Antigamente, os dormentes de madeira não eram padronizados (FIG.3.9). Geralmente eles possuíam formas roliças e eram produzidos de madeiras nobres como, por exemplo, a Astronium urundeuva (aroeira do sertão), Tecoma impetiginosa (Ipê roxo), Ferreirea
spectabilis (Sucupira amarela), Machaerium scleroxylon (Caviúna), etc, PEREIRA e MAINIERI (1949).
FIGURA 3. 9 – Dormentes de madeira.
Porém, devido aos grandes impactos ambientais, ficou inviável atualmente, a confecção de dormentes com estes tipos de madeira, utilizando-se assim madeiras com mais
alburno (madeira branca) e que necessitam de tratamento químico para aumentar a resistência ao apodrecimento, como os eucaliptos.
Segundo a EVA-17 da RFFSA (1979/1980), “o eucalipto reune mais de 500 espécies diferentes”. O gênero eucalipto provém da Australia. No Brasil, foi introduzido em 1909 por Navarro de Andrade e os primeiros dormentes foram instalados nas linhas da Cia Paulista (654 dormentes) entre 1906-1913. Algumas das espécies mais utilizadas em dormentes são: E.botryoides, E.citriodora, E. paniculata, E.maculata, etc.
As vantagens da utilização deste tipo de dormentes estão relacionadas ao fato deles: possuírem relativa leveza, pesando cerca de 70 kg, facilitando o manuseio; possuírem ótima isolação de elétrica; serem reaproveitados quando ocorrem descarrilamentos; serem reaproveitados ou reciclados quando estiverem em péssimo estado de conservação; permitirem instalação e fixações rápidas e fáceis; proporcionarem boa elasticidade da via, diminuindo o nível de ruído e trepidações; possuírem resistência à sobrecarga.
Porém possuem desvantagens como: são vulneráveis ao ataque de organismos xilófagos; possuem baixa vida útil quando comparados aos dormentes de aço ou concreto; têm um tempo de estocagem na fábrica alto, devido ao tratamento químico; redução da oferta de dormentes de madeira nativa, devido a questões ambientais.
Segundo a EVA-17 da RFFSA (1979/1980), a via férrea deve ser elástica e flexível para absorver os esforços dinâmicos, pois quanto mais rígida, maiores serão os gastos com manutenção e menor será a vida útil desta.
A vida útil média dos dormentes de madeira pode variar de meses a 35 anos, o que depende de inúmeros fatores como: o uso mecânico, formação de fendas, ação biológica, ação química, forma, tipo, sua classe e categoria (RFFSA, 1979/1980).
3.4.3.3.2 Normatização
No Brasil, a NBR 7511 (ABNT, 2004) estabelece quais são as propriedades e dimensões que um dormente de madeira deverá possuir para ser utilizado nas vias.
Outras normas também podem ser utilizadas como base para o estudo dos dormentes como, por exemplo, as da AREMA, uma das mais conceituadas associações ferroviárias do mundo. Esta instituição é responsável por importantes estudos do setor ferroviário mundial e também nos estudos referentes aos dormentes de concreto.
A antiga RFFSA (1978/1979) é responsável também por vários estudos técnicos de grande contribuição para o setor ferroviário brasileiro, dentre eles os contidos na RFFSA (1978/1979).
As madeiras para dormentes são divididas em três classes segundo a RFFSA (1978/1979):
• 1ª classe: “madeiras de grande resistência físico-mecânica, podendo ser utilizadas, inclusive, nas vias principais de tráfego pesado”;
• 2ª classe: “madeiras de resistência físico-mecânica mediana, passível de aproveitamento nos desvios e pátios das linhas de tráfego pesado e nas linhas principais de tráfego médio”;
• 3ª classe: “para utilização, de preferência nas linhas de tráfego leve e muito leve”.
Segundo a NBR 7511 (ABNT, 2004), a zona de fixação nos dormentes de madeira de bitola métrica deve ser realizada conforme ilustrado na FIG.3.10.
A madeira a ser utilizada na produção de dormentes deve possuir as propriedades mínimas estabelecidas na TAB.3.9, com teor de umidade entre 12% e 15%, NBR 7511 (ABNT, 2004).
FIGURA 3. 10 – Zona de fixação de dormentes de madeira.
Onde: a: altura; b: largura. Fonte: NBR 7511 (ABNT, 2004).
TABELA 3. 9 – Valores mínimos de propriedades das madeiras para dormentes. Valores mínimos
Propriedade Símbolo Classe
I
Classe II Densidade de massa aparente, em kg/m3
ρap 750 600
Dureza Janka, em MPa fH 50,00 40,00
Resistência ao cisalhamento, em MPa fv0 10,00 8,00
Resistência à tração normal, em MPa ft90 7,50 5,00
Resistência ao fendilhamento, em MPa fs0 0,9 0,7
Índice de coesão1) Ic 3,00 2,00
Dureza + Resistência ao cisalhamento + Resistência à
tração normal + Resistência ao fendilhamento - 85,00 65,00
1) Para determinação do índice de coesão, deve ser utilizada a seguinte equação:
000 . 10 r,v . t r, . r r, . f = I ap t90 c
ε
ε
ε
ρ onde:ft90 é a resistência da madeira à tração normal às fibras, em megapascal; ρap é a densidade de massa da madeira, em quilogramas por metro cúbico;
εr,r deformação específica por retração total da madeira, na direção radial, em porcentagem; εr,t deformação específica por retração total da madeira, na direção tangencial, em porcentagem; εr,v deformação específica por retração volumétrica total da madeira, em porcentagem.
Fonte: NBR 7511 (ABNT, 2004).
Os dormentes serrados de bitola métrica devem atender as dimensões nominais conforme prescrito na TAB.3.10.
As dimensões da TAB.3.10 são recomendadas, pois, segundo a AREA (1998), “A utilização de dormentes mais longos, mais largos ou mais rígidos, o que aumenta a área de contato dormente/lastro, tem muitos dos mesmos efeitos da redução do espaçamento.
Existem, porém, limites além dos quais um aumento no tamanho é ineficaz na redução da tensão na via e no aumento do módulo. A concentração da carga dormente/lastro decresce com a distância lateral a partir do trilho. A taxa de decréscimo da carga com a distância, é maior para dormentes de materiais flexíveis. O aumento da largura do dormente tem benefícios similares ao aumento do comprimento. Aumentar, contudo, a largura do dormente, além do ponto onde seja prático compactar o lastro por debaixo dele, é ineficaz.”
TABELA 3. 10 – Dimensões dormentes serrados.
Largura (cm) Altura (cm) Comprimento (cm)
Bitola (m)
mínima máxima mínima máxima mínima máxima
22,0±2 22,0±2 16,0±2 16,0±2 190,0±5 200,0±5 Métrica
22,0±2 24,0±2 16,0±2 17,0±2 220,0±5 230,0±5
Notas:
1 -Para bitola métrica com carga por eixo igual ou superior a 270 kN (27tf), deve ser usado dormente serrado de com dimensões de 24 cm x 17 cm x 230cm;
2 - Para dormente serrado, a medida não deve ser feita em região de esmoado;
3 - Para utilização das dimensões mínimas, recomenda-se verificar as características da via permanente. Fonte: modificada a partir da NBR 7511 (ABNT, 2004).
Segundo a REMADE (2005), “é sabido que a maior causa de degradação dos dormentes é o seu desgaste mecânico e não o seu apodrecimento”. A TAB.3.11 apresenta dados de uma pesquisa realizada pela American Woods Preservers Association - AWPA que comprovam que uma porcentagem mínima de dormentes foi substituída por problemas de apodrecimento. Com isso, deve-se levar em consideração a propriedade de massa específica da madeira, pois ela tem grande influência na durabilidade dos dormentes com relação ao desgaste mecânico.
TABELA 3. 11 – Causas de substituição de dormentes nos Estados Unidos (AWPA) Razão para remoção Número de dormentes Porcentagem (%)
Zona de entalhe cortada (“Plate cut”) 16.258 20,2
Fendilhados ( “Split”) 25.338 31,5
Despedaçados (“Shattered”) 23.416 29,2
Partidos (“Broken”) 1.522 1,9
Racha anelar (“Ring separation”) 3.150 3,9
Acidentes (“Accdidents”) 7.595 9,5
Apodrecimento (“Decay”) 3.033 3,8
Total 80.362 100,0
As FIG.3.11 apresentam alguns exemplos de defeitos indicados anteriormente na TAB.3.11 seguindo as definições indicadas na NBR 7511 (ABNT, 2004).
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
FIGURA 3. 11 – Defeitos em dormentes de madeira.
(a) Zona de entalhe cortada; (b) Fendilhados; (c) Despedaçados; (d) Partidos; (e) Racha Anelar; (f) Apodrecimento.
A resistência ao arrancamento de tirefon é de fundamental importância na escolha do tipo de dormente a ser utilizado. Segundo RIVES (1977) o valor de arrancamento de tirefond deve ser de no mínimo 40 kN. Já na norma da AREMA, o ensaio de arrancamento é realizado aplicando-se uma carga de 53,4 kN por um período de 3 minutos. Se não ocorrerem fissuras escoamentos, o sistema está adequado para ser utilizado nas vias.
3.4.3.3.3 Dormentes de refugo
Os chamados dormentes de refugo são, segundo a NBR 7511 (ABNT, 2004), “aqueles que não se prestam à via férrea” e que são comumente classificados, levando em consideração o seu estado de conservação, em: mourão (com dimensões padrões, mas
com poucos defeitos), sucata (com dimensões padrões, mas com uma grande quantidade de defeitos), lenha (quebrados ou bastante danificados).
Em agosto de 2005 os dormentes de madeira de refugo eram vendidos, de acordo com informações obtidas na CVRD, por (TAB.3.12):
TABELA 3. 12 – Preço de venda de dormentes de refugo segundo a CVRD. Comprimento do dormente (m) Classificação Preço (R$)
mourão 3,50
2,00
sucata 2,50
mourão 10,00
2,80 sucata 6,00
Atualmente no Brasil, os dormentes quando não podem mais serem utilizados na via, são enviados para as linhas dos pátios onde o tráfego é reduzido ou para os pátios de estoque para serem vendidos. Estes, como não podem ser queimados, são utilizados em jardins e para a fabricação de mourões, móveis e até mesmo na construção de casas.
3.4.3.3.4 Trabalhos realizados sobre reciclagem de dormentes de refugo
A bibliografia referente ao reaproveitamento e reciclagem de dormentes de madeira para a produção de novos dormentes é bastante reduzida, pouco foi estudado até hoje sobre o assunto. Foram encontrados dois registros sobre este tipo de procedimentos realizados pelo Forest Product Laboratory – FPL, descritos a seguir.
HEEBINK e SUPERJEKY (1977) estudaram os dormentes de partículas laminadas. Devido a alta demanda de madeira para a produção de dormentes pelas ferrovias americanas e às restrições ambientais na queima e descarte de dormentes de refugo, foram realizadas pesquisas, onde os dormentes de refugo eram triturados em pequenos flocos de 0,508 mm de espessura e 50,8 mm de comprimento. Logo após, os flocos retidos na peneira 1/16” eram colados juntamente com 6 % de resina fenólica e 1 % de cera formando-se assim lâminas da parte central de 19 mm a 28,5 mm de espessura. Já os flocos retidos na penerira 1/8” eram utilizados nas lâminas das faces. Com a colagem de 10 lâminas e prensagem a quente (177 ºC) eram obtidos dormentes novos. Estes
dormentes apresentaram boa resitência à biodegradação e ao arrancamento de tirefond. Porém, os dormentes velhos tiveram que ser tratados à vapor devido à preocupação com o inchamento. Outro problema apresentado, foi a dificuldade de produção das lâminas com pedaços de dormentes sujos e contaminados com metais. Os dormentes foram ensaiados à flexão, à ruptura, desgastes de placas de apoio e arrancamento de tirefond, onde obtiveram-se resultados satisfatórios. Eles apresentaram módulo de ruptura igual a 34,47 MPa. No ensaio de arrancamento de tirefon, foi obtido um valor médio de 21,77 kN antes do ensaio de desgaste e 10,43 kN após este ensaio.
GEIMER (1982) apresentou um estudo da viabilidade de produção de dormentes de partículas laminadas. O trabalho baseou-se no trabalho de HEEBINK e SUPERJEKY (1977), apresentando um processo para produção em larga escala de dormentes de particulas laminadas. Os flocos formados possuiam 1,016 mm de espessura e 50,8 mm de comprimento (FIG.3.12.a). Foram produzidos 11 dormentes em tamanho real conforme FIG.3.12.b.
(a) (b)
FIGURA 3. 12 – Dormentes de partículas laminadas.
(a) Flocos de madeira obtidos de dormentes de refugo; (b) Dormente de partículas laminadas. Fonte: GEIMER (1982).
Como os dormentes de madeira de refugo apresentavam pedras e sujeiras, eles passaram por um processo de retirada com enchada e em seguida, foram levados ao equipamento de corte para serem triturados, onde os flocos eram encaminhados a uma secadora e passavam por um filtro separador de particulas. Depois de secos, os flocos eram
misturados à resina fenólica e a cera, prensados a quente e depois resfriados. As lâminas eram então coladas e prensadas, formando os dormentes de partículas laminadas.
3.4.3.3.5 Dormentes de madeira alternativos
Dois trabalhos realizados na década de 70 apresentaram tipos inovadores de dormentes de madeira, devido à preocupação com a demanda anual de dormentes nos EUA nesta época: dormentes de madeira dura – micro lâminas; e dormentes de peças de madeira unidas por barra de aço.
Segundo a FOREST PRODUCTS LABORATORY (Década de 70) os dormentes foram fabricados pelo processo de prensagem de lâminas finas, no qual as toras de madeiras “Red Oak” eram desdobradas em lâminas, secadas e coladas em barras em um processo contínuo. Estas barras foram fabricadas nas dimensões de 260 cm e 120 cm de comprimento e cortadas nas dimensões finais dos dormentes, que em seguida eram tratados.
As lâminas foram produzidas com espessura variando entre 6 mm a 6,4 mm. As lâminas com 260 cm de comprimento depois de cortadas, eram secadas até atingirem uma umidade de 15% e em seguida eram enviadas a uma prensa a quente com temperatura de 93 ºC durante 5 a 7 minutos a uma pressão de 1,034 MPa. Foi utilizado o adesivo do tipo fenol-resorcinol modificado a uma proporção de 2.925 a 3.170 kg/m2.
Em seguida, os dormentes foram tratados com creosoto, onde realizaram-se vários ensaios em laboratório e em campo. Vários destes ensaios foram realizados na FPL, na Koppers e em estradas de ferro americanas como, por exemplo, a Burlingtan Northern e Federal Railroad. Os resultados dos ensaios de flexão e rigidez apresentaram-se melhores que os constatados nos dormentes de madeira sólida de “Red Oak”. Em contra partida, os ensaios de cisalhamento, resistência lateral e delaminação cíclica foram similares. Os desgastes superficiais encontrados foram pequenos se comparados com os dos dormentes sólidos.
Em 1976 HOWE (1976) apresentou uma pesquisa sobre dormentes produzidos através da união de duas peças de madeira (Dowel - Laminated Crossties), FIG.3.13.
FIGURA 3. 13 – Dormentes do tipo Dowel-Laminated.
Fonte: HOWE (1976).