Condicionantes geológicos do processo de bombeamento de lama e deformação do substrato de ferrovias em rochas sedimentares

Abstract

Resumo: A Estrada Ferroviária Central do Paraná (PR) (EFCP) foi construída sobre as rochas da Bacia do Paraná e seus regolitos, na direção sudeste-noroeste. Em locais onde a ferrovia está assentada sobre argilitos, siltitos e arenitos, manifestam-se problemas geotécnicos de recalque diferencial. A passagem dos trens em locais com água na plataforma provoca o movimento vertical dos trilhos e dormentes que ‘bombeia" água com partículas finas do substrato rochoso para a camada de lastro. Os espaços vazios desta camada constituída por seixos angulosos e muito bem selecionados são preenchidos pela lama que se solidifica após secagem por evaporação natural. Tal processo enrijece o lastro, dificulta o processo de drenagem e, em especial, sua capacidade elástica, além de causar desnivelamento e propiciar condições de instabilidade da via férrea. O objetivo desta pesquisa foi descrever e compreender as causas geológicas associadas ao desenvolvimento do processo, e propor um método de estudo para ser aplicado em outros locais com recalque da estrutura ferroviária provocado pela retirada do material de sustentação da ferrovia. Foram selecionados cinco trechos com base na identificação de problemas decorrentes de recalques diferenciais, causas geotécnicas e geologia, nos quais se realizaram um mapeamento geológico e a aquisição de dados geofísicos com as técnicas sondagem elétrica vertical (arranjo Schlumberger) e caminhamento elétrico (arranjo dipolo-dipolo). Os dados geoelétricos facilitaram a interpretação do fluxo da água subterrânea dentro do maciço rochoso após comparados com os dados geológicos dos locais estudados.Os resultados indicaram que o ‘bombeamento" da lama ocorre sobre um sistema de surgência de água subterrânea em camadas permeáveis confinadas por camadas menos permeáveis, ou num sistema de zonas verticais condutoras de maior transmissividade relativa associada que atingem a superfície da plataforma. Como a água permanece estagnada no contato entre o substrato ferroviário e a camada de lastro, acelera o processo de alteração das rochas constituintes da plataforma, produzindo os fragmentos de rocha que constituem a lama, além de se comportar como mecanismo de transporte e retirada dos sedimentos da plataforma, p que provoca um recalque da estrutura ferroviária (dormentes e trilhos). Os resultados indicaram que a administração adequada do fluxo da água subterrânea dentro dos maciços rochosos é a solução mais adequada para minimizar e até extinguir o desenvolvimento do processo nos trechos que apresentam rebaixamento da ferrovia causado pelo afloramento da água subterrânea.

Abstract: The Central do Paraná (PR) railroad (EFCP, in Portuguese) was constructed over Paraná Basin rocks and its regoliths, in southeastern-northeastern general direction. Where the railroad lays over claystones, silts tones and sandstones, geotechnical problems appear, such as differential pressing down. When trains cross sections with water in the platform, the vertical movement of the trails and railway sleepers "pumps" water with fine particles from the bed rock to the ballast layer. The empty spaces of this layer, which is formed by very well selected angular pebbles, are filled with mud that consolidates after drying by natural evaporation. This process hardens the ballast and makes the drying process difficult; especially ballast’s elastic capacity as well makes it uneven and propitiates railroad instability conditions. The aim of this research was describe and understand the geological causes associate to the process development, and propose a study method to be applied in other places with railroad structure pressing down caused by the removed material that supports the railroad. It had been selected five sections with base on the identification of the problems due to differential pressing down and geothecnical and geological causes, in which had been realized geological mapping and acquisition of geophysical data using vertical electrical sounding tecnique - Schlumberger arrangement and electrical profiling surveys - and dipole-dipole arrangement. The geoelectrical data facilitated the mapping of the underground water flow inside the massifs, after being compared with the geological data, of the studied places. The results indicated that the mud "pumping" occurs over an underground water surgency system in permeable layers confined by less permeable layers, or in system of conducted vertical zones with greater associated relative transmissivity, that reach the platform surface. As the water remains stagnant in the contact between the reailroad underground and the ballast layer, the alteration process of the platform rocks is accelerated, producing the rock fragments thas constitute mud, besides behaving like a mechanims of transportation and retreated of sediments of the platform, which causes railroad structure (railroad sllepers and trails) pressing down. The results indicated that the adequate management of the underground water flow inside the rocks massifs is the most adequate solution to minimize and even extinguish the process development in the sections that presents railroad pressing down caused by underground water exposure (surgency).