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Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas DECIV Superestrutura de Ferrovias CIV 259 Aula 7 LASTRO

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Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes

Universidade Federal de Ouro Preto

Escola de Minas – DECIV

Superestrutura de Ferrovias – CIV 259

Aula 7

LASTRO

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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.

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LASTRO

Trilhos Trilhos

LASTRO

Dormentes Dormentes

-

Subleito Subleito

Valetas Valetas

Sublastro

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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.

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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).

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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%

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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.

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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

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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)

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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.

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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

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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)

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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

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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

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DIMENSIONAMENTO DO LASTRO E DO SUBLASTRO

PRESSÃO ADMISSÍVEL NO SUBLASTRO

1

rup

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

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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

PP

Obtido através do CBR

Coeficiente de segurança

entre 5 e 6 quando Prup

for obtido por meio do

valor de CBR

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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

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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).

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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

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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

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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

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CÁLCULOS PARA A DETERMINAÇÃO DA ALTURA DO LASTRO

5) Cálculo da pressão de ruptura do solo:

onde:

100.70

PCBR

10070

CBRP

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CÁLCULOS PARA A DETERMINAÇÃO DA ALTURA DO LASTRO

6) Cálculo da pressão admissível

onde:

n = 5 – 6 (coeficiente de segurança).

n

pp

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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

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PERFIL LONGITUDINAL DA VIA FERROVIÁRIA

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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).

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LASTRO DE ESCÓRIA DE ACIARIA

APLICAÇÃO DA ESCÓRIA DE ACIARIA EM LASTRO FERROVIÁRIO

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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.

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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

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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

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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

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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

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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.

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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.