Dimensionamento de lastro

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DIMENSIONAMENTO 
LASTRO 
1. NORMAS E PROCEDIMENTOS 
 
Tal como nas rodovias, as estradas de ferro obedecem, 
tanto na fase de projeto como na de construção de 
sua infra-estrutura e superestrutura, a determinações 
baseadas em normas técnicas; 
Tais normas são estabelecidas pela ABNT, DNIT mas 
também podem incorporar procedimentos adotados 
em outros países, especialmente aqueles de grande 
progresso ferroviário como EUA, França, Alemanha e 
Japão; 
Nas ferrovias a fixação de parâmetros dimensionais para 
a superestrutura afeta diretamente a infra-estrutura. 
 
PLATAFORMA DE TERRAPLENAGEM 
• a superfície final da infra-estrutura 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. 
 
 
PLATAFORMA DE 
TERRAPLENAGEM 
PLATAFORMA DE TERRAPLENAGEM 
• 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. 
Subleito 
• O subleito deve receber compactação 
(aumentar resistência). Cuidados com a 
drenagem 
Subleito 
• Aterro 
 
 
 
 
 
 
– Zonas com maiores exigências de compactação em 
razão de concentração de tensões 
 
ELEMENTOS DA VIA PERMANENTE 
 
SUB-LASTRO 
 
SUB-LASTRO 
Funções : 
• aumentar a capacidade de suporte da 
plataforma, permitindo elevar a taxa de trabalho 
no terreno → menor altura da camada de lastro 
• evitar a penetração do lastro na plataforma; 
• aumentar a resistência do leito à erosão e a 
penetração da água, auxiliando no processo de 
drenagem da via (impede a subida da lama); 
• permitir relativa elasticidade ao apoio do lastro, 
para que a via permanente não seja rígida. 
 
SUB-LASTRO 
Funções : 
• aumentar a capacidade de suporte da 
plataforma, permitindo elevar a taxa de trabalho 
no terreno → menor altura da camada de lastro 
• evitar a penetração do lastro na plataforma; 
• aumentar a resistência do leito à erosão e a 
penetração da água, auxiliando no processo de 
drenagem da via (impede a subida da lama); 
• permitir relativa elasticidade ao apoio do lastro, 
para que a via permanente não seja rígida. 
 
Sub-lastro 
• Camada granular abaixo do lastro 
• Função: filtro 
– GRANULOMETRIA: Terzaghi 
– Altura: Araken Silveira 
– Economia – reduzir custo do lastro 
– Compactado 100% Ótima Proctor Modificado 
 
Bombeamento de finos do subleito 
• Processo auto-alimentado que leva ao colapso 
da via 
– Solo fino 
– Água 
– Super solicitação 
 
Soluções: filtro, geotextil protegido, seleção do sub-
leito, solo-cimento (solo-cal, ligantes 
betuminosos) 
 
Características do material do 
sub-lastro 
• IG (Índice de Grupo ou capacidade de 
suporte) – igual a zero; 
• LL – máximo 35%; 
• IP – máximo 6%; 
• expansão máxima – 1%; 
• quando executado, o sublastro deverá ser 
compactado de modo a obter-se peso 
específico aparente correspondente a 100% 
do obtido no Ensaio de Proctor. 
 
SUB-LASTRO 
• material que se enquadre, de preferência, no 
grupo A1 de classificação 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 
amplas variações na resistência durante os ciclos 
de secagem e umedecimento, são portanto 
indesejáveis. 
• Os solos mal graduados, como areias finas (A3), 
são difíceis de serem compactados para alcançar 
altas densidades 
 
 
SUB-LASTRO 
Materiais empregados 
• brita 
• cascalho 
• escória 
• solos 
• saibro 
 
SUB-LASTRO 
Espessura do sublastro 
 
• a espessura do sublastro deverá ser tal que a 
distribuição de pressões através do mesmo 
acarrete, na sua base (plataforma), uma taxa 
de trabalho compatível com a capacidade de 
suporte da mesma; 
• geralmente, um sublastro com espessura de 
20 cm é suficiente. 
LASTRO 
• FUNÇÕES 
– Distribuir esforços 
– Drenagem 
– Resistir a esforço transversal 
– Permitir reconstituição do nivelamento 
 
Lastro 
• Propriedades (NBR 7914, NBR5564) 
– Normas 
• Origem da pedra 
• Ensaios 
– Envelhecimento precoce 
– Abrasão (Los Angeles) 
– Resistência Mecânica 
 
Lastro 
• Propriedades 
– Normas 
– Granulometria uniforme (drenagem) 
– Partículas 
• Forma cúbica (evitar recalque) 
• Faces fraturadas (melhor embricamento) 
 
 
LASTRO 
Qualidades 
• resistência suficiente aos esforços 
transmitidos pelos dormentes 
• possuir uma elasticidade suficiente para 
abrandar os choques 
• ter dimensões que possibilitem a sua 
interposição entre e sob os dormentes, 
preenchendo as depressões da plataforma 
ou sublastro e permitindo o perfeito 
nivelamento dos trilhos 
 
LASTRO 
Qualidades 
• possuir resistência aos agentes 
atmosféricos 
• possuir permeabilidade para realizar a 
drenagem das águas das chuvas; 
• não estar sujeito a desgaste produtor de pó 
• permitir uma soca eficiente por meios 
mecânicos (socadores, vibradores). 
 
LASTRO 
 
LASTRO 
Especificações – segundo a AREA (American Railway 
Engineering Association) 
a) Peso específico mínimo: 2,7 g/cm3 
b) Resistência à ruptura: 700 kg/cm2 (ensaio: cubos de 5 
cm de aresta, levados a uma máquina de compressão) 
c) 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) 
d) 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). 
LASTRO 
Especificações – segundo a AREA (American 
Railway Engineering Association) 
e) Substâncias nocivas: a quantidade de 
substâncias nocivas e torrões de argila não 
deve ultrapassar 1%. 
f) Granulometria: pedras do lastro devem ter 
dimensões entre 2 e 6 cm 
LASTRO 
 
LASTRO 
Dimensionamento 
 P → carga em uma roda do veículo tipo (mais 
carregado) 
 P = peso total / número de rodas (kg) 
 Número de rodas: 2 truques, 2 eixos cada truque, 2 
rodas por eixo = 8 rodas 
n → relação entre as distâncias dos eixos de duas 
rodas consecutivas do veículo (d) e o afastamento 
entre os eixos dos dormentes (e) 
LASTRO 
Carga distribuída em um grupo de dormentes (Pg) 
LASTRO 
 
 
 
 
Pressão a uma altura h sob a face inferior do 
dormente → Fórmula de Talbot 
 
 
LASTRO 
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 (Pv); 
3. Determinar a pressão sob a face inferior do dormente 
(Pm); 
4. Determinar pressão admissível (Pap) para o material a ser 
utilizadono sublastro ou plataforma; 
5. Determinar a altura da camada de lastro. 
 
LASTRO 
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. 
 
LASTRO 
Limites para dimensionamento da seção 
 
• a capacidade de suporte da plataforma não 
deverá ser excedida pela pressão transmitida 
pelo lastro, o qual terá espessura suficiente para 
uniformizá-la; 
• 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. 
 
LASTRO 
Limites para dimensionamento da seção 
• 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 granulometria; 
 
LASTRO 
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. 
 
Exemplo: 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% 
 
 
• P = peso total/ número de rodas 
• Pg = P*e/d 
• kv = 1+v²/30000 
• Pv = Pg*Kv 
• Pm = Pv/a*s 
• Pr = (70*CBR)/100 
• Pap= Pr/ns 
• h>= (Pm(53,87/Pap))^0,8 
 
 
• P = peso total/ número de rodas = 119000/8 = 14875kg 
• Pg = P*e/d = 14875*0,55/2 = 4090,62kg 
• kv = 1+v²/30000 = 1+70²/30000 = 1,16 ->1,4 (min) 
• Pv = Pg*Kv = 4090,62*1,4 = 5726,87kg 
• Pm = Pv/a*s = 5726,87/(24*(2*40))= 2,98kg/cm² 
• Pr = 70*CBR/100 = 70*18,5/100 = 12,95kg/cm² 
• Pap= Pr/ns =12,96/5,5 = 2,35kg/cm² 
• h>= (Pm(53,87/Pap))^0,8 >= (2,98(53,87/2,35))^0,8 = 29,35cm 
= 30cm (arredonda) – a partir da face inferior do dormente 
• Dormente de bitola larga = 2,80m 
• Dormente com altura 17cm = 12cm enterrados e 5cm 
descobertos 
• Ombreira de 30cm cada lado 
 
 
 
Pré-dimensionamento de trilho 
Tensões 
Verificações 
1) Trilho 
 
 
 
 
 
M0 calculado como viga em apoio 
elástico 
 
Dormentes 
 
• com M0 determino os esforços cortantes e 
momento fletor para o dimensionamento dos 
dormentes 
Lastro 
• Tensões admissíveis, como por exemplo, 
método de Talbot 
Subleito 
 MÉTODO DE HEUKELON (1962): 
 
NO BRASIL, A RFFSA PROPÕE: 
 
A - Grupo 1 N=2,2x106 
B – Grupos 2 e 3 N=1,6x106 
C – Grupos 4, 5 e 6 N=1,0x106 
D – Grupos 7, 8 e 9 N=0,6x106 
 
CBR≥ 8%