análise de falhas das fraturas de trilhos: o caso da ferrovia do aço
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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
ESPECIALIZAÇÃO EM TRANSPORTE DE CARGA FERROVIÁRIO
PATRICK GUEDES PEDRONI
ANÁLISE DE FALHAS DAS FRATURAS DE TRILHOS: O CASO D A FERROVIA
DO AÇO
Rio de Janeiro
2008
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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
PATRICK GUEDES PEDRONI
ANÁLISE DE FALHAS DAS FRATURAS DE TRILHOS:
O CASO DA FERROVIA DO AÇO
Monografia apresentada ao Curso de Especialização em Transporte Ferroviário de
Carga do Instituto Militar de Engenharia – IME.
Orientador: Prof. D.Sc. Marcelo Sucena
Tutor: Engenheiro Cristiano Gomes Jorge
Rio de Janeiro
2008
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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
PATRICK GUEDES PEDRONI
ANÁLISE DE FALHAS DAS FRATURAS DE TRILHOS: O CASO D A FERROVIA
DO AÇO
Monografia apresentada ao Curso de Especialização em Transporte de Carga
Ferroviário do Instituto Militar de Engenharia.
Aprovada em 03 de setembro de 2008, pela seguinte Banca Examinadora:
_______________________________________________________________
Prof. D.Sc. Marcelo Prado Sucena
_______________________________________________________________
Prof. D. Sc. Maria Cristina de Fogliatti Sinay
_______________________________________________________________
Prof. D. Sc. Vânia Gouveia Barcelos Campos
Rio de Janeiro
2008
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DEDICATÓRIA
Dedico esta monografia à minha esposa Renata, à minha família e aos meus
amigos, que sempre me apóiam em quaisquer desafios e sonhos que busco.
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AGRADECIMENTOS
Agradeço a todas as pessoas que contribuíram direta ou indiretamente na
superação desse desafio de cursar esta especialização sem deixar as atividades
profissionais de lado.
Em especial agradeço aos companheiros da Gerência de Via Permanente de Bom
Jardim de Minas, pelo aprendizado profissional proporcionado pelos grandes
ferroviários que lá trabalham e pelo excelente clima de trabalho propiciado. Cito aqui
os nomes do Engenheiro Cícero Tristão e dos supervisores Jorge Francisco, Vinício
Cortez e Francisco Castilho, querendo, na verdade, agradecer a toda equipe.
Agradeço ainda aos professores do curso de especialização em transporte de
cargas do Instituto Militar de Engenharia, em especial aos coordenadores Silveira
Lopes e Manoel Mendes e também aos colegas de turma pelo ambiente de estudos
saudável onde houve foi possível agregar aprendizado e muitas experiências
profissionais.
Por último, porém não menos importante, agradeço ao meu orientador Marcelo
Sucena pela ótima ajuda na condução do trabalho e preciosas e rápidas
interferências e ao meu tutor Cristiano Jorge pelo direcionamento,
A todos o meu muito obrigado!
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CITAÇÃO
“Vale a pena? Tudo vale a pena
Se a alma não é pequena!”
Trecho do poema “Mar Português”
Fernando Pessoa
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LISTA DE SIGLAS
• FMEA = AMFE - Failure Modes & Effects Analysis
• AMFE = FMEA – Análise de Modos de Falha e Efeitos
• FMECA - Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis
• HAZOP - Hazard and Operability Studies - Análise de Operabilidade de
Perigos
• AAF – Análise de Árvore de Falhas
• CCO – Centro de Controle de Operações
• VP – Via Permanente
• EE – Eletro-eletrônica
• APR – Análise Preliminar de Risco.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Mapa de distribuição das linhas da MRS – FONTE: MRS Logística
Figura 2: Vista da conicidade e do friso das rodas em contato com o trilho. Figura 3: Partes componentes de um truque ferroviário. Fonte: Rosa-2008
Figura 4: Corte transversal de seção da Via Permanente mostrando elementos da infra e da superestrutura. Figura 5: Partes componentes do trilho ferroviário. Figura 6: Pregos e tirefond
Figura 7: Representação do carregamento dos trilhos e reação do lastro – Fonte: DUVAL 2001
Figura 8: Demonstrativo das regiões das agulha, transição e jacaré. Figura 9: Demonstração da distância denominada bitola. Figura 10: Ilustração do nivelamento transversal – FONTE: Vidon – 2006
Figura 11: Esquema demonstrativo dos pontos notáveis de uma curva e as respectivas superelevações – Fonte: Vidon 2006. Figura 12: Ilustração da medida de alinhamento transversal e alinhamento – FONTE: VIDON 2006
Figura 13: Empeno causado pela falta de nivelamento transversal em uma tangente. Figura 14: Ilustração esquemática do empeno. Figura 15: Planos de direção dos defeitos nos trilhos. Figura 16: Trinca vertical no boleto. FONTE: MRS Logística
Figura 17: Trinca horizontal no boleto do trilho. FONTE MRS Logística. Figura 18: Patinado em trilho. FONTE: MRS Logística
Figura 19: Separação do boleto da alma. FONTE: MRS Logística. Figura 20: Trinca na alma: FONTE MRS Logística. Figura 21: Trinca transversal . FONTE: MRS Logística. Figura 22: Trincas transversais múltiplas. FONTE MRS Logística
Figura 23: Trinca nos furos. FONTE MRS Logística
Figura 24: Fratura em solda elétrica. FONTE: MRS Logística
Figura 25: Trinca em solda aluminotérmica. FONTE MRS Logística
Figura 26: Trinca entre a alma e o patim. FONTE: MRS Logística
Figura 27: Cracks na superfície do trilho: FONTE: MRS Logística. Figura 28: Fissuração no canto da bitola. FONTE: MRS Logística
Figura 29: Escamação de Boleto. FONTE: MRS Logística
Figura 30: Estilhaçamento do canto da bitola. FONTE: MRS Logística
Figura 31: Despedaçamento do canto da bitola. FONTE: MRS Logística
Figura 32: Estrutura da árvore de falhas. FONTE: Helman(1995). Figura 33: Símbolos de Eventos da FTA. Fonte: Helman (1995). Figura 34: Símbolos das portas lógicas. FONTE: Helman (1995). Figura 35: Diagrama de Ishikawa proposto tendo como efeito a fratura de trilhos
Figura 36: Árvore de falhas proposta para evento de Fratura de trilhos
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Número de fraturas de trilhos nas gerências de via permanente da malha da MRS Logística no ano de 2007. FONTE: Sistema de Anomalias de trilhos da Malha Ferroviária
Tabela 2: Levantamento de custos por fratura de trilho na GVPOJ em 2007. FONTE: MRS Logística 2007
Tabela 3: Demonstrativo do tipo de classificação segundo a ABNT. Tabela 4: Lista com as duas primeiras letras representativas dos tipos e Subtipos de vagões segundo a ABNT. Tabela 5: Lista com a terceira letra da classificação representando o peso máximo do vagão para cada bitola segundo a ABNT. Tabela 6: Ordem de numeração dos vagões segundo a ABNT. Tabela 7: Tipos de perfis de trilhos e suas respectivas massas. Tabela 8: Bitola utilizada nas principais ferrovias brasileiras. Tabela 9: : Número de fraturas da GVPOJ em 2007 – Fonte MRS Logística
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LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Demonstrativo de crescimento da produção da MRS - FONTE: MRS Logística 2008
Gráfico 2: Divisão entre os tipos de fraturas da GVPOJ em 2007
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LISTA DE FOTOS
Foto 1: Truque ferroviário – Fonte: Amsted Maxion 2008. Foto 2: Vista do painel de controle do CCO da MRS. FONTE: MRS Logístiva. Foto 3: Corte da Ferrovia do Aço. FONTE: MRS Logística. Foto 4: Acumulo de água e bolsão no lastro – FONTE: MRS 2008. Foto 5: Bueiro com saída parcialmente obstruída. Foto 6: Viaduto da Ferrovia do Aço. FONTE: MRS Logística. Foto 7: Frota carregada com TLS’s – Fonte VIDON 2006. Foto 8: Corrida de Solda Aluminotérmica. FONTE: MRS Logística
Foto 9: Máquina realizando solda elétrica. FONTE: VIDON 2006. Foto 10: Fixação elástica com placa de apoio e grampo Pandrol.: FONTE: MRS Logística. Foto 11: Socadora de lastro modelo 09-3X da Plasser utilizada pela MRS – Fonte MRS Logística. Foto 12: Vista da Região do Jacaré de uma linha sendo montada. Foto 13: Visão da região das agulhas em linha sendo montada. Foto 14: Veículo de Controle de Linha – Fonte: MRS Logística.
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SUMÁRIO:
DEDICATÓRIA ........................................................................................................... 4
AGRADECIMENTOS ................................................................................................. 5
CITAÇÃO.................................................................................................................... 6
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... 8
LISTA DE GRÁFICOS .............................................................................................. 10
LISTA DE FOTOS .................................................................................................... 11
RESUMO .................................................................................................................. 15
ABSTRACT .............................................................................................................. 16
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 17
2. OBJETIVO ......................................................................................................... 18
3. JUSTIFICATIVA ................................................................................................. 19
4. HISTÓRICO ....................................................................................................... 20
4.1. DA FERROVIA ............................................................................................ 20
4.2. DA MRS ...................................................................................................... 21
4.3. DA FERROVIA DO AÇO ............................................................................. 23
5. COMPONENTES DA FERROVIA TÍPICA ......................................................... 25
5.1. MATERIAL RODANTE ................................................................................ 25
5.1.1 CARACTERÍSTICAS ............................................................................ 25
5.1.2 CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL RODANTE...................................... 28
5.1.3 LOCOMOTIVAS .................................................................................... 28
5.1.3.1 Locomotivas a Vapor ...................................................................... 28
5.1.3.2 Locomotivas Elétricas .................................................................... 29
5.1.3.3 Locomotivas Diesel-Eletricas ......................................................... 29
5.1.4 VAGÕES ............................................................................................... 30
5.2. SINALIZAÇÃO ............................................................................................. 35
5.3. CENTRO DE CONTROLE DA OPERAÇÃO – CCO ................................... 35
5.4. VIA PERMANENTE ..................................................................................... 36
5.4.1 CARACTERÍSTICAS ............................................................................ 36
5.4.2 INFRA-ESTRUTURA ............................................................................ 37
5.4.2.1 TERRAPLANAGEM ....................................................................... 37
5.4.2.2 SUB-LASTRO ................................................................................ 38
5.4.2.3 DRENAGEM ................................................................................... 39
13
5.4.2.4 OBRAS DE ARTE ESPECIAIS ...................................................... 40
5.4.3 SUPERESTRUTURA ............................................................................ 41
5.4.3.1 TRILHOS ........................................................................................ 41
5.4.3.2 FIXAÇÕES ..................................................................................... 46
5.4.3.3 DORMENTES ................................................................................ 50
5.4.3.4 LASTRO ......................................................................................... 51
5.4.3.5 SISTEMA DE MUDANÇA DE VIA .................................................. 52
5.4.4 GEOMETRIA DE LINHA ....................................................................... 55
5.4.4.1 BITOLA........................................................................................... 56
5.4.4.1 NIVELAMENTO TRANSVERSAL .................................................. 57
5.4.4.2 NIVELAMENTO LONGITUDINAL .................................................. 59
5.4.4.3 ALINHAMENTO ............................................................................. 59
5.4.4.4 DEFEITOS DE GEOMETRIA DE VIA ............................................ 60
5.4.4.5 VEÍCULO DE CONTROLE DE LINHA ........................................... 61
6. ANOMALIAS EM TRILHOS: AS FRATURAS .................................................... 63
6.1. CLASSIFICAÇÃO QUANTO À DIREÇÃO ................................................... 64
6.2. CLASSIFICAÇÃO DAS ANOMALIAS .......................................................... 65
6.3. PREVENÇÃO AS ANOMALIAS .................................................................. 74
7. METODOLOGIAS DE ANÁLISE DE FALHAS ................................................... 76
7.1. ANÁLISE DE ÁRVORE DE FALHAS - FAILURE TREE ANALYSIS (FTA) . 76
7.1.1 ETAPAS DA FTA .................................................................................. 77
7.1.2 ESTRUTURA DA ÁRVORE DE FALHAS ............................................. 77
7.1.3 CONSTRUÇÃO DA ÁRVORE DE FALHAS.......................................... 78
7.2. ANÁLISE DE MODOS DE FALHAS E EFEITOS - FAILURE MODES & EFFECTS ANALYSIS (FMEA) .............................................................................. 81
7.3. ANÁLISE DE MODOS DE FALHAS E EFEITOS CRÍTICOS - FAILURE MODES & EFFECTS AND CRITICAL ANALYSIS (FMECA). ............................... 82
7.4. ANÁLISE DE OPERABILIDADE DE PERIGOS - HAZARD AND OPERABILITY STUDIES (HAZOP) ....................................................................... 82
8. INVESTIGAÇÃO DAS FRATURAS NA FERROVIA DO AÇO ........................... 83
8.1. MANUTENÇÃO DE VIA PERMANENTE .................................................... 83
8.2. APLICAÇÃO DE METODOLOGIA DE ÁRVORE DE FALHAS PARA AS FRATURAS ........................................................................................................... 85
9. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ............................................................ 89
14
10. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................... 91
15
RESUMO
O transporte ferroviário de cargas crescerá 57% até 2015, quando atingirá a marca
de 765 milhões de toneladas movimentadas. O crescimento da carga transportada
faz com que a necessidade de segurança e alta disponibilidade das ferrovias
também cresçam.
Esse trabalho analisa as falhas das fraturas de trilhos ferroviários ocorridas nas
linhas da MRS Logística, sendo utilizado para este estudo, anomalias ocorridas na
Ferrovia do Aço, mais especificamente, no trecho compreendido entre o Km 3+000 e
o Km 292+000, que tem sua manutenção sob responsabilidade da Gerência de Via
Permanente de Bom Jardim de Minas.
Foi utilizada a metodologia de Análise de Árvore de Falhas (AAF) para a
identificação, avaliação e resposta das ocorrências. Por intermédio da checagem
dos cortes mínimos, que servem para formar combinações de falhas dos
componentes que impactam no sistema, foi analisada a sua vulnerabilidade
estrutural, destacando-se os pontos críticos pelos cortes de menor ordem, ou seja,
aqueles que reduzem a confiabilidade do sistema como um todo.
O trabalho seguiu a seguinte metodologia para se atingir os objetivos propostos:
revisão sobre os subsistemas que constituem um sistema ferroviário típico,
descrição dos tipos de anomalias de trilhos, a sinopse sobre as metodologias de
análise de falhas, investigação das fraturas com aplicação da Análise da Árvore de
Falhas e, por fim, análise dos resultados obtidos.
Palavras-chave: Ferrovia, Trilho, Ferrovia do Aço, Árvore de Falhas, Fraturas.
16
ABSTRACT
Brazilians heavy haul railroads production is projected to grow 57% by 2015. The
boost in tonnage transported is also increasing the need for safety and high
availability of the railroads.
This study examines the failure of fractures of rail tracks that occurred on MRS
Logistica Heavy Haul Railroad. Abnormalities occurred in the Iron Ore Railroad,
specifically, in the track segment between Km 3 +000 and km 292 +000, were the
focus of this study.
The methodology Failure Tree Analysis (FTA) was used for the identification,
assessment and response of the events. By checking the minimum cuts, which serve
to form combinations of failures of components that impact on the system, was
examined its structural vulnerability, highlighting the critical points for cuts of lesser
order or those that reduce the reliability of system as a whole.
This paper will present a review of the subsystems that constitute a typical rail
system, description of the types of anomalies of paths, the synopsis on the
methodologies of analysis of faults, fractures to investigate the application of the
Failure Tree Analysis and, finally, analysis of the results.
Key words: Railroad, Rail, Failure Tree Analysis, Cracks and Fractures.
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1. INTRODUÇÃO
A Ferrovia do Aço, desde a concepção de seu projeto que data do início da década
de 70 do século XX, período de grande crescimento do País denominado “Milagre
Brasileiro”, tem números vultosos ligados a ela.
No inicio, os números da Ferrovia do Aço eram relacionados ao tamanho da ferrovia,
extensão das linhas, quantidade e extensão de pontes, túneis e viadutos. Estes
números foram muitas vezes chamados de megalomaníacos.
Já no período de obras, durante a construção, os números eram relacionados à data
de término e custos das obras das obras, nesta época eram tratados como
“faraônicos”.
Atualmente, a Ferrovia do Aço continua tendo números intimamente ligados a ela,
entretanto, atualmente os números são referentes aos recordes de produção de
transportes que são superados mensalmente.
Diante da crescente necessidade de melhorar a qualidade de produtos e serviços,
vinculando-se ao incremento da satisfação dos clientes, vários métodos e técnicas
foram popularizadas, pois várias delas visam o aperfeiçoamento da confiabilidade de
produtos e processos, aumentando-se a probabilidade de um componente poder
desempenhar as suas funções sem interrupções.
Mas, consciente de que todo sistema, tal como o ferroviário, é passível falhar,
necessita-se focalizar os esforços das equipes de manutenção quanto à
continuidade da sua operação, vislumbrando-se a segurança e a qualidade de forma
concomitante. Entretanto, a simples análise das partes desse sistema é um tanto
restrita, pois não se objetiva tão somente o funcionamento isolado de cada
subsistema. O entendimento da complexidade do sistema, principalmente quanto à
interação entre os componentes que o estruturam, é de fundamental importância
para uma análise mais eficaz.
Para sistemas complexos, a visão reducionista, isto é, a análise das partes em
detrimento do todo, é um tanto perigosa, pois deixa-se de avaliar várias perspectivas
importantes para o processo produtivo, como por exemplo, a visão ambiental.
18
Um sistema complexo não pode ser avaliado em partes isoladas do todo, pois a
influência dessas pode provocar diversas ocorrências de difíceis diagnósticos,
possibilitando, inclusive, a degradação do nível de serviço, ou em casos extremos, a
paralisação de todo complexo.
Este trabalho buscará trabalhar na análise de valores relacionados à manutenção, e
com este foco, buscará levantar e analisar a principal causa que afeta a não
disponibilidade da Via Permanente para a circulação ferroviária. Tal análise adotará
para a compreensão do subsistema Via Permanente, por uma visão holística, uma
técnica difundida no meio científico.
2. OBJETIVO
O objetivo principal deste estudo é análise das causas que contribuem para a
ocorrência de fraturas de trilhos nos trilhos ferroviários. Como estudo de caso, serão
avaliadas as falhas ocorridas no trecho sob responsabilidade da equipe da Gerência
de Via Permanente de Bom Jardim de Minas, que faz a manutenção do entre o Km
3+000 ao Km 292+000 da Ferrovia do Aço.
Para atingir este objetivo, será utilizada a Análise de Árvore de Falhas, que é uma
das metodologias de análise sistêmica de falhas, utilizada e difundida no meio
acadêmico e corporativo. Foram descritas as principais características de outras
técnicas para ratificar a escolha da primeira:
Após o término deste estudo, pretende-se subsidiar os tomadores de decisão da
MRS com informações mais consistentes sobre as reais causas de falhas de trilhos,
especificamente as causadas por fraturas, podendo-se dessa forma, intervir nos
processos de manutenção da Via Permanente com soluções ou medidas que
contribuam para a diminuição das ocorrências indesejáveis e dos custos associados.
19
3. JUSTIFICATIVA
De toda extensão da MRS, a Gerência de Via Permanente de Bom Jardim de Minas
(GVPOJ) participou com aproximadamente 25% de todos os registros de falhas por
fraturas de trilhos ocorridas em 2007, na MRS, conforme expõe a Tabela 01 a
seguir.
Gerência Tipo de Fratura
TOTAL % Solda Campo Solda Elétrica Trilho
Bom Jardim 126 25 75 226 25%
Minas Gerais 14 19 165 198 22%
Francisco Bernardino 40 8 52 100 11%
Volta Redonda 65 11 93 169 19%
Vale do Paraíba 46 2 24 72 8%
São Paulo 17 10 48 75 8%
Rio de Janeiro - - 1 1 0%
Total Global 350 79 481 910 100%
Tabela 1: Número de fraturas de trilhos nas gerências de via permanente da malha da MRS Logística no ano de 2007. FONTE: Sistema de Anomalias de trilhos da Malha Ferroviária
A fratura de trilhos é um dos fatores que mais trazem riscos para as operações
ferroviárias, pois podem ser causa única ou a principal para acidentes de grandes
proporções.
Além disso, o número de fraturas ocorridas na GVPOJ e, conseqüente, os impactos
operacionais gerados, podem causar graves problemas na produção da Companhia.
Tomando-se esse cenário, avaliou-se que o estudo em questão é financeiramente
viável, haja vista que as fraturas de trilhos são responsáveis por diversos custos
adicionais e prejuízos à empresa. Alguns desses custos estão elencados na Tabela
02, onde forma registradas as ocorrências na GVPOJ em 2007.
20
Ressalta-se que não foram considerados alguns custos que também podem ser
advindos das fraturas, dentre eles os acidentes ferroviários e as ações emergenciais
de atendimento.
ÍTEM Unidade Quantidade Custo Unitário Custo Total
Solda Aluminotérmica KLK Kit 2 173,00 346,00
Mão de Obra para solda por
solda 1 296,76 296,76
Trem Hora Parado THP 2,3 3.250,00 7.475,00
Atendimento equipe
Eletroeletrônica H/h 2,91 25,56 74,38
Valor por fratura 8.192,14
Ano de 2007 – GVPOJ R$ 226 8.192,14 1.851.423,64
Tabela 2: Levantamento de custos por fratura de trilho na GVP OJ em 2007. FONTE: MRS Logística 2007
4. HISTÓRICO
4.1. DA FERROVIA
No ano de 1803, o engenheiro inglês Richard Trevithick construiu uma máquina a
vapor que atingia velocidade máxima de 5 Km/h, e em 1814, o inventor inglês Jorge
Stephenson apresentou uma máquina a vapor chamada “The Rocket”. Esta
máquina, em 1825, realizou a primeira viagem comercial, percorrendo 25
quilômetros entre as cidades de Stokton e Darlington, a uma velocidade de 25 Km/h.
21
A partir de 1840 houve uma grande expansão da ferrovia na Inglaterra, contribuindo
sensivelmente para a consolidação tecnológica e avanço da revolução Industrial
naquele país.
No Brasil o governo imperial, interessado no sucesso da Inglaterra como potência
mundial, criou no ano de 1835, uma lei de incentivo à construção de estradas de
ferro. Estas ferrovias deveriam ligar o Rio de Janeiro, que era a sede do governo
imperial, às províncias de São Paulo, Minas Gerias, Rio Grande do Sul e Bahia.
Entretanto, apesar das diversas vantagens oferecidas pelo império, os empresários
não se interessaram por esta empreitada onerosa e de grande risco. Apenas em
1852, Irineu Evangelista de Souza, mais tarde Barão de Mauá, iniciou a construção
da ferrovia que ligaria porto do Rio de Janeiro a raiz da serra de Petrópolis. A
primeira ferrovia Brasileira foi então inaugurada em 30 de abril de 1854, com 14,5
Km de extensão, percorrida inicialmente com velocidade média de 38 km/h.
As estradas de ferro se expandiram pelo país até a década de 1950 quando a rede
nacional contava com mais de 37.000 km. Em 1957 foi criada a Rede Ferroviária
Federal S.A – RFFSA.
Já na década de 1990 o Governo Federal decidiu pela desestatização do setor
ferroviário brasileiro, realizando leilões para a concessão do transporte de cargas em
suas vias, onde finalmente, em 2006, a RFFSA foi liquidada pelo governo.
4.2. DA MRS LOGÍSTICA
O edital de privatização da malha ferroviária da região sudeste foi publicado em julho
de 1996 pelo Banco de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) com o intuito
de continuar o Plano Nacional de Desestatização (PND) onde, desde 1992, havia
sido incluída a Rede Ferroviária Federal (RFFSA).
Segundo o PND, o processo de privatização seria efetuado pela passagem para o
setor privado, mediante processo licitatório na modalidade de leilão, com o
arrendamento dos bens operacionais e a concessão dos serviços de transporte
ferroviário de cargas.
22
Neste processo a malha da RFFSA foi dividida em regionais, sendo que a Malha
Regional Sudeste era constituída da fusão das antigas Superintendências Regionais
SR3, com sede em Juiz de Fora, que era formada a partir das linhas da antiga
Estrada de Ferro Central do Brasil e da SR4, com sede em São Paulo, que originou-
se a partir da antiga Estrada de Ferro Santos-Jundiaí. Ambas eram constituídas de
bitola larga (1,60m) e somadas suas extensões acumulavam 1.674 Km de linhas que
passavam pelos estados de Minas Gerais, Rio de Janeiro e São Paulo (Figura 1).
Figura 1: Mapa de distribuição das linhas da MRS – FONTE: MRS Logística
Para a disputa do leilão da Malha Regional Sudeste, criou-se um consórcio
denominado MRS Logística entre as empresas Companhia Siderúrgica Nacional
(CSN), Minerações Brasileiras Reunidas (MBR), Usiminas, Ferteco, Ultrafértil,
Cosigua, Fundação Caemi, Grupo Celato, que em 20 de setembro de 1996,
arrematou pelo lance de R$ 888,9 milhões , equivalente a US$ 871,5 milhões. Em 1º
23
de dezembro de 1996 iniciou-se a operação da malha Regional Sudeste pela MRS
Logística S.A..
Desde 1997 a MRS busca inovação e excelência operacional para alcançar
resultados crescentes de produção. A seguir está o gráfico da evolução do
transporte anual de cargas e a projeção do plano de expansão do transporte até o
ano de 2012.
Gráfico 1: Demonstrativo de crescimento da produção da MRS - FONTE: MRS Logística 2008
4.3. DA FERROVIA DO AÇO
Durante o chamado “Milagre Brasileiro”, no início da década de 70 do século 20, foi
apresentado pelo extinto Departamento Nacional de Estradas de Ferro (DNEF) o
projeto da chamada Ferrovia do Aço. Tal como foi apresentado, o projeto era
extremamente ambicioso e buscaria fazer a ligação ferroviária das cidades de Belo
Horizonte ao Rio de Janeiro e a São Paulo através de 834 Km de linhas duplas,
eletrificadas e com raio mínimo de 900 metros e inclinação máxima de 1%, por onde
seriam transportados cargas e passageiros.
Produção da MRS Plano de Negócios
145
24
Segundo este projeto, a ferrovia começaria em Belo Horizonte a uma altitude de
800m acima do nível do mar, cortaria a Serra do Espinhaço e subiria até sua cota
máxima de 1.124m em Bom Jardim de Minas e a partir daí, faria a descida do
desnível de 700m da Serra do Mantiqueira. Para realizar este trajeto de regiões
montanhosas e geologia complexa, seria necessária a construção de 197 túneis,
com extensão total de 97,4 Km, e ainda 129 pontes e viadutos que se estenderiam
por 41,97 Km da ferrovia.
Já em 30 de abril de 1975, iniciaram-se as obras em Itutinga-MG, com promessa do
governo que estas obras estariam concluídas em dezembro de 1977. No início de
1978 a ferrovia estaria atendendo ao fluxo esperado de 28,5 milhões de toneladas
ao ano, passando a ser conhecida como a “Ferrovia dos 1000 dias”.
Entretanto, o plano de construção em 1000 dias logo foi deixado de lado, pois no
início de 1976, com o surto inflacionário causado pelo aumento de preços do
petróleo, o Governo Federal cortou as verbas destinadas às obras, desacelerando a
construção. Em meados de novembro do mesmo ano as obras foram paralisadas,
sendo que, até então, o trecho entre Belo Horizonte e Jeceaba, com 102 Km de
extensão e 40% da infra-estrutura concluída, acabou sendo abandonada. Assim, a
partir do projeto original, passou a extensão de 304,6 Km, com redução da
quantidade de túneis para 72.
Segundo reportagem da Revista Ferroviária publicada em maio de 1989, em 1978 a
RFFSA anunciou que, por intermédio de estudos, avaliara que a obra da ferrovia era
inviável economicamente e a mesma não passava de uma obra ”megalomaníaca ou
faraônica”. Este estudo sugeria que as obras fossem abandonadas em favor da
duplicação da Linha do Centro.
Em 1980 reiniciaram as obras com prazo de conclusão para 1983. Devido a falta de
recursos, os serviços não se estenderam por muito tempo, sendo paralisada
novamente.
Em Julho de 1983 o então Ministro dos Transportes deferiu a seguinte sentença “A
Ferrovia do Aço ficará pronta quando o Brasil puder”; com isso cortou todas as
verbas as obras destinadas e decretou o fim da ENGEFER, empresa estatal
responsável pela fiscalização das obras.
25
Em Fevereiro de 1987 entra em cena a iniciativa privada para a viabilização da
construção da ferrovia, assim empresas lideradas pela MBR (Minerações Brasileiras
Reunidas), comprometeram-se com o desembolso de cerca de US$ 70 milhões.
Apesar deste aporte financeiro ao orçamento, os recursos não seriam suficientes
para a eletrificação da ferrovia e lançamento da linha dupla. Desta forma, o novo
projeto preconizava que a Ferrovia do Aço passaria a ser singela, com sistema de
tração diesel elétrica, descartando-se a construção do ramal no sentido a São Paulo.
Finalmente, em 30 de maio de 1989, o então presidente da república José Sarney,
inaugura a Ferrovia do Aço, com 320 Km de extensão, 70 Túneis e 92 Viadutos. Em
seu discurso de inauguração o Presidente afirma que as obras consumiram um total
de US$ 9 milhões/Km de ferrovia o que totalizou US$ 2,88 bilhões.
Hoje, a Ferrovia do Aço é operada pela MRS Logística e estende suas linhas por
353 quilômetros, tendo seu trecho compreendido entre o pátio de Saudade, no
município de Barra Mansa – RJ, e o pátio de Otávio Dalpieve, também denominado
P1-03 no município de Itabirito – MG. Esse trecho é responsável pelo principal fluxo
de transporte da MRS.
5. COMPONENTES DA FERROVIA TÍPICA
5.1. MATERIAL RODANTE
5.1.1 CARACTERÍSTICAS
Uma das mais importantes características de uma ferrovia é seu desempenho
energético devido ao baixo atrito entre as rodas dos veículos e os trilhos ferroviários,
ambos de aço. O contato metal-metal favorece o baixo atrito e faz com que o gasto
energético por unidade de transportada seja mais eficiente que o modal rodoviário,
por exemplo.
Outra característica importante é a mobilidade direcional dos veículos ferroviários,
ou seja, a existência de dois graus de liberdade, facilitando sobremaneira o controle
operacional, mas de certa forma, limitando a acessibilidade ao sistema ferroviário.
26
O Material rodante ferroviário é caracterizado também pela utilização de rodas
cônicas, que permitem a inscrição destes veículos em curvas diminuindo a
possibilidade de descarrilamento. Estas rodas possuem frisos que não permitem o
total deslocamento horizontal dos veículos.
Figura 2: Vista da conicidade e do friso das rodas em contato com o trilho.
Os veículos ferroviários são dotados de apoios denominados “Truques”, que se
constitui em uma estrutura de dois eixos paralelos apoiados em duas laterais e uma
travessa central, sendo que os eixos são solidários as rodas e não permitem uma
rolagem diferente entre as rodas.
BRINA (1982) define Truque como Pequeno veículo giratório, de base rígida, sobre
o qual se apóiam as estruturas (caixas) dos carros, vagões e locomotivas. Os
truques possuem um estrado para receber as caixas (as caixas se encaixam sobre
os truques por meio de pivôs ou piões) e são montados elasticamente sobre os
rodeiros.
27
Foto 1: Truque ferroviário – Fonte: Amsted Maxion 2 008.
A próxima figura mostra os componentes do truque ferroviário.
Figura 3: Partes componentes de um truque ferroviár io. Fonte: Rosa-2008
28
5.1.2 CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL RODANTE
O material rodante de uma ferrovia pode ser classificado segundo sua capacidade
de tracionar outros veículos. Os veículos que possuem tração própria são
denominados locomotivas ou carros motores e os veículos que são tracionados são
chamados de carros, no caso de transporte de passageiros, ou vagões, destinados
ao transporte de cargas.
5.1.3 LOCOMOTIVAS
Conforme descrito anteriormente, locomotivas são um tipo de veículo ferroviário
responsável pelo tracionamento de outros veículos. A tração utilizada para o
transporte de cargas é exclusivamente realizada por locomotivas, sendo que os
carros automotrizes não são utilizados para este fim.
Segundo BRINA(1988) as locomotivas podem ser classificadas em diversos
critérios, dentre eles estão:
a) Relação ao motor primário:
a. Locomotiva a motor térmico
i. Motor a combustão externa (vapor)
ii. Motor a combustão interna (diesel)
iii. Turbina a gás
iv. Termonuclear
b. Locomotiva Elétrica
5.1.3.1 Locomotivas a Vapor
São as locomotivas com força de propulsão gerada por um motor a vapor. São
compostas por três partes principais: A Caldeira que utiliza a energia do combustível
(carvão, óleo ou madeira) e gera o vapor, a Máquina Térmica que transforma a
29
energia do vapor em trabalho mecânico e a Carroceria que compõe a locomotiva,
integrando as partes e responsável pelo acoplamento com o restante da
composição.
O vagão reboque, também chamado de tender é obrigatoriamente acoplado à
locomotiva e tem a função de servir de reservatório de água e do combustível para a
caldeira.
No Brasil as locomotivas a vapor continuam em operação em alguns trens turísticos
entre eles o trem que liga as cidades mineiras de São João Del Rei à Tiradentes e o
que liga as cidades gaúchas de Bento Gonçalves à Carlos Barbosa.
5.1.3.2 Locomotivas Elétricas
São locomotivas com força de propulsão gerada por motores elétricos de tração.
Estes motores são alimentados por fontes externas, por intermédio de mecanismos
chamados pantógrafos que podem fazer a ligação física entre a fonte externa (rede
aérea ou de sapatas ligadas a um terceiro trilho) e os motores de tração.
A alimentação pode ser em corrente contínua, em tensões elétricas variando de 600
a 3 kV, ou em corrente alternada em 25 kV ou 50 kV, para locomotivas de maior
potência. No caso de alimentação em corrente alternada, além de haver
rebaixamento de tensão, são empregados retificadores que objetivam a retificação
da corrente elétrica para alimentação dos motores de tração.
5.1.3.3 Locomotivas Diesel-Eletricas
São as locomotivas mais utilizadas no transporte de cargas no país. São
constituídas de um motor Diesel, acoplado a um gerador ou alternador, que
alimentam motores movidos a eletricidade, responsáveis pela força de tração Esses
motores são denominados Motores de Tração.
30
Esta combinação de motores diesel e elétricos permite que as locomotivas Diesel-
Elétricas desenvolvam toda sua potência em regimes de baixa velocidade da
composição, independente da rotação do motor de tração que, sendo elétrico, tem
seu torque máximo em baixas rotações.
Atualmente todas as locomotivas da MRS Logística são do tipo Diesel-Elétrica,
sendo que a atual frota conta com a maioria de motores de tração que trabalham
com Corrente Contínua e algumas poucas que trabalham com tecnologia de motores
de tração com Corrente Alternada.
Foto 01: Locomotiva Diesel-Elétrica modelo GE C-38 - Fonte: MRS Logística.
5.1.4 VAGÕES
Conforme já citado, vagões são veículos ferroviários responsáveis pelo transporte de
cargas e que não possuem tração própria. Sua locomoção se dá pelo tracionamento
de uma locomotiva.
31
Segundo ROSA (2008), a classificação dos vagões é feita seguindo três critérios:
• Tipo de carga a ser transportada;
• Tipo de terminal de carga e descarga;
• Tipo de proteção exigida pelo cliente final.
Já a Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT classifica os vagões
segundo uma codificação que indica as características do vagão. Esta numeração é
composta de três letras, seis números e um dígito verificador.
1ª
Letra
2ª
Letra 3ª Letra
–
1°
Dígito
2°
Dígito
3°
Dígito
4°
Dígito
5°
Dígito
6°
Dígito
–
Check-
Digit
X1 X2 X3 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7
Tipo Sub-
tipo
Peso
Máximo Numeração única — Indica o proprietário
Tabela 3: Demonstrativo do tipo de classificação se gundo a ABNT.
As duas primeiras letras da classificação representam o tipo e o subtipo do vagão e
a terceira letra representa o seu peso máximo de tara mais lotação de acordo com a
bitola.
Nos quadros a seguir demostra-se o critério de letras utilizado para a classificação
disposta pela ABNT.
32
Categoria de vagão, e características especiais por categoria
Tipo /
Subtipo Característica
Tipo /
Subtipo Característica
A Gaiola H Hopper
AC
Gaiola com cobertura, estrado e
estrutura metálica (inclui réguas de
madeira)
HF Hopper fechado convencional
AM Gaiola com cobertura, de madeira HP Hopper fechado com proteção anti-
corrosiva
AR Gaiola para animais de raça HE Hopper tanque (center-flow) com
proteção anti-corrosiva
AV Gaiola para aves HT Hopper tanque (center-flow)
convencional
AD Gaiola descoberta HA Hopper aberto
AQ Gaiola - Outros tipos HQ Hopper - Outros tipos
C Caboose I Isotérmico
CC Caboose convencional IC Isotérmico convencional
CB Caboose com compartimento para
bagagens IF Isotérmico frigorífico
CQ Caboose - Outros tipos IQ Isotérmico - Outros tipos
F Fechado P Plataforma
FR Fechado convencional - Caixa
metálica com revestimento PM
Plataforma convencional com piso
de madeira
FS Fechado convencional - Caixa
metálica sem revestimento PE
Plataforma convencional com piso
metálico
FM Fechado convencional - Caixa de
madeira ou mista PD
Plataforma convencional com
dispositivo para containers
FE Fechado com escotilhas PC Plataforma para containers
FH
Fechado com escotilhas - Fundo
em lombo de camelo ou
Tremonhas (Hopper)
PR Plataforma com estrado rebaixado
FF
Fechado com escotilhas - Portas
tipo ”plug” e fundo móvel “drop-
bottom”
PT Plataforma para auto-trem
33
FP
Fechado com escotilhas - Portas
basculantes - Fundo em lombo de
camelo - Proteção anti-corrosiva
PG Plataforma para piggy-back
FL Fechado com laterais corrediças
(all door) PP
Plataforma com cabeceira
(bulkhead)
FV Fechado ventilado PB Plataforma para bobinas
FQ Fechado - Outros tipos PA Plataforma com 2 pavimentos para
automóveis
G Gôndola PQ Plataforma - Outros tipos
GD Gôndola para descarga em virador
(car dumper) Q Qualquer
GP Gôndola de bordas fixas e portas
laterais QQ Qualquer - Qualquer (Outros tipos)
GF Gôndola de bordas fixas e fundo
móvel (drop-bottom) T Tanque
GM Gôndola de bordas fixas e
cobertura móvel TC Tanque convencional
GT Gôndola de bordas tombantes TS Tanque com serpentinas para
aquecimento
GS Gôndola de semi-bordas tombantes TP Tanque para produtos
pulverulentos (em pó)
GH
Gôndola de bordas basculantes ou
semi-tombantes - Fundo em lombo
de camelo
TF Tanque para fertilizantes
GC
Gôndola de bordas basculantes ou
semi-tombantes - Fundo em lombo
de camelo - Cobertura móvel
TA Tanque para ácidos ou outros
líquidos corrosivos
GB Gôndola basculante TG Tanque para gás liquefeito de
petróleo
GQ Gôndola - Outros tipos TQ Tanque - Outros tipos
Tabela 4: Lista com as duas primeiras letras repres entativas dos tipos e Subtipos de vagões segundo a ABNT.
34
Classificação segundo a lotação do Vagão
Peso máximo admissível por eixo Bitola Métrica Bitola 1,60 m
30,0 t A -
47,0 t B P
64,5 t C Q
80,0 t D R
100,0 t E S
119,5 t F T
143,0 t G U
+ de 143,0 t H -
Tabela 5: Lista com a terceira letra da classificaç ão representando o peso máximo do vagão para cada bitola segundo a ABNT.
Já a numeração dos vagões segue uma seqüência de números de acordo com o
proprietário do mesmo.
Numeração
Proprietário Faixa Numérica Primeiro Dígito
Particular 000.001 a 099.999 0
EFVM 100.000 a 299.999 1 e 2
Fepasa 300.000 a 599.999 3, 4 e 5
RFFSA 600.000 a 999.999 6, 7, 8 e 9
Tabela 6: Ordem de numeração dos vagões segundo a A BNT.
35
5.2. SINALIZAÇÃO
Segundo o Regulamento de Operações Ferroviárias da MRS Logística, sinalização é
“o conjunto de meios compostos por sinais luminosos, acústicos, manuais e placas
contendo inscrições de letras, algarismos ou símbolos, caracterizando situações
para as quais se exigem cumprimento de regulamentos e chamando a atenção para
os operadores de trens, equipes de manutenção e colaboradores e geral, em favor
da segurança, economia e flexibilidade do tráfego ferroviário”
A sinalização faz a interface entre a localização do trem na malha e o CCO, assim
as ordens passadas pelo CCO chegam a malha e em trechos sinalizados, realizam
as movimentações das chaves de máquinas e a alteração de aspectos de sinais,
que são o meio de comunicação visual entre os maquinistas e os operadores de
trens.
5.3. CENTRO DE CONTROLE DA OPERAÇÃO – CCO
Trata-se da instalação física onde é controlada e executada toda a circulação de
trens na malha da MRS Logística e das ferrovias de intercâmbio.
Esta circulação é feita pelos despachadores, que são funcionários responsáveis pelo
planejamento, programação, execução e controle da circulação, que é dada pela
comunicação, por sinalização ou rádio, aos maquinistas de acordo com as
necessidades de circulação.
Estas ordens são chamadas de licenciamento, que são autorizações de
movimentação em trechos sinalizados ou não sinalizados, para um determinado
trem , com prefixo definido de acordo com o sentido de movimento estabelecido
desde a origem até o destino.
Portanto o CCO utiliza-se dos ativos da empresa tais como Via Permanente,
sinalização e material rodante para realizar o transporte propriamente dito com o
auxílio dos maquinistas e das estações de carga e descarga.
36
Foto 2: Vista do painel de controle do CCO da MRS. FONTE: MRS Logístiva.
5.4. VIA PERMANENTE
5.4.1 CARACTERÍSTICAS
A ferrovia como um todo tem como característica principal, a existência de dois
trilhos de aço, sobre os quais o trem se desloca, paralelos e instalados
permanentemente sobre um leito.
Dentro desta definição existem algumas variações quanto a tipos de estrutura das
ferrovias, do tipo e dimensões dos trilhos, do material das rodas, do leito ferroviário,
das formas de propulsão etc..
Considerando-se os enormes pesos e forças atuantes sobre os trilhos, chega-se à
conclusão de que cada elemento da via permanente tem que ser cuidadosamente
projetado para operação e manutenção, de modo a desempenhar o papel que lhe é
atribuído sob as mais adversas condições como as intempéries, ação de vândalos,
deslocamento dos trilhos em função do tráfego normal de trens dentre outros.
37
5.4.2 INFRA-ESTRUTURA
Como definição de infra-estrutura, BRINA (1979) cita o seguinte:“... a infra-estrutura
das estradas é constituída pela terraplenagem e todas as obras abaixo do greide de
terraplenagem. A superfície final de terraplenagem chama-se leito ou plataforma da
estrada”.
Portanto, pode-se na prática, definir como infra-estrutura da via permanente como a
soma dos elementos da terraplanagem, drenagem e obras de arte correntes e as
obras de arte especiais. E esta tem a função de absorver às cargas provenientes da
passagem dos veículos pela superestrutura e repassar ao solo.
5.4.2.1 TERRAPLANAGEM
A terraplanagem é a movimentação do solo por intermédio de cortes e aterros, de
forma que o solo atenda a determinadas características específicas de um projeto.
Estes cortes e aterros são formados pela composição de várias camadas de solo
sobrepostas, de forma a suportar as cargas provenientes das camadas superiores e
solicitações da linha férrea.
Figura 4: Corte transversal de seção da Via Permanente mostrando elementos da infra e da superestrutura.
lastro sublastro Infra-estrutura (solo)
trilhos dormente
Talude do corte Saia do aterro fixação
38
Foto 3: Corte da Ferrovia do Aço. FONTE: MRS Logística.
5.4.2.2 SUB-LASTRO
Tem como função principal evitar o bombeamento dos finos do solo e também
diminuir a altura de lastro necessário, evitando assim o maior custo da construção
da ferrovia, pois o custo do sub-lastro é menor que o custo do lastro.
Segundo Porto (2004), o bombeamento dos finos é um processo auto-alimentado
que consiste no endurecimento do lastro e posterior ruptura devido à secagem de
lama proveniente do solo bombeada pelo tráfego. Ocorre na presença deste solo
fino, água retida e super-solicitação.
Este bombeamento é o principal causador dos bolsões de lama que ocorrem no
lastro e estes bolsões, por conseguinte, é o principal causador de anomalias de
nivelamento transversal e vertical.
39
Foto 4: Acumulo de água e bolsão no lastro – FONTE: MRS 2008.
5.4.2.3 DRENAGEM
Os elementos de drenagem são as estruturas responsáveis por retirar e encaminhar
as águas que precipitam sobre a superestrutura e infra-estrutura. Essas estruturas
são formadas canaletas, bueiros, galerias, drenos profundos, drenos superficiais.
Estes elementos devem ser constantemente inspecionados e sempre que
necessário devem ser limpos e desobstruídos, pois a obstrução de um destes
elementos pode ocasionar o colapso ou ruptura de um aterro.
40
Foto 5: Bueiro com saída parcialmente obstruída.
5.4.2.4 OBRAS DE ARTE ESPECIAIS
São as obras advindas de projetos únicos, ou seja, não tem um padrão pré
determinado, segundo SUCENA (2002),
“Os projetos especiais utilizados para construção de passagens superiores e
inferiores como também para muros de arrimo, são aqueles que fogem das
características de um projeto tipo, ou seja, de um padrão, determinando formas de
intervenção da manutenção diferenciadas, considerando-se as suas características
técnicas peculiares”.
Desta forma, as principais obras de arte especiais da ferrovia são as pontes,
viadutos, túneis e muros de contenção.
41
Foto 6: Viaduto da Ferrovia do Aço. FONTE: MRS Logística.
5.4.3 SUPERESTRUTURA
A superestrutura ferroviária é composta por quatro elementos distintos que
interagem de forma a passar as forças exercidas pelas rodas para a infra-estrutura
ferroviária e também servirem de pista de rolamento e guia para o material rodante
que por ela trafega.
Os quatro elementos considerados da superestrutura são os trilhos, fixações,
dormentes e lastro.
5.4.3.1 TRILHOS
Trilhos são elementos responsáveis pelo contato entre as rodas dos veículos
ferroviários e a via permanente. Também são utilizados para transmitir as tensões
causadas pelo peso destes veículos nos dormentes. Os trilhos são presos aos
dormentes com auxílio de placas de apoio e fixações.
Os trilhos são utilizados desde a criação das ferrovias e evoluíram continuamente
através de alterações dos formatos, dimensões, utilização de diferentes tipos de aço,
42
tratamentos metalúrgicos. Sua geometria atual, predominante em quase todo o
mundo, é o tipo Vignole (nome do Engenheiro inglês que o idealizou).
Com o passar do tempo vêm ganhando durabilidade e capacidade de suportar
maiores cargas por eixo dos veículos ferroviários, havendo um evolução dos perfis
de trilhos, que são as seções longitudinais.
A seguir está uma tabela que mostra os tipos de trilhos fabricados no Brasil pela
CSN e suas respectivas massas.
Tipo de Perfil de Trilho Massa (Kg/m)
TR - 37 37,10
TR - 45 44,64
TR - 50 50,35
TR - 57 56,90
TR - 68 67,56
Tabela 7: Tipos de perfis de trilhos e suas respect ivas massas 1.
O trilho é dividido segundo suas partes e funcionalidades e é composto de Boleto,
Alma e Patim.
• Boleto: Parte responsável pelo contato entre a roda ferroviário e o trilho
• Alma: Parte responsável pela ligação entre o boleto e o patim.
• Patim: É a base do trilho, responsável pelo contato entre o trilho e a placa de
apoio, responsável por passar a tensão dos trilhos para as placas.
1 Fonte: Catálogo da Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) – 1980.
43
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�����
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Figura 5: Partes componentes do trilho ferroviário.
a) TRILHOS CURTOS
São os trilhos conforme saem da siderúrgica, normalmente possuem o comprimento
de 12 a 20 metros e são unidos através de talas de junção.
b) TRILHOS LONGOS SOLDADOS
Segundo BRINA (1979) o Trilho Longo Soldado (TLS), também denominado trilho
contínuo, é aquele em que a folga na junta é insuficiente para permitir a dilatação,
gerando, conseqüentemente, tensões internas; além disto, caracteriza-se por um
comprimento tal que, em uma parte central de seu comprimento, existe uma
extensão fixa que não se dilata, em um estado de tensão interna máxima.
Os trilhos provenientes das siderúrgicas são os trilhos unidos uns aos outros através
de soldas elétricas, também chamadas flash-button, ou através de soldas
aluminotérmicas.
44
Atualmente na MRS os trilhos curtos são comprados no exterior são levados ao
Estaleiro de Soldas de Barra do Piraí-RJ, onde são soldados eletricamente através
de uma máquina Schalatter, em barras de 240 metros de comprimento.
As vantagens da utilização de trilhos longos soldados é a não utilização de talas de
junção e conseqüentemente criação de juntas.
Foto 7: Frota carregada com TLS’s – Fonte VIDON 2006.
c) SOLDAS ALUMINOTÉRMICAS
É a união por soldagem de duas barras de trilho pelos seus topos, por processo de
reação química, a quente, utilizando-se óxido de ferro granular e pó de alumínio.
Trata-se de um procedimento de campo onde os operadores executam os
procedimentos de preparação e alinhamento dos trilhos, montagem e vedação das
formas, preparação e corrida da porção de solda, rebarba e esmerilhamento dos
excessos de soldas nos trilhos.
45
Foto 8: Corrida de Solda Aluminotérmica. FONTE: MRS Logística
d) SOLDAS ELÉTRICAS
Trata-se, mais comumente, de um processo de soldagem com equipamento
estacionário em estaleiro. Consiste em se elevar a temperatura das pontas dos
trilhos a um nível tal, de modo que seja possível uni-los por pressão e por fusão.
Emprega-se uma corrente de baixa tensão e forte intensidade e é criado um arco
voltaico entre as duas pontas de trilho, elevando a temperatura e promovendo a
fusão.
Foto 9: Máquina realizando solda elétrica. FONTE: VIDON 2006.
46
5.4.3.2 FIXAÇÕES
São as estruturas de ligação do trilho ao dormente que estabelecem determinada
forma de vínculo estrutural entre os dois componentes. Além de fixar o trilho ao
dormente, deverá garantir a bitola e adequar à transferência dos esforços dinâmicos
e estáticos exercidos pelo material rodante sobre a via permanente.
Existem diversos tipos de fixações dos trilhos nos dormentes, mas podemos separar
estas fixações em dois tipos, fixações rígidas ou fixações elásticas.
a) FIXAÇÕES RIGIDAS
São fixações que não tem deformação no momento da passagem das composições
ferroviárias. Tem como principal desvantagem a dificuldade e baixa produtividade da
mão de obra na instalação desta fixação.
Um dos tipos de fixação rígida é o Tirefão, que BRINA – 1978 definem como um tipo
de dispositivo de fixação do trilho ao dormente de madeira. É considerado um tipo
de fixação rígida, ou seja, não é capaz de absorver choques e vibrações. Trata-se
de uma espécie de parafuso de rosca soberba, em cuja cabeça se pode adaptar
uma chave especial, por meio da qual o tirefão é aparafusado ao dormente, em furo
previamente preparado. A cabeça do tirefão tem uma base alargada, em forma de
aba de chapéu, cuja face inferior tem a mesma inclinação do patim do trilho.
Outro exemplo de fixações rígidas, mas pouco utilizada no Brasil é a utilização de
pregos ferroviários.
47
Figura 6: Pregos e tirefond
48
b) FIXAÇÕES ELÁSTICAS
São fixações que tem pequena deformação no momento da passagem da
composição ferroviária, ou seja é capaz de absorver choques e vibrações. A grande
vantagem da utilização da fixação elástica é facilidade de aplicação e por
conseqüência a alta produtividade da mão de obra no momento da aplicação das
barras de trilho.
Exemplo de fixação elástica é a desenvolvida pela empresa PANDROL, que
consiste em um tipo de dispositivo de fixação do trilho ao dormente de origem
inglesa e consiste de uma peça metálica, em forma de uma haste encurvada com tal
geometria, que faz um papel de mola, encaixada em placa de apoio própria, e que
se fixa, sob pressão, sobre o patim do trilho.
c) PLACAS DE APOIO
São elementos intermediários entre os trilhos e os dormentes. Nas linhas onde
existe a fixação elástica, estas placas são parafusadas nos dormentes pelos
tirefonds e a fixação dos trilhos nas placas se dá pelos grampos elásticos, facilitando
assim a manutenção dos trilhos.
49
Foto 10: Fixação elástica com placa de apoio e grampo Pandrol.: FONTE: MRS Logística.
50
5.4.3.3 DORMENTES
Os dormentes são os elementos que tem função de receber as cargas provocadas
nos trilhos pela passagem dos veículos ferroviários e transmiti-las ao lastro.
Estruturalmente os dormentes são vigas que recebem as duas cargas concentradas
verticais transmitidas pelos trilhos e as distribuem em duas áreas sobre o lastro,
assim, o lastro atua com duas seções de cargas distribuídas de reação à ação do
carregamento exercido pelos trilhos.
Além de atuar como vigas, os dormentes são os principais responsáveis pela fixação
e correto posicionamento dos trilhos e, por conseguinte, manutenção da bitola,
permitindo assim as funções de guia e de pista de rolamento da linha.
Para atender aos requisitos das solicitações impostas pela passagem os trens, o
principal material usado como dormente tem sido a madeira, entretanto, com as
pressões e demandas ambientais e por conseqüência aumento dos custos, outros
materiais vem ganhando terreno, como o concreto, aço e materiais plásticos.
Segundo BRINA , para o cumprimento das finalidades a que se destina, será
necessário que os dormentes:
• Forneçam dimensões de superfície de apoio suficiente para a taxa de trabalho
no lastro não ultrapasse um certo limite;
Figura 7: Representação do carregamento dos trilhos e reação do lastro – Fonte: DUVAL 2001
Dormentes Trilho
51
• Tenham espessura suficiente para ter a rigidez necessária, permitindo alguma
elasticidade;
• Tenham suficiente resistência a esforços;
• Permitam com certa facilidade, o nivelamento e socaria do lastro, na sua
base;
• Se oponham eficazmente aos deslocamentos longitudinais e transversais da
via permanente;
• Permitam boa fixação dos trilhos, isto é, uma fixação firme, sem ser
excessivamente rígida;
5.4.3.4 LASTRO
É o elemento ferroviário situado entre o sub-lastro e os dormentes. É responsável
pela drenagem da água precipitada sobre a superestrutura, pela distribuição das
tensões recebidas dos dormentes ao sub-lastro, pela diminuição das irregularidades
do sub-lastro para nivelamento dos dormentes e também pelo travamento dos
dormentes nos sentidos transversal, longitudinal.
Podem ser formados por diversos materiais, sendo o melhor o lastro formado por
pedra britada, com granulometria uniforme a partir de rochas duras.
Suas principais funções são:
• Distribuir uniformemente sobre a infra-estrutura as cargas que recebe dos
dormentes de maneira que não seja superada a tensão admissível das
camadas inferiores do solo.
• Estabilizar a via verticalmente, lateralmente e longitudinalmente, através da
ação de forças de suporte e de ancoragem nos dormentes, evitando
movimentações demasiadas.
• Amortizar, através de sua estrutura semi-elástica, as ações dinâmicas das
cargas dos trens.
• Prover a drenagem, permitindo a liberação das águas das chuvas, e
garantindo a proteção da umidade tanto a plataforma quanto os dormentes.
52
• Permitir a recuperação geométrica da linha mediante operações de
alinhamento e nivelamento, com socaria do lastro.
Para as atividades de nivelamento e socaria do lastro são utilizados equipamentos
de grande porte que conseguem movimentar a grade.
Foto 11: Socadora de lastro modelo 09-3X da Plasser utilizada pela MRS – Fonte MRS Logística.
a) SISTEMA DE MUDANÇA DE VIA
É a estrutura ferroviária responsável pelo desvio de uma linha de movimento para
outra linha em um ponto comum a estas linhas. É composto pela Região das
Agulhas, Região de Transição e Região do Jacaré. BRINA (1979) fornece as
seguintes definições para AMV, Jacarés e Agulhas:
b) APARELHO DE MUDANÇA DE VIA (AMV)
53
A sujeição do veículo ferroviário aos trilhos, através do encaixe do friso da roda com
o boleto, faz com que, quando se deseja passar os veículos de uma linha para outra
ou para um desvio, haja necessidade de um dispositivo que permita que o friso da
roda tenha passagem livre. O aparelho de mudança de via, constituído por um
conjunto de componentes, cria essa possibilidade, formando “canais” por onde os
frisos passam, cruzando os trilhos a serem atravessados.
Figura 8: Demonstrativo das regiões das agulha, transição e jacaré.
c) JACARÉ ou CORAÇÃO
Parte principal de um AMV e que, praticamente, o caracteriza. É constituído pela
ponta, pelas patas de lebre (pontas externas e laterais, dobradas em forma de
patas), garganta (parte interna no centro do jacaré). O jacaré é caracterizado pelo
ângulo do coração, que é o ângulo formado pelas duas peças que encaminham as
rodas para a direção de uma ou outra linha.
Região das Agulhas Região de Transição
Região do Jacaré
54
d) AGULHA
Uma das partes principais dos aparelhos de mudança de via (AMV’s), posicionada,
sempre em dupla, uma em cada extremidade do AMV. São peças de aço,
afuniladas, de modo que suas extremidades na parte anterior se adaptem
perfeitamente aos trilhos de encosto, de um lado ou de outro da fila de trilhos, de
acordo com a direção que deve tomar o veículo. Na extremidade posterior, as
agulhas são ligadas aos trilhos de enlace ou de ligação por meio de talas flexíveis,
formando uma articulação. As agulhas são peças móveis e necessariamente
paralelas entre si. São ligadas ao aparelho de acionamento por uma barra rígida
metálica denominada tirante das agulhas. O aparelho de acionamento coloca as
agulhas em posição de passagem pela linha direta ou em posição de passagem pela
linha de desvio. A parte afunilada das agulhas chama-se ponta e a parte posterior
coice.
Foto 12: Vista da Região do Jacaré de uma linha sendo montada.
55
Foto 13: Visão da região das agulhas em linha sendo montada.
5.4.4 GEOMETRIA DE LINHA
A geometria da via ferroviária tem condições impostas muito mais restritivas que a
geometria de rodovias, estas restrições são importas por alguns fatores entre eles:
• Característica do material rodante (rodas solidárias, paralelismo dos eixos)
• Tamanho e peso das composições
• Atrito entre as rodas e os trilhos.
Estas características fazem com que as linhas tenham limitações severas de raio
mínimo vertical e horizontal, declividade máxima de rampas, concordância entre
rampas e alinhamento e nivelamento dos trilhos.
Mesmo assim, em relação ao traçado as características geométricas que buscam a
melhor adaptação às variadas formas da superfície do terreno são as formas
básicas de curvas e tangentes (retas), tanto em planimetria quanto em altimetria.
56
A geometria de via é a medição de definidos parâmetros geométricos do traçado da
via, estes parâmetros são:
• Bitola
• Nivelamento Transversal
• Nivelamento Longitudinal
• Alinhamento
• Curvatura
5.4.4.1 BITOLA
Segundo BRINA (1979), que faz a seguinte definição:
A bitola da via é a distância entre trilhos medida entre boletos, 12 a 15 milímetros
abaixo do plano de rodagem (plano formado pelas faces superiores dos trilhos).
Figura 9: Demonstração da distância denominada bito la.
Nas linhas da MRS é utilizada a medida de 1600 mm, que também é chamada de
bitola larga, mas no Brasil utilizam-se ainda outras bitolas, tais como a bitola métrica,
com medida de 1000 mm, bitola Standard com 1435 mm e bitolas estreitas com
distâncias entre as faces dos trilhos menores que 1 metro.
A tabela a seguir mostra a bitola das diversas ferrovias do país.
57
Empresa Medida Bitola
MRS Logística 1600 mm
EFVM 1000 mm
EFC 1600 mm
ALL 1000 mm
Brasil Ferrovias (ALL) 1600 mm
FCA 1000 mm
Estrada de Ferro do Amapá 1435 mm
Tabela 8: Bitola utilizada nas principais ferrovias brasileiras.
5.4.4.1 NIVELAMENTO TRANSVERSAL
É a condição na qual as duas filas do trilho devem estar na mesma cota segundo um
corte transversal à linha.
Existem situações onde o nivelamento transversal é propositalmente desrespeitado,
inserindo-se uma diferença entre o nível dos trilhos num mesmo ponto, estes pontos
são sempre nas curvas.
Figura 10: Ilustração do nivelamento transversal – FONTE: Vidon – 2006
58
a) SUPERELEVAÇÃO
É a diferença entre as alturas dos trilhos em uma curva. Normalmente o trilho
externo da curva é elevado para facilitar a inscrição do rodeiro na curva, melhorando
o conforto, diminuindo a atuação das forças centrípetas e assim diminuindo o
desgaste das rodas e possibilidade de tombamento dos veículos ferroviários, seu
valor definido em função do raio da curva e da velocidade máxima dos trens naquela
curva,
A superelevação “S” é constante no espaço compreendido na curva circular, já nos
trechos de curva espiral as diferenças aumentam e diminuem de forma que este
desnivelamento vá de zero em seu início até o valor de superelevação da curva
circular.
Figura 11: Esquema demonstrativo dos pontos notáveis de uma curva e as respectivas superelevações – Fonte: Vidon 2006.
59
5.4.4.2 NIVELAMENTO LONGITUDINAL
É a condição a qual uma única fila do trilho deve estar na mesma cota em diferentes
pontos determinados da via no sentido longitudinal, ou seja, a comparação de cotas
no alinhamento longitudinal se dá sempre no mesmo trilho e não comparando as
duas filas de trilhos como no alinhamento transversal.
5.4.4.3 ALINHAMENTO
É a distância da flecha entre dois pontos consecutivos e com distância conhecida
entre ambos de um mesmo trilho. Como o nivelamento transversal, o alinhamento é
uma medida que considera os pontos ligados na mesma fila de trilhos.
Figura 12: Ilustração da medida de alinhamento transversal e alinhamento – FONTE: VIDON 2006
60
5.4.4.4 DEFEITOS DE GEOMETRIA DE VIA
a) EMPENO OU TORÇÃO
É um parâmetro geométrico de extrema importância sob o aspecto de segurança,
tendo em vista a rigidez do truque. O valor do empeno deverá estar sempre referido
a uma base de medição ou ser expresso por unidade de comprimento (MAIA,1978).
É o defeito de geometria formado pela diferença de nivelamento transversal entre
dois pontos. Pode ocorrer em tangente, curva espiral ou circular e são os defeitos de
Via Permanente mais mal entendidos.
O empeno também denominado Warp ocorre fora da espiral devido à perda aleatória
do nivelamento transversal, acontece em uma curva circular ou em tangente. Já a
Torção ou Twist é um defeito provocado, aparece pela inserção de superelevação
na espiral, portanto só acontece na entrada ou na saída de uma espiral.
Entretanto para o truque não há diferença alguma entre o Twist e o Warp, pois os
dois eventos geram o mesmo efeito.
Figura 13: Empeno causado pela falta de nivelamento transversal em uma tangente.
61
Para o cálculo do desnivelamento considera-se quatro pontos sobre o boleto dos
trilhos, dois sobre cada trilho, formando um retângulo, define-se como empeno, a
distância vertical de um dos pontos ao plano formado pelos outros três.
No Track Star da MRS, utiliza-se uma base de medição de 20m para o empeno e
base de medição de 10m para a torção. A base de 20m indica a potencialidade de
instabilidade para dois truques de um mesmo vagão, enquanto que a de 10m
focaliza a questão para os dois truques mais próximos de vagões consecutivos em
uma composição.
Figura 14: Ilustração esquemática do empeno.
5.4.4.5 VEÍCULO DE CONTROLE DE LINHA
O veículo de controle de linhas da MRS, também conhecido como “Track-Star” é
responsável pela medição periódica de parâmetros estabelecidos para a geometria
da via permanente.
Dentre os parâmetros levantados e apontados pelo TEV estão:
62
• Alinhamento Vertical
• Alinhamento Horizontal
• Bitola descarregada
• Bitola Carregada
• Desgaste da área de boleto
• Ângulo de ataque
Foto 14: Veículo de Controle de Linha – Fonte: MRS Logística.
Os relatórios gerados pelo Track-Star são de grande importância para a manutenção
da via permanente, pois de acordo com os parâmetros medidos em sua passagem
pelas linhas, pode-se saber o nível de qualidade da geometria da linha e também a
situação de desgaste dos trilhos e qualidade da fixação da linha.
63
6. ANOMALIAS EM TRILHOS: AS FRATURAS
Anomalias em trilhos são mudanças, esperadas ou não, nas características do
material constituinte do trilho, que proporcionam a ocorrência de falhas que podem
influenciar no desempenho do trilho.
A principal e mais grave anomalia de um trilho ferroviário é a fratura. Ela é
caracterizada como a ruptura completa entre duas faces do trilho, anteriormente
ligadas. No entanto, uma fratura normalmente é advinda do crescimento de trincas e
defeitos internos do metal constituinte dos trilhos. Estas trincas evoluem, e por
conseqüência, levam ao colapso a estrutura do trilho, seccionando este em duas ou
mais partes.
As fraturas normalmente são ocasionadas pelo desenvolvimento ou crescimento de
uma anomalia interna, podendo ser antecipada pela atuação de um ou mais fatores
externos, tal como a existência de rodas calejadas no material rodante.
O desenvolvimento das trincas e defeitos internos nos trilhos deve ser observado
antes da falha do material, ou seja, previamente à fratura. Para se detectar este
evento existem técnicas que podem ser uma simples inspeção visual ou com a
utilização de modernos aparelhos de ultra-som que detectam, não somente as
trincas aparentes, como também os defeitos internos, estes os quais os que não
podem ser visualizados apenas com a visão.
As fraturas em trilhos podem ser classificadas em três partes: fraturas nos trilhos,
fraturas em soldas aluminotérmicas e fraturas em soldas elétricas.
Cabe observar que este estudo classifcará as anomalias e defeitos dos trilhos
baseando-se nos procedimentos operacionais da MRS Logística S.A.
64
6.1. CLASSIFICAÇÃO QUANTO À DIREÇÃO
As anomalias de trilhos podem desenvolver-se em apenas uma direção ou também
em direções diversas. Para melhor entendimento das direções seguidas pelas
fraturas, neste trabalho utilizar-se-á a terminologia mais comumente utilizada na
MRS Logística, sendo as direções seguidas pelos planos horizontal, vertical e
transversal conforme mostra a figura a seguir.
Plano Horizontal
Plano Vertical Plano Transversal
Figura 15: Planos de direção dos defeitos nos trilhos.
65
6.2. CLASSIFICAÇÃO DAS ANOMALIAS
Conforme descrito anteriormente, a classificação dos defeitos expostos a seguir se baseará no manual de Procedimentos Operacionais da MRS Logística S.A., de 24/03/2008, denominado PO-SEE-0001.01.00.
Neste trabalho serão utilizas as seguintes definições em português:
• TRINCA VERTICAL NO BOLETO (VERTICAL SPLIT HEAD - VSH): É uma fratura no plano vertical que se desenvolve de modo progressivo e longitudinalmente ao centro do boleto, conforme exposta a figura a seguir, podendo atingir mais de 2m ao longo do comprimento do trilho. O crescimento desta trinca é relativamente rápido até que ela aflore em algum ponto da extensão do trilho.
Figura 16: Trinca vertical no boleto. FONTE: MRS Logística
66
• TRINCA HORIZONTAL NO BOLETO (HORIZONTAL SPLIT HEAD – HSH): É uma fratura no plano horizontal que se desenvolve de modo progressivo, longitudinalmente e paralelamente ao topo do boleto, se distanciando da superfície de rolamento em no mínimo 1/3 da altura do boleto. Pode atingir mais de 20cm ao longo do trilho. O seu crescimento, ao longo do seu comprimento, é relativamente rápido, podendo, pois, mudar sua orientação para o plano transversal.
Figura 17: Trinca horizontal no boleto do trilho. FONTE MRS Logística.
• TRINCA DE PATINAÇÃO DE RODA (ENGINE BURN FRACTURE – EBF): É uma fratura no plano transversal provocada pela patinação de roda que se desenvolve logo abaixo da marca de patinação. Ela se encaminha em direção à alma do trilho e no sentido da parte externa do boleto.
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Figura 18: Patinado em trilho. FONTE: MRS Logística
• SEPARAÇÃO BOLETO ALMA (HEAD & WEB SEPARATION – HWS): É uma fratura no filamento boleto/alma que se desenvolve inicialmente no plano horizontal de modo progressivo, podendo atingir até 25 cm de extensão, e então, se encaminhar para baixo em direção ao patim.
Figura 19: Separação do boleto da alma. FONTE: MRS Logística.
68
• TRINCA NA ALMA (HORIZONTAL SPLIT WEB – HSW): É uma fratura no plano horizontal que se desenvolve de modo progressivo e longitudinalmente, no meio da alma.
Figura 20: Trinca na alma: FONTE MRS Logística.
• TRINCA TRANSVERSAL (TRANSVERSE DEFECT – TD): É uma fratura no plano transversal, de modo progressivo, que se desenvolve somente na seção transversal do trilho. Inicia-se a partir de um ponto, núcleo ou imperfeição no interior do boleto ou do patim, podendo ser originada também pela má manipulação do trilho, principalmente na carga ou descarga, crescendo de forma circular, exibindo anéis de crescimento até atingir substancial porção do boleto ou da alma. Seu crescimento inicial é relativamente lento até atingir 20 a 25% do boleto evoluindo rapidamente a partir deste estágio.
69
Figura 21: Trinca transversal . FONTE: MRS Logística.
• TRINCAS TRANSVERSAIS MÚLTIPLAS (TRANSVERSE DEFECT – TDX): São trincas no plano transversal, de modo progressivo, que se desenvolve somente na seção transversal do trilho, sendo consideradas múltiplas quando estiverem dentro de uma mesma barra de 12m.
Figura 22: Trincas transversais múltiplas. FONTE MRS Logística
• TRINCA NOS FUROS (BOLD HOLE CRACK - BHC): São trincas que ocorrem no plano longitudinal, que se iniciam nos furos, se propagando diagonalmente para o boleto, patim ou em direção ao outro furo.
70
Figura 23: Trinca nos furos. FONTE MRS Logística
• TRINCA EM SOLDA ELÉTRICA (DEFECTIVE WELD PLANT CRACKS OUT - DWPCO): É uma trinca que se desenvolve no plano transversal ou horizontal, a partir de algum defeito interno da solda (Inclusão, incrustação e ou colapso de material).
Figura 24: Fratura em solda elétrica. FONTE: MRS Logística
71
• TRINCA EM SOLDA ALUMINOTÉRMICA (DEFECTIVE WELD FIELD CRACKS OUT – DWFCO): É uma trinca que se desenvolve no plano transversal ou horizontal, a partir de algum defeito interno da solda (Inclusão, incrustação e ou colapso de material).
Figura 25: Trinca em solda aluminotérmica. FONTE MRS Logística
• SEPARAÇÃO ALMA PATIM (WEB & FOOT SEPARATION – WFS): É uma
fratura no filamento alma/patim, que se desenvolve no plano horizontal de modo progressivo, podendo atingir até 25 cm de extensão e então se encaminhar para cima, em direção a alma.
Figura 26: Trinca entre a alma e o patim. FONTE: MRS Logística
72
• DEFEITOS DE FADIGA DE CONTATO (Rolling Contact Fatigue – RCF): São considerados como defeitos superficiais, geralmente provenientes de colapso ou fadiga de material e do patinado proveniente de anomalia externa. Os principais são:
Cracking: Pequenas fissuras na superfície do trilho (crack’s)
Figura 27: Cracks na superfície do trilho: FONTE: MRS Logística.
Head-Checks: Fissuração no canto da bitola
Figura 28: Fissuração no canto da bitola. FONTE: MRS Logística
73
Flaking: Escamação de Boleto
Figura 29: Escamação de Boleto. FONTE: MRS Logística
Spalling: Estilhaçamento do canto da bitola
Figura 30: Estilhaçamento do canto da bitola. FONTE: MRS Logística
74
Shelling: Despedaçamento do canto da bitola
Figura 31: Despedaçamento do canto da bitola. FONTE: MRS Logística
• SIDERÚRGICOS: São os defeitos oriundos do processo de manufatura do
trilho. As causas podem ser bolhas, ligas mal realizadas, entre outras. Estes
defeitos normalmente são internos e de difícil visualização a olho nu.
Entretanto, é possível perceber estas anomalias por intermédio de
equipamentos e ensaios, tais como ensaios de dureza e ultra-som.
6.3. PREVENÇÃO AS ANOMALIAS
Como prevenção aos defeitos ressaltados anteriormente podem-se tomar algumas providências, pois a malha ferroviária, e por conseqüência os trilhos, são os ativos de maior valor para a ferrovia, pois são de elevado custo de aquisição.
Algumas medidas que podem contribuir para o não aparecimento das trincas e conseqüentemente das fraturas são:
• Controle das fissuras com aparelho de ultra-som;
75
• Melhoria da qualidade das soldas aluminotérmicas (inclusive com uso de cadinhos de solda descartáveis);
• Controle dos procedimentos operacionais das soldas aluminotérmicas;
• Controle da temperatura neutra nos procedimentos de solda e assentamento de TLS
• Controle dos procedimentos de instalação das barras de TLS;
Destacadas as formas das fraturas, o próximo capítulo destacará a técnica
denominada Árvore de Falhas que será a ferramenta que buscará as causas básicas
para a fratura de trilhos.
76
7. METODOLOGIAS DE ANÁLISE DE FALHAS
7.1. ANÁLISE DE ÁRVORE DE FALHAS - FAILURE TREE ANALYSIS (FTA)
A análise de Árvore de Falhas (AAF), traduzida do inglês Failure Tree Analysis
(FTA), segundo SIMÕES FILHO (2006), foi primeiramente desenvolvida por
solicitação da Força Aérea Americana para avaliação do sistema de controle do
Míssil Balístico Minuteman, por H.A.Watson, funcionáriom dos Laboratórios Bell
Telephone, em 1961.
Consiste em uma técnica gráfica que apresenta diversas combinações das falhas
humanas e do material, com impacto em um determinado sistema. HERMAN (1995)
define a FTA como “método sistemático e padronizado, capaz de fornecer bases
objetivas para funções diversas tais como a análise de modos comuns de falhas em
sistemas, justificação de alterações em sistemas e demonstração de atendimento a
requisitos regulamentares e ou contratuais”.
Tem-se na utilização da FTA uma ferramenta para:
• Auxiliar a análise e identificação das falhas de um sistema, pois estabelece
um método padronizado de análise;
• Apontar aspectos mais relevantes de um sistema em relação a uma falha
particular;
• Melhorar a compreensão do tomador de decisão quanto ao comportamento
do sistema.
• Melhoria de um produto ou processo já em operação a partir da identificação
das causas das falhas e possibilidade de posterior bloqueio.
Sendo assim, a construção da Árvore de Falhas se dá pela elaboração do modelo
gráfico que representa os encadeamentos dos diferentes eventos que podem dar
como resultado o Evento de Topo. A análise deve ser conduzida até atingir os
eventos ou causas básicas e cuja análise não é possível detalhar ou aprofundar.
77
Estas causas básicas são consideradas os limites últimos e são denominados “limite
de resolução da árvore”
Depois de obtidos os conjuntos de eventos que constituem o limite da árvore de
falhas e identificadas às causas básicas, deverá ser elaborado um plano de ação
visando a diminuição das ocorrências ou exclusão destas causas.
7.1.1 ETAPAS DA FTA
Com relação às etapas da FTA, HELMAN (1995) dividiu a estruturação dessa técnica nas seguintes etapas:
• Etapa 1 - Definição do sistema, suas fronteiras e interfaces e diagrama de
blocos funcional;
• Etapa 2 - Definição do evento topo da FTA;
• Etapa 3 - Construção da FTA;
• Etapa 4 - Levantamento dos dados de falhas dos eventos;
• Etapa 5 - Determinação dos cortes mínimos;
• Etapa 6 - Avaliação qualitativa das FTA;
• Etapa 7 - Avaliação quantitativa das FTA;
• Etapa 8 - Avaliação da importância dos cortes mínimos;
• Etapa 9 - Análise dos resultados obtidos;
• Etapa10 - Conclusões.
7.1.2 ESTRUTURA DA ÁRVORE DE FALHAS
A árvore de falhas apresenta uma lógica em que o evento indesejado, ou a falha,
aparece no topo ligado aos eventos mais básicos por meio de símbolos de eventos e
portas lógicas. A árvore finaliza com os eventos considerados como causas básicas
ou fundamentais.
78
Figura 32: Estrutura da árvore de falhas. FONTE: Helman(1995).
7.1.3 CONSTRUÇÃO DA ÁRVORE DE FALHAS
O diagrama de causa e efeito, também chamado de diagrama de Ishikawa, segundo
Helman (1995), normalmente é utilizado como primeiro passo para elaborar uma
árvore de falhas. Embora o diagrama consiga fazer a ligação entre as causas e os
efeitos, ele não fornece a relação operacional entre as mesmas. Estas relações são
dadas pelos caminhos das portas lógicas e símbolos, conforme figuras a seguir.
79
SÍMBOLO SIGNIFICADO
Eventos que sãosaídas de portas
lógicas
RETÂNGULO
Eventos associadosa falhas básicas ou
primárias
CÍRCULO
Eventos nãorealizados(omitidos)
DIAMANTE
Parâmetro associadoa um evento que deve
ser monitorado
CASA
Evento condicional:usado em janelas de
inibição
OVAL
Indica a conexãocom outro evento
TRIÂNGULO
SÍMBOLOS DE EVENTOS
Figura 33: Símbolos de Eventos da FTA. Fonte: Helman (1995).
80
SÍMBOLO NOME RELAÇÃO CAUSAL
Evento de saída que só ocorre se todos osde entrada ocorrerem
Evento de saída ocorrese pelo menos um dos
de entrada ocorrer
Evento de entrada sóconduz ao de saída seo condicional ocorrer
Evento de saída ocorrese os de entrada
ocorrerem na ordem da esquerda para a
direita
Evento de saída ocorrese um, mas não ambos,dos de entrada ocorrer
Evento de saída ocorrese M em N dos de entrada ocorrerem
M em N
SÍMBOLOS DE PORTAS LÓGICAS
E
OU
INIBIÇÃO (CONDICIONAL)
E DE PRIORIDADE
OU EXCLUSIVA
m
n
Figura 34: Símbolos das portas lógicas. FONTE: Helman (1995).
81
7.2. ANÁLISE DE MODOS DE FALHAS E EFEITOS - FAILURE MODES & EFFECTS ANALYSIS (FMEA)
A técnica denominada FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) objetiva a avaliação
e minimização dos riscos por meio da análise das possíveis falhas, determinando a
causa, o efeito e o risco de cada tipo de falha, além de propostas de melhoria para
aumentar a confiabilidade. O objetivo básico desta ferramenta é a redução das
chances do produto ou processo falhar durante sua operação, ou seja, busca-se
aumentar a confiabilidade.
SUCENA (2002) trata o termo Confiabilidade como à probabilidade de que uma
unidade observada satisfaça as exigências necessárias à finalidade de uso, sem a
ocorrência de falhas, de acordo com os limites preestabelecidos em projeto,
mantendo suas características técnicas por um período determinado.
A confiabilidade, como dimensão de qualidade, tem se tornado cada vez mais
importante para as empresas, pois a falha, mesmo que rapidamente reparada,
causa, no mínimo, a paralisação de algum tipo de serviço ou produto, ocasionando,
quase sempre, custos adicionais e insatisfação dos clientes internos ou externos das
empresas.
As principais aplicações da FMEA segundo HELMAN (2005) são:
• Diminuir a probabilidade da ocorrência de falhas em projetos de novos produtos ou
processos;
• Diminuir a probabilidade de falhas potenciais, ou seja, que ainda não tenham
ocorrido, em produtos/processos já em operação;
• Aumentar a confiabilidade de produtos ou processos já em operação por meio da
análise das falhas que já ocorreram;
• Diminuir os riscos conhecidos.
82
7.3. ANÁLISE DE MODOS DE FALHAS E EFEITOS CRÍTICOS - FAILURE MODES & EFFECTS AND CRITICAL ANALYSIS (FMECA).
A Análise da Criticidade e dos Modos de Falha (Failure Modes an Criticality Analysis
- FMECA), assim com a FMEA, se preocupa com a análise detalhada dos
componentes críticos de um sistema, buscando-se a decomposição dos sistemas
em modos de falha simples, conseqüências e medidas, de forma quantitativa e
qualitativa, com o objetivo de identificar os modos de falhas e seus potenciais efeitos
críticos.
Tanto a FMEA como a FMECA são bastante eficientes quando aplicadas a sistemas
mais simples e de falhas mais singelas porém, quando a complexidade é maior,
recomenda-se o uso de outras técnicas, como por exemplo, a Análise de Árvore de
Falhas – AAF.
7.4. ANÁLISE DE OPERABILIDADE DE PERIGOS - HAZARD A ND OPERABILITY STUDIES (HAZOP)
A Análise de Operabilidade de Perigos (Hazard And Operability Studies - HAZOP) é
definida como o estudo de identificação de perigos e operabilidade. É uma técnica
de análise qualitativa desenvolvida com o intuito de examinar as linhas de processo,
identificando perigos e prevenindo problemas. Porém, atualmente, a metodologia é
aplicada também para equipamentos do processo e até para sistemas.
Esta técnica é indicada para a implantação de novos processos na fase de projeto
ou nas modificações de processos existentes. Geralmente, neste tipo de estudo, são
detectados mais problemas operacionais do que identificados como perigosos. Este
não é um ponto negativo da metodologia, muito pelo contrário, aumenta sua
importância, pois a diminuição dos riscos está muito ligada à eliminação de
problemas operacionais.
A eliminação dos problemas operacionais recai numa conseqüente diminuição do
erro humano, decrescendo assim o nível de risco. Entretanto, é impossível eliminar
83
qualquer perigo que seja sem antes ter conhecimento do mesmo, sendo justamente
este risco que pode ser detectado pelo HAZOP.
8. INVESTIGAÇÃO DAS FRATURAS NA FERROVIA DO AÇO
8.1. MANUTENÇÃO DE VIA PERMANENTE
Segundo SUCENA (2002), manutenção é uma atividade estratégica que contribui
para a melhoria dos níveis de performance de qualquer sistema disponível para
operação, garantindo qualidade, segurança e preservação do meio ambiente de
acordo com padrões pré-estabelecidos. Buscam-se, com esta, melhores resultados
da produtividade do sistema com qualidade da operação a custos competitivos.
Baseada neste conceito, atualmente a Gerência de Via Permanente de Bom Jardim
de Minas – (GVPOJ), que é responsável pela manutenção da via permanente no
trecho entre o Km 3+000 e o Km 292+000 da Ferrovia do Aço – (FA), busca a
manutenção de forma a garantir a maior disponibilidade e segurança da VP,
causando o menor impacto a circulação dos trens. Todavia, o fator que gera a maior
interrupção da disponibilidade da malha sob a responsabilidade da GVPOJ é a
fratura de trilhos onde no ano de 2007, ocorreram 226 fraturas. A classificação
quanto aos tipos de fratura é mostrada na tabela 9 e no gráfico 2 a seguir:
84
Tipo de Fratura Total %
Solda Aluminotérmica 126 56%
Solda Elétrica 25 11%
Trilho 75 33%
Soma 226 100%
Tabela 9: : Número de fraturas da GVPOJ em 2007 – Fonte MRS Logística
56%
11%
33%
Solda Aluminotérmica Solda Elétrica Trilho
Gráfico 2: Divisão entre os tipos de fraturas da GVPOJ em 2007
Esta tabela e gráfico mostram que atualmente a fratura em soldas aluminotérmicas é
o principal tipo de anomalia de trilhos na GVPOJ. Esta simples verificação auxilia na
decisão do corpo gerencial da empresa de realizar a análise das causas dessas
fraturas e estabelecer planos para prevenir as causas que ocasionam este tipo de
fratura.
85
8.2. APLICAÇÃO DE METODOLOGIA DE ÁRVORE DE FALHAS P ARA AS FRATURAS
Conforme descrito no capítulo anterior, a análise de falhas por meio de metodologia
de árvore de falhas se dá a partir do estabelecimento do “evento topo”, buscando-se
os eventos subseqüentes até se encontrar o(s) evento(s) básico(s).
Neste estudo, tomar-se-á como “evento topo” a fratura de trilhos e também,
seguindo-se a construção da árvore de falhas com a estruturação de um diagrama
conhecido como Diagrama de Ishikawa.
O diagrama de Ishikawa, também conhecido como diagrama de “Causa e Efeito”, ou
ainda como diagrama “Espinha de Peixe”, é uma ferramenta gráfica utilizada para o
gerenciamento e controle de qualidade de processos e produtos. Foi inicialmente
proposto em 1943 pelo engenheiro químico japonês Kaoru Ishikawa.
Ishikawa estrutura hierarquicamente as causas de determinado problema ou
oportunidade de melhoria, bem como seus efeitos sobre a qualidade dos produtos.
Permite também estruturar qualquer sistema que necessite de visualização de forma
gráfica e sintética.
As figuras abaixo são o desenvolvimento do diagrama de Ishikawa para a fratura de
trilhos e a proposta de árvore de falhas, onde o evento topo é a fratura de trilhos.
Pode-se notar que a árvore de falhas proposta apontou um total de vinte e seis
causas que podem únicas ou contribuitórias,ou seja, esses eventos podem ocorrer
simultaneamente ou em separado pois todos são de mesma ordem, isso significa
que possuem o mesmo grau de criticidade.
Salienta-se ainda que na árvore de falhas obtida na análise de fratura de trilhos há
uma porta "OU EXCLUSIVA" logo abaixo do evento topo, significando que o evento
de saída ocorrerá se um, mas não mais que um eventos ocorrer. Isso significa que a
fratura ocorrerá, mas existirá uma segregação com relação aos tipos de fraturas: em
solda aluminotérmica, em solda elétrica e em trilho.
86
Outro ponto importante a destacar na árvore de falhas resultante da análise da
fratura de trilhos é a utilização do elemento gráfico “SAÍDA CONDICIONAL”. Este
objeto gráfico foi empregado quando ocorrem fraturas por fadiga, tanto em soldas
quanto em trilho, devendo ser obedecida a condição de passagem de carga de
trens.
87
ESTRUTURA DO TRILHO MANUTENÇÃO
OPERAÇÃO MANUTENÇÃO
FABRICAÇÃO DO TRILHO
MEIO AMBIENTE
FRATURAS
Tipo de Trilho-Elevado desgaste
Tipo de Trilho-Fadiga elevada Carga por eixo
Problemas de solda, alinhamento, esmerilhamento
Soldagem - porção de solda inadequada
Soldagem- inclusão de materiais externos
Baixa dureza do trilho - Desgaste Vertical ou Perda da área do Boleto
Tensões Residuais - Fraturas
Problemas MetalúrgicosProlemas Internos (Vazios)
Frequência de Lubrificação - excesso de desgaste
Limpeza de lastro - aumento de rigidez da via
Esmerilhamento -inadequado
Intervalos de Inspeção - falta da manutenção adequada
Transporte, Carga/ Descarga de Trilhos inadequados
Falta de alívio de tensão
Soldas indequadas ou mal executadas
Superelevação Inadequada
Socaria e nivelamentos Inadequados
Dormentação ruim/faltanteTrilho Fadigado-Alta MTBT
Propagação de defeitos internos por Fadiga/Desgaste
Tráfego Unidirecional
Contato Roda Trilho
Patinação - Lubrificação excessiva
Patinação- Rampa acentuada
Roda calejada (material rodante)
Chuva/Ventos fortes-Resfriamento Rápido-Soldas
Ambiente Agressivo-Alta corrosão
Região com presença de água
Variação de temperatura intensaFlambagens e Fraturas
Figura 35: Diagrama de Ishikawa proposto tendo como efeito a fratura de trilhos
88
Figura 36: Árvore de falhas proposta para evento de Fratura de trilhos
89
9. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Como citado ao longo deste trabalho, as fraturas de trilhos são
anomalias prejudiciais ao sistema Via Permanente e, conseqüentemente,
a ferrovia como um todo. Esta anomalia deve ser combatida de forma que seja
eliminada, ou no mínimo, diminuída drasticamente.
Mas esta não é uma tarefa fácil, pois conforme a árvore de falhas resultante deste
trabalho, exposta na figura 36, os trilhos estão sujeitos a diversos fatores que o
degradam, principalmente devido ao tráfego ferroviário.
Atualmente, o grande dilema do setor ferroviário é: "Como manter os equipamentos
e materiais e ao mesmo tempo aumentar a disponibilidade dos ativos para o
transporte de cargas". A resposta é complexa, mas sem dúvida passa pela melhoria
da confiabilidade dos elementos dos sistemas.
A análise de falhas de fraturas de trilhos, objeto deste trabalho, foi calcada na
técnica Árvore de Falhas. Indentificaram-se vinte e seis falhas básicas, ou seja,
àquelas que proporcionam o acontecimento da falha topo. Cabe destacar que todas
apresentaram a mesma ordem, isto é, elas têm o mesmo grau de criticidade, e
devido a isso, se qualquer uma dessas vinte e seis falhas básicas ocorrerem, o
evento topo também acontecerá.
Pela análise da árvore de falhas avaliou-se que, na verdade, as fraturas de trilhos
podem ser distinguidas segundo o tipo de ocorrência, sendo fraturas em trilho, em
solda aluminotérmica ou em solda elétrica. Isso foi representado pela porta lógica
“ou exclusiva” logo após a falha topo, responsável pela segregação dos eventos.
Analisando ainda a árvore de falhas, conclui-se que as fraturas causadas por fadiga,
poderão ocorrer se, e somente se, a condição de alto tráfego for obedecida. Esta
condição é utilizada para os três tipos de fraturas existentes e é representada pelo
elemento gráfico de “saída condicional”.
A análise da árvore de falhas retratou também que as fraturas de trilhos são
anomalias que possuem várias falhas básicas, e por este motivo, trata-se de uma
falha de difícil manutenção preventiva. Por isso mesmo, e também pela possibilidade
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de prejuízos operacionais e ambientais, faz-se necessária a continuidade deste
estudo para aumentar o nível de conhecimentos sobre este fenômeno.
Sendo assim, recomenda-se para desenvolvimento do estudo deste tema a
hierarquização das falhas básicas apresentadas, com posterior análise quantitativa
dos índices de criticidade de cada nível hierárquico. Este índice poderá indicar as
maiores possibilidades de falhas, auxiliando as tomadas de decisões da manutenção
de Via Permanente sobre em qual componente deve-se intervir prioritariamente.
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