porG10 PROJETO GEOMÉTRICO DE FERROVIAS E

RODOVIAS

PROJETO GEOMÉTRICO

FERROVIA TRANS-DF

Ouro Branco – Junho/2015

G10 PROJETO GEOMÉTRICO DE FERROVIAS E

RODOVIAS

PROJETO GEOMÉTRICO

FERROVIA TRANS-DF

Responsáveis Técnicos:Karol CamposLeomar Túlio Rocha Leonardo KrambeckLuiza Godoy e Souza Melina Chagas de Laia Patrícia de Siqueira Pinto

Ouro Branco – Junho/2015

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INDICE

1. APRESENTAÇÃO 04

2. PROPOSTA 04

3. MAPA DE SITUAÇÃO 05

4. O TRAÇADO DA FERROVIA 06

5. CURVA HORIZONTAL CIRCURLAR 07

6. SUPERLARGURA 09

7. SUPERELEVAÇÃO 10

8. CURVAS VERTICAIS 11

9. TERRAPLANAGEM 14

10. CONCLUSÕES FINAIS 14

ANEXO A 15

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1- APRESENTAÇÃO

A escolha do traçado de uma via nasce pela necessidade de interligar dois locais. Conceituando na visão da engenharia esta interligação deve ocorrer de forma a maximizar os benefícios e minimizar os impactos e os custos, ou seja, a ferrovia deve conceder conforto a seus passageiros, respeitar as características técnicas, estar em harmonia com a região atravessada e ter um baixo custo, que significa basicamente evitar grandes movimentos de terra e grandes obras de engenharia (como pontes, túneis, viadutos, etc).

O projeto geométrico de uma ferrovia ou de uma rodovia deve conter a diretriz final (traçado), o cálculo dos parâmetros das curvas horizontais e verticais bem como os cálculos da superlargura e da superelevação, além do projeto de terraplenagem.

Neste documento será apresentado o projeto geométrico de uma ferrovia cujas condições serão apresentadas logo abaixo.

2- PROPOSTA

Gerarum projeto geométrico de uma ferrovia em que seja viável a sua construção, por meio de duas locomotivas GE-AC4400, de fabricação GE e com 4400 Hp de potência, chegando a uma velocidade máxima de 80 km /h, sendo especialmente para o transporte de cargas.Sua proposta é gerar maior conexão entre as duas áreas e constituir-se em uma via alternativa que complemente o transporte de mercadorias da região, facilitando a importação e exportação devido à melhoria na logística. e transpondo a área representada pela figura 1 abaixo, ligando os pontos em destaque;

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Figura 1- Região onde será implantada a ferrovia

3- MAPA DE SITUAÇÃO

O projeto será executado na região do Distrito Federal, Brasil.

Figura 2 – Mapa de Situação

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4- O TRAÇADO DA FERROVIA

A escolha da diretriz final da ferrovia se deu por meio da avaliação de fatores que influenciam no custo e nas caraterísticas técnicas da mesma. O terreno montanhoso ao qual o projeto se desenvolve encarece e reduz o conforto dos passageiros a bordo, ainda assim o traçado foi escolhido minimizando as variações altimétricas e o movimento de terra. A falta de informações geológicas e geotécnicas dificultou uma análise maior neste parâmetro, mesmo assim foi escolhido um traçado de vale, minimizando as obras de drenagem. A ausência de rios e córregos na região analisada facilitou a locação, evitar a travessia destes significa redução de custos nas obras civis. Benfeitorias, construções e loteamentos também não foram problema no trecho analisado, tendo em vista a ausência destes. Interferências ao ecossistema local é um fator inevitável, as dimensões incomuns de uma ferrovia dividem o ambiente em duas áreas isoladas e a vegetação predomina em toda região de soluções alternativas, ainda assim, foram evitados altos cortes e aterros minimizando os danos a estes. A figura 2 abaixo nos mostra a diretriz final do traçado alocada na região dada.

Figura 3- Diretriz final da rodovia

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5- CURVA HORIZONTAL ESPIRAL

O traçado escolhido é composto por três curvas em espiral. Utilizando o SoftwareAutoCadCivil3D 2016foi medido raio de 1000m, de 700m e a terceira curva de 600m. Os cálculos serão feitos com a curva mais crítica, no caso a de 600m.O raio mínimo de projeto é de 500m e a velocidade diretriz igual a 80km/h.

Os demais parâmetros, calculados a seguir,podem ser visualizados na figura 3 abaixo; suas respectivas formulações foram deduzidas através de uma análise de geometria plana.

Figura 3- Parâmetros de cálculo de uma curva espiral

θs= Ls2∗Rc

= 1002∗600

=0,083

Xs=Ls(1−θ s2

10+ θ s4

216 )=100(1−0 , 083²10

+ 0,0834

216 )=99,93 m

Ys=Ls( θs3

−θ s3

42 )=100( 0,0833

−0,0833

42 )=2,76 m

k=Xs−Rc∗senθs=99,93−600∗sen (0,083)=99,06m

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p=Ys−Rc∗(1−cosθs )=2,76−600∗(1−cos ( 0,083 ) )=2,76 m

TT=k+ (Rc+p )∗tan∆2=99,06+ (600+2,76 )∗tan

∆2

E=Rc+ p

tan∆2

−Rc

E(TS) = E(PI) – [TT]= 189 + 17,68m

E(SC) = E(TS) + [Ls] = 194 + 17,68m

E(CS) = E(SC) + [D] = 222 + 17,7m

E(ST) = E(CS) + [Ls] = 227 + 17,7m

Deflexões sucessivas e acumuladas.

Estacas Deflexões sucessivas Deflexões acumuladas

0 0° 0°1 0°10’ 0°10’2 0°10’ 0°20’… … …120 0° 20°

Tabela 1- Deflexões Sucessivas e acumuladas.

6- SUPERLARGURA

A superlargura, caracterizada por um alargamento da bitola nas curvas,normalmente varia de 1 a 2 cm, o valor exato é calculado pela fórmula abaixo, onde a superlargura (S) é dada em função do raio (R).

S= 6R

−0,012

Como o raio da curva em questão é muito grande (R= 3479,86m), a superlagura será um valor despresível, podendo ser desconsiderada no projeto, inclusive, algumas normas

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regem que para raios superiores a 500 m a superlargura já pode ser desconsiderada. (Projeto Geométrico de Ferrovias, pag.62).

7- SUPERELEVAÇÃO

Para um maior conforto dos passageiros e estabilidade da locomotiva nos trilhos a inclinação transversal destes, chamada de superelevação, é um parâmetro de suma importância no dimensionamento das ferrovias. Como a linha férrea tratada neste estudo é de uso misto (carga e passageiros) o cálculo da superelevação (∆ h¿ será dado pelo maior valor entre os seguintes critérios:

Superelevação Teórica:

∆ ht=( B x v ²127 x R )=¿0,024 m

Onde B é a bitola da locomotiva, encontrada no site do fabricante. Em nosso projeto (locomotiva GE-AC4400) o valor da bitola é de 1070mm.

Superelevação Máxima:

∆ hmax=B

H . n (B2−d )=0,1034 m

Critério do conforto aplicado a trem de passageiros, como sugere a formulação abaixo:

∆ h=( Bg )0,55=0,059 m

Portanto a superelevação adotada será de ∆ h=10,34 cm.A RFFSA limita o valor máximo da superelevação em 10% do valor da bitola (Projeto Geométrico de Ferrovia, p.57), logo o valor encontrado está dentro do limite.

Para a distribuição da superelevação calculada acima será utilizada um trecho da tangente horizontal imediatamente antes e depois da curva circular, girando a seção transversal da ferrovia em torno do centro da plataforma, onde o coeficiente de distribuição da superelevação adotado é de α 1=0,1 %que será distribuído em um comprimento total de31 metros.

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8- CURVAS VERTICAIS

Com o intuito de amenizar o traçado, reduzir as inclinações e evitar grandes cortes e aterros será adotado 02 curvas verticais. O relevo montanhoso, íngreme e a existência de um rio dificultam a escolha e locação destas, uma vez que a adoção de uma diretriz mais plana significa custos em obras de terraplenagem.

Foi utilizado SoftwareAutoCad Civil 3D na locação destas curvas extraindo-se do mesmo os parâmetros iniciais, os demais parâmetros foram calculados baseando-se nas formulações encontrados a seguir.

Os dados obtidos de cada curva se encontra na tabela 2 e 3.

Curvas PIVCota do ponto notável – PIV

Estação PVC Estação PVT

1 0+0,00 1135,00  2 17+10,0 1140,78 3 + 5,00 31 + 15,003 32+10,0 1144,89 25 + 8,13 39 + 11,874 39+16,27 1146,61 29 + 7,20 50 + 5,345 49+15,0 1149,50 46 + 5,35 53 + 4,656 57+19,67 1151,81 40 + 8,74 75 + 10,607 86+0,00 1157,00 64 + 16,64 107 + 3,368 108+5,64 1160,82 98 + 18,97 117 + 12,319 119+5,00 1161,85 58 + 15,40 179 + 14,6010 129+10,0 1159,50 97 + 7,87 161 + 12,1311 142+13,26 1158,75 93 + 7,66 191 + 18,8612 158+10,68 1157,15 129 + 0,81 188 + 0,5513 168+3,07 1155,84 141 + 5,47 195 + 0,6714 176+10,0 1155,89 147 + 7,60 205 + 12,4015 206+0,00 1151,50 152 + 4,80 259 + 15,2016 233+0,00 1155,30 215 + 1,60 250 + 18,4017 248+0,45 1158,83 209 + 18,85 286 + 2,0518 260+12,27 1159,23 222 + 18,14 298 + 6,4019 275+4,55 1156,75 173 + 6,15 377 + 2,9520 288+4,17 1151,86 268 + 15,90 307 + 12,4421 303+1,82 1144,71 303 + 1,82 303 + 1,82

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Tabela-2 Pontos de inicio, fim e interseção das curvas verticais

Tabela 2- Parâmetros das curvas verticais

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Inclinção i1(%)

Inclinação i2 (%)

Variação da

inclinação ΔI(%)

Comprimento da curva -

L(m)Lmin

L adotado

ϴ1 ϴ2 Δ/2Raio Imediato da curva - Rv

(m)Valor de K Kmin K adotado

- 1.65 - - - - - 0,95 - - -1,65 1,37 0,28 570,00 418,13 570,00 0,96 0,79 0,87 18770,03 2036,54 112,39 2036,541,37 1,18 0,19 28,50 283,73 283,73 0,79 0,68 0,73 11134,91 146,14 112,39 146,141,18 1,46 -0,28 250,84 418,13 418,13 0,68 0,84 0,76 15845,22 892,78 112,39 892,781,46 1,40 0,06 139,29 89,60 139,29 0,84 0,80 0,82 4872,55 2457,12 112,39 2457,121,40 0,93 0,47 180,54 701,87 701,87 0,80 0,53 0,67 30100,98 382,18 112,39 382,18

0,93 0,86 0,36 846,72 537,60 846,72 0,53 0,49 0,51 47284,84 11962,86 112,3911962,8

60,86 0,47 0,25 42,34 373,33 373,33 0,49 0,27 0,38 28071,63 109,63 112,39 112,39

0,47 -1,15 1,62 376,56 2419,202419,2

0 0,27 -0,66 -0,20 355410,81 233,08 112,39 233,08

-1,15 -0,29 -0,86 31,77 1284,271284,2

7 -0,66 -0,17 -0,41 89192,36 36,96 112,39 112,39

-0,29 -0,50 1,32 470,01 1971,201971,2

0 -0,17 0,29 0,06 941178,84 2164,45 112,39 2164,45

-0,50 -0,68 0,79 156,60 1179,731179,7

3 -0,29 -0,39 -0,34 100139,45 864,60 112,39 864,60

-0,68 0,04 -0,72 216,77 1075,201075,2

0 0,39 0,02 0,21 149525,62 301,38 112,39 301,38

0,04 -0,74 0,78 111,25 1164,801164,8

0 0,02 -0,02 0,00 66738123,98 142,63 112,39 142,63

-0,74 0,70 -1,44 1015,32 2150,402150,4

0 -0,42 0,40 -0,01 5356906,31 701,34 112,39 701,340,70 1,18 -0,48 61,45 716,80 716,80 0,40 0,68 0,54 38133,91 129,44 112,39 129,44

1,18 0,16 1,02 478,45 1523,201523,2

0 0,68 0,09 0,38 113637,48 469,15 112,39 469,15

0,16 -0,85 1,01 23,92 1508,271508,2

7 0,92 0,49 0,70 61421,10 23,75 112,39 112,39

-0,85 1,88 -2,73 493,26 4076,804076,8

0 -0,49 1,08 0,30 395905,87 477,95 112,39 477,95-1,88 -2,40 0,52 24,66 776,53 776,53 -1,08 -1,38 -1,23 18146,61 47,18 112,39 112,39-2,40           -1,38            

Formulações utilizadas no cálculo da curva vertical:

Variação da inclinação (∆ I ):

∆ I=I 1−I 2

Comprimento mínimo (Lmín):

Lmín=0,077 ∆ I v2

100 a

Onde a é a é a aceleração vertical em m/s2 (0,33 para trens cargueiros).

Raio Imediato da curva (R v):

θ1=tan−1 I 1

100θ2=tan−1 I 2

100

∆2=

θ1−θ2

2

R v=

L2

sin∆2

Raio Mínimo pelo critério da aceleração (R v, min):

k min=v2

1296 ac

R v, mín=100 x kmin

Pontos Notáveis:

PCV =PIV− L2

PTV =PIV + L2

Cota dos Pontos Notáveis:

PCV =PIV−I 1 xL2

PTV =PIV + I 2 xL2

9- TERRAPLENAGEM

Através dos alinhamentos horizontal e vertical e a seção tipo de ferrovia com os devidos parametros obtidos, através do SoftwareAutoCad Civil 3D, calculou-se os volumes de aterro e corte para cada seção. Os valores obtidos encontram-se na tabela 1 do anexo A. Para facilitar a ánalise da distribuiçao dos materiais escavados foi obtido o diagrama de massas a seguir, onde pode-se observar o volume de solo acumulado em cada estaca do traçado.

0+000.0000+860.0001+700.0002+540.0003+400.0004+260.0005+120.0005+980.0000

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Diagrama de Massas

Estacas

Volume Acum

ulado (m³)

10- CONCLUSÕES FINAIS

Ao final do projeto, conclui-se que o alinhamento escolhido no início apresenta boas características para a realização da ferrovia. O primeiro trecho, em curva, atende aos parâmetros mínimos exigidos em estudos e literaturas encontrados. Tais literaturas foram utilizadas, devido a escassa normatização para ferrovias. O segundo trecho apresenta uma extensa faixa horizontal, o que é uma boa alternativa para ferrovias. Além disso, os desníveis apresentados no alinhamento vertical mostram uma taxa de movimentação de terra aceitável para um relevo montanhoso, o que torna a obra viável economicamente.

Pode-se observar através do diagrama de massas que haverá um grande deslocamento de terra. Tal deslocamento proporciona gastos indesejáveis na execução do projeto. Uma alternativa para combater esse deslocamento excessivo de terras é a implantação de um túnel atravessando o aclive que também é indesejável para vias ferroviárias.

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ANEXO A

Estaca

Área de

Corte

(m²)

Volume Corte

(m³)

Volumede Corte

(m³)

Área de

Aterro (m²)

Volume de

Aterro (m³)

Volume de Corte Acumulado(Cu.m.)

Volume de Aterro

Acumulado (Cu.m.)

Volume Líquido

(m³)

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