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A implementação de medidas de mitigação na fonte introduz alterações ao nível das vibrações geradas, originando a redução da energia emanada para o terreno, o que se reflecte por uma minimização do campo de vibração incidente em qualquer edifício situado nas proximidades, permitindo assim que um número alargado de edifícios beneficie da medida. Existem vários métodos para efectuar a mitigação de vibrações na fonte, uns que se baseiam na introdução de elementos resilientes na via (isolamento da via), outros associados, por exemplo, a procedimentos de manutenção da via e do comboio, a alterações ao nível das suspensões dos veículos e ao reforço do terreno de fundação. É frequente recorrer à combinação de duas ou mais das diferentes medidas referidas, as quais são alvo de breve exposição em seguida. O isolamento da via pode ser realizado através da introdução de elementos resilientes em diversos níveis da via, correspondendo a soluções distintas em termos de custo e de desempenho. A inserção de elementos elásticos tem como objectivo a introdução de uma nova frequência ressonante na via, conduzindo assim à minimização da energia transferida ao terreno na gama de frequências superior à frequência ressonante introduzida, tal como se ilustra esquematicamente na Figura 2.12. Contudo, a obtenção de sistemas eficazes em gamas de frequências muito baixas pode revelar-se, em muitos casos, extremamente difícil, dado que a introdução de elementos muito flexíveis conduz a deslocamentos da via nem sempre compatíveis com os requisitos de estabilidade e de redução do consumo energético. A solução mais adequada resulta de um compromisso entre a desejada redução dos níveis de vibração transmitidos e a garantia do comportamento pretendido para a própria via [93, 109-111].

Passando da questão conceptual à sua materialização, detalham-se de seguida algumas das soluções mais usuais.

Figura 2.12 – Redução de vibrações através da introdução de elementos elásticos na via (retirado de [112]).

A intervenção pode consistir na introdução de elementos resilientes directamente sob o carril. No caso de uma via em laje com fixação directa, soluções de apoio contínuo do carril em elemento resiliente podem ser equacionadas. A espessura da palmilha é usualmente limitada para prevenir deformação excessiva, o que leva a que o resultado em termos de isolamento conferido seja também limitado. Desse modo, e dada a massa não muito elevada do carril, as soluções do tipo palmilha são eficientes na gama de frequências mais elevada, acima dos 60- 80 Hz [108, 111], sendo expectável o alcance de uma redução máxima na ordem dos 4 dB na gama de frequências até aos 250 Hz [108]. Uma das desvantagens da utilização de palmilhas muito flexíveis deve-se ao facto de permitirem uma maior vibração do carril, levando ao aumento do ruído radiado pelo mesmo.

O sistema de via com carril embebido, que corresponde a uma solução com apoio contínuo dos carris, é também uma tecnologia que tem sido considerada quando se trata da construção de linhas novas de metropolitano. Neste sistema, os carris já não se encontram apoiados nas travessas de modo discreto, mas sim embebidos em toda a sua extensão em material elástico, tal como ilustrado na Figura 2.13. Este método proporciona um excelente isolamento contra o ruído e as vibrações. Numa outra perspectiva, sistemas de fixação de carril resilientes também podem apresentar alguma eficiência do ponto de vista da mitigação de vibrações. Os recentes avanços nos sistemas de fixação, de que é exemplo o sistema Vanguard, têm mostrado resultados promissores. O sistema Vanguard, ilustrado na Figura 2.14, corresponde a um sistema de fixação em que é garantido não apenas o apoio vertical do carril à travessa, mas

também uma restrição rotacional. As potencialidades de tal sistema na mitigação de vibrações induzidas por tráfego ainda se encontram em fase exploratória.

Figura 2.13 – Sistema de carril embebido. Figura 2.14 – Sistema de fixação Vanguard. A um outro nível, pode proceder-se à colocação de palmilhas sob as travessas, traduzindo-se esta medida num melhor desempenho em termos de isolamento. Na verdade, o aumento da massa sobrejacente ao elemento resiliente é sempre vantajoso pois permite reduzir a frequência de ressonância do sistema. A colocação de elementos resilientes debaixo das travessas permite assegurar a mitigação das vibrações numa importante gama de frequências, entre 31.5 Hz e 125 Hz [110, 111].

O sistema de via em laje flutuante, no caso de vias em laje, ou a introdução de mantas de balastro, em vias balastradas, são as soluções de isolamento que apresentam um melhor desempenho. O sistema de via em laje flutuante tornou-se uma técnica comum pela sua elevada eficácia no isolamento de vibrações devido a tráfego subterrâneo. As soluções de via em laje flutuante consistem em apoiar a laje de betão em elementos com propriedades resilientes ou em molas metálicas (colocados entre a laje e a soleira do túnel). Os elementos resilientes são normalmente aplicados sob a forma de uma manta contínua ou sob a forma de apoios elásticos discretos. A laje de betão pode ser contínua, quando executada in situ, ou descontínua, no caso de ser construída com recurso a secções pré-fabricadas. A Figura 2.15 ilustra a instalação de uma laje flutuante.

Este é geralmente considerado o método mais eficiente para a mitigação de vibrações induzidas por tráfego ferroviário em túneis. O sistema de via em laje flutuante tem sido adoptado em várias das linhas recentemente construídas que atravessam zonas mais problemáticas das cidades. Por exemplo, uma via em laje flutuante foi implementada na linha 4 do metro de Beijing (Pequim), dada a sua proximidade ao Laboratório de Física da Universidade de Beijing. A eficiência desta medida de isolamento é convenientemente discutida num capítulo posterior da presente dissertação, onde é apresentado um estudo

Figura 2.15 – Instalação de um sistema de via em laje flutuante [49].

Em soluções de via balastrada, o paralelismo da via em laje flutuante é dado pela introdução de mantas resilientes sob a camada de balastro. Esta solução é muito usada como medida de isolamento em tráfego à superfície e em alguns túneis ferroviários com via balastrada, em que as referidas mantas são empregues em zonas mais sensíveis, como por exemplo quando o túnel está mais próximo da superfície do terreno. Vias balastradas em túneis, encontram-se em túneis ferroviários mais antigos, como é o caso, por exemplo, do metro de Paris. Este sistema de isolamento dá origem a frequências de ressonância baixas a moderadas (na gama entre os 20 Hz e os 50 Hz), permitindo uma elevada eficiência na mitigação de vibrações [110]. Segundo Alves Costa et al. [110], a eficiência da medida pode ser incrementada introduzindo a manta sob a camada de sub-balastro, visto que se consegue um aumento considerável da massa sobre o elemento resiliente e, consequentemente, uma diminuição da frequência ressonante introduzida.

A mitigação de vibrações na fonte pode também ser conseguida através de procedimentos normalmente associados à manutenção da via e do comboio. Com efeito, a degradação das superfícies dos carris e das rodas dos comboios conduz a um aumento dos níveis de vibração gerados. Deste modo, a adopção de medidas que permitam evitar que esse aumento seja progressivo ao longo do período de funcionamento da infraestrutura é, sem dúvida, importante para a minimização de vibrações. Nessas medidas enquadra-se proceder à esmerilagem do carril, de forma a eliminar ou atenuar as irregularidades que vão surgindo no decurso do seu funcionamento, e também à rectificação das rodas do comboio, procurando regularizar o seu contorno circular, suavizar a superfície e eliminar zonas com lisos. Os procedimentos referidos, segundo Bahrekazemi [113], são eficazes para as gamas de frequências mais elevadas, superiores a 100 Hz. Esta conclusão merece o reparo de que o autor focou a sua análise em questões de desgaste ondulatório, ou seja, irregularidades de pequeno comprimento de onda. Caso a manutenção de via incida também nas irregularidades

de maior comprimento de onda, então a eficiência da medida pode ser alargada para uma gama de frequências muito inferior aos 100 Hz anteriormente referidos.

Modificações na concepção dos veículos, por exemplo, ao nível das suspensões e das massas não suspensas podem também ser executadas para reduzir as vibrações. A diminuição da rigidez da suspensão dos veículos e, principalmente a redução das massas não suspensas (rodas e eixos) permite uma redução muito significativa das vibrações induzidas por tráfego ferroviário [37].