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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
Superestrutura de Ferrovias Prof. Dr. Gilberto Fernandes
LASTRO
É o elemento da superestrutura da ferrovia situado entre os
dormentes e o sublastro. Deve ser uma camada de material
permeável e resistente, onde os dormentes serão assentados.
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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
sη
PP
Pressão admissível no
sublastro (kgf/cm2)
Coeficiente de
segurança entre 2 e 3
Pressão de ruptura do
solo (kgf/cm2) através de
provas de carga
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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
sη
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.