Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
PARÂMETROS DE PROJECTO DO TRAÇADO DE VIA
Valores Limites Normativos
António Fidalgo do Couto
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
bitola
eixo de via
plano de via
Topo do carril
Características da linha férrea
• Bitola
b = 1435 mm
b´= b + c = 1500 mm
• Vias Múltiplasentre-eixo: E ≥ 4,20m
ETI (Especificação Técnica de Interoperabilidade): E = 4,50m
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Características da linha férrea
• Rampa máximaApenas com tráfego de passageiros: 25/30 mm/m
ETI - 35 ‰ se: iméd (10 km) < 25 ‰
L< 6 000 m
França (SNCF) - 25-35‰ (Paris-Sudeste - 40‰)
Alemanha (DB) - 12,5‰ (Colónia-Frankfurt -40‰)
Japão - 15-20 ‰
• Raio mínimof (VMAX e Vmin, h, I, E)
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Componentes do traçado em planta
• Alinhamentos Rectos
• Curvas Composta
• Curva circular
• Curvas de transição
III IV VCategorias de Linhas de tráfego Linhas de tráfego Linhas de alta
tráfego misto concebidas misto com velocidade(velocidade em para velocidades velocidades de unicamente
Km/h) de comboios de comboios de dedicadas apassageiros passageiros tráfego de
200 < V < 300 V < 230 (ou 250) passageiros(com veículos 250 < V < 300
dotados decaracterísticas
técnicas especiais)Valor limite
recomendado [m]
Valor limitemáximo
[m]
5,1maxV
2maxV
Comprimento Efectivo Limite (Norma ENV 13803-1)
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Circulação em Curva
• Acelerações/Forças
Força Centrifuga:- Exerce uma força contra o carril exterior- Submete os passageiros e mercadorias a acelerações não desejadas. - Cria um momento
cc yF *efeitos: → desnivelamento transversal e/ou ripagem da via → aumenta o desgaste dos carris exteriores → descarrilamentos e/ou capotagem
plano de via
plano de via
plano horizontalplano horizontal
anc
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Circulação em Curva
• Escala (h)
plano de via
plano horizontal
carril exterior
carril interior
b’
h
Limitar os esforços transversais e choques à entrada e saída das curvas, que conjuntamente com os movimentos de lacete, podem produzir descarrilamentos e capotagem
Conseguir um desgaste similar em ambos os carris, limitando assim a ripagem da via, o desnivelamento transversal da via e o excessivo trabalho dos aparelhos de fixação
Permitir uma maior comodidade para os passageiros e evitar possíveis movimentos das mercadorias
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Circulação em Curva• Escala teórica (ht): anc = 0 m/s2
RVh
RVbh tt
22
8,11127
⋅=⇒′
=
• Escala prática (h):
bhgRVh t ′
=⇒..
III IV VCategorias Linhas de tráfego Linhas de tráfego Linhas de altade tráfego misto concebidas misto com velocidade
(velocidade para velocidades velocidades de unicamenteem Km/h) de comboios de comboios de dedicadas ao
passageiros passageiros tráfego de200 < V < 300 V < 230 (ou 250) passageiros
(com veículos 250 < V < 300dotados de
características
técnicas especiais)Valor limite
recomendado 160 160 160(mm)
Valor limite máximo 180 180 200
(mm)
ETI - 180 – 190 mm, 200 mm (cat.V)
França (SNCF) - 160 mm (Excep.=180 mm)
Alemanha (DB) - 100 (rec.) – 180 mm
Japão - 180 – 200 mm
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Circulação em Curva• Insuficiência de Escala (I = ht - h):
bhRVV t ′
=>.127
nct
nc agbI
RVVa ⋅=⇒
−=
'.)6,3()(
2
22
(ancPass.=1,0 – 1.5 m/s2)
Mercadorias Passageiros Mercadorias Passageiros
200 < V < 250 100 100 150d 150
250 < V < 300 80 80 130c 130c
V < 160 110 160b 160d 180b
160 < V < 200 x 140 x 160
200 < V < 230 x 120 x 160
230 < V < 250 x 100 x 150
V = 250 x 100 x 150
V > 250 x 80 x 130c
desempenhos semelhantes aos dos veículos de passageiros.
b Estes limites da insuficiência de escala devem ser aplicados apenas aos tipos de veículos especificos dotados de característicasmecânicas especiais tais como pequena massa por eixo, massas não suspensas reduzidas, baixo coeficiente de souplesse.c Em vias não balastradas, para velocidades superiores a 250 km/h, pode ser utilizada uma insuficiência de escala de 150mm.d Estes valores só são aplicáveis a vagões de mercadorias que apresentam características mecânicas especiais, que lhes conferem
de passageiros250 < V < 300
características técnicasespeciais
V - Linhas de alta velocidadeunicamente dedicadas a tráfego
V < 230 km/h(ou 250 km/h em linhas
modernizadas)com veículos dotados de
200 < V < 300IV - Linhas de tráfego misto
com velocidades de comboiosde passageiros
III - Linhas de tráfego mistoconcebidas para velocidades de
comboios de passageiros
(velocidade em km/h)
Categorias de tráfego Valor limite recomendado Valor limite máximo ª[mm] [mm]
Norma ENV 13803-1
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Circulação em Curva• Insuficiência de Escala (cont.):
ETI
França (SNCF) - 100 - 150 mm (Excep.=160 mm)
Alemanha (DB) - 70mm (rec.); 130mm (lim.) – 150 mm (n. perm.)
Japão - 100 mm
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Circulação em Curva• Excesso de Escala (E=h-ht):
bhRVV t ′
=<...127
ncnc agbE
RV
bhga ⋅=⇒−=
'.)6,3('
.2
2
Norma ENV 13803-1:
Limite recomendado: 110 mm;
Limite máximo*: 130 mm.
*Para comboios de passageiros, o valor limite máximo de E = 110 mm.
França (SNCF) - 70 - 100 mm (Excep.=105-135 mm)
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
11/23
Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Circulação em Curva• Velocidades máximas e mínimas admissíveis
hR
VbhhI t −′=−=127
2
bRhI
V Lim
′+
=.127).(
max⇒
RVbhhhE t 127
2
′−=−=b
REhV′
−=
.127).( limmin⇒
• Raios mínimos
( ) ( )Lim
máx
Lim IhVbR
EhVb
+≥≥
−′
127´.
127. 22min
Usando I e E (ETI) rec. :
I E hFrança (valores praticados) - 4000- 6250 m
Alemanha (DB) :- Rrec(h=100mm; Irec=70 mm)
- Rlim (h+Ilim=290mm)
- Rperm(h+ I =330mm )
Japão (valores praticados)- 2500 – 4000 m
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
12/23
Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Curvas de Transição
• curva de raio variável ao longo da qual a escala crescerá de forma contínua atéatingir o valor correspondente ao valor a implementar na curva circular, h.
b´
L
h• a implementação da escala égeralmente feita por elevação da fila alta, com manutenção da espessura de balastro sobre os carris da fila baixa.
• a força centrífuga cresce progressivamente sendo compensada pela contínua variação da escala.
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
13/23
Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
• Dimensionamento:
Curvas de Transição
Limitação dinâmica: Variação da escala em função do tempodtdh
→ limitar o valor desta velocidade ascensional
Limitação geométrica: Variação da escala em função do comprimento dh/dl
Limitação de conforto (limites na sobreaceleração normal): Variação da insuficiência de escala em função do tempo dI/dt
Limites do conforto: San = danc/dt = 0,25 e 0,4 m/s3.
Altas velocidades: San = 0,15 m/s3
dtda
sS ncanP )1( += valor máximo aceitável 0,3 m/s3 - 0,8 m/s3
O desenvolvimento L da curva de transição deverá cumprir os três critérios, prevalecendo os relativos à segurança em relação com o de conforto
→ limitar: dh/dl → Empenamento → descarrilamento
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
14/23
Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Curvas de Transição• Limitação dinâmica
LVh
dldhv
dtdl
dldh
dtdh
.6,3... Δ===
lim.6,3. ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛≤Δdtdh
LVh
LIMdtdhVhL
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
Δ≥
.6,3
.⇒
Para variações de escala com declive variável o valor dh/dt é variável, atingindo a meio da curva o seu valor máximo
lim⎟⎠⎞
⎜⎝⎛dtdh
III IV VCategorias de Linhas de tráfego Linhas de tráfego Linhas de alta
tráfego misto concebidas misto com velocidade(velocidade em para velocidades velocidades de unicamente
Km/h) de comboios de comboios de dedicadas apassageiros passageiros tráfego de
200 < V < 300 V < 230 (ou 250) passageiros250 < V < 300
Valor limiterecomendado 50 50 50
(mm/s)Valor limite
máximo 60 60 60(mm/s)
Norma ENV 13803-1
Alemanha (DB):
max..10008 VhL Δ≥
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
15/23
Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Curvas de Transição• Limitação geométrica
lim⎟⎠⎞
⎜⎝⎛Δ
≥
dldhhL A norma ENV 13803-1
-valor limite recomendado: 2,25 mm/m
-valor limite máximo: 2,5 mm/m
• Limitação de conforto
Lim
nc
dtdI
dtda
gb
dtdI
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛≤= .'( )liman
nc Sdtda
≤ ⇒ ⇒
Norma ENV 13803-1LIMdt
dI⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
III IV VCategorias de Linhas de tráfego Linhas de tráfego Linhas de alta
tráfego misto concebidas misto com velocidade(velocidade em para velocidades velocidades de unicamente
Km/h) de comboios de comboios de dedicadas apassageiros passageiros tráfego de
200 < V < 300 V < 230 (ou 250) passageiros250 < V < 300
Valor limiterecomendado 50 50 50
(mm/s)Valor limite
máximo 75 90 75(mm/s)
.
.max
.6,3
.
LimdtdIVIL⎟⎠⎞
⎜⎝⎛Δ
≥
Alemanha (DB):
max.10004 VIL Δ≥
LIMdldh
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Curvas de Transição• variação de curvatura e de escala linear: Clotóide (r.l = const. = A2)
Velocidade constante (v) ⇒
Para a escala teórica:
• v2/r = g.ht(l)/b’ Para o ponto de tangencia curva de transição/curva
circular teremos : L=A2/RPara a escala prática:
• anc = v2/r - g.h(l)/b’
Lv
bhg
Rv
dtdaS nc
an .'.2
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−==
A resposta dinâmica às variações dos gradientes de escala e curvatura depende fundamentalmente:
• da concepção da suspensão do veículo
• do tipo e desenvolvimento dos elementos de transição
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Curvas de Transição• variação de curvatura e de escala não-linear
2
.2/1/1
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=Ll
Rr 2
1.21/1/1
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −−=
Ll
RrSCHRAMM se 0 ≤ l/L≤1/2; se 1/2 ≤ l/L≤1
BLOSS2
.23/1/1
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −=
Ll
Ll
Rr
COS (curva de transição japonesa)⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −=
Ll
Rr .cos1
21
/1/1 π
SEN⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−=Llsen
Ll
Rr ..2
.21
/1/1 π
π Limites de dh/dt:III IV V
Categorias de Linhas de tráfego Linhas de tráfego Linhas de altatráfego misto concebidas misto com velocidade
(velocidade para velocidades velocidades de unicamenteem Km/h) de comboios de comboios de dedicadas a
passageiros passageiros tráfego de200 < V < 300 V < 230 (ou 250) passageiros
250 < V < 300Valor limite
recomendado 55 55 55(mm/s)
Valor limitemáximo 70 70 70(mm/s)
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Curvas de Transição
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
19/23
Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
• Movimento (oscilatório) de balanço
Quando o veículo circula ao longo de uma curva de transição fica sujeito a uma velocidade angular (ω) criada pela introdução da sobreelevação (ângulo de sobreelevação ψ = h/b’) :
Curvas de Transição
vdlbdh
dtbdh
dtd .
''===
ψω
Aceleração angular do movimento de balanço (α)
0
2
2
2
2
2
'.
'1 αα ≤==
bv
dlhd
dthd
b 20
2
2 '.vb
dlhd α≤⇒
limite a adoptar para α0 = 0,1 rad/s2.
Sobreaceleração angular do movimento de balanço ( )α&
0
3
3
3
3
3
'.
'1 αα
&≤==bv
dlhd
dthd
bdtd
30
3
3 '.vb
dlhd α&≤
30 /2,0 srad≈α&
⇒
Limite a adoptar para
Para a aceleração lateral não compensada (anc) e a sobreaceleração (San) correspondente, dever-se-á também ter em conta a aceleração induzida pelo
movimento de balanço.
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
20/23
Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
Sempre que ∆i superior a:
- 2 mm/m, V < 230 Km/h
- 1 mm/m. V > 230 Km/h
Perfil Longitudinal
• Concordâncias (circunferência/parábola)
( ) 2
2000)( x
Dbaxz ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ −
−=
( )1000baRD v
−=
⇒ Concordâncias Verticais (D> 20 m)
D
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
21/23
Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
• Aceleração Vertical (av)
Perfil Longitudinal
gR
VR
VRva
vvvv 127.6,3
2
2
22
===
Níveis aceitáveis de comodidade → ( )LIMvv
v aR
Va ≤=96,12
2
Norma ENV
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
• Raios mínimos das concordâncias verticais
Perfil Longitudinal
( )LIMvv
v RagVR ≤= .
127
2Tendo presentes os valores limite de av a norma fixa para RV lim:
ETI: 10000 a 25000 m
França (TGV Paris-Sudeste): 12000- 14000 m
Alemanha (DB) : 2max.4.0 VR recV = 2
maxlim .25.0 VRV =2
max.16.0.)( VconvRVperm =2
max.13.0.)( VconcRVperm =
Japão (valores praticados): 10000– 15000 m
Cicl
ode
For
maç
ãona
Ferr
ovia
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Traçado de Infra-Estrutura Ferroviária de Alta Velocidade
• Sobreaceleração vertical
Perfil Longitudinal
A menos dos sinais temos:
( ) ( ) 03v2v
ds1/rd
dt1/rd
vv
v Savvdtda
Sa ≤===
3
02v 656,46dsdr
VSar vv≤
Esta condição permite controlar as descontinuidades
na curvatura vertical
Valor limite a adoptar: Sa0v ≈ 0,5 m/s3
NOTA: adicionalmente dever-se-ia analisar o efeito da variação escala (movimento de balanço) no perfil longitudinal