411_7_infra-ferroviaria

Prévia do material em texto

SUPERESTRUTURA FERROVIÁRIA: 
TRILHOS
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE 
PRODUÇÃO E TRANSPORTES
Disciplina: Infra Ferro-hidro-aero-dutoviária (ENG 09030)
Prof. Daniela Facchini
SUPER-ESTRUTURA FERROVIÁRIA
Elementos
– Sublastro
– Lastro
– Dormentes
– Trilhos
4 pés e 8.5 polegadas
A bitola das estradas de ferro (distância entre os 2 trilhos) dos 
Estados Unidos é de 4 pés e 8,5 polegadas (1,435 m).
Por que foi usado este número?
Porque era esta a bitola das estradas de ferro inglesas e, como 
as estradas de ferro americanas foram construídas pelos 
ingleses, esta medida foi usada.
Por que os ingleses usavam esta medida?
Porque as empresas inglesas que construíam os vagões eram 
as mesmas que construíam as carroças antes das estradas de 
ferro e utilizaram as mesmas bitolas das carroças.
Por que era usada a medida (4 pés e 8,5 polegadas) para as 
carroças?
Porque a distância entre as rodas das carroças deveria caber 
nas estradas antigas da Europa que tinham esta medida.
E por que tinham as estradas esta medida?
Porque estas estradas foram abertas pelo antigo império 
romano aquando das suas conquistas, e estas medidas eram 
baseadas nos carros romanos puxados por 2 cavalos.
E por que as medidas dos carros romanos 
foram definidas assim?
Porque foram feitas para acomodar 2 
cavalos.
Finalmente…
O vaivém espacial americano, 
o Space Shuttle, utiliza 2 
tanques de combustível (SRB -
Solid Rocket Booster) que são 
fabricados pela Thiokol no 
Utah. 
Os engenheiros que projetaram estes tanques queriam fazê-los 
mais largos, porém, tinham a limitação dos túneis ferroviários 
por onde eles seriam transportados, que tinham as suas 
medidas baseadas na bitola da linha, que estava limitada ao 
tamanho das carroças inglesas que tinham a largura das 
estradas européias da época do império Romano, que tinham a 
largura de 2 cavalos.
Conclusão:
O exemplo mais avançado da engenharia mundial em design e 
tecnologia é baseado no tamanho do traseiro do cavalo 
romano!
É um perfil metálico de seção especial, 
destinado a formar a pista de rolamento dos 
veículos ferroviários.
Os trilhos funcionam como vigas elásticas 
que servem como suportes diretos e guias
das rodas.
1. FUNÇÕES
O perfil fabricado no Brasil é denominado Vignole e é
formado por patim, alma e boleto
1. FUNÇÕES
PATIM
ALMA
BOLETO
BOLETO: deve ser “maçudo” o suficiente para que o 
desgaste não afete o Momento de Inércia da seção.
ALMA: deve possuir altura suficiente para resistir à flexão. 
Quanto maior a alma, maior a distância do boleto e do patim 
com relação à linha neutra da seção. Quanto mais a massa 
do trilho estiver concentrada no boleto e no patim, mais 
resistente este trilho será à flexão. Entretanto, deve-se 
conservar uma espessura mínima na alma capaz de garantir 
adequada resistência e rigidez transversal. Tal espessura 
leva ainda em consideração o desgaste provocado pela 
corrosão atmosférica.
1. FUNÇÕES
PATIM: não deve ser muito fino, garantindo dessa forma que 
a alma continue perpendicular ao dormente (ou placa de 
apoio) durante as solicitações transversais (em curvas, por 
exemplo). Se não possuir espessura adequada, pode 
acumular deformações permanentes ao longo da vida útil e 
provocar acidentes. 
1. FUNÇÕES
Assim como na alma, a espessura de fábrica do patim deve 
prever a diminuição da mesma com o tempo devido a ação da 
corrosão.
O perfil Vignole tem as seguintes especificações:
Tipo Peso (kgf/m)
TR-68 67,56
TR-57 56,9
TR-50 50,35
TR-45 44,65
TR-37 37,11
TR-32 32,05
TR-25 24,65
1. FUNÇÕES
Trilho de aço = ferro (dureza) + carbono (maleabilidade)
Maior resistência no suporte de cargas = TR-68
- resistência
+ resistência
Vignole
463,8391,64028,6152,478,63,188,917,474,6152,4185,767,6135 RE*68
360,7295,04028,6152,473,03,188,915,969,0139,7168,356,911525*57
291,7247,41628,6139,768,73,168,314,368,2136,5152,450,310025*50
249,7205,61628,6139,765,53,168,314,365,1130,2142,944,69020**45
162,9149,128,6139,753,83,168,313,562,7122,2122,237,1754037
129,5120,825,4139,750,03,168,312,761,1112,7112,732,0654032
86,781,625,4139,743,73,168,311,154,098,498,424,6504025
PATIMBOLETO
MÓDULO
RESISTÊNCIA cm3XSO
E
mm
H
mm
G
mm
F
mm
D
mm
C
mm
B
mm
A
mm
kg/mASCETR
2. PERFIL DOS TRILHOS
2. PERFIL DOS TRILHOS
TR-25
Trilho Internacional
1. FUNÇÕES
ASTM (American Society of Testing Materials)
• trilho n°1: trilho de seção uniforme em todo o seu comprimento 
e retilíneo, podendo apresentar defeitos julgados toleráveis;
• trilho n°2: trilho com defeito de superfície, em tal número ou de 
tal modo, que possa ser aplicado em determinadas condições de 
via; ou trilho que chegou às prensas desempenadoras com 
empeno maior que o indicado por uma flecha central de 1,5% do 
comprimento do trilho, medida na condição mais desfavorável; 
qualquer falta de identificação também caracterizará trilho desta 
classificação;
• trilho X: trilho proveniente do topo do lingote, que no corpo de 
prova representativo do ensaio de fratura, apresenta indícios de 
trincas, esfoliações, cavidades, inclusões, estrutura brilhante ou 
granulação fina. 
3. CLASSIFICAÇÃO
Uso no assentamento de vias segundo a classificação
• trilhos n°°°° 1: podem ser assentados em qualquer via;
• trilhos n°°°° 2: podem ser assentados em qualquer via menos em:
a) Curva de raio inferior a 400m;
b) túnel;
c) ponte;
d) aparelho de mudança de via (AMV);
e) travessão;
f) cruzamento;
g) conexão com os aparelhos mencionados de d até f.
• trilhos X: só podem ser assentados em via acessória e como 
contra-trilhos de passagem de nível, de obra de arte ou de curva.
3. CLASSIFICAÇÃO
Comprimentos e áreas da seção transversal
• o comprimento padrão dos trilhos é de 12 m;
• é possível solicitar a entrega de trilhos curtos. Neste caso o 
comprimento está compreendido entre 11,7 m e 7,8 m, variando 
de 30 em 30 cm;
• também é possível o fornecimento de trilhos com 
comprimento de 18 m.
TR-37 TR-45 TR-50 TR-57 TR-68
Área 19.87 20.58 24.51 25.22 31.35
% do total 42.0% 36.2% 38.2% 34.7% 36.4%
Área 9.94 13.68 14.52 19.68 23.35
% do total 21.0% 24.0% 22.6% 27.1% 27.1%
Área 17.48 22.64 25.16 27.68 31.42
% do total 37.0% 39.8% 39.2% 38.1% 36.5%
47.29 56.9 64.19 72.58 86.12
Patim
Área total
Área 
Tipo do trilho
Características
Boleto
Alma
4. ESPECIFICAÇÃO DE FORNECIMENTO
(cm²)
• a ligação entre duas barras de trilho pode ser feita por 
meio de talas de junção de 4 ou 6 furos ou por meio de 
soldas (elétricas, a oxigênio ou aluminotérmica);
• no caso da ligação por talas, cada TR utiliza a tala de 
junção (TJ) correspondente: 
4 furos 6 furos
TJ-37 9,35 14,04
TJ-45 14,03 21,09
TJ-50 15,17 22,81
TJ-57 16,48 24,71
TJ-68 17,1 25,6
Massa (kg)
Tipo
5. LIGAÇÕES
Ligação dos trilhos (talas de junção)
6 4 
KPOL1J1LJHEKgTJ
35,727,0914,561,9609,561,9181,0152,425,617,168
35,727,0914,561,9609,561,9181,0152,425,016,557
35,727,0914,5108609,595,2139,7139,722,815,250
35,727,0914,5108609,595,2139,7139,721,114,045
31,725,4914,5108609,595,2139,7139,714,09,437
28,622,2609,595,2139,7139,78,432
28,622,2609,595,2139,7139,75,825
5. LIGAÇÕES
Tala de junção angular
Angle-bar
Eclisa angular
Tala de junção plana
Flat joint-bar
Eclisa plana
Ligação dos trilhos (talas de junção)
5. LIGAÇÕES
Ligação dos trilhos (talas de junção)
• nas ligações feitas por talas de junção, é necessária a 
inserção de uma folga entre os topos dos trilhos dada da 
seguinte forma:
Mínima Máxima Trilho 12m Trilho 18m
-3 10 4,8 6,35
11 24 3,2 3,97
25 38 1,5 1,5
38 - unidos unidos
Temperatura Folga na junta (mm)
5. LIGAÇÕES
Ligações nos TLS
• nas linhas onde são empregados os TLS (trilhos longos 
soldados) as barras podem atingir comprimentos que vão de 
estação a estação só sendo interrompidas junto aos AMV’s;
• não existe uma norma específica quanto a medida da folga 
entre dois TLS consecutivos. 
• é comum adotar para barra de 60 a 250 metros uma folga de 
9,53mm parao intervalo de –3°C a +10°C, de 6,53mm para 
+11°C a +24°C, de 2,38mm para +25°C a +38°C e topados para 
temperaturas superiores a +38°C;
5. LIGAÇÕES
Ligações nos TLS
• nos TLS a parte central não sofre nenhum movimento por 
efeito da variação de temperatura;
• os TLS deverão ser tão longos quanto possível, a fim de não 
só diminuir as zonas de folga, que representam pontos 
instáveis, como também suprimir as talas de junção que são 
pontos fracos da via;
• os TLS podem ser assentados nas tangentes e curvas de raio 
maior que 500m para bitola larga e raio maior que 400m para 
bitola estreita. Em linhas com dormentes de concreto é
permitido o uso de TLS em curvas com raio inferior aos 
limites.
5. LIGAÇÕES
• as EF adotam fórmulas para o cálculo do peso do trilho 
por metro, necessário para suportar uma determinada 
carga;
• uma das mais utilizadas é a que se baseia na experiência 
ferroviária alemã. A expressão é a seguinte:
max5,4 σ
eP
kkkg dvs
×
×××=
6. DIMENSIONAMENTO
Onde:
g é o peso do TR em kgf/m;
Ks é um coef. para as cargas estáticas, que depende do afastamento 
das cargas e cujo valor é:
• 0,290 para um eixo isolado;
• 0,240 para eixos extremos;
• 0,190 para eixos intermediários;
Kv é o coef. dinâmico ( o mesmo utilizado para o cálculo da pressão 
no lastro). Deve-se considerar o valor mínimo igual a 1,4; 
Kd é o coef. que considera os esforços horizontais, tendo os 
seguintes valores:
• 1,3 para veículos tratores;
• 1,15 para veículos rebocados;
σσσσmax é a tensão máxima admissível do aço utilizado no trilho.
6. DIMENSIONAMENTO
max5,4 σ
eP
kkkg dvs
×
×××=
• A fixação dos trilhos aos dormentes de qualquer tipo pode 
ser executada com ou sem interposição de placas de apoio;
• As placas de apoio são peças de aço interpostas entre o 
patim do trilho e o dormente, principalmente nos dormentes 
de madeira, com a finalidade de distribuir melhor a carga do 
trilho e, assim aumentar a sua vida útil;
7. FIXAÇÃO DOS TRILHOS
7. FIXAÇÃO DOS TRILHOS
• A placa de apoio recebe a 
sigla PA. É designada de 
acordo com o trilho que irá
receber:
Comprimento Largura
PA-37 3,2 228,6 152,4
PA-45 3,8 254 158,8
PA-50 5,3 266,7 196,9
PA-57 8,9 330,2 196,9
PA-68 13,9 406,4 196,9
Dimensões (mm)
Tipo Massa (kg)
7. FIXAÇÃO DOS TRILHOS
6Ø23,813,9196,9406,4PA-68
6Ø23,88,9196,9330,2PA-57
3/4195,3196,9266,7PA-50
3/4193,8158,8254,0PA-45
3/4193,2152,4228,6PA-37
3193,2152,4228,6PA-32
3193,2152,4228,6PA-25
Nº de
Furos
Diâmetro
Furo
Peso p/
Placa Kg
Largura
mm
Comp.
mm
Tipo
Fixação dos 
dormentes (placa de 
apoio)
7. FIXAÇÃO DOS TRILHOS
8. VIDA ÚTIL
• A vida útil é limitada pelo desgaste do trilho ou pela ruptura por 
fadiga decorrente do carregamento cíclico.
• Geralmente o desgaste é o fator limitante que ocorre primeiro.
• O desgaste é decorrente da ação mecânica entre a roda e o 
trilho, que podem ou não possuir a mesma dureza. A rapidez com 
que surge o desgaste é função do raio das curvas e do peso da 
carga transportada pelos veículos. O limite geralmente 
estabelecido para o desgaste é de 25% da área total do boleto 
(seção transversal).
• A fadiga é o fenômeno que leva o trilho à ruptura mesmo 
quando solicitado com uma tensão menor que a de ruptura. Isso 
acontece devido ao acúmulo de rearranjos dos cristais do metal 
que ocorrem a cada ciclo de solicitação. As passagens 
intermitentes do trem ao longo dos anos constituem um 
carregamento cíclico que pode levar o trilho à ruptura por este 
fenômeno.
9. SUPERESTRUTURA FERROVIÁRIA
Trilho-guia para teste: Maglev no Japão
Trem voador Maglev levita a 10 centímetros do solo. A tecnologia deste trem 
é baseada na energia magnética criada pelos grandes ímãs instalados no 
trem. Os trens ultrapasam 500 km/h.
exercícios
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 = 14875 kg (calculado)
e = 55 cm (dado no exercício)
Ks = 0,24 (dado)
Kv = 1,4 (calculado)
Kd = 1,15 (rebocado)
Sigma = 1500kg/cm² (dado)
G = 0,24*1,4*1,15*((14875*55)/(4,5*1500)) 
= 46,8 kg/m
max5,4 σ
eP
kkkg dvs
×
×××=
Tipo Peso (kgf/m)
TR-68 67.56
TR-57 56.9
TR-50 50.35
TR-45 44.65
TR-37 37.11
TR-32 32.05
TR-25 24.65
Determine a altura da camada de lastro para um EF de bitola estreita e 
350km de extensão destinada ao transporte de produtos agrícolas e 
carga geral. Represente a seção tipo e determine o volume de material 
necessário.
Carga total por vagão= 90.000kg
Velocidade operacional= 70km/h
Número de eixos por veículo = 4
Distância entre eixos = 1,574m
CBR sublastro = 30%
Coeficiente NS = 5,5
Soca = 30cm para cada lado do eixo dos trilhos
Ombreira 30cm
Espaçamento entre dormentes = 55cm – 1820 dorm/km
Dimensões do dormente 2 x 0,22 x 0,16m
Inclinação talude = 1:1,5
Fator majoração sobre a compactação = 10%
P = (calculado)
e = 55 cm (dado no exercício)
Ks = 0,24 (dado)
Kv = 1,4 (calculado)
Kd = 1,15 (rebocado)
Sigma = 1500kg/cm² (dado)
G = 35,42 kg/m
max5,4 σ
eP
kkkg dvs
×
×××=
Tipo Peso (kgf/m)
TR-68 67.56
TR-57 56.9
TR-50 50.35
TR-45 44.65
TR-37 37.11
TR-32 32.05
TR-25 24.65
Determine a altura da camada de lastro para uma EF de bitola larga 
destinada ao tráfego de trens urbanos de passageiros. O trecho tem 
extensão de 50km. Também representar a seção tipo e determinar a 
quantidade de material para o lastro.
Carga total por vagão= 90.000kg
Velocidade operacional= 85km/h
Número de eixos por veículo = 4
Distância entre eixos = 2m
CBR plataforma = 17%
Coeficiente NS = 5,5
Soca = 40cm para cada lado do eixo dos trilhos
Ombreira 30cm
Espaçamento dormentes = 60cm 1667 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 = (calculado)
e = 60cm (dado no exercício)
Ks = 0,24 (dado)
Kv = 1,4 (calculado)
Kd = 1,15 (rebocado)
Sigma = 1500kg/cm² (dado)
G = 38,64 kg/m
max5,4 σ
eP
kkkg dvs
×
×××=
Tipo Peso (kgf/m)
TR-68 67.56
TR-57 56.9
TR-50 50.35
TR-45 44.65
TR-37 37.11
TR-32 32.05
TR-25 24.65