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Superestrutua Ferroviária
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PROJETO GEOMÉTRICO DE SUPERESTRUTURA FERROVIÁRIA
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1
2 PROJETO GEOMÉTRICO .................................................................................... 2
2.1 RAIO MÍNIMO ......................................................................................................................... 2
2.2 SUPERELEVAÇÃO ................................................................................................................. 2
2.3 SUPERLARGURA ................................................................................................................... 3
2.4 CONCORDÂNCIA HORIZONTAL COM CURVA DE TRANSIÇÃO ....................................... 3
2.5 CONCORDÂNCIA VERTICAL ................................................................................................ 4
2.6 PROPOSTA DE PROJETO .................................................................................................... 5
2.7 LOCALIZAÇÃO DO TRECHO FERROVIÁRIO ....................................................................... 6
3 MEMORIAL DE CÁLCULO .................................................................................. 7
3.1 DIMENSIONAMENTO DE CURVA VERTICAL ...................................................................... 7
3.2 DIMENSIONAMENTO DE CURVA HORIZONTAL ................................................................. 7
3.2.1 Cálculo da Superelevação .................................................................................................. 8
3.2.2 Cálculo da Taxa de Distribuição da Superelevação ........................................................... 8
3.2.3 Outros Dados ...................................................................................................................... 9
3.3 RELATÓRIO DAS SEÇÕES TRANSVERSAIS PRINCIPAIS ................................................. 9
3.4 SEÇÃO TRANSVERSAL TÍPICA EM CORTE E ATERRO .................................................. 10
3.4.1 Seção-Tipo ........................................................................................................................ 10
3.4.2 Detalhamento da pista....................................................................................................... 10
3.4.3 Detalhamento do talude em corte ..................................................................................... 11
3.4.4 Detalhamento do talude em aterro .................................................................................... 11
4 CONCLUSÃO ..................................................................................................... 12
1
1 INTRODUÇÃO
O transporte ferroviário é um tipo de deslocamento que ocorre por meio de vias
férreas, transportando pessoas e cargas. Este meio de transporte é um dos mais
antigos e seu surgimento está ligado diretamente com a Primeira Revolução Industrial,
acontecimento histórico que sucedeu na Europa no final do século XVIII e início do
século XIX.
Essa revolução ficou marcada por duas importantes inovações tecnológicas, a
invenção da máquina têxtil e a locomotiva, ambas movidas a vapor. A locomotiva
revolucionou o jeito de transportar matérias-primas e mercadorias, por ser capaz de
carregar um elevado número de toneladas ao mesmo tempo.
As primeiras locomotivas eram lentas (cerca de 70 km/h), hoje os trens
modernos alcançam velocidades representativas, podem atingir até 250 km/h. Até o
começo do século XX o trem era o transporte mais veloz.
O transporte ferroviário tem seu uso difundido em todos os continentes, no
entanto, vem perdendo espaço gradativamente. Seu uso é recomendado para
transporte de cargas pesadas, como minérios, produtos siderúrgicos, agrícolas,
fertilizantes e etc.
As principais deficiências do transporte ferroviário estão na incapacidade de
percorrer superfícies acidentadas e o fato de não poder conduzir mercadorias até os
centros consumidores, isso porque segue sempre um caminho definido (trilhos).
Apesar de transportar um elevado volume de cargas por longas distâncias, o
transporte ferroviário tem um alto custo na construção e manutenção das vias férreas.
Dentre os países que mais utilizam as ferrovias estão os Estados Unidos e a
Rússia, ambos transportam grande parte das cargas por vias férreas. Na parte da
Europa Ocidental, esse tipo de transporte dispõe de grande tecnologia, sendo usado
efetivamente na locomoção de pessoas e cargas.
Em geral, o volume de cargas e a quantidade de quilômetros da malha
ferroviária estão diminuindo gradativamente para dar lugar ao transporte rodoviário.
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2 PROJETO GEOMÉTRICO
As ferrovias têm exigências mais severas quanto às características das curvas
que as rodovias. A questão da aderência nas rampas, a solidariedade rodas-eixo e o
paralelismo dos eixos de mesmo truque impõem a necessidade de raios mínimos
maiores que os das rodovias.
Figura 1
• PC: ponto de curva
• PI: ponto de intersecção
• PT: ponto de tangente
• AC: ângulo central
• Î: ângulo de deflexão AC = Î
• PC – PI e PI – PT: tangentes externas
2.1 RAIO MÍNIMO
O raio mínimo para uma via férrea é estabelecido por normas e deve permitir a inscrição da base rígida dos truques dos carros e locomotivas, além de limitar o escorregamento entre roda e trilho. Segundo a Valec o Raio mínimo é de 343,823 m.
2.2 SUPERELEVAÇÃO
A superelevação consiste em elevar o nível do trilho externo de uma curva. Esta técnica reduz o desconforto gerado pela mudança de direção, diminui o desgaste no contato metal-metal e o risco de tombamento devido à força centrífuga que aparece nas curvas. A velocidade máxima de projeto de um determinado trecho (que possui em geral mais de uma curva) será definida considerando o raio da curva mais “fechada”. A superelevação máxima admissível é definida como aquela que seguramente não provoca o tombamento do trem para o lado interno da curva quando este está parado sobre ela.
3
2.3 SUPERLARGURA
Constitui-se no alargamento da bitola nas curvas para facilitar a inscrição do truque ou reduzir o escorregamento das rodas. Os valores de superlargura variam geralmente de 1 a 2 cm. O trilho deslocado é o interno, pois o externo guia a roda. A distribuição da superlargura é feita antes da curva circular ou durante a transição, numa taxa de 1mm/m em vias convencionais ou 0.5mm/m em vias de alta velocidade.
2.4 CONCORDÂNCIA HORIZONTAL COM CURVA DE TRANSIÇÃO
A variação brusca na curvatura repercute sobre passageiros, cargas, veículos e via. Para atenuar esse problema e, ao mesmo tempo permitir uma distribuição segura da superelevação, utilizamos as curvas de transição.
Figura 2
Onde:
• lM: comprimento da curva de transição do trecho tangente até M;
• l : comprimento total da curva de transição;
• hM : superelevação no ponto M;
• h : superelevação a ser implantada;
• α é o ângulo de inclinação do plano dos trilhos correspondente à
superelevação final da curva, quando o raio vale R;
• αM é o ângulo de inclinação do plano dos trilhos correspondente à
superelevação no ponto M da curva de transição caracterizado pelo
raio ρ;
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2.5 CONCORDÂNCIA VERTICAL
Figura 3
Onde:
• PCv : Ponto de curva vertical
• PTv : Ponto de tangente vertical
• PIv : Ponto de intersecção vertical
• ACv : Ângulo central vertical
• Rv : Raio de curva vertical
As curvas em geral são parábolas do segundo grau, curvas circulares, elipses ou ainda parábolas cúbicas. Nas curvas circulares, a Europa adota raios que variam de 5000m a 10000m, enquanto o Brasil adota raios da ordem de 1500m. Raios grandes melhoram a qualidade do traçado da via, permitindo maior conforto. Obviamente, o custo também cresce.
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2.6 PROPOSTA DE PROJETO
Foi proposto um estudo geométrico de um trecho de ferrovia em bitola larga
(1,60m), sendo escolhido para este trabalho o trecho 23c.
Figura 4 - Sub trechos da ferrovia
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2.7 LOCALIZAÇÃO DO TRECHO FERROVIÁRIO
Para a localização do trecho em estudo foram obtidas as coordenadas dos
pontos de inflexão das curvas no software GeoOffice Topográfico e em seguida
demarcados os pontos no Google Earth.
Figura 5- Mapa de situação do trecho ferroviário
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3 MEMORIAL DE CÁLCULO
3.1 DIMENSIONAMENTO DE CURVA VERTICAL
Para o dimensionamento da curva vertical levou-se em consideração os
critérios mínimos da VALEC para alinhamento vertical. Para o cálculo dos elementos
Ponto Vertical de Curva (PVC), Ponto de Inflexão Vertical (PIV), Ponto de Tangente
Vertical (PTV), Inclinação das Rampas (i), e o Desenvolvimento (Y) foram utilizadas
as seguintes equações:
𝐿 = 𝐷2 − 𝐷1
𝑖 =𝐶2 − 𝐶1𝐷2 − 𝐷1
∗ 100
𝑦 = 606,06 ∗ |𝑖1 − 𝑖2|
𝑃𝐶𝑉 =(𝐷 −
𝑦2)
1000
𝑃𝑇𝑉 =(𝐷 +
𝑦2)
1000
CURVA VERTICAL 1 2 3 - --
PIV 0 1 2 3 4
[C] COTA (m) 201,00 197,00 208,00 193,00 181,00
[D] DISTÂNCIA (m) 0,00 1196,00 2671,00 4011,00 12540,61
[L] TRECHO (m) 0,00 1196,00 1475,00 2536,00 10004,61
i (%) -0,334 0,746 -1,119 -0,141
y (m) 654,61 1130,29 593,10
[PCV] Km (Inicial) 0,87 2,11 3,71
[PTV] Km (Final) 1,52 3,24 4,31
3.2 DIMENSIONAMENTO DE CURVA HORIZONTAL
Para o dimensionamento das curvas horizontais levou-se em consideração os
valores padrões mínimos dos Raios de Curva em função do Comprimento de
Transição (LC), conforme a tabela abaixo:
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Figura 6
Após a determinação do raio e comprimento de transição das curvas
horizontais foi calculado a Superelevação e a Taxa de Distribuição da Superelevação
conforme as equações abaixo:
3.2.1 Cálculo da Superelevação
ℎ(𝑚𝑚) =𝐵 ∗ 𝑉2
127 ∗ 𝑅
ℎ(𝑚𝑚) =13,1 ∗ 602
𝑅≤ 160𝑚𝑚
3.2.2 Cálculo da Taxa de Distribuição da Superelevação
ℎ(𝑚𝑚)
𝐿𝑐≤2𝑚𝑚
𝑚
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3.2.3 Outros Dados
Os valores de Ângulo Central da Curva, Desenvolvimento da Curva e
Coordenadas do Ponto de Intersecção de Tangente para todas as curvas foram
obtidos através do Software GeoOffice Topográfico e estão representados na tabela
abaixo:
CURVA HORIZONTAL 1 2 3 4 5
RAIO (m) 859,456 859,46 763,96 982,23 982,23
COMP. TRANSIÇÃO- LC (m) 80 80 90 70 70
ÂNGULO CENTRAL DA CURVA 13°09'58" 25°57'17'' 45°16'23" 20°02'18" 15°25'19"
DESENVOLVIMENTO DA CURVA- D (m) 277,498 469,331 693,653 413,522 334,382
SUPERELEVAÇÃO (m) 0,0549 0,0549 0,0617 0,0480 0,0480
TAXA DE DISTRIBUIÇÃO DA SUPERELEVAÇÃO (%)
6,86 6,86 6,86 6,86 6,86
COORDENADAS DO PONTO DE INTERSECÇÃO DE TANGENTES- PI
(X-E) 170067,64 171749,27 172523,84 173559,67 175111,95
COORDENADAS DO PONTO DE INTERSECÇÃO DE TANGENTES- PI
(Y-S) 9203333,56 9203854,90 9203735,96 9202310,10 9201264,47
3.3 RELATÓRIO DAS SEÇÕES TRANSVERSAIS PRINCIPAIS
Os valores das seções transversais principais para menor aterro, maior aterro,
menor corte e maior corte para cada quilômetro foram obtidos a partir do relatório
gerado pelo software GeoOffice Topográfico e estão representados na tabela abaixo:
KM ESTACA MENOR CORTE
(m²) MAIOR CORTE
(m²) MENOR ATERRO
(m²) MAIOR ATERRO
(m²)
1 0-49 0,21 18,91 0,96 25,62
2 50-99 0,27 33,59 1,68 102,32
3 100-149 1,03 81,26 6,19 59,1
4 150-199 0,01 48,39 2,47 114,65
5 200-249 0,78 58,3 0,54 25,42
6 250-299 0,58 35,45 1,41 53,29
7 300-349 0,03 35,02 0,01 5,54
8 350-399 0,14 38,24 0,04 12,23
9 400-449 0,03 31,94 0,16 49,23
10 450-499 0,08 98,66 0,08 44,62
11 500-549 0,62 13,6 0,05 52,28
12 550-599 0,33 43,56 0,3 40,3
12,54 600-
627+0.613 4,70 88,61 2,91 2,98
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3.4 SEÇÃO TRANSVERSAL TÍPICA EM CORTE E ATERRO
A seções típicas em corte e aterro foram configuradas no software GeoOffice
Topográfico e estão configuradas de acordo com a imagens a seguir:
3.4.1 Seção-Tipo
Figura 7
3.4.2 Detalhamento da pista
Figura 8
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3.4.3 Detalhamento do talude em corte
Figura 9
3.4.4 Detalhamento do talude em aterro
Figura 10
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4 CONCLUSÃO
Após a término da elaboração do projeto, concluiu-se que:
O uso de um software contribuí imensamente no desenvolvimento do projeto,
economizando tempo e evitando erros de cálculo, porém constatou-se que saber
apenas manusear o software não é o suficiente, demonstrando a importância de
dominar a teoria relacionada ao dimensionamento;
O traçado da ferrovia ficou semelhante ao traçado da ferrovia (Norte-Sul) já
existente no local;
Após a otimização do greide, os volumes de corte e aterro ficaram
proporcionais;
Não foram necessários grandes cortes ou aterros, visto que só foi necessário o
uso de banqueta na seção transversal da estaca 467.