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Porf. Rodrigo de Alvarenga Rosa 12/04/2011
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1Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosarodrigoalvarengarosa@gmail.com(27) 9941-3300
Departamento de Eng. Produção
Estradas de FerroVia Permanente - Superestrutura
2Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• A superestrutura é a parte da VP que recebe os impa ctos diretos da composição ferroviária
• Os principais elementos constitutivos da superestru tura são:– Trilho– Dormente– Lastro e Sublastro– Acessórios de fixação– Aparelho de mudança de via
Superestrutura
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Superestrutura
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• Os trilhos são apoiados e fixados em dormentes, que são regularmente espaçados e são assentados, na maioria dos casos, sobre um colchão amortecedor de material gra nular, o lastro
• O lastro absorve os esforços vindos dos dormentes e transmite ao solo as pressões correspondentes às ca rgas suportadas pelos trilhos, distribuindo-as, com taxa compatível à sua capacidade de suporte, para o terr apleno
Superestrutura
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Superestrutura
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• O trilho é o elemento da superestrutura que constit ui a superfície de rolamento e guias para as rodas dos v eículos
• Perfil do tipo Vignole
Superestrutura - Trilhos
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• Classificação quanto ao comprimento do trilho• Trilho padrão
– 12 ou 18 metros• Trilho longo
– trilhos padrão soldados, de 250 a 350 metros
Superestrutura - Trilhos
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Trilho
PerfilVignole
Superestrutura
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Trilho
Superestrutura - Trilhos
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• Geralmente o material empregado é o aço-carbono
• Composição
– Ferro
• 98% da composição do trilho
– Carbono
• proporciona maior dureza ao aço
• Uma maior quantidade torna o aço quebradiço, principalmente se não reduzir o percentual de fósforo
Superestrutura - Trilhos
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• Composição
– Manganês
• proporciona maior dureza ao aço
• Pode produzir fragilidade junto ao carbono
– Silício
• aumenta a resistência a ruptura sem sacrificar a dutilidade ou tenacidade do aço
– Fósforo
• é um elemento indesejável, pois torno o aço quebradiço
• seu efeito é menor quanto menos carbono tiver no aço
– Enxofre
• é um elemento indesejável, pois torno o aço quebradiço
• Combina com o ferro e tira suas principais qualidades
• forma as chamadas segregações
Superestrutura - Trilhos
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• Composição química do aço-carbono
– Tabela usada nos Estados Unidos
Superestrutura - Trilhos
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• Fabricação dos trilhos
– O aço é levado a lingoteiras
– Os fenômenos físico-químicos que ocorrem nas lingoteiras durante o processo de solidificação do aço pode dar origem a diversas imperfeições do aço
– Cada corrida geralmente gera três lingotes A, B e C e cada um dará origem a um trilho
– Os trilhos são laminados a quente a partir dos lingotes
• é passado em diversos cilindros que vão dando a forma de um perfil Vignole
Superestrutura - Trilhos
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• Especificações para recebimento dos trilhos
– Normas para recebimento dos trilhos
• UIC (União Internacional das Estradas de Ferro), Europa
• ASTM (American Society for Testing Material) , americana
• AREA (American Railway Engineering), americana
– Características dimensões e peso
• Trilhos de 12 ou 18 m, tolerância no comprimento é +- 3mm
• Tolerância nas dimensões da seção transversal é +- 5mm
• Tolerância na pesagem é 2% de cada lote de 50 trilhos desde que o total não ultrapasse 1%
Superestrutura - Trilhos
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• Especificações para recebimento dos trilhos
– Prova de choque
• Realizada por uma máquina que permite que um peso de 2.000 lb (907,2 kg) caia livremente de uma altura especificada conforme tabela
• Deve ter um vão de 0,91 a 1,42 m ajustável
• Martelo sobre o boleto
• Em temperatura de 38º C
Superestrutura - Trilhos
Peso do Trilho em kg/m Altura da queda em m
24,8 a 29,8 4,88
29,9 a 39,7 5,18
39,8 a 44,6 5,49
44,7 a 49,6 5,79
49,7 a 59,5 6,10
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17Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Especificações para recebimento dos trilhos
– Ensaio de tração
• Do boleto do trilho da prova de choque retiram-se corpos de prova a frio para a máquina de ensaio de tração
– Carga de ruptura: 70 a 85 kg/mm2
– Limite de elasticidade: 35 a 40 kg/mm2
– Alongamento em 200mm: 10 a 12%
- Se 10% do material não satisfizer às especificações, a corrida será rejeitada
Superestrutura - Trilhos
18Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Especificações para recebimento dos trilhos
– Ensaio de Resiliência
• Aplicado em 2% dos trilhos e serve como índice de fragilidade do aço
• Corpos de prova de 55 x 10 x 10 mm onde se faz um entalhe com ferro redondo de 2mm
• Submete a choques sucessivos até a fratura
• Se o trabalho de choque foi de τ kg m então a resiliência é dada por:
• Onde S é a seção da fratura
• ρ >= 3 kg m / cm2
• Não leva a resultados conclusivos, mas é importante a título de registro
Superestrutura - Trilhos
S
τρ =
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• Especificações para recebimento dos trilhos
– Ensaio de Dureza Brinell
• Utiliza-se uma esfera de 10 mm de diâmetro e um esforço de 3.000kg, durante alguns segundos
onde
• DB >= 210kg/mm2
Superestrutura - Trilhos
SS
PDB
3000== )(2
222 dDDD
S −−= π
D
d
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• Especificações para recebimento dos trilhos
– Ensaio de Dureza Brinell
• Da Dureza Brinell pode se deduzir o valor aproximado da resistência a ruptura em kg/mm2
• A dureza do trilho é uma das mais importantes propriedades do trilho
• Vai determinar o desgaste provocado pelo atrito das rodas dos veículos, principalmente curvas
Superestrutura - Trilhos
DBR 35,0=
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• Especificações para recebimento dos trilhos
– Ensaio micrográfico
• Atacar a superfície interna do trilho com iodo em solução alcoólica ou com ácido pícrico em álcool
• Permite caracterizar
– as inclusões (matérias estranhas)
– zonas de diferentes concentrações de carbono
– Fissuras superficiais
– Ensaio macrográfico
• Atacar a superfície externa do trilho com reativo
• É feito exame de corrosão com uma simples observação visual
• Usa-se reativo de Heyn (cloreto duplo de cobre e amônio em água destilada) ou reativo de Bauman (brometo de prata)
Superestrutura - Trilhos
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• Especificações para recebimento dos trilhos
– Ensaio de entalhe e fratura
• Um corpo de prova representativo do topo do trilho que passou pela Prova de Choque é entalhado e fraturado
• Se a fratura apresentar trincas, esfoliações, cavidades, matéria estranha interposta, estrutura brilhante ou granulação fina, o trilho do Corpo de Prova é classificado como “X”
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• Classificação dos trilhos
– A ASTM (American Society for Testing Materials) estabelece o seguinte critério
• Trilho no 1 - trilho isento de qualquer defeito
• Trilho X - trilho que ensaio de entalhe e fratura apresentou algum problema
• Trilho no 2 - trilho que contém poucos imperfeições e o inspetor por sua análise o aceita
Superestrutura - Trilhos
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• Marcas de classificação
– Servem para identificar os trilhos quanto à sua qualidade e comparação das possíveis avarias
• Na alma dos trilhos
– Um lado: Marca da usina, país, indicação de que o resfriamento foi controlado (RC), o tipo do forno de aço referente à fabricação (T-Thomas, B-Bessemer, M-Martin, E-Elétrico, SM-Siemens-Martin), o tipo do trilho (quanto ao peso) e o ano e mês de fabricação
» Exemplo: CSN - Brasil - RC - SM - TR-68 - 2010 - IIII (abril)
– Do outro lado é identificado o número da corrida, a letra indicativa da posição do trilho no lingote por ordem de lingotamento
» Exemplo: 380177 - C - 15 (C significa terceiro lingote)
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25Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Trilhos especiais
– As ferrovias estão demandando cada vez mais demandando locomotivas maiores e mais pesadas e o mesmo para vagões
– Principalmente nas ferrovias de minério (EFVM, EFC e MRS)
– Desgaste principalmente em curvas se torna muito acentuado nestes casos
– Existem dois métodos para aumentar a vida útil dos trilhos
• Fazer um tratamento térmico
• Aços especiais (aço-liga)
Superestrutura - Trilhos
26Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Trilhos especiais com tratamento térmico
– A têmpera do aço é conseguida pelo tempo de resfriamento do aço
• Tempos de resfriamento muito rápidos levam a aços mais duros e mais frágeis
– Percebeu-se que caso fosse o “recozimento” após a têmpera obtêm-se um aço de grande dureza e tenacidade
• Conhecido como recozimento após têmpera
Superestrutura - Trilhos
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27Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Trilhos especiais - Aços especiais (aço-liga)
– Os aços-carbono comuns não são apenas ligas de ferro e carbono, eles contém outros elementos que melhoram e pioram a qualidade do aço
– Os aços liga contém maior quantidade dos elementos que efetivamente melhoram a qualidade do aço
• Cromo
• Manganês
• Silício
Superestrutura - Trilhos
28Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Defeitos nos trilhos– Defeitos de fabricação
• Vazios (bolsa de contração)• Segregações• Inclusões• Fissuras transversais• Defeitos de laminação
Superestrutura - Trilhos
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• Defeitos nos trilhos– Defeitos originados de serviço
• Deformação das pontas• Deformação das pontas• Autotêmpera superficial• Escoamento do metal na superfície do boleto• Ataque da alma e do patim por corrosão atmosférica• Desgaste por atrito, principalmente nos trechos em
curva• Desgaste ondulatório• Fissuras transversais e trincas de fadiga que têm i nício
no boleto e progridem até o trilho sofrer ruptura
Superestrutura - Trilhos
30Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Escoamento do Boleto
Desgaste por atrito (patinação)
Superestrutura -
Trilhos
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Desgaste LateralPor atrito
Superestrutura - Trilhos
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• São classificados pelo seu peso por metro (kg/metro )– Os tipos mais comuns são: TR25, TR32, TR37, TR40, T R45,
TR50, TR57, TR68. • O número que identifica o tipo significa quanto pes a um metro do
trilho– TR68 - 68 quilos por cada metro linear
• As dimensões dos trilhos variam dependendo do tipo
Superestrutura - Trilhos
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Superestrutura - Trilhos
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TR 57
Superestrutura - Trilhos
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35Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Pré-dimensionamento de trilhos– Determinação da Carga de Cálculo
– Sendo
• P - carga por eixo
• Cd - coeficiente dinâmico ou de impacto
• V - velocidade do trem (km/h)
• n = Kg / m de aço do trilho
Superestrutura - Trilhos
cálculo
d
dcálculo
Pn
hkmVV
C
CPP
2
)/100(30000
12
=
<+=
=
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• Supondo um tráfego que suportará um trem com uma locomotiva de peso máximo por eixo de 20 toneladas, com velocidade de 80 km/h, pergunta-se: Qual o perfil de trilho que deverá ser usado?
Superestrutura - Trilhos
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37Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Supondo um tráfego que suportará um trem com uma locomotiva de peso máximo por eixo de 20 toneladas, com velocidade de 80 km/h, pergunta-se: Qual o perfil de trilho que deverá ser usado?
• P - carga por eixo
• Cd - coeficiente dinâmico ou de impacto
• V - velocidade do trem (km/h)
• n = Kg / m de aço do trilho
• Análise do efeito da velocidade no perfil do trilho: Quanto maior a velocidade, maior será o perfil do trilho
Superestrutura - Trilhos
504,482,242
2,2421,120
21,130000
801
2
TRxn
P
C
cálculo
d
→==
==
=+=
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• Seção Transversal dos Trilhos
– O trilho é colocado inclinado de 1:20 ou 1:40 sobre a vertical
• Reduz desgaste do trilho e do aro
Superestrutura - Trilhos
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• Seção Transversal dos Trilhos– O ângulo ββββ do friso da roda é
geralmente de 60º • Se ββββ > 60º há mais facilidade das
rodas subirem nas juntas• Se ββββ < 60º e houver discordância no
alinhamento das pontas do trilho há mais facilidade das rodas subirem nas juntas
• Ambas situações provocam o descarrilamento
Superestrutura - Trilhos
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• O boleto do trilho está sujeito a desgaste lateral e vertical– A largura c e altura e são estabelecidas para atender aos
esforços horizontal e vertical que o trilho está su bmetido– O desgaste da altura e pode atingir até 12 mm em vias
principais e 15 mm em vias secundárias– A largura do boleto c deve guardar com a altura e uma
relação tal que o desgaste lateral não obrigue a substituição do trilho
•
Superestrutura - Trilhos
8,16,1 aec ≈
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• O desgaste do boleto deve ocorrer no mesmo tempo que o desgaste por oxidação da alma e do patim
• É importante a relação entre a altura do trilho h e a largura do patim l– Esta relação é importante para responder
ao esforço vertical P e a força lateral Ft – O momento de reviramento que é
combatido pelo fixação do trilho mais o momento
– A relação ideal é
Superestrutura - Trilhos
1,10,1 alh ≈
hxFt
2lxP
42Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Coeficiente de utilidade
– onde• c - coeficiente de utilidade• w - módulo resistente à flexão onde
S é a área da seção transversal do trilho e h a altura• p - peso do trilho em kg/m
• Serve para comparar dois perfis diferentes de trilh o– O que tiver maior valor é o mais econômico – Pois terá menor peso para o mesmo valor do módulo
resistente à flexão w
Superestrutura - Trilhos
pwc =
hSaw 27,025,0=
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• A durabilidade dos trilhos define os limites de uso do trilho– Até quando um trilho pode ser usado sem comprometer a
segurança da circulação– É de extrema importância, pois afeta diretamente os
custos de manutenção da via permanente• Várias indicações podem ser usadas para estabelecer este
limite (mas deve ser analisado em cada ferrovia!)
Superestrutura - Trilhos
44Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Limite de 12 mm de desgaste vertical do boleto para as linhas principais
• Limite de 15 a 20 mm de desgaste vertical do boleto para as linhas secundárias
• A perda de peso admitida é de 10% para trilhos até TR45 e 15 a 20% para trilhos maiores
• Limite de 25% da perda de área do boleto
Superestrutura - Trilhos
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• Desgaste lateral do boleto– Ângulo de desgaste ΘΘΘΘ pode atingir no máximo 32º a 34º– É medido a partir da extremidade superior do boleto
Superestrutura - Trilhos
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• Pode-se relacionar estatisticamente a perda de peso dos trilhos em função do número de toneladas que circul am sobre os mesmos– Pode-se então prever qual será a vida útil do trilh o
• Perda de peso em kg/m (Essa perda refere-se à passa gem de 9.072.000 toneladas métricas de carga– Em função do raio , sendo R o raio da curva
em metros– Em função da área do boleto , sen do P o peso
do trilho em kg/m e S a área do perfil do trilho em cm 2 e ∆∆∆∆Sa perda de área do boleto
Superestrutura - Trilhos
Rp 433=∆
SS
Pp ∆=∆
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• Admitindo como limite máximo o desgaste de 25% da á rea do boleto
– Onde Sb é a área do boleto
Superestrutura - Trilhos
p
pT
RpS
S
Pp b
∆∆
=
=∆=∆
max
max
000.072.9
43325,0
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• Indicação da AREMA (American Railroad Association)– onde Ts toneladas brutas que o trilho
suporta em short-ton para transformar em tonelada métrica ; W peso do trilho em lb/jd e D a
densidade anual de tráfego em milhões de toneladas brutas
• Então a vida útil do trilho será
Superestrutura - Trilhos
505,0545,0 DWTs =
1,1sTT =
DTn =
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49Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• A expressão é válida para tangentes ou curvas com r aios superiores a 1.800m.
• Para raios inferiores a este limite deve-se aplicar uma redução na vida útil com base nas estatísticas americanas
Superestrutura - Trilhos
50Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Para melhorar a vida útil pode-se fazer:– Lubrificação dos trilhos pela parte lateral interna do boleto– Lubrificação constante dos pratos peão dos vagões e
locomotivas para atacarem menos o trilho
Superestrutura - Trilhos
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• A vida útil de um trilho é de aproximadamente 550 m ilhões de toneladas de tráfego. Aproximadamente, 9 mil tonela das de tráfego por hora, durante 7 anos. Em linhas secundá rias, os trilhos podem durar até 60 anos.
Superestrutura - Trilhos
52Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Acessórios de trilho– A tala de junção é o material metálico que apertado contra
as laterais das extremidades do trilho por parafuso s com porcas e arruelas de pressão, garante sua continuid ade
– Pode ser substituída pela solda dos dois trilhos
Superestrutura - Trilhos
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53Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Gancho de via– Quando existe dilatação dos trilhos em demasia gera ndo o
deslocamento dos mesmos e da própria grade da via
Superestrutura - Trilhos
54Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Tala de Junção
Superestrutura – Acessório de Trilhos (tala de junção)
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55Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Tala de Junção
Superestrutura – Acessório de Trilhos (tala de junção)
56Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Acessórios de trilho– A tala de junção pode ser substituída por solda– Aluminotérmica– Elétrica
Superestrutura - Trilhos
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57Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – Trilhos (solda)
58Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – Trilhos (solda)
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Superestrutura – Trilhos (solda)
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Superestrutura – Trilhos (solda)
Solda ElétricaC:\DadosRodrigo\MinhasFoto
s\SoldaEletrica.avi
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61Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Acessórios de fixação – Os acessórios de fixação são os elementos que têm p or
função fixar os trilhos nos dormentes.
Superestrutura – Acessório de Fixação
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Placa de apoio
Superestrutura – Acessório de Fixação
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63Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Placa de apoio em
perfil
Parte de dentro da
bitola1:20
64Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Placa de
apoio
Superestrutura – Acessório de Fixação
Galocha
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65Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
FixaçãoDenick
Superestrutura – Acessório de Fixação
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FixaçãoDenick
Superestrutura – Acessório de Fixação
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67Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – Acessório de Fixação
1 2 3
4 5
68Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
FixaçãoPandrol
Superestrutura – Acessório de Fixação
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69Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
FixaçãoPandrol
Superestrutura – Acessório de FixaçãoTirefond
Mola aperto
Placa de apoio
70Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
FixaçãoPandrol
Superestrutura – Acessório de Fixação
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36
71Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
FixaçãoPandrol
72Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Prego deLinha
Superestrutura – Acessório de Fixação
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37
73Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Retensor
Superestrutura – Acessório de Fixação
74Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Retensor
Superestrutura – Acessório de Fixação
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38
75Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Retensor
Superestrutura – Acessório de Fixação
76Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Retensor
Porf. Rodrigo de Alvarenga Rosa 12/04/2011
39
77Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Tirefond
Placa deapoio
Superestrutura – Acessório de Fixação
78Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – Acessório de Fixação
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79Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• O dormente é o elemento que fixa os trilhos e manté m a bitola da via
• Transmite ao lastro os esforços recebidos dos trilh os• Características necessárias aos dormentes
– A espessura de a necessária rigidez, porém com algu ma elasticidade
– Que tenha resistência aos esforços que esteja subme tido– Que permita com relativa facilidade o nivelamento d o
lastro, socaria, na sua base– Que resista aos deslocamentos longitudinais e
transversais da via– Que tenha durabilidade
Superestrutura – Dormente
80Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – Dormente
• Taxa de dormentação - Número médio de dormentes por quilômetro de via permanente
Bitola larga (1,60m)
Linhas quantidade por km espaçamento (cm)
Tronco Valores 1820 55
Limites 1667 60
Subsidiárias Valores 1540 65
Limites 1430 70
Bitola métrica (1,00m)Linhas quantidade por km espaçamento (cm)
Tronco Valores 1667 60Limites 1667 60
Subsidiárias Valores 1540 65
Limites 1667 70
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81Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Os dormentes podem ser confeccionados nos seguintes materiais:– Madeira– Aço– Concreto– Material sintético
Superestrutura – Dormente
82Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Dormentes de Madeira• A madeira reúne quase todas as qualidades exigidas para o
dormente.
• Até o presente, o principal tipo de dormente.
• A introdução dormente de concreto e o de aço visam substituí-lo devido a fatores como a escassez, reflorestamento deficiente e o uso de madeiras de boa qualidade para fins mais nobre e preços mais elevados.
• Os de madeira de lei, difícil de achar hoje em dia, de sucupira chegam a durar 30 anos.
• Relativamente leves: 70kg
Superestrutura – Dormente
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83Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Dormente de
Madeira
Superestrutura – Dormente
84Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Durabilidade dos dormentes de madeira– Clima;– Drenagem da Via;– Peso e velocidade dos trens;– Época do ano em que a madeira foi cortada ;– Grau de secagem;– Tipo de fixação do trilho;– Tipo de lastro;– Tipo de placa de apoio do trilho do dormente .
Superestrutura – Dormente
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85Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• A vida útil do dormente da madeira é em função de
– da resistência ao apodrecimento
– desgaste mecânico.
• O ponto mais vulnerável do dormente é o local de fixação do trilho.
• A escolha do dormente de madeira está, portanto, condicionada a estes fatores:
– Pela sua resistência à destruição mecânica – pela dureza e coesão da madeira;
– Pela sua resistência ao apodrecimento (ação de fungos);
– Pela maior ou menor facilidade de obtenção;
– Por razões de ordem econômica.
• Atualmente, só para manutenção tem escolhido o dorm ente de madeira. Questões ambientais forçam as novas fer rovias a optar pelo de concreto ou o de aço!!!!
Superestrutura – Dormente
86Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Vantagens dos dormentes de madeira
– leves e de fácil manuseio;
– serragem, furação e entalhamento fácil;
– fixação fácil dos trilhos e placas de apoio;
– são pouco afetados pelas severas condições de manuseio e de transporte;
– não são atacados por resíduos industriais poluidores da atmosfera;
– possuem valor residual.
Superestrutura – Dormente
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87Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Desvantagens dos dormentes de madeira
– menor vida útil;
– são suscetíveis a ação de fungos, insetos e fogo;
– permitem gradual abertura da bitola e queda das condições da linha pela afrouxamento das fixações com o conseqüente desgaste da via;
– os dormentes especiais para os AMV’s são de preço elevado e de difícil aquisição;
– exigem maior área de armazenagem e secagem quando tratados.
Superestrutura – Dormente
88Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Fatores que condicionam a escolha do dormente de madeira– resistência a destruição mecânica (dureza e coesão da
madeira);– resistência ao apodrecimento; – maior ou menor facilidade de obtenção (razões
econômicas e ambientais).
Superestrutura – Dormente
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89Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – Dormente
Propriedade Relação com a densidade DMadeira verde (30% Seca ao ar (12% de
umidade) umidade)FLEXÃO ESTÁTICA
Tensão no limite de proporcionalidade (kg/cm2) 717D1,25 1170D1,25
Tensão de ruptura (kg/cm2) 1240D1,25 1800D1,25
FLEXÃO DINÂMICACOMPRESSÃO PARALELA ÀS FIBRASTensão no limite de proporcionalidade (kg/cm2) 370D 615D
Tensão de ruptura (kg/cm2) 470D 850D
COMPRESSÃO PERPENDICULAR ÀS FIBRAS
Tensão no limite de proporcionalidade (kg/cm2) 210D2,25 326D2,25
DUREZA
No topo (kg) 1360D2,25 2180D2,25
Lateral (kg) 1550D2,25 1710D2,25
90Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Zona de fixação nos dormentes de madeira– Nos dormentes utilizados em ferrovias de bitola larga é a
região que se estende em 50 cm a partir de 60cm do meio do dormente;
– •nos dormentes utilizados em ferrovias de bitola métrica, a região que se estende em 40 cm a partir de 35 cm do meio do dormente.
Superestrutura – Dormente
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Superestrutura – Dormente
92Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Propriedades da madeira utilizada
• a madeira a ser empregada na fabricação deve vir deárvores sadias, abatidas vivas, sendo o corte realizado nos meses secos. A madeira deve ser de boa qualidade, de fibras duras e sem excesso de alburno (parte que envolve o cerne);
• os dormentes devem ser isentos de infecção por fungos ou insetos, rachaduras nos topos, fendas nas faces, cavidades, nós cariados ou perfurados e cascas.
Superestrutura – Dormente
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93Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Condições de fabricação dos dormentes de madeira
• as faces dos dormentes poderão ser lavradas ou serradas, admitindo-se reentrâncias de até 15mm de profundidade;
• as faces verticais deverão cortar uma das faces horizontais (a face inferior) segundo um ângulo reto;
• a face inferior deverá apresentar largura constante e arestas vivas;
• poderão ser tolerados desquinados (arestas mortas) na face superior desde que fiquem asseguradas as medidas d e rmínimas.
Superestrutura – Dormente
94Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• As dimensões dos dormentes variam conforme a bitola
Superestrutura – Dormente
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95Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• As dimensões dos dormentes variam conforme a bitola • (NBR 7511)
Superestrutura – Dormente
comprimento (m) largura (m) altura (m)
bitola
min max min max min max
1,000 1,90 2,00
1,435 2,55 2,65 0,22 0,24 0,16 0,17
1,600 2,65 2,80
tolerâncias 0,05 0,01 0,015
96Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Arestas
Superestrutura – Dormente
Na zona de fixação Fora da zona de fixação
bitola 1,60m bitola 1,00m bitola 1,60m bitola 1,00m
d 22 cm d 17 cm d 17 cm d 14 cm
r 15 cm r 14 cm r 10 cm r 8 cm
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97Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Tolerâncias para os dormentes de madeira
• são tolerados fendilhamentos no topo com 25cm no máximo de comprimento, desde que corrigidos ou contidos pela aplicação de grampos ou cintas anti-rachadura;
• são admitidos nós desde que os mesmos não ultrapassem 2cm de diâmetro e 8cm de profundidade e não se localizem na zona de fixação;
• curvaturas simples e regulares, no plano horizontal, são toleradas desde que as flechas medidas ao longo do comprimento não ultrapassem 6cm. Duplas curvaturas no plano horizontal só serão admitidas se qualquer flecha não ultrapassar 4cm;
Superestrutura – Dormente
98Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Tolerâncias para os dormentes de madeira
• são admitidos dormentes com curvaturas no plano vertical, desde que qualquer flecha medida ao longo do seu comprimento não ultrapasse 1cm;
• a diferença de altura entre dois pontos quaisquer das faces horizontais não deverá ser superior a 1,5cm.
Superestrutura – Dormente
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99Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Dormente de aço• Perfil em U
• Considerado um dormente de material misto, aço e brita
• Relativamente leve, 70kg
• Vantagens:
– material perfeitamente homogêneo;
– longa vida útil;
– boa resistência aos esforços transversais.
• Desvantagens:
– maior dificuldade para socaria e nivelamento;
– falta de isolamento elétrico em linhas sinalizadas;
– necessidade de linha com alto padrão de lastro e isenta de impactos na superfície de rolamento.
Superestrutura – Dormente
100Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Dormente de Aço
Superestrutura – Dormente
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• Dormente de Aço
Superestrutura – Dormente
102Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Dormente de aço
Superestrutura – Dormente
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103Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Dormente de aço
Superestrutura – Dormente
104Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Dormente de aço
Superestrutura – Dormente
Dificuldade de socaria
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105Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Dormente de concreto
• Relativamente pesados de 240kg a 300kg
• Demanda máquinas para assentamento e manutenção
• O concreto e o aço utilizados obedecem as especific ações correntes para esses materiais e a fabricação, cura e manuseio das peças são as mesmas dos artefatos de concreto e m geral.
Superestrutura – Dormente
106Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Dormente de Concreto• Vantagens:
– longa vida útil;
– peso elevado, proporcionando mais elasticidade à via;
– resistência aos agentes atmosféricos;
– características físicas e mecânicas uniformes;
– redução dos custos de manutenção da via.
• Desvantagens:
– necessidade de processo de fabricação apurado;
– dificuldade de transporte e manuseio devido ao peso elevado;
– dificuldade de fixação eficaz;
– necessidade de linha com alto padrão de lastro e nivelamento;
– perda total em caso de acidente.
Superestrutura – Dormente
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107Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Dormente de concreto
• Podem ser de três tipos
– Concreto protendido (mais usado em ferrovias de carga)
– Mistos ou polibloco
– Bi-bloco
Superestrutura – Dormente
108Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – Dormente
Dormente de ConcretoProtendido
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109Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – Dormente
Dormente de Concreto
110Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – Dormente
Dormente de Concreto
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111Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – Dormente
Dormente de Concreto bi-bloco
112Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Dormente de Plástico
• podem ser confeccionados a partir de material reciclado;
• possui o mesmo formato dos dormentes de madeira e podem ser usados de modo conjunto na mesma linha;
• produção e aplicação ainda em escala inicial.
Superestrutura – Dormente
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113Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Dormente de Plástico
Superestrutura – Dormente
114Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Dormente de Plástico
Superestrutura – Dormente
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115Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Dormente de Plástico• Vantagens dos dormentes de plástico
– vida útil estimada em mais de 50 anos;
– mais leve do que o dormente de madeira;
– não racha, nem trinca;
– eletricamente não condutivo;
– mantém suas propriedades físicas sem deterioração;
– utiliza mesma fixação dos dormentes existentes;
– absorve vibrações preservando o material rodante e a geometria da via;
– impermeável a água;
– impermeável a efeitos biológicos;
– resistente a óleo Diesel, óleo mineral e graxa;
– livre de produtos químicos tóxicos;
– 100% reciclável.
Superestrutura – Dormente
116Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Dormente de Plástico
• `Desvantagens dos dormentes de plástico
– é destruído pela ação do fogo ou contato com objetos de temperatura elevada;
– pode sofrer concorrência direta dos dormentes de madeira em países com reservas florestais abundantes;
– material feito a partir do petróleo (fonte não renovável) cujo preço está sujeito a elevações significativas no mercado internacional;
– tecnologia em desenvolvimento e consolidação no mercado ferroviário.
Superestrutura – Dormente
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117Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• A Grade da ferrovia é formada pelo dormente mais o trilho e os elementos de fixação
• Ela é preparada antes de se colocar o lastro– Depois de pronta ela é levantada e coloca-se o last ro e
procede-se a socaria
Superestrutura – Grade
118Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Grade da Ferrovia
Desguarnece-dora
de lastro
Superestrutura – Grade
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119Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• a superfície final da infraestrutura 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.
Superestrutura – (Relembrando Infraestrutura)
120Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• 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.
Superestrutura – (Relembrando Infraestrutura)
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121Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• 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.
Superestrutura – (Relembrando Infraestrutura)
122Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• 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.
Superestrutura – (Relembrando Infraestrutura)
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123Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• O sublastro é o material granular regularmente dist ribuído entre o lastro e o terrapleno, com a finalidade de – melhorar a capacidade de suporte da plataforma– Evitar a penetração do lastro na plataforma– Aumentar a resistência do leito à erosão e a penet ração
de água, concorrendo para uma boa drenagem da via– Permitir relativa elasticidade ao apoio do lastro p ara que a
via permanente não seja rígida• Material mais barato que o lastro, o que reduz os c ustos de
construção da VP
Superestrutura – Sublastro
124Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Material para o sublastro– IG (Índice de Grupo) = 0 (zero)– LL (Limite de Liquidez) = máximo de 35– IP (Índice de Plasticidade) = máximo de 6
– Expansão máxima de 1%– CBR (Índice de suporte Califórnia) - mínimo de 30
Superestrutura – sublastro
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125Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• O sublastro deverá ser compactado de modo a obter-s e peso específico aparente correspondente a 100% do ensaio de proctor.
• O sublastro usualmente tem altura de 20cm, mas deve ria ser calculado para absorver as pressões vindas do lastr o e chegar na plataforma com uma taxa de trabalho compa tível com o solo da plataforma
Superestrutura – sublastro
126Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• material que se enquadre, de preferência, no grupo A1 declassificação 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 ampla s variações na resistência durante os ciclos de secag em e umedecimento, são portanto indesejáveis.
• Os solos mal graduados, como areias finas (A3), são difíceis de serem compactados para alcançar altas densidades
Superestrutura – sublastro
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127Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – sublastro
128Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• É o elemento da superestrutura situado entre os dormentes e a plataforma
• Para a escolha do tipo do lastro deve-se observar
– Fluxo da carga, o tipo de carga, a velocidade do trem e o custo de aquisição
• Deve-se observar também os critérios técnicos para um bom lastro
– Resistência; Durabilidade; Estabilidade; Drenabilidade; Limpeza; Trabalhabilidade; Disponibilidade; Custo
• Consome-se em média 1,5 m3 de lastro por metro corrente de via bitola métrica
Superestrutura – Lastro
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129Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• O lastro tem as seguintes funções:
– Distribuir de forma uniforme sobre a plataforma os esforços resultantes das cargas dos veículos, produzindo uma taxa de trabalho menor na plataforma;
– Impedir os deslocamentos dos dormentes, vertical como horizontalmente;
– Formar um suporte, até certo limite elástico, atenuando as trepidações resultantes da passagens dos veículos rodantes;
– Sobrepondo-se a plataforma, suprimir suas irregularidades, formando uma superfície contínua e uniforme para os dormentes e trilhos;
– Impedir os deslocamentos os deslocamentos dos dormentes, quer no sentido longitudinal e no transversal
– Facilitar a drenagem da superestrutura
Superestrutura – Lastro
130Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Para desempenhar tais funções, o lastro deve ter as seguintes qualidades:
– Suficiente resistência aos esforços transmitidos pelos dormentes;
– Possuir elasticidade limitada para abrandar os choques;
– Ter dimensões que permitam sua interposição entre os dormentes e abaixo dos mesmos;
– Ser resistente aos agentes atmosféricos;
– Não produzir pó, prejudicial ao material rodante;
– Deve ser francamente permeável para uma boa drenagem.
Superestrutura – Lastro
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131Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Soca ou socaria
– É o processo de se compactar o lastro por meio manual ou por meio mecanizado.
Superestrutura – Lastro
132Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Soca ou socariaSuperestrutura – Lastro
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133Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Soca ou socaria
C:\DadosRodrigo\MinhasFotos\CefetCariacica\VisitaFundao20062007\Fundao 064
C:\DadosRodrigo\MinhasFotos\CefetCariacica\VisitaFundao20062007\Fundao 070
Superestrutura – Lastro
134Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• O material utilizado como lastro pode ser:– Brita (o melhor!!)– Escória de alto forno /aciaria (A EFVM utilizou
bastante mas teve muito problema)– Terra– Cascalho
Superestrutura – Lastro
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135Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Brita
Superestrutura – Lastro
136Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Escória deaciaria
Superestrutura – Lastro
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69
137Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• As especificações adotadas em nosso país seguem tanto quanto possível as especificações da AREMA (AREMA - American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association).
• As pedras do lastro não devem ter grandes dimensões, pois nesse caso funcionariam como “cunhas” e o nivelamento seria pouco durável.
• Por outro lado, dimensões muito pequenas acarretariam uma rápida “colmatagem” do lastro, perdendo este a sua função drenante.
• As especificações modernas determinam que as pedras do lastro tenham dimensões entre ¾” e 2½” (2 - 6cm).
Superestrutura – Lastro
138Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• AREMA (AREMA - American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association).
• Peso específico mínimo: 2,7
• Resistência à ruptura: 700 kg/cm2 (ensaio: cubos de 5 cm de aresta, levados a uma máquina de compressão)
• 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)
• 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).
Superestrutura – Lastro
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70
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• AREMA (AREMA - American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association).
• Substâncias nocivas: a quantidade de substâncias nocivas e torrões de argila não deve ultrapassar 1%.
• Granulometria: pedras do lastro devem ter dimensões entre 2 e 6 cm
Superestrutura – Lastro
Percentagens acumuladas nas peneirasGraduação 63,5mm 50mm 38mm 25mm 19mm 12,7mm
50mm a 25mm 0 0-5 35-65 85-100 90-100 95-100
140Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Especificações do lastro:
– massa específica ≥ 2,7 g/cm3
– coeficiente de desgaste Los Angeles ≤ 35%
– amostra: 5Kg (limpa e seca); 12 esferas de aço; 30 a 33 rpm; 500 revoluções
– após, passa-se o material na peneira #12 (1,68 mm) e pesa-se a quantidade retida
sendo P = peso da amostra (5Kg) e Pn = peso do material retido
Superestrutura – Lastro
%100P
PPCLA n−
=
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71
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Superestrutura – Lastro
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Superestrutura – Lastro
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72
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Superestrutura – Lastro
• Para preencher o formulário para a análise granulom étrica, usa-se a porcentagens acumuladas retidas
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• Altura do Lastro– Os estudos de Talbot
• diagrama de distribuição de pressões no lastro
• bulbo de distribuição de pressões
• As percentagens representam a pressão média na face inferior do dormente em contato com o lastro
Superestrutura – Lastro
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73
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• Gráfico de TalbotSuperestrutura – Lastro
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• Altura do Lastro– P0 = pressão média na face inferior do dormente (Kg/cm2)
– Ph = pressão a uma profundidade qualquer (Kg/cm2)
Superestrutura – Lastro
100%o
h
P
PK =
Po
Ph
h
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Superestrutura – Lastro
148Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Altura do Lastro– Segundo Talbot
• Ph = pressão a uma profundidade h (Kg/cm2)
• Po = pressão média na face inferior do dormente (Kg/cm2)
• h = altura do lastro (cm) h ≥ 25 cm
Superestrutura – Lastro
oh Ph
P25,1
87,53=Po
Ph
h
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75
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• Altura do Lastro– Determinação de P0
• Pc = carga a ser considerada sobre o dormente
• b = largura do dormente (cm)
• c = faixa de socaria (cm) - varia de 70 a 80 cm para bitola métrica e de 80 a 90 cm, para bitola larga
Superestrutura – Lastro
cxb
PP c
o =
Po
Ph
h
Pc
150Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Altura do Lastro
Pr - peso da roda mais pesada, Cd - Coeficiente
dinâmico
d - distância entre eixos da locomotiva, a - distância
entre centros dos dormentes
V - velocidade em km/h; como esta fórmula foi
definida antigamente, adota-se 1,4 como valor mínimo para Cd
Superestrutura – Lastro
dC
n
PP r
c =
a
dn =
000.301
2VCd +=
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151Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Altura do Lastro
• Tensão admissível no sublastro
Ps - pressão de ruptura do sublastro
cs - coeficiente de segurança que varia entre 5 e 6
Ph - pressão a uma profundidade h (Kg/cm2)
- tensão admissível no sublastro (Kg/cm2)
Superestrutura – Lastro
PPh ≤
s
sh c
pp =
100
70 CBRps =
P
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Exemplo do cálculo da altura do lastro
Dimensionar a altura do lastro sabendo-se os seguintes dados:
Peso por eixo - 20 toneladas
Dimensão dos dormentes - 2,00 x 0,20 x 0,16
Coeficiente dinâmico ou coeficiente de impacto - 1,4
Faixa de socaria - 70 cm
Distância entre eixos da locomotiva - 2,20 m
Taxa de dormentação (dormente/km) - 1750 un/km
CBR do sublastro - 20%
Superestrutura – Lastro
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153Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Exemplo do cálculo da altura do lastro
Solução
1) a = distância entre o centro dos dormente = 1000/1750 = 0,57
2) n = distância entre eixo / a
n = 2,20 / 0,57 = 3,86
3)
Pr - peso da roda mais pesada (20 x 1000) / 2 = 10000
dica: 20 ton/eixo, cada eixo 2 rodas, cada ton = 1000kg
Pc = (10000/3,86) x 1,4 = 3.627 kg
Superestrutura – Lastro
dC
n
PP r
c =
154Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Exemplo do cálculo da altura do lastro
Solução
4)
b - largura do dormente; c - faixa de socaria
Po = 3627 / (20 x 70) = 2,591 kg/cm2
5)
ps = 70 x 20 / 100 = 14 kg/cm2
Superestrutura – Lastro
cxb
PP c
o =
100
70 CBRps =
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Exemplo do cálculo da altura do lastro
Solução
6)
= 14 / 5,5 = 2,55 kg/cm2
7)
= (53,87 / h1,25) . Po
2,55 = (53,87 / h1,25) . 2,591
h = 24,7 = 25cm
Superestrutura – Lastro
hP
oh Ph
P25,1
87,53=
s
sh c
pp =
hp
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Exemplo do cálculo da altura do lastro
Outra Solução (pelo gráfico)
Depois do passo 4, com os valores de Ph e Po pode-se calcular K%
K% = (2,55 / 2,591) x 100 = 98,4%
Entrando no gráfico vê-se que a altura é de aprox. 25 cm.
Observação: é usual, na prática,adotar uma altura nunca inferior a 25 cm
Superestrutura – Lastro
100%o
h
P
PK =
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Valor dapressãoadmissívelno sublastro
Superestrutura – Lastro
158Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Exemplo do cálculo da altura do lastro
Solução
Na prática pode-se admitir a distribuição da pressão na plataforma.
supondo uma altura de 20 cm do sublastro.
Tem-se a pressão na plataforma da ferrovia:
Ph = (53,93 / (20 + 25)1,25) x 2,591 = 1,2 kg/cm2
O que é um valor razoável para terrenos compactados a 100%
Superestrutura – 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 (Cd);
3. Determinar a pressão sob a face inferior do dormente (Po);
4. Determinar pressão admissível (Ps) para o material a ser utilizado no sublastro;
5. Determinar a altura da camada de lastro.
6. Fazer os cálculos para a camada de sublastro para ver se a resistência de ruptura da plataforma suporta a carga
Superestrutura – Lastro
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• Processo de distribuição do lastro na ferrovia
• Vídeo: C:\DadosRodrigo\MinhasFotos\CefetCariacica\VisitaFundao20062007/\Fundao 11.avi
• C:\DadosRodrigo\MinhasFotos\CefetCariacica\VisitaFundao20062007/\Fundao 63.avi
Superestrutura – Lastro
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Superestrutura – Lastro
162Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• 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.
– a capacidade de suporte da plataforma não deverá ser excedida pela pressão transmitida pelo lastro, o qual terá espessura suficiente para uniformizá-la;
Superestrutura – Lastro
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163Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Limites para dimensionamento da seção
– 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.
– 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;
Superestrutura – Lastro
164Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Limites para dimensionamento da seção
– 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.
Superestrutura – Lastro
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165Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• 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.
Superestrutura – Lastro
166Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
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%
Superestrutura – Lastro
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167Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
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%
Superestrutura – Lastro
168Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Determine a altura da camada de lastro para uma ferrovia 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%
Superestrutura – Lastro
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169Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Determine a altura da camada de lastro para um ramal da ferrovia de bitola larga destinada ao tráfego de carga. O trecho tem extensão de 50km. Represente a seção tipo e determine 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%
Superestrutura – Lastro
170Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
• Os aparelhos de mudança de via são dispositivos met álicos que permitem a bifurcação de uma via férrea ou, inversamente, a união de duas vias. Esses aparelhos são denominados AMV
• Os AMVs podem ser caracterizados quanto à sua geome tria da seguinte forma:– Simétrico– Laterais– Assimétricos
Superestrutura – AMV
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• Os AMVs são compostos pelos seguintes elementos:
1. Jacaré2. Contratrilhos3. Trilhos de ligação4. Agulhas
Superestrutura – AMV
172Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Detalhe
Friso
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87
173Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
ContraTrilho
Jacaré
Agulha
Superestrutura – AMV
174Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Jacaré
Superestrutura – AMV
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88
175Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Agulha
Superestrutura – AMV
176Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
ContraTrilho
Jacaré
Agulha
Superestrutura – AMV
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89
177Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Jacaré
Agulha
ContraTrilho
Superestrutura – AMV
Chave
178Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
FrisoRoda
Ponta doJacaré
Superestrutura – AMV
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• JACARÉ: Peça que permite materializar a interseção de dois trilhos, permitindo passagem das rodas numa ou noutra linha.
• PONTA DO JACARÉ (PONTA DE ½”) : Extremidade afilada do coração em que bifurcam e se separam as duas linhas de bitola da reta e do desvio.
• PONTA TEÓRICA DO JACARÉ: Ponto de interseção das linhas de bitola que se cruzam no jacaré.
Superestrutura – AMV
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Superestrutura – AMV
Ponta do
Jacaré
Ponta Teórica
do Jacaré
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• NÚMERO DO JACARÉ– Na prática é um número que permite definir o ângulo de
abertura do jacaré e que varia com o inverso deste ângulo, ou seja, quanto maior for o número do jacaré, menor será o ângulo de abertura e mais suave a derivação pela linha desviada.
Superestrutura – AMV
abcdN=
22
1α
tgN =
cd
ab
Ponta Teórica
do Jacaré
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• NÚMERO DO JACARÉ– A Vale adota para a EFVM
• Na linha principal de circulação n = 20
• Nos pátios n = 10
Superestrutura – AMV
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• AGULHA: Peça feita de aço fundido ou forjado, ou de trilho usinado, destinada a encaminhar as rodas de veículos ferroviários de uma para outra linha.
• PONTA DE AGULHA : Extremidade afilada que se junta ao trilho de encosto. Pode ser do tipo removível, feita de aço fundido.
• CORPO DA AGULHA : Parte intermediária entre a ponta e o coice da agulha. Quando a agulha é feita de trilho poderá ser simples ou reforçada na alma, com uma das chapas rebitadas ou aparafusadas a esta.
Superestrutura – AMV
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• TRILHO DE ENCOSTO: Peça de trilho em que se apóia a agulha, denominado esquerdo ou direito, reto ou curvo, em função da sua localização. Conforme o tipo de agulha será ou não usinado. Também chamado encosto da agulha.
• VÉRTICE: Dobra dada no trilho encosto antes e próximo à ponta da agulha, na interseção das linhas de bitola da agulha e do trilho de encosto, do lado da curva.
• CALÇO ESPAÇADOR: Peça fixada na parte interna da agulha ou interna do trilho de encosto e destinada a limitar a flexão das agulhas.
Superestrutura – AMV
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Agulha
Superestrutura – AMV
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Ponta daAgulha
Superestrutura – AMV
Trilho De
Encosto
DetalheTrilho
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FrisoRoda
Ponta daAgulha
Superestrutura – AMV
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Superestrutura – AMV
Desgaste daPonta daAgulha
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• AVANÇO DO ENCOSTO DA AGULHA : Parte do trilho de encosto compreendida entre a junta inicial da chave e a ponta de agulha.
• PLACA BITOLADORA : Placa de deslizamento inteiriça ou com ligação intermediária para isolamento, abrangendo os dois trilhos, localizada sob a ponta da agulha e do trilho de encosto, calibrando a bitola da via. Em agulhas longas poderá haver mais de uma.
– A placa bitoladora pode ser reta nas duas faces ou curva em uma das faces. Caso seja curva, a parte convexa deverá estar voltada para o lado de dentro do AMV.
Superestrutura – AMV
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• ESCORA DO ENCOSTO: Peça geralmente em forma de cantoneira (mão francesa) para sustentação do encosto, separada ou fazendo parte integrante da placa de deslizamento, fixada na parte externa da placa.
• BARRAS DE CONJUGAÇÃO FIXAS: Peças usadas para ligar e conjugar as agulhas, tornando-as solidárias. Podem ser isoladas ou não. As barras de conjugação fixas não permitem regulagem da distância entre agulhas tornando mais difícil a manutenção da pressão de vedação das agulhas na medida do surgimento de desgastes e folgas.
• BARRAS DE CONJUGAÇÃO AJUSTÁVEL: Peças que ligam e conjugam as agulhas, permitindo a regulagem do espaçamento entre agulhas.
•
Superestrutura – AMV
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• TIRANTE: Barra ou varão que liga a barra de conjugação e as pontas das agulhas com o aparelho de manobra. Pode possuir (ou não) dispositivo ajustável para variar seu comprimento e facilitar regulagens.
• PUNHOS: Braçadeiras ou placas aparafusadas, fixos ou reajustáveis, que ligam as agulhas às barras de conjugação.
• CONTRA-PESO: Peso, regulável ou não, colocado na alavanca do aparelho de manobra, destinado a manter as agulhas rigidamente pressionadas contra o trilho de encosto.
• TALÃO OU COICE: Parte onde vai ser articulada a agulha, na parte oposta à agulha que encontra o contratrilho
Superestrutura – AMV
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Placa Bitoladora
Superestrutura – AMV
Barras de Conjugação
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Talão ouCoice
Superestrutura – AMV
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• CHAVE: Parte inicial móvel do AMV constituída de agulhas com seus respectivos trilhos de encosto, placas de deslizamento, calços, escoras, parafusos, barras de ligação, dormentes especiais, fixações e demais acessórios destinados a encaminhar veículos ferroviários de uma para outra via.
• APARELHO DE MANOBRA: Aparelho de vários tipos, para comando da chave, destinado a colocar as agulhas em posição que permita a mudança para a via desejada.
• INDICADOR DE VIA: Dispositivo de Sinalização ligado ao aparelho de manobra, com sinalização luminosa ou não, para indicar a direção da via franqueada à passagem de veículos.
• TRINCO: Dispositivo de segurança contra a inversão acidental da alavanca do aparelho de manobra.
Superestrutura – AMV
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Aparelho De
manobra
Superestrutura – AMV
Maromba + Contrapeso com alça
Tirante
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• Chave do AMV– Manual– Acionamento Életrico– Mola
Superestrutura – AMV
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Chave não feita! Descarrilamento
Chave feita OK!!!
Chave Manual
Superestrutura – AMV
198Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Chave do
AMV
Manual
Superestrutura – AMV
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199Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Modal Ferroviário
Chave do AMV
Acionamento
Elétrico
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Superestrutura – AMV Bitola Mista ou AMV Duplo
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201Curso de Engenharia Civil - Estradas de Ferro – Departamento de Produção - Prof. Dr. Rodrigo de Alvarenga Rosa
Superestrutura – AMV Bitola Mista ou AMV Duplo
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