análise de falhas das fraturas de trilhos

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA ESPECIALIZAO EM TRANSPORTE DE CARGA FERROVIRIO

PATRICK GUEDES PEDRONI

ANLISE DE FALHAS DAS FRATURAS DE TRILHOS: O CASO DA FERROVIA DO AO

Rio de Janeiro 2008

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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA



Monografia apresentada ao Curso de Especializao em Transporte Ferrovirio 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



Monografia apresentada ao Curso de Especializao em Transporte de Carga Ferrovirio 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. Vnia Gouveia Barcelos Campos

Rio de Janeiro 2008

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DEDICATRIA

Dedico esta monografia minha esposa Renata, minha famlia e aos meus amigos, que sempre me apiam em quaisquer desafios e sonhos que busco.

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AGRADECIMENTOS

Agradeo a todas as pessoas que contriburam direta ou indiretamente na superao desse desafio de cursar esta especializao sem deixar as atividades profissionais de lado.

Em especial agradeo aos companheiros da Gerncia de Via Permanente de Bom Jardim de Minas, pelo aprendizado profissional proporcionado pelos grandes ferrovirios que l trabalham e pelo excelente clima de trabalho propiciado. Cito aqui os nomes do Engenheiro Ccero Tristo e dos supervisores Jorge Francisco, Vincio Cortez e Francisco Castilho, querendo, na verdade, agradecer a toda equipe.

Agradeo ainda aos professores do curso de especializao em transporte de cargas do Instituto Militar de Engenharia, em especial aos coordenadores Silveira Lopes e Manoel Mendes e tambm aos colegas de turma pelo ambiente de estudos saudvel onde houve foi possvel agregar aprendizado e muitas experincias profissionais.

Por ltimo, porm no menos importante, agradeo ao meu orientador Marcelo Sucena pela tima ajuda na conduo do trabalho e preciosas e rpidas interferncias e ao meu tutor Cristiano Jorge pelo direcionamento,

A todos o meu muito obrigado!

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CITAO

Vale a pena? Tudo vale a pena

Se a alma no pequena!

Trecho do poema Mar Portugus

Fernando Pessoa

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LISTA DE SIGLAS

FMEA = AMFE - Failure Modes & Effects Analysis AMFE = FMEA Anlise de Modos de Falha e Efeitos FMECA - Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis HAZOP - Hazard and Operability Studies - Anlise de Operabilidade de

Perigos AAF Anlise de rvore de Falhas CCO Centro de Controle de Operaes VP Via Permanente EE Eletro-eletrnica APR Anlise Preliminar de Risco.

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LISTA DE FIGURAS Figura 1: Mapa de distribuio das linhas da MRS FONTE: MRS Logstica Figura 2: Vista da conicidade e do friso das rodas em contato com o trilho. Figura 3: Partes componentes de um truque ferrovirio. Fonte: Rosa-2008 Figura 4: Corte transversal de seo da Via Permanente mostrando elementos da infra e da superestrutura. Figura 5: Partes componentes do trilho ferrovirio. Figura 6: Pregos e tirefond Figura 7: Representao do carregamento dos trilhos e reao do lastro Fonte: DUVAL 2001 Figura 8: Demonstrativo das regies das agulha, transio e jacar. Figura 9: Demonstrao da distncia denominada bitola. Figura 10: Ilustrao do nivelamento transversal FONTE: Vidon 2006 Figura 11: Esquema demonstrativo dos pontos notveis de uma curva e as respectivas superelevaes Fonte: Vidon 2006. Figura 12: Ilustrao da medida de alinhamento transversal e alinhamento FONTE: VIDON 2006 Figura 13: Empeno causado pela falta de nivelamento transversal em uma tangente. Figura 14: Ilustrao esquemtica do empeno. Figura 15: Planos de direo dos defeitos nos trilhos. Figura 16: Trinca vertical no boleto. FONTE: MRS Logstica Figura 17: Trinca horizontal no boleto do trilho. FONTE MRS Logstica. Figura 18: Patinado em trilho. FONTE: MRS Logstica Figura 19: Separao do boleto da alma. FONTE: MRS Logstica. Figura 20: Trinca na alma: FONTE MRS Logstica. Figura 21: Trinca transversal . FONTE: MRS Logstica. Figura 22: Trincas transversais mltiplas. FONTE MRS Logstica Figura 23: Trinca nos furos. FONTE MRS Logstica Figura 24: Fratura em solda eltrica. FONTE: MRS Logstica Figura 25: Trinca em solda aluminotrmica. FONTE MRS Logstica Figura 26: Trinca entre a alma e o patim. FONTE: MRS Logstica Figura 27: Cracks na superfcie do trilho: FONTE: MRS Logstica. Figura 28: Fissurao no canto da bitola. FONTE: MRS Logstica Figura 29: Escamao de Boleto. FONTE: MRS Logstica Figura 30: Estilhaamento do canto da bitola. FONTE: MRS Logstica Figura 31: Despedaamento do canto da bitola. FONTE: MRS Logstica Figura 32: Estrutura da rvore de falhas. FONTE: Helman(1995). Figura 33: Smbolos de Eventos da FTA. Fonte: Helman (1995). Figura 34: Smbolos das portas lgicas. FONTE: Helman (1995). Figura 35: Diagrama de Ishikawa proposto tendo como efeito a fratura de trilhos Figura 36: rvore de falhas proposta para evento de Fratura de trilhos

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Nmero de fraturas de trilhos nas gerncias de via permanente da malha da MRS Logstica no ano de 2007. FONTE: Sistema de Anomalias de trilhos da Malha Ferroviria Tabela 2: Levantamento de custos por fratura de trilho na GVPOJ em 2007. FONTE: MRS Logstica 2007 Tabela 3: Demonstrativo do tipo de classificao segundo a ABNT. Tabela 4: Lista com as duas primeiras letras representativas dos tipos e Subtipos de vages segundo a ABNT. Tabela 5: Lista com a terceira letra da classificao representando o peso mximo do vago para cada bitola segundo a ABNT. Tabela 6: Ordem de numerao dos vages segundo a ABNT. Tabela 7: Tipos de perfis de trilhos e suas respectivas massas. Tabela 8: Bitola utilizada nas principais ferrovias brasileiras. Tabela 9: : Nmero de fraturas da GVPOJ em 2007 Fonte MRS Logstica

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LISTA DE GRFICOS Grfico 1: Demonstrativo de crescimento da produo da MRS - FONTE: MRS Logstica 2008 Grfico 2: Diviso entre os tipos de fraturas da GVPOJ em 2007

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LISTA DE FOTOS Foto 1: Truque ferrovirio Fonte: Amsted Maxion 2008. Foto 2: Vista do painel de controle do CCO da MRS. FONTE: MRS Logstiva. Foto 3: Corte da Ferrovia do Ao. FONTE: MRS Logstica. Foto 4: Acumulo de gua e bolso no lastro FONTE: MRS 2008. Foto 5: Bueiro com sada parcialmente obstruda. Foto 6: Viaduto da Ferrovia do Ao. FONTE: MRS Logstica. Foto 7: Frota carregada com TLSs Fonte VIDON 2006. Foto 8: Corrida de Solda Aluminotrmica. FONTE: MRS Logstica Foto 9: Mquina realizando solda eltrica. FONTE: VIDON 2006. Foto 10: Fixao elstica com placa de apoio e grampo Pandrol.: FONTE: MRS Logstica. Foto 11: Socadora de lastro modelo 09-3X da Plasser utilizada pela MRS Fonte MRS Logstica. Foto 12: Vista da Regio do Jacar de uma linha sendo montada. Foto 13: Viso da regio das agulhas em linha sendo montada. Foto 14: Veculo de Controle de Linha Fonte: MRS Logstica.

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SUMRIO: DEDICATRIA ........................................................................................................... 4 AGRADECIMENTOS ................................................................................................. 5 CITAO.................................................................................................................... 6 LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... 8 LISTA DE GRFICOS .............................................................................................. 10 LISTA DE FOTOS .................................................................................................... 11 RESUMO .................................................................................................................. 15 ABSTRACT .............................................................................................................. 16 1. INTRODUO ................................................................................................... 17 2. OBJETIVO ......................................................................................................... 18 3. JUSTIFICATIVA ................................................................................................. 19 4. HISTRICO ....................................................................................................... 20

4.1. DA FERROVIA ............................................................................................ 20 4.2. DA MRS ...................................................................................................... 21 4.3. DA FERROVIA DO AO ............................................................................. 23

5. COMPONENTES DA FERROVIA TPICA ......................................................... 25 5.1. MATERIAL RODANTE ................................................................................ 25

5.1.1 CARACTERSTICAS ............................................................................ 25 5.1.2 CLASSIFICAO DO MATERIAL RODANTE...................................... 28 5.1.3 LOCOMOTIVAS .................................................................................... 28

5.1.3.1 Locomotivas a Vapor ...................................................................... 28 5.1.3.2 Locomotivas Eltricas .................................................................... 29 5.1.3.3 Locomotivas Diesel-Eletricas ......................................................... 29

5.1.4 VAGES ............................................................................................... 30 5.2. SINALIZAO ............................................................................................. 35 5.3. CENTRO DE CONTROLE DA OPERAO CCO ................................... 35 5.4. VIA PERMANENTE ..................................................................................... 36

5.4.1 CARACTERSTICAS ............................................................................ 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

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5.4.2.4 OBRAS DE ARTE ESPECIAIS ...................................................... 40 5.4.3 SUPERESTRUTURA ............................................................................ 41

5.4.3.1 TRILHOS ........................................................................................ 41 5.4.3.2 FIXAES ..................................................................................... 46 5.4.3.3 DORMENTES ................................................................................ 50 5.4.3.4 LASTRO ......................................................................................... 51 5.4.3.5 SISTEMA DE MUDANA 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 VECULO DE CONTROLE DE LINHA ........................................... 61

6. ANOMALIAS EM TRILHOS: AS FRATURAS .................................................... 63 6.1. CLASSIFICAO QUANTO DIREO ................................................... 64 6.2. CLASSIFICAO DAS ANOMALIAS .......................................................... 65 6.3. PREVENO AS ANOMALIAS .................................................................. 74

7. METODOLOGIAS DE ANLISE DE FALHAS ................................................... 76 7.1. ANLISE DE RVORE DE FALHAS - FAILURE TREE ANALYSIS (FTA) . 76

7.1.1 ETAPAS DA FTA .................................................................................. 77 7.1.2 ESTRUTURA DA RVORE DE FALHAS ............................................. 77 7.1.3 CONSTRUO DA RVORE DE FALHAS.......................................... 78

7.2. ANLISE DE MODOS DE FALHAS E EFEITOS - FAILURE MODES & EFFECTS ANALYSIS (FMEA) .............................................................................. 81 7.3. ANLISE DE MODOS DE FALHAS E EFEITOS CRTICOS - FAILURE MODES & EFFECTS AND CRITICAL ANALYSIS (FMECA). ............................... 82 7.4. ANLISE DE OPERABILIDADE DE PERIGOS - HAZARD AND OPERABILITY STUDIES (HAZOP) ....................................................................... 82

8. INVESTIGAO DAS FRATURAS NA FERROVIA DO AO ........................... 83 8.1. MANUTENO DE VIA PERMANENTE .................................................... 83 8.2. APLICAO DE METODOLOGIA DE RVORE DE FALHAS PARA AS FRATURAS ........................................................................................................... 85

9. CONCLUSES E RECOMENDAES ............................................................ 89

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10. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................... 91

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RESUMO

O transporte ferrovirio de cargas crescer 57% at 2015, quando atingir a marca de 765 milhes de toneladas movimentadas. O crescimento da carga transportada faz com que a necessidade de segurana e alta disponibilidade das ferrovias tambm cresam.

Esse trabalho analisa as falhas das fraturas de trilhos ferrovirios ocorridas nas linhas da MRS Logstica, sendo utilizado para este estudo, anomalias ocorridas na Ferrovia do Ao, mais especificamente, no trecho compreendido entre o Km 3+000 e o Km 292+000, que tem sua manuteno sob responsabilidade da Gerncia de Via Permanente de Bom Jardim de Minas.

Foi utilizada a metodologia de Anlise de rvore de Falhas (AAF) para a identificao, avaliao e resposta das ocorrncias. Por intermdio da checagem dos cortes mnimos, que servem para formar combinaes de falhas dos componentes que impactam no sistema, foi analisada a sua vulnerabilidade estrutural, destacando-se os pontos crticos 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: reviso sobre os subsistemas que constituem um sistema ferrovirio tpico, descrio dos tipos de anomalias de trilhos, a sinopse sobre as metodologias de anlise de falhas, investigao das fraturas com aplicao da Anlise da rvore de Falhas e, por fim, anlise dos resultados obtidos.

Palavras-chave: Ferrovia, Trilho, Ferrovia do Ao, rvore de Falhas, Fraturas.

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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. INTRODUO

A Ferrovia do Ao, desde a concepo de seu projeto que data do incio da dcada de 70 do sculo XX, perodo de grande crescimento do Pas denominado Milagre Brasileiro, tem nmeros vultosos ligados a ela.

No inicio, os nmeros da Ferrovia do Ao eram relacionados ao tamanho da ferrovia, extenso das linhas, quantidade e extenso de pontes, tneis e viadutos. Estes nmeros foram muitas vezes chamados de megalomanacos.

J no perodo de obras, durante a construo, os nmeros eram relacionados data de trmino e custos das obras das obras, nesta poca eram tratados como faranicos.

Atualmente, a Ferrovia do Ao continua tendo nmeros intimamente ligados a ela, entretanto, atualmente os nmeros so referentes aos recordes de produo de transportes que so superados mensalmente.

Diante da crescente necessidade de melhorar a qualidade de produtos e servios, vinculando-se ao incremento da satisfao dos clientes, vrios mtodos e tcnicas foram popularizadas, pois vrias delas visam o aperfeioamento da confiabilidade de produtos e processos, aumentando-se a probabilidade de um componente poder desempenhar as suas funes sem interrupes.

Mas, consciente de que todo sistema, tal como o ferrovirio, passvel falhar, necessita-se focalizar os esforos das equipes de manuteno quanto continuidade da sua operao, vislumbrando-se a segurana e a qualidade de forma concomitante. Entretanto, a simples anlise das partes desse sistema um tanto restrita, pois no se objetiva to somente o funcionamento isolado de cada subsistema. O entendimento da complexidade do sistema, principalmente quanto interao entre os componentes que o estruturam, de fundamental importncia para uma anlise mais eficaz.

Para sistemas complexos, a viso reducionista, isto , a anlise das partes em detrimento do todo, um tanto perigosa, pois deixa-se de avaliar vrias perspectivas importantes para o processo produtivo, como por exemplo, a viso ambiental.

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Um sistema complexo no pode ser avaliado em partes isoladas do todo, pois a influncia dessas pode provocar diversas ocorrncias de difceis diagnsticos, possibilitando, inclusive, a degradao do nvel de servio, ou em casos extremos, a paralisao de todo complexo.

Este trabalho buscar trabalhar na anlise de valores relacionados manuteno, e com este foco, buscar levantar e analisar a principal causa que afeta a no disponibilidade da Via Permanente para a circulao ferroviria. Tal anlise adotar para a compreenso do subsistema Via Permanente, por uma viso holstica, uma tcnica difundida no meio cientfico.

2. OBJETIVO

O objetivo principal deste estudo anlise das causas que contribuem para a ocorrncia de fraturas de trilhos nos trilhos ferrovirios. Como estudo de caso, sero avaliadas as falhas ocorridas no trecho sob responsabilidade da equipe da Gerncia de Via Permanente de Bom Jardim de Minas, que faz a manuteno do entre o Km 3+000 ao Km 292+000 da Ferrovia do Ao.

Para atingir este objetivo, ser utilizada a Anlise de rvore de Falhas, que uma das metodologias de anlise sistmica de falhas, utilizada e difundida no meio acadmico e corporativo. Foram descritas as principais caractersticas de outras tcnicas para ratificar a escolha da primeira:

Aps o trmino deste estudo, pretende-se subsidiar os tomadores de deciso da MRS com informaes mais consistentes sobre as reais causas de falhas de trilhos, especificamente as causadas por fraturas, podendo-se dessa forma, intervir nos processos de manuteno da Via Permanente com solues ou medidas que contribuam para a diminuio das ocorrncias indesejveis e dos custos associados.

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3. JUSTIFICATIVA

De toda extenso da MRS, a Gerncia 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 expe a Tabela 01 a seguir.

Gerncia Tipo de Fratura

TOTAL % Solda Campo Solda Eltrica 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 Paraba 46 2 24 72 8%

So Paulo 17 10 48 75 8% Rio de Janeiro - - 1 1 0%

Total Global 350 79 481 910 100%

Tabela 1: Nmero de fraturas de trilhos nas gerncias de via permanente da malha da MRS Logstica no ano de 2007. FONTE: Sistema de Anomalias de trilhos da Malha Ferroviria

A fratura de trilhos um dos fatores que mais trazem riscos para as operaes ferrovirias, pois podem ser causa nica ou a principal para acidentes de grandes propores.

Alm disso, o nmero de fraturas ocorridas na GVPOJ e, conseqente, os impactos operacionais gerados, podem causar graves problemas na produo da Companhia.

Tomando-se esse cenrio, avaliou-se que o estudo em questo financeiramente vivel, haja vista que as fraturas de trilhos so responsveis por diversos custos adicionais e prejuzos empresa. Alguns desses custos esto elencados na Tabela 02, onde forma registradas as ocorrncias na GVPOJ em 2007.

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Ressalta-se que no foram considerados alguns custos que tambm podem ser advindos das fraturas, dentre eles os acidentes ferrovirios e as aes emergenciais de atendimento.

TEM Unidade Quantidade Custo Unitrio Custo Total

Solda Aluminotrmica KLK Kit 2 173,00 346,00

Mo 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 Eletroeletrnica

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 GVPOJ em 2007. FONTE: MRS Logstica 2007

4. HISTRICO

4.1. DA FERROVIA

No ano de 1803, o engenheiro ingls Richard Trevithick construiu uma mquina a vapor que atingia velocidade mxima de 5 Km/h, e em 1814, o inventor ingls Jorge Stephenson apresentou uma mquina a vapor chamada The Rocket. Esta mquina, em 1825, realizou a primeira viagem comercial, percorrendo 25 quilmetros entre as cidades de Stokton e Darlington, a uma velocidade de 25 Km/h.

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A partir de 1840 houve uma grande expanso da ferrovia na Inglaterra, contribuindo sensivelmente para a consolidao tecnolgica e avano da revoluo Industrial naquele pas.

No Brasil o governo imperial, interessado no sucesso da Inglaterra como potncia mundial, criou no ano de 1835, uma lei de incentivo construo de estradas de ferro. Estas ferrovias deveriam ligar o Rio de Janeiro, que era a sede do governo imperial, s provncias de So Paulo, Minas Gerias, Rio Grande do Sul e Bahia.

Entretanto, apesar das diversas vantagens oferecidas pelo imprio, os empresrios no se interessaram por esta empreitada onerosa e de grande risco. Apenas em 1852, Irineu Evangelista de Souza, mais tarde Baro de Mau, iniciou a construo da ferrovia que ligaria porto do Rio de Janeiro a raiz da serra de Petrpolis. A primeira ferrovia Brasileira foi ento inaugurada em 30 de abril de 1854, com 14,5 Km de extenso, percorrida inicialmente com velocidade mdia de 38 km/h.

As estradas de ferro se expandiram pelo pas at a dcada de 1950 quando a rede nacional contava com mais de 37.000 km. Em 1957 foi criada a Rede Ferroviria Federal S.A RFFSA.

J na dcada de 1990 o Governo Federal decidiu pela desestatizao do setor ferrovirio brasileiro, realizando leiles para a concesso do transporte de cargas em suas vias, onde finalmente, em 2006, a RFFSA foi liquidada pelo governo.

4.2. DA MRS LOGSTICA

O edital de privatizao da malha ferroviria da regio sudeste foi publicado em julho de 1996 pelo Banco de Desenvolvimento Econmico e Social (BNDES) com o intuito de continuar o Plano Nacional de Desestatizao (PND) onde, desde 1992, havia sido includa a Rede Ferroviria Federal (RFFSA).

Segundo o PND, o processo de privatizao seria efetuado pela passagem para o setor privado, mediante processo licitatrio na modalidade de leilo, com o arrendamento dos bens operacionais e a concesso dos servios de transporte ferrovirio de cargas.

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Neste processo a malha da RFFSA foi dividida em regionais, sendo que a Malha Regional Sudeste era constituda da fuso das antigas Superintendncias 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 So Paulo, que originou-se a partir da antiga Estrada de Ferro Santos-Jundia. Ambas eram constitudas de bitola larga (1,60m) e somadas suas extenses acumulavam 1.674 Km de linhas que passavam pelos estados de Minas Gerais, Rio de Janeiro e So Paulo (Figura 1).

Figura 1: Mapa de distribuio das linhas da MRS FONTE: MRS Logstica

Para a disputa do leilo da Malha Regional Sudeste, criou-se um consrcio denominado MRS Logstica entre as empresas Companhia Siderrgica Nacional (CSN), Mineraes Brasileiras Reunidas (MBR), Usiminas, Ferteco, Ultrafrtil, Cosigua, Fundao Caemi, Grupo Celato, que em 20 de setembro de 1996, arrematou pelo lance de R$ 888,9 milhes , equivalente a US$ 871,5 milhes. Em 1

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de dezembro de 1996 iniciou-se a operao da malha Regional Sudeste pela MRS Logstica S.A..

Desde 1997 a MRS busca inovao e excelncia operacional para alcanar resultados crescentes de produo. A seguir est o grfico da evoluo do transporte anual de cargas e a projeo do plano de expanso do transporte at o ano de 2012.

Grfico 1: Demonstrativo de crescimento da produo da MRS - FONTE: MRS Logstica 2008

4.3. DA FERROVIA DO AO

Durante o chamado Milagre Brasileiro, no incio da dcada de 70 do sculo 20, foi apresentado pelo extinto Departamento Nacional de Estradas de Ferro (DNEF) o projeto da chamada Ferrovia do Ao. Tal como foi apresentado, o projeto era extremamente ambicioso e buscaria fazer a ligao ferroviria das cidades de Belo Horizonte ao Rio de Janeiro e a So Paulo atravs de 834 Km de linhas duplas, eletrificadas e com raio mnimo de 900 metros e inclinao mxima de 1%, por onde seriam transportados cargas e passageiros.

Produo da MRS Plano de Negcios

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Segundo este projeto, a ferrovia comearia em Belo Horizonte a uma altitude de 800m acima do nvel do mar, cortaria a Serra do Espinhao e subiria at sua cota mxima de 1.124m em Bom Jardim de Minas e a partir da, faria a descida do desnvel de 700m da Serra do Mantiqueira. Para realizar este trajeto de regies montanhosas e geologia complexa, seria necessria a construo de 197 tneis, com extenso total de 97,4 Km, e ainda 129 pontes e viadutos que se estenderiam por 41,97 Km da ferrovia.

J em 30 de abril de 1975, iniciaram-se as obras em Itutinga-MG, com promessa do governo que estas obras estariam concludas em dezembro de 1977. No incio de 1978 a ferrovia estaria atendendo ao fluxo esperado de 28,5 milhes de toneladas ao ano, passando a ser conhecida como a Ferrovia dos 1000 dias.

Entretanto, o plano de construo em 1000 dias logo foi deixado de lado, pois no incio de 1976, com o surto inflacionrio causado pelo aumento de preos do petrleo, o Governo Federal cortou as verbas destinadas s obras, desacelerando a construo. Em meados de novembro do mesmo ano as obras foram paralisadas, sendo que, at ento, o trecho entre Belo Horizonte e Jeceaba, com 102 Km de extenso e 40% da infra-estrutura concluda, acabou sendo abandonada. Assim, a partir do projeto original, passou a extenso de 304,6 Km, com reduo da quantidade de tneis para 72.

Segundo reportagem da Revista Ferroviria publicada em maio de 1989, em 1978 a RFFSA anunciou que, por intermdio de estudos, avaliara que a obra da ferrovia era invivel economicamente e a mesma no passava de uma obra megalomanaca ou faranica. Este estudo sugeria que as obras fossem abandonadas em favor da duplicao da Linha do Centro.

Em 1980 reiniciaram as obras com prazo de concluso para 1983. Devido a falta de recursos, os servios no se estenderam por muito tempo, sendo paralisada novamente.

Em Julho de 1983 o ento Ministro dos Transportes deferiu a seguinte sentena A Ferrovia do Ao ficar pronta quando o Brasil puder; com isso cortou todas as verbas as obras destinadas e decretou o fim da ENGEFER, empresa estatal responsvel pela fiscalizao das obras.

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Em Fevereiro de 1987 entra em cena a iniciativa privada para a viabilizao da construo da ferrovia, assim empresas lideradas pela MBR (Mineraes Brasileiras Reunidas), comprometeram-se com o desembolso de cerca de US$ 70 milhes. Apesar deste aporte financeiro ao oramento, os recursos no seriam suficientes para a eletrificao da ferrovia e lanamento da linha dupla. Desta forma, o novo projeto preconizava que a Ferrovia do Ao passaria a ser singela, com sistema de trao diesel eltrica, descartando-se a construo do ramal no sentido a So Paulo.

Finalmente, em 30 de maio de 1989, o ento presidente da repblica Jos Sarney, inaugura a Ferrovia do Ao, com 320 Km de extenso, 70 Tneis e 92 Viadutos. Em seu discurso de inaugurao o Presidente afirma que as obras consumiram um total de US$ 9 milhes/Km de ferrovia o que totalizou US$ 2,88 bilhes.

Hoje, a Ferrovia do Ao operada pela MRS Logstica e estende suas linhas por 353 quilmetros, tendo seu trecho compreendido entre o ptio de Saudade, no municpio de Barra Mansa RJ, e o ptio de Otvio Dalpieve, tambm denominado P1-03 no municpio de Itabirito MG. Esse trecho responsvel pelo principal fluxo de transporte da MRS.

5. COMPONENTES DA FERROVIA TPICA

5.1. MATERIAL RODANTE

5.1.1 CARACTERSTICAS

Uma das mais importantes caractersticas de uma ferrovia seu desempenho energtico devido ao baixo atrito entre as rodas dos veculos e os trilhos ferrovirios, ambos de ao. O contato metal-metal favorece o baixo atrito e faz com que o gasto energtico por unidade de transportada seja mais eficiente que o modal rodovirio, por exemplo.

Outra caracterstica importante a mobilidade direcional dos veculos ferrovirios, ou seja, a existncia de dois graus de liberdade, facilitando sobremaneira o controle operacional, mas de certa forma, limitando a acessibilidade ao sistema ferrovirio.

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O Material rodante ferrovirio caracterizado tambm pela utilizao de rodas cnicas, que permitem a inscrio destes veculos em curvas diminuindo a possibilidade de descarrilamento. Estas rodas possuem frisos que no permitem o total deslocamento horizontal dos veculos.

Figura 2: Vista da conicidade e do friso das rodas em contato com o trilho.

Os veculos ferrovirios so 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 so solidrios as rodas e no permitem uma rolagem diferente entre as rodas.

BRINA (1982) define Truque como Pequeno veculo giratrio, de base rgida, sobre o qual se apiam as estruturas (caixas) dos carros, vages e locomotivas. Os truques possuem um estrado para receber as caixas (as caixas se encaixam sobre os truques por meio de pivs ou pies) e so montados elasticamente sobre os rodeiros.

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Foto 1: Truque ferrovirio Fonte: Amsted Maxion 2008.

A prxima figura mostra os componentes do truque ferrovirio.

Figura 3: Partes componentes de um truque ferrovirio. Fonte: Rosa-2008

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5.1.2 CLASSIFICAO DO MATERIAL RODANTE

O material rodante de uma ferrovia pode ser classificado segundo sua capacidade de tracionar outros veculos. Os veculos que possuem trao prpria so denominados locomotivas ou carros motores e os veculos que so tracionados so chamados de carros, no caso de transporte de passageiros, ou vages, destinados ao transporte de cargas.

5.1.3 LOCOMOTIVAS

Conforme descrito anteriormente, locomotivas so um tipo de veculo ferrovirio responsvel pelo tracionamento de outros veculos. A trao utilizada para o transporte de cargas exclusivamente realizada por locomotivas, sendo que os carros automotrizes no so utilizados para este fim.

Segundo BRINA(1988) as locomotivas podem ser classificadas em diversos critrios, dentre eles esto:

a) Relao ao motor primrio: a. Locomotiva a motor trmico

i. Motor a combusto externa (vapor) ii. Motor a combusto interna (diesel) iii. Turbina a gs iv. Termonuclear

b. Locomotiva Eltrica

5.1.3.1 Locomotivas a Vapor

So as locomotivas com fora de propulso gerada por um motor a vapor. So compostas por trs partes principais: A Caldeira que utiliza a energia do combustvel (carvo, leo ou madeira) e gera o vapor, a Mquina Trmica que transforma a

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energia do vapor em trabalho mecnico e a Carroceria que compe a locomotiva, integrando as partes e responsvel pelo acoplamento com o restante da composio.

O vago reboque, tambm chamado de tender obrigatoriamente acoplado locomotiva e tem a funo de servir de reservatrio de gua e do combustvel para a caldeira.

No Brasil as locomotivas a vapor continuam em operao em alguns trens tursticos entre eles o trem que liga as cidades mineiras de So Joo Del Rei Tiradentes e o que liga as cidades gachas de Bento Gonalves Carlos Barbosa.

5.1.3.2 Locomotivas Eltricas

So locomotivas com fora de propulso gerada por motores eltricos de trao. Estes motores so alimentados por fontes externas, por intermdio de mecanismos chamados pantgrafos que podem fazer a ligao fsica entre a fonte externa (rede area ou de sapatas ligadas a um terceiro trilho) e os motores de trao.

A alimentao pode ser em corrente contnua, em tenses eltricas variando de 600 a 3 kV, ou em corrente alternada em 25 kV ou 50 kV, para locomotivas de maior potncia. No caso de alimentao em corrente alternada, alm de haver rebaixamento de tenso, so empregados retificadores que objetivam a retificao da corrente eltrica para alimentao dos motores de trao.

5.1.3.3 Locomotivas Diesel-Eletricas

So as locomotivas mais utilizadas no transporte de cargas no pas. So constitudas de um motor Diesel, acoplado a um gerador ou alternador, que alimentam motores movidos a eletricidade, responsveis pela fora de trao Esses motores so denominados Motores de Trao.

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Esta combinao de motores diesel e eltricos permite que as locomotivas Diesel-Eltricas desenvolvam toda sua potncia em regimes de baixa velocidade da composio, independente da rotao do motor de trao que, sendo eltrico, tem seu torque mximo em baixas rotaes.

Atualmente todas as locomotivas da MRS Logstica so do tipo Diesel-Eltrica, sendo que a atual frota conta com a maioria de motores de trao que trabalham com Corrente Contnua e algumas poucas que trabalham com tecnologia de motores de trao com Corrente Alternada.

Foto 01: Locomotiva Diesel-Eltrica modelo GE C-38 - Fonte: MRS Logstica.

5.1.4 VAGES

Conforme j citado, vages so veculos ferrovirios responsveis pelo transporte de cargas e que no possuem trao prpria. Sua locomoo se d pelo tracionamento de uma locomotiva.

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Segundo ROSA (2008), a classificao dos vages feita seguindo trs critrios:

Tipo de carga a ser transportada; Tipo de terminal de carga e descarga; Tipo de proteo exigida pelo cliente final.

J a Associao Brasileira de Normas Tcnicas ABNT classifica os vages segundo uma codificao que indica as caractersticas do vago. Esta numerao composta de trs letras, seis nmeros e um dgito verificador.

1 Letra

2 Letra

3 Letra

1 Dgito

2 Dgito

3 Dgito

4 Dgito

5 Dgito

6 Dgito

Check-Digit

X1 X2 X3 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7

Tipo Sub-tipo

Peso Mximo

Numerao nica Indica o proprietrio

Tabela 3: Demonstrativo do tipo de classificao segundo a ABNT.

As duas primeiras letras da classificao representam o tipo e o subtipo do vago e a terceira letra representa o seu peso mximo de tara mais lotao de acordo com a bitola.

Nos quadros a seguir demostra-se o critrio de letras utilizado para a classificao disposta pela ABNT.

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Categoria de vago, e caractersticas especiais por categoria

Tipo / Subtipo

Caracterstica Tipo /

Subtipo Caracterstica

A Gaiola H Hopper

AC Gaiola com cobertura, estrado e estrutura metlica (inclui rguas de madeira)

HF Hopper fechado convencional

AM Gaiola com cobertura, de madeira HP Hopper fechado com proteo anti-corrosiva

AR Gaiola para animais de raa HE Hopper tanque (center-flow) com proteo 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 Isotrmico

CC Caboose convencional IC Isotrmico convencional

CB Caboose com compartimento para bagagens

IF Isotrmico frigorfico

CQ Caboose - Outros tipos IQ Isotrmico - Outros tipos F Fechado P Plataforma

FR Fechado convencional - Caixa metlica com revestimento

PM Plataforma convencional com piso de madeira

FS Fechado convencional - Caixa metlica sem revestimento

PE Plataforma convencional com piso metlico

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 mvel drop-bottom

PT Plataforma para auto-trem

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FP Fechado com escotilhas - Portas basculantes - Fundo em lombo de camelo - Proteo anti-corrosiva

PG Plataforma para piggy-back

FL Fechado com laterais corredias (all door) PP

Plataforma com cabeceira (bulkhead)

FV Fechado ventilado PB Plataforma para bobinas

FQ Fechado - Outros tipos PA Plataforma com 2 pavimentos para automveis

G Gndola PQ Plataforma - Outros tipos

GD Gndola para descarga em virador (car dumper) Q Qualquer

GP Gndola de bordas fixas e portas laterais

QQ Qualquer - Qualquer (Outros tipos)

GF Gndola de bordas fixas e fundo mvel (drop-bottom) T Tanque

GM Gndola de bordas fixas e cobertura mvel

TC Tanque convencional

GT Gndola de bordas tombantes TS Tanque com serpentinas para aquecimento

GS Gndola de semi-bordas tombantes TP Tanque para produtos pulverulentos (em p)

GH Gndola de bordas basculantes ou semi-tombantes - Fundo em lombo de camelo

TF Tanque para fertilizantes

GC Gndola de bordas basculantes ou semi-tombantes - Fundo em lombo de camelo - Cobertura mvel

TA Tanque para cidos ou outros lquidos corrosivos

GB Gndola basculante TG Tanque para gs liquefeito de petrleo

GQ Gndola - Outros tipos TQ Tanque - Outros tipos

Tabela 4: Lista com as duas primeiras letras representativas dos tipos e Subtipos de vages segundo a ABNT.

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Classificao segundo a lotao do Vago

Peso mximo admissvel por eixo Bitola Mtrica 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 classificao representando o peso mximo do vago para cada bitola segundo a ABNT.

J a numerao dos vages segue uma seqncia de nmeros de acordo com o proprietrio do mesmo.

Numerao

Proprietrio Faixa Numrica Primeiro Dgito

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 numerao dos vages segundo a ABNT.

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5.2. SINALIZAO

Segundo o Regulamento de Operaes Ferrovirias da MRS Logstica, sinalizao o conjunto de meios compostos por sinais luminosos, acsticos, manuais e placas contendo inscries de letras, algarismos ou smbolos, caracterizando situaes para as quais se exigem cumprimento de regulamentos e chamando a ateno para os operadores de trens, equipes de manuteno e colaboradores e geral, em favor da segurana, economia e flexibilidade do trfego ferrovirio

A sinalizao faz a interface entre a localizao do trem na malha e o CCO, assim as ordens passadas pelo CCO chegam a malha e em trechos sinalizados, realizam as movimentaes das chaves de mquinas e a alterao de aspectos de sinais, que so o meio de comunicao visual entre os maquinistas e os operadores de trens.

5.3. CENTRO DE CONTROLE DA OPERAO CCO

Trata-se da instalao fsica onde controlada e executada toda a circulao de trens na malha da MRS Logstica e das ferrovias de intercmbio.

Esta circulao feita pelos despachadores, que so funcionrios responsveis pelo planejamento, programao, execuo e controle da circulao, que dada pela comunicao, por sinalizao ou rdio, aos maquinistas de acordo com as necessidades de circulao.

Estas ordens so chamadas de licenciamento, que so autorizaes de movimentao em trechos sinalizados ou no sinalizados, para um determinado trem , com prefixo definido de acordo com o sentido de movimento estabelecido desde a origem at o destino.

Portanto o CCO utiliza-se dos ativos da empresa tais como Via Permanente, sinalizao e material rodante para realizar o transporte propriamente dito com o auxlio dos maquinistas e das estaes de carga e descarga.

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Foto 2: Vista do painel de controle do CCO da MRS. FONTE: MRS Logstiva.

5.4. VIA PERMANENTE

5.4.1 CARACTERSTICAS

A ferrovia como um todo tem como caracterstica principal, a existncia de dois trilhos de ao, sobre os quais o trem se desloca, paralelos e instalados permanentemente sobre um leito.

Dentro desta definio existem algumas variaes quanto a tipos de estrutura das ferrovias, do tipo e dimenses dos trilhos, do material das rodas, do leito ferrovirio, das formas de propulso etc..

Considerando-se os enormes pesos e foras atuantes sobre os trilhos, chega-se concluso de que cada elemento da via permanente tem que ser cuidadosamente projetado para operao e manuteno, de modo a desempenhar o papel que lhe atribudo sob as mais adversas condies como as intempries, ao de vndalos, deslocamento dos trilhos em funo do trfego normal de trens dentre outros.

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5.4.2 INFRA-ESTRUTURA

Como definio de infra-estrutura, BRINA (1979) cita o seguinte:... a infra-estrutura das estradas constituda pela terraplenagem e todas as obras abaixo do greide de terraplenagem. A superfcie final de terraplenagem chama-se leito ou plataforma da estrada.

Portanto, pode-se na prtica, 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 funo de absorver s cargas provenientes da passagem dos veculos pela superestrutura e repassar ao solo.

5.4.2.1 TERRAPLANAGEM

A terraplanagem a movimentao do solo por intermdio de cortes e aterros, de forma que o solo atenda a determinadas caractersticas especficas de um projeto. Estes cortes e aterros so formados pela composio de vrias camadas de solo sobrepostas, de forma a suportar as cargas provenientes das camadas superiores e solicitaes da linha frrea.

Figura 4: Corte transversal de seo da Via Permanente mostrando elementos da infra e da superestrutura.

lastro sublastro Infra-estrutura (solo)

trilhos dormente

Talude do corte Saia do aterro fixao

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Foto 3: Corte da Ferrovia do Ao. FONTE: MRS Logstica.

5.4.2.2 SUB-LASTRO

Tem como funo principal evitar o bombeamento dos finos do solo e tambm diminuir a altura de lastro necessrio, evitando assim o maior custo da construo da ferrovia, pois o custo do sub-lastro menor que o custo do lastro.

Segundo Porto (2004), o bombeamento dos finos um processo auto-alimentado que consiste no endurecimento do lastro e posterior ruptura devido secagem de lama proveniente do solo bombeada pelo trfego. Ocorre na presena deste solo fino, gua retida e super-solicitao.

Este bombeamento o principal causador dos bolses de lama que ocorrem no lastro e estes bolses, por conseguinte, o principal causador de anomalias de nivelamento transversal e vertical.

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Foto 4: Acumulo de gua e bolso no lastro FONTE: MRS 2008.

5.4.2.3 DRENAGEM

Os elementos de drenagem so as estruturas responsveis por retirar e encaminhar as guas que precipitam sobre a superestrutura e infra-estrutura. Essas estruturas so formadas canaletas, bueiros, galerias, drenos profundos, drenos superficiais.

Estes elementos devem ser constantemente inspecionados e sempre que necessrio devem ser limpos e desobstrudos, pois a obstruo de um destes elementos pode ocasionar o colapso ou ruptura de um aterro.

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Foto 5: Bueiro com sada parcialmente obstruda.

5.4.2.4 OBRAS DE ARTE ESPECIAIS

So as obras advindas de projetos nicos, ou seja, no tem um padro pr determinado, segundo SUCENA (2002),

Os projetos especiais utilizados para construo de passagens superiores e inferiores como tambm para muros de arrimo, so aqueles que fogem das caractersticas de um projeto tipo, ou seja, de um padro, determinando formas de interveno da manuteno diferenciadas, considerando-se as suas caractersticas tcnicas peculiares.

Desta forma, as principais obras de arte especiais da ferrovia so as pontes, viadutos, tneis e muros de conteno.

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Foto 6: Viaduto da Ferrovia do Ao. FONTE: MRS Logstica.

5.4.3 SUPERESTRUTURA

A superestrutura ferroviria composta por quatro elementos distintos que interagem de forma a passar as foras exercidas pelas rodas para a infra-estrutura ferroviria e tambm servirem de pista de rolamento e guia para o material rodante que por ela trafega.

Os quatro elementos considerados da superestrutura so os trilhos, fixaes, dormentes e lastro.

5.4.3.1 TRILHOS

Trilhos so elementos responsveis pelo contato entre as rodas dos veculos ferrovirios e a via permanente. Tambm so utilizados para transmitir as tenses causadas pelo peso destes veculos nos dormentes. Os trilhos so presos aos dormentes com auxlio de placas de apoio e fixaes.

Os trilhos so utilizados desde a criao das ferrovias e evoluram continuamente atravs de alteraes dos formatos, dimenses, utilizao de diferentes tipos de ao,

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tratamentos metalrgicos. Sua geometria atual, predominante em quase todo o mundo, o tipo Vignole (nome do Engenheiro ingls que o idealizou).

Com o passar do tempo vm ganhando durabilidade e capacidade de suportar maiores cargas por eixo dos veculos ferrovirios, havendo um evoluo dos perfis de trilhos, que so as sees longitudinais.

A seguir est 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 respectivas massas1.

O trilho dividido segundo suas partes e funcionalidades e composto de Boleto, Alma e Patim.

Boleto: Parte responsvel pelo contato entre a roda ferrovirio e o trilho Alma: Parte responsvel pela ligao entre o boleto e o patim. Patim: a base do trilho, responsvel pelo contato entre o trilho e a placa de

apoio, responsvel por passar a tenso dos trilhos para as placas.

1 Fonte: Catlogo da Companhia Siderrgica Nacional (CSN) 1980.

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Figura 5: Partes componentes do trilho ferrovirio.

a) TRILHOS CURTOS

So os trilhos conforme saem da siderrgica, normalmente possuem o comprimento de 12 a 20 metros e so unidos atravs de talas de juno.

b) TRILHOS LONGOS SOLDADOS

Segundo BRINA (1979) o Trilho Longo Soldado (TLS), tambm denominado trilho contnuo, aquele em que a folga na junta insuficiente para permitir a dilatao, gerando, conseqentemente, tenses internas; alm disto, caracteriza-se por um comprimento tal que, em uma parte central de seu comprimento, existe uma extenso fixa que no se dilata, em um estado de tenso interna mxima.

Os trilhos provenientes das siderrgicas so os trilhos unidos uns aos outros atravs de soldas eltricas, tambm chamadas flash-button, ou atravs de soldas aluminotrmicas.

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Atualmente na MRS os trilhos curtos so comprados no exterior so levados ao Estaleiro de Soldas de Barra do Pira-RJ, onde so soldados eletricamente atravs de uma mquina Schalatter, em barras de 240 metros de comprimento.

As vantagens da utilizao de trilhos longos soldados a no utilizao de talas de juno e conseqentemente criao de juntas.

Foto 7: Frota carregada com TLSs Fonte VIDON 2006.

c) SOLDAS ALUMINOTRMICAS

a unio por soldagem de duas barras de trilho pelos seus topos, por processo de reao qumica, a quente, utilizando-se xido de ferro granular e p de alumnio. Trata-se de um procedimento de campo onde os operadores executam os procedimentos de preparao e alinhamento dos trilhos, montagem e vedao das formas, preparao e corrida da poro de solda, rebarba e esmerilhamento dos excessos de soldas nos trilhos.

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Foto 8: Corrida de Solda Aluminotrmica. FONTE: MRS Logstica

d) SOLDAS ELTRICAS

Trata-se, mais comumente, de um processo de soldagem com equipamento estacionrio em estaleiro. Consiste em se elevar a temperatura das pontas dos trilhos a um nvel tal, de modo que seja possvel uni-los por presso e por fuso. Emprega-se uma corrente de baixa tenso e forte intensidade e criado um arco voltaico entre as duas pontas de trilho, elevando a temperatura e promovendo a fuso.

Foto 9: Mquina realizando solda eltrica. FONTE: VIDON 2006.

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5.4.3.2 FIXAES

So as estruturas de ligao do trilho ao dormente que estabelecem determinada forma de vnculo estrutural entre os dois componentes. Alm de fixar o trilho ao dormente, dever garantir a bitola e adequar transferncia dos esforos dinmicos e estticos exercidos pelo material rodante sobre a via permanente.

Existem diversos tipos de fixaes dos trilhos nos dormentes, mas podemos separar estas fixaes em dois tipos, fixaes rgidas ou fixaes elsticas.

a) FIXAES RIGIDAS

So fixaes que no tem deformao no momento da passagem das composies ferrovirias. Tem como principal desvantagem a dificuldade e baixa produtividade da mo de obra na instalao desta fixao.

Um dos tipos de fixao rgida o Tirefo, que BRINA 1978 definem como um tipo de dispositivo de fixao do trilho ao dormente de madeira. considerado um tipo de fixao rgida, ou seja, no capaz de absorver choques e vibraes. Trata-se de uma espcie de parafuso de rosca soberba, em cuja cabea se pode adaptar uma chave especial, por meio da qual o tirefo aparafusado ao dormente, em furo previamente preparado. A cabea do tirefo tem uma base alargada, em forma de aba de chapu, cuja face inferior tem a mesma inclinao do patim do trilho.

Outro exemplo de fixaes rgidas, mas pouco utilizada no Brasil a utilizao de pregos ferrovirios.

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Figura 6: Pregos e tirefond

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b) FIXAES ELSTICAS

So fixaes que tem pequena deformao no momento da passagem da composio ferroviria, ou seja capaz de absorver choques e vibraes. A grande vantagem da utilizao da fixao elstica facilidade de aplicao e por conseqncia a alta produtividade da mo de obra no momento da aplicao das barras de trilho.

Exemplo de fixao elstica a desenvolvida pela empresa PANDROL, que consiste em um tipo de dispositivo de fixao do trilho ao dormente de origem inglesa e consiste de uma pea metlica, em forma de uma haste encurvada com tal geometria, que faz um papel de mola, encaixada em placa de apoio prpria, e que se fixa, sob presso, sobre o patim do trilho.

c) PLACAS DE APOIO

So elementos intermedirios entre os trilhos e os dormentes. Nas linhas onde existe a fixao elstica, estas placas so parafusadas nos dormentes pelos tirefonds e a fixao dos trilhos nas placas se d pelos grampos elsticos, facilitando assim a manuteno dos trilhos.

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Foto 10: Fixao elstica com placa de apoio e grampo Pandrol.: FONTE: MRS Logstica.

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5.4.3.3 DORMENTES

Os dormentes so os elementos que tem funo de receber as cargas provocadas nos trilhos pela passagem dos veculos ferrovirios e transmiti-las ao lastro.

Estruturalmente os dormentes so vigas que recebem as duas cargas concentradas verticais transmitidas pelos trilhos e as distribuem em duas reas sobre o lastro, assim, o lastro atua com duas sees de cargas distribudas de reao ao do carregamento exercido pelos trilhos.

Alm de atuar como vigas, os dormentes so os principais responsveis pela fixao e correto posicionamento dos trilhos e, por conseguinte, manuteno da bitola, permitindo assim as funes de guia e de pista de rolamento da linha.

Para atender aos requisitos das solicitaes impostas pela passagem os trens, o principal material usado como dormente tem sido a madeira, entretanto, com as presses e demandas ambientais e por conseqncia aumento dos custos, outros materiais vem ganhando terreno, como o concreto, ao e materiais plsticos.

Segundo BRINA , para o cumprimento das finalidades a que se destina, ser necessrio que os dormentes:

Forneam dimenses de superfcie de apoio suficiente para a taxa de trabalho no lastro no ultrapasse um certo limite;

Figura 7: Representao do carregamento dos trilhos e reao do lastro Fonte: DUVAL 2001

Dormentes Trilho

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Tenham espessura suficiente para ter a rigidez necessria, permitindo alguma elasticidade;

Tenham suficiente resistncia a esforos; 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 fixao dos trilhos, isto , uma fixao firme, sem ser

excessivamente rgida;

5.4.3.4 LASTRO

o elemento ferrovirio situado entre o sub-lastro e os dormentes. responsvel pela drenagem da gua precipitada sobre a superestrutura, pela distribuio das tenses recebidas dos dormentes ao sub-lastro, pela diminuio das irregularidades do sub-lastro para nivelamento dos dormentes e tambm 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 funes so:

Distribuir uniformemente sobre a infra-estrutura as cargas que recebe dos dormentes de maneira que no seja superada a tenso admissvel das camadas inferiores do solo.

Estabilizar a via verticalmente, lateralmente e longitudinalmente, atravs da ao de foras de suporte e de ancoragem nos dormentes, evitando movimentaes demasiadas.

Amortizar, atravs de sua estrutura semi-elstica, as aes dinmicas das cargas dos trens.

Prover a drenagem, permitindo a liberao das guas das chuvas, e garantindo a proteo da umidade tanto a plataforma quanto os dormentes.

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Permitir a recuperao geomtrica da linha mediante operaes de alinhamento e nivelamento, com socaria do lastro.

Para as atividades de nivelamento e socaria do lastro so 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 Logstica.

a) SISTEMA DE MUDANA DE VIA

a estrutura ferroviria responsvel pelo desvio de uma linha de movimento para outra linha em um ponto comum a estas linhas. composto pela Regio das Agulhas, Regio de Transio e Regio do Jacar. BRINA (1979) fornece as seguintes definies para AMV, Jacars e Agulhas:

b) APARELHO DE MUDANA DE VIA (AMV)

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A sujeio do veculo ferrovirio aos trilhos, atravs do encaixe do friso da roda com o boleto, faz com que, quando se deseja passar os veculos 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 mudana de via, constitudo 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 regies das agulha, transio e jacar.

c) JACAR ou CORAO

Parte principal de um AMV e que, praticamente, o caracteriza. constitudo pela ponta, pelas patas de lebre (pontas externas e laterais, dobradas em forma de patas), garganta (parte interna no centro do jacar). O jacar caracterizado pelo ngulo do corao, que o ngulo formado pelas duas peas que encaminham as rodas para a direo de uma ou outra linha.

Regio das Agulhas Regio de Transio

Regio do Jacar

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d) AGULHA

Uma das partes principais dos aparelhos de mudana de via (AMVs), posicionada, sempre em dupla, uma em cada extremidade do AMV. So peas de ao, 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 direo que deve tomar o veculo. Na extremidade posterior, as agulhas so ligadas aos trilhos de enlace ou de ligao por meio de talas flexveis, formando uma articulao. As agulhas so peas mveis e necessariamente paralelas entre si. So ligadas ao aparelho de acionamento por uma barra rgida metlica denominada tirante das agulhas. O aparelho de acionamento coloca as agulhas em posio de passagem pela linha direta ou em posio de passagem pela linha de desvio. A parte afunilada das agulhas chama-se ponta e a parte posterior coice.

Foto 12: Vista da Regio do Jacar de uma linha sendo montada.

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Foto 13: Viso da regio das agulhas em linha sendo montada.

5.4.4 GEOMETRIA DE LINHA

A geometria da via ferroviria tem condies impostas muito mais restritivas que a geometria de rodovias, estas restries so importas por alguns fatores entre eles:

Caracterstica do material rodante (rodas solidrias, paralelismo dos eixos) Tamanho e peso das composies Atrito entre as rodas e os trilhos.

Estas caractersticas fazem com que as linhas tenham limitaes severas de raio mnimo vertical e horizontal, declividade mxima de rampas, concordncia entre rampas e alinhamento e nivelamento dos trilhos.

Mesmo assim, em relao ao traado as caractersticas geomtricas que buscam a melhor adaptao s variadas formas da superfcie do terreno so as formas bsicas de curvas e tangentes (retas), tanto em planimetria quanto em altimetria.

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A geometria de via a medio de definidos parmetros geomtricos do traado da via, estes parmetros so:

Bitola Nivelamento Transversal

Nivelamento Longitudinal Alinhamento Curvatura

5.4.4.1 BITOLA

Segundo BRINA (1979), que faz a seguinte definio:

A bitola da via a distncia entre trilhos medida entre boletos, 12 a 15 milmetros abaixo do plano de rodagem (plano formado pelas faces superiores dos trilhos).

Figura 9: Demonstrao da distncia denominada bitola.

Nas linhas da MRS utilizada a medida de 1600 mm, que tambm chamada de bitola larga, mas no Brasil utilizam-se ainda outras bitolas, tais como a bitola mtrica, com medida de 1000 mm, bitola Standard com 1435 mm e bitolas estreitas com distncias entre as faces dos trilhos menores que 1 metro.

A tabela a seguir mostra a bitola das diversas ferrovias do pas.

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Empresa Medida Bitola MRS Logstica 1600 mm EFVM 1000 mm EFC 1600 mm ALL 1000 mm Brasil Ferrovias (ALL) 1600 mm FCA 1000 mm Estrada de Ferro do Amap 1435 mm

Tabela 8: Bitola utilizada nas principais ferrovias brasileiras.

5.4.4.1 NIVELAMENTO TRANSVERSAL

a condio na qual as duas filas do trilho devem estar na mesma cota segundo um corte transversal linha.

Existem situaes onde o nivelamento transversal propositalmente desrespeitado, inserindo-se uma diferena entre o nvel dos trilhos num mesmo ponto, estes pontos so sempre nas curvas.

Figura 10: Ilustrao do nivelamento transversal FONTE: Vidon 2006

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a) SUPERELEVAO

a diferena entre as alturas dos trilhos em uma curva. Normalmente o trilho externo da curva elevado para facilitar a inscrio do rodeiro na curva, melhorando o conforto, diminuindo a atuao das foras centrpetas e assim diminuindo o desgaste das rodas e possibilidade de tombamento dos veculos ferrovirios, seu valor definido em funo do raio da curva e da velocidade mxima dos trens naquela curva,

A superelevao S constante no espao compreendido na curva circular, j nos trechos de curva espiral as diferenas aumentam e diminuem de forma que este desnivelamento v de zero em seu incio at o valor de superelevao da curva circular.

Figura 11: Esquema demonstrativo dos pontos notveis de uma curva e as respectivas superelevaes Fonte: Vidon 2006.

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5.4.4.2 NIVELAMENTO LONGITUDINAL

a condio a qual uma nica fila do trilho deve estar na mesma cota em diferentes pontos determinados da via no sentido longitudinal, ou seja, a comparao de cotas no alinhamento longitudinal se d sempre no mesmo trilho e no comparando as duas filas de trilhos como no alinhamento transversal.

5.4.4.3 ALINHAMENTO

a distncia da flecha entre dois pontos consecutivos e com distncia conhecida entre ambos de um mesmo trilho. Como o nivelamento transversal, o alinhamento uma medida que considera os pontos ligados na mesma fila de trilhos.

Figura 12: Ilustrao da medida de alinhamento transversal e alinhamento FONTE: VIDON 2006

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5.4.4.4 DEFEITOS DE GEOMETRIA DE VIA

a) EMPENO OU TORO

um parmetro geomtrico de extrema importncia sob o aspecto de segurana, tendo em vista a rigidez do truque. O valor do empeno dever estar sempre referido a uma base de medio ou ser expresso por unidade de comprimento (MAIA,1978). o defeito de geometria formado pela diferena de nivelamento transversal entre dois pontos. Pode ocorrer em tangente, curva espiral ou circular e so os defeitos de Via Permanente mais mal entendidos.

O empeno tambm denominado Warp ocorre fora da espiral devido perda aleatria do nivelamento transversal, acontece em uma curva circular ou em tangente. J a Toro ou Twist um defeito provocado, aparece pela insero de superelevao na espiral, portanto s acontece na entrada ou na sada de uma espiral.

Entretanto para o truque no h diferena 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.

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Para o clculo do desnivelamento considera-se quatro pontos sobre o boleto dos trilhos, dois sobre cada trilho, formando um retngulo, define-se como empeno, a distncia vertical de um dos pontos ao plano formado pelos outros trs.

No Track Star da MRS, utiliza-se uma base de medio de 20m para o empeno e base de medio de 10m para a toro. A base de 20m indica a potencialidade de instabilidade para dois truques de um mesmo vago, enquanto que a de 10m focaliza a questo para os dois truques mais prximos de vages consecutivos em uma composio.

Figura 14: Ilustrao esquemtica do empeno.

5.4.4.5 VECULO DE CONTROLE DE LINHA

O veculo de controle de linhas da MRS, tambm conhecido como Track-Star responsvel pela medio peridica de parmetros estabelecidos para a geometria da via permanente.

Dentre os parmetros levantados e apontados pelo TEV esto:

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Alinhamento Vertical Alinhamento Horizontal Bitola descarregada Bitola Carregada Desgaste da rea de boleto ngulo de ataque

Foto 14: Veculo de Controle de Linha Fonte: MRS Logstica.

Os relatrios gerados pelo Track-Star so de grande importncia para a manuteno da via permanente, pois de acordo com os parmetros medidos em sua passagem pelas linhas, pode-se saber o nvel de qualidade da geometria da linha e tambm a situao de desgaste dos trilhos e qualidade da fixao da linha.

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6. ANOMALIAS EM TRILHOS: AS FRATURAS

Anomalias em trilhos so mudanas, esperadas ou no, nas caractersticas do material constituinte do trilho, que proporcionam a ocorrncia de falhas que podem influenciar no desempenho do trilho.

A principal e mais grave anomalia de um trilho ferrovirio a fratura. Ela caracterizada como a ruptura completa entre duas faces do trilho, anteriormente ligadas. No entanto, uma fratura normalmente advinda do crescimento de trincas e defeitos internos do metal constituinte dos trilhos. Estas trincas evoluem, e por conseqncia, levam ao colapso a estrutura do trilho, seccionando este em duas ou mais partes.

As fraturas normalmente so ocasionadas pelo desenvolvimento ou crescimento de uma anomalia interna, podendo ser antecipada pela atuao de um ou mais fatores externos, tal como a existncia 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 fratura. Para se detectar este evento existem tcnicas que podem ser uma simples inspeo visual ou com a utilizao de modernos aparelhos de ultra-som que detectam, no somente as trincas aparentes, como tambm os defeitos internos, estes os quais os que no podem ser visualizados apenas com a viso.

As fraturas em trilhos podem ser classificadas em trs partes: fraturas nos trilhos, fraturas em soldas aluminotrmicas e fraturas em soldas eltricas.

Cabe observar que este estudo classifcar as anomalias e defeitos dos trilhos baseando-se nos procedimentos operacionais da MRS Logstica S.A.

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6.1. CLASSIFICAO QUANTO DIREO

As anomalias de trilhos podem desenvolver-se em apenas uma direo ou tambm em direes diversas. Para melhor entendimento das direes seguidas pelas fraturas, neste trabalho utilizar-se- a terminologia mais comumente utilizada na MRS Logstica, sendo as direes seguidas pelos planos horizontal, vertical e transversal conforme mostra a figura a seguir.

Plano Horizontal

Plano Vertical Plano Transversal

Figura 15: Planos de direo dos defeitos nos trilhos.

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6.2. CLASSIFICAO DAS ANOMALIAS

Conforme descrito anteriormente, a classificao dos defeitos expostos a seguir se basear no manual de Procedimentos Operacionais da MRS Logstica S.A., de 24/03/2008, denominado PO-SEE-0001.01.00.

Neste trabalho sero utilizas as seguintes definies em portugus:

TRINCA VERTICAL NO BOLETO (VERTICAL SPLIT HEAD - VSH): 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 relativamente rpido at que ela aflore em algum ponto da extenso do trilho.

Figura 16: Trinca vertical no boleto. FONTE: MRS Logstica

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TRINCA HORIZONTAL NO BOLETO (HORIZONTAL SPLIT HEAD HSH): uma fratura no plano horizontal que se desenvolve de modo progressivo, longitudinalmente e paralelamente ao topo do boleto, se distanciando da superfcie de rolamento em no mnimo 1/3 da altura do boleto. Pode atingir mais de 20cm ao longo do trilho. O seu crescimento, ao longo do seu comprimento, relativamente rpido, podendo, pois, mudar sua orientao para o plano transversal.

Figura 17: Trinca horizontal no boleto do trilho. FONTE MRS Logstica.

TRINCA DE PATINAO DE RODA (ENGINE BURN FRACTURE EBF): uma fratura no plano transversal provocada pela patinao de roda que se desenvolve logo abaixo da marca de patinao. Ela se encaminha em direo alma do trilho e no sentido da parte externa do boleto.

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Figura 18: Patinado em trilho. FONTE: MRS Logstica

SEPARAO BOLETO ALMA (HEAD & WEB SEPARATION HWS): uma fratura no filamento boleto/alma que se desenvolve inicialmente no plano horizontal de modo progressivo, podendo atingir at 25 cm de extenso, e ento, se encaminhar para baixo em direo ao patim.

Figura 19: Separao do boleto da alma. FONTE: MRS Logstica.

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TRINCA NA ALMA (HORIZONTAL SPLIT WEB HSW): uma fratura no plano horizontal que se desenvolve de modo progressivo e longitudinalmente, no meio da alma.

Figura 20: Trinca na alma: FONTE MRS Logstica.

TRINCA TRANSVERSAL (TRANSVERSE DEFECT TD): uma fratura no plano transversal, de modo progressivo, que se desenvolve somente na seo transversal do trilho. Inicia-se a partir de um ponto, ncleo ou imperfeio no interior do boleto ou do patim, podendo ser originada tambm pela m manipulao do trilho, principalmente na carga ou descarga, crescendo de forma circular, exibindo anis de crescimento at atingir substancial poro do boleto ou da alma. Seu crescimento inicial relativamente lento at atingir 20 a 25% do boleto evoluindo rapidamente a partir deste estgio.

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Figura 21: Trinca transversal . FONTE: MRS Logstica.

TRINCAS TRANSVERSAIS MLTIPLAS (TRANSVERSE DEFECT TDX): So trincas no plano transversal, de modo progressivo, que se desenvolve somente na seo transversal do trilho, sendo consideradas mltiplas quando estiverem dentro de uma mesma barra de 12m.

Figura 22: Trincas transversais mltiplas. FONTE MRS Logstica

TRINCA NOS FUROS (BOLD HOLE CRACK - BHC): So trincas que ocorrem no plano longitudinal, que se iniciam nos furos, se propagando diagonalmente para o boleto, patim ou em direo ao outro furo.

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Figura 23: Trinca nos furos. FONTE MRS Logstica

TRINCA EM SOLDA ELTRICA (DEFECTIVE WELD PLANT CRACKS OUT - DWPCO): uma trinca que se desenvolve no plano transversal ou horizontal, a partir de algum defeito interno da solda (Incluso, incrustao e ou colapso de material).

Figura 24: Fratura em solda eltrica. FONTE: MRS Logstica

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TRINCA EM SOLDA ALUMINOTRMICA (DEFECTIVE WELD FIELD CRACKS OUT DWFCO): uma trinca que se desenvolve no plano transversal ou horizontal, a partir de algum defeito interno da solda (Incluso, incrustao e ou colapso de material).

Figura 25: Trinca em solda aluminotrmica. FONTE MRS Logstica

SEPARAO ALMA PATIM (WEB & FOOT SEPARATION WFS): uma fratura no filamento alma/patim, que se desenvolve no plano horizontal de modo progressivo, podendo atingir at 25 cm de extenso e ento se encaminhar para cima, em direo a alma.

Figura 26: Trinca entre a alma e o patim. FONTE: MRS Logstica

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DEFEITOS DE FADIGA DE CONTATO (Rolling Contact Fatigue RCF): So considerados como defeitos superficiais, geralmente provenientes de colapso ou fadiga de material e do patinado proveniente de anomalia externa. Os principais so:

Cracking: Pequenas fissuras na superfcie do trilho (cracks)

Figura 27: Cracks na superfcie do trilho: FONTE: MRS Logstica.

Head-Checks: Fissurao no canto da bitola

Figura 28: Fissurao no canto da bitola. FONTE: MRS Logstica

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Flaking: Escamao de Boleto

Figura 29: Escamao de Boleto. FONTE: MRS Logstica

Spalling: Estilhaamento do canto da bitola

Figura 30: Estilhaamento do canto da bitola. FONTE: MRS Logstica

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Shelling: Despedaamento do canto da bitola

Figura 31: Despedaamento do canto da bitola. FONTE: MRS Logstica

SIDERRGICOS: So os defeitos oriundos do processo de manufatura do trilho. As causas podem ser bolhas, ligas mal realizadas, entre outras. Estes defeitos normalmente so internos e de difcil visualizao a olho nu. Entretanto, possvel perceber estas anomalias por intermdio de equipamentos e ensaios, tais como ensaios de dureza e ultra-som.

6.3. PREVENO AS ANOMALIAS

Como preveno aos defeitos ressaltados anteriormente podem-se tomar algumas providncias, pois a malha ferroviria, e por conseqncia os trilhos, so os ativos de maior valor para a ferrovia, pois so de elevado custo de aquisio.

Algumas medidas que podem contribuir para o no aparecimento das trincas e conseqentemente das fraturas so:

Controle das fissuras com aparelho de ultra-som;

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Melhoria da qualidade das soldas aluminotrmicas (inclusive com uso de cadinhos de solda descartveis);

Controle dos procedimentos operacionais das soldas aluminotrmicas;

Controle da temperatura neutra nos procedimentos de solda e assentamento de TLS

Controle dos procedimentos de instalao das barras de TLS;

Destacadas as formas das fraturas, o prximo captulo destacar a tcnica denominada rvore de Falhas que ser a ferramenta que buscar as causas bsicas para a fratura de trilhos.

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7. METODOLOGIAS DE ANLISE DE FALHAS

7.1. ANLISE DE RVORE DE FALHAS - FAILURE TREE ANALYSIS (FTA)

A anlise de rvore de Falhas (AAF), traduzida do ingls Failure Tree Analysis (FTA), segundo SIMES FILHO (2006), foi primeiramente desenvolvida por solicitao da Fora Area Americana para avaliao do sistema de controle do Mssil Balstico Minuteman, por H.A.Watson, funcionriom dos Laboratrios Bell Telephone, em 1961.

Consiste em uma tcnica grfica que apresenta diversas combinaes das falhas humanas e do material, com impacto em um determinado sistema. HERMAN (1995) define a FTA como mtodo sistemtico e padronizado, capaz de fornecer bases objetivas para funes diversas tais como a anlise de modos comuns de falhas em sistemas, justificao de alteraes em sistemas e demonstrao de atendimento a requisitos regulamentares e ou contratuais.

Tem-se na utilizao da FTA uma ferramenta para:

Auxiliar a anlise e identificao das falhas de um sistema, pois estabelece um mtodo padronizado de anlise;

Apontar aspectos mais relevantes de um sistema em relao a uma falha particular;

Melhorar a compreenso do tomador de deciso quanto ao comportamento do sistema.

Melhoria de um produto ou processo j em operao a partir da identificao das causas das falhas e possibilidade de posterior bloqueio.

Sendo assim, a construo da rvore de Falhas se d pela elaborao do modelo grfico que representa os encadeamentos dos diferentes eventos que podem dar como resultado o Evento de Topo. A anlise deve ser conduzida at atingir os eventos ou causas bsicas e cuja anlise no possvel detalhar ou aprofundar.

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Estas causas bsicas so consideradas os limites ltimos e so denominados limite de resoluo da rvore

Depois de obtidos os conjuntos de eventos que constituem o limite da rvore de falhas e identificadas s causas bsicas, dever ser elaborado um plano de ao visando a diminuio das ocorrncias ou excluso destas causas.

7.1.1 ETAPAS DA FTA

Com relao s etapas da FTA, HELMAN (1995) dividiu a estruturao dessa tcnica nas seguintes etapas:

Etapa 1 - Definio do sistema, suas fronteiras e interfaces e diagrama de blocos funcional;

Etapa 2 - Definio do evento topo da FTA; Etapa 3 - Construo da FTA; Etapa 4 - Levantamento dos dados de falhas dos eventos; Etapa 5 - Determinao dos cortes mnimos; Etapa 6 - Avaliao qualitativa das FTA; Etapa 7 - Avaliao quantitativa das FTA; Etapa 8 - Avaliao da importncia dos cortes mnimos; Etapa 9 - Anlise dos resultados obtidos; Etapa10 - Concluses.

7.1.2 ESTRUTURA DA RVORE DE FALHAS

A rvore de falhas apresenta uma lgica em que o evento indesejado, ou a falha, aparece no topo ligado aos eventos mais bsicos por meio de smbolos de eventos e portas lgicas. A rvore finaliza com os eventos considerados como causas bsicas ou fundamentais.

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Figura 32: Estrutura da rvore de falhas. FONTE: Helman(1995).

7.1.3 CONSTRUO DA RVORE DE FALHAS

O diagrama de causa e efeito, tambm chamado de diagrama de Ishikawa, segundo Helman (1995), normalmente utilizado como primeiro passo para elaborar uma rvore de falhas. Embora o diagrama consiga fazer a ligao entre as causas e os efeitos, ele no fornece a relao operacional entre as mesmas. Estas relaes so dadas pelos caminhos das portas lgicas e smbolos, conforme figuras a seguir.

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SMBOLO SIGNIFICADO

Eventos que sosadas de portas

lgicas

RETNGULO

Eventos associadosa falhas bsicas ou

primrias

CRCULO

Eventos norealizados(omitidos)

DIAMANTE

Parmetro associadoa um evento que deve

ser monitorado

CASA

Evento condicional:usado em janelas de

inibio

OVAL

Indica a conexocom outro evento

TRINGULO

SMBOLOS DE EVENTOS

Figura 33: Smbolos de Eventos da FTA. Fonte: Helman (1995).

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SMBOLO NOME RELAO CAUSAL

Evento de sada que s ocorre se todos osde entrada ocorrerem

Evento de sada ocorrese pelo menos um dos

de entrada ocorrer

Evento de entrada sconduz ao de sada seo condicional ocorrer

Evento de sada ocorrese os de entrada

ocorrerem na ordem da esquerda para a

direita

Evento de sada ocorrese um, mas no ambos,dos de entrada ocorrer

Evento de sada ocorrese M em N dos de entrada ocorreremM em N

SMBOLOS DE PORTAS LGICAS

E

OU

INIBIO (CONDICIONAL)

E DE PRIORIDADE

OU EXCLUSIVA

m

n

Figura 34: Smbolos das portas lgicas. FONTE: Helman (1995).

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7.2. ANLISE DE MODOS DE FALHAS E EFEITOS - FAILURE MODES & EFFECTS ANALYSIS (FMEA)

A tcnica denominada FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) objetiva a avaliao e minimizao dos riscos por meio da anlise das possveis falhas, determinando a causa, o efeito e o risco de cada tipo de falha, alm de propostas de melhoria para aumentar a confiabilidade. O objetivo bsico desta ferramenta a reduo das chances do produto ou processo falhar durante sua operao, ou seja, busca-se aumentar a confiabilidade.

SUCENA (2002) trata o termo Confiabilidade como probabilidade de que uma unidade observada satisfaa as exigncias necessrias finalidade de uso, sem a ocorrncia de falhas, de acordo com os limites preestabelecidos em projeto, mantendo suas caractersticas tcnicas por um perodo determinado.

A confiabilidade, como dimenso de qualidade, tem se tornado cada vez mais importante para as empresas, pois a falha, mesmo que rapidamente reparada, causa, no mnimo, a paralisao de algum tipo de servio ou produto, ocasionando, quase sempre, custos adicionais e insatisfao dos clientes internos ou externos das empresas.

As principais aplicaes da FMEA segundo HELMAN (2005) so:

Diminuir a probabilidade da ocorrncia de falhas em projetos de novos produtos ou processos;

Diminuir a probabilidade de falhas potenciais, ou seja, que ainda no tenham ocorrido, em produtos/processos j em operao;

Aumentar a confiabilidade de produtos ou processos j em operao por meio da anlise das falhas que j ocorreram;

Diminuir os riscos conhecidos.

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7.3. ANLISE DE MODOS DE FALHAS E EFEITOS CRTICOS - FAILURE MODES & EFFECTS AND CRITICAL ANALYSIS (FMECA).

A Anlise da Criticidade e dos Modos de Falha (Failure Modes an Criticality Analysis - FMECA), assim com a FMEA, se preocupa com a anlise detalhada dos componentes crticos de um sistema, buscando-se a decomposio dos sistemas em modos de falha simples, conseqncias e medidas, de forma quantitativa e qualitativa, com o objetivo de identificar os modos de falhas e seus potenciais efeitos crticos.

Tanto a FMEA como a FMECA so bastante eficientes quando aplicadas a sistemas mais simples e de falhas mais singelas porm, quando a complexidade maior, recomenda-se o uso de outras tcnicas, como por exemplo, a Anlise de rvore de Falhas AAF.

7.4. ANLISE DE OPERABILIDADE DE PERIGOS - HAZARD AND OPERABILITY STUDIES (HAZOP)

A Anlise de Operabilidade de Perigos (Hazard And Operability Studies - HAZOP) definida como o estudo de identificao de perigos e operabilidade. uma tcnica de anlise qualitativa desenvolvida com o intuito de examinar as linhas de processo, identificando perigos e prevenindo problemas. Porm, atualmente, a metodologia aplicada tambm para equipamentos do processo e at para sistemas.

Esta tcnica indicada para a implantao de novos processos na fase de projeto ou nas modificaes de processos existentes. Geralmente, neste tipo de estudo, so detectados mais problemas operacionais do que identificados como perigosos. Este no um ponto negativo da metodologia, muito pelo contrrio, aumenta sua importncia, pois a diminuio dos riscos est muito ligada eliminao de problemas operacionais.

A eliminao dos problemas operacionais recai numa conseqente diminuio do erro humano, decrescendo assim o nvel de risco. Entretanto, impossvel eliminar

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qualquer perigo que seja sem antes ter conhecimento do mesmo, sendo justamente este risco que pode ser detectado pelo HAZOP.

8. INVESTIGAO DAS FRATURAS NA FERROVIA DO AO

8.1. MANUTENO DE VIA PERMANENTE

Segundo SUCENA (2002), manuteno uma atividade estratgica que contribui para a melhoria dos nveis de performance de qualquer sistema disponvel para operao, garantindo qualidade, segurana e preservao do meio ambiente de acordo com padres pr-estabelecidos. Buscam-se, com esta, melhores resultados da produtividade do sistema com qualidade da operao a custos competitivos.

Baseada neste conceito, atualmente a Gerncia de Via Permanente de Bom Jardim de Minas (GVPOJ), que responsvel pela manuteno da via permanente no trecho entre o Km 3+000 e o Km 292+000 da Ferrovia do Ao (FA), busca a manuteno de forma a garantir a maior disponibilidade e segurana da VP, causando o menor impacto a circulao dos trens. Todavia, o fator que gera a maior interrupo da disponibilidade da malha sob a responsabilidade da GVPOJ a fratura de trilhos onde no ano de 2007, ocorreram 226 fraturas. A classificao quanto aos tipos de fratura mostrada na tabela 9 e no grfico 2 a seguir:

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Tipo de Fratura Total %

Solda Aluminotrmica 126 56%

Solda Eltrica 25 11%

Trilho 75 33%

Soma 226 100%

Tabela 9: : Nmero de fraturas da GVPOJ em 2007 Fonte MRS Logstica

56%

11%

33%

Solda Aluminotrmica Solda Eltrica Trilho

Grfico 2: Diviso entre os tipos de fraturas da GVPOJ em 2007

Esta tabela e grfico mostram que atualmente a fratura em soldas aluminotrmicas o principal tipo de anomalia de trilhos na GVPOJ. Esta simples verificao auxilia na deciso do corpo gerencial da empresa de realizar a anlise das causas dessas fraturas e estabelecer planos para prevenir as causas que ocasionam este tipo de fratura.

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8.2. APLICAO DE METODOLOGIA DE RVORE DE FALHAS PARA AS FRATURAS

Conforme descrito no captulo anterior, a anlise de falhas por meio de metodologia de rvore de falhas se d a partir do estabelecimento do evento topo, buscando-se os eventos subseqentes at se encontrar o(s) evento(s) bsico(s).

Neste estudo, tomar-se- como evento topo a fratura de trilhos e tambm, seguindo-se a construo da rvore de falhas com a estruturao de um diagrama conhecido como Diagrama de Ishikawa.

O diagrama de Ishikawa, tambm conhecido como diagrama de Causa e Efeito, ou ainda como diagrama Espinha de Peixe, uma ferramenta grfica utilizada para o gerenciamento e controle de qualidade de processos e produtos. Foi inicialmente proposto em 1943 pelo engenheiro qumico japons Kaoru Ishikawa.

Ishikawa estrutura hierarquicamente as causas de determinado problema ou oportunidade de melhoria, bem como seus efeitos sobre a qualidade dos produtos. Permite tambm estruturar qualquer sistema que necessite de visualizao de forma grfica e sinttica.

As figuras abaixo so o desenvolvimento do diagrama de Ishikawa para a fratura de trilhos e a proposta de rvore de falhas, onde o evento topo a fratura de trilhos.

Pode-se notar que a rvore de falhas proposta apontou um total de vinte e seis causas que podem nicas ou contribuitrias,ou seja, esses eventos podem ocorrer simultaneamente ou em separado pois todos so de mesma ordem, isso significa que possuem o mesmo grau de criticidade.

Salienta-se ainda que na rvore de falhas obtida na anlise de fratura de trilhos h uma porta "OU EXCLUSIVA" logo abaixo do evento topo, significando que o evento de sada ocorrer se um, mas no mais que um eventos ocorrer. Isso significa que a fratura ocorrer, mas existir uma segregao com relao aos tipos de fraturas: em solda aluminotrmica, em solda eltrica e em trilho.

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Outro ponto importante a destacar na rvore de falhas resultante da anlise da fratura de trilhos a utilizao do elemento grfico SADA CONDICIONAL. Este objeto grfico foi empregado quando ocorrem fraturas por fadiga, tanto em soldas quanto em trilho, devendo ser obedecida a condio de passagem de carga de trens.

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ESTRUTURA DO TRILHO MANUTENO

OPERAO MANUTENO

FABRICAO DO TRILHO

MEIO AMBIENTE

FRATURAS

Tipo de Trilho-Elevado desgaste

Tipo de Trilho-Fadiga elevada Carga por eixo

Problemas de solda, alinhamento, esmerilhamento

Soldagem - poro de solda inadequada

Soldagem- incluso de materiais externos

Baixa dureza do trilho - Desgaste Vertical ou Perda da rea do Boleto

Tenses Residuais - Fraturas

Problemas MetalrgicosProlemas Internos (Vazios)

Frequncia de Lubrificao - excesso de desgaste

Limpeza de lastro - aumento de rigidez da viaEsmerilhamento -inadequado

Intervalos de Inspeo - falta da manuteno adequada

Transporte, Carga/ Descarga de Trilhos inadequados

Falta de alvio de tenso

Soldas indequadas ou mal executadasSuperelevao Inadequada

Socaria e nivelamentos InadequadosDormentao ruim/faltante

Trilho Fadigado-Alta MTBT

Propagao de defeitos internos por Fadiga/Desgaste

Trfego UnidirecionalContato Roda Trilho

Patinao - Lubrificao excessivaPatinao- Rampa acentuada

Roda calejada (material rodante)

Chuva/Ventos fortes-Resfriamento Rpido-Soldas

Ambiente Agressivo-Alta corrosoRegio com presena de gua

Variao de temperatura intensaFlambagens e Fraturas

Figura 35: Diagrama de Ishikawa proposto tendo como efeito a fratura de trilhos

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Figura 36: rvore de falhas proposta para evento de Fratura de trilhos

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9. CONCLUSES E RECOMENDAES

Como citado ao longo deste trabalho, as fraturas de trilhos so anomalias prejudiciais ao sistema Via Permanente e, conseqentemente, a ferrovia como um todo. Esta anomalia deve ser combatida de forma que seja eliminada, ou no mnimo, diminuda drasticamente.

Mas esta no uma tarefa fcil, pois conforme a rvore de falhas resultante deste trabalho, exposta na figura 36, os trilhos esto sujeitos a diversos fatores que o degradam, principalmente devido ao trfego ferrovirio.

Atualmente, o grande dilema do setor ferrovirio : "Como manter os equipamentos e materiais e ao mesmo tempo aumentar a disponibilidade dos ativos para o transporte de cargas". A resposta complexa, mas sem dvida passa pela melhoria da confiabilidade dos elementos dos sistemas.

A anlise de falhas de fraturas de tr

análise de falhas das fraturas de trilhos

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