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Engenharia

Superestrutura Ferroviária

By 28 de dezembro de 2018 No Comments
  1. Introdução

As vias férreas permanentes são construídas em um sistema de lastro, com brita, para dar base à dormentação que, posteriormente, recebe a instalação dos trilhos. A construção é dividida em duas etapas: infraestrutura e superestrutura.

A superestrutura, de acordo com o Glossário dos Termos Ferroviários do DNIT, é a “parte superior da estrutura da via que suporta diretamente os esforços dos veículos e os transmite à infraestrutura”. Ela é formada pelos trilhos, pelos dormentes e pela camada do lastro; os quais se apoiam sobre a plataforma ferroviária.

2. Lastro

Segundo o DNIT, o lastro é a camada de material situada entre os dormentes e a plataforma, geralmente composta de pedra britada.

O lastro tem as seguintes funções:

  • Distribuir uniformemente sobre a plataforma os esforços resultantes das cargas dos veículos, produzindo uma taxa de trabalho menor na plataforma;
  • Impedir os deslocamentos dos dormentes, tanto vertical como horizontalmente;
  • Formar um suporte, até certo limite de forma elástica, atenuando as trepidações resultantes da passagem dos veículos rodantes;
  • Sobrepondo-se a plataforma, suprimir suas irregularidades, formando uma superfície contínua e uniforme para os dormentes e trilhos;
  • Facilitar a drenagem da superestrutura.

 

Para bem desempenhar suas funções, o material do lastro deve ter as seguintes características:

  • Suficiente resistência aos esforços transmitidos;
  • Possuir elasticidade limitada, para abrandar os choques;
  • Ter dimensões que permitam sua interposição entre os dormentes e o sublastro;
  • Ser resistente aos agentes atmosféricos;
  • Ser material não absorvente, não poroso e de grãos impermeáveis;
  • Não deve produzir pó (afeta o material rodante e causa mal-estar aos passageiros).

 

Vale dizer que nos casos especiais de plataforma rígida de concreto armado é dispensável o uso de lastro.

3. Dormentes

O dormente é o elemento da superestrutura ferroviária que tem por função, receber e transmitir ao lastro os esforços produzidos pelas cargas dos veículos, servindo de suporte dos trilhos, permitindo sua fixação e mantendo invariável a distância entre eles (bitola).

Suas principais funções são:

  • Distribuir carga no lastro;
  • Manter bitola;
  • Dar suporte adequado e seguro para o trilho;
  • Garantir a estabilidade vertical, horizontal e longitudinal da via.

 

Para cumprir essa finalidade, será necessário ao dormente que:

  • suas dimensões, no comprimento e na largura, forneçam uma superfície de apoio suficiente para que a taxa de trabalho no lastro não ultrapasse os limites relativos a este material;
  • sua espessura lhe dê a necessária rigidez, permitindo, porém, alguma elasticidade;
  • tenha suficiente resistência aos esforços solicitantes;
  • tenha durabilidade;
  • permita, com relativa facilidade, o nivelamento do lastro (socaria), na sua base;
  • oponha-se, eficazmente, aos deslocamentos longitudinais e transversais da via;
  • permita uma boa fixação do trilho, isto é, uma fixação firme, sem ser, excessivamente, rígida.

 

Quanto ao material de que são feitos, os dormentes empregados atualmente são de três tipos:

  • Madeira;
  • Aço;
  • Concreto.

a) Dormente de madeira

A madeira apresenta propriedades adequadas para utilização em dormentes, porém, devido à escassez de fontes e às exigências ambientais, além da dificuldade de reciclagem devido ao tratamento químico pelo qual os dormentes passam, a utilização desse material vem diminuindo.

b) Dormente de concreto

Dormentes de concreto, por sua vez, são mais duráveis, resistentes, de fácil fabricação e de alteração de sua geometria. O peso elevado dos dormentes de concreto contribui para a estabilidade da via, mas dificulta as operações de construção e de manutenção.

Os dormentes de concreto começaram a ser utilizados após a Segunda Guerra Mundial. Eram de concreto armado, monobloco, não protendido. Neles, começaram a aparecer fissuras próximas à seção central, causadas pela tração que aparece nessa região, como indicado na ilustração seguinte.

Dentre as desvantagens de dormentes em concreto armado, encontram-se a baixa capacidade de absorver vibrações, maior transmissão de cargas dinâmicas para os lastros e aumento dos riscos de dano por impacto.

c) Dormente de aço

Por fim, os dormentes de aço apresentam alta vida útil e boa conformidade geométrica, no entanto seu custo elevado pode inviabilizar sua utilização em alguns casos. Além disso, esses dormentes são mais leves, o que desfavorece a estabilidade de vias que operam cargas elevadas, embora facilitem a colocação e retirada para manutenções.

4. Trilhos

Os trilhos são elementos da via permanente que guiam o veículo no trajeto e dão sustentação ao mesmo. Funcionam como viga contínua e transferem as solicitações das rodas para os dormentes.

O aço é o material utilizado nos trilhos por diversas razões relacionadas à resistência e à qualidade:

  • Elevada tensão de escoamento e ruptura;
  • Composição química uniforme;
  • Isenção (garantida pelo processo de fabricação) de inclusões não metálicas, vazios e trincas térmicas.

Os principais limitantes da vida útil dos trilhos são: o desgaste, devido ao contato metal-metal que ocorre entre a roda e o trilho; e a fadiga causada pelo carregamento cíclico que provoca um rearranjo da microestrutura do metal que pode levar a sua ruptura.

a) Perfil Vignole

A geometria do perfil Vignole favorece a resistência à flexão. Um maior momento de inércia indica que a geometria da seção concentra a maior parte da massa do trilho nos pontos onde as tensões normais são maiores, otimizando o uso do material.

b) Bitola

Conforme o Glossário dos Termos Ferroviários do DNIT, bitola é “a distância entre as faces internas dos boletos dos trilhos, tomada na linha normal a essas faces, 16 mm abaixo do plano constituído pela superfície superior do boleto”.

Existem três tipos de bitola padronizados:

  • Bitola Estreita: inferior a 1,435 m.
  • Bitola Larga: superior a 1,435 m. No Brasil, é a bitola de 1,600 m.
  • Bitola Métrica: igual a 1,000 m.

Em 1907, a Conferência Internacional de Berna (Suíça), consagrou a bitola de 1,435 m, como “Bitola Internacional”, sendo, na atualidade a utilizada pela grande maioria dos países.

5. Fixações

As fixações são elementos que têm como função manter o trilho na posição correta e garantir a bitola da via. Oferecem resistência ao deslocamento longitudinal e horizontal do trilho, provocado por variação de temperatura ou frenagem dos veículos.

As cargas horizontais e verticais devem ser transferidas para os dormentes sem prejudicar o sistema de fixação.

As fixações devem permitir a substituição dos trilhos sem afrouxar seus embutimentos no dormente de madeira.

 

a) Fixações Rígidas

Constituem-se de pregos e parafusos. Soltam com o tempo devido à vibração, perdendo a capacidade de resistir a esforços longitudinais.

b) Fixações Elásticas

Mantêm pressão constante sobre o trilho, não se afrouxando com o tráfego.

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