PTR 2477 Pavimentos. Aula 14. Elementos da via permanente Aparelho de mudança de via Trilhos longos soldados. PTR Pavimentos

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1 PTR- 477 Pavimentos 1 / 6 t Heading for the Coast, Montana Prof. Dr. Telmo Giolito Porto PTR 477 Pavimentos Ricardo Martins da Silva Aula 14 Elementos da via permanente Aparelho de mudança de via Trilhos longos soldados Prof. Dr. Telmo Giolito Porto 1

2 Elementos da via permanente 4 / 6 Elementos da via permanente Placa de apoio Fixações Trilho Dormente Sub lastro trilhos dormentes retensores

3 5 / 6 Trilho - tipos Vignole DB 6 / 6 Trilho Funções Sustentação e condução Viga contínua Perfil Vignole Designação Peso por metro linear (TR-37, 45, 50, 57, 68) Requisitos Boleto (desgaste) Alma (viga) Patim (estabilidade) alma F boleto alma patim patim de espessura insuficiente dormente 3

4 7 / 6 Trilho Aço Comum (ferro + carbono) Tratado termicamente Liga (nióbio, molibdênio, etc.) Maior dureza Tratamento térmico 8 / 6 Trilho Desgaste (AREMA, 196) Ts = 0,545 W D Fadiga 0505 σ Ts T = 1,1 T n = D Ts: total de toneladas brutas que o trilho suportará nos trechos de tangentes (short-ton); W: densidade do trilho em lb/jd; D: densidade anual em milhões de tons brutos por ano; n: vida útil em anos; T: total de toneladas que podem passar sobre o trilho sem provocar desgaste excessivo; D: densidade anual em milhões de tons brutos por ano; RUPTURA Log N 4

5 9 / 6 Barras de 1/18 m Emenda mecânica Talas de junção Grandes esforços adicionais Defeitos nas extremidades dos trilhos 10 / 6 Barras de 1/18 m Emenda mecânica Talas de junção tala de junção em balanço tala de junção apoiada dormente trilho ovais talas coincidentes talas alternadas 5

6 11 / 6 Barras de 1/18 m Soldagem No estaleiro Caldeamento Melhor qualidade Dificuldade de levar para o local 1 / 6 Barras de 1/18 m Soldagem No local Solda aluminotérmica Al + Fe O + elementos liga sólidos Al O + Fe + elementos liga fundidos cal Facilidade de transporte Maior custo Pior qualidade 6

7 13 / 6 Barras de 1/18 m Soldagem No local Solda aluminotérmica Al + Fe O + elementos liga sólidos Al O + Fe + elementos liga fundidos cal 14 / 6 Barras de 1/18 m Soldagem No local Caldeamento (inovação tecnológica) 7

8 15 / 6 Barras de 1/18 m Soldagem No local Caldeamento (inovação tecnológica) 16 / 6 Fixações Garantir a bitola da via; Resistência ao deslocamento longitudinal e lateral do trilho (frenagem, dilatação); Cada fixação resiste, aproximadamente, a kn. 8

9 17 / 6 Fixações Rígidas Soltam com o tempo (vibração), perdendo a capacidade de resistir a esforços longitudinais 18 / 6 Fixações Elásticas Pandrol 9

10 19 / 6 Fixações elásticas Elásticas Pandrol aço madeira concreto McKay concreto Vossloh madeira 0 / 6 Retensores 10

11 1 / 6 Placa de apoio / 6 Palmilhas elásticas 11

12 3 / 6 Dormentes Funções e requisitos Distribuir carga no lastro; Manter bitola; Estabilidade da via transversal, vertical e longitudinal; Amortecer parcialmente as vibrações; Fácil manuseio (assentamento e substituição) Longa vida útil 4 / 6 Dormentes Tipos Madeira Concreto Aço Fibrocimento, Polímeros 1

13 5 / 6 Dormentes Madeira Durabilidade (em anos) No Brasil 1633 dorm/km Mad. de Lei Mad. Mole Tratada 15/0 5/6 Não tratada 10 No mundo (países frios) Tratado: 15/30 anos Não tratado: 3/18 anos Dimensões B. Métrica a 00cm a b 16cm c cm c b B. Larga 80cm 17cm 4cm 6 / 6 Dormentes Madeira Tratamento Resolve apodrecimento, não atua na resistência mecânica. Autoclave 13

14 7 / 6 Dormentes Concreto Fissuras Carga concentrada (trilhos) Dormente Reação (carga distribuída) Diagrama de Momento Fletor 8 / 6 Dormentes Concreto Concreto protendido Monobloco Concreto armado / protendido Bi-bloco 14

15 9 / 6 Dormentes Concreto Bi-bloco Exemplo de aplicação de dormente bi-bloco 30 / 6 Dormentes Aço 15

16 31 / 6 Dormentes Comparação Tipo Aço Madeira Concreto Fácil confecção de dormentes especiais; Recondicionável; Menor massa (manuseio); Fixação simples; Bons isolantes; Vantagens Aproveitamento de dormentes usados; Contribui para a resiliência da via; Maior inércia (resist. a esforços); Manutenção da bitola; Vida longa; Isolante e invulnerável a fungos; Desvantagens Falta de inércia; Alto custo de assentamento; Vulnerável a ambiente agressivo; Tráfego ruidoso; Custo de aquisição e isolamento Baixa vida útil; Ataque de fungos e insetos; AMV: difíceis de se obter; Redução da oferta Manuseio e subst. onerosos; 3 / 6 Dormentes Comparação Resumo Vida útil Manuseio Estabilidade Isolamento Tipo de dormente que melhor se aplica: Concreto Madeira / aço Concreto Madeira / Concreto 16

17 33 / 6 Lastro Funções Distribuir esforços Drenagem Resistir a esforço transversal Permitir reconstituição do nivelamento Esforço horizontal Empuxo passivo 34 / 6 Lastro Propriedades Normas Ensaios Envelhecimento precoce (intempéries) Abrasão (Los Angeles) Resistência mecânica Origem da pedra Preferencialmente ígneas (maior peso específico) Ensaio Los Angeles 17

18 35 / 6 Lastro Propriedades Normas Granulometria uniforme drenagem; % passa % passa log φ log φ 36 / 6 Lastro Propriedades Normas Granulometria uniforme drenagem; Partículas Faces fraturadas (melhor embricamento); Forma cúbica (evitar recalque); Lamelar Cúbica Construção Operação 18

19 AMV- Aparelho de mudança de via 38 / 6 AMV Aparelhos de mudança de via Função Desviar os veículos com segurança e velocidade comercialmente compatível; Importância Cidade B Flexibilidade no traçado; Único elemento móvel; Segurança Custo de manutenção e aquisição Cidade C B C Cidade A A AMV 19

20 39 / 6 AMV Aparelhos de mudança de via Agulha ou chaves Coração ou jacaré Contra-trilho 40 / 6 AMV Aparelhos de mudança de via Agulha 0

21 41 / 6 AMV Aparelhos de mudança de via Coração fixo 4 / 6 AMV Aparelhos de mudança de via Fig. A Fig. B Fig. A Fig. B Agulha ou chaves Coração ou jacaré Contra-trilho 1

22 43 / 6 AMV Aparelhos de mudança de via Coração móvel 44 / 6 AMV Aparelhos de mudança de via AMV-A (AREMA USA) Empregado em pátios ou linhas com preponderância de cargas; Simples, barato, robusto; Não permite superelevação; AMV-U (UIC Europa) Linhas de passageiros; Menos impacto; Maior conforto, segurança e velocidade; Secante Tangente

23 45 / 6 AMV Aparelhos de mudança de via Brasil (AREMA) em transporte de carga ou pátios; (UIC) em transporte de passageiros; AMV-M (Metrô SP) Nacionalização do AMV-U 46 / 6 AMV Aparelhos de mudança de via Número do AMV N passos β 1 passo N f(v) Carga Ângulo maior, raio maior, velocidade maior. 1 N = β tg Passageiros 3

24 47 / 6 AMV Aparelhos de mudança de via AMV otimizado: α < β α β α deve ser menor que β, para que a curva na agulha não limite a velocidade no AMV. Trilhos longos soldados 4

25 49 / 6 Trilhos curtos Livre dilatação; Comprimento máximo: função da folga da junta Fol ga max = l α T max Folga máxima: ~1,5 cm; l max 40 m x 18 m ou 3 x 1 m; 50 / 6 Trilhos longos soldados Bondes: T pequeno, deformação absorvida pelo pavimento 5

26 51 / 6 Trilhos longos soldados l T = l N N T N l α T = N l E S l N = E S α T A força a normal não depende do comprimento da barra 5 / 6 Trilhos longos soldados Ν Ν N = R + l d r T l d N R = r σ l d S E α T R = r l d Trecho fixo sem dilatação = l N: força total devido à dilatação; R: resistência oferecida pelas talas de junção (em geral, pode ser desprezada); r: resistência por metro de linha no trilho-dormente-lastro; l: comprimento total do trilho; l ld: comprimento da extremidade do trilho que se move; l d l d l > l d 6

27 53 / 6 Trilhos longos soldados Temperatura de instalação Brasil (exemplo) t max = 60 ; t min = 0 ; t médio = 30 ; T = 35 (tração) T = 35 (Compressão) T 54 / 6 Trilhos longos soldados Temperatura de instalação Brasil (exemplo) t max = 60 ; t min = 0 ; t médio = 30 ; T = T = 30 T t instalação : t médio + 5 ± 5 ; T Preocupação principalmente dos países de clima frio, pois a compressão (flambagem) é mais crítica que a tração. 7

28 55 / 6 Trilhos longos soldados Ν T Ν σ σ C máx T máx = E α = E α ( t t ) neutra ( t ) neutra máx t min σ σ max = E α T σ max = E α T l d l l d + Tração Compressão t max : limite superior de temperatura; Dependem da região t min : limite inferior de temperatura; t neutra : temperatura escolhida para instalação dos trilhos (sempre que o trilho estiver nesta temperatura, σ = 0); 56 / 6 Trilhos longos soldados Dilatação das extremidades do TLS: U N du = dx E S N = S E α T r x r du = α T dx x dx E S l d l d r U = α T dx x dx E S 0 0 r ld U = α T ld E S σ U Quando não há mais movimentação: r ld = E S α T r ld r ld r ld U = = E S E S E S j: folga máxima da junta; j/: folga de assentamento; r ld j = U = E S l d j E S = r 8

29 57 / 6 TLS: comprimento máximo e mínimo Custo de soldagem (e transporte) versus economia na conservação das juntas; Não se deve usar TLS com comprimento próximo ao mínimo: trechos instáveis; mais retensores e juntas; distribuição de tensões assimétrica no trilho; Trilhos curtos Evitar? TLS 40 m ~00 m l 58 / 6 TLS: juntas especiais 9

30 59 / 6 Exemplo Dados Trilho L = 1000 m; S = 70 cm ; Coef. dilat. aço: α = C -1 ; E =, kn/m ; Clima T min = 0 C; T max = 60 C; T assentamento = 5 C; Fixação r = 4 kn/m; 60 / 6 Exemplo Diagrama de tensões máximas de tração e compressão no trilho; Compressão σ compressão = kn/m 1000 m Tração σ tração = kn/m 1000 m T máx = 5 C 60 C = 35 C T máx = 5 C 0 C = 5 C N E S α T 8 σ max = = =, S S = 8455kN / m = 8,45 kn / cm 7 ( 35) = N E S α T 8 σ max = = =, S S = 60375kN / m = 6,0 4 kn / cm 7 5 = 30

31 61 / 6 Exemplo Comprimentos deslocáveis máximos e deslocamentos máximos nas extremidades Compressão σ compressão = kn/m 3,0 cm 3,0 cm Tração σ tração = kn/m 1,5 cm 1,5 cm 147,9 m 1000 m 147,9 m 105,6 m 105,6 m 1000 m T máx = 60 C 5 C = 35 C T máx = 5 C 0 C = 5 C S E α T 70 10, S E α T 70 10, l d = = = 147, 9m l m r 4 d = = = 105, 6 r 4 r ld 4 147,9 r ld 4 105,6 U = = = 0, 030m U = = = 0, 015m E S, E S, / 6 Próxima aula: Cálculo estrutural da via permanente Sistema veículo-via Dimensionamento estrutural Disponível no site: 31