UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

JOICE MARTIGNAGO DE MEDEIROS

DIMENSIONAMENTO DE FERROVIA ESTUDO DE CASO

CRICIMA, DEZEMBRO 2010

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JOICE MARTIGNAGO DE MEDEIROS

DIMENSIONAMENTO DE FERROVIA ESTUDO DE CASO

Trabalho de Concluso de Curso, apresentado para obteno do grau de Engenheiro Civil no curso de Engenharia Civil da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC.

Orientador: Prof. MSc. Adailton Antonio dos Santos

CRICIUMA, DEZEMBRO 2010

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JOICE MARTIGNAGO DE MEDEIROS

DIMENSIONAMENTO DE FERROVIA ESTUDO DE CASO

Trabalho de Concluso de Curso aprovado pela Banca Examinadora para obteno do Grau de Engenheiro Civil, no Curso de Engenharia Civil da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC.

Cricima, 02 de Dezembro de 2010.

BANCA EXAMINADORA

____________________________________________________

Prof. MSc. Adailton Antonio dos Santos (UNESC) Orientador

____________________________________________________

Eng. Benony Schmitz Filho Eng. Civil (Ferrovia Tereza Cristina) Banca

____________________________________________________

Eng. Pedro Arns Especialista (UNESC) Banca

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Dedico este trabalho aos meus pais, Gilmar e Valria, por sempre acreditarem em mim.

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AGRADECIMENTOS

minha famlia, meu pai Gilmar, minha me Valria e meus irmos, Gilmar Jr. e Clarissa, por serem minha fonte de incentivo e acreditarem no meu sucesso.

Aos meus amigos e amigas formandos, por compartilharem os momentos de dvidas e incertezas, buscando uns nos outros uma fonte de motivao.

Ao meu professor Orientador Adailton Antonio dos Santos, que aceitou o desafio de me orientar neste trabalho, com tema at ento nunca desenvolvido nos trabalhos de concluso de curso do curso de Engenharia Civil da Unesc.

Empresa CEAL Consultoria e Engenharia, representada pela minha amiga e colega formanda Francini, por terem fornecido sem restries os dados para elaborao deste trabalho.

Empresa Ferrovia Tereza Cristina e ao diretor presidente desta, Eng. Benony Schmitz Filho, por ter me dado oportunidade de realizar o estgio obrigatrio, contribuir para o meu conhecimento na rea de ferrovias e realizao deste trabalho.

Ao Eng. Jairo Pessoa Guimares, da RFFSA, que esteve sempre disposio para sanar minhas dvidas durante este trabalho.

A todos os amigos, professores e colegas que de alguma maneira me ajudaram nessa caminhada.

Por fim, a Deus, por me dar a certeza de sempre que serei guiada aos caminhos certos.

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"Leva tempo para algum ser bem sucedido, porque o xito no mais do que a

recompensa natural pelo tempo gasto em fazer algo direito."

Joseph Ross

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RESUMO

O presente estudo refere-se ao Segmento 5A, do projeto do Anel de Contorno Virio de Cricima, com extenso de 4,120km. Este trabalho tem como objetivo, dimensionar uma ferrovia para o referido trecho, determinar os custos para implantao da mesma (servios de infra e superestrutura) e fazer uma anlise comparativa com os custos iniciais para construo da rodovia j executada. O dimensionamento foi feito elaborando-se uma metodologia de clculo, estudada atravs das bibliografias disponveis e levantando os dados disponveis do local onde seria implantado este projeto. O pavimento ferrovirio foi dimensionado a partir das caractersticas da malha ferroviria de concesso da Empresa Ferrovia Tereza Cristina. Observou-se que o dimensionamento se mostrou simples, pois pouco se difere do de rodovias. No que se refere ao custo para implantao, o valor obtido foi 14,57% superior ao custo inicial previsto no projeto de implantao da rodovia (servios de infra e superestrutura). Valor este muito pequeno quando considerado os benefcios do modal de transporte ferrovirio.

Palavras chave: Dimensionamento de Ferrovia. Via Permanente. Estrada de Ferro. Custos para implantao de Ferrovia.

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LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1 Perfil resultante da decomposio das rochas. ................................. 18 Figura 2 Esquema dos limites de consistncia dos solos. .............................. 19 Figura 3 Pavimento Ferrovirio. .......................................................................... 25 Figura 4 Partes constituintes da Superestrutura de uma Ferrovia. ................. 26 Figura 5 Bitola. ..................................................................................................... 26 Figura 6 Caractersticas geomtricas da seo. ............................................... 27 Figura 7 Grfico da granulometria de material para lastro. .............................. 33 Figura 8 Curvas de presso de Talbot. .............................................................. 37 Figura 9 Detalhe Dormente de Ao. .................................................................... 41 Figura 10 Seo Dormente de Ao. .................................................................... 41 Figura 11 Dormente de concreto protendido. .................................................... 42 Figura 12 Dormente misto. .................................................................................. 43 Figura 13 Dormente polibloco. ............................................................................ 43 Figura 14 Fixao do trilho no dormente de concreto. ..................................... 44 Figura 15 Fixao do trilho no dormente de concreto. ..................................... 44 Figura 16 Trilho Perfil Tipo VIGNOLE. ................................................................ 45 Figura 17 Desgaste do trilho. .............................................................................. 49 Figura 18 Caractersticas dos tipos de trilho com seo Vignole. .................. 50 Figura 19 Tala de juno lisa. .............................................................................. 51 Figura 20 Tala de juno em cantoneira. ........................................................... 51 Figura 21 Arruela tipo Grower. ............................................................................ 52 Figura 22 Placa de Apoio. .................................................................................... 52 Figura 23 Prego de linha. ..................................................................................... 54 Figura 24 Tirefond. ............................................................................................... 54 Figura 25 Fixao tipo K ou GEO. ....................................................................... 54 Figura 26 Grampo elstico. ................................................................................. 55 Figura 27 Grampo elstico simples. ................................................................... 56 Figura 28 Arruela tipo Grower. ............................................................................ 56 Figura 29 Retensor tipo FAIR V. .......................................................................... 57 Figura 30 Retensor tipo FAIR T. .......................................................................... 57

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Figura 31 Esquema das juntas dos trilhos. ........................................................ 59 Figura 32 Junta do trilho apoiada. ...................................................................... 59 Figura 33 Junta do trilho em balano. ................................................................ 59 Figura 34 Localizao do traado do Anel de Contorno Virio de Cricima - Segmento 5A. .......................................................................................................... 65 Figura 35 Formao Geolgica do traado do Anel de Contorno Virio de Cricima Segmento 5A ........................................................................................ 67 Figura 36 CBRs por estaca. ................................................................................. 68 Figura 37 Seo 1 (Estaca 0+500 1+550) ......................................................... 76 Figura 38 Seo 2 (Estaca 1+550 4+120) ......................................................... 76

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Decomposio de rochas. .................................................................... 18 Tabela 2 Distribuio t de Student Valores do Percentil t0,90 em funo dos valores de n-1. .................................................................................................. 21 Tabela 3 Sistema unificado de classificao dos solos. .................................. 22 Tabela 4 Classificao H.R.B. ............................................................................. 23 Tabela 5 Granulometria de material para lastro (percentagem passante). ..... 32 Tabela 6 Granulometria de material para lastro (percentagem retida). ........... 32 Tabela 7 Coordenadas UTM de incio e fim. ....................................................... 64 Tabela 8 Coordenadas Geogrficas de incio e fim. .......................................... 64 Tabela 9 Unidades geolgicas da regio. .......................................................... 66 Tabela 10 CBRs e expanso do trecho............................................................... 69 Tabela 11 Clculo CBRp do Segmento 1 ............................................................ 69 Tabela 12 Clculo CBRp do Segmento 2 ............................................................ 70 Tabela 13 Volume de Corte e Aterro ................................................................... 77 Tabela 14 Volume de Corte e Aterro considerando Material de Sublastro ..... 77 Tabela 15 Resumo do Oramento da Ferrovia .................................................. 78 Tabela 16 Resumo do Oramento da Rodovia .................................................. 80 Tabela 17 Comparativo de custos por servio dos projetos. ........................... 81

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ANTT Agncia Nacional de Transportes Terrestres DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte CONTRAN Conselho Nacional de Trnsito LL Limite de Liquidez LP Limite de Plasticidade IP ndice de Plasticidade IG ndice de Grupo SUCS Sistema Unificado de Classificao dos Solos HRB Highway Research Board CBR California Bearing Ratio CBRp California Bearing Ratio de projeto AREA American Railway Engineering Association RFFSA Rede Ferroviria Federal S. A. ASTM American Society for Testing Materials DNPM Departamento Nacional de Produo Mineral

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SUMRIO

1 INTRODUO ....................................................................................................... 14 1.1 Tema ................................................................................................................... 14 1.1.1 Delimitao do Tema ...................................................................................... 14 1.2 Problema de Pesquisa ...................................................................................... 14 1.3 Justificativa ........................................................................................................ 15 1.4 Objetivos ............................................................................................................ 15 1.4.1 Objetivos Gerais ............................................................................................. 15 1.4.2 Objetivos Especficos .................................................................................... 16

2 REFERENCIAL TERICO ..................................................................................... 17 2.1 Origem dos Solos .............................................................................................. 17 2.1.1 Solos residuais ............................................................................................... 17 2.1.2 Solos transportados ....................................................................................... 18 2.2 Caracterizao dos Solos ................................................................................. 19 2.2.1 Limites de consistncia ................................................................................. 19 2.2.2 ndice de Suporte Califrnia .......................................................................... 20 2.2.3 Clculo do CBR de Projeto ............................................................................ 21 2.3 Classificao dos solos. ................................................................................... 22 2.3.1 ndice de grupo ............................................................................................... 23 2.4 Via Permanente ................................................................................................. 24 2.4.1 Histrico .......................................................................................................... 24 2.4.2 Pavimento Ferrovirio .................................................................................... 25 2.4.3 Bitola ............................................................................................................... 26 2.4.4 Caractersticas geomtricas .......................................................................... 26 2.4.5 Sublastro ......................................................................................................... 27 2.4.5.1 Material para Sublastro ............................................................................... 28 2.4.6 Lastro .............................................................................................................. 29 2.4.6.1 Materiais para Lastro .................................................................................. 29 2.4.6.2 Especificaes ............................................................................................ 31 2.4.6.3 Altura do Lastro sob os Dormentes ........................................................... 34

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2.4.7 Dormentes ....................................................................................................... 38 2.4.7.1 Tipos de dormente ...................................................................................... 38 2.4.8 Trilhos ............................................................................................................. 45 2.4.8.1 Classificao dos trilhos ............................................................................ 46 2.4.8.2 Defeito nos Trilhos ...................................................................................... 46 2.4.8.3 Durabilidade dos trilhos ............................................................................. 49 2.4.9 Acessrios dos trilhos ................................................................................... 50 2.4.9.1 Talas de juno ........................................................................................... 50 2.4.9.2 Parafusos ..................................................................................................... 51 2.4.9.3 Arruelas ........................................................................................................ 51 2.4.9.4 Placas de apoio ........................................................................................... 52 2.4.9.5 Acessrios de Fixao ................................................................................ 53 2.4.9.6 Retensores de trilho .................................................................................... 56 2.4.10 Caractersticas do assentamento da linha ................................................. 57 2.4.10.1 Tolerncias na Bitola ................................................................................ 57 2.4.10.2 Esquema de distribuio dos dormentes ............................................... 58 2.4.10.3 As juntas .................................................................................................... 58 2.4.11 Esforos que atuam sobre a via ................................................................. 59 2.4.11.1 Esforos Verticais ..................................................................................... 60 2.4.11.2 Esforos longitudinais .............................................................................. 61 2.4.11.3 Esforos Transversais .............................................................................. 61

3 METODOLOGIA .................................................................................................... 63

4 DESENVOLVIMENTO ........................................................................................... 64 4.1 Localizao do Trecho em estudo ................................................................... 64 4.2 Formao Geolgica ......................................................................................... 66 4.2.1 Geologia Regional .......................................................................................... 66 4.2.2 Geologia Local ................................................................................................ 67 4.3 Dimensionamento do Pavimento Ferrovirio ................................................. 68 4.3.1 Clculo do CBR de projeto (CBRp) ............................................................... 68 4.3.2 Clculo das espessuras de lastro e sublastro ............................................. 71 4.3.2.1 Altura do Lastro ........................................................................................... 72

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4.3.2.2 Altura do Sublastro ..................................................................................... 74 4.3.3 Seo da linha ................................................................................................ 76 4.3.4 Volume de corte e aterro ............................................................................... 77 4.3.5 Oramento para implantao do trecho de Ferrovia................................... 78 4.3.6 Oramento para implantao do trecho de Rodovia................................... 79 4.3.7 Anlise dos custos de implantao dos projetos ....................................... 80

5 CONCLUSO ........................................................................................................ 82

REFERNCIAS ......................................................................................................... 83

APNDICES ............................................................................................................. 85

ANEXOS ................................................................................................................. 100

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1 INTRODUO

1.1 Tema

Dimensionamento de ferrovia.

1.1.1 Delimitao do Tema

Dimensionamento de uma de Estrada de Ferro, implantada onde est construdo o segmento 5A do Projeto do Anel de Contorno Virio de Cricima/SC.

1.2 Problema de Pesquisa

O desenvolvimento da malha ferroviria brasileira foi esquecido durante mais de meio sculo. Dados da ANTT Agncia Nacional de Transportes Terrestres e do DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte, comprovam o atraso brasileiro quanto construo de ferrovias, quando comparado com a extenso da malha rodoviria existente. So 29.673km de ferrovias em 2009 contra 1.765.278km de rodovias em 2007.

sabido que um trem tem capacidade de transporte de carga superior a uma carreta de carga, visto que certas locomotiva tm capacidade para tracionar at 3.000t e um caminho bi-trem (7 eixos), por exemplo, autorizado pelo CONTRAN a transportar no mximo 57t.

Analisando o desenvolvimento de um projeto de ferrovia e um projeto de rodovia, qual seria a vantagem da implantao de uma estrada de ferro quando confrontado com a implantao de uma rodovia?

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1.3 Justificativa

O transporte rodovirio o meio mais utilizado no Brasil para escoamento da produo, tanto que a maior parte do investimento em obras para construo e revitalizao, direcionado para este modal de transporte.

Com base nos ltimos anos, possvel perceber um grande incentivo por parte do governo para a implantao e revitalizao da malha ferroviria brasileira. Em 2003, o governo federal lanou o Plano de Revitalizao das Ferrovias, que visa o investimento para reformas e construo de ferrovias. E at ento projetos para ampliao e melhorias na malha ferroviria brasileira esto em processo de execuo, como a Ferrovia Norte-Sul, a Transnordestina e a Ferronorte.

Visto que o investimento do governo federal nos ltimos cinquenta anos foi quase que totalmente direcionado para a construo de rodovias, hoje, os estudos tambm so direcionados a estas, o que mostra o pouco conhecimento sobre projetos e execuo de ferrovias.

Portanto, o estudo pretende mostrar etapas de elaborao do projeto de ferrovias, bem como as vantagens deste modal de transporte, para buscar o aprofundamento e o conhecimento nesta rea.

1.4 Objetivos

1.4.1 Objetivos Gerais

Dimensionar uma ferrovia para transporte de passageiros e pequenos volumes de cargas, em um trecho com extenso de 3,5km (Segmento 5A), do Projeto do Anel de Contorno Virio de Cricima/SC, e fazer uma anlise comparativa do custo de implantao por quilmetro, de uma Ferrovia e de um pavimento flexvel rodovirio, para o trecho objeto deste estudo.

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1.4.2 Objetivos Especficos

Levantar dados do trecho em que ser implantada a ferrovia, obtidos no Projeto do Anel de Contorno Virio de Cricima/SC;

Elaborar o projeto altimtrico para a ferrovia; Calcular os CBRp a partir dos dados levantados; Dimensionar as partes constituintes da via permanente; Determinar os custos para a execuo do projeto de ferrovia e levantar

os custos iniciais previstos no Projeto do Anel de Contorno Virio de Cricima/SC; Comparar o custo de implantao da soluo adotada e os custos

previstos para implantao do Projeto do Anel de Contorno Virio de Cricima/SC.

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2 REFERENCIAL TERICO

2.1 Origem dos Solos

De acordo com Caputo (1988, p. 14), solos so materiais que resultam do intemperismo ou meteorizao das rochas, por desintegrao mecnica ou decomposio qumica.

Brasil (2006, p. 17) considera solo, como sendo todo tipo de material orgnico ou inorgnico, inconsolidado ou parcialmente cimentado, encontrado na superfcie da terra. Ou seja, dito como solo qualquer material que possa ser escavado com p, picareta, escavadeira, etc., sem necessidade de explosivos.

Os solos podem ser classificados em dois grandes grupos: solos residuais e solos transportados.

2.1.1 Solos residuais

Caputo (1988, p. 15) sintetiza que solos residuais so os que permanecem no local da rocha de origem, observando-se uma gradual transio do solo at a rocha. J Brasil (2006, p. 17) explica que todos os tipos de rocha formam um solo residual. Sua composio depende do tipo e da composio mineralgica da rocha original que lhe deu origem. A Tabela 1 abaixo apresenta alguns exemplos das rochas e o solo resultante da decomposio destas.

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Tabela 1 Decomposio de rochas.

Tipo de rocha Composio

mineral Tipo de solo Composio

basalto plagioclsio piroxnios

argiloso (pouca areia) argila

quartzito quartzo arenoso quartzo

filitos micas

(sericita) argiloso argila

granito quartzo

feldspato mica

areno-argiloso (micceo)

quartzo e argila (micceo)

calcrio calcita

argila

Fonte: Brasil (2006), p. 17-18.

No h um contato direto entre o solo e a rocha que o originou. Existem pelo menos duas camadas distintas entre estas. Uma logo abaixo do solo, propriamente dito, chamada de solo de alterao de rocha e outra acima da rocha, denominada rocha alterada (Figura 1).

Figura 1 Perfil resultante da decomposio das rochas. Fonte: Brasil (2006), p. 18.

2.1.2 Solos transportados

Chamado de solos sedimentares por Caputo (1988, p. 15) so definidos como solos que sofrem a ao de agentes transportadores, podendo ser

aluvionares (quando transportados pela gua), elicos (quando pelo vento), coluvionares (quando pela gravidade) e glaciares (pelas ge

No modo de ocorrer, o solo residual mais homogneo que o solo transportado. Este, de acordo com a capacidade do agente transportador, pode exibir grandes variaes em sua composio.

Brasil (2006, p. 19uma variedade especial que o solo orgnico, no qual o material transportado est misturado com quantidades variveis de matria orgnicaquantidades apreciveis, formam turfeiras.

2.2 Caracterizao dos Solos

2.2.1 Limites de consistncia

De acordo com plasticidade dos solos. Esta propriedade dos solos argilosos consiste na maior ou menor capacidade de serem eles moldados sem variao de volume, sob certas condies de umidade. plasticidade so os ensaios que determinam a plasticidade de um solo.sintetiza esquematicamente os estados fsicos do solo e seus limites, ou seja, limites de consistncia.

Figura 2

aluvionares (quando transportados pela gua), elicos (quando pelo vento), coluvionares (quando pela gravidade) e glaciares (pelas geleiras).

No modo de ocorrer, o solo residual mais homogneo que o solo Este, de acordo com a capacidade do agente transportador, pode

exibir grandes variaes em sua composio. , p. 19) ainda cita, que nos solos transportados

uma variedade especial que o solo orgnico, no qual o material transportado est misturado com quantidades variveis de matria orgnica decomposta, que em quantidades apreciveis, formam turfeiras.

Caracterizao dos Solos

Limites de consistncia

De acordo com Brasil (2006, p. 35), estes limites permitem avaliar a plasticidade dos solos. Esta propriedade dos solos argilosos consiste na maior ou menor capacidade de serem eles moldados sem variao de volume, sob certas

dies de umidade. A determinao do limite de liquidez e do limite de os ensaios que determinam a plasticidade de um solo.

esquematicamente os estados fsicos do solo e seus limites, ou seja,

Esquema dos limites de consistncia dos solos.Fonte: Caputo (1988), p. 53.

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aluvionares (quando transportados pela gua), elicos (quando pelo vento), leiras).

No modo de ocorrer, o solo residual mais homogneo que o solo Este, de acordo com a capacidade do agente transportador, pode

) ainda cita, que nos solos transportados distingue-se uma variedade especial que o solo orgnico, no qual o material transportado est

decomposta, que em

), estes limites permitem avaliar a plasticidade dos solos. Esta propriedade dos solos argilosos consiste na maior ou menor capacidade de serem eles moldados sem variao de volume, sob certas

A determinao do limite de liquidez e do limite de os ensaios que determinam a plasticidade de um solo. A Figura 2

esquematicamente os estados fsicos do solo e seus limites, ou seja, os

Esquema dos limites de consistncia dos solos.

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Determinao do Limite de Liquidez (LL)

Em sntese, o ensaio para determinao do limite de liquidez de um solo, feito em um aparelho chamado de aparelho de Casagrande, que basicamente uma concha metlica que golpeia a base deste aparelho. Este ensaio feito com uma amostra representativa de solo passante na peneira n 40. normatizado pela NBR 6459/84.

Determinao do Limite de Plasticidade (LP)

A Norma que rege este ensaio a NBR 7180/84, realizado em uma amostra significativa de solo que passa na peneira n 40 e utilizando cerca de 50g de material.

A diferena numrica entre o limite de liquidez (LL) e o limite de plasticidade (LP), fornece o ndice de plasticidade (IP), que define a zona em que o solo se encontra e fornece um critrio para avaliar o carter argiloso de um solo. Quanto maior o ndice de plasticidade, tanto mais plstico ser o solo.

IP = LL LP

2.2.2 ndice de Suporte Califrnia

Brasil (2006, p. 37) resume este ensaio como sendo a determinao da relao entre a presso para produzir uma penetrao de um pisto num corpo-de-prova de solo, e a presso necessria para produzir a mesma penetrao numa brita padronizada.

Este ndice uma das bases principais para os mtodos de dimensionamento das espessuras das camadas de pavimentos flexveis, e ser a

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base tambm, para o dimensionamento das alturas das camadas que constituem a seo de uma ferrovia.

2.2.3 Clculo do CBR de Projeto

Conforme Instruo Geotcnica IP-01 o CBR de projeto ser calculado estatisticamente de acordo com a distribuio t de Student, adequada ao controle pela mdia de amostragens pequenas e com nvel de confiana de 95% para suporte do projeto.

Tabela 2 Distribuio t de Student Valores do Percentil t0,90 em funo dos valores de n-1. n-1 t0,90 n-1 t0,90 n-1 t0,90 n-1 t0,90 1 3,08 11 1,36 21 1,32 40 1,30 2 1,89 12 1,36 22 1,32 60 1,30 3 1,64 13 1,35 23 1,32 120 1,29 4 1,53 14 1,34 24 1,32 1,28 5 1,48 15 1,34 25 1,32 6 1,44 16 1,34 26 1,32 7 1,42 17 1,33 27 1,31 8 1,40 18 1,33 28 1,31 9 1,38 19 1,33 29 1,31

10 1,37 20 1,32 30 1,31 Fonte: Instruo geotcnica IP-01, p.10.

Para garantir que o CBR de projeto (CBRp) apresente 95% do nvel de confiana, tem-se:

= , 1 Onde:

=

= ( )

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2.3 Classificao dos solos.

Foram desenvolvidos vrios sistemas de classificao de solo, cada um adequado a uma utilizao dos solos ou a mtodos de projeto.

O Sistema Unificado de Classificao dos Solos (SUCS) conforme Brasil (2006) baseia-se na identificao dos solos de acordo com as suas qualidades de textura e plasticidade, e agrupa-os de acordo com seu comportamento quando usados em estradas, aeroportos, aterros e fundaes.

Os solos esto distribudos em 6 grupos, representados como: pedregulhos (G), areias (S), siltes inorgnicos e areias finas (M), argilas inorgnicas (C), e siltes orgnicos e argilas (O).

Tabela 3 Sistema unificado de classificao dos solos.

Fonte: Brasil (2006), p. 59.

De acordo com Caputo (1988, p. 185) no Sistema de Classificao do H.R.B. (Highway Researsh Board) os solos so reunidos em grupos e subgrupos, em funo da sua granulometria e plasticidade.

A classificao do solo feita atravs da Tabela 4, iniciando-se da esquerda para direita. O primeiro grupo que os ndices coincidirem, indicar qual ser a classificao deste.

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Tabela 4 Classificao H.R.B.

Fonte: Brasil (2006), p. 56.

2.3.1 ndice de grupo

Conforme Caputo (1988, p. 186-187), o ndice de grupo um nmero inteiro, variando de 0 a 20, definidor da capacidade de suporte do terreno de fundao de um pavimento. Seus valores extremos representam solos timos (IG = 0) e solos pssimos, que devem ser evitados (IG = 20).

O ndice de grupo calculado pela frmula:

= 0,2 + 0,005 + 0,01 !

Onde: a= % de material passante na peneira n 200, menos 35. Se a

porcentagem obtida for nesta diferena for maior que 75, adota-se 75; se for menor que 35, adota-se 35. (a varia de 0 a 40).

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b= % de material passante na peneira n 200, menos 15. Se a porcentagem obtida for nesta diferena for maior que 55, adota-se 55; se for menor que 15, adota-se 0. (b varia de 0 a 40).

c= valor do limite de liquidez, menos 40. Se o limite de liquidez for maior que 60%, adota-se 60%; se menor que 40%, adota-se 0. (c varia de 0 a 20).

d= valor do ndice de plasticidade, menos 10. Se o ndice de plasticidade maior que 30%, adota-se 30%; se for menor que 10%, adota-se 0. (d varia de 0 a 20).

2.4 Via Permanente

2.4.1 Histrico

Com a Revoluo Industrial ocorrida na Europa a partir do sculo XIX, desencadeando um aumento significativo na produo de manufaturados, houve a necessidade de um meio mais rpido e eficaz de transporte dessas mercadorias. George Stephenson (1781-1848), em 1814, apresentou o primeiro modelo de locomotiva vapor, dando incio era das Ferrovias.

No Brasil, os primeiros sinais de implantao de Estradas de Ferro ocorreram no Governo Imperial, quando este, consubstanciou na Lei n.101, de 31 de outubro de 1835, a concesso, com privilgio pelo prazo de 40 anos, s empresas que se propusessem a construir estradas de ferro, interligando o Rio de Janeiro, So Paulo, Minas Gerais, Rio Grande do Sul e Bahia. Mas foi s em 1852, que o Baro de Mau recebeu a concesso do Imprio para a construo de uma linha frrea, sendo este o responsvel pela construo da primeira estrada de ferro brasileira, a Estrada de Ferro Mau ligando o Porto de Mau a Fragoso, no Rio de Janeiro, num trecho de 14,5 km.

Em Santa Catarina, o marco na construo de Estradas de Ferro se deu com a implantao da Ferrovia Dona Tereza Cristina, concluda em 1884, seguidas pela Ferrovia So Paulo-Rio Grande, em 1910, e a Ferrovia Tronco Sul Mafra a

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Lages, em 1960. De acordo com a ANTT Agncia Nacional de Transportes Terrestres, o

Brasil possui hoje 29.817km de ferrovias, sendo 1.365km em Santa Catarina. Da extenso total da malha ferroviria, 28.314km so controladas por concessionrias, advindas do processo de desestatizao da antiga RFFSA Rede Ferroviria Federal S.A., e os outros 1.503km ainda so de controle estatal.

2.4.2 Pavimento Ferrovirio

Conforme Brina (1983, p. 5) a infraestrutura das estradas constituda pela terraplenagem e todas as obras situadas abaixo do greide de terraplenagem. A superfcie final de terraplenagem chama-se leito ou plataforma da estrada.

A superestrutura das estradas de ferro constituda pela via permanente, que est sujeita ao de desgaste das rodas dos veculos e do meio (intempries) e construda de modo a ser renovada, quando seu desgaste atingir o limite de tolerncia exigido pela segurana ou comodidade da circulao e a ser mesmo substituda em seus principais constituintes, quando assim exigir a intensidade de trfego ou o aumento de peso do material rodante. (BRINA, 1983, p. 5).

Figura 3 Pavimento Ferrovirio. Fonte: Acervo Ferrovia Tereza Cristina.

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Lastro, dormente e trilho so os trs principais elementos da via permanente, os dois ltimos constituem ao mesmo tempo o apoio e a superfcie de rolamento para os veculos ferrovirios. Outro elemento que deve ser includo na superestrutura da via permanente o sublastro.

Figura 4 Partes constituintes da Superestrutura de uma Ferrovia. Fonte: Brina (1983), p. 6.

2.4.3 Bitola

De acordo com Brina (1983, p. 6) denomina-se bitola a distncia entre as faces internas das duas filas de trilhos.

No Brasil, as bitolas utilizadas so: a larga (1,60m), a universal (1,435m) e a mtrica (1,00m).

Figura 5 Bitola. Fonte: Brina (1983), p. 6.

2.4.4 Caractersticas geomtricas

Segundo Stopatto (1987, p. 1), a geometria da seo da linha, depende principalmente de: bitola, nmero de linhas, altura de lastro, tipo de dormente. Estes

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elementos influenciam basicamente na largura da plataforma. Para uma linha singela em tangente, teoricamente teria o aspecto da Figura 6.

Figura 6 Caractersticas geomtricas da seo. Fonte: Stopatto (1987), p. 2.

Onde: b = comprimento do dormente d = altura do dormente h= espessura do lastro

= ( + !) + 0,5 + #1 $ = 2 ( + %)

De acordo com Stopatto (1987, p. 3), v a largura do ombro e varia entre 15 e 40 cm, w possui valores de 50cm a 1,0m, a inclinao do talude do lastro (m) 1,5 e a inclinao da superfcie da plataforma (n) de 3%.

2.4.5 Sublastro

A camada de sublastro formada por um material selecionado e colocado sobre a plataforma, para posterior recebimento da camada de lastro.

O sublastro a camada de material que completa a plataforma e que recebe o lastro. Sua funo absorver os esforos transmitidos pelo lastro e transferi-los para o terreno subjacente, na taxa adequada capacidade de suporte do terreno referido. Seu funcionamento semelhante ao da sub-

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base dos pavimentos rodovirios. Alm disso, o sublastro no dever permitir a penetrao dos agregados situados na parte inferior do lastro, tendo ainda de propiciar uma perfeita drenagem das guas dele provenientes. Toda a infraestrutura abaixo do sublastro o subleito. Nos aterros, a parte do subleito que, praticamente, recebe a ao das cargas mveis tem uma espessura da ordem de 1,50m. (STOPATTO, 1987, P. 13-14)

2.4.5.1 Material para Sublastro

De acordo com Brina (1983, p. 9) o material para sublastro deve obedecer aproximadamente s seguintes caractersticas:

IG (ndice de Grupo) igual a 0 (zero); LL (Limite de Liquidez) mximo 35; IP (ndice de Plasticidade) mximo 6; Material que se enquadre, de preferncia, no grupo A1 de classificao

de solos H.R.B.; Expanso mxima de 1%; CBR (ndice de Suporte Califrnia) mnimo de 30.

J Stoppato (1987, p. 121) especifica que o material para sublastro dever ter as seguintes caractersticas:

A composio granulomtrica deve-se encaixar nas faixas A, B, C e D da AASHO.

O Limite de Liquidez da frao que passa na peneira n 40 deve ser < 25%. Para solos laterticos admite-se LL

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A espessura do sublastro pode variar de acordo com as caractersticas de fluxo de transporte e a carga por eixo do material rodante.

2.4.6 Lastro

Definido no Regulamento Operacional Ferrovirio (2005), lastro uma camada, geralmente de pedra britada, onde so assentados os dormentes. O lastro suporta e distribui para a infraestrutura, os esforos transmitidos pelos dormentes, evitando o deslocamento dos mesmos, produzidos pela variao de temperatura e pela circulao dos trens.

O objetivo do lastro distribuir a carga aplicada sobre uma grande superfcie, manter as obras de madeira horizontalmente, retirar a gua da chuva da superestrutura e evitar o gelo no inverno, dar meios de conservar os dormentes exatamente no nvel do greide e dar elasticidade plataforma. (WEBB,1951 apud STOPATTO, 1987, P.109).

De acordo com Brina (1983, p. 10) as principais funes do lastro so: a) Distribuir convenientemente sobre a plataforma (sublastro) os esforos

resultantes das cargas dos veculos, produzindo uma taxa de trabalho menor na plataforma.

b) Formar um suporte, at certo limite elstico, atenuando as trepidaes resultantes da passagem dos veculos.

c) Sobrepondo-se plataforma, suprimir as irregularidades, formando uma superfcie contnua e uniforme para os dormentes e trilhos.

d) Impedir os deslocamentos dos dormentes quer no sentido longitudinal, quer no transversal.

e) Facilitar a drenagem da superestrutura.

2.4.6.1 Materiais para Lastro

Brina (1983, p. 10-11) define cinco tipos de materiais para lastro e as

30

caractersticas do uso dos mesmos: a) Terra o mais barato, mas tambm o pior. frequente a gua

satur-la, provocando desnivelamento na linha, chegando a causar acidentes aos trens. Uma linha desnivelada o que se chama na prtica ferroviria, linha laqueada e a mais frequente causa de descarrilamento.

b) Areia Tem a qualidade de ser pouco compressvel e permevel. Entretanto, facilmente levada pela gua. Tem ainda o inconveniente de produzir uma poeira de gros muito duros (quartzo) que, introduzindo-se entre as partes mveis dos veculos, produz desgaste dos mesmos.

c) Cascalho um timo tipo de lastro, principalmente quando quebrado, formando arestas vivas. , s vezes, usado como se encontra nas cascalheiras, mas, para as linhas de maior trfego, deve o cascalho ser lavado, para separ-lo da terra e impurezas.

d) Escrias Algumas escrias de usinas metalrgicas tm dureza e resistncia suficiente para serem empregados como lastro e so utilizadas nas linhas prximas das usinas.

e) Pedra britada o melhor tipo de lastro, por ser resistente, inaltervel aos agentes atmosfricos e permevel, permitindo o perfeito nivelamento (socaria) do lastro. limitadamente elstico e no produz poeira. Deve-se escolher a pedra britada de rochas duras. As principais rochas utilizadas para a britagem so: arenito; calcrio; mrmore; dolomita; micaxisto; quartizito; diorito; basalto; diabase; granito; gneiss. As quatro primeiras, entretanto, nem sempre atendem s especificaes atuais adotadas na escolha da pedra para lastro.

Os critrios de escolha do material a ser empregado para lastro so definos por Stopatto (1987, p. 112):

A importncia da ferrovia quanto ao fluxo e tipo de carga, velocidade etc., a possibilidade de aquisio e o custo dos materiais so parmetros fundamentais que estabelecem os critrios de escolha do tipo de lastro a ser adotado.

Nas estradas modernas, cujos projetos precisam orientar-se no sentido de competir com outras opes de transporte, dificilmente se poder justificar a construo de ferrovias nos mesmos moldes com que eram construdas antigamente. Ou se constri uma linha que tenha condies reais de fazer um

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transporte eficiente e econmico ou no se faz nada. Normalmente no se admite outro lastro seno o de pedra britada;

excepcionalmente o cascalho, quando de excelente qualidade.

2.4.6.2 Especificaes

As especificaes dos materiais para lastro, utilizadas em nosso pas, conforme Brina (1983, p. 11) so:

a) Peso especfico mnimo: 2,7. b) Resistncia ruptura: 700 kg/cm. Para esse ensaio, fazem-se cubos

de 5 cm de aresta, que so levados a uma mquina de compresso. c) Solubilidade Toma-se 7 dm de pedra, que triturada e lavada.

Coloca-se em um vaso e a amostra agitada no perodo de 48 horas, durante 5 minutos, cada 12 horas de intervalo. Se houver descolorao, a pedra considerada solvel e imprpria.

d) Absoro Colocando-se uma amostra com aproximadamente 230 gramas (1/2 libra) mergulhada em gua, durante certo tempo, o aumento de peso no dever ultrapassar a 8 g/dm.

e) Substncias nocivas A quantidade de substncias nocivas e torres de argila, no deve ultrapassar 1% (determinao pelo mtodo MB8 da ABNT).

f) Granulometria As pedras de lastro no devem ter grandes dimenses, pois nesse caso funcionariam como cunhas e o nivelamento seria pouco durvel; por outro lado, dimenses muito pequenas acarretariam uma rpida colmatagem do lastro, perdendo este sua funo drenante. As especificaes modernas determinam que as pedras do lastro tenham dimenses entre 3/4" e 2" (2 6 cm).

A granulometria, isto , as percentagens dos diversos dimetros, para tipo de lastro mais comum, para a linha corrida, dever ser:

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Tabela 5 Granulometria de material para lastro (percentagem passante). Abertura da malha

(quadrada) Polegadas

mm

Percentagens que passam

2 1/2 63,5 100 2 50,8 90 100 1 1/2 38 35 70 1 25,4 0 15

3/4 19 0 10 1/2 12,7 0 5

Fonte: Brina (1983), p. 12.

Para ptios e nivelamentos dos aparelhos de mudana de via, pode-se admitir granulometria com dimetros menores.

Para anlise granulomtrica, lida-se com percentagens acumuladas retidas. De acordo com as especificaes adotadas, essas percentagens sero:

Tabela 6 Granulometria de material para lastro (percentagem retida).

Aberturas Polegadas

mm

Percentagens que passam

2 1/2 63,5 0 2 50,8 0 10 1 1/2 38 30 65 1 25,4 85 100

3/4 19 90 100 1/2 12,7 95 100

Fonte: Brina (1983), p. 12.

Os dados da coluna da direita so lanados no grfico da Figura 7, para que fique marcada a faixa especificada. Formao da amostra para o ensaio (ABNT NBR NM 26:2009 - Agregados - Amostragem).

33

Figura 7 Grfico da granulometria de material para lastro. Fonte: Brina (1983), p. 13.

g) Resistncia abraso Ensaio Los Angeles Para verificar se a brita, procede-se ao ensaio na mquina Los Angeles, como se descreve a seguir:

Toma-se uma amostra representativa, de 5 kg, que deve ser limpa e seca, e coloca-se na mquina, juntamente com 12 bolas de ao pesando cada uma de 390 a 445 g, aproximadamente. A velocidade do tambor dever ser de 30 a 33 rotaes por minuto (r.p.m.). Do-se 500 revolues. Aps isto, passa-se a amostra na peneira nmero 12 (1,68 mm) e pesa-se a quantidade retida.

Sendo: P = peso da amostra (5 kg) Pr = peso do material retido na peneira. A percentagem de desgaste em relao ao peso inicial da amostra ou

coeficiente de desgaste Los Angeles, ser:

&' = ( ()( 100

Para pedra de lastro, esse coeficiente dever ser no mximo de 35%.

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2.4.6.3 Altura do Lastro sob os Dormentes

A metodologia que Brina (1983, p. 14) adota para o dimensionamento da altura do lastro sob os dormentes, baseia-se nos seguintes conceitos fundamentais:

- Como se distribuem no lastro as presses transmitidas pelos dormentes; - Qual a presso admissvel ou taxa de trabalho no solo (sublastro).

Para o clculo da reao do material rodande, Brina (1983, p. 17) prope a utilizao da frmula recomendada pela AREA:

= () ! Onde: Pr = Peso da roda mais pesada n = razo entre a distncia entre eixos do veculo e a distncia entre

centros dos dormentes Cd = Coeficiente dinmico em virtude das cargas serem dinmicas,

Uma frmula citada tambm pela AREA que exprime o valor do coeficiente dinmico adotada por Brina (1983, p. 17):

! = 1 + +,30.000 V = velocidade em km/h.

Para Brina (1983, p.17) o coeficiente dinmico resulta em valores muito baixos ao se utilizar esta equao, por isso, sugerido adotar o valor de 1,4 para este coeficiente, considerando a possibilidade de defeito na linha frrea. J Stopatto (1987, p. 116) sugere usar 2 em caso mais desfavorvel de via em mau estado.

O clculo da presso no lastro ser dado pela equao:

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( = ' Sendo: R = reao sobre o dormente Ab = rea de apoio do dormente que recebe a socaria.

Brina (1983, p. 16) adota para linha de bitola mtrica, valores para Ab, entre 0,14 e 0,16m. J Stopatto (1987, p. 118) sugere a utilizao de duas frmulas para o clculo de Ab:

- Segundo Schramm:

' = ($ /) Onde: l = comprimento do dormente b = largura do dormente s = distncia, eixo a eixo, entre trilhos = bitola + largura do boleto do trilho.

- Segundo Clark: ' = & (/1) 23 ' = & 2,54, (,)

& = ($ /) 51 0,018 ($ /)7/9 : Onde: l = comprimento do dormente em polegadas b = largura do dormente em polegadas s = distncia, eixo a eixo, entre trilhos = bitola + largura do boleto do trilho,

em polegadas t = altura do dormente em polegadas

A presso a uma altura no lastro dever ser inferior capacidade de suporte do sublastro. Esta capacidade de suporte dada como tenso admissvel. Eisenmann (1974) apud in Stopatto (1987, p. 119) determina tal tenso adotando a frmula de Heukelon, para ferrovias:

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;! = 0,006 =!1 + 0,7 $2?@

Sendo: Ed = mdulo de elasticidade do solo (Eisenmann (1974) apud in Stopatto

(1987, p. 119) admitiu Ed = 100CBR) N = nmero de ciclos ou repeties de eixos que Eisenmann (1974) apud

in Stopatto (1987, p. 119) considerou.

A RFFSA adotou a distribuio dos valores de N em grupos de acordo com a UIC, onde:

A - Grupo 1 N = 2,2 x 106 B - Grupos 2 e 3 N = 1,6 x 106 C - Grupos 4, 5 e 6 N = 1,0 x 106 D - Grupos 7, 8 e 9 N = 0,6 x 106

Para fins prticos, Brina (1983, p. 18) utiliza-se da seguinte equao, para determinao da tenso admissvel no sublastro:

;! = Onde: n = coeficiente de segurana, tomado entre 5 e 6 p = presso de ruptura estimada, podendo ser calculada por:

= 70 AB100

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Figura 8 Curvas de presso de Talbot. Fonte: Brina (1983), p. 15.

A presso no lastro, a uma altura h, dada, tanto para Brina (1983, p. 16) quanto para Stopatto (1987, p. 118), pela equao de Talbot, que determinou a distribuio de presses no lastro (abaixo do centro dos dormentes) em funo da altura do lastro (Figura 8):

( = 53,87C,,D ( Sendo: Ph = Presso profundidade h (tenso admissvel) [kgf/cm] Pm = Presso no lastro (face inferior do dormente) [kgf/cm] h = altura do lastro [cm]

A espessura do sublastro se dar utilizando a mesma lei de distribuio de presso de Talbot. Portanto para clculo da altura do sublastro, Ph ser a tenso admissvel no subleito (plataforma), Pm ser a presso no lastro e h resultar na altura total (lastro + sublastro), calculada pela equao de Talbot, com altura do lastro j conhecida.

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2.4.7 Dormentes

Brina (1983, p. 21) define que o dormente o elemento da superestrutura ferroviria que tem por funo receber e transmitir ao lastro os esforos produzidos pelas cargas dos veculos, servindo de suporte dos trilhos, permitindo a sua fixao e mantendo invarivel a distncia entre eles (bitola).

Para que ele cumpra essas finalidades, o mesmo autor ainda cita ser necessrio que:

As suas dimenses, no comprimento e na largura, forneam uma superfcie de apoio suficiente para que a taxa de trabalho no lastro no ultrapasse certo limite;

A sua espessura lhe d a necessria rigidez, permitindo entretanto alguma elasticidade;

Tenha suficiente resistncia aos esforos; Tenha durabilidade; Permita, com relativa facilidade, o nivelamento do lastro (socaria), na

sua base; Se oponha eficazmente aos deslocamentos longitudinais e transversais

da via; Permita uma boa fixao do trilho, isto , uma fixao firme, sem ser

excessivamente rgida.

2.4.7.1 Tipos de dormente

Quanto ao material que fabricado o dormente, atualmente so utilizados trs tipos: madeira, ao e concreto. Existe ainda dormente fabricado de plstico.

a) Dormentes de madeira

De acordo com Brina (1983, p. 21) a madeira rene quase todas as

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qualidades exigidas para o dormente e continua a ser, at o presente, o principal tipo de dormente. Entretanto, as madeiras de boa qualidade utilizadas na fabricao do dormente podem ser aproveitadas para finalidades mais nobres, com preos mais altos e por outro lado, sua escassez e os reflorestamentos deficientes vm acarretando seu crescente encarecimento. Devido a estes fatores, estuda-se agora outros materiais para substituir este tipo de dormente.

Especificaes para os dormentes de madeira

As estradas de ferro estabelecem especificaes a serem observadas nas aquisies de dormentes, fixando qualidades da madeira, dimenses, tolerncia, etc., a respeito disto existe a NBR 7511 Dormentes de madeira requisitos e mtodos de ensaio.

Quanto s dimenses, Brina (1983, p. 21) cita que a norma estabelece: - Para bitola de 1,60 m, dormente com 2,80 m x 0,24 m x 0,17 m. - Para bitola de 1,00 m, dormente com 2,00 m x 0,22 m x 0,16 m. Existem tambm dormentes com dimenses especiais, para emprego nas

pontes e nos aparelhos de mudana de via. Quanto espcie da madeira os dormentes so classificados em 1 e 2

classes, conforme a nobreza da madeira. O melhor dormente de madeira o de sucupira, que d tima fixao do

trilho, possui dureza e peso especfico elevados e grande resistncia ao apodrecimento, podendo durar mais de 30 anos na linha.

Durabilidade do dormente de madeira

Conforme Brina (1983, p. 22), outros fatores influenciam na durabilidade do dormente, alm da qualidade da madeira, tais como: clima; drenagem da via; peso e velocidade dos trens; poca do ano em que a madeira foi cortada; grau de secagem; tipo de fixao do trilho usado; tipo do lastro; tipo da placa de apoio do trilho no dormente; etc.

Brina (1983, p. 23) ainda condiciona as escolha do dormente de madeira a estes fatores:

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Resistncia destruio mecnica, provocada pela circulao dos trens, isto , pela dureza e coeso da madeira;

Resistncia ao apodrecimento (ao dos fungos); Maior ou menor facilidade de obteno; Razes de ordem econmica.

Resistncia Mecnica da Madeira

Para se conhecer a resistncia de determinada madeira para emprego como dormente deve-se submet-la aos ensaios padronizados pela ABNT (NBR 6230 Mtodo para ensaios fsicos e mecnicos da madeira). Estes servem para se determinar as caractersticas fsicas (umidade, retratibilidade e peso especfico) e as caractersticas mecnicas (compresso, flexo, trao, fendilhamento, dureza e cisalhamento) da madeira.

Brina (1983, p. 24) conclui que na madeira para dormentes, certas propriedades mecnicas so mais importantes que outras, como por exemplo, a compresso paralela e perpendicular s fibras. A dureza tambm muito importante, principalmente a do topo, pois empurrando a fixao (tirefond, prego, etc.) contra as paredes laterais do furo, que o trilho transmite superestrutura os esforos horizontais, principalmente nas curvas.

b) Dormentes de Ao

Consiste em uma chapa laminada, em forma de U invertido (Figura 10), curvada em suas extremidades a fim de formar garras que se afundam no lastro e se opem ao deslocamento transversal da via (Figura 9). O dormente metlico relativamente leve (70 kg) e fcil de ser assentado. Entretanto essa leveza condena-o para linhas de trfego pesado. barulhento e apresenta o inconveniente de ser bom condutor de eletricidade, e dificultar o isolamento de uma fila de trilhos em relao outra. (Brina, 1983, p. 32)

Por apresentar maior rigidez, torna a fixao do trilho mais difcil. Geralmente esta fixao feita por meio de parafusos e castanha, e tende a se afrouxar, necessitando de manuteno constante. A socaria tambm mais difcil,

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devido sua forma. (Brina, 1983, p. 33)

Figura 9 Detalhe Dormente de Ao. Fonte: Brina (1983), p. 34.

Figura 10 Seo Dormente de Ao. Fonte: Brina (1983), p. 35.

c) Dormentes de concreto

Os estudos para a possibilidade do uso do concreto na fabricao de dormentes surgiram a partir da escassez de madeiras boas para dormentes e dos inconvenientes apontados dos dormentes de ao. (Brina, 1983, p. 35)

Inicialmente em sua concepo, os dormentes de concreto, imitaram a forma dos dormentes de madeira. Porm, devido aos choques e vibraes produzidos pelas cargas dinmicas dos veculos causavam trincas e fissuras, geralmente concentradas no meio do dormente, devido ao apoio irregular sobre o lastro. Em conseqncia a isto, surgiram trs tipos de dormentes de concreto: concreto protendido; misto (concreto e ao); polibloco. (Brina, 1983, p. 36)

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Dormentes de Concreto Protendido

Trata-se de um dormente reforado, capaz de resistir a forte impactos, pois possui em seu desenho a face inferior mais alta na parte central e uma protenso reforada (Figura 11). (Brina, 1983, p. 36)

Figura 11 Dormente de concreto protendido. Fonte: Brina (1983), p. 36.

Dormentes Mistos

Constitui de dois blocos de concreto ligados por uma barra metlica (Figura 12), tambm chamado de dormente de concreto RS. A viga metlica, desempenha um papel importante, pois possui o comprimento quase que total do dormente e constitui a armadura principal dos blocos de concreto. As armaduras tem por funo unir os blocos com a viga metlica e cintar o concreto em torno desta. (Brina, 1983, p. 37)

A elasticidade deste dormente obtida utilizando a viga de ao de trilhos. A resistncia transversal da linha 40% superior ao da linha com dormente de madeira. A fixao do trilho feita por meio de um parafuso ancorado na viga metlica e um grampo de ao doce, que aperta o patim do trilho, o que torna esta fixao elstica. Alm disto, coloca-se uma almofada de borracha ranhurada, o que aumenta a elasticidade da via. (Brina, 1983, p. 38)

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Figura 12 Dormente misto. Fonte: Brina (1983), p. 37.

Dormente Polibloco

Chamado de FB, o dormente polibloco constitudo de dois blocos de extremidade de concreto armado e uma pea intermediria de concreto (viga), fazendo-se a unio das trs peas com fios de ao, com elevado limite elstico, tendido e ancorado nas extremidades (Figura 13). (Brina, 1983, p. 39)

Neste tipo de dormente pode ser empregado o sistema de fixao elstica, por meio de parafuso ficado ao concreto e uma castanha que se aperta contra o patim do trilho, atravs de uma porca. (Brina, 1983, p. 39)

Figura 13 Dormente polibloco. Fonte: Brina (1983), p. 39.

A fixao dos Trilhos nos Dormentes de Concreto

Um dos fatores primordiais para o bom xito de um dormente de concreto a fixao do trilho ao mesmo. Essa fixao no poder ser rgida, a fim de no destruir o concreto nos seus pontos de contato. (Brina, 1983, p. 40)

Nos tipos modernos de fixao, utiliza-se uma placa, fixada ao dormente por meio de parafusos ou tirefonds. Neste ltimo caso, deixa-se no concreto uma armao metlica, na qual vai aparafusado o tirefond. A fixao do trilho na placa feita por meio de castanha e porca, interpondo-se entre esses dois ltimos

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elementos, uma arruela (Figuras 14 e 15). (Brina, 1983, p. 40)

Figura 14 Fixao do trilho no dormente de concreto. Fonte: Brina (1983), p. 40.

Figura 15 Fixao do trilho no dormente de concreto. Fonte: Brina (1983), p. 40.

As Vantagens e Desvantagens do Dormente de Concreto

As principais vantagens do dormente de concreto so: maior estabilidade que d via, economia de lastro, pouca sensibilidade aos agentes atmosfricos e maior durabilidade. (Brina, 1983, p. 42)

Suas desvantagens so: maior dificuldade no manejo, por ser mais pesado, e dar maior rigidez via do que no caso do dormente de madeira. Quanto ao peso, entretanto, fator favorvel, pois aumenta a resistncia transversal da via, o que altamente desejvel para linha com trilhos longos soldados. S poder ser empregado em linhas de padro elevado, onde raramente se d um descarrilamento, pois este inutiliza o dormente em virtude do impacto das rodas,

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principalmente no caso de dormente misto. (Brina, 1983, p. 42)

2.4.8 Trilhos

Os trilhos, segundo Porto (2004), so elementos da via permanente que guiam o veculo no trajeto e do sustentao ao mesmo. Funcionam como viga contnua e transferem as solicitaes das rodas para os dormentes.

Brina (1983, p. 44) define que o trilho constitui a superfcie de rolamento para as rodas dos veculos ferrovirios. O mesmo autor diz que a forma e o comprimento evoluram gradativamente, at atingirem osperfis modernos de grande seo e tambm seu peso, para permitir as pesadas cargas por eixo dos trens modernos.

Hoje, o tipo de trilho mais utilizado, o Vignole, composto pelo boleto (cabea), alma e patim (Figura 16), este ltimo a parte que se assenta no dormente diretamente ou atravs de uma placa de apoio de ao.

Figura 16 Trilho Perfil Tipo VIGNOLE. Fonte: Brina (1983), p. 45.

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2.4.8.1 Classificao dos trilhos

Brina (1983, p. 51) cita que a ASTM (American Society for Testing Materials) estabelece o seguinte critrio na classificao dos trilhos:

a) Trilho n 1 trilho isento de qualquer defeito. b) Trilho X trilho que, no ensaio de entalhe e fratura, apresentou trinca,

esfoliao, cavidades, matria interposta ou uma estrutura brilhante ou de granulao fina.

c) Trilho n 2 trilho que no contm imperfeies de superfcie em tal nmero ou de tal carter que, no julgamento do inspetor, no se tornem imprprias ao uso.

2.4.8.2 Defeito nos Trilhos

Os defeitos dos trilhos e sua fratura constituem assunto de grande importncia na operao ferroviria, por afetarem no s sua economia como sua segurana. A primeira porque o desgaste ou avarias prematuras marcam pesadamente a explorao ferroviria e a segunda pois uma fratura de trilho pode acarretar acidentes de graves propores, sobretudo em trens de passageiros. (Brina, 1983, p. 53)

Os defeitos podem ser de dois tipos: de fabricao e originados em servio.

a) Defeitos de fabricao

Vazio (bolsa de contrao): Quando o ao comea a ser esfriar, sua solidificao se faz primeiramente no contato com as paredes e na parte superior, expostas ao ar. A parte lquida fica, assim, com um envoltrio rgido. Continuando a solidificao, nota-se na parte superior do lingote, por efeito de contrao da massa, um vazio.

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um defeito grave, porque durante a laminao as paredes do vazio no se soldam, ficando uma trinca ou fenda, diminuindo a resistncia da pea.

Segregaes: Consiste na localizao de impurezas, principalmente no centro do lingote, destruidoras de sua homogeneidade e formadas em geral por compostos de ferro e mangans: silicatos, xidos e sulfatos de ferro e mangans.

A segregao destri a homogeneidade qumica do lingote e acumula-se prximo ao vazio. Nas segregaes predominam os compostos de fsforo e enxofre, que so duros e quebradios, prejudicando as qualidades mecnicas do lingote, podendo ser a causa de fissuras ou fendas, sobretudo no tratamento mecnico da pea.

Incluses: As incluses no metlicas aparecem no ao, provindas de diversas fontes. Os produtos da desoxidao so a principal fonte das incluses no ao e destas, as mais numerosas so as de SiO2 (Dixido de Silcio) e Al2O3 (xido de Alumnio). Ambas so insolveis no ao, altamente infusveis e formam partculas muito pequenas, que com dificuldade sobem pela massa de ao lquido. Elas se formam um tanto tarde no processo de fabricao do ao e dispem, portanto, de pouco tempo para serem eliminadas do metal.

Fissuras transversais: So pequenas cavidades formadas no final da laminao, que podem dar origem, posteriormente, quando o trilho estiver sob carga, a uma fratura. Quando a fissura est ao nvel do boleto, dando uma escamao ou mesmo ruptura em forma de concha, chamada de shelling.

Defeitos de laminao: Esses defeitos so perceptveis simples vista, no fim da laminao, e no tm influncia na segurana. Consistem freqentemente em ondulaes, rebarbas, pregas, etc.

b) Defeitos originados em servio

Deformao das pontas: Devido aos choques e flexes nas juntas, em virtude do desnivelamento dos dormentes dessas ultimas, costuma ocorrer

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deformao permanente das pontas dos trilhos que ficam mais baixas. Se a manuteno da via no mantiver bem nivelados os dormentes das

juntas, alm do defeito apontado, pode ocorrer a fadiga do metal e fraturas junto aos furos onde so colocados os parafusos.

Autotmpera superficial: um fenmeno provocado pela patinao das rodas das locomotivas e, s vezes, pelo efeito da frico energtica provocada pela frenagem; a camada superficial do metal se aquece e depois esfria-se rapidamente em contato com o ar, produzindo uma tmpera superficial, que produz pequenas fissuras superficiais, dando um aspecto de pele de cobra. Essas trincas, eventualmente, podem se propagar para o interior do trilho.

Escoamento do metal na superfcie do boleto: uma deformao permanente, produzida por um trabalho mecnico a frio, devido ao martelamento das cargas. Esse escoamento acarreta um aumento aparente na dimenso do boleto do trilho e rebarba numa das extremidades.

Desgaste da alma e do patim por ao qumica: Determinadas mercadorias transportadas pela estrada de ferro podem provocar, por ataque qumico, o desgaste do ao. Nas proximidades do mar, a chamada maresia, costuma atacar os trilhos. Nos tneis midos, tambm se observa o ataque dos trilhos por oxidao.

Desgaste dos trilhos por atrito: Esse desgaste se d principalmente nas curvas, acentuando-se nas de pequeno raio, devido ao atrito dos frisos das rodas. Nas estradas de ferro com transportes pesados (minrios principalmente), tem sido a principal causa de desgaste de trilhos, obrigando as frequentes substituies dos trilhos.

Desgaste ondulatrio: O trilho adquire ondulaes de fraes de milmetro, atingindo at alguns milmetros. No se sabe ao certo sua origem, mas pode ser causada pelas vibraes produzidas nos trilhos, durante a passagem das rodas dos veculos, fazendo variar o grau de aderncia e presso nos pontos de

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contato.

Fratura dos trilhos: As fraturas dos trilhos so originadas normalmente por defeitos internos, j mencionados, principalmente as fissuras, mas podem originar-se tambm em virtude do envelhecimento do trilho por fadiga do metal.

2.4.8.3 Durabilidade dos trilhos

O conhecimento do limite que pode-se permitir o desgaste dos trilhos, sem afetar a segurana da circulao, muito importante na engenharia ferroviria. Vrias indicaes tm sido adotadas, para fixar este limite. (Brina, 1983, p. 62)

Algumas estradas de ferro admitem o limite de 12 mm de desgaste vertical do boleto para linhas principais e 15 a 20 mm para linhas secundrias. Para o desgaste lateral do boleto, admitem que o ngulo de desgaste (, na Figura 17) possa atingir de 32 a 34. O ngulo medido a partir da extremidade A do boleto. A perda de peso admitida de 10% para trilhos at 45 kg/m e 15 a 20% para trilhos mais pesados. De um modo geral, aceita como limite de desgaste uma perda de 25% da rea do boleto. (Brina, 1983, p. 62)

Figura 17 Desgaste do trilho. Fonte: Brina (1983), p. 62.

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Figura 18 Caractersticas dos tipos de trilho com seo Vignole. Fonte: Brina (1983), p. 63.

2.4.9 Acessrios dos trilhos

2.4.9.1 Talas de juno

Os trilhos so fabricados, geralmente, nas dimenses de 10, 12 ou 18 metros de comprimento. Para estabelecer a continuidade dos trilhos, so colocados nas pontas dos mesmos, duas peas de ao, chamadas talas de juno, posicionadas de um e outro lado do trilho e apertadas pelos parafusos, contra a parte inferior do boleto e a parte superior do patim. (Brina, 1983, p. 68)

Existem dois tipos principais de talas de juno: a lisa, ou nervurada, e a em cantoneira (Figuras 19 e 20). As talas em cantoneira ou a nervurada tem o objetivo de oferecer maior inrcia, deformando-se com mais dificuldade. (Brina, 1983, p. 70)

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Figura 19 Tala de juno lisa. Fonte: Brina (1983), p. 69.

Figura 20 Tala de juno em cantoneira. Fonte: Brina (1983), p. 69.

2.4.9.2 Parafusos

Os parafusos que apertam as talas de juno contra as pontas dos trilhos so simples parafusos comuns, com porcas, tendo prximo cabea uma gola oval, que se encaixa na tala e tem por objetivo evitar que o parafuso gire, ao ser apertado pela porca, sem ser necessrio segur-lo. O dimetro do parafuso varia conforme o tipo do trilho. (Brina, 1983, p. 70)

2.4.9.3 Arruelas

Para impedir que o parafuso se afrouxe com a trepidao na passagem dos trens, deve-se colocar entre a tala e a porca do parafuso uma arruela, que dar maior presso porca. A arruela mais usada a do tipo Grower (Figura 21), pois absorve vibraes, e mesmo quando se d um ligeiro afrouxamento da porca, mantm o aperto desejado. (Brina, 1983, p. 71)

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Figura 21 Arruela tipo Grower. Fonte: Brina (1983), p. 70.

2.4.9.4 Placas de apoio

Para aumentar a rea de apoio do trilho no dormente, introduz-se entre este e aquele, uma chapa de ao, com os furos necessrios passagem dos elementos de fixao do trilho ao dormente. (Brina, 1983, p. 71)

Esta placa de apoio prolonga a vida do dormente, pois alm de proporcionar uma melhor distribuio de carga sobre o mesmo, evita a tendncia do patim do trilho de cortar o dormente, nas arestas externas do patim. (Brina, 1983, p. 71)

Alm disso, a placa tem nervuras (Figura 22), onde se encosta o patim, de tal modo que o esforo transversal via transmitido a toda a pregao pela placa de apoio. No caso da ausncia da placa, s a pregao externa suportaria o esforo transversal. (Brina, 1983, p. 71)

As dimenses da placa de apoio variam com a largura do patim do trilho e com o peso do material rodante. (Brina, 1983, p. 72)

Figura 22 Placa de Apoio. Fonte: Brina (1983), p. 71.

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2.4.9.5 Acessrios de Fixao

Esses acessrios so os elementos necessrios fixao do trilho ao dormente ou placa de apoio do trilho. Podem-se dividir os tipos de fixao em rgidas e flexveis. Estas ltimas se diferenciam das primeiras por terem a propriedade de absorverem choques e vibraes, por meio de um ou mais elementos flexveis e se comportarem melhor do que as fixaes rgidas. (Brina, 1983, p. 72)

Como exemplo de fixaes rgidas temos o prego de linha ( ou grampo de linha) e o tirefond.

a) O prego de linha ou grampo de linha constitui o tipo mais comum de fixao do trilho. geralmente de seo retangular, terminado em cunha e cravado a golpes de marreta, em furo previamente preparado, cujo dimetro deve ser ligeiramente menor que o dimetro do crculo circunscrito seo do prego, a fim de dar a necessria presso no dormente (Figura 23). (Brina, 1983, p. 72-73)

O prego o menos eficiente dos tipos de fixao, pois funcionando como cunha na madeira, cria a tendncia de rachar o dormente. Alm disso, oferece pouca resistncia ao arrancamento e em determinadas madeiras, com fibras lisas, o prego costuma subir, deixando uma folga entre ele e o patim do trilho. (Brina, 1983, p. 73)

b) O tirefond (Figura 24) uma espcie de parafuso de rosca-soberba, em cuja cabea se pode adaptar uma chave especial ou o cabeote da mquina tirefonadeira, por meio da qual se aparafusa o tirefond na madeira, no furo previamente preparado. (Brina, 1983, p. 73)

A cabea do tirefond tem uma base alargada, em forma de aba de chapu, que na face inferior tem a mesma inclinao do patim do trilho, de modo a adaptar-se ao mesmo. O tirefond um tipo de fixao superior ao prego, pois sendo aparafusado, fica mais solidrio com a madeira do dormente, sacrifica menos as fibras desta e oferece uma resistncia ao arrancamento bem superior. O furo do dormente fica hermeticamente fechado pelo tirefond, impedindo a entrada de gua, o que nem sempre acontece com o prego. (Brina, 1983, p. 73-74)

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Figura 23 Prego de linha. Fonte: Brina (1983), p. 72.

Figura 24 Tirefond. Fonte: Brina (1983), p. 73.

As fixaes elsticas tm eficincia muito superior s fixaes rgidas. As principais so:

a) Fixao tipo K ou GEO um dos melhores tipos de fixao. Consiste em uma placa de ao fixada ao dormente por meio de tirefonds e composta de nervuras, nas quais se encaixam as cabeas dos parafusos, que apertam uma castanha contra o patim do trilho. Entre a castanha e a porca dos parafusos so colocadas uma ou mais arruelas, o que torna a fixao elstica (Figura 25). (Brina, 1983, p. 74)

Figura 25 Fixao tipo K ou GEO. Fonte: Brina (1983), p. 75.

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b) Grampo elstico em uso principalmente na Alemanha e em linhas de trfego mdio possui duas hastes cravadas no dormente ou encaixadas na placa de apoio (Figura 26). (Brina, 1983, p. 76)

Figura 26 Grampo elstico. Fonte: Brina (1983), p. 76.

c) Grampo elstico simples um tipo de grampo fabricado com ao de mola, tendo uma haste que penetra na madeira, de seo quadrada e a parte superior formando uma mola que fixa o patim do trilho, tensionando-o, aps os ltimos golpes do malho. A parte superior, tensionada, oferece uma presso de aproximadamente 400 quilos sobre o patim. Essa presso suficiente para impedir os deslocamentos longitudinais do trilho, funcionando, pois, como retensor (Figura 27). (Brina, 1983, p. 77)

d) Fixao pandrol um tipo de fixao moderna, fabricada na Inglaterra, e que consiste em um grampo fabricado com ao de mola, temperado e revenido. Esse grampo se encaixa nos furos da placa de apoio, de tipo especial (Figura 28). (Brina, 1983, p. 77)

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Figura 27 Grampo elstico simples. Fonte: Brina (1983), p. 77.

Figura 28 Arruela tipo Grower. Fonte: Brina (1983), p. 78.

2.4.9.6 Retensores de trilho

Para impedir o deslocamento dos trilhos no sentido longitudinal, utiliza-se um acessrio chamado retensor, que tem por finalidade transferir aos dormentes o esforo longitudinal que tende a deslocar o trilho. Para tanto, o retensor, que preso ao patim do trilho por presso, fica encostado face vertical do dormente, transmitindo a este os esforos longitudinais. Estando o dormente engastado no lastro, sua movimentao fica impedida (Figuras 29 e 30). (Brina, 1983, p. 78)

De um modo geral, pode-se afirmar que as fixaes elsticas praticamente impedem o deslocamento longitudinal dos trilhos, na passagem dos trens e nesse caso o retensor apenas complementa o retensionamento na pregao. (Brina, 1983, p. 78)

Nas fixaes rgidas, entretanto, indispensvel contar-se com a ao dos retensores. Um bom retensor deve satisfazer aos seguintes requisitos: (Brina, 1983, p. 79-80)

a) Ter um poder de retenso superior resitencia ao deslocamento do dormente no lastro.

b) Deve ter eficincia em aplicaes sucessivas, isto , permitir vrias

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reaplicaes sem perder o poder de retenso. c) Deve ser constitudo de uma nica pea. d) Deve ser de fcil aplicao.

Figura 29 Retensor tipo FAIR V. Fonte: Brina (1983), p. 79.

Figura 30 Retensor tipo FAIR T. Fonte: Brina (1983), p. 79.

2.4.10 Caractersticas do assentamento da linha

2.4.10.1 Tolerncias na Bitola

Com a passagem dos veculos, na prtica, observa-se que a via adquire defeitos que alteram a bitola, dando lugar a alargamentos ou estreitamentos da bitola, principalmente os primeiros. (Brina, 1983, p. 81)

O alargamento pode ser devido ao afrouxamento da fixao do trilho ou ao desgaste deste. O estreitamento da via se d, sobretudo se a inclinao do trilho for aumentada, por qualquer motivo. (Brina, 1983, p. 82)

As tolerncias geralmente admitidas na bitola variam de - 3 a + 6 mm nos alinhamentos retos (tangentes), podendo atingir + 10 mm nas curvas. (Brina, 1983, p. 82)

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2.4.10.2 Esquema de distribuio dos dormentes

Os dormentes so colocados perpendicularmente aos trilhos, tanto nas tangentes como nas curvas. (Brina, 1983, p. 82)

O espaamento entre os dormentes depende de diversos fatores, como as cargas dos veculos, a velocidade dos trens, densidade de trfego, natureza da plataforma de via e ainda do raio das curvas. Chama-se densidade da dormentao, a quantidade de dormentes colocados por quilmetro de linha. (Brina, 1983, p. 82-83)

As estradas de ferro americanas e tambm no Brasil, onde a tendncia a formao de trens mais pesados, adotam de 1600 a 1850 dormentes por quilmetro.

2.4.10.3 As juntas

A posio relativa das juntas, de um e outro lado das duas filas de trilho, pode variar conforme se situem segundo uma mesma normal aos trilhos ou no. Quando as juntas, dos dois lados, ficam sobre uma mesma normal linha, chamam-se juntas concordantes, ou paralelas. Caso contrrio, chamam-se juntas alternadas. No caso de se adotar esta ltima disposio, deve-se procurar colocar as juntas de um lado, o mais prximo possvel do centro do trilho do lado oposto. (Brina, 1983, p. 83)

As juntas podem ainda ser classificadas como apoiadas e em balano. No caso das primeiras, as pontas dos trilhos ficam sobre um dormente, ao passo que, na junta em balano, colocam-se dois dormente mais prximos (dormentes de junta), deixando-se, entretanto as extremidades dos trilhos em balano (Figuras 31, 32 e 33). (Brina, 1983, p. 83)

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Figura 31 Esquema das juntas dos trilhos. Fonte: Brina (1983), p. 83.

Figura 32 Junta do trilho apoiada. Fonte: Brina (1983), p. 84.

Figura 33 Junta do trilho em balano. Fonte: Brina (1983), p. 84.

2.4.11 Esforos que atuam sobre a via

Teoricamente, a via frrea s deveria suportar aos esforos resultantes dos pesos dos veculos e a fora centrfuga exercida por estes, nas curvas. Porm, a ao dos esforos normais modificada pelos anormais (devidos prpria via e ao material rodante), que desempenham um papel importante na resistncia da via e derivam das caractersticas inerentes mesma e em relao com as particularidades construtivas dos veculos. (Brina, 1983, p. 108)

O perfeito conhecimento dos esforos que atuam sobre a via ser til, no s para se melhor dimensionar os elementos que a compem, como tambm para identificar os defeitos que aparecem e corrigi-los mediante um servio bem programado de manuteno. (Brina, 1983, p. 108)

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2.4.11.1 Esforos Verticais

Brina (1983, p. 108) define como sendo os que tem a direo normal ao plano dos trilhos:

a) Carga esttica a carga originada pelo peso dos veculos. S existe, quando os veculos estiverem parados sobre a via, pois, no movimento, as cargas verticais so dinmicas.

b) Fora centrfuga vertical qualquer massa excntrica do material rodante e dotada de movimento de rotao vai gerar uma fora centrfuga vertical que, com as variaes de posies, ora diminui a carga, ora a aumenta, ocasionando choques cuja intensidade proporcional ao quadrado da velocidade.

c) Movimento de galope em virtude das irregularidades da via e, principalmente no caso de juntas paralelas e defeituosas, origina-se um movimento em pleno plano vertical paralelo aos trilhos, que sobrecarrega ora um eixo dianteiro, ora um eixo traseiro.

d) Movimento de trepidao um movimento semelhante ao anterior, ocasionado por irregularidades da via, mas no qual as molas dos truques, dianteiro e traseiro so comprimidas ao mesmo tempo, ocasionando uma trepidao que sobrecarrega todos os eixos.

e) Movimento de balano ou roulis tambm devido s irregularidades da via, comum desenvolver-se um movimento no sentido perpendicular via, sobrecarregando ora as rodas de um lado do veiculo, ora as rodas de outro lado.

f) Repartio desigual do peso nas curvas como a superelevao no trilho externo dada para uma determinada velocidade, quando os trens percorrem uma curva com velocidade maior ou menor do que a que serviu no clculo da superelevao, a resultante das foras deixa de passar pelo centro da via, aproximando-se mais para um dos lados, no qual o trilho recebe uma sobrecarga.

g) Defeitos na linha de um modo geral, qualquer defeito na linha gera uma sobrecarga na distribuio das cargas verticais.

h) Defeitos do material rodante tambm o material rodante defeituoso ocasiona choques na via, que aumentam a carga esttica como, por exemplo,

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calos nas rodas, gerando um martelamento nos trilhos.

2.4.11.2 Esforos longitudinais

a) Dilatao o aumento ou diminuio da temperatura dos trilhos pode gerar tenses de compresso e trao nos trilhos.

b) Movimento de reptao com a passagem das rodas, o trilho sofre uma deformao elstica, que o torna flexionado, gerando tenses de compresso e trao no mesmo.

c) Golpes das rodas nos topos dos trilhos as rodas dos veculos ao encontrar o topo dos trilhos, principalmente em juntas defeituosas, pode gerar um componente de fora cuja tendncia deslocar o trilho para frente.

d) Esforo trator o esforo trator na roda, em funo da aderncia (atrito esttico) gera uma fora paralela ao trilho.

e) Frenagem a frenagem dos trens produz no boleto dos trilhos uma fora de atrito, longitudinal e no sentido do movimento.

f) Atrito dos frisos das rodas nos trilhos tambm pode gerar uma componente de fora longitudinal via.

2.4.11.3 Esforos Transversais

a) Fora centrfuga nas curvas, a fora centrfuga, no compensada pela superelevao do trilho externo, produz um esforo transversal no referido trilho.

b) Movimento de lact nas retas, devido irregularidade na via ou defeitos no material rodante, surge um movimento do veculo, em torno de um eixo normal ao plano dos trilhos, fazendo com que a roda externa de um lado, ora do outro, se choque transversalmente ao trilho, no sentido de alargar a bitola.

c) Vento como o material rodante oferece uma superfcie exposta

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considervel, um forte vento pode criar um esforo dos frisos das rodas, no sentido transversal linha.

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3 METODOLOGIA

O presente trabalho dimensionou e orou um projeto de ferrovia e confrontou com um de rodovia j implantado, sendo este o do Anel de Contorno Virio de Cricima Segmento 5A.

Para atingir os objetivos propostos na pesquisa foram desenvolvidas as seguintes atividades:

Levantamento dos dados existentes do projeto do Anel de Contorno Virio de Cricima Segmento 5A;

Clculo do CBR de projeto; Dimensionamento do pavimento ferrovirio, com base nos dados

obtidos anteriormente; Definio do greide de terraplanagem para implantao da ferrovia; Levantamento dos custos para a implantao do projeto do Anel de

Contorno Virio de Cricima Segmento 5A. Determinao dos custos para a implantao do projeto de ferrovia; Anlise comparativa dos custos de implantao da estrada de ferro

com o custo inicial do projeto do Anel de Contorno Virio de Cricima Segmento 5A.

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4 DESENVOLVIMENTO

4.1 Localizao do Trecho em estudo

O projeto do Anel de Contorno Virio de Cricima Segmento 5A possui 4,120km de extenso. Neste trabalho, ser considerado o incio na estaca 0+500 e indo at a estaca 4+120 (Figura 34), pois os primeiros 500m desta rodovia j estava finalizado. A rodovia localiza-se entre os municpios de Cricima e Iara. As coordenadas UTM e geogrficas das estacas de incio e fim encontram-se na Tabelas 7 e 8, respectivamente.

Tabela 7 Coordenadas UTM de incio e fim. Estaca Coordenada E Coordenada N 0+500 663.327,782 6.822.346,853 4+120 663.627,822 6.825.546,625

Tabela 8 Coordenadas Geogrficas de incio e fim. Estaca Latitude Longitude 0+500 28 43 0,78 50 19 33,06 4+120 28 41 16,76 50 19 22,62

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Figura 34 Localizao do traado do Anel de Contorno Virio de Cricima - Segmento 5A.

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4.2 Formao Geolgica

4.2.1 Geologia Regional

As Formaes Rio Bonito e Palermo so as unidades litoestratigrficas de maior expresso existentes na rea do municpio de Cricima. Encerram cerca de 2/3 do conjunto dos estratos sedimentares, sendo o restante 1/3 representado pelas litologias das Formaes Irati, Estrada Nova, Rio do Rasto, Serra Geral (soleira) e plancies aluvionar e costeira. Subordinadamente ocorrem alguns afloramentos do embasamento cristalino representado por rochas do grupo dos granitides. (Krebs, 2004)

Na rea correspondente ao municpio de Cricima, afloram rochas sedimentares e vulcnicas que constituem a seqncia da borda leste da Bacia do Paran e sedimentos inconsolidados que constituem a Plancie Costeira ou formam depsitos aluviais atuais. O embasamento cristalino regional composto de rochas granitides tardi a ps-tectnicas. Krebs (2004)

A regio que engloba o projeto formada basicamente por rochas sedimentares da Bacia do Paran, apresentando tambm coberturas cenozicas e exemplares da Sute Pedras Grandes. (PROSUL, 2004, p. 14)

Esto presentes na regio as unidades geolgicas apresentada na Tabela 9 abaixo.

Tabela 9 Unidades geolgicas da regio. Depsitos Fluviolagunares (QHfl)Depsitos de Leques Aluviais (TQl)Formao Serra Geral (Ksg)Formao IratiFormao Palermo (Pp)Formao Rio Bonito (Prb)

Sutes Pedras Grandes Granitos Imarui-Capivari (Ni)

Coberturas Cenozicas

Bacia do Paran

Fonte: PROSUL, 2004.

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4.2.2 Geologia Local

O projeto do Anel de Contorno Virio de Cricima Segmento 5A, contempla as Formaes geolgicas de Rio Bonito e Palermo, conforme Figura 35 abaixo.

A Formao Rio Bonito dividida nos membros Paraguau, Triunfo e Siderpolis. A rodovia em projeto encontra-se basicamente sobre o membro Paraguau, que composto por siltitos cinza-escuro, com laminao ondulada, intercalado. J a Formao Palermo composta por siltitos cinza-escuros, siltitos arenosos cinza-claro, interlaminados, bioturbados, com lentes de arenito fino na base.

Figura 35 Formao Geolgica do traado do Anel de Contorno Virio de Cricima - Segmento 5A

Fonte: DNPM Mapa Geolgico do Estado de Santa Catarina, 1986 (esc 1:500.000)

4.3 Dimensionamento do Pavimento Ferrovirio

4.3.1 Clculo do CBR de projeto (CBRp)

Os valores de CBR e de expansoConsultoria e Engenharia, a qual foi responsvel pProjeto do Anel de Contorno Virio de Cricima. Anexo A.

Os CBRs e expanses de cada estaca dispostos num grfico, para determinao dos segmentos para obter-se o CPRp.

Foi determinado dois trechos com CBRpSegmento 2, das estacas 0+500 at a 1+550 e respectivamente, representados n

imensionamento do Pavimento Ferrovirio

Clculo do CBR de projeto (CBRp)

Os valores de CBR e de expanso, foram obtidos com a empresa CConsultoria e Engenharia, a qual foi responsvel pela fiscalizao da execuProjeto do Anel de Contorno Virio de Cricima. Os laudos dos ensaios esto no

Os CBRs e expanses de cada estaca esto na para determinao dos segmentos em funo dos resu

Foi determinado dois trechos com CBRp, denominados em Segmento 1 e estacas 0+500 at a 1+550 e das estacas 1+560

representados na Figura 36 abaixo.

Figura 36 CBRs por estaca.

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, foram obtidos com a empresa CEAL ela fiscalizao da execuo do

Os laudos dos ensaios esto no

Tabela 10 e foram em funo dos resultados,

, denominados em Segmento 1 e estacas 1+560 4+100,

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Tabela 10 CBRs e expanso do trecho Estaca CBR (%) Expanso (%) Estaca CBR (%) Expanso (%)0+500 8,10 2,74 1+560 8,30 1,200+600 6,20 2,21 2+200 3,70 0,800+960 6,90 1,83 2+300 3,70 0,401+160 7,30 0,10 3+000 10,90 0,381+200 10,20 1,69 3+510 4,00 0,301+300 14,90 0,80 3+540 4,20 0,191+360 10,93 0,20 3+600 8,30 0,351+380 5,50 0,94 3+740 9,80 0,201+400 6,13 0,24 3+760 3,90 2,531+420 8,90 0,28 3+840 4,10 2,661+450 6,28 0,21 4+000 11,20 0,161+550 5,40 1,47 4+060 5,50 2,47

- - - 4+100 9,90 0,14

SEG

MEN

TO 1

SEG

MEN

TO 2

Linearizando os CBRs dos segmentos, foi calculado dois CBRs de projeto.

Para o Segmento 1:

Tabela 11 Clculo CBRp do Segmento 1 Estaca CBR f CBR.f CBR-CBRm (CBR-CBRm) f.(CBR-CBRm)0+500 8,1 1 8,1 0,97 0,94 0,940+600 6,2 1 6,2 -0,93 0,86 0,860+960 7,4 1 7,4 0,27 0,07 0,071+160 7,3 1 7,3 0,17 0,03 0,031+200 10,2 1 10,2 3,07 9,42 9,421+300 3,24 1 3,24 -3,89 15,13 15,131+360 10,93 1 10,93 3,80 14,44 14,441+380 5,5 1 5,5 -1,63 2,66 2,661+400 6,13 1 6,13 -1,00 1,00 1,001+420 8,9 1 8,9 1,77 3,13 3,131+450 6,28 1 6,28 -0,85 0,72 0,721+550 5,4 1 5,4 -1,73 2,99 2,99 85,58 12 51,41

Onde: f = freqncia

= = 85,5812 = 7,13%

70

= ( ) = 51,4112 = 2,07

Para n-1=11, t0,90=1,36 (Tabela 2)

Portanto,

= , 1 = 7,13 2,07 1,3611 = G, HI%

Da estaca 0+500 at a 1+550, o CBRp = 6,28%.

Para o Segmento 2:

Tabela 12 Clculo CBRp do Segmento 2 Estaca CBR f CBR.f CBR-CBRm (CBR-CBRm) f.(CBR-CBRm)1+560 8,3 1 8,3 2,33 5,43 5,432+200 3,7 1 3,7 -2,27 5,15 5,152+300 3,7 1 3,7 -2,27 5,15 5,153+000 10,9 1 10,9 4,93 24,31 24,313+510 4 1 4 -1,97 3,88 3,883+540 4,2 1 4,2 -1,77 3,13 3,133+600 8,3 1 8,3 2,33 5,43 5,433+740 9,8 1 9,8 3,83 14,67 14,673+760 3,9 1 3,9 -2,07 4,28 4,283+840 4,1 1 4,1 -1,87 3,49 3,494+000 11,2 1 11,2 5,23 27,36 27,364+060 5,5 1 5,5 -0,47 0,22 0,224+100 9,9 1 9,9 3,93 15,45 15,45 87,5 13 117,97

Onde: f = freqncia

= = 87,513 = 5,97%

71

= ( ) = 117,9713 = 2,81

Para n-1=12, t0,90=1,36 (Tabela 2)

Portanto,

= , 1 = 5,97 2,81 1,3612 = K, IL%

Da estaca 0+500 at a 1+550, o CBRp = 4,85%.

4.3.2 Clculo das espessuras de lastro e sublastro

Conforme os CBRs de projetos calculados, foram dimensionadas duas sees do pavimento ferrovirio.

Foi definida, de acordo com as caractersticas da malha ferroviria da Ferrovia Tereza Cristina, a bitola da linha, o tipo de trilho e de dormente, a velocidade mxima da locomotiva, a tonelagem por eixo e a taxa de dormentao, utilizados para determinao da seo caracterstica da estrada de ferro.

Bitola Mtrica; Trilho TR-45;

Dormente de madeira com dimenses: 2,00m x 0,22m x 0,16m. Velocidade mxima: 40km/h; Tonelagem: 20t/eixo (10t/roda) e distncia entre eixos de 2,20m; Taxa de dormentao: 1750 dormentes/km (57cm de espaamento

entre dormentes); Sublastro: CBR 20%.

72

4.3.2.1 Altura do Lastro

Seguindo a metodologia de clculo adotada:

= !1/1 N)N N1O2/ ! $2221#!1/1 N)N N1O2/ !2/ !2)NN/ = 2,200,57 = 3,86

! = 1 + +,30.000 = 1 + 4030.000 = 1,053

Adotado Cd = 1,4 de acordo com Brina (1983, p.17) considerando a possibilidade de defeito na linha frrea.

= () ! = 10.0003,86 1,4 = 3.626,943P?

rea de Socaria (Ab):

Segundo Schramm: ' = ($ /) = (200 106,5) 20 = 1.870

Segundo Clark:

& = ($ /) Q1 0,018 ($ /)7/9 R = (78,74 41,93) Q1 0,018 (78,74 41,93)6,37/9 R & = 30,45"

' = & (/1) 23