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DIMENSIONAMENTO LASTRO
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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.
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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.
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PLATAFORMA DE TERRAPLENAGEM
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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.
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Subleito
• O subleito deve receber compactação (aumentar resistência). Cuidados com a drenagem
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Subleito
• Aterro
– Zonas com maiores exigências de compactação em razão de concentração de tensões
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ELEMENTOS DA VIA PERMANENTE
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SUB-LASTRO
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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.
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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.
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Sub-lastro
• Camada granular abaixo do lastro
• Função: filtro
– GRANULOMETRIA: Terzaghi
– Altura: Araken Silveira
– Economia – reduzir custo do lastro
– Compactado 100% Ótima Proctor Modificado
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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)
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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.
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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
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SUB-LASTRO
Materiais empregados
• brita
• cascalho
• escória
• solos
• saibro
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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.
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LASTRO
• FUNÇÕES
– Distribuir esforços
– Drenagem
– Resistir a esforço transversal
– Permitir reconstituição do nivelamento
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Lastro
• Propriedades (NBR 7914, NBR5564)
– Normas
• Origem da pedra
• Ensaios – Envelhecimento precoce
– Abrasão (Los Angeles)
– Resistência Mecânica
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Lastro • Propriedades
– Normas
– Granulometria uniforme (drenagem)
– Partículas
• Forma cúbica (evitar recalque)
• Faces fraturadas (melhor embricamento)
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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
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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).
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LASTRO
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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).
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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
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LASTRO
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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)
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LASTRO
Carga distribuída em um grupo de dormentes (Pg)
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LASTRO
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Pressão a uma altura h sob a face inferior do dormente → Fórmula de Talbot
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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.
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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.
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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.
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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;
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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.
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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%
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• 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
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• 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
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Pré-dimensionamento de trilho
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Tensões
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Verificações 1) Trilho
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M0 calculado como viga em apoio elástico
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Dormentes
• com M0 determino os esforços cortantes e momento fletor para o dimensionamento dos dormentes
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Lastro
• Tensões admissíveis, como por exemplo, método de Talbot
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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%