DIMENSIONAMENTO LASTRO

1. NORMAS E PROCEDIMENTOS

Tal como nas rodovias, as estradas de ferro obedecem, tanto na fase de projeto como na de construção de sua infra-estrutura e superestrutura, a determinações baseadas em normas técnicas;

Tais normas são estabelecidas pela ABNT, DNIT mas também podem incorporar procedimentos adotados em outros países, especialmente aqueles de grande progresso ferroviário como EUA, França, Alemanha e Japão;

Nas ferrovias a fixação de parâmetros dimensionais para a superestrutura afeta diretamente a infra-estrutura.

PLATAFORMA DE TERRAPLENAGEM

• a superfície final da infra-estrutura constitui a chamada plataforma, a qual é formada por solos naturais ou tratados, no caso dos cortes e aterros, ou então por estruturas quaisquer no caso de obras de arte especiais;

• na ferrovia a plataforma é o suporte da estrutura da via e

que recebe, através do lastro, as pressões devidas à circulação dos trens;

• a plataforma fornece também espaço para as demais

instalações necessárias a operação ferroviária como postes de rede aérea de comunicação, alimentação ou ainda para instalação superficial ou subterrânea de cabos condutores.

PLATAFORMA DE TERRAPLENAGEM

PLATAFORMA DE TERRAPLENAGEM

• a plataforma tem como função básica proporcionar apoio a superestrutura da via de modo que não sofra deformações que impeçam ou influam negativamente na operação, sob as condições de tráfego que determina o traçado da linha;

• para que o apoio não sofra deformações ou não influa negativamente na operação da ferrovia, é necessário que a plataforma tenha certas características de resistência;

• assim como no caso das rodovias, as características físicas dos solos nas ferrovias são determinados a partir de métodos tais como: identificação visual, granulômetria, sedimentação, limites de Attenberg (limite de liquidez, limite de plasticidade, índice de plasticidade), CBR, etc.

Subleito

• O subleito deve receber compactação (aumentar resistência). Cuidados com a drenagem

Subleito

• Aterro

– Zonas com maiores exigências de compactação em razão de concentração de tensões

ELEMENTOS DA VIA PERMANENTE

SUB-LASTRO

SUB-LASTRO Funções :

• aumentar a capacidade de suporte da plataforma, permitindo elevar a taxa de trabalho no terreno → menor altura da camada de lastro

• evitar a penetração do lastro na plataforma;

• aumentar a resistência do leito à erosão e a penetração da água, auxiliando no processo de drenagem da via (impede a subida da lama);

• permitir relativa elasticidade ao apoio do lastro, para que a via permanente não seja rígida.

SUB-LASTRO Funções :

• aumentar a capacidade de suporte da plataforma, permitindo elevar a taxa de trabalho no terreno → menor altura da camada de lastro

• evitar a penetração do lastro na plataforma;

• aumentar a resistência do leito à erosão e a penetração da água, auxiliando no processo de drenagem da via (impede a subida da lama);

• permitir relativa elasticidade ao apoio do lastro, para que a via permanente não seja rígida.

Sub-lastro

• Camada granular abaixo do lastro

• Função: filtro

– GRANULOMETRIA: Terzaghi

– Altura: Araken Silveira

– Economia – reduzir custo do lastro

– Compactado 100% Ótima Proctor Modificado

Bombeamento de finos do subleito

• Processo auto-alimentado que leva ao colapso da via

– Solo fino

– Água

– Super solicitação

Soluções: filtro, geotextil protegido, seleção do sub-leito, solo-cimento (solo-cal, ligantes betuminosos)

Características do material do sub-lastro

• IG (Índice de Grupo ou capacidade de suporte) – igual a zero;

• LL – máximo 35%;

• IP – máximo 6%;

• expansão máxima – 1%;

• quando executado, o sublastro deverá ser compactado de modo a obter-se peso específico aparente correspondente a 100% do obtido no Ensaio de Proctor.

SUB-LASTRO • material que se enquadre, de preferência, no

grupo A1 de classificação de solos HRB (Highway Research Board):

A1 Solo bem graduado constituído principalmente de pedregulho e areia, mas contendo pequena quantidade de finos.

• Os solos argilosos (A4 a A7) estão sujeitos a amplas variações na resistência durante os ciclos de secagem e umedecimento, são portanto indesejáveis.

• Os solos mal graduados, como areias finas (A3), são difíceis de serem compactados para alcançar altas densidades

SUB-LASTRO

Materiais empregados

• brita

• cascalho

• escória

• solos

• saibro

SUB-LASTRO Espessura do sublastro

• a espessura do sublastro deverá ser tal que a distribuição de pressões através do mesmo acarrete, na sua base (plataforma), uma taxa de trabalho compatível com a capacidade de suporte da mesma;

• geralmente, um sublastro com espessura de 20 cm é suficiente.

LASTRO

• FUNÇÕES

– Distribuir esforços

– Drenagem

– Resistir a esforço transversal

– Permitir reconstituição do nivelamento

Lastro

• Propriedades (NBR 7914, NBR5564)

– Normas

• Origem da pedra

• Ensaios – Envelhecimento precoce

– Abrasão (Los Angeles)

– Resistência Mecânica

Lastro • Propriedades

– Normas

– Granulometria uniforme (drenagem)

– Partículas

• Forma cúbica (evitar recalque)

• Faces fraturadas (melhor embricamento)

LASTRO Qualidades

• resistência suficiente aos esforços transmitidos pelos dormentes

• possuir uma elasticidade suficiente para abrandar os choques

• ter dimensões que possibilitem a sua interposição entre e sob os dormentes, preenchendo as depressões da plataforma ou sublastro e permitindo o perfeito nivelamento dos trilhos

LASTRO Qualidades

• possuir resistência aos agentes atmosféricos

• possuir permeabilidade para realizar a drenagem das águas das chuvas;

• não estar sujeito a desgaste produtor de pó

• permitir uma soca eficiente por meios mecânicos (socadores, vibradores).

LASTRO

LASTRO Especificações – segundo a AREA (American Railway

Engineering Association) a) Peso específico mínimo: 2,7 g/cm3 b) Resistência à ruptura: 700 kg/cm2 (ensaio: cubos de 5

cm de aresta, levados a uma máquina de compressão) c) Solubilidade: A pedra não pode ser solúvel (ensaio: 7dm3

de pedra triturada e lavada colocada em um vaso e agitada no período de 48 horas, durante 5 min, cada 12 horas de intervalo – se houver descoloração a pedra é considerada solúvel e imprópria)

d) Absorção: o aumento de peso por absorção de água de uma amostra de 230 g, quando mergulhada em água durante certo tempo, não deve ultrapassar 1% (pelo método MB 8 da ABNT).

LASTRO

Especificações – segundo a AREA (American Railway Engineering Association)

e) Substâncias nocivas: a quantidade de substâncias nocivas e torrões de argila não deve ultrapassar 1%.

f) Granulometria: pedras do lastro devem ter dimensões entre 2 e 6 cm

LASTRO

LASTRO Dimensionamento

P → carga em uma roda do veículo tipo (mais carregado)

P = peso total / número de rodas (kg)

Número de rodas: 2 truques, 2 eixos cada truque, 2 rodas por eixo = 8 rodas

n → relação entre as distâncias dos eixos de duas rodas consecutivas do veículo (d) e o afastamento

entre os eixos dos dormentes (e)

LASTRO

Carga distribuída em um grupo de dormentes (Pg)

LASTRO

Pressão a uma altura h sob a face inferior do dormente → Fórmula de Talbot

LASTRO Metodologia para dimensionamento da camada de lastro

1.Definir os parâmetros básicos da EF: • bitola; • espaçamento entre dormentes; • carga total máxima por veículo; • afastamento entre duas rodas consecutivas; • velocidade operacional; 2. Determinar a carga dinâmica (Pv); 3. Determinar a pressão sob a face inferior do dormente

(Pm); 4. Determinar pressão admissível (Pap) para o material a ser

utilizado no sublastro ou plataforma; 5. Determinar a altura da camada de lastro.

LASTRO

Limites para dimensionamento da seção

• o lastro não deverá cobrir os dormentes, sendo coroado a 5cm da face superior. No caso de dormente de concreto com blocos ligados por tirante metálico, o lastro deve ficar 2cm abaixo do tirante, observando o coroamento de 5cm;

• a soca deve abranger para cada lado do eixo dos trilhos sob os dormentes, no mínimo 40cm para as bitolas larga e normal e 30cm para bitola estreita;

• a faixa central não atingida pela soca terá, pelo menos, 30 a 40cm de largura.

LASTRO

Limites para dimensionamento da seção • a capacidade de suporte da plataforma não

deverá ser excedida pela pressão transmitida pelo lastro, o qual terá espessura suficiente para uniformizá-la;

• a ombreira terá largura adequada a estabilidade da via, recomendando-se 30cm para as vias com trilhos longos soldados (TLS), 20cm para as vias com alta densidade de tráfego sem TLS e 15cm para as demais.

LASTRO Limites para dimensionamento da seção • o talude do lastro não terá inclinação superior a

1:1,5 (altura:base); • a altura da camada de lastro sob os dormentes

deve variar entre 40cm e 20cm nas linhas de bitola larga e normal e entre 30cm e 15cm nas linhas de bitola estreita;

• em linhas de grande solicitação, seja pela carga ou pela velocidade, a espessura poderá ser aumentada até atingir o valor do afastamento face a face dos dormentes, usando então uma camada de brita graduada (lastro) e uma de sub lastro com material de menor granulometria;

LASTRO

Aspectos construtivos • a escolha do material para lastro deve obedecer ao

critério econômico, observados os dispositivos das normas técnicas;

• o lastro ou sub lastro somente deve ser lançado sobre a plataforma devidamente regularizada, nivelada, compactada, abaulada e que apresente adequada condição de drenagem;

• a soca do lastro deve ser executada preferencialmente por processo mecânico e ser feita, em qualquer caso em camadas de aproximadamente 15cm, sendo recomendado até reduzir este valor para 10cm em linhas de grande responsabilidade.

Exemplo: Uma estrada de ferro com extensão de 200km será construída em bitola larga para escoar a produção de minério de ferro. Determine a altura da camada de lastro necessária sob os dormentes. Faça também a representação da seção tipo e determine o volume de material necessário para a execução da obra.

• Carga total por vagão= 119000kg • Velocidade operacional= 70km/h • Número de eixos por veículo = 4 • Distância entre eixos = 2m • CBR plataforma = 18,5% • Coeficiente NS = 5,5 • Soca = 40cm para cada lado do eixo dos trilhos • Ombreira: 30cm • Espaçamento entre dormentes = 55cm = 1820 dorm/km • Dimensões do dormente 2,8 x 0,24 x 0,17m • Inclinação talude = 1:1,5 • Fator majoração sobre a compactação = 10%

• P = peso total/ número de rodas • Pg = P*e/d • kv = 1+v²/30000 • Pv = Pg*Kv • Pm = Pv/a*s • Pr = (70*CBR)/100 • Pap= Pr/ns • h>= (Pm(53,87/Pap))^0,8

• P = peso total/ número de rodas = 119000/8 = 14875kg • Pg = P*e/d = 14875*0,55/2 = 4090,62kg • kv = 1+v²/30000 = 1+70²/30000 = 1,16 ->1,4 (min) • Pv = Pg*Kv = 4090,62*1,4 = 5726,87kg • Pm = Pv/a*s = 5726,87/(24*(2*40))= 2,98kg/cm² • Pr = 70*CBR/100 = 70*18,5/100 = 12,95kg/cm² • Pap= Pr/ns =12,96/5,5 = 2,35kg/cm² • h>= (Pm(53,87/Pap))^0,8 >= (2,98(53,87/2,35))^0,8 = 29,35cm

= 30cm (arredonda) – a partir da face inferior do dormente • Dormente de bitola larga = 2,80m • Dormente com altura 17cm = 12cm enterrados e 5cm

descobertos • Ombreira de 30cm cada lado

Pré-dimensionamento de trilho

Tensões

Verificações 1) Trilho

M0 calculado como viga em apoio elástico

Dormentes

• com M0 determino os esforços cortantes e momento fletor para o dimensionamento dos dormentes

Lastro

• Tensões admissíveis, como por exemplo, método de Talbot

Subleito MÉTODO DE HEUKELON (1962):

NO BRASIL, A RFFSA PROPÕE:

A - Grupo 1 N=2,2x106

B – Grupos 2 e 3 N=1,6x106

C – Grupos 4, 5 e 6 N=1,0x106

D – Grupos 7, 8 e 9 N=0,6x106

CBR≥ 8%