Aplicações de geossintéticos em obras ferroviárias

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6 de junho de 2017
1ª SESSÃO TÉCNICA DA IGS/SPG SOBRE GEOSSINTÉTICOS
OBRAS FERROVIÁRIAS E AS DISTINTAS APLICAÇÕES DE GEOSSINTÉTICOS
Linha nova, modernização e manutenção
Experiência de 20 anos de aplicações de geossintéticos em linhas férrea
GEG – ENGINEERING STRUCTURES FOR LIFE
EXPERIÊNCIA DE 20 ANOS DE APLICAÇÕES DE
GEOSSINTÉTICOS EM LINHAS FÉRREA
INTRODUÇÃO
ENQUADRAMENTO
APLICAÇÕES
ANTÓNIO CAMPOS E MATOS
GEG
ENGINEERING STRUCTURES FOR LIFE

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INTRODUÇÃO

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LINHAS FÉRREAS EM QUE O GEG TRABALHOU DESDE 1996
LINHA DO OESTE
MELEÇAS - MAFRA
MAFRA - ALCAINÇA
ALCAINÇA - JEROMELO
JEROMELO - DOIS PORTOS
DOIS PORTOS - TORRES VEDRAS
LINHA DO NORTE
LISBOA - CARREGADO
ALHANDRA - SETIL
ENTRONCAMENTO - ALBERGARIA DOS DOZE
ALBERGARIA DOS DOZE - SOURE
ALFARELOS – PAMPILHOSA
OVAR - GAIA
LINHA DA BEIRA BAIXA
CASTELO BRANCO - VALE DE PRAZERES
MOURISCAS - RODÃO
VALE PREZERES - FUNDÃO
LINHA DE ÉVORA
CASA BRANCA - ÉVORA
LINHAS DE SINTRA E DE CASCAIS
LINHAS DO ALENTEJO E DO SUL
LINHA DE VENDAS NOVAS
CONCORDÂNCIA DE XABREGAS
LINHA DO DOURO
ERMESINDE - VALONGO
VALONGO - CÊTE
CÊTE- PENAFIEL
PENAFIEL - CAÍDE
CAÍDE - MARCO DE CANAVEZES
MARCO – POCINHO
POCINHO – BARCA D’ALVA
LINHA DO MINHO
SÃO ROMÃO DO CORONADO - LOUSADO
LOUSADO - NINE
VARIANTE DA TROFA
RAMAL DE BRAGA
TADIM - BRAGA
LINHA DE GUIMARÃES
STO. TIRSO - LORDELO
LORDELO - GUIMARÃES
LINHA DO TUA
TUA - CACHÃO
CACHÃO - MIRANDELA
LINHA DE LEIXÕES E CONC. S. GEMIL
RAMAL DA LOUSÃ
RAMAL DO LOURIÇAL

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FUNÇÕES E TIPOS DE GEOSSINTÉTICOS
FUNÇÕES
• SEPARAÇÃO
• FILTRAGEM
• CONTROLO DA EROSÃO
• PROTECÇÃO
• REFORÇO
• BARREIRA DE FLUIDOS
TIPOS
• GEOTÊXTIL
• GEOMEMBRANA
• GEOGRELHA / GEOMALHA
• GEOFAVO / GEOCÉLULA
• GEOREDE
• GEOTUBO
GEOCOMOPÓSITO

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CAMPOS DE APLICAÇÃO EM OBRAS FERROVIÁRIAS E TIPOS DE
OBRAS
CAMPO DE APLICAÇÃO
• TALUDES
• ATERROS
• PLATAFORMA
• TÚNEIS
• DRENAGEM
• OBRAS DE ARTE
• ESTRUTURAS ACESSÓRIAS
TIPOS DE OBRAS
• NOVAS LINHAS
• BENEFICIAÇÃO
• MODERNIZAÇÃO
• MANUTENÇÃO
• DUPLICAÇÃO DE LINHAS
• CONVERSÃO P/ VIA LARGA
• ELETRIFICAÇÃO

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CAMPOS DE APLICAÇÃO EM OBRAS FERROVIÁRIAS
EXEMPLOS
LINHA DO MINHO (2011) LINHA DO MINHO (2006)

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EXEMPLOS
VARIANTE DA TROFA (2009) LINHA DO OESTE (2003)

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EXEMPLOS
LINHA DO DOURO (2001) LINHA DO MINHO (2003)

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EXEMPLOS
LINHA DO MINHO (2003) LINHA DO DOURO (2002)

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EXEMPLOS
LINHA DO MINHO - TÚNEL S. MIGUEL CARREIRA (2010) LINHA DO MINHO - TÚNEL DE CAMINHA (2011)

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EXEMPLOS
LINHA DO MINHO (2003) LINHA DO OESTE (2001)

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EXEMPLOS
LINHA DO MINHO – TÚNEL DE STA. LUCRÉCIA (2011) LINHA DO MINHO (2011)

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EXEMPLOS

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ASPETOS FUNDAMENTAIS E QUE PRETENDEMOS SALIENTAR,
COMO RECOMENDAÇÃO DA EXPERIÊNCIA ADQUIRIDA
1. A CORRETA CONCEÇÃO DA SOLUÇÃO APROPRIADA (HÁ
INÚMEROS CASOS DE ERROS DE PROJETO POR INADEQUAÇÃO
DA SOLUÇÃO);
2. A BOA PERCEÇÃO DAS DUAS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS
ACÇÕES FERROVIÁRIAS: ACÇÕES DINÂMICAS E COM VALORES
ESTÁTICOS PERTO DOS MÁXIMOS DE PROJECTO;
3. O CONHECIMENTO DA DIFERENÇA ENTRE O COMPORTAMENTO
ELÁSTICO, O PLÁSTICO E O DE CONSOLIDAÇÃO DOS TERRENOS;
4. A COMPREENSÃO DE QUE O COMPORTAMENTO MECÂNICO DE
MUITOS SOLOS ARGILOSOS É FUNÇÃO DOS TEORES DE
HUMIDADE.

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ENQUADRAMENTO

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ASPETOS A REFERIR
1. Enorme investimento na reabilitação e duplicação das linhas no Norte e
Centro do país: Minho, Douro, Braga, Guimarães, Oeste, etc. (até 2004).
2. O uso de geossintéticos englobava já os geotêxteis, geogrelhas,
geofavos e geodrenos.
3. Foco de aplicação desta apresentação: melhoria do comportamento
(imediato ou no tempo) do conjunto da infraestrutura ferroviária
(balastro, sub-balastro, aterro e fundação do aterro).
4. Já com algum conhecimento destas matérias, em 6 e 7 de Julho de
2000, fui o responsável pelo “Curso de Reabilitação de Linhas Férreas –
Obras de Geotecnia” que decorreu na FEUP

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DESAFIOS E DÚVIDAS QUANTO AO BOM COMPORTAMENTO DAS
LINHAS APÓS EXECUTADAS AS OBRAS
1. As transições longitudinais
• Encontros de obras de arte / aterro;
• Atravessamento de zonas inundadas ou de características
geomecânicas muito fracas;
• Escavação / aterro.
2. A heterogeneidade transversal nos alargamentos de plataformas em
zonas de aterro (quando se construíram aterros novos ligados a aterros
consolidados por cerca de 100 anos de utilização).
3. O atravessamento de baixas argilosas muito deformáveis e de
plataformas de estacionamento/resguardo.
4. A estabilidade de taludes em escavações e em encostas para
alargamento da plataforma.

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EXEMPLO: ALARGAMENTO DA LINHA FÉRREA
RAMAL DE BRAGA – TROÇO TADIM – BRAGA (2002)
2002.11.20

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RAMAL DE BRAGA – TROÇO TADIM – BRAGA
(2002-2003)
A faixa necessária ao alargamento dos aterros era constituída por um
estrato superficial de terra vegetal com uma espessura insondada, a
qual poderia comprometer a prestação do futuro aterro, caso não fosse
aplicado qualquer tratamento de reforço.
Para que se pudesse, de uma forma objetiva, definir as características
do tratamento a adotar, era averiguada, com maior rigor, a espessura
de terra vegetal existente ao longo da faixa de intervenção.

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(2002-2003)
Presença de uma camada de material orgânico com pouca expressão
Saneamento total, colocação de geotêxtil e realização do aterro

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Espessura da camada vegetal muito expressiva
Penetração de rachão compactado, espalhamento de agregado menor de
preenchimento, colocação de geotêxtil e realização do aterro
(2002-2003)

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Fundação pouco competente e inundável
Penetração de rachão compactado, espalhamento de agregado menor de
preenchimento, colocação de geotêxtil e realização do aterro
(2002-2003)

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LINHA DO MINHO – TROÇO S. ROMÃO CORONADO – LOUSADO
(1998)

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OBSERVAÇÕES IMPORTANTES RELATIVAMENTE AO DESEMPENHO
DE SOLUÇÕES COM RECURSO A GEOSSINTÉTICOS
1. Número reduzido de problemas assinalados nas linhas em que
interviemos e onde os geossintéticos foram profusamente aplicados.
2. Não sabemos qual o número de problemas que haveria se não tivessem
sido usadas as soluções com geossintéticos
3. O recurso a melhorias induzidas pelo uso de geossintéticos reduziu as
escavações e, desta forma, os riscos das obras junto de linhas em
funcionamento, de difícil e arriscada execução.

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DEFICIENTE COMPORTAMENTO DE PLATAFORMAS FERROVIÁRIAS, POR
SENSIBILIDADE DOS TERRENOS DE FUNDAÇÃO À HUMIDIFICAÇÃO
Erros de escolha na fase de conceção de soluções geotécnicas, ignorando
a “Mecânica” dos Solos e nomeadamente o postulado por Atterberg.
Casos em que sazonalmente (inverno) se davam importantes movimentos
(encostas e zonas planas) onde está posicionada a plataforma ferroviária.
Consequências importantes - movimentos verticais e horizontais nos carris.
Movimentos da alteração da mecânica dos solos resultam da humidade e
não de forças de percolação. A presença de água era contabilizada por
forças, ignorando que o fenómeno em causa é outro.
A sua estabilização com a aplicação de forças (ancoragens) ou com
reforços internos e forças passivas (pregagens) versus sistemas de
drenagem para limitar o teor de humidade acima do limite de plasticidade.

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LINHA DO OESTE (2001)

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LINHA DO NORTE (2002)

3.1- Reforço de Fundação de Aterros
• Reforço da Base de Aterro - Penetração de Rachão
LINHA DO NORTE – ALFARELOS
(2002)

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APLICAÇÕES

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EVOLUÇÃO DO CONHECIMENTO NA APLICAÇÃO DE GEOSSINTÉTICOS
Inicialmente: certa dose de empirismo e de aventureirismo controlado
Muita experimentação
Ensaios laboratoriais Conhecimento tem vindo a melhorar
Aplicação
Fabrico
Produção
Comercialização
Como é normal nestes casos, com um período de
“adaptação” tudo entrou na normalidade.
Sendo materiais sintéticos, cedo se
tornaram apetecíveis para a indústria.
Alguma dose de excesso de otimismo na
propaganda dos resultados atingíveis.

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HISTÓRIA DOS GEOFAVOS (OU GEOCÉLULAS) EM PORTUGAL
A primeira especificação e fabrico destes materiais deveu-se à empresa
Geosystems de Israel em 1980.
Durante a invasão do Kuwait e a consequente guerra em 1990, o exército
americano usou-o intensamente em estradas e pistas de aviação no
deserto, com imenso sucesso.
Em Portugal, um engenheiro têxtil confrontado com a falência da empresa e
depois de conhecer o produto em Israel, resolveu, com a ajuda da
Universidade do Minho, fazer uma máquina para produzir os geofavos, o
que conseguiu e, depois de ensaios de certificação, colocado no mercado.
O GEG começou a usar intensamente geofavos nas linhas férreas em
1996.

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GEOFAVOS (OU GEOCÉLULAS)
As vantagens eram e são imensas em dois aspetos:
1) Disponibilidade imediata de forte rigidez flexional;
2) Uso dos próprios terrenos locais que não são substituídos. Nas linhas
férreas e por razões de exigência de rigidez, os favos foram preenchidos
com brita ou areia.
Atualmente o seu campo de aplicação é extremamente amplo. Uma das
maiores obras em curso são os acessos e a própria pista do novo aeroporto
da Cidade do México.

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GEOFAVOS (OU GEOCÉLULAS)
Acessos e pista do novo aeroporto da Cidade do México

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AS AÇÕES FERROVIÁRIAS E EXIGÊNCIAS DA PLATAFORMA
Características muito específicas que convém ter presente:
1) O facto de em algumas linhas circularem comboios com as cargas
máximas permitidas por eixo;
2) O facto da aplicação da carga numa secção ser, para cada comboio,
uma repetição cíclica de cargas dinâmicas, ou seja, o carregamento é
duplamente dinâmico pela própria estrutura (comboio e plataforma),
causando forte esforço nos terrenos e na complexa infraestrutura.
O comportamento elástico do terreno e superestrutura é desejável.
O uso de geossintéticos pode potencializar este comportamento
não sensível a cargas dinâmicas.

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6 de junho de 2017
A CORRETA CONCEÇÃO DAS SOLUÇÕES
O Risco financeiro associado ao insuficiente desempenho de soluções
implementadas é muito elevado nas linhas férreas.
Os conceitos de Life Cycle (Capex/Opex) são hoje em dia absolutamente
obrigatórios nos financiamentos das obras, pouco considerados entre nós.
Os custos da manutenção em Linhas Férreas (a grande maioria associado
a problemas de geotecnia), podem atingir valores elevadíssimos e forçar o
adiamento das intervenções, o que é absolutamente errado.
O recurso a materiais geossintéticos, representando um aumento de
investimento Capex, pode, se bem usado, reduzir os custos Opex.
Qual é o efetivo e comprovado nível de desempenho desse uso?

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A CORRETA CONCEÇÃO DAS SOLUÇÕES
Por desconhecimento da geomecânica, demasiadas vezes a conceção da
solução é errada e desapropriada, ou seja, inútil, embora com um custo.
Os investimentos públicos em projetos ferroviários são sempre muito
exigentes, de elevado valor e de risco associado à variação excessiva dos
custos de execução, também elevado.
Grande mudança entre os últimos importantes investimentos em ferrovia e
os que agora se adivinham:
O dinheiro tornou-se mais escasso e muito mais caro
A legislação nacional e europeia condiciona muito a capacidade
legal dos gestores públicos poderem gerir aumentos de valor de
contratos.

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EXPERIÊNCIA - QUESTÃO DO CÁLCULO JUSTIFICATIVO
Essencialmente, o uso de geossintéticos nas linhas férreas, está nas
funções de reforço mecânico e de filtro ou separador, quando existe água.
Não é fácil para um consultor ou projetista justificar por cálculos o
dimensionamento e a utilização de um geossintético.
De facto, e em termos mecânicos, o que se obtém é um material misto (no
sentido estrutural, pois também é misto na constituição).

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EXPERIÊNCIA - QUESTÃO DO CÁLCULO JUSTIFICATIVO
Se projetarmos para a geomecânica o conceito de “Reinforced Concrete”,
usaríamos “Reinforced Soil”. Contudo, no “RC” há dois materiais fabricados,
com as consequentes características de variabilidade, um com coeficiente
de variação consideravelmente baixo, o aço (0,01), com outro de
variabilidade consideravelmente superior (0,15). Quanto à relação de
resistências e deformabilidades, é da ordem de 7.
Num aterro reforçado com geogrelha, o coeficiente de variação desta é da
ordem de 0,015 e o do aterro (artificial e controlado) de 0,20, ou seja,
quando a variabilidade não é a questão, o problema é da diferença de
módulos de deformabilidade que passa de 7 para 50 a 80.
No cálculo de deformações (e não de rotura), surge um material muito mais
deformável e de comportamento não linear e plástico (ao contrario do betão
armado). É muito difícil avaliar o comportamento…

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EXPERIÊNCIA DE 20 ANOS DE APLICAÇÕES DE
GEOSSINTÉTICOS EM LINHAS FÉRREA
O FIM
OBRIGADO!

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