411 aula 3 sublastro e lastro
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SUPERESTRUTURA FERROVIÁRIA:
SUBLASTRO E LASTRO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE
PRODUÇÃO E TRANSPORTES
Disciplina: Infra Ferro-hidro-aero-dutoviária (ENG 09030)
Prof. FELIPE Ferreira de Ferreira
Prof. Fernando Dutra MICHEL
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• 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.
1. NORMAS E PROCEDIMENTOS
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• 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.
2. PLATAFORMA DE TERRAPLENAGEM
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2. PLATAFORMA DE TERRAPLENAGEM
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• 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.
2. PLATAFORMA DE TERRAPLENAGEM
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2. PLATAFORMA DE TERRAPLENAGEM
Aterro
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2. PLATAFORMA DE TERRAPLENAGEM
Corte
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Em solo natural:
• pode ser usada quando o valor de resistência é atendido;
• os serviços preliminares consistem na roçada, remoção da camada
de solo orgânico, regularização;
• se necessário substituição dos materiais das camadas inferiores.
Em cortes:
• se após a escavação as características geomecânicas atenderem as
exigências de resistência e capacidade de deformação, esta será
incorporada a plataforma;
• se necessário realizar a substituição dos materiais;
• rocha não é considerada bom material para camadas de lastro
inferiores a 30cm;
• plataformas muito rígidas podem conduzir a destruição do lastro,
especialmente se o tráfego for predominantemente de vagões
pesados.
2. PLATAFORMA DE TERRAPLENAGEM
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ELEMENTOS DA VIA PERMANENTE
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3. SUBLASTRO
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3. SUBLASTRO
Funções
• aumentar a capacidade de suporte da plataforma,
permitindo elevar a taxa de trabalho no terreno menor
altura da camada de lastro (e conseqüente redução do
custo);
• 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.
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Características do material do sublastro
• IG (Índice de Grupo ou capacidade de suporte) – igual a zero;
• LL (Limite de Liquidez ou menor teor de umidade) – máximo
35%;
• IP (Índice de Plasticidade) – 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.
3. SUBLASTRO
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• 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
3. SUBLASTRO
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3. SUBLASTRO
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Materiais empregados
• brita
• cascalho
• escória
• solos
• saibro
3. SUBLASTRO
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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.
3. SUBLASTRO
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4. LASTRO
Funções
• distribuir sobre a plataforma ou sobre o sublastro os esforços
resultantes das cargas dos veículos, produzindo uma pressão
adequada a sua capacidade;
• formar um colchão até certo ponto elástico, atenuando as
trepidações resultantes da passagem dos veículos;
• formar uma superfície uniforme e contínua para os dormentes e
trilhos, suprimindo as pequenas irregularidades na superfície da
plataforma ou do sublastro;
• impedir o deslocamento dos dormentes, quer no sentido
longitudinal, quer no sentido transversal;
• promover a drenagem da superestrutura e, no caso dos
dormentes de madeira a sua aeração.
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4. LASTRO
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4. LASTRO
Camada de lastro
plataforma
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• 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;
• 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).
Qualidades do lastro
4. LASTRO
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• escória granulada;
• escória metálica;
• cascalho de pedreira, cascalho de rio, seixos;
• escória britada;
• rocha britada.
Materiais empregados
4. LASTRO
ÓTIMO
MELHOR TIPO por ser resistente, inalterável aos
agentes atmosféricos e permeável – PERMITE UM
PERFEITO NIVELAMENTO DO LASTRO
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Especificações
– segundo a AREA (American Railway Engineering Association)
a) Peso específico mínimo: 2,7
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).
4. LASTRO
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Especificações
– segundo a AREA (American Railway Engineering Association)
Graduação 63,5mm 50mm 38mm 25mm 19mm 12,7mm
50mm a 25mm 0 0-5 35-65 85-100 90-100 95-100
Percentagens acumuladas nas peneiras
4. LASTRO
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
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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)
e
dn
4. LASTRO
(m)
(m)
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Dimensionamento
Carga distribuída em um grupo de dormentes (Pg)
n
PPg
d
ePPg
4. LASTRO
![Page 26: 411 Aula 3 Sublastro e Lastro](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050709/557202a84979599169a3e829/html5/thumbnails/26.jpg)
Dimensionamento
Carga de cálculo (Pv)
gvv PkP onde kv coeficiente dinâmico (valor
mínimo = 1,4)
300001
2vkv
300001
2v
d
ePPv
4. LASTRO
(velocidade em km/h)
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Dimensionamento
Pressão na face inferior do dormente (Pm)
sa
PP v
m
onde:
a largura do dormente (cm)
s largura da soca (cm)
4. LASTRO
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Dimensionamento
Pressão a uma altura h sob a face inferior do dormente
Fórmula de Talbot
25,1
87,53
i
mhih
PP
4. LASTRO
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• pressão admissível na plataforma (sublastro) (Pap)
Dimensionamento
s
rap
n
PP
onde:
Pr pressão de ruptura do solo
ns coeficiente de segurança
100
70 CBRPr
4. LASTRO
CBR em %
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Dimensionamento
Determinação da camada de lastro
Phi ≤ Pap
8,0
87,53
apPPmh
4. LASTRO
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Metodologia para dimensionamento da camada de lastro
1. Definir os parâmetros básicos da EF:
• bitola;
• espaçamento entre dormentes;
• carga total máxima por veículo;
• afastamento entre duas rodas consecutivas;
• velocidade operacional;
2. Determinar a carga dinâmica (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.
4. LASTRO
![Page 32: 411 Aula 3 Sublastro e Lastro](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050709/557202a84979599169a3e829/html5/thumbnails/32.jpg)
• 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.
Limites para dimensionamento da seção
4. LASTRO
![Page 33: 411 Aula 3 Sublastro e Lastro](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050709/557202a84979599169a3e829/html5/thumbnails/33.jpg)
• 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.
Limites para dimensionamento da seção
4. LASTRO
![Page 34: 411 Aula 3 Sublastro e Lastro](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050709/557202a84979599169a3e829/html5/thumbnails/34.jpg)
• o talude do lastro não terá inclinação superior a 1:1,5 (altura:base);
• a altura da camada de lastro sob os dormentes deve variar entre 40cm
e 20cm nas linhas de bitola larga e normal e entre 30cm e 15cm nas
linhas de bitola estreita;
• em linhas de grande solicitação, seja pela carga ou pela velocidade, a
espessura poderá ser aumentada até atingir o valor do afastamento
face a face dos dormentes, usando então uma camada de brita
graduada (lastro) e uma de sub lastro com material de menor
granulômetria;
• quando a altura da camada lastro calculada ultrapassar a altura
recomendada para a classe da linha, pode ser utilizado, por medida
econômica, material de categoria inferior como sublastro, desde que
ofereça boa condição de drenagem e tenha capacidade de suporte para
a pressão que deve ser transmitida.
Limites para dimensionamento da seção
4. LASTRO
![Page 35: 411 Aula 3 Sublastro e Lastro](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050709/557202a84979599169a3e829/html5/thumbnails/35.jpg)
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.
4. LASTRO
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exemploUma 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%
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• P = peso total/ numero 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
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• P = peso total/ numero 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
![Page 39: 411 Aula 3 Sublastro e Lastro](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050709/557202a84979599169a3e829/html5/thumbnails/39.jpg)
1:1,542
X = 63
Total do subleito = 2,8+0,30*2+0,63*2 = 4,66m
Aseçao = (4,66+3,40)*0,42/2 = 1,69m² *200.000m = 338000m³
(Vtotal)
Vdormente = 2,8*0,24*0,12= 0,08m³
Vdormentes = 0,08*1820*200 = 29120m³
Vlastro = 338000-29120 = 308880m³ *1,1 = 339768m³
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Determine a altura da camada de lastro para um EF de bitola estreita e 350km de extensão destinada ao transporte de produtos agrícolas e carga geral. Represente a seção tipo e determine o volume de material necessário.
Carga total por vagão= 90.000kg
Velocidade operacional= 70km/h
Número de eixos por veículo = 4
Distância entre eixos = 1,574m
CBR sublastro = 30%
Coeficiente NS = 5,5
Soca = 30cm para cada lado do eixo dos trilhos
Ombreira 30cm
Espaçamento entre dormentes = 55cm – 1820 dorm/km
Dimensões do dormente 2 x 0,22 x 0,16m
Inclinação talude = 1:1,5
Fator majoração sobre a compactação = 10%
![Page 41: 411 Aula 3 Sublastro e Lastro](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050709/557202a84979599169a3e829/html5/thumbnails/41.jpg)
Determine a altura da camada de lastro para uma EF de bitola larga destinada ao tráfego de trens urbanos de passageiros. O trecho tem extensão de 50km. Também representar a seção tipo e determinar a quantidade de material para o lastro.
Carga total por vagão= 90.000kg
Velocidade operacional= 85km/h
Número de eixos por veículo = 4
Distância entre eixos = 2m
CBR plataforma = 17%
Coeficiente NS = 5,5
Soca = 40cm para cada lado do eixo dos trilhos
Ombreira 30cm
Espaçamento dormentes = 60cm 1667 dorm/km
Dimensões do dormente 2,8 x 0,24 x 0,17m
Inclinação talude = 1:1,5
Fator majoração sobre a compactação = 10%