, existem regiões que
atingem picos de tensão, entretanto em
quantidades muito menores, pois é da natureza
deste tipo de contato ocorrerem tensões
concentradas pela forma de alguns agregados
de lastro.
(a)
(b)
Fig.10 - Resultado das medidas de tensão na in-
terface dormente-lastro com palmilha (a) dormente
descarregado (b) dormente carregado

7. 5.2 – Tensão trilho placa de apoio
Para o caso da interface trilho-placa de apoio
havia grande incerteza referente a área de
contato, devido a pouco estudo ter sido reali-
zado nesta interface. Entretanto por inspeções
e análises empíricas de campo, realizadas nas
linhas da MRS, percebia-se elevado desgaste
entre este dois componentes e concentração
de contato evidenciados por marcas existentes,
tanto no patim do trilho quanto na superfície da
placa de apoio, como já descrito no início do
artigo, Figura 2.
Com intuito de reduzir os desgastes mencio-
nados anteriormente, foi adotada uma palmilha
de elastômeros micro celulares (Rail Pad) por
placa de apoio com espessura máxima 5 mm e
dimensões iguais à superfície da placa. Abaixo
o detalhe da palmilha utiilizada no local do teste
Figura 11.
Fig.11 - Palmilha utilizada na interface trilho-placa de
apoio
Na sequência estão os resultados de medições
de tensões, para o contato entre trilho e placa
de apoio nos dormentes de madeira sem pal-
milha, obtidos na região abaixo dos trilhos. A
Figura 12a representa a situação descarre-
gada, apenas com o preso próprio da super
estrutura, e na Figura 12b a mesma região de
carregamento durante a passagem de uma
locomotiva. Similarmente ao que acontece na
interface anteriormente analisada, ocorre
concentração de tensão em área muito redu-
zida, apenas 19% de toda área de apoio da
placa. Resultado este que justifica desgaste
acentuado tanto de trilho quanto da placa,
percebido nas inspeções de campo. Esta dis-
tribuição não uniforme de tensões é extrema-
mente prejudicial não somente ao trilho e à
placa de apoio, mas sim a todo o pavimento,
pois quando acontece passagem de rodas
chatas as tensões podem ser potencializadas
em até 3 vezes devido ao impacto dinâmico.
Tal fato ocasiona acelerada degradação de
todos os componentes, principamente de tri-
lhos, na região do patim.
(a)
(b)
Fig.12 - Resultado das medidas de tensão na in-
terface trilho e placa de apoio sem palmilha (a)
dormente descarregado (b) dormente carregado
Com a utlização de Rail Pad´s, Figuras 12a e b,
constata-se redução significativa de tensões,
tanto para a situação descarregada quanto
para o momento da passagem do veículo. Para
o caso dos Rail Pad´s o aumento foi ainda mais
significativo quando comparado ao Under S-
leeper Pad. A área de contato, na situação
carregada, aumentou em 5,2 vezes quando
comparada a medida sem palmilha também
carregada, resultando em área total de contato
de 98% em relação a área total da placa.
Ressalta-se ainda que não foram observadas
tensões de pico após a utlização das palmilhas,
o que ocasiona grandes benefícios para os
componentes e ganho de resiliência ao siste-
ma.

8. (a)
(b)
Fig.13 - Resultado das medidas de tensão na in-
terface trilho e placa de apoio com palmilha (a)
dormente descarregado (b) dormente carregado
6. CONCLUSÕES
O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de
palmilhas elastoméricas nas interfaces críticas
do pavimento ferroviário com relação a área de
contato e tensões, especificamente em con-
dições de carregamentos reais em linhas de
Heavy Haul.
No caso da utilização das palmilhas abaixo dos
dormentes, vale ressaltar que a área
instrumentada neste trabalho compreende uma
região de 50 cm abaixo dos dormentes e com o
centro alinhado ao eixo do trilho, que é a região
de maior concentração de tensões. Desta
forma a área de contato correlacionada com
com toda extensão do dormente chega a
valores pelo menos iguais aos encontrados
pelas pesquisas nas ferrovias Européias,
destacando o ganho ainda maior da utilização
de USP para ferrovias de carga.
Para o caso da interface trilho-placa de apoio,
os resultados da utilização da palmilha (Rail
Pad) foram ainda mais significativos, a área de
contato foi elevada em mais de cinco vezes. O
mais crítico nestes resultados é a constatação
de que o contato entre trilho e placa de apoio
ocorre de forma tão concentrada o que é
extremamente prejudicial ao sistema e a
distribuição gradual de tensões entre
componentes. Esta situação não só prejudica
a interface trilho-placa, mas também ocasiona
acelerada penetração da placa no dormente
provocando mudança na inclinação ideal para
o contato roda-trilho, além de instabilidade nos
dormentes.
Em conclusão, pode-se afirmar que a
introdução do USP e do Rail Pad em linhas de
carga pesada, como demonstrado pelas duas
experiências descritas neste artigo, oferece
vantagens significativas em relação à degra-
dação do lastro e dormente e desgaste dife-
rencial de placa de apoio e patim do trilho.
Estas vantagens além de prolongarem a vida
útil dos componentes, garantem ciclos de
manutenção cada vez menos recorrentes, o
que resulta em economia significativa de custo
de manutenção e, por consequência, menor
custo de operação devido a menor necessi-
dade de interrupção do tráfego para manter a
via.
7. AGRADECIMENTOS
À MRS Logística S.A. pelo investimento no
projeto de pesquisa com a construção do
campo experimental e à empresa Getzner pela
parceria no projeto.
8. REFERÊNCIAS
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