aula 7 - lastro.pdf

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

Universidade Federal de Ouro Preto

Escola de Minas – DECIV

Superestrutura de Ferrovias – CIV 259

Aula 7

LASTRO

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

LASTRO

É o elemento da superestrutura da ferrovia situado entre os

dormentes e o sublastro. Deve ser uma camada de material

permeável e resistente, onde os dormentes serão assentados.

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

LASTRO

Trilhos Trilhos

LASTRO

Dormentes Dormentes

-

Subleito Subleito

Valetas Valetas

Sublastro

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

FUNÇÕES PRINCIPAIS

Distribuir a carga da linha e do material rodante, uniformemente

sobre a plataforma, com pressão uniforme reduzida (sem o lastro

os dormentes afundariam na plataforma);

Atenuar as trepidações resultantes da passagem dos veículos;

Suprimir as irregularidades da plataforma, formando uma

superfície contínua e uniforme para os trilhos e dormentes;

Impedir os deslocamentos dos dormentes;

Facilitar a drenagem da superestrutura.

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

FUNÇÕES PRINCIPAIS

Estabilizar vertical, longitudinal e lateralmente a via;

Assegurar o perfeito alinhamento e nivelamento dos trilhos, nas

tangentes e no arredondamento das curvas;

Dificultar a capilaridade (subida d’água até os dormentes);

Dificultar o crescimento de vegetação

Elasticidade (Funcionar como suporte elástico da via).

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

QUALIDADES DO LASTRO

Elasticidade limitada;

Resistência aos esforços transmitidos pelos dormentes;

Dimensões que permitam o preenchimento das depressões da

plataforma e nivelamento dos trilhos;

Resistência aos agentes atmosféricos;

Permeabilidade;

Baixa produção de pó.

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

MATERIAIS PARA LASTRO

Terra: é o mais barato, mas também o pior, pois ao ser saturado

pela água provoca desnivelamento da linha.

Areia: tem a qualidade de ser pouco compressível e permeável,

mas é facilmente levada pela água e produz grãos muito duros

(quartzo), que introduzindo-se entre as partes móveis dos veículos

produz o desgaste dos mesmos.

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

MATERIAIS PARA LASTRO

Cascalho: é um ótimo tipo de lastro, principalmente quando

quebrado, formando arestas vivas e lavado, para retirar as

impurezas.

Escórias: têm dureza e resistência suficiente para serem usadas

como lastro, principalmente próximo às usinas siderúrgicas.

Exemplo: Utilizada na Estrada de Ferro Vitória a Minas.

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

MATERIAIS PARA LASTRO

Pedra britada (brita no 3): é o melhor tipo de lastro por ser

resistente, permeável e inalterável aos agentes atmosféricos e não

produz poeira.

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

MATERIAIS PARA LASTRO

Pedra britada

Deve-se escolher pedra britada oriundas de rochas duras.

- Arenito

- Calcário;

- Mármore;

- Dolomita;

- Micaxisto; - Quartzito

- Diorito;

- Basalto;

- Diabase;

- Granito;

- Gneiss

Principais Rochas

Nem sempre

satisfazem às

especificações

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

ESPECIFICAÇÕES

Peso específico: 2,7 g/cm3

Resistência à ruptura:700 kg/cm2 (ensaio de compressão em

cubos de 5cm de aresta)

Solubilidade: 7 dm3 de pedra triturada e lavada. Coloca-se num

vaso e a amostra é agitada no período de 48 horas, durante 5

minutos a cada 12 horas de intervalo. Se houver descoloração, a

pedra é considerada solúvel e imprópria.

Resistência à Abrasão: Ensaio Los Angeles < 35%

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

ESPECIFICAÇÕES

Absorção: uma amostra de 230 g mergulhada em água, durante

certo tempo, não deverá apresentar aumento de peso maior do

que 8 g/dm3.

Substâncias Nocivas: a quantidade de substâncias nocivas e

torrões de argila não deve ser maior do que 1%.

Granulometria: Dimensões entre ¾” e 2 ½” (2 e 6 cm) – evitar

“cunhas”e colmatação do lastro.

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

ESPECIFICAÇÕES PARA MATERIAIS DE LASTRO

Distribuição granulométrica Indicada para o Lastro

Abertura da Malha Porcentagem

que passa

Porcentagem

Acumulada Retida Polegadas Milímetros

2 ½” 63,5 100 0

2” 50,8 90 – 100 0 – 10

1 ½” 38 35 – 70 30 – 65

1 25,4 0 – 15 85 – 100

¾” 19 0 – 10 90 – 100

½” 12,7 0 – 5 95 – 100

Lançar estes

valores no

gráfico

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

ESPECIFICAÇÕES PARA MATERIAIS DE LASTRO

0

20

40

60

80

100

10 20 30 40 50 60 70

Porc

enta

gem

Retida

Acum

ula

da

Abertura da Malha (mm)

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

ESPECIFICAÇÃO PARA MATERIAIS DE LASTRO

Resistência à Abrasão

Amostra representativa de 5 kg, limpa e seca;

Coloca-se a amostra na máquina juntamente com 12 bolas de

aço pesando cada uma delas 390 a 445 gramas;

Velocidade do tambor deverá ser de 30 a 33 rotações por minuto;

Dão-se 500 revoluções;

Por fim, passa-se a amostra na peneira número 12 (1,68 mm) e

pesa-se a quantidade retida.

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

ESPECIFICAÇÃO PARA MATERIAIS DE LASTRO

A porcentagem de desgaste em relação ao peso inicial da

amostra ou coeficiente de desgaste Los Angeles, será:

100P

PrPCLA

Peso da amostra

(5 kg)

Peso do material

retido na peneira

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

DIMENSIONAMENTO DO LASTRO E DO SUBLASTRO

PRESSÃO EM FUNÇÃO DA PROFUNDIDADE

o1,25h Ph

53,87P sh PP

h = profundidade em cm

Po = pressão na face inferior dos dormentes em kgf/cm2

Ph = pressão na profundidade h em kgf/cm2

Ps = pressão admissível no sublastro (kgf/cm2)

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

DIMENSIONAMENTO DO LASTRO E DO SUBLASTRO

PRESSÃO NA FACE INFERIOR DOS DORMENTES

cb

FPo

c c

C = 0,70 a 0,90 m

F = carga sobre o dormente

b = largura do dormente

c = distância de apoio no sentido longitudinal do dormente

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

DIMENSIONAMENTO DO LASTRO E DO SUBLASTRO

O valor de F, não deverá ser o peso descarregado pela roda devido

ao fato de que em virtude da rigidez dos trilhos e deformação elástica

da linha, há distribuição de carga para os dormentes vizinhos

Pr = peso da roda mais pesada

Cd = coeficiente dinâmico

d = distância entre eixos do veículo

a = distância entre centros dos dormentes

Assim,

dCn

PrF

a

dn 1,4

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

DIMENSIONAMENTO DO LASTRO E DO SUBLASTRO

PRESSÃO ADMISSÍVEL NO SUBLASTRO

1

rup

sη

PP

Pressão admissível no

sublastro (kgf/cm2)

Coeficiente de

segurança entre 2 e 3

Pressão de ruptura do

solo (kgf/cm2) através de

provas de carga

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

DIMENSIONAMENTO DO LASTRO E DO SUBLASTRO

PRESSÃO ADMISSÍVEL NO SUBLASTRO

Na falta de dados mais precisos sobre o valor de Prup poderá

se determinar a pressão admissível no sublastro Ps através do valor de

CBR

10070

PCBR

rup

CBR100

70Prup

2

rup

sη

PP

Obtido através do CBR

Coeficiente de segurança

entre 5 e 6 quando Prup

for obtido por meio do

valor de CBR

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

ALTURA MÍNIMA

DO SUBLASTRO

DIMENSIONAMENTO DO LASTRO E DO SUBLASTRO

ALTURA DO SUBLASTRO

Pressão no sublastro deve ser menor ou igual a pressão

admissível do solo (leito)

leito admh PP

leito admo1,25

sublastrolastro

PP)h(h

53,87

hmin = 20 cm

Ensaios Laboratoriais

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

DETERMINAÇÃO DA ALTURA DO LASTRO

O cálculo da altura do lastro sob os dormentes requer a

aplicação de dois conceitos fundamentais:

1) Como se distribuem no lastro as pressões transmitidas

pelos dormentes;

2) Qual a pressão admissível ou taxa de trabalho do solo

(sublastro).

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

CÁLCULOS PARA A DETERMINAÇÃO DA ALTURA DO LASTRO

1) Determinação da distância entre eixo por dormentes (a):

2) Cálculo do coeficiente de transmissão da carga (n):

nDa

1000

a

dn

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

CÁLCULOS PARA A DETERMINAÇÃO DA ALTURA DO LASTRO

3) Cálculo do peso descarregado no trilho pela roda:

Onde:

Pr = peso da roda mais pesada;

Cd = 1,4 coeficiente dinâmico.

v = velocidade em km/h

d

r Cn

PP

( )000.30

1 2vCd

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

CÁLCULOS PARA A DETERMINAÇÃO DA ALTURA DO LASTRO

4) Cálculo da pressão na face inferior do dormente

onde: P = carga;

b = largura do dormente;

c = faixa de socaria: 80 - 90 cm para bitola de 1,60;

70 - 80 cm para bitola de

1,00.

( )cb

PP c

.0

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

CÁLCULOS PARA A DETERMINAÇÃO DA ALTURA DO LASTRO

5) Cálculo da pressão de ruptura do solo:

onde:

100.70

PCBR

10070

CBRP

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

CÁLCULOS PARA A DETERMINAÇÃO DA ALTURA DO LASTRO

6) Cálculo da pressão admissível

onde:

n = 5 – 6 (coeficiente de segurança).

n

pp

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

CÁLCULOS PARA A DETERMINAÇÃO DA ALTURA DO LASTRO

7)

8)

Do gráfico com k, tiramos h.

025,1

87,53p

hp \ 25,1

0

87,53

hp

p

100.%0p

pk

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

PERFIL LONGITUDINAL DA VIA FERROVIÁRIA

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

EXEMPLOS DE ESPESSURA DO LASTRO

EFC: 35 cm de altura média e banqueta (ombro) de 40 cm;

EFVM: 30 cm de altura média e banqueta (ombro) de 35 cm.

Na EFC/EFVM o tempo de:

Desguarnecimento de lastro é de 10 anos para um

tempo ideal de 7 anos.

Nivelamento/alinhamento: 14 meses.

Custo de aquisição de lastro: brita 3

(US$ 10,82/m3 ) ; escória ( US$ 4,88/m3).

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

LASTRO DE ESCÓRIA DE ACIARIA

APLICAÇÃO DA ESCÓRIA DE ACIARIA EM LASTRO FERROVIÁRIO

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

LASTRO DE ESCÓRIA DE ACIARIA

Uma aplicação bastante difundida para a escória de

aciaria, e que consome boa parte da sua geração, é na execução

de lastro ferroviário.

No Brasil, cerca de 180.000 toneladas de escória de

aciaria são usadas para este fim anualmente, correspondendo a,

aproximadamente, 6,2% da geração de escória de aciaria.

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

LASTRO DE ESCÓRIA DE ACIARIA

Maior resistência ao desgaste;

Abrasão e massa específica relativamente alta, permitindo

melhor comportamento do lastro quanto ao movimento lateral;

Não apresenta substâncias orgânicas;

Proporciona melhor drenagem no lastro por sua estrutura

vesicular (evitando afundamento do lastro por água de penetração

e por vibração);

PROPRIEDADES

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

LASTRO DE ESCÓRIA DE ACIARIA

Melhor ajustamento dos dormentes

Melhor intertravamento entre os grãos devido a sua rugosidade

Apresenta boa resistência elétrica, o que evita interferências em

sinais utilizados nos sistemas de controle em ferrovias

PROPRIEDADES

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO NO LASTRO DE ESCÓRIA

CURVA GRANULOMÉTRICA

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

1,0E+01 1,0E+02

DIÂMETRO DOS GRÃOS (mm)

PO

RC

EN

TA

GE

M Q

UE

PA

SS

A

Construção

L/inferior ABNT(A)

L/superior ABNT(A)

L/inferior ABNT(B)

L/superior ABNT(B)

Peso

específico real

(kN/m³ )

Absorção

de água

( % )

Teor de

materiais

pulverulentos

( % )

Forma Solubilidade em água

35,75 1,13 0aproximadamente

prismática

Não apresentou alteração

após imersão em água por

um prazo de 15 dias

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO NO LASTRO DE ESCÓRIA

CURVA GRANULOMÉTRICA

y = 0,1355x + 13,105

R2 = 0,8999

15

20

25

20 30 40 50 60

Diâmetro equivalente De (mm)

Par

âmet

ro "

C"

R2 = 0,8246

0

5

10

15

50 100 150 200 250

Resistênciade à compressão uniaxial duc(MPa)

Índc

e de

car

rega

men

to p

on

tual

Is

-

(MP

a)

Resistência à

compressão

uniaxial δuc (Mpa)

Índice de

carregamento –

IS50 – (Mpa)Profundidade

(m)Identificação

Plano

Plano

//

Plano

Plano

//

Índice de

anisotro-

pia

0,0 – 0,20 Escória de

aciaria

165,60 156,26 8,33 7,86 1,06

Propriedade Seção 1 Seção 2 Seção 3 Seção 4 Seção 5Seção

6(a)

Seção

6(b)

Abrasão Los

Angeles (%)

- construção

10,43 10,43 10,43 10,43 10,43 10,43 10,43

Abrasão Los

Angeles (%) –

após 600 dias

7,30 8,38 7,24 6,44 7,64 11,37 8,37

F1=lastro limpo

Cu=material uniforme

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

LASTRO DE ESCÓRIA DE ACIARIA

Apesar das vantagens citadas anteriormente, estudos

sobre a compatibilidade do material com o sistemas modernos de

sinalização devem ser avaliados para evitar interrupções de

tráfego nas vias.

Também são necessários estudos através de ensaios

não convencionais a fim de credenciar e otimizar definitivamente o

uso desse resíduo.

Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

NORMAS

NBR 11461: Maio de 1988 – Projeto para renovação e/ou

melhoramento para lastro de via férrea.

NBR 7914: Janeiro de 1990 – Projeto de lastro para via férrea.

NBR 11541: Abril de 1991 – Amostragem de material para lastro

para via férrea.

NBR 5564: Novembro de 1991 – Via Férrea – Lastro – padrão.