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PTR- 2501 Transporte Ferrovirio e Transporte Areo Escola Politcnica da Universidade de So PauloPTR 2501 Transporte ferrovirio e transporte areo
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Prof. Dr. Telmo Giolito Porto
Escola Politcnica da Universidade de So Paulo
PTR 2501Aula 1Ricardo Martins da Silva
Transporte Ferrovirio e Transporte Areo
Introduo ao curso Geometria da via permanente
Prof. Dr. Telmo Giolito Porto
opaJ ,veLgaM08/02/2009
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Programa da disciplinaCaractersticas do transporte ferrovirio Geometria da via Elementos da via permanente Clculo estrutural da via permanente Lotao de trens Noes de frenagem Licenciamento e capacidade de via Sistemas de sinalizao
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BibliografiaAPOSTILA DO CURSO Site da disciplina ESTRADAS DE FERRO - EPEC/625.1^B77 2a edio TRATADO DE FERROCARRILES - EPEC/625.1^T691 (Apenas o volume II) LA VOIE FERR - EPEC/625.5^AL41 (Apenas o volume II) THEORY AND PRACTICE - EPEC/625.1^F265 1a edio A INFRAESTRUTURA DA VIA FRREA - Estante de Dissertaes DO PLANEJAMENTO IMPLANTAO DE PROJETOS DE MODERNIZAO FERROVIRIA, UM PROCESSO CONDICIONADO PELO FATOR TCNICO-ESPECIALIZADO - Estante de Dissertaes URBAN PUBLIC TRANSPORTATION SYSTEM AND TECHNOLOGY - EPEC/388.4^V972u MODERN RAILWAY TRACK - EPEC /625.143^Es92m DESVOS FERROVIRIOS - EPEC /625.151^R618d AMERICAN RAILWAY ENGINEERING ASSOCIATION - EPEC /385^Am35c, EPBC /385^Am35c REDE FERROVIRIA FEDERALNORMAS E INSTRUES DE VIA PERMANENTE EPEC/625.1^R246no^V3, V4, V8 NORMAS E INSTRUES DE ELETROTCNICA EPEC/625.1^ V5/7 ESTUDOS E RELATRIOS TCNICOS EPEC/625.1^R246no^V1, V2, V3
REVISTAS:REVUE GENERALE DES CHEMINS DE FER - Biblioteca da Engenharia Eltrica RAILWAY GAZETTE - Biblioteca da Engenharia Eltrica RAILWAY INTERNACIONAL - Biblioteca da Engenharia Eltrica QUARTELY REPORT OF RTRI - RAILWAY TECHNICAL RESERARCH INSTITUTE, JAPAN
Mais detalhes no site da disciplina
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Na Internet:www.poli.usp.br/d/ptr2501Programa da disciplina; Apostila; Bibliografia; Apresentaes de sala de aula; Exerccios on-line; Fotos e links interessantes;
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Caractersticas da ferrovia
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Caractersticas da ferroviaVocaoCargaLonga distncia; Grande volume; Baixo valor especfico; Ex: gros,minrios, etc.;aivodor not /$R
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Caractersticas da ferroviaVocaoPassageiros longa distnciaConforto; Velocidade mdia alta; Independncia das condies climticas
aicntsid
aivorref mk 004~
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Caractersticas da ferroviaVocaoTransporte urbano metropolitanoCapacidade (60.000 pass/h)Metr: 1.000 pass/trem x 60 trens/h = 60.000 pass/h CPTM: 3.000 pass/trem x 20 trens/h = 60.000 pass/h
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Caractersticas da ferroviaContato metal-metal
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Caractersticas da ferroviaEixos guiados
MTPC ad mert mu ed enibaC
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Caractersticas da ferroviaBitolaB < 1,0 m B = 1,0 m B = 1,435 m B = 1,6 m ~1,65 m Sem expresso econmica Bitola mtrica Bitola normal Bitola larga
Bitola 1
Bitola 2
VGT mu ed enibaC
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Caractersticas dos veculosRoda solidria ao eixo
Solidrias ao eixo
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Caractersticas dos veculosRoda solidria ao eixo
Existncia de frisos nas rodas
Friso
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Caractersticas dos veculosRoda solidria ao eixo Existncia de frisos nas rodas
Conicidade das rodasCurva Linha reta
Conicidade
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Caractersticas dos veculosRoda solidria ao eixo Existncia de frisos nas rodas Conicidade das rodasTruque
Paralelismo dos eixos de um mesmo truqueTruque
oircsni ed
omin m oiar
o enifeD
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Caractersticas dos veculosRoda solidria ao eixo Existncia de frisos nas rodas Conicidade das rodas Paralelismo dos eixos do truqueP
Carga na ponta dos eixos
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Caractersticas dos veculosRoda solidria ao eixo Existncia de frisos nas rodas Conicidade das rodas Paralelismo dos eixos do truque Carga na ponta dos eixos
Roda dentro do gabarito da caixa
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Geometria da via permanentePI te PC AC m R te PT m
B
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Concordncia em plantaPI te PC AC m R te PT
m
PC: ponto de curva PI: ponto de interseco PT: ponto de tangente AC: ngulo central : ngulo de deflexo AC = PC PI e PI PT: tangentes externas
PC PI = PI PT
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Concordncia em plantaGrau de curvaCorda de 20 m
G/2
R
sen
G 10 = 2 R
G = 2 arcsen 10 R
para R dado em metros
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Concordncia em plantaDeflexo A R B d
d=
2
p/ AB = 20 m:d= G 2
dm =
G 1 G = 2 20 40
dt = n
G 2
p/ AB 20 m:dt = dm l1 + n G + dm l 2 2
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Concordncia em plantaTangentes exterioreste PC AC m R PI te PT
m
Pi Pt = Pc Pi = te = R tg
AC 2
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Concordncia em plantaRaio de curvaFlecha f C/2 R
C2 + 4 f 2 C 2 R 2 = + (R f ) R = 8 f 2
2
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Concordncia em plantaClculo do desenvolvimentoPI te PC AC m R te PT
m
3600 2 r AC D
D=
R AC 180 0
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SuperelevaoSuperelevao (ou sobrelevao) B
h
Consiste em elevar a cota do trilho externo de uma curva.
Menor desconforto; Menor desgaste no contato metal-metal; Menor risco de tombamento para o lado externo da curva;Clculos da superelevao:Terica; Prtica; Prtica mxima;
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Superelevao tericaFora Resultante
Fora Centrfuga
h
Fora Peso
h B B
Superelevao Entre-eixos
B bitola
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Superelevao tericaP sen( ) = Fc cos( ) pequeno cos =1;h h B Fora Resultante Fora Centrfuga Fora Peso Superelevao Entre-eixos
P sen( ) = Fc m V 2 P sen( ) = Rsen = h/B;
B
g = 9.81 m/s2 e v (m/s) = v (km/h) / 3.6;
P
h P V2 = B g R B V2 g R
h=
B V2 127 R
h=
para: h em metros; B em metros; R em metros; V em km/h;
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Problemas no dimensionamento pelo mtodo terico
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Na via projetada para velocidade mxima prevista para trens de passageiros, aparecem os seguintes problemas: Utilizao da via por diversos tipos de veculos Veculos de manuteno mais lentos (risco de tombamento para o lado interno da curva); Desgaste excessivo do trilho interno; O trem de passageiros pode reduzir a velocidade.
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Superelevao prticaVia projetada para velocidade diretriz; Velocidade mxima prevista para trens de passageiros; Trens de carga e manuteno utilizam a mesma via; Necessrio adotar hprt < hterico pr te
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Superelevao prticaCritrios racionais:ConfortoA acelerao centrfuga no equilibrada no pode causar desconforto aos passageiros
SeguranaParte da fora centrfuga no equilibrada, mas a estabilidade garantida por um coeficiente de segurana. Os critrios so equivalentes em seus resultados.
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Critrio do confortoFora Resultante
Fora Centrfuga
hprt
Fora Peso
Fora .m B h Superelevao prtica
: componente da acelerao centrfuga no compensada
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Critrio do confortoFc cos P sen = m
h prat m V 2 m g = m R B
=hprt
h prat V2 g R B
Para velocidade em km/h, temos: V2 h prat = 127 R g B
B
B V 2 B h prat = 127 R g
Sup. terica
Reduo
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Critrio do conforto bitola larga:h prat = B V 2 0,106 127 R
bitola mtrica :h prat = B V 2 0,046 127 R
Basicamente, podemos indicar: bitola mtrica : = 0,45 m/s2 bitola normal : = 0,60 m/s2 bitola larga: = 0,65 m/s2 Metr: = 0,85 m/s2 em linhas de fixao direta do trilho estrutura linha norte-sul e = 0,65 m/s2 para vias sobre lastro com dormentes de monobloco protendido linha leste-oeste.
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Critrio da seguranaParte da fora centrfuga no equilibrada, mas a estabilidade garantida por um coeficiente de segurana.d
CG CG
H
Fora Centrfuga
Fc . cos
hprt
Fora Peso P . sen
B P . cos
d: deslocamento do centro de gravidade; H: altura do centro de gravidade em relao aos trilhos;
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Critrio da seguranad
Para cos = 1 e Fc . sen = 0CG H
Momento instabilizador:
CG
Fc = m hprt
V2 P V2 = R g R
Para V dado em km/h: B
Fc =
P V2 g 3,6 2 R H
P hp P V 2 Mi = (Fc P sen ) H = 12,96 9.81 R B
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Critrio da seguranad
Momento estabilizador:CG H
CG
B B Me = P cos d P d 2 2 Equilbrio:hprt
Me = n Min: coeficiente de segurana (~5)
B
P V 2 P h prat B P d = n 2 127 R B
H
h prat =
B V 2 B B d 127 R H n 2 Reduo
Sup. terica
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Superelevao mximaSuperelevao mxima : evita o tombamento do trem para o lado interno da curva quando este est parado sobre ela.d
H
d:
deslocamento do CG
H: hmax B:
altura do CG
entre-eixos fora peso
B
d = deslocamento do centro de gravidade (~0,1 m); H: ~1,5 m para locomotivas diesel-eltricas e 1,8 para vages fechados carregados at o teto;
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Superelevao mximaMtodo Racional:Momento estabilizador: Momento instabilizador: Equilbrio: B B Me = P cos d P d 2 2 d H
Mi = P sen (H ) = P
h H B
Me = n Mi hmax B
onde n coeficiente de segurana.
h B P d = n P max H 2 B
hmax =
B B d H n 2
Mtodo Emprico (Normas ferrovirias): B = 1.60 m hmax = 16 cm; B = 1.00 m hmax = 10 cm;
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Velocidade limiteVelocidade limite: mxima velocidade com que um trem pode percorrer uma curva que tenha superelevao prtica mxima.Vmax = f (R, hmax )Segurana Seguran Conforto V 2 hmax = lim B 127 R g
hmax =
B Vlim B B d 127 R H n 2
2
Vmax
B d h max 2 R = 127 + H n B
Vmax
B hmax + g = 127 R B
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Sobrecarga nos trilhos da curvad CG CG H
Se a fora centrfuga no est totalmente equilibrada, haver sobrecarga no trilho externo.Momentos em relao ao trilho externo
B F H + Pi B = P d 2 B
Pi =Pe
P B F H d B 2 B
Fora Centrfuga
Fora Peso
Pi
onde F = Fc cos P sen
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Sobrecarga nos trilhos da curvad CG CG H
Se a fora centrfuga no est totalmente equilibrada, haver sobrecarga no trilho externo.Momentos em relao ao trilho interno
B F H + P + d = Pe B 2 B
Pe =Pe
P B F H + d + B 2 B
Fora Centrfuga
Fora Peso
Pi
onde F = Fc cos P sen
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Concordncia em planta com curvas de transioCurvatura: inverso do raio Curva em plantaR R=
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C=
1 R
C=0
C = 1/R
Diagrama de curvatura Variao brusca de curvatura: repercute sobre os passageiros, cargas, veculo e via
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Concordncia em planta com curvas de transioCurva de transio: variao contnua de C = 0 a C = 1/R Evita:Desconforto; Custo; Risco;R R=
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M lM l C = 1/R C = 1/
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Concordncia em planta com curvas de transioImplantao da superelevao na curva de transio
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hM B
h
M B
Tangente
Transio
Curva
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Concordncia em planta com curvas de transioExpresso que relaciona raio da curva de transio num ponto com a distncia percorrida nesta curvaR R= M l C = 1/R C = 1/
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lM
lM h l = M M ltotal h ltotal
B V 2 R g = = 2 B V gR
lM = ltotal R Clotide; Espiral de Cornu; Espiral de Van Leber;
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Instalao da curva de transioDificuldade de implementao da curva de transio:lM = ltotal R = k
InstalaoDefine-se a mxima variao tolervel da superelevao (por exemplo: 1mm/m); Clculo da superelevao h (por exemplo: 15 cm);150m m = 150m ) ltotal = h / h (por exemplo: ltotal = 1m m / mk = ltotal Rbacos de topografia; Aplicativos informatizados;
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Instalao da curva de transioR R
R
Transio com raio conservado
Sem transio R
R
Transio com centro conservado
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Raio mnimo horizontalPermitir inscrio da base rgidaominm oiaR
Limitar o escorregamento roda-trilhoSolidrias ao eixo
Velocidade diretriz Estabelecido por normas
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Raio mnimo horizontalPermitir inscrio da base rgidaLimitado pelo veculo (Rmn 100.B)Rmn = 100m (mtrica) Rmn = 160m (larga)
Limitar o escorregamento roda-trilhoSolidrias ao eixo
Projeto- DNIT (B=1,0m): Rmn = 400m
Velocidade diretriz Estabelecido por normas / termos de referncia
- Metr de Salvador (B=1,435m): Rmn = 300m (via principal) Rmn = 100m (via secundria) - CPTM (B=1,6m): Rmn = 420m (traado novo) Rmn = 300m (traado existente) Rmn = 250m (vias secundrias)
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SuperlarguraAlargamento da bitola nas curvas (~1 a 2 cm) Facilita a inscrio do truques Reduz o escorregamento das rodas Desloca-se o trilho interno, pois o externo guia a roda Distribuio da superlargura feita antes da curva circular ou durante a transio Expresses prticas (Norma):S= 6 0.012, para S 0.02 m R
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Traado VerticalPIv PCv ACv Rv PTv Rv ACv PTv PCv Iv Iv
Raios e inclinao muito mais restritivos; Maior custo de implantao;
PIv
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Traado Vertical ConcordnciaEvitar coincidncia das curvas verticais com AMV Curvas: circulares, parablicas ou elpticasCirculares: quanto maior o raio, maior o conforto e o custo.Europa: 5000 a 10000 m; Brasil: 1500 m; Exemplos brasileiros de especificaes para novos projetos- DNIT (B=1,0m): Rmn,v = 8000m - Metr de Salvador (B=1,435m): Rmn,v = 1000m (T. Referncia) - CPTM (B=1,6m): Rmn,v = 5000m (sob AMVs) Rmn,v = 2500m (fora de AMVs)
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Traado Vertical ConcordnciaParablicas: mais empregadas no Brasil e EUARisco de descolamento x P z Fcf
z=c.x2
c: tabelado, funo da classe da ferrovia e concavidade (cncava/convexa).
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RampasInclinao de 1% a 2%, podendo chegar a 4% (METR e TGV) CPTMTipo de Regio Plana Acidentada, colinosa Montanhosa Regio de novas estaes Inclinao da Rampa (%) 0 0,7 0,7 1,5 1,5 2,7 0 0,15
Metr de So Paulo, Metr de SalvadorRampa mxima: 4%
DNITRampa mxima: 1,5%
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Prxima aula:Elementos da Via PermanenteTrilhos Fixaes Dormentes Retensores AMV
Disponvel no site: www.poli.usp.br/d/ptr2501
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Velocidade limiteSegurana SeguranB d h max 2 R = 127 + H n B
Conforto
Vlim
Vlim
B hmax + g = 127 R B
b = 1,6 m: b = 1,0 m:
Vlim = 4,7 RVlim = 4,2 R
b = 1,6 m: b = 1,0 m:
Vlim = 4,8 R Vlim = 4,2 R
Estabelecida a variao da velocidade limite em funo da superelevao prtica mxima adotada em cada trecho da estrada de ferro, o valor da velocidade mxima funo do raio mnimo desse trecho.
Vlim = k Rmin
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