aula1

PTR- 2501 Transporte Ferrovirio e Transporte Areo Escola Politcnica da Universidade de So PauloPTR 2501 Transporte ferrovirio e transporte areo

1 / 58 www.poli.usp.br/d/ptr2501

Prof. Dr. Telmo Giolito Porto

Escola Politcnica da Universidade de So Paulo

PTR 2501Aula 1Ricardo Martins da Silva

Transporte Ferrovirio e Transporte Areo

Introduo ao curso Geometria da via permanente

Prof. Dr. Telmo Giolito Porto

opaJ ,veLgaM08/02/2009

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Escola Politcnica da Universidade de So PauloPTR 2501 Transporte ferrovirio e transporte areo


Programa da disciplinaCaractersticas do transporte ferrovirio Geometria da via Elementos da via permanente Clculo estrutural da via permanente Lotao de trens Noes de frenagem Licenciamento e capacidade de via Sistemas de sinalizao



BibliografiaAPOSTILA DO CURSO Site da disciplina ESTRADAS DE FERRO - EPEC/625.1^B77 2a edio TRATADO DE FERROCARRILES - EPEC/625.1^T691 (Apenas o volume II) LA VOIE FERR - EPEC/625.5ÂL41 (Apenas o volume II) THEORY AND PRACTICE - EPEC/625.1^F265 1a edio A INFRAESTRUTURA DA VIA FRREA - Estante de Dissertaes DO PLANEJAMENTO IMPLANTAO DE PROJETOS DE MODERNIZAO FERROVIRIA, UM PROCESSO CONDICIONADO PELO FATOR TCNICO-ESPECIALIZADO - Estante de Dissertaes URBAN PUBLIC TRANSPORTATION SYSTEM AND TECHNOLOGY - EPEC/388.4^V972u MODERN RAILWAY TRACK - EPEC /625.143Ês92m DESVOS FERROVIRIOS - EPEC /625.151^R618d AMERICAN RAILWAY ENGINEERING ASSOCIATION - EPEC /385Âm35c, EPBC /385Âm35c REDE FERROVIRIA FEDERALNORMAS E INSTRUES DE VIA PERMANENTE EPEC/625.1^R246no^V3, V4, V8 NORMAS E INSTRUES DE ELETROTCNICA EPEC/625.1^ V5/7 ESTUDOS E RELATRIOS TCNICOS EPEC/625.1^R246no^V1, V2, V3

REVISTAS:REVUE GENERALE DES CHEMINS DE FER - Biblioteca da Engenharia Eltrica RAILWAY GAZETTE - Biblioteca da Engenharia Eltrica RAILWAY INTERNACIONAL - Biblioteca da Engenharia Eltrica QUARTELY REPORT OF RTRI - RAILWAY TECHNICAL RESERARCH INSTITUTE, JAPAN

Mais detalhes no site da disciplina

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Na Internet:www.poli.usp.br/d/ptr2501Programa da disciplina; Apostila; Bibliografia; Apresentaes de sala de aula; Exerccios on-line; Fotos e links interessantes;


Caractersticas da ferrovia

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Caractersticas da ferroviaVocaoCargaLonga distncia; Grande volume; Baixo valor especfico; Ex: gros,minrios, etc.;aivodor not /$R


Caractersticas da ferroviaVocaoPassageiros longa distnciaConforto; Velocidade mdia alta; Independncia das condies climticas

aicntsid

aivorref mk 004~


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Caractersticas da ferroviaVocaoTransporte urbano metropolitanoCapacidade (60.000 pass/h)Metr: 1.000 pass/trem x 60 trens/h = 60.000 pass/h CPTM: 3.000 pass/trem x 20 trens/h = 60.000 pass/h



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Caractersticas da ferroviaContato metal-metal



Caractersticas da ferroviaEixos guiados

MTPC ad mert mu ed enibaC

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Caractersticas da ferroviaBitolaB < 1,0 m B = 1,0 m B = 1,435 m B = 1,6 m ~1,65 m Sem expresso econmica Bitola mtrica Bitola normal Bitola larga

Bitola 1

Bitola 2

VGT mu ed enibaC

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Caractersticas dos veculosRoda solidria ao eixo

Solidrias ao eixo



Caractersticas dos veculosRoda solidria ao eixo

Existncia de frisos nas rodas

Friso

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Caractersticas dos veculosRoda solidria ao eixo Existncia de frisos nas rodas

Conicidade das rodasCurva Linha reta

Conicidade



Caractersticas dos veculosRoda solidria ao eixo Existncia de frisos nas rodas Conicidade das rodasTruque

Paralelismo dos eixos de um mesmo truqueTruque

oircsni ed

omin m oiar

o enifeD

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Caractersticas dos veculosRoda solidria ao eixo Existncia de frisos nas rodas Conicidade das rodas Paralelismo dos eixos do truqueP

Carga na ponta dos eixos



Caractersticas dos veculosRoda solidria ao eixo Existncia de frisos nas rodas Conicidade das rodas Paralelismo dos eixos do truque Carga na ponta dos eixos

Roda dentro do gabarito da caixa

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Geometria da via permanentePI te PC AC m R te PT m

B



Concordncia em plantaPI te PC AC m R te PT

m

PC: ponto de curva PI: ponto de interseco PT: ponto de tangente AC: ngulo central : ngulo de deflexo AC = PC PI e PI PT: tangentes externas

PC PI = PI PT

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Concordncia em plantaGrau de curvaCorda de 20 m

G/2

R

sen

G 10 = 2 R

G = 2 arcsen 10 R

para R dado em metros



Concordncia em plantaDeflexo A R B d

d=

2

p/ AB = 20 m:d= G 2

dm =

G 1 G = 2 20 40

dt = n

G 2

p/ AB 20 m:dt = dm l1 + n G + dm l 2 2

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Concordncia em plantaTangentes exterioreste PC AC m R PI te PT

m

Pi Pt = Pc Pi = te = R tg

AC 2



Concordncia em plantaRaio de curvaFlecha f C/2 R

C2 + 4 f 2 C 2 R 2 = + (R f ) R = 8 f 2

2

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Concordncia em plantaClculo do desenvolvimentoPI te PC AC m R te PT

m

3600 2 r AC D

D=

R AC 180 0



SuperelevaoSuperelevao (ou sobrelevao) B

h

Consiste em elevar a cota do trilho externo de uma curva.

Menor desconforto; Menor desgaste no contato metal-metal; Menor risco de tombamento para o lado externo da curva;Clculos da superelevao:Terica; Prtica; Prtica mxima;

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Superelevao tericaFora Resultante

Fora Centrfuga

h

Fora Peso

h B B

Superelevao Entre-eixos

B bitola



Superelevao tericaP sen( ) = Fc cos( ) pequeno cos =1;h h B Fora Resultante Fora Centrfuga Fora Peso Superelevao Entre-eixos

P sen( ) = Fc m V 2 P sen( ) = Rsen = h/B;

B

g = 9.81 m/s2 e v (m/s) = v (km/h) / 3.6;

P

h P V2 = B g R B V2 g R

h=

B V2 127 R

h=

para: h em metros; B em metros; R em metros; V em km/h;

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Problemas no dimensionamento pelo mtodo terico


Na via projetada para velocidade mxima prevista para trens de passageiros, aparecem os seguintes problemas: Utilizao da via por diversos tipos de veculos Veculos de manuteno mais lentos (risco de tombamento para o lado interno da curva); Desgaste excessivo do trilho interno; O trem de passageiros pode reduzir a velocidade.



Superelevao prticaVia projetada para velocidade diretriz; Velocidade mxima prevista para trens de passageiros; Trens de carga e manuteno utilizam a mesma via; Necessrio adotar hprt < hterico pr te

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Superelevao prticaCritrios racionais:ConfortoA acelerao centrfuga no equilibrada no pode causar desconforto aos passageiros

SeguranaParte da fora centrfuga no equilibrada, mas a estabilidade garantida por um coeficiente de segurana. Os critrios so equivalentes em seus resultados.



Critrio do confortoFora Resultante

Fora Centrfuga

hprt

Fora Peso

Fora .m B h Superelevao prtica

: componente da acelerao centrfuga no compensada

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Critrio do confortoFc cos P sen = m

h prat m V 2 m g = m R B

=hprt

h prat V2 g R B

Para velocidade em km/h, temos: V2 h prat = 127 R g B

B

B V 2 B h prat = 127 R g

Sup. terica

Reduo



Critrio do conforto bitola larga:h prat = B V 2 0,106 127 R

bitola mtrica :h prat = B V 2 0,046 127 R

Basicamente, podemos indicar: bitola mtrica : = 0,45 m/s2 bitola normal : = 0,60 m/s2 bitola larga: = 0,65 m/s2 Metr: = 0,85 m/s2 em linhas de fixao direta do trilho estrutura linha norte-sul e = 0,65 m/s2 para vias sobre lastro com dormentes de monobloco protendido linha leste-oeste.

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Critrio da seguranaParte da fora centrfuga no equilibrada, mas a estabilidade garantida por um coeficiente de segurana.d

CG CG

H

Fora Centrfuga

Fc . cos

hprt

Fora Peso P . sen

B P . cos

d: deslocamento do centro de gravidade; H: altura do centro de gravidade em relao aos trilhos;



Critrio da seguranad

Para cos = 1 e Fc . sen = 0CG H

Momento instabilizador:

CG

Fc = m hprt

V2 P V2 = R g R

Para V dado em km/h: B

Fc =

P V2 g 3,6 2 R H

P hp P V 2 Mi = (Fc P sen ) H = 12,96 9.81 R B

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Critrio da seguranad

Momento estabilizador:CG H

CG

B B Me = P cos d P d 2 2 Equilbrio:hprt

Me = n Min: coeficiente de segurana (~5)

B

P V 2 P h prat B P d = n 2 127 R B

H

h prat =

B V 2 B B d 127 R H n 2 Reduo

Sup. terica



Superelevao mximaSuperelevao mxima : evita o tombamento do trem para o lado interno da curva quando este est parado sobre ela.d

H

d:

deslocamento do CG

H: hmax B:

altura do CG

entre-eixos fora peso

B

d = deslocamento do centro de gravidade (~0,1 m); H: ~1,5 m para locomotivas diesel-eltricas e 1,8 para vages fechados carregados at o teto;

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Superelevao mximaMtodo Racional:Momento estabilizador: Momento instabilizador: Equilbrio: B B Me = P cos d P d 2 2 d H

Mi = P sen (H ) = P

h H B

Me = n Mi hmax B

onde n coeficiente de segurana.

h B P d = n P max H 2 B

hmax =

B B d H n 2

Mtodo Emprico (Normas ferrovirias): B = 1.60 m hmax = 16 cm; B = 1.00 m hmax = 10 cm;



Velocidade limiteVelocidade limite: mxima velocidade com que um trem pode percorrer uma curva que tenha superelevao prtica mxima.Vmax = f (R, hmax )Segurana Seguran Conforto V 2 hmax = lim B 127 R g

hmax =

B Vlim B B d 127 R H n 2

2

Vmax

B d h max 2 R = 127 + H n B

Vmax

B hmax + g = 127 R B

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Sobrecarga nos trilhos da curvad CG CG H

Se a fora centrfuga no est totalmente equilibrada, haver sobrecarga no trilho externo.Momentos em relao ao trilho externo

B F H + Pi B = P d 2 B

Pi =Pe

P B F H d B 2 B

Fora Centrfuga

Fora Peso

Pi

onde F = Fc cos P sen



Sobrecarga nos trilhos da curvad CG CG H

Se a fora centrfuga no est totalmente equilibrada, haver sobrecarga no trilho externo.Momentos em relao ao trilho interno

B F H + P + d = Pe B 2 B

Pe =Pe

P B F H + d + B 2 B

Fora Centrfuga

Fora Peso

Pi

onde F = Fc cos P sen

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Concordncia em planta com curvas de transioCurvatura: inverso do raio Curva em plantaR R=


C=

1 R

C=0

C = 1/R

Diagrama de curvatura Variao brusca de curvatura: repercute sobre os passageiros, cargas, veculo e via


Concordncia em planta com curvas de transioCurva de transio: variao contnua de C = 0 a C = 1/R Evita:Desconforto; Custo; Risco;R R=


M lM l C = 1/R C = 1/

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Concordncia em planta com curvas de transioImplantao da superelevao na curva de transio


hM B

h

M B

Tangente

Transio

Curva


Concordncia em planta com curvas de transioExpresso que relaciona raio da curva de transio num ponto com a distncia percorrida nesta curvaR R= M l C = 1/R C = 1/


lM

lM h l = M M ltotal h ltotal

B V 2 R g = = 2 B V gR

lM = ltotal R Clotide; Espiral de Cornu; Espiral de Van Leber;

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Instalao da curva de transioDificuldade de implementao da curva de transio:lM = ltotal R = k

InstalaoDefine-se a mxima variao tolervel da superelevao (por exemplo: 1mm/m); Clculo da superelevao h (por exemplo: 15 cm);150m m = 150m ) ltotal = h / h (por exemplo: ltotal = 1m m / mk = ltotal Rbacos de topografia; Aplicativos informatizados;



Instalao da curva de transioR R

R

Transio com raio conservado

Sem transio R

R

Transio com centro conservado

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Raio mnimo horizontalPermitir inscrio da base rgidaominm oiaR

Limitar o escorregamento roda-trilhoSolidrias ao eixo

Velocidade diretriz Estabelecido por normas



Raio mnimo horizontalPermitir inscrio da base rgidaLimitado pelo veculo (Rmn 100.B)Rmn = 100m (mtrica) Rmn = 160m (larga)

Limitar o escorregamento roda-trilhoSolidrias ao eixo

Projeto- DNIT (B=1,0m): Rmn = 400m

Velocidade diretriz Estabelecido por normas / termos de referncia

- Metr de Salvador (B=1,435m): Rmn = 300m (via principal) Rmn = 100m (via secundria) - CPTM (B=1,6m): Rmn = 420m (traado novo) Rmn = 300m (traado existente) Rmn = 250m (vias secundrias)

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SuperlarguraAlargamento da bitola nas curvas (~1 a 2 cm) Facilita a inscrio do truques Reduz o escorregamento das rodas Desloca-se o trilho interno, pois o externo guia a roda Distribuio da superlargura feita antes da curva circular ou durante a transio Expresses prticas (Norma):S= 6 0.012, para S 0.02 m R



Traado VerticalPIv PCv ACv Rv PTv Rv ACv PTv PCv Iv Iv

Raios e inclinao muito mais restritivos; Maior custo de implantao;

PIv

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Traado Vertical ConcordnciaEvitar coincidncia das curvas verticais com AMV Curvas: circulares, parablicas ou elpticasCirculares: quanto maior o raio, maior o conforto e o custo.Europa: 5000 a 10000 m; Brasil: 1500 m; Exemplos brasileiros de especificaes para novos projetos- DNIT (B=1,0m): Rmn,v = 8000m - Metr de Salvador (B=1,435m): Rmn,v = 1000m (T. Referncia) - CPTM (B=1,6m): Rmn,v = 5000m (sob AMVs) Rmn,v = 2500m (fora de AMVs)



Traado Vertical ConcordnciaParablicas: mais empregadas no Brasil e EUARisco de descolamento x P z Fcf

z=c.x2

c: tabelado, funo da classe da ferrovia e concavidade (cncava/convexa).

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RampasInclinao de 1% a 2%, podendo chegar a 4% (METR e TGV) CPTMTipo de Regio Plana Acidentada, colinosa Montanhosa Regio de novas estaes Inclinao da Rampa (%) 0 0,7 0,7 1,5 1,5 2,7 0 0,15

Metr de So Paulo, Metr de SalvadorRampa mxima: 4%

DNITRampa mxima: 1,5%



Prxima aula:Elementos da Via PermanenteTrilhos Fixaes Dormentes Retensores AMV

Disponvel no site: www.poli.usp.br/d/ptr2501

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Velocidade limiteSegurana SeguranB d h max 2 R = 127 + H n B

Conforto

Vlim

Vlim

B hmax + g = 127 R B

b = 1,6 m: b = 1,0 m:

Vlim = 4,7 RVlim = 4,2 R

b = 1,6 m: b = 1,0 m:

Vlim = 4,8 R Vlim = 4,2 R

Estabelecida a variao da velocidade limite em funo da superelevao prtica mxima adotada em cada trecho da estrada de ferro, o valor da velocidade mxima funo do raio mnimo desse trecho.

Vlim = k Rmin

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