valores limites normativos ciclo de formação na...

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

1/23

Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade

PARÂMETROS DE PROJECTO DO TRAÇADO DE VIA

Valores Limites Normativos

António Fidalgo do Couto

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

2/23


bitola

eixo de via

plano de via

Topo do carril

Características da linha férrea

• Bitola

b = 1435 mm

b´= b + c = 1500 mm

• Vias Múltiplasentre-eixo: E ≥ 4,20m

ETI (Especificação Técnica de Interoperabilidade): E = 4,50m

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

3/23


Características da linha férrea

• Rampa máximaApenas com tráfego de passageiros: 25/30 mm/m

ETI - 35 ‰ se: iméd (10 km) < 25 ‰

L< 6 000 m

França (SNCF) - 25-35‰ (Paris-Sudeste - 40‰)

Alemanha (DB) - 12,5‰ (Colónia-Frankfurt -40‰)

Japão - 15-20 ‰

• Raio mínimof (VMAX e Vmin, h, I, E)

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

4/23


Componentes do traçado em planta

• Alinhamentos Rectos

• Curvas Composta

• Curva circular

• Curvas de transição

III IV VCategorias de Linhas de tráfego Linhas de tráfego Linhas de alta

tráfego misto concebidas misto com velocidade(velocidade em para velocidades velocidades de unicamente

Km/h) de comboios de comboios de dedicadas apassageiros passageiros tráfego de

200 < V < 300 V < 230 (ou 250) passageiros(com veículos 250 < V < 300

dotados decaracterísticas

técnicas especiais)Valor limite

recomendado [m]

Valor limitemáximo

[m]

5,1maxV

2maxV

Comprimento Efectivo Limite (Norma ENV 13803-1)

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

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Circulação em Curva

• Acelerações/Forças

Força Centrifuga:- Exerce uma força contra o carril exterior- Submete os passageiros e mercadorias a acelerações não desejadas. - Cria um momento

cc yF *efeitos: → desnivelamento transversal e/ou ripagem da via → aumenta o desgaste dos carris exteriores → descarrilamentos e/ou capotagem

plano de via

plano de via

plano horizontalplano horizontal

anc

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

6/23


Circulação em Curva

• Escala (h)

plano de via

plano horizontal

carril exterior

carril interior

b’

h

Limitar os esforços transversais e choques à entrada e saída das curvas, que conjuntamente com os movimentos de lacete, podem produzir descarrilamentos e capotagem

Conseguir um desgaste similar em ambos os carris, limitando assim a ripagem da via, o desnivelamento transversal da via e o excessivo trabalho dos aparelhos de fixação

Permitir uma maior comodidade para os passageiros e evitar possíveis movimentos das mercadorias

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

7/23


Circulação em Curva• Escala teórica (ht): anc = 0 m/s2

RVh

RVbh tt

22

8,11127

⋅=⇒′

=

• Escala prática (h):

bhgRVh t ′

=⇒..

III IV VCategorias Linhas de tráfego Linhas de tráfego Linhas de altade tráfego misto concebidas misto com velocidade

(velocidade para velocidades velocidades de unicamenteem Km/h) de comboios de comboios de dedicadas ao

passageiros passageiros tráfego de200 < V < 300 V < 230 (ou 250) passageiros

(com veículos 250 < V < 300dotados de

características

técnicas especiais)Valor limite

recomendado 160 160 160(mm)

Valor limite máximo 180 180 200

(mm)

ETI - 180 – 190 mm, 200 mm (cat.V)

França (SNCF) - 160 mm (Excep.=180 mm)

Alemanha (DB) - 100 (rec.) – 180 mm

Japão - 180 – 200 mm

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

8/23


Circulação em Curva• Insuficiência de Escala (I = ht - h):

bhRVV t ′

=>.127

nct

nc agbI

RVVa ⋅=⇒

−=

'.)6,3()(

2

22

(ancPass.=1,0 – 1.5 m/s2)

Mercadorias Passageiros Mercadorias Passageiros

200 < V < 250 100 100 150d 150

250 < V < 300 80 80 130c 130c

V < 160 110 160b 160d 180b

160 < V < 200 x 140 x 160

200 < V < 230 x 120 x 160

230 < V < 250 x 100 x 150

V = 250 x 100 x 150

V > 250 x 80 x 130c

desempenhos semelhantes aos dos veículos de passageiros.

b Estes limites da insuficiência de escala devem ser aplicados apenas aos tipos de veículos especificos dotados de característicasmecânicas especiais tais como pequena massa por eixo, massas não suspensas reduzidas, baixo coeficiente de souplesse.c Em vias não balastradas, para velocidades superiores a 250 km/h, pode ser utilizada uma insuficiência de escala de 150mm.d Estes valores só são aplicáveis a vagões de mercadorias que apresentam características mecânicas especiais, que lhes conferem

de passageiros250 < V < 300

características técnicasespeciais

V - Linhas de alta velocidadeunicamente dedicadas a tráfego

V < 230 km/h(ou 250 km/h em linhas

modernizadas)com veículos dotados de

200 < V < 300IV - Linhas de tráfego misto

com velocidades de comboiosde passageiros

III - Linhas de tráfego mistoconcebidas para velocidades de

comboios de passageiros

(velocidade em km/h)

Categorias de tráfego Valor limite recomendado Valor limite máximo ª[mm] [mm]

Norma ENV 13803-1

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

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Circulação em Curva• Insuficiência de Escala (cont.):

ETI

França (SNCF) - 100 - 150 mm (Excep.=160 mm)

Alemanha (DB) - 70mm (rec.); 130mm (lim.) – 150 mm (n. perm.)

Japão - 100 mm

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

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Circulação em Curva• Excesso de Escala (E=h-ht):

bhRVV t ′

=<...127

ncnc agbE

RV

bhga ⋅=⇒−=

'.)6,3('

.2

2

Norma ENV 13803-1:

Limite recomendado: 110 mm;

Limite máximo*: 130 mm.

*Para comboios de passageiros, o valor limite máximo de E = 110 mm.

França (SNCF) - 70 - 100 mm (Excep.=105-135 mm)

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

11/23


Circulação em Curva• Velocidades máximas e mínimas admissíveis

hR

VbhhI t −′=−=127

2

bRhI

V Lim

′+

=.127).(

max⇒

RVbhhhE t 127

2

′−=−=b

REhV′

−=

.127).( limmin⇒

• Raios mínimos

( ) ( )Lim

máx

Lim IhVbR

EhVb

+≥≥

−′

127´.

127. 22min

Usando I e E (ETI) rec. :

I E hFrança (valores praticados) - 4000- 6250 m

Alemanha (DB) :- Rrec(h=100mm; Irec=70 mm)

- Rlim (h+Ilim=290mm)

- Rperm(h+ I =330mm )

Japão (valores praticados)- 2500 – 4000 m

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

12/23


Curvas de Transição

• curva de raio variável ao longo da qual a escala crescerá de forma contínua atéatingir o valor correspondente ao valor a implementar na curva circular, h.

b´

L

h• a implementação da escala égeralmente feita por elevação da fila alta, com manutenção da espessura de balastro sobre os carris da fila baixa.

• a força centrífuga cresce progressivamente sendo compensada pela contínua variação da escala.

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

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• Dimensionamento:


Limitação dinâmica: Variação da escala em função do tempodtdh

→ limitar o valor desta velocidade ascensional

Limitação geométrica: Variação da escala em função do comprimento dh/dl

Limitação de conforto (limites na sobreaceleração normal): Variação da insuficiência de escala em função do tempo dI/dt

Limites do conforto: San = danc/dt = 0,25 e 0,4 m/s3.

Altas velocidades: San = 0,15 m/s3

dtda

sS ncanP )1( += valor máximo aceitável 0,3 m/s3 - 0,8 m/s3

O desenvolvimento L da curva de transição deverá cumprir os três critérios, prevalecendo os relativos à segurança em relação com o de conforto

→ limitar: dh/dl → Empenamento → descarrilamento

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

14/23


Curvas de Transição• Limitação dinâmica

LVh

dldhv

dtdl

dldh

dtdh

.6,3... Δ===

lim.6,3. ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛≤Δdtdh

LVh

LIMdtdhVhL

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

Δ≥

.6,3

.⇒

Para variações de escala com declive variável o valor dh/dt é variável, atingindo a meio da curva o seu valor máximo

lim⎟⎠⎞

⎜⎝⎛dtdh




200 < V < 300 V < 230 (ou 250) passageiros250 < V < 300

Valor limiterecomendado 50 50 50

(mm/s)Valor limite

máximo 60 60 60(mm/s)

Norma ENV 13803-1

Alemanha (DB):

max..10008 VhL Δ≥

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

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Curvas de Transição• Limitação geométrica

lim⎟⎠⎞

⎜⎝⎛Δ

≥

dldhhL A norma ENV 13803-1

-valor limite recomendado: 2,25 mm/m

-valor limite máximo: 2,5 mm/m

• Limitação de conforto

Lim

nc

dtdI

dtda

gb

dtdI

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛≤= .'( )liman

nc Sdtda

≤ ⇒ ⇒

Norma ENV 13803-1LIMdt

dI⎟⎠⎞

⎜⎝⎛




200 < V < 300 V < 230 (ou 250) passageiros250 < V < 300

Valor limiterecomendado 50 50 50

(mm/s)Valor limite

máximo 75 90 75(mm/s)

.

.max

.6,3

.

LimdtdIVIL⎟⎠⎞

⎜⎝⎛Δ

≥

Alemanha (DB):

max.10004 VIL Δ≥

LIMdldh

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

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Curvas de Transição• variação de curvatura e de escala linear: Clotóide (r.l = const. = A2)

Velocidade constante (v) ⇒

Para a escala teórica:

• v2/r = g.ht(l)/b’ Para o ponto de tangencia curva de transição/curva

circular teremos : L=A2/RPara a escala prática:

• anc = v2/r - g.h(l)/b’

Lv

bhg

Rv

dtdaS nc

an .'.2

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−==

A resposta dinâmica às variações dos gradientes de escala e curvatura depende fundamentalmente:

• da concepção da suspensão do veículo

• do tipo e desenvolvimento dos elementos de transição

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

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Curvas de Transição• variação de curvatura e de escala não-linear

2

.2/1/1

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=Ll

Rr 2

1.21/1/1

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−=

Ll

RrSCHRAMM se 0 ≤ l/L≤1/2; se 1/2 ≤ l/L≤1

BLOSS2

.23/1/1

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

Ll

Ll

Rr

COS (curva de transição japonesa)⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

Ll

Rr .cos1

21

/1/1 π

SEN⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=Llsen

Ll

Rr ..2

.21

/1/1 π

π Limites de dh/dt:III IV V

Categorias de Linhas de tráfego Linhas de tráfego Linhas de altatráfego misto concebidas misto com velocidade

(velocidade para velocidades velocidades de unicamenteem Km/h) de comboios de comboios de dedicadas a

passageiros passageiros tráfego de200 < V < 300 V < 230 (ou 250) passageiros

250 < V < 300Valor limite

recomendado 55 55 55(mm/s)

Valor limitemáximo 70 70 70(mm/s)

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

18/23



Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

19/23


• Movimento (oscilatório) de balanço

Quando o veículo circula ao longo de uma curva de transição fica sujeito a uma velocidade angular (ω) criada pela introdução da sobreelevação (ângulo de sobreelevação ψ = h/b’) :


vdlbdh

dtbdh

dtd .

''===

ψω

Aceleração angular do movimento de balanço (α)

0

2

2

2

2

2

'.

'1 αα ≤==

bv

dlhd

dthd

b 20

2

2 '.vb

dlhd α≤⇒

limite a adoptar para α0 = 0,1 rad/s2.

Sobreaceleração angular do movimento de balanço ( )α&

0

3

3

3

3

3

'.

'1 αα

&≤==bv

dlhd

dthd

bdtd

30

3

3 '.vb

dlhd α&≤

30 /2,0 srad≈α&

⇒

Limite a adoptar para

Para a aceleração lateral não compensada (anc) e a sobreaceleração (San) correspondente, dever-se-á também ter em conta a aceleração induzida pelo

movimento de balanço.

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

20/23


Sempre que ∆i superior a:

- 2 mm/m, V < 230 Km/h

- 1 mm/m. V > 230 Km/h

Perfil Longitudinal

• Concordâncias (circunferência/parábola)

( ) 2

2000)( x

Dbaxz ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −

−=

( )1000baRD v

−=

⇒ Concordâncias Verticais (D> 20 m)

D

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

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• Aceleração Vertical (av)

Perfil Longitudinal

gR

VR

VRva

vvvv 127.6,3

2

2

22

===

Níveis aceitáveis de comodidade → ( )LIMvv

v aR

Va ≤=96,12

2

Norma ENV

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

22/23


• Raios mínimos das concordâncias verticais

Perfil Longitudinal

( )LIMvv

v RagVR ≤= .

127

2Tendo presentes os valores limite de av a norma fixa para RV lim:

ETI: 10000 a 25000 m

França (TGV Paris-Sudeste): 12000- 14000 m

Alemanha (DB) : 2max.4.0 VR recV = 2

maxlim .25.0 VRV =2

max.16.0.)( VconvRVperm =2

max.13.0.)( VconcRVperm =

Japão (valores praticados): 10000– 15000 m

Cicl

ode

For

maç

ãona

Ferr

ovia

23/23


• Sobreaceleração vertical

Perfil Longitudinal

A menos dos sinais temos:

( ) ( ) 03v2v

ds1/rd

dt1/rd

vv

v Savvdtda

Sa ≤===

3

02v 656,46dsdr

VSar vv≤

Esta condição permite controlar as descontinuidades

na curvatura vertical

Valor limite a adoptar: Sa0v ≈ 0,5 m/s3

NOTA: adicionalmente dever-se-ia analisar o efeito da variação escala (movimento de balanço) no perfil longitudinal

valores limites normativos ciclo de formação na...

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