aula 4.1 projeto eng. ferroviaria

8/12/2019 Aula 4.1 Projeto Eng. Ferroviaria

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Antecedentes da Ferrovia

Corinto, Grcia (600 a.C.)Corinto, Grcia (600 a.C.)


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Antecedentes da Ferrovia Grcia (600 a.C.)

PeloponesoPeloponesoPeloponeso

EspartaEspartaEsparta

CorintoCorintoCorinto

GRCIAGRCIA


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Antecedentes da Ferrovia Grcia (600 a.C.)

Istmo de CorintoIstmo de Corinto

Canal de CorintoCanal de Corinto

Peloponeso


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Wagonways (Inglaterra, 1600)

Antecedentes da Ferrovia

- vagonetes sobre rodas e trilhos de madeira -


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Revoluo

Industrial

MMquina a vaporquina a vapor(Watt 1770)(Watt 1770)

MudanMudana radical nosa radical nostransportes terrestrestransportes terrestres

Histrico da Ferrovia

17671767 primeira roda de ferroprimeira roda de ferro


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PrimeiraPrimeira locomotivalocomotiva

a vapora vapor

RichardRichard TrevithickTrevithick

(1804)(1804)

Peso 5Peso 5 tonton

velvel 5 km/h5 km/h

5 vages (105 vages (10 tonton))

trilhos em minas de carvotrilhos em minas de carvo

Invicta


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Primeira ferrovia comercial

1825Primeira viagem entreStockton e Darlington

(25 km - 1 h)

Nascimento daferrovia

1814George Stephenson1 locomotiva a vapor

(8 vages - 30 ton)


The RocketLondon Science Museum


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Breve Histrico da Ferrovia BRASIL

1835Lei imperialLei imperial

IncentivoIncentivo construconstruo de ferrovias ligando RJ a MG, RS e BAo de ferrovias ligando RJ a MG, RS e BA

D. Pedro II inaugura a 1D. Pedro II inaugura a 1 linha flinha frrea brasileirarrea brasileira(Porto de Mau(Porto de Mau Serra de PetrSerra de Petrpolis)polis)

14,5 km14,5 km 23 min (23 min (vvmedmed = 38 km/h)= 38 km/h)

1854

Baro de MauBaro de Mau11 concesso para construconcesso para construo e explorao e exploraoo

BaronesaBaronesa


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1854 a 19001854 a 1900 -- 15.000 km15.000 km

1900 a 19301900 a 1930 -- 17.000 km17.000 km

1930 a 19531930 a 1953 -- 5.000 km5.000 km

37.000 km37.000 km (Argentina 41.000km)(Argentina 41.000km)

Iniciativas no coordenadasIniciativas no coordenadas

-- diferentes bitolasdiferentes bitolas

-- ausncia de malhaausncia de malha

Conf. Int. de Berna, 1907:Conf. Int. de Berna, 1907:

bitola internacionalbitola internacional

4 p4 ps e 8,5s e 8,5 polpol

(1,435 m)(1,435 m)

Breve Histrico da Ferrovia BRASIL


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PorPor queque esseesse nnmeromero ""mmgicogico"" foifoi utilizadoutilizado??

PorquePorque foramforam feitasfeitas parapara acomodaracomodar doisdois traseirostraseiros dede cavaloscavalos!!

PorquePorque eraera estaesta aa bitolabitola dasdas ferroviasferrovias inglesasinglesas e,e, comocomo asas americanasamericanas foramforam construconstrudasdas pelospelosinglesesingleses,, estaesta foifoi aa medidamedida utilizadautilizada..

PorPor queque osos inglesesingleses usavamusavam estaesta medidamedida??

PorquePorque asas empresasempresas inglesasinglesas queque construconstruamam osos vagesvageserameram asas mesmasmesmas queque construconstruamam asas carrocarroasas, antes das, antes dasferroviasferrovias, e se, e se utilizavamutilizavam dasdas mesmasmesmas ferramentasferramentas dasdascarrocarroasas..

PorPor queque asas medidasmedidas de 4de 4 ppss e 8,5e 8,5 polegadaspolegadas parapara asas carrocarroasas??

PorquePorque aa distnciadistncia entre asentre as rodasrodas dasdas carrocarroasas deveriadeveriaservirservir parapara asas estradasestradas antigasantigas dada EuropaEuropa,, queque tinhamtinhamestaesta medidamedida..

EE porpor queque tinhamtinham estaesta medidamedida??PorquePorque essasessas estradasestradas foramforam abertasabertas pelopelo antigoantigo ImpImpriorio Romano,Romano, quandoquando dede suassuas conquistasconquistas, e, etinhamtinham asas medidasmedidas baseadasbaseadas nasnas antigasantigas bigasbigas romanasromanas..

EE porpor queque asas medidasmedidas dasdas bigasbigas foramforam definidasdefinidas assimassim??


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O nibus espacial americano, o Space Shuttle, utiliza

tanques de combustvel slido que so fabricados

pela Thiokol, em Utah. Os engenheiros que os

projetaram queriam faz-lo mais largo, porm, tinham

a limitao dos tneis das ferrovias por onde elesseriam transportados, os quais tinham suas medidas

baseadas na bitola da linha.

ConseqConseqnciancia

CorolCorolriorio::

ExistemExistem vvriasrias empresasempresas dede lideranlideranaa tecnoltecnolgicagica

queque tambtambmm tem umtem um montemonte dede coisascoisas definidasdefinidasporpor bundesbundes......

Concluso:

O exemplo mais avanado da engenharia mundial

em design e tecnologia acaba sendo afetado pelo

tamanho da bunda do cavalo da Roma antiga.


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Desestatizao da RFFSA


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Desestatizao da RFFSA

MALHA PAULISTA

NOVOESTENOVOESTE

FCAFCAMRSMRS

ALL LogsticaALL LogsticaFTCFTC

FERROBANFERROBAN

TRANSNORDESTINA LogsticaTRANSNORDESTINA Logstica

FERROESTEFERROESTE

EFC - EFVMEFC - EFVMEFAEFA


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Concessionrias ferrovirias


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Extenso da Malha Ferroviria - 2008Extenses em km

28.31451022.8974.907Subtotal

420--420VALEC

500--500FERRONORTE

1.9892832431.463FERROBAN

4.207184.189-CFN

892--892EFC

905-905-EFVM

248-248-FERROESTE

7.304117.293-ALL

164-164-FTC

1.67442-1.632MRS

8.0661567.910FCA

1.9451.945NOVOESTE

MistaMtricaLargaTotal

BitolaOperadoras


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ALL Logstica

rea de atuarea de atuao: Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Parano: Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paran

Pontos de interconexo:Pontos de interconexo: -- FERROBAN (Ourinhos/SP e Pinhalzinho/PR)FERROBAN (Ourinhos/SP e Pinhalzinho/PR)-- FERROESTE (Guarapuava/PR)FERROESTE (Guarapuava/PR)

-- FerrocarrilesFerrocarriles -- Uruguai (Santana do Livramento/RS)Uruguai (Santana do Livramento/RS)

-- FerrocarrilesFerrocarriles -- Argentina (Uruguaiana/RS)Argentina (Uruguaiana/RS)

Cruza as fronteiras do Paraguai e Uruguai e serve o Chile por rCruza as fronteiras do Paraguai e Uruguai e serve o Chile por rodovia a partir da base logodovia a partir da base logstica intermodal destica intermodal de

MendozaMendoza, na Argentina, na Argentina

Interconexo com portos (ParanaguInterconexo com portos (Paranagu/PR, SF do Sul/SC, Porto Alegre/RS, Rio Grande/RS e Estrela/RS)/PR, SF do Sul/SC, Porto Alegre/RS, Rio Grande/RS e Estrela/RS)


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Via PermanenteVia Permanente

A Via Permanente e o Pavimento Ferrovirio

Superestrutura

Infra-estrutura

SuperestruturaSuperestrutura

InfraInfra--estruturaestrutura

Via Permanente(constituintes)

Via Permanente(constituintes)

o conjunto daso conjunto das obrasobrasciviscivis que constituemque constituemuma linha fuma linha frrearrea


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A Via Permanente


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Corte

A Via Permanente

subleito

trilholastro

sublastro


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AterroAterro

1% 1%

subleito

trilholastro

sublastro

A Via Permanente


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A SuperestruturaA Superestrutura(no Brasil)(no Brasil)

trilhotrilho

fixafixaes do trilho aoes do trilho aodormentedormente

talas de juntalas de juno, etc.o, etc.

dormentedormente

lastrolastro

sublastrosublastro

subleitosubleito

A Via Permanente


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A InfraA Infra--estruturaestrutura(no Brasil)(no Brasil)

subleito

elementos dedrenagem

taludes de cortes eaterros

obras de arte correntese especiais

subleitosubleito

elementos deelementos dedrenagemdrenagem

taludes de cortes etaludes de cortes eaterrosaterros

obras de arte correntesobras de arte correntese especiaise especiais

superficialsuperficial

profundaprofunda

A Via Permanente


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Subleito

ConstituintesConstituintes camada finalcamada final

corpo do aterrocorpo do aterro

60 cm60 cmcamada final

corpo do aterro


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O futuro?O futuro?

camada asfcamada asflticaltica


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O futuro?O futuro?


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BallastelessBallastelesstracktrack


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Sistema GETRACThe ballastless track system on asphalt


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O futuro?O futuro?


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Projeto de pavimentosProjeto de pavimentos

Regras prticas / tabelas Mtodos empricos (CBR, IG, etc.)

Tenso de cisalhamento / deflexo mxima

Regresses baseadas em desempenho de pistas experimentais

Emprico mecanstico

Mecanstico (solues numricas, elementos finitos, etc.)

Regras prticas / tabelas Mtodos empricos (CBR, IG, etc.)

Tenso de cisalhamento / deflexo mxima

Regresses baseadas em desempenho de pistas experimentais

Emprico mecanstico

Mecanstico (solues numricas, elementos finitos, etc.)

HistricoHistrico


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Onde estamos?Onde estamos?

EMPRICOEMPEMPRICORICO MECANSTICO - EMPRICOMECANMECANSTICOSTICO -- EMPEMPRICORICO MECANSTICOMECANMECANSTICOSTICO

Estado-da-arteEstadoEstado--dada--artearteEstado-da-prticaEstadoEstado--dada--prprticatica

PrPrtica atualtica atual Ainda???Ainda???


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Conceitos deConceitos de

MECNICA DOS PAVIMENTOSMECNICA DOS PAVIMENTOSaplicados a ferroviasaplicados a ferrovias


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3) O pavimento como sistema de camadas

4) Tenses e deformaes em pavimentos

. Pavimento com 1 a n camadas

5) Deformabilidade dos solos e agregados. Ensaios de carga repetida

Mdulo de Resilincia

1) A Mecnica dos Pavimentos

2) Modelos simplificados tradicionais

ROTEIROROTEIRO

Mecnica dos Pavimentos aplicadaMecnica dos Pavimentos aplicada ferroviasferrovias

D fi i D fi i


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DefinioDefinio

A MECNICA DOS PAVIMENTOS uma disciplina da engenharia civil que estudaos pavimentos como sistemas em camadas, sujeitos s cargas dos veculos. Faz-se o

clculo de tenses, deformaes e deslocamentos, conhecidos os parmetros de

deformabilidade, geralmente com utilizao de programas de computador. Verifica-se o

nmero de aplicaes de carga que leva o pavimento ruptura. Variaes sazonais edirias de temperatura e umidade do subleito e das camadas do pavimento podem ser

consideradas na sua resposta s cargas do trfego. Ensaios dinmicos ou de cargas

repetidas dos solos do subleito e das demais camadas fornecem os parmetros de

deformabilidade necessrios ao dimensionamento. Ensaios de campo, deflectometria,

medies com sensores de fora, deslocamento e temperatura, pesagens de veculos eavaliao de defeitos em pavimento completam o quadro de dados experimentais

necessrios calibrao dos modelos de desempenho estrutural. Novos materiais podem

ser avaliados no comportamento estrutural do pavimento. Fazem-se previses e

o empirismo deixa de predominar, mas fica na dose certa.

(Medina, J.; Mecnica dos Pavimentos, Ed UFRJ, 2 edio, 2005)

D fi i Definio


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A Mecnica dos Pavimentos uma disciplina da engenharia civil que estuda os

pavimentos como sistemas em camadas e sujeitos s cargas dos veculos. Faz-se o


deformabilidade, geralmente com utilizao de programas de computador. Verifica-se

o nmero de aplicaes de carga que leva o pavimento ruptura. Variaes sazonais e

dirias de temperatura e umidade do subleito e das camadas do pavimento podem ser



deformabilidade necessrios ao dimensionamento. Ensaios de campo, deflectometria,medies com sensores de fora, deslocamento e temperatura, pesagens de veculos

e avaliao de defeitos em pavimento completam o quadro de dados experimentais

necessrios calibrao dos modelos de desempenho estrutural. Novos materiais

podem ser avaliados no comportamento estrutural do pavimento. Fazem-se previses

e o empirismo deixa de predominar, mas fica na dose certa.

(Medina, J.; Mecnica dos Pavimentos, Ed UFRJ, 2 Ed, 2005)

DefinioDefinio

DefinioDefinio


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DefinioDefinio

DefinioDefinio


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DefinioDefinio

DefinioDefinio


41/77















DefinioDefinio


42/77


43/77

DefinioDefinio


44/77















DefinioDefinio

DefinioDefinio


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DefinioDefinio


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DefinioDefinio


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DefinioDefinio














Mecnica dos PavimentosMecnica dos Pavimentos


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Mecnica dos Pavimentos

SSistemaistemade camadasde camadas (multi(multi--layered system)layered system) CCarregamento repetido de curta duraarregamento repetido de curta duraoo

CClculo de tenses e de deformalculo de tenses e de deformaes f(tres f(trfego e clima)fego e clima)

UUtilizatilizao de modelos numo de modelos numricosricos

UUtilizatilizao de parmetros obtidos em ensaios dinmicoso de parmetros obtidos em ensaios dinmicos

PParmetros de natureza probabilarmetros de natureza probabilsticastica

EEstabelecimento de critstabelecimento de critrios de rupturarios de ruptura

MModelos de previso de desempenhoodelos de previso de desempenho

vv

hh

h1

h2

0

vv

TerminologiaTerminologia


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gg

pavimento rodovipavimento rodoviriorio pavimento ferrovipavimento ferroviriorio

sub-lastro

reforo do subleito

subleito

lastro

dormentedormente

subleito

trilhotrilho

base

sub-base

reforo do subleito

subleito

revestimento

capacapa

binderbinder

Principais diferenPrincipais diferenasas


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pp

adeso entre as camadasrevestimento asfltico base sub.base

adeso entre as camadasrevestimento asfltico base sub.base

RodoviasRodovias Vias frreasVias frreas

eventuais espaos vazios no sistematrilho / dormente / lastro

eventuais espaos vazios no sistematrilho / dormente / lastro

trfego distribudo transversalmente pista (cobertura)

trfego distribudo transversalmente pista (cobertura) trfego em uma nica trilhatrfego em uma nica trilha

grande variao na magnitude e freqnciadas cargas

grande variao na magnitude e freqnciadas cargas menor incerteza do carregamentomenor incerteza do carregamento

mecanismos de ruptura:trincamento por fadiga do revestimento e

deformao plstico

mecanismos de ruptura:trincamento por fadiga do revestimento e

deformao plstico

mecanismos de ruptura:

desgaste dos trilhos, deformao plstica(desnivelamento)

mecanismos de ruptura:desgaste dos trilhos, deformao plstica

(desnivelamento)

mecanismo de transmisso de carga:interao pneu revestimento

mecanismo de transmisso de carga:interao pneu revestimento

mecanismo de transmisso de carga:roda trilho dormente lastro

mecanismo de transmisso de carga:roda trilho dormente lastro

Tenses nos pavimentos ferrovirios

Tenses nos pavimentos ferrovirios


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V1V1 V2V2

V4V4V3V3

V5V5 V6V6

H1H1 H2H2

H3H3 H4H4

H5H5 H6H6

LASTRO

SUB-LASTRO

REFORO SL

h1

h2

h3

SUBLEITO


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Contato rodaContato roda -- trilhotrilho


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2b

aab

b

2a

baPp

=2

3max

elipse de contatoelipse de contato (H. Hertz)(H. Hertz)

Tenses no subleitoTenses no subleito


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SUBLEITO SUBLEITO

estrutura com baixa rigidez estrutura com elevada rigidez


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Associao de molasAssociao de molas


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Dificuldade: relacionar os coeficientes de mola com os elementDificuldade: relacionar os coeficientes de mola com os elementosos

trilho

dormente

lastro

Kt

Kd

KLCL

Modelo FModelo Fsicosico Modelo AnalModelo Analticotico

Mtodo dos elementos finitosMtodo dos elementos finitos


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dificuldade de obtendificuldade de obteno dos parmetros dos materiaiso dos parmetros dos materiais

dificuldade de simuladificuldade de simulao do contato dormenteo do contato dormente -- lastrolastro

Viga sobre base elViga sobre base elsticastica WincklerWinckler(1867)(1867)


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PP

EJEJ


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Modelos simplificados tradicionaisModelos simplificados tradicionais


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presso no lastro = coeficiente de lastro x deflexopresso no lastro = coeficiente de lastro x deflexo

[F][L]-2 [F][L]-3 [L]

pi = C . yi

Ri = D . yi reareao no dormente = coeficiente de dormente x deflexoo no dormente = coeficiente de dormente x deflexo

[L][F][L]-1[F]

WinklerWinkler (1867)(1867) viga contviga contnua sobre base elnua sobre base elsticastica ZimmermannZimmermann (1888)(1888) aplicao via frrea (modelo dede WinklerWinkler))

KK KK KK KK KK KK KK KK

yyii

PP

ppii = C .= C . yyiiRRii = D.= D.yyii

Modelo deModelo de ZimmermannZimmermann


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yy

pp

FF

p = C.yp = C.y

bb

presso de contatopresso de contatodormentedormente--lastrolastro

aa

[ ]32

cmkgcm

cmkg

y

pC ===

C = 2 .......... linhas com infraC = 2 .......... linhas com infra--estrutura ruimestrutura ruim

C = 5 .......... linhas com infraC = 5 .......... linhas com infra--estrutura mestrutura mdiadiaC = 10 ........ linhas com infraC = 10 ........ linhas com infra--estrutura muito boaestrutura muito boa

coeficiente de lastrocoeficiente de lastro

C = 0,275 h + 0,972 ....... infraC = 0,275 h + 0,972 ....... infra--estrutura ruimestrutura ruim

C = 0,194 h + 0,101 ....... infraC = 0,194 h + 0,101 ....... infra--estrutura mestrutura mdiadia

C = 0,106 h + 0,212 ....... infraC = 0,106 h + 0,212 ....... infra--estrutura muito boaestrutura muito boa(h = espessura do lastro)(h = espessura do lastro)


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Modelos simplificados tradicionaisModelos simplificados tradicionais


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pi = u.yipi = u.yi

u =u = MMDULO DA VIADULO DA VIA (m(mdulo de elasticidadedulo de elasticidade [F][L][F][L]--22))f (tipo, espaf (tipo, espaamento e dimenses dos dormentes,amento e dimenses dos dormentes,espessura do lastro, condiespessura do lastro, condies de socaria e rigidez does de socaria e rigidez do

subleito)subleito)

reareao por unidade de comprimento do trilhoo por unidade de comprimento do trilho

ppii ... [F][L]-1

TimoshenkoTimoshenko (1915)(1915) viga sobre apoios discretos elviga sobre apoios discretos elsticossticos TalbotTalbot (AREA(AREA -- 1918)1918) viga sobre apoios elviga sobre apoios elsticos contsticos contnuosnuos

HutterHutter (1955)(1955) apoios descontapoios descontnuosnuos apoios contapoios contnuosnuos

yyii

1 m1 m

PP

uu uu uu uu uu uu uu uu


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Modelo deModelo de TalbotTalbot

PP


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( ))xsenx(cose

EIuPy x +=

41

364

No ponto x = 0No ponto x = 0

( )mximadeflexo

EIu

Py ==

41

30

64

mximofletormomentou

EIPM =

=

41

064

0

41

0

64

y.umetropormximareao

EI

uPp ==

=

SoluSoluo geralo geral

PP

xx

yy yy00

pp00

uu


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Modelo deModelo de TalbotTalbot


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( )mximadeflexo

EIuPy ==

41

30

64

3

1

4

0 64

1

=

EIyPu

viadarigidezKy

P==

0

ObtenObteno indireta do mo indireta do mdulo da viadulo da via

PPxx

yy yy00

uu


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Modelo simplificadoModelo simplificado(AREA)(AREA)


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30.00030.000 lblb

distribuio da cargapelos dormentes vizinhos

Modelo simplificado AREA


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1 2 3 4

pontos de solicitao mxima no dormente, lastro e subleito

pontos de momento fletor mximo no trilho

Hipteses

roda posicionada na vertical de um dormente contribuio das rodas adjacentes nas reaes, deflexes e tenses despreza efeito das rodas afastadas mais de 100 pol

FFrmularmuladede TalbotTalbot(1919)(1919)


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0

chh

lastrolastro

251

0816

,c h

, =

cc == pressopresso sob o centro do dormente (sob o centro do dormente (lblb/pol/pol22))00 == pressopresso mmdia uniformedia uniforme na base do dormente (na base do dormente (lblb/pol/pol22))h =h = profundidade abaixo da base do dormente (pol)profundidade abaixo da base do dormente (pol)


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FFrmula dermula de TalbotTalbot


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PP

bb

PP

socariasocaria

c=0,70 a 0,90 mc=0,70 a 0,90 m

Carga no dormenteCarga no dormente

dr C

nPP =

PPrr = peso da roda mais pesada= peso da roda mais pesada

dormentesdoscentrosentredistncia

eixosentredistncia

a

dn ==

CCdd = coeficiente de impacto dinmico (AREA)= coeficiente de impacto dinmico (AREA)

41

00030

1

2

,.

vCd +=

v (km/h)v (km/h)

dd

aa

PPrrPPrrcoeficiente redutorcoeficiente redutor

ExemploExemplo

- peso por eixo 20 ton- dimenses do dormente 2,0 x 0,20 x 0,16 m- coeficiente de impacto 1,4- faixa de socaria 70 cm


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pp- distncia entre eixos locomotiva 2,20 m- nmero de dormentes por km 1750- CBR do sublastro 20%

m,a 5701750

1000==-- espaespaamento do dormenteamento do dormente

863570

202,

,

,

a

dn ===-- coeficiente redutorcoeficiente redutor

-- carga no dormentecarga no dormente kg..

,

.C

n

PP d

r627341

863

00010===

-- tenso na base do dormentetenso na base do dormente 20

59127020

6273cmkg,

x

.

c.b

P===

255255100

2070

100

70cmkg,

,xx

nCBRadm ===-- presso admisspresso admissvel novel no sublastrosublastro

-- espessura do lastroespessura do lastro cm,h,

,x,h

h

, ,adm,c

724552

591287538753 251251

0=

FFrmula dermula de TalbotTalbot


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PP PP

Tenses no sublastroTenses no sublastro

chh

)cmkg(adm,h

,c

2

251

08753

=

0

Valor deValor de admadm = ?= ?

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