135 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Brita
Superestrutura – Lastro
Escória de
aciaria
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137 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• As especificações adotadas em nosso país seguem tanto quanto possível as especificações da AREMA (AREMA - American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association). • As pedras do lastro não devem ter grandes dimensões, pois nesse
caso funcionariam como “cunhas” e o nivelamento seria pouco durável.
• Por outro lado, dimensões muito pequenas acarretariam uma rápida “colmatagem” do lastro, perdendo este a sua função drenante.
• As especificações modernas determinam que as pedras do lastro tenham dimensões entre ¾” e 2½” (2 - 6cm).
Superestrutura – Lastro
138 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• AREMA (AREMA - American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association).
• Peso específico mínimo: 2,7
• Resistência à ruptura: 700 kg/cm2 (ensaio: cubos de 5 cm de aresta, levados a uma máquina de compressão)
• Solubilidade: A pedra não pode ser solúvel (ensaio: 7dm3 de pedra triturada e lavada colocada em um vaso e agitada no período de 48 horas, durante 5 min, cada 12 horas de intervalo – se houver descoloração a pedra é considerada solúvel e imprópria)
• Absorção: o aumento de peso por absorção de água de uma amostra de 230 g, quando mergulhada em água durante certo tempo, não deve ultrapassar 1% (pelo método MB 8 da ABNT).
139 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• AREMA (AREMA - American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association).
• Substâncias nocivas: a quantidade de substâncias nocivas e torrões de argila não deve ultrapassar 1%.
• Granulometria: pedras do lastro devem ter dimensões entre 2 e 6 cm
Superestrutura – Lastro
Percentagens acumuladas nas peneiras
Graduação 63,5mm 50mm 38mm 25mm 19mm 12,7mm 50mm a 25mm 0 0-5 35-65 85-100 90-100 95-100
• Especificações do lastro:
– massa específica ≥ 2,7 g/cm3
– coeficiente de desgaste Los Angeles ≤ 35%
– amostra: 5Kg (limpa e seca); 12 esferas de aço; 30 a 33 rpm; 500 revoluções
– após, passa-se o material na peneira #12 (1,68 mm) e pesa-se a quantidade retida
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Superestrutura – Lastro
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Superestrutura – Lastro
• Para preencher o formulário para a análise granulométrica, usa-se a porcentagens acumuladas retidas
• Altura do Lastro
– Os estudos de Talbot
• diagrama de distribuição de pressões no lastro • bulbo de distribuição de pressões
• As percentagens representam a pressão média na face inferior do dormente em contato com o lastro
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• Gráfico de Talbot
Superestrutura – Lastro
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• Altura do Lastro
– P0= pressão média na face inferior do dormente (Kg/cm2) – Ph= pressão a uma profundidade qualquer (Kg/cm2)
Superestrutura – Lastro
100 % o h P P K = Po Ph h147 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – Lastro
• Altura do Lastro
– Segundo Talbot
• Ph= pressão a uma profundidade h (Kg/cm2)
Superestrutura – Lastro
o h P h P =531,,8725 Po Ph h75
149 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Altura do Lastro
– Determinação de P0
• Pc= carga a ser considerada sobre o dormente • b = largura do dormente (cm)
• c = faixa de socaria (cm) - varia de 70 a 80 cm para bitola métrica e de 80 a 90 cm, para bitola larga
Superestrutura – Lastro
c x b P P c o = Po Ph h Pc 150 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa• Altura do Lastro
Pr- peso da roda mais pesada, Cd - Coeficiente dinâmico
d - distância entre eixos da locomotiva, a - distância entre centros dos dormentes
V - velocidade em km/h; como esta fórmula foi definida antigamente, adota-se 1,4 como valor mínimo para Cd
Superestrutura – Lastro
d C n P P r c = a d n= 000 . 30 1 2 V Cd = +151 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Altura do Lastro
• Tensão admissível no sublastro
Ps- pressão de ruptura do sublastro
cs- coeficiente de segurança que varia entre 5 e 6
Ph- pressão a uma profundidade h (Kg/cm2) - tensão admissível no sublastro (Kg/cm2)
Superestrutura – Lastro
P
P
h≤
s s h c p p = 100 70 CBR ps = PExemplo do cálculo da altura do lastro
Dimensionar a altura do lastro sabendo-se os seguintes dados: Peso por eixo - 20 toneladas
Dimensão dos dormentes - 2,00 x 0,20 x 0,16 Coeficiente dinâmico ou coeficiente de impacto - 1,4 Faixa de socaria - 70 cm
Distância entre eixos da locomotiva - 2,20 m
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Exemplo do cálculo da altura do lastro
Solução
1) a = distância entre o centro dos dormente = 1000/1750 = 0,57
2) n = distância entre eixo / a n = 2,20 / 0,57 = 3,86
3)
Pr - peso da roda mais pesada (20 x 1000) / 2 = 10000 dica: 20 ton/eixo, cada eixo 2 rodas, cada ton = 1000kg Pc = (10000/3,86) x 1,4 = 3.627 kg
Superestrutura – Lastro
d C n P P r c = 154 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga RosaExemplo do cálculo da altura do lastro
Solução 4)
b - largura do dormente; c - faixa de socaria Po = 3627 / (20 x 70) = 2,591 kg/cm2 5) ps = 70 x 20 / 100 = 14 kg/cm2
Superestrutura – Lastro
c x b P P c o =100
70 CBR
p
s=
155 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Exemplo do cálculo da altura do lastro
Solução 6) = 14 / 5,5 = 2,55 kg/cm2 7) = (53,87 / h1,25) . Po 2,55 = (53,87 / h1,25) . 2,591 h = 24,7 = 25cm
Superestrutura – Lastro
hP
o h P h P =531,,8725 s s hc
p
p =
hp
Exemplo do cálculo da altura do lastro
Outra Solução (pelo gráfico)
Depois do passo 4, com os valores de Ph e Po pode-se calcular K%
K% = (2,55 / 2,591) x 100 = 98,4%
Superestrutura – Lastro
100 % o h P P K =79
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Valor da pressão admissível no sublastro
Superestrutura – Lastro
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Solução
Na prática pode-se admitir a distribuição da pressão na plataforma. supondo uma altura de 20 cm do sublastro.
Tem-se a pressão na plataforma da ferrovia:
Ph= (53,93 / (20 + 25)1,25) x 2,591 = 1,2 kg/cm2
O que é um valor razoável para terrenos compactados a 100%
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• Metodologia para dimensionamento da camada de lastro 1. Definir os parâmetros básicos da EF:
– bitola;
– espaçamento entre dormentes; – carga total máxima por veículo;
– afastamento entre duas rodas consecutivas; – velocidade operacional;
2. Determinar a carga dinâmica (Cd);
3. Determinar a pressão sob a face inferior do dormente (Po);
4. Determinar pressão admissível (Ps) para o material a ser utilizado no sublastro;
5. Determinar a altura da camada de lastro.
6. Fazer os cálculos para a camada de sublastro para ver se a resistência de ruptura da plataforma suporta a carga
Superestrutura – Lastro
• Processo de distribuição do lastro na ferrovia
• Vídeo:
C:\DadosRodrigo\MinhasFotos\CefetCariacica\VisitaFundao2006200 7/\Fundao 11.avi
• C:\DadosRodrigo\MinhasFotos\CefetCariacica\VisitaFundao2006200
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Superestrutura – Lastro
162 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Limites para dimensionamento da seção
– o lastro não deverá cobrir os dormentes, sendo coroado a 5cm da face superior. No caso de dormente de concreto com blocos ligados por tirante metálico, o lastro deve ficar 2cm abaixo do tirante, observando o coroamento de 5cm;
– a soca deve abranger para cada lado do eixo dos trilhos sob os dormentes, no mínimo 40cm para as bitolas larga e normal e 30cm para bitola estreita;
– a faixa central não atingida pela soca terá, pelo menos, 30 a 40cm de largura.
– a capacidade de suporte da plataforma não deverá ser excedida pela pressão transmitida pelo lastro, o qual terá espessura suficiente para uniformizá-la;
163 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Limites para dimensionamento da seção
– a ombreira terá largura adequada a estabilidade da via,
recomendando-se 30cm para as vias com trilhos longos soldados (TLS), 20cm para as vias com alta densidade de tráfego sem TLS e 15cm para as demais.
– o talude do lastro não terá inclinação superior a 1:1,5 (altura:base); – a altura da camada de lastro sob os dormentes deve variar entre
40cm e 20cm nas linhas de bitola larga e normal e entre 30cm e 15cm nas linhas de bitola estreita;
– em linhas de grande solicitação, seja pela carga ou pela
velocidade, a espessura poderá ser aumentada até atingir o valor do afastamento face a face dos dormentes, usando então uma camada de brita graduada (lastro) e uma de sub lastro com material de menor granulômetria;
Superestrutura – Lastro
• Limites para dimensionamento da seção
– quando a altura da camada lastro calculada ultrapassar a altura recomendada para a classe da linha, pode ser utilizado, por medida econômica, material de categoria inferior como sublastro, desde que ofereça boa condição de drenagem e tenha capacidade de suporte para a pressão que deve ser transmitida.
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165 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Aspectos construtivos
– a escolha do material para lastro deve obedecer ao critério econômico, observados os dispositivos das normas técnicas; – o lastro ou sub lastro somente deve ser lançado sobre a plataforma
devidamente regularizada, nivelada, compactada, abaulada e que apresente adequada condição de drenagem;
– a soca do lastro deve ser executada preferencialmente por processo mecânico e ser feita, em qualquer caso em camadas de aproximadamente 15cm, sendo recomendado até reduzir este valor para 10cm em linhas de grande responsabilidade.
Superestrutura – Lastro
166 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Uma estrada de ferro com extensão de 200km será construída em bitola larga para escoar a produção de minério de ferro. Determine a altura da camada de lastro necessária sob os dormentes. Faça também a
representação da seção tipo e determine o volume de material necessário para a execução da obra.
Carga total por vagão= 119000kg Velocidade operacional= 70km/h Número de eixos por veículo = 4 Distância entre eixos = 2m
CBR plataforma = 18,5% Coeficiente NS = 5,5
Soca = 40cm para cada lado do eixo dos trilhos Ombreira 30cm
Espaçamento entre dormentes = 55cm = 1820 dorm/km Dimensões do dormente 2,8 x 0,24 x 0,17m
Inclinação talude = 1:1,5
Fator majoração sobre a compactação = 10%
167 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Uma estrada de ferro com extensão de 200km será construída em bitola larga para escoar a produção de minério de ferro. Determine a altura da camada de lastro necessária sob os dormentes. Faça também a
representação da seção tipo e determine o volume de material necessário para a execução da obra.
Carga total por vagão= 119000kg Velocidade operacional= 70km/h Número de eixos por veículo = 4 Distância entre eixos = 2m
CBR plataforma = 18,5% Coeficiente NS = 5,5
Soca = 40cm para cada lado do eixo dos trilhos Ombreira 30cm
Espaçamento entre dormentes = 55cm = 1820 dorm/km Dimensões do dormente 2,8 x 0,24 x 0,17m
Inclinação talude = 1:1,5
Fator majoração sobre a compactação = 10%
Determine a altura da camada de lastro para uma ferrovia de bitola estreita e 350km de extensão destinada ao transporte de produtos
agrícolas e carga geral. Represente a seção tipo e determine o volume de material necessário.
Carga total por vagão= 90.000kg Velocidade operacional= 70km/h Número de eixos por veículo = 4 Distância entre eixos = 1,574m CBR sublastro = 30%
Coeficiente NS = 5,5
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169 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Determine a altura da camada de lastro para um ramal da ferrovia de bitola larga destinada ao tráfego de carga. O trecho tem extensão de 50km. Represente a seção tipo e determine a quantidade de material para o lastro.
Carga total por vagão= 90.000kg Velocidade operacional= 85km/h Número de eixos por veículo = 4 Distância entre eixos = 2m CBR plataforma = 17% Coeficiente NS = 5,5
Soca = 40cm para cada lado do eixo dos trilhos Ombreira 30cm
Espaçamento dormentes = 60cm 1667 dorm/km Dimensões do dormente 2,8 x 0,24 x 0,17m Inclinação talude = 1:1,5
Fator majoração sobre a compactação = 10%
Superestrutura – Lastro
170 Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Os aparelhos de mudança de via são dispositivos metálicos que permitem a bifurcação de uma via férrea ou,
inversamente, a união de duas vias. Esses aparelhos são denominados AMV
• Os AMVs podem ser caracterizados quanto à sua geometria da seguinte forma:
– Simétrico – Laterais – Assimétricos