PROJETO GEOMÉTRICO DE SUPERESTRUTURA FERROVIÁRIA

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1

2 PROJETO GEOMÉTRICO .................................................................................... 2

2.1 RAIO MÍNIMO ......................................................................................................................... 2

2.2 SUPERELEVAÇÃO ................................................................................................................. 2

2.3 SUPERLARGURA ................................................................................................................... 3

2.4 CONCORDÂNCIA HORIZONTAL COM CURVA DE TRANSIÇÃO ....................................... 3

2.5 CONCORDÂNCIA VERTICAL ................................................................................................ 4

2.6 PROPOSTA DE PROJETO .................................................................................................... 5

2.7 LOCALIZAÇÃO DO TRECHO FERROVIÁRIO ....................................................................... 6

3 MEMORIAL DE CÁLCULO .................................................................................. 7

3.1 DIMENSIONAMENTO DE CURVA VERTICAL ...................................................................... 7

3.2 DIMENSIONAMENTO DE CURVA HORIZONTAL ................................................................. 7

3.2.1 Cálculo da Superelevação .................................................................................................. 8

3.2.2 Cálculo da Taxa de Distribuição da Superelevação ........................................................... 8

3.2.3 Outros Dados ...................................................................................................................... 9

3.3 RELATÓRIO DAS SEÇÕES TRANSVERSAIS PRINCIPAIS ................................................. 9

3.4 SEÇÃO TRANSVERSAL TÍPICA EM CORTE E ATERRO .................................................. 10

3.4.1 Seção-Tipo ........................................................................................................................ 10

3.4.2 Detalhamento da pista....................................................................................................... 10

3.4.3 Detalhamento do talude em corte ..................................................................................... 11

3.4.4 Detalhamento do talude em aterro .................................................................................... 11

4 CONCLUSÃO ..................................................................................................... 12

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1 INTRODUÇÃO

O transporte ferroviário é um tipo de deslocamento que ocorre por meio de vias

férreas, transportando pessoas e cargas. Este meio de transporte é um dos mais

antigos e seu surgimento está ligado diretamente com a Primeira Revolução Industrial,

acontecimento histórico que sucedeu na Europa no final do século XVIII e início do

século XIX.

Essa revolução ficou marcada por duas importantes inovações tecnológicas, a

invenção da máquina têxtil e a locomotiva, ambas movidas a vapor. A locomotiva

revolucionou o jeito de transportar matérias-primas e mercadorias, por ser capaz de

carregar um elevado número de toneladas ao mesmo tempo.

As primeiras locomotivas eram lentas (cerca de 70 km/h), hoje os trens

modernos alcançam velocidades representativas, podem atingir até 250 km/h. Até o

começo do século XX o trem era o transporte mais veloz.

O transporte ferroviário tem seu uso difundido em todos os continentes, no

entanto, vem perdendo espaço gradativamente. Seu uso é recomendado para

transporte de cargas pesadas, como minérios, produtos siderúrgicos, agrícolas,

fertilizantes e etc.

As principais deficiências do transporte ferroviário estão na incapacidade de

percorrer superfícies acidentadas e o fato de não poder conduzir mercadorias até os

centros consumidores, isso porque segue sempre um caminho definido (trilhos).

Apesar de transportar um elevado volume de cargas por longas distâncias, o

transporte ferroviário tem um alto custo na construção e manutenção das vias férreas.

Dentre os países que mais utilizam as ferrovias estão os Estados Unidos e a

Rússia, ambos transportam grande parte das cargas por vias férreas. Na parte da

Europa Ocidental, esse tipo de transporte dispõe de grande tecnologia, sendo usado

efetivamente na locomoção de pessoas e cargas.

Em geral, o volume de cargas e a quantidade de quilômetros da malha

ferroviária estão diminuindo gradativamente para dar lugar ao transporte rodoviário.

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2 PROJETO GEOMÉTRICO

As ferrovias têm exigências mais severas quanto às características das curvas

que as rodovias. A questão da aderência nas rampas, a solidariedade rodas-eixo e o

paralelismo dos eixos de mesmo truque impõem a necessidade de raios mínimos

maiores que os das rodovias.

Figura 1

• PC: ponto de curva

• PI: ponto de intersecção

• PT: ponto de tangente

• AC: ângulo central

• Î: ângulo de deflexão AC = Î

• PC – PI e PI – PT: tangentes externas

2.1 RAIO MÍNIMO

O raio mínimo para uma via férrea é estabelecido por normas e deve permitir a inscrição da base rígida dos truques dos carros e locomotivas, além de limitar o escorregamento entre roda e trilho. Segundo a Valec o Raio mínimo é de 343,823 m.

2.2 SUPERELEVAÇÃO

A superelevação consiste em elevar o nível do trilho externo de uma curva. Esta técnica reduz o desconforto gerado pela mudança de direção, diminui o desgaste no contato metal-metal e o risco de tombamento devido à força centrífuga que aparece nas curvas. A velocidade máxima de projeto de um determinado trecho (que possui em geral mais de uma curva) será definida considerando o raio da curva mais “fechada”. A superelevação máxima admissível é definida como aquela que seguramente não provoca o tombamento do trem para o lado interno da curva quando este está parado sobre ela.

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2.3 SUPERLARGURA

Constitui-se no alargamento da bitola nas curvas para facilitar a inscrição do truque ou reduzir o escorregamento das rodas. Os valores de superlargura variam geralmente de 1 a 2 cm. O trilho deslocado é o interno, pois o externo guia a roda. A distribuição da superlargura é feita antes da curva circular ou durante a transição, numa taxa de 1mm/m em vias convencionais ou 0.5mm/m em vias de alta velocidade.

2.4 CONCORDÂNCIA HORIZONTAL COM CURVA DE TRANSIÇÃO

A variação brusca na curvatura repercute sobre passageiros, cargas, veículos e via. Para atenuar esse problema e, ao mesmo tempo permitir uma distribuição segura da superelevação, utilizamos as curvas de transição.

Figura 2

Onde:

• lM: comprimento da curva de transição do trecho tangente até M;

• l : comprimento total da curva de transição;

• hM : superelevação no ponto M;

• h : superelevação a ser implantada;

• α é o ângulo de inclinação do plano dos trilhos correspondente à

superelevação final da curva, quando o raio vale R;

• αM é o ângulo de inclinação do plano dos trilhos correspondente à

superelevação no ponto M da curva de transição caracterizado pelo

raio ρ;

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2.5 CONCORDÂNCIA VERTICAL

Figura 3

Onde:

• PCv : Ponto de curva vertical

• PTv : Ponto de tangente vertical

• PIv : Ponto de intersecção vertical

• ACv : Ângulo central vertical

• Rv : Raio de curva vertical

As curvas em geral são parábolas do segundo grau, curvas circulares, elipses ou ainda parábolas cúbicas. Nas curvas circulares, a Europa adota raios que variam de 5000m a 10000m, enquanto o Brasil adota raios da ordem de 1500m. Raios grandes melhoram a qualidade do traçado da via, permitindo maior conforto. Obviamente, o custo também cresce.

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2.6 PROPOSTA DE PROJETO

Foi proposto um estudo geométrico de um trecho de ferrovia em bitola larga

(1,60m), sendo escolhido para este trabalho o trecho 23c.

Figura 4 - Sub trechos da ferrovia

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2.7 LOCALIZAÇÃO DO TRECHO FERROVIÁRIO

Para a localização do trecho em estudo foram obtidas as coordenadas dos

pontos de inflexão das curvas no software GeoOffice Topográfico e em seguida

demarcados os pontos no Google Earth.

Figura 5- Mapa de situação do trecho ferroviário

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3 MEMORIAL DE CÁLCULO

3.1 DIMENSIONAMENTO DE CURVA VERTICAL

Para o dimensionamento da curva vertical levou-se em consideração os

critérios mínimos da VALEC para alinhamento vertical. Para o cálculo dos elementos

Ponto Vertical de Curva (PVC), Ponto de Inflexão Vertical (PIV), Ponto de Tangente

Vertical (PTV), Inclinação das Rampas (i), e o Desenvolvimento (Y) foram utilizadas

as seguintes equações:

𝐿 = 𝐷2 − 𝐷1

𝑖 =𝐶2 − 𝐶1𝐷2 − 𝐷1

∗ 100

𝑦 = 606,06 ∗ |𝑖1 − 𝑖2|

𝑃𝐶𝑉 =(𝐷 −

𝑦2)

1000

𝑃𝑇𝑉 =(𝐷 +

𝑦2)

1000

CURVA VERTICAL 1 2 3 - --

PIV 0 1 2 3 4

[C] COTA (m) 201,00 197,00 208,00 193,00 181,00

[D] DISTÂNCIA (m) 0,00 1196,00 2671,00 4011,00 12540,61

[L] TRECHO (m) 0,00 1196,00 1475,00 2536,00 10004,61

i (%) -0,334 0,746 -1,119 -0,141

y (m) 654,61 1130,29 593,10

[PCV] Km (Inicial) 0,87 2,11 3,71

[PTV] Km (Final) 1,52 3,24 4,31

3.2 DIMENSIONAMENTO DE CURVA HORIZONTAL

Para o dimensionamento das curvas horizontais levou-se em consideração os

valores padrões mínimos dos Raios de Curva em função do Comprimento de

Transição (LC), conforme a tabela abaixo:

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Figura 6

Após a determinação do raio e comprimento de transição das curvas

horizontais foi calculado a Superelevação e a Taxa de Distribuição da Superelevação

conforme as equações abaixo:

3.2.1 Cálculo da Superelevação

ℎ(𝑚𝑚) =𝐵 ∗ 𝑉2

127 ∗ 𝑅

ℎ(𝑚𝑚) =13,1 ∗ 602

𝑅≤ 160𝑚𝑚

3.2.2 Cálculo da Taxa de Distribuição da Superelevação

ℎ(𝑚𝑚)

𝐿𝑐≤2𝑚𝑚

𝑚

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3.2.3 Outros Dados

Os valores de Ângulo Central da Curva, Desenvolvimento da Curva e

Coordenadas do Ponto de Intersecção de Tangente para todas as curvas foram

obtidos através do Software GeoOffice Topográfico e estão representados na tabela

abaixo:

CURVA HORIZONTAL 1 2 3 4 5

RAIO (m) 859,456 859,46 763,96 982,23 982,23

COMP. TRANSIÇÃO- LC (m) 80 80 90 70 70

ÂNGULO CENTRAL DA CURVA 13°09'58" 25°57'17'' 45°16'23" 20°02'18" 15°25'19"

DESENVOLVIMENTO DA CURVA- D (m) 277,498 469,331 693,653 413,522 334,382

SUPERELEVAÇÃO (m) 0,0549 0,0549 0,0617 0,0480 0,0480

TAXA DE DISTRIBUIÇÃO DA SUPERELEVAÇÃO (%)

6,86 6,86 6,86 6,86 6,86

COORDENADAS DO PONTO DE INTERSECÇÃO DE TANGENTES- PI

(X-E) 170067,64 171749,27 172523,84 173559,67 175111,95

COORDENADAS DO PONTO DE INTERSECÇÃO DE TANGENTES- PI

(Y-S) 9203333,56 9203854,90 9203735,96 9202310,10 9201264,47

3.3 RELATÓRIO DAS SEÇÕES TRANSVERSAIS PRINCIPAIS

Os valores das seções transversais principais para menor aterro, maior aterro,

menor corte e maior corte para cada quilômetro foram obtidos a partir do relatório

gerado pelo software GeoOffice Topográfico e estão representados na tabela abaixo:

KM ESTACA MENOR CORTE

(m²) MAIOR CORTE

(m²) MENOR ATERRO

(m²) MAIOR ATERRO

(m²)

1 0-49 0,21 18,91 0,96 25,62

2 50-99 0,27 33,59 1,68 102,32

3 100-149 1,03 81,26 6,19 59,1

4 150-199 0,01 48,39 2,47 114,65

5 200-249 0,78 58,3 0,54 25,42

6 250-299 0,58 35,45 1,41 53,29

7 300-349 0,03 35,02 0,01 5,54

8 350-399 0,14 38,24 0,04 12,23

9 400-449 0,03 31,94 0,16 49,23

10 450-499 0,08 98,66 0,08 44,62

11 500-549 0,62 13,6 0,05 52,28

12 550-599 0,33 43,56 0,3 40,3

12,54 600-

627+0.613 4,70 88,61 2,91 2,98

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3.4 SEÇÃO TRANSVERSAL TÍPICA EM CORTE E ATERRO

A seções típicas em corte e aterro foram configuradas no software GeoOffice

Topográfico e estão configuradas de acordo com a imagens a seguir:

3.4.1 Seção-Tipo

Figura 7

3.4.2 Detalhamento da pista

Figura 8

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3.4.3 Detalhamento do talude em corte

Figura 9

3.4.4 Detalhamento do talude em aterro

Figura 10

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4 CONCLUSÃO

Após a término da elaboração do projeto, concluiu-se que:

O uso de um software contribuí imensamente no desenvolvimento do projeto,

economizando tempo e evitando erros de cálculo, porém constatou-se que saber

apenas manusear o software não é o suficiente, demonstrando a importância de

dominar a teoria relacionada ao dimensionamento;

O traçado da ferrovia ficou semelhante ao traçado da ferrovia (Norte-Sul) já

existente no local;

Após a otimização do greide, os volumes de corte e aterro ficaram

proporcionais;

Não foram necessários grandes cortes ou aterros, visto que só foi necessário o

uso de banqueta na seção transversal da estaca 467.