Superestrutura Ferroviária: Lastro e Sublastro

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Elementos da Via Permanente
Lastro
Elementos da Via Permanente
Sublastro
 Sublastro é o elemento da superestrutura ferroviária que tem as funções:
 Aumentar a capacidade de suporte da plataforma, permitindo aumento na taxa de
trabalho do terreno durante a transmissão das cargas através do lastro e,
consequentemente, permitir menor altura do lastro.
 Evitar a penetração do lastro na plataforma
 Aumentar a resistência do leito à erosão e à penetração da água, possibilitando uma boa
drenagem da via
 Permitir elevada elasticidade ao apoio do lastro para que a via permanente não seja rígida
 Uma espessura de sublastro em torno de 20 cm é suficiente para garantir uma distribuição
adequada de pressões sobre a plataforma.
Lastro
 Lastro é o elemento da superestrutura ferroviária situado entre os dormentes e o sublastro
e tem por funções:
 Distribuir sobre a plataforma (sublastro) os esforços resultantes das cargas dos veículos,
produzindo uma taxa de trabalho menor na plataforma
 Formar um suporte elástico atenuando as trepidações resultantes da passagens do veículos
 Suprimir irregularidades da plataforma, formando uma superfície contínua e uniforme para
os trilhos
 Impedir o deslocamento longitudinal e transversal dos dormentes.
 Facilitar a drenagem da superestrutura.
Lastro
 Propriedades:
 Resistência aos esforços transmitidos pelos dormentes
 Elasticidade limitada para abrandar os choques
 Dimensões que permitam sua interposição entre os dormentes e abaixo destes,
preenchendo as depressões da plataforma e permitindo um perfeito nivelamento
dos trilhos
 Resistência aos agentes atmosféricos
 Permeável para permitir uma boa drenagem
 Não produzir pó para não gerar desconforto nos passageiros e tampouco
prejudicar o material rodante
Lastro
 Materiais:
 Terra: mais barato, mas também o pior, pois a água a satura frequentemente
provocando o desnivelamento da linha, o que pode ocasionar acidentes. (“linha
laqueada”)
 Areia: pouco compressível e permeável, porém facilmente levada pela água.
Produção excessiva de poeira de grãos duros (quartzo) que podem provocar
desgaste das partes móveis dos veículos.
 Cascalho: ótimo tipo de lastro, pois quebrado forma arestas vivas, que facilitam o
aumento da resistência. Porém deve ser lavado para separá-lo da terra e outras
impurezas.
 Escórias: têm dureza e resistência suficientes e podem ser usadas em linhas
próximas a usinas.
Lastro
 Materiais:
 Pedra britada: melhor tipo de lastro, resistente, inalterável aos agentes
atmosféricos e permeável. Permite excelente ‘socaria’ (nivelamento) do lastro.
Elástico e não produz poeira. Preferência deve ser dada a rochas duras: arenito,
calcário, mármore, dolomita, quartzito, basalto, granito, gnaisses.
Lastro
 Especificações:
 Resistência: deve ser capaz de resistir ao atrito entre as partículas quando
submetido às altas cargas do material rodante. Materiais quebradiços, friáveis
devem ser evitados.
 Durabilidade: associada diretamente à abrasão ou desgaste das partículas, com
formação de pó. A abrasão excessiva destrói as partículas e provoca poeira que se
acumula e acaba colmatando o material.
 Estabilidade: deve ancorar a via longitudinalmente e resistir a esforços
transversais. Cascalhos, por terem a superfície pouco rugosa, requerem atenção.
 Drenabilidade: o lastro deve permitir uma perfeita drenagem.
 Limpeza: o bom lastro deve permitir uma correta e fácil limpeza para evitar a
presença de pós finos, vegetação e sujeira.
Lastro
 Especificações:
 Trabalhabilidade: devido aos altos custos de se manipular o material, devem-se
priorizar materiais de fácil manuseio e trabalhabilidade. Cascalhos e pedras
britadas atendem a esta condição, ao contrário das escórias.
 Disponibilidade: por ser usado em grande quantidade, deve-se, sempre que
possível, usar material de fácil obtenção a custos adequados. No entanto, deve-se
sempre atentar que um custo baixo inicial pode trazer despesas elevadas de
manutenção. Por outro lado, investimentos altos no projeto e execução podem
significar despesas baixas com manutenção corretiva.
Lastro
Lastro
Espessura do lastro
 O cálculo da altura do lastro sob os dormentes requer a aplicação de dois
conceitos fundamentais:
 Como se distribuem no lastro as pressões transmitidas pelos dormentes.
 Qual a pressão admissível ou taxa de trabalho do solo (sublastro).
 Arthur N. Talbot: “bulbo de pressões” no lastro
 As porcentagens se referem à pressão média na face inferior do dormente em
contato com o lastro (P0).
Espessura do lastro
Espessura do lastro
Espessura do lastro
 Segundo os trabalhos de Talbot, a curva de variação das pressões máximas no
lastro (abaixo do centro dos dormentes), em função da altura do lastro é dada
pela seguinte equação:
Espessura do lastro
 Sendo P a carga a ser considerada sobre o dormente, b a largura do dormente e c
a distância de apoio no sentido longitudinal do dormente, temos:
𝑝𝑜 =
𝑃𝑐
𝑏 × 𝑐
Espessura do lastro
 O valor de P deve ser corrigido devido à distribuição de carga para os dormentes
vizinhos.
 Desta forma, a AREA (American Railway Engineering Association) define:
 A AREA sugere para o cálculo do coeficiente dinâmico a expressão:
Espessura do lastro
 O valor Ph da equação 1 deverá ser compatível com a capacidade de suporte da
plataforma (sublastro), isto é: Ph ≤ ҧ𝑝
 Onde ҧ𝑝 é a pressão admissível no sublastro e é igual a pressão de ruptura dividida
por um coeficiente de segurança n2.
ҧ𝑝 =
𝑃𝑟
𝑛2
 Adotando o CBR (Índice de Suporte Califórnia) do sublastro, uma vez que este
índice foi avaliado para escolha do material, teremos:
𝑃𝑟 =
𝐶𝐵𝑅 70
100
Espessura do lastro
 Dimensionar a altura do lastro com os seguintes dados:
 Peso por eixo: 20 toneladas
 Dimensões do dormente: 2,00 x 0,20 x 0,16
 Coeficiente de impacto: 1,4 (coeficiente dinâmico)
 Faixa de socaria: 70 cm
 Distância entre os eixos da locomotiva – 2,20 m
 Número de dormentes por km: 1.750
 CBR do sublastro: 20%
Exercícios
1. Uma concessionária ferroviária, para atender a um novo cliente, solicitou o estudo sobre a
construção de um novo ramal. A você coube fazer o estudo preliminar sobre a escolha do lastro. Neste
novo ramal, os vagões terão carga de 25 toneladas por eixo e uma análise rápida dos vagões mostrou
que a distância entre os eixos de um mesmo truque é de 2,45 m. A velocidade de percurso da via será
de 45 km/h. Serão utilizados dormentes medindo 280 x 22 x 17, medidos em centímetros e densidade
de dormentação de 2.500 dormentes/km. A inspeção inicial de campo mostrou que o subleito é
composto por um material com CBR de 15% e sugeriu o uso de coeficiente de segurança igual a 6. Como
se pretende utilizar brita como material de lastro, o estudo de campo revelou que a faixa de socaria fica
com 75 cm. Determinar a altura mínima de lastro para esta via.
Exercícios
2. Um ramal ferroviário abandonado deve ser reutilizado para a passagem de composições férreas. A
equipe de engenharia foi a campo para analisá-lo e verificou que o ramal está construído sobre um
sublastro com pressão admissível de 1,23 kgf/cm2. A espessura do lastro em toda a sua extensão é de 35
cm. A análise dos dormentes mostrou que estes se encontram em bom estado de conservação e têm
medidas de 280 x 22 x 17 centímetros e com densidade de 2.100 dormentes/km. A faixa de socaria é de
82 cm. Especifique a carga por eixo a ser transportada, sabendo-se que se pretendem utilizar vagões
com entre-eixos de 2 metros e e velocidade de projeto de 50 km/h.
Exercícios
3. Dimensionar o lastro mínimo ferroviáriopara uma via com as condições descritas abaixo:
a. Carga por eixo de 45 tonaledas.
b. Dormentes de 280 x 24 x 16 centímetros.
c. Faixa de socaria de 90 cm.
d. Distância entre eixos de 1,80 m.
e. Densidade de dormentação de 1.700 dormentes/km.
f. Coeficiente de segurança 5,0.
g. CBR do subleito de 8%.
Bibliografia
BRINA, Helvécio L. (1988) Estradas de Ferro. Minas Gerais, UFMG