CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGA
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
ACADEMIA MRS
LEONARDO SOUZA SOARES
PROCEDIMENTO PARA DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE MÁXIMA
AUTORIZADA
Rio de Janeiro
2006
PROCEDIMENTO PARA DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE MÁXIMA
AUTORIZADA
Monografia apresentada ao Curso de Especialização
em Transporte Ferroviário de Carga do Instituto Militar
de Engenharia e da M.R.S. Logística S.A.
Aluno: Leonardo Souza Soares
Orientador: Profª. Hostílio Ratton – D. Sc.
Tutor: Régis Mendes Paraguassu
Rio de Janeiro
2006
2
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao Instituto Militar de Engenharia e à M.R.S. Logística S.A. pelos meios e que
possibilitaram a realização deste trabalho.
Aos mestres pela disposição em doar algo tão fundamental como o conhecimento.
Ao meu pai, Manoel, por demonstrar toda satisfação em ser um ferroviário.
Aos amigos ferroviários por toda informação cedida.
À minha companheira Fabrícia pelo total carinho e dedicação durante as horas
destinadas a execução deste trabalho.
Aos funcionários que contribuíram com paciência para os dados recolhidos durante a
pesquisa através de diversas indagações.
Ao meu orientador Hostílio pelos esclarecimentos fornecidos.
Ao Régis por todas as críticas construtivas.
Sobretudo, a Deus, pela luz.
3
RESUMO
A velocidade sempre será um fator preponderante quanto a produtividade de uma
companhia de transportes. O ideal para este tipo de companhia é trabalhar sempre com
a maior velocidade possível, gerando maiores ganhos em cada transporte. Porém, a
mesma velocidade que gera riquezas é aquela que pode gerar inúmeros prejuízos. Isto
porque, elevando-se a velocidade a tais níveis, existe a redução da segurança e o
aumento considerável da probabilidade de ocorrência de acidentes.
Sendo assim, tornou-se necessário limitar a velocidade de operação de trens, no
caso ferroviário, de forma a garantir o máximo de produtividade com a maior segurança
e integridade possíveis. As locomotivas atuais são capazes de desenvolver altas
potências e de tracionar um número cada vez maior de vagões, mas é válido ressaltar
que toda esta potência não seria de forma alguma útil senão houver algum controle.
Pensando na produtividade e segurança, atualmente existem vários métodos para
determinação de velocidade para veículos ferroviários; porém, os métodos existentes
para ferrovias brasileiras, não contemplam inúmeros dados sobre a via e o material
rodante que são facilmente adquiridos através da tecnologia existente.
Agrupando-se os parâmetros existentes que podem influenciar diretamente na
velocidade, os dados que podem ser adquiridos através de veículos de inspeção e
informações de projeto, é possível de se determinar uma velocidade produtiva e segura
para todo tráfego ferroviário.
Além de uma determinação segura da velocidade, estes mesmos dados fornecem
condições reais da via e dos veículos ferroviários, indicando quais os pontos críticos
que deverão ser trabalhados a fim de se garantir um aumento de velocidade com
segurança.
Os dados existem e os resultados são válidos.
4
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ...................................................................................................... 7
LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................... 10
SÍMBOLOS E ABREVIAÇÕES..................................................................................... 12
1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 13
2. DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DA VIA QUE INFLUENCIAM NO CÁLCULO DA
V.M.A. ........................................................................................................................... 20
2.1. ÁREA DE ABRANGÊNCIA DOS ESTUDOS....................................................... 21
2.2. VIA PERMANENTE ............................................................................................. 23
2.3. VARIÁVEIS DA VIA PERMANENTE ................................................................... 25
2.3.1. ESTABILIDADE DA PLATAFORMA – CONDIÇÕES DE DRENAGEM......... 25
2.3.2. ESTABILIDADE DA PLATAFORMA - ESTABILIDADE DE CORTES E
ATERROS ............................................................................................................... 26
2.3.3. ESTABILIDADE DA VIA – ESTADO DE TENSÃO DOS TRILHOS............... 28
2.3.4. ESTABILIDADE DA VIA – CONDIÇÕES DE LASTRO ................................. 31
2.3.5. ESTABILIDADE DA VIA – CONDIÇÕES DOS TRILHOS ............................. 36
2.3.6. ESTABILIDADE DA VIA – DORMENTES ..................................................... 53
2.3.7. ESTABILIDADE DA VIA – FIXAÇÕES .......................................................... 64
2.3.8. ESTABILIDADE DA VIA – AMV .................................................................... 68
2.3.9. GEOMETRIA DA VIA - TRAÇADO................................................................ 75
2.3.10. GEOMETRIA DA LINHA - NÍVEL .............................................................. 101
2.3.11. PADRÕES DE TOLERÂNCIA DA MANUTENÇÃO – CONSERVAÇÃO DA
VIA......................................................................................................................... 104
2.3.12. GABARITOS DE OBRAS DE ARTE – TÚNEIS E PONTES...................... 110
3. DEFINIÇÃO DAS VARIÁVEIS DO MATERIAL RODANTE QUE INFLUENCIAM NO
CÁLCULO DA V.M.A. ................................................................................................. 111
3.1. MATERIAL RODANTE ...................................................................................... 111
3.2. VARIÁVEIS DO MATERIAL RODANTE ............................................................ 114
5
3.2.1 DIVERSIDADE DE VEÍCULOS .................................................................... 114
3.2.2 TIPO DE CARGA – CARGAS PERIGOSAS ................................................ 118
3.2.3 TIPO DE TRAÇÃO ....................................................................................... 119
3.2.4 COMPRIMENTO DE TRENS – TIPO DE FORMAÇÃO DA COMPOSIÇÃO 120
4. DEFINIÇÃO DE VARIÁVEIS EXTERNAS .............................................................. 121
4.1 OBRAS AO LONGO DA VIA .............................................................................. 121
4.2 ACIDENTES FERROVIÁRIOS E ACIDENTES DA NATUREZA ........................ 121
4.3 PROXIMIDADE DE LOCAIS DE AFLUÊNCIA DE PESSOAS E AUTOMÓVEIS 122
4.3.1 PASSAGENS EM NÍVEL.............................................................................. 122
4.3.2 PROXIMIDADE DE EDIFICAÇÕES ............................................................. 124
4.4 SERVIÇOS DE MANUTENÇÃO......................................................................... 125
4.5 VISIBILIDADE DE SINAIS.................................................................................. 127
5. MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DA V.M.A. DO TRECHO FERROVIÁRIO POR
MEIO DO RELACIONAMENTO ENTRE AS VARIÁVEIS DO MATERIAL RODANTE E
DA VIA PERMANENTE .............................................................................................. 130
6. DISCUSSÃO ........................................................................................................... 164
7. CONCLUSÃO ......................................................................................................... 179
8. BIBLIOGRAFIA....................................................................................................... 180
6
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Alturas de lastro sob dormentes de madeira.................................................32
Tabela 2 – Alturas de lastro sob dormentes de concreto................................................33
Tabela 3 – Carga por eixo de 30 a 34 tf e predomínio de curvas de raio < 875m .........38
Tabela 4 – Limite de desgaste do boleto para trilhos de segunda-mão .........................40
Tabela 5 – Ações reparadoras .......................................................................................42
Tabela 6 – Classes de Via .............................................................................................43
Tabela 7 – Defeitos de trilhos e limitações de velocidade .............................................44
Tabela 8 – Desvios máximos para trilhos de junta (FRA) ..............................................49
Tabela 9 – Desvios máximos para trilhos de junta .........................................................49
Tabela 10 – Condições das juntas dos trilhos (FRA) .....................................................51
Tabela 11 – Mínimo de dormentes por classe de via e curvatura (FRA) .......................57
Tabela 12 – Mínimo de dormentes por classe de via e curvatura (MRS) ......................59
Tabela 13 – Taxa de dormentes inservíveis ..................................................................60
Tabela 14 – Espaçamento máximo entre dormentes bons (1) ......................................60
Tabela 15 – Espaçamento máximo entre dormentes bons (2) ......................................61
Tabela 16 – Espaçamento máximo entre dormentes bons (3) ......................................62
Tabela 17 – Número de dormentes inservíveis por extensão de curva e tipo de trilho..62
Tabela 18 – Espaçamento de dormentes recomendado ...............................................63
Tabela 19 – Velocidades para as composições de AMV ...............................................73
Tabela 20 – Compatibilização de elementos de AMV e velocidade na bitola larga .......74
Tabela 21 – Compatibilização de elementos de AMV e velocidade na bitola métrica ...74
Tabela 22 – Limites de bitola (FRA) ...............................................................................89
Tabela 23 – Limites de alinhamento (FRA) ....................................................................91
Tabela 24 – Limites de nivelamento (FRA) ....................................................................96
Tabela 25 – Altura limite do centro de gravidade .........................................................118
Tabela 26 – Distâncias de frenagem para cruzamentos rodo-ferroviários....................124
Tabela 27 – Classificação dos aspectos de sinais luminosos ......................................127
Tabela 28 – Tabela de distâncias de frenagem por tipo de composição .....................129
Tabela 29 – Planilha de cálculo utilizada atualmente ..................................................130
7
Tabela 29 B – Planilha de cálculo utilizada atualmente ...............................................131
Tabela 30 – Planilha de cálculo com parâmetro de superelevação..............................132
Tabela 31 – Planilha de cálculo com parâmetro de bitola ............................................133
Tabela 32 – Planilha de cálculo com parâmetro de estado de manutenção ................135
Tabela 33 – Limites máximos para desvios no alinhamento (FRA) .............................136
Tabela 34 – Limites máximos para desvios no nivelamento (FRA) .............................137
Tabela 35 – Limites máximos para classificação de defeito de via permanente .........138
Tabela 36 – Planilha com parâmetros de nivelamento, alinhamento e torção ............139
Tabela 37 – Características da AMV ............................................................................140
Tabela 38 – Características de AMV ............................................................................140
Tabela 39 – Entrada de dados de AMV .......................................................................141
Tabela 40 – Espaçamento de dormentes recomendado..............................................141
Tabela 41 – Planilha de cálculo com parâmetro de bitola carregada ..........................142
Tabela 42 – Tabela de condições de juntas e velocidade ...........................................143
Tabela 43 – Tabela de condições de juntas e velocidade ...........................................144
Tabela 44 – Tabela de desvios máximos dos planos de rolamento nas juntas ...........145
Tabela 45 – Planilha de cálculo contemplando a situação das talas de juntas ...........145
Tabela 46 – Tabelas de defeitos de trilhos e limitações de velocidade .......................146
Tabela 47 – Planilha de cálculo contemplando defeitos nos trilhos .............................147
Tabela 48 – Tabela de correlação: altura de lastro x velocidade de circulação ...........148
Tabela 49 – Tabela de correlação: altura de lastro x velocidade de circulação ...........148
Tabela 50 – Planilha de cálculo contemplando condições de lastro e dormentes .......149
Tabela 51 – Planilha de cálculo contemplando condições da plataforma ....................150
Tabela 52 – Planilha de cálculo contemplando condições das tensões nos trilhos .....152
Tabela 53 – Planilha de cálculo contemplando condições das fixações ......................153
Tabela 54 – Planilha contemplando ocorrências de serviços de manutenção ............156
Tabela 55 – Planilha de cálculo contemplando ocorrência de acidentes da natureza..157
Tabela 56 – Tabela de distância de frenagem por tipo de composição/aplicação........158
Tabela 57 – Planilha de cálculo considerando sinais ao longo do trecho ....................160
Tabela 58 – Tabela de distância de frenagem para cruzamentos ...............................161
Tabela 59 – Planilha de cálculo considerando existência de passagens em nível.......162
8
Tabela 60 – Planilha de cálculo considerando a aprovação do resultado ...................163
Tabela 61 – Planilha de cálculo simulando superelevação e bitola .............................167
Tabela 62 – Planilha de cálculo simulando superelevação e bitola .............................168
Tabela 63 – Planilha de cálculo simulando condições do veículo ...............................170
Tabela 64 – Planilha de cálculo simulando o estado de manutenção .........................170
Tabela 65 – Planilha de cálculo simulando o estado de manutenção .........................171
Tabela 66 – Planilha de cálculo simulando os defeitos de via medidos ......................172
Tabela 67 – Planilha de cálculo simulando o estado das fixações e dormentes .........173
Tabela 68 – Planilha de cálculo simulando o estado das talas de junção ...................173
Tabela 69 – Planilha de cálculo simulando o estado das talas de junção ...................174
Tabela 70 – Planilha de cálculo simulando o estado do lastro e tx. de dormentação...175
Tabela 71 – Planilha de cálculo simulando as condições da plataforma .....................175
Tabela 72 – Planilha de cálculo simulando as ocorrências de flambagem ..................176
Tabela 73 – Planilha de cálculo simulando ocorrências de serviços e/ou natureza.....176
Tabela 74 – Planilha de cálculo considerando fatores externos...................................177
Tabela 75 – Resultado final...........................................................................................177
9
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Raios de curvatura de um veículo ferroviário ................................................16
Figura 2 – Mapa da malha da M.R.S. Logística S.A. .....................................................21
Figura 3 – “Bombeamento” em virtude de carreamento de finos da plataforma ............27
Figura 4 – Dormente danificado .....................................................................................28
Figura 5 – Torção de trilho por temperatura ...................................................................30
Figura 6 – Gráfico comparativo: Altura de lastro x Velocidade autorizada ....................34
Figura 7 – “Bolsão de lama” ...........................................................................................36
Figura 8 – Perfil de desgaste de trilho 57 .......................................................................40
Figura 9 – Perfil de desgaste de trilho 68 .......................................................................41
Figura 10 – Movimentação dos dormentes na região da junta ......................................48
Figura 11 – Espaçamento de dormentes em região de juntas .......................................58
Figura 12 – Fixação tipo Pandrol ...................................................................................65
Figura 13 – Diagrama de forças atuantes ......................................................................84
Figura 14 – Desbalanceamento da relação L/V .............................................................95
Figura 15 – Concordância vertical ................................................................................103
Figura 16 – Locomotiva Diesel-Elétrica ........................................................................111
Figura 17 – Automotriz Budd ........................................................................................111
Figura 18 – Carro de passageiros ................................................................................112
Figura 19 – Vagão de carga .........................................................................................112
Figura 20 – Trens unidade ...........................................................................................113
Figura 21 – Trens unidade ...........................................................................................113
Figura 22 – Socadora Plasser & Theurer .....................................................................113
Figura 23 – Cálculo de Centro de Gravidade ...............................................................117
Figura 24 – Sistema Cremalheira .................................................................................119
Figura 25 – Trilhos com estado normal de tensões .....................................................151
Figura 26 – Trilhos com altas tensões e deformação aparente ...................................151
Figura 27 – Gráfico de correlação: distância de frenagem x desaceleração ...............159
Figura 28 – Trecho em estudo da M.R.S. Logística S.A. .............................................164
Figura 29 – Gráfico de resultado de inspeção de trecho .............................................166
10
Figura 30 – Gráfico de primeira análise dos resultados ...............................................168
Figura 31 – Gráfico de resultado de inspeção em trecho ............................................169
Figura 32 – Gráfico de resultado de inspeção em trecho ............................................171
Figura 33 - Gráfico de resultado de inspeção em trecho .............................................172
Figura 34 – Gráfico dos resultados finais .....................................................................178
11
SÍMBOLOS E ABREVIAÇÕES
- AMV: Aparelho de Mudança de Via
- FRA: Federal Railroad Administration (Administração Federal das Ferrovias, órgão que
administra as ferrovias americanas)
- VMA: Velocidade máxima autorizada
- RFFSA: Rede Ferroviária Federal Sociedade Anônima
- Coef. : coeficiente
- tf: ton/feet – toneladas por pés
- m: metros
- kg/m: quilogramas por metro
12
1. INTRODUÇÃO
Ao se recorrer à física clássica, a palavra velocidade é utilizada para relacionar o
espaço percorrido e o tempo que levou para percorrê-lo. Tal relação é válida para todos
os corpos em movimento, uma vez que estes corpos comportam-se conforme as teorias
de Newton.
Partindo para o cotidiano, mais especificamente para a fundamentação do
nosso trabalho, pode-se afirmar com segurança que um veículo ferroviário em
movimento também obedece às leis da mecânica básica de Newton. Porém, mediante
tal afirmação, originam-se muitos outros questionamentos relativamente simples, mas
de vital importância para entendermos o desenvolvimento dos trabalhos, como por
exemplo: Se os veículos ferroviários comportam-se como os demais móveis na
mecânica de Newton, porque existem tantas diferenças entre um veículo ferroviário e
um veículo rodoviário? Descartando-se parâmetros estruturais e funcionais, deve-se
analisar inicialmente por onde estes tipos de veículo circulam e como circulam. No caso
dos veículos rodoviários, o contato entre o móvel e a superfície de rolagem é feito
através de pneus, permitindo uma boa aderência e, além disso, a condução é ditada
pelo motorista, ou seja, o veículo obedece à direção imposta pelo seu condutor.
Quando é analisado um veículo ferroviário, verifica-se que o contato deste tipo
de veículo e a superfície de rolagem é feito através de trilhos e dormentes. Nesta
situação, a aderência é muito menor em termos de superfície. Outro fato de extrema
importância: o maquinista não é capaz de alterar a rota do veículo ferroviário, visto que
este papel é realizado pela própria via permanente. Assim, enquanto nas rodovias
consegue-se “distribuir o tráfego transversalmente” (os veículos podem trafegar
livremente na transversal), nas ferrovias, os veículos obedecem a uma rota determinada,
forçando todo o tráfego a circular por apenas uma “rota transversal”. Analisando estes
13
aspectos de uma forma simplificada, parece não haver grande importância, porém,
quando se analisa o desgaste de materiais e a velocidade, as diferenças tomam
patamares muito mais significativos.
Atualmente são criadas locomotivas cada vez mais potentes, vagões mais
leves e materiais mais confiáveis para aplicação na via permanente. Todas estas
inovações convergem para um ponto em comum, o ganho de produtividade. Este ganho
pode distribuir-se de diversas formas como: aumento da capacidade transportada por
eixo, aumento no tamanho dos trens, aumento da velocidade de circulação, etc. Ou
seja, a forma de distribuição das novas tecnologias demonstrará em que ponto a
produtividade da ferrovia poderá avançar.
Cita-se como exemplo de ganho de produtividade para uma ferrovia o aumento da
velocidade de circulação de trens, uma vez que, se um determinado trem percorre um
percurso com menos tempo, este mesmo trem poderá fazer mais viagens, ou seja, mais
cargas por ele poderão ser transportadas e, dessa forma, melhor será a sua eficiência.
Pensando no universo de uma companhia ferroviária, se é aumentada a velocidade de
circulação em um trecho, pela prática atual, esta velocidade é valida para todos os trens
que trafegam na região, salvo em algumas situações especiais, como trens de
passageiros e cargas perigosas; sendo assim, o ganho de produtividade gerado
começa ser bastante interessante visto que, esta simples modificação de velocidade
pode afetar, dependendo do trecho escolhido, todos os trens que compõem a frota da
companhia. Nota-se então, que o parâmetro velocidade, começa a demonstrar ser uma
variável adequada para o aumento de produtividade de uma companhia atuante na
área ferroviária. Esta primeira impressão é tão interessante, por ser relativamente
simples, que se esquece completamente do que tal “simples mudança” possa acarretar.
Voltando a falar sobre a variável velocidade, as relações matemáticas de Newton
que correlacionam velocidade, distância, tempo e aceleração são:
S = S0 + v0.t + (1/2).a.t² (I)
14
V = v0 + a.t (II)
As equações de Newton ditam, de uma maneira simplificada, como a velocidade e
distância percorrida comportam-se durante um intervalo de tempo. Na prática, muitos
outros fatores devem ser incluídos, até mesmo a resistência do ar ao movimento. Se
levássemos em consideração apenas as equações básicas de Newton, poderíamos
facilmente dizer que a velocidade máxima de um trecho de ferrovia seria aquela que a
locomotiva tivesse capacidade de alcançar. Isto é justificado, uma vez que Newton
considera o espaço percorrido como ideal, ou seja, sem interferência de outras
variáveis. Porém, como é observado nas rodovias, os trajetos reais possuem curvas e
rampas, obstáculos que fazem com que o motorista diminua ou aumente a velocidade
conforme sua sensação de segurança. Justamente devido ao critério de segurança, as
rodovias possuem velocidades regulamentadas conforme a legislação, de forma a
garantir que todos os veículos possam trafegar de forma segura, evitando acidentes.
As limitações da velocidade nas curvas também seguem uma equação muito
conhecida da física básica:
F = (m.v²)/R
(III)
A equação acima traduz a força atuante em um determinado móvel quando o
mesmo executa uma curva de raio “R”, com uma velocidade “v” possuindo uma massa
“m”. De forma simplificada, quando um determinado veículo não é capaz de executar
uma curva, existe um desequilíbrio de forças, ou seja, as forças que mantinham o
veículo em sua trajetória alteram-se, não permitindo que o mesmo continue a rota
determinada.
15
Figura 1 – Raios de curvatura de um veículo rodoviário.
Fonte: Leonardo Souza Soares
Pensando em um veículo rodoviário, o motorista trabalha constantemente
equilibrando as forças atuantes no veículo, quando o mesmo está dentro de uma curva.
Por meio do volante, o motorista consegue alterar o raio de curvatura do veículo,
equilibrando as forças atuantes no sistema, ou então, poderá acelerar os desacelerar o
veículo para que o mesmo se comporte da forma desejada.
Quando se trabalha com uma locomotiva, o controle fica restrito a apenas uma
variável, a velocidade. O maquinista não possui artifícios para alterar o raio de curvatura
de uma locomotiva quando a mesma começa a desenvolvê-la. Os responsáveis para
este trabalho são os trilhos.
Verifica-se então, a complexidade da variável velocidade desenvolvida pelos trens,
influenciando nos critérios de produtividade de uma empresa, como na segurança dos
transportes por ele desenvolvido.
Mas quais fatores realmente interferem na velocidade de um veículo ferroviário? As
curvas da ferrovia, são fatores essenciais, pelo fato do raio de curvatura ser um dos
principais causadores das forças externas atuantes na movimentação de um trem.
16
Então como o raio de curvatura influencia na velocidade de circulação dos trens? E
quanto aos outros “obstáculos” existentes na ferrovia como túneis, pontes, passagens
de nível, máquinas de chave, mudanças no tempo? Também devem ser considerados
como limitadores de velocidade? Se os raios de curva forem favoráveis, por que não
aumentamos a velocidade de circulação dos trens para níveis ainda mais elevados?
Existem outros critérios de segurança a serem respeitados? Estas são algumas
questões que circulam no meio ferroviário, uma vez que a legislação brasileira não é
clara quando se trata de limites de velocidade em ferrovias.
Priorizando toda a atenção na movimentação de um trem em um determinado
trecho, pode-se descrever vários fatores que influenciam direta ou indiretamente na
velocidade em que o mesmo poderá trafegar:
™ Estabilidade da plataforma
•
Condições de drenagem;
•
Estabilidade de cortes / aterros;
™ Estabilidade da via:
•
Estado de tensão dos trilhos (flambagem);
•
Condições do lastro (limpeza, altura);
•
Condições dos trilhos (defeitos nos trilhos, via com trilhos longos soldados ou
trilhos curtos);
•
Dormentes (espaçamento que influencia diretamente na t/eixo; condições
físicas);
•
Fixações (estado de conservação e manutenção);
•
AMV (para a linha desviada a velocidade na região do AMV está vinculada ao
raio da curva de ligação e o raio equivalente na agulha; condição de
conservação dos componentes como trilhos, dormentes, acessórios e peças
metálicas como: agulhas, jacaré, contratrilho etc.);
17
™ Obras ao longo da via:
•
A existência de obra impõe restrição de velocidade no local;
™ Acidentes ferroviários e acidentes da natureza:
•
Em locais onde houve acidentes (ferroviários ou da natureza) a infra e a
superestrutura podem ser afetadas de modo a impor condições de restrição à
VMA;
™ Geometria da via:
•
Em traçado: raio de curva, diretriz de traçado (sucessão de curvas, tangentes,
curvas reversas,etc.);
•
Em nível: rampas (ascendentes, descendentes, compensadas, raio modal,
etc.);
™ Padrões de tolerância na manutenção:
•
Vias mal conservadas (com padrões baixos de manutenção e grandes
tolerâncias) impõem restrição à VMA;
™ Gabarito de obras de arte:
•
Túneis;
•
Pontes;
™ Proximidade de locais de afluência de pessoas/automóveis:
•
Passagens em nível;
•
Linha próxima a edificações (cidades);
™ Diversidade de veículos que circulam pela via;
™ Tipo de carga:
18
•
Cargas perigosas;
™ Tipo de tração.
™ Comprimento dos trens:
•
Tipo de formação da composição.
™ Serviços de manutenção:
•
Poderá haver restrição à VMA dependendo da natureza do serviço.
Como pode ser verificado, a avaliação do efeito da velocidade na segurança do
tráfego alcança um nível alto de complexidade, quando transferida para uma ferrovia
real. Muitos dos fatores citados podem ser de grande relevância quando se deseja
determinar a velocidade de circulação de uma composição ferroviária, porém, de forma
análoga, outros fatores não influenciarão significativamente.
A velocidade de circulação de trens correlaciona dois atributos para a companhia
ferroviária:
produtividade e
segurança. O aumento da velocidade máxima de
circulação aumenta a produtividade, mas em contrapartida, reduz a segurança,
principalmente se os equipamentos envolvidos não acompanhem as mudanças
necessárias para este aumento. Se essas mudanças não forem realizadas, e para
continuar o trabalho com alto padrão de segurança, a velocidade não deverá ser
aumentada e, conseqüentemente, a produtividade poderá ser insatisfatória. Outro
requisito que deve ser considerado é a manutenção da via permanente e do material
rodante que aumentam à medida que a velocidade estipulada sobe, ou seja, maiores
investimentos deverão ser inseridos na manutenção de forma a preservar a segurança.
Analisando essas condições, conclui-se a importância de se estabelecer novos
padrões de circulação, equilibrando velocidade e segurança, para obter melhores níveis
de produtividade em curto período de tempo, e consequentemente aumentar o lucro da
empresa.
19
A determinação desta velocidade “ideal” depende de diversos fatores como aqueles
citados anteriormente, além das possíveis correlações entre eles. Sendo assim,
deveríamos tentar diminuir as dúvidas com experiências de campo fundamentadas em
teorias, conhecimentos prévios e hipóteses, com o objetivo de maximizar a velocidade
em determinados trechos.
2. DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DA VIA QUE INFLUENCIAM NO CÁLCULO DA
V.M.A.
20
2.1. ÁREA DE ABRANGÊNCIA DOS ESTUDOS
O trabalho se concentrará em um trecho da grade ferroviária brasileira,
especificamente, o trecho que compreende atualmente a M.R.S. Logística S.A. Neste
trecho há uma série de condições que ajudarão o desenvolvimento da pesquisa.
Figura 2 – Mapa de malha da MRS Logística S.A..
Fonte: Leonardo Souza Soares
21
Esse trecho pertencente à M.R.S. Logística S.A. compreende praticamente todo
sudeste brasileiro. Um aspecto interessante é que esta ferrovia possui idades e
características diferentes conforme as localidades.
O trecho de ferrovia mostrado em amarelo no mapa (Aristides Lobo a Ilídio),
juntamente com o trecho em rosa (Carandaí à Barreiro e Águas Claras) constituí hoje o
que é chamado de Linha do Centro, ou simplesmente Linha Centro. Este é muito
conhecido em virtude de seu passado histórico, que se inicia com a implantação das
estradas de ferro no País. Tal fato nos leva a concluir que os métodos utilizados em sua
construção são antigos, dotando este trecho ferroviário de características que hoje não
são mais observadas na construção de ferrovias. Em Aristides Lobo a Ilídio, o trajeto
da linha segue o traçado dos rios, com pequenos raios de curvatura, túneis apertados,
rampas acentuadas e a presença de áreas urbanas, como Juiz de Fora, Conselheiro
Lafaiete, dentre outras.
Analisando o trecho em verde (Porto de Guaíba a Pombal) notamos que ocorre as
mesmas características do trecho de Aristides Lobo a Ilídio; porém devemos diferenciálo por atravessar a Serra do Mar, o que consequentemente proporciona rampas muito
acentuadas para os conceitos atuais.
O trecho em azul (Floriano à Pinheirinho e Suzano à Santos) é conhecido como
ramal São Paulo. Este foi utilizado por anos não só para o transporte de carga, como
também para os antigos trens de passageiros que circulavam do Rio de Janeiro para
São Paulo. Este trecho também possui características históricas; com túneis apertados
e travessias em áreas urbanas, incluindo a região metropolitana de São Paulo, que a
cada dia torna-se forma mais obstáculo às atividades ferroviárias de carga, em virtude
do crescimento de trens metropolitanos existentes nesta região da malha.
Por fim, a Ferrovia do Aço, representada em vermelho no mapa. Este trecho possui
características diferentes dos demais. Por sua construção mais recente, há curvas de
raios maiores, rampas mais amenas, túneis mais largos e não sofre transtornos com
centros urbanos em seu trajeto.
22
Apesar das diferenças nos trechos da malha da M.R.S. Logística S.A., ainda assim,
é
possível identificar todos os parâmetros de via permanente que influenciam na
velocidade máxima autorizada ou VMA.
2.2. VIA PERMANENTE
De acordo com Brina, H. L. (1979):
“... 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”.
Dessa forma, a infra-estrutura de uma ferrovia segue os mesmos parâmetros da
infra-estrutura de uma rodovia, porém preparada para receber um tráfego com peso
muitas vezes superior ao tráfego rodoviário.
Continuando o estudo do mesmo livro, o autor cita que:
“A superestrutura das estradas de ferro é constituída pela via permanente, que está
sujeita à ação de desgaste das rodas dos veículos e do meio (intempéries) e é
construída de modo a ser renovada, quando o seu desgaste atingir o limite de
tolerância exigido pela segurança ou comodidade da circulação e a ser mesmo
substituída em seus principais constituintes, quando assim o exigir a intensidade do
tráfego ou o aumento de peso do material rodante”.
“Os três elementos principais da via permanente são o lastro, os dormentes e os
trilhos, estes últimos constituindo o apoio e ao mesmo tempo a superfície de rolamento
para os veículos ferroviários”.
“Devemos incluir também, como elemento da superestrutura das estradas de ferro,
o sublastro que, embora ligado intimamente às camadas finais da infra-estrutura, tem
23
características especiais, que justificam a sua inclusão como parte da superestrutura
ferroviária”.
Os fatores de via permanente que influenciam na V.M.A. serão baseados nestes
componentes. Durante a introdução deste trabalho foram citados vários fatores que
poderiam influenciar a V.M.A. de um determinado trecho da ferrovia; portanto, os
fatores que fazem parte da via permanente, conforme descrito por Brina, H. L. (1979),
serão separados:
™ Estabilidade da plataforma
•
Condições de drenagem;
•
Estabilidade de cortes / aterros;
™ Estabilidade da via:
•
Estado de tensão dos trilhos (flambagem);
•
Condições do lastro (limpeza, altura);
•
Condições dos trilhos (defeitos nos trilhos, via com trilhos longos soldados ou
trilhos curtos);
•
Dormentes (espaçamento que influencia diretamente na t/eixo; condições
físicas);
•
Fixações (estado de conservação e manutenção);
•
AMV (para a linha desviada a velocidade na região do AMV está vinculada ao
raio da curva de ligação e o raio equivalente na agulha; condição de
conservação dos componentes como trilhos, dormentes, acessórios e peças
metálicas como: agulhas, jacaré, contratrilho, etc.);
™ Geometria da via:
•
Em traçado: raio de curva, diretriz de traçado (sucessão de curvas, tangentes,
curvas reversas,etc.);
24
•
Em nível: rampas (ascendentes, descendentes, compensadas, raio modal,
etc.);
™ Padrões de tolerância na manutenção:
•
Vias mal conservadas (com padrões baixos de manutenção e grandes
tolerâncias) impõem restrição na VMA;
™ Gabarito de obras de arte:
•
Túneis;
•
Pontes.
Dessa forma, poderemos analisar detalhadamente cada item que compõe a via
permanente e sua influência da determinação da V.M.A. em um trecho específico.
2.3. VARIÁVEIS DA VIA PERMANENTE
2.3.1. ESTABILIDADE DA PLATAFORMA – CONDIÇÕES DE DRENAGEM
Stopatto, S. (1987) faz a seguinte observação quanto à drenagem:
“Visa a manter o lastro seco. Quando este começa a dar sinais de lama está
evidenciada a falta de drenagem. É o fenômeno mais comum em todas as nossas
linhas. Mesmo quando se faz uma renovação observa-se, pouco tempo depois, que as
chamadas bolsas de lama começam a agir sujando o lastro e desnivelando a linha”.
“Esta situação calamitosa se deve ao fato de nossas ferrovias terem sido
construídas sem qualquer preocupação com a drenagem da plataforma”.
“Para se manter uma plataforma drenada são necessários vários tipos de obras,
tais como: pontes, pontilhões, bueiros, valões e valetas, drenos e obras diversas de
contenção e consolidação”.
25
Stopatto, S. (1987) apresenta um problema muito comum nas ferrovias: devido à
má condição de drenagem da plataforma, o aparecimento de bolsões de lama. O
aparecimento de um bolsão de lama compromete o nivelamento da via e
consequentemente afetará a velocidade de circulação do trecho.
2.3.2. ESTABILIDADE DA PLATAFORMA - ESTABILIDADE DE CORTES E ATERROS
Utilizando novamente como referência Stopatto, S. (1987), iniciamos o estudo desta
variável da via permanente com as seguintes observações por ele expostas sobre
aterros e cortes:
“Aterros formados com materiais adequados e compactados, sobre uma base sólida
e consistente, ficam naturalmente consolidados com a passagem das máquinas de
terraplenagem. Quando isso não ocorre eles apresentarão, certamente, algum
recalque”.
“Os problemas mais complicados ocorrem com os aterros de meia encosta, onde o
terreno natural tem forte inclinação. O cuidado de se fazerem degraus no terreno, com
colocação de drenos, nem sempre é obedecido e, assim, as conseqüências logo se
manifestam: desmoronamentos, deslocamentos no pé do aterro, alterações na
plataforma, etc. De acordo com os tipos de problemas, são indicadas várias soluções”.
“Em nossas ferrovias, os problemas mais complicados em aterros de meia encosta
referem-se à proteção da plataforma, que fica reduzida devido ao deslizamento
contínuo e lento da saia do aterro”. (...)
“O desequilíbrio do maciço nos cortes é bem maior e mais variável que nos aterros
e seus efeitos podem ser observados a qualquer tempo. As barreiras e os
deslocamentos de blocos são os efeitos mais conhecidos e danosos. É importante,
também, o carreamento de finos para o leito da linha”.
26
O mesmo autor menciona novamente problemas comuns das ferrovias brasileiras
no que diz respeito a estabilidade de cortes e aterros. Cortes e aterros mal estruturados
afetam diretamente a plataforma, ocasionando problemas de nivelamento e desta forma,
gerando defeitos na via e reduzindo a velocidade de circulação.
Outro ponto importante citado é o carreamento de finos para o leito da via. A
presença deste material junto ao lastro contamina o subleito da ferrovia e na presença
de água devido a precipitações ou outras fontes, junto ao balanço da passagem de
trens, promove o bombeamento deste material e o aparecimento de “bolsões de lama”
provocando desnivelamentos e empenos além de outros efeitos danosos conforma as
figuras a seguir:
Figura 3 – “Bombeamento” em virtude de carreamento de finos da plataforma.
Fonte: Muniz (2001)
27
Figura 4 – Dormente danificado.
Fonte: Muniz (2001)
Com base nestas imagens fica nítida a necessidade da redução da velocidade das
composições ferroviárias quando as mesmas trafegam em trechos que possuem
dormentes que sofrem diretamente a ação do bombeamento provocada pela
contaminação de finos oriundos de cortes e aterros instáveis.
2.3.3. ESTABILIDADE DA VIA – ESTADO DE TENSÃO DOS TRILHOS
O estado de tensão dos trilhos pode comprometer a velocidade de circulação
quando tais níveis de tensão danificarem os próprios trilhos ou a geometria da via.
Brina, H. L. (1979) cita alguns esforços principais causadores destas tensões
excessivas:
28
“7.1.2 Esforços Longitudinais”
“a) Dilatação – Já vimos em estudo anterior que o aumento ou diminuição da
temperatura dos trilhos pode gerar tensões de compressão e tração nos trilhos.”
“b) Movimento de reptação – com a passagem das rodas, o trilho sofre uma
deformação elástica, que o torna flexionado, gerando tensões de compressão e tração
no mesmo.”
Dentre os esforços citados por Brina, H. L. (1979) o mais comum em nosso trecho
de estudo é a dilatação dos trilhos. Em nosso país, a variação de temperatura é algo
bem intenso, fazendo com que os trilhos sofram o fenômeno da dilatação.
Neste caso, durante o assentamento da via ou do trilho, o ambiente encontra-se a
certa temperatura típica de uma determinada estação do ano. Dependendo da região, o
trilho já assentado, durante o verão (onde ocorrem as temperaturas mais quentes),
dilata-se de tal forma que a junta próxima a este trilho não comporta o aumento do seu
tamanho; desta forma o trilho fica impedido de se dilatar. Uma vez impedido de se
dilatar nas extremidades a tensão de compressão do trilho aumenta gradativamente até
o ponto deste trilho “torcer”, conforme a figura a seguir:
29
Figura 5 – Torceu de trilho por temperatura.
Fonte: Supervisão de Via Permanente de Belo Vale, Minas Gerais.
A referida torção do trilho significa que o mesmo, em virtude da dilatação não ocupa
sua posição original, formando uma curvatura devido ao aumento do seu tamanho e a
incapacidade do trilho dilatar nas pontas.
A questão a ser respondida é a que ponto a torção da via interfere no limite de
velocidade da mesma?
Além do fenômeno da flambagem dos trilhos, outro ponto crucial do estado de
tensão dos trilhos é a fratura de trilhos. Na verdade, a fratura dos trilhos ocorre no
sentido contrário ao da flambagem. Em temperaturas mais amenas os trilhos tendem a
se contrair. Se os trilhos forem impedidos de contrair devido a juntas muito espaçadas
ou devido a contrações muito fortes (em temperaturas muito baixas) surge a fratura do
trilho como resultado de uma tensão maior que a que o material poderia suportar.
Diversos são os tipos de fratura de trilhos ao ponto de, em alguns casos, impedir a
circulação de trens até que seja utilizada alguma medida de segurança, como utilização
de sargento e/ou talas de fixação.
30
2.3.4. ESTABILIDADE DA VIA – CONDIÇÕES DE LASTRO
É interessante observar que esta variável possui mais informações baseadas em
estudos do que as variáveis anteriormente estudadas. Castello Branco, J. E. (2002) traz
a seguinte informação sobre o lastro, extraídas da FRA (Federal Railroad
Administration):
“213.103 Lastro”
“A menos que exista um outro tipo de suporte, a via deverá estar assente em
material que”:
(a) “Transmita e distribua o peso da via e as cargas oriundas do
material rodante ao subleito”;
(b) “Suporte a via lateralmente, longitudinalmente e verticalmente sob
carga dinâmica do tráfego ferroviário, e também absorva as
tensões de origem térmica exercidas pelos trilhos”.
(c) “Drene adequadamente a via; e”
(d) “Mantenha valores adequados de nivelamento transversal,
longitudinal e alinhamento.”
A FRA indica que o lastro é influenciado diretamente pela velocidade de
circulação, uma vez que o mesmo deverá dar suporte a via sob carga dinâmica do
tráfego ferroviário. Porém, não há menção de qualquer relação entre a velocidade e a
altura ou condições de lastro a ser empregada.
Batist, M. (2002), correlaciona bem as variáveis velocidade e altura de lastro citando
uma norma oriunda da R.F.F.S.A. (Rede Ferroviária Federal S.A.) que poderá ser muito
útil no desenvolvimento deste trabalho.
31
“5. ALTURAS DE LASTRO (RFFSA, 79)”
“As alturas limites de lastro para dormentes de madeira serão: valor mínimo 15 cm
e valor máximo 40 cm; para dormentes de concreto esses valores são de 20 cm e 40
cm, respectivamente.”
“Os valores recomendados de altura de lastro para dormentes de madeira e
concreto, em função das cargas por eixo de 30tf na bitola larga e de 20tf na bitola
métrica, de sorte a que a pressão no lastro não ultrapasse o valor de 1,4tf/m², deverão
ser os mostrados nas tabelas respectivamente”.
Bitola (m)
1,00
1,60
Massa do
trilho (kg/m)
Taxa de
Espaçamento
dormentação
de dormentes
por
(cm)
quilômetro
Velocidade
(km/h)
80
37
57
1750
55
40
80
45
57
1750
55
40
80
37
60
1666
55
40
80
45
60
1666
55
40
80
57
54
1850
55
40
80
68
54
1850
55
40
Tabela 1 - Alturas de lastro sob dormentes de madeira
Fonte: R.F.F.S.A.
32
Altura
mínima de
lastro (cm)
32
26
23
25
21
17
33
28
24
26
23
19
28
24
22
24
20
17
Bitola (m)
1,00
1,60
Massa do
trilho (kg/m)
Taxa de
Espaçamento
dormentação
de dormentes
por
(cm)
quilômetro
Velocidade
(km/h)
80
45
57
1750
55
40
80
45
60
1666
55
40
80
57
54
1666
55
40
80
68
54
1666
55
40
Tabela 2 - Alturas de lastro sob dormentes de concreto
Altura
mínima de
lastro (cm)
25
21
17
26
23
19
37
35
32
35
30
27
Fonte: R.F.F.S.A.
Assim, analisando as informações fornecidas por Batist, M. (2002) através de
uma análise gráfica:
33
Gráfico Comparativo - Altura de lastro x Velocidade autorizada - Segundo norma da RFFSA
40
Bitola: 1,60 - TR 57 - CONCRETO
Bitola: 1,60 - TR 68 - CONCRETO
35
Bitola: 1,60 - TR 57 - MADEIRA
Bitola: 1,60 - TR 68 - MADEIRA
30
cm
25
20
15
10
5
0
80
55
Velocidade (km/h)
40
Figura 6 – Gráfico comparativo: Altura de lastro x Velocidade autorizada
Fonte: Leonardo S. Soares
Constata-se pelo gráfico que foram trabalhadas somente as informações da bitola
de 1,60m, o que se ajusta aos trechos operados pela M.R.S. Logística S.A..
Quanto menor a velocidade de circulação, menor a altura de lastro necessária,
independente do tipo de trilho ou de dormente. Tal informação é de vital importância
para o desenvolvimento dos trabalhos uma vez que a altura de lastro poderá ter forte
peso como variável de limitação da velocidade durante a correlação com as demais
variáveis existentes.
Outro ponto que poderá ser levado em consideração a respeito é quanto à
qualidade do lastro utilizado no respectivo trecho. Segundo Stopatto S. (1987):
“6.2.1 – Admita a pedra britada ou cascalho como os materiais adotados para lastro,
a característica mais importante na sua definição é a abrasão, ou Los Angeles. É que o
34
lastro, quando sob carga, tem seus vários elementos sob constante atrito. O pó
resultante acaba por colmatar-se, prejudicando a drenagem e sujando o lastro.”
Stopatto S. (1987) descreve uma característica fundamental do lastro, a qualidade.
Atualmente as empresas ferroviárias possuem normas bem claras quando às
especificações técnicas do lastro empregado em sua malha; porém tais normas,
relacionam o lastro empregado a condições de suporte da via, assim como é citado por
diversos autores que correlacionam a altura de lastro com a pressão máxima admissível
no subleito ferroviário. Desta forma, o estudo das condições de lastro é mais
direcionado a condições da infra-estrutura do que diretamente à velocidade.
No entanto, conforme citado por Stopatto S. (1987), o pó liberado pelo lastro é
prejudicial em termos de drenagem e, conseqüentemente, gera instabilidade na
plataforma. Já a instabilidade da plataforma atua diretamente na velocidade, não
permitindo desenvolver velocidades altas em plataformas instáveis. Assim, pensando
num raciocínio lógico, quanto mais contaminado o lastro, mais instável estará a
plataforma e em decorrência menor deverá ser a velocidade permitida de circulação. No
entanto será necessário quantificar a qual nível de contaminação a velocidade de
circulação torna-se limitada.
35
Figura 7 – “Bolsão de lama”.
Fonte: Leonardo Souza Soares.
2.3.5. ESTABILIDADE DA VIA – CONDIÇÕES DOS TRILHOS
Dentre as características e condições dos trilhos que contribuem para a estabilidade
da via, pode-se citar:
•
Perfil;
•
Metalurgia;
•
Desgaste;
•
Defeitos internos;
•
Lubrificação.
36
Porém, na literatura disponível não é encontrada uma relação direta entre tais
condições e a velocidade de circulação nessas condições. As relações existentes,
traduzem limites de tolerância de desgastes em relação as toneladas úteis
transportadas, o que é fundamental quando é calculada a vida útil de um trilho em uma
determinada condição, bem como seu referido desgaste.
Neste caso, a fim de se adquirir uma relação entre tais condições do trilho e a
respectiva velocidade de circulação recorremos novamente ao autor Castello Branco, J.
E., onde é discutido o assunto: Projetos-tipo para o sistema roda-trilho em ferrovias
Heavy Haul (Ferrovias com alta carga por eixo).
“ As ferrovias que operam com altas densidades de tráfego e cargas por eixo,
denominadas heavy haul, apresentam uma série de problemas na área de manutenção,
específicos do rigor de suas condições operacionais, especialmente a rápida
degradação dos componentes do sistema roda-trilho. A importância desse assunto fez
com que ferrovias de cinco países, com esse perfil de transporte pesado, fundassem
em 1983 a International Heavy Haul Association – IHHA, com o objetivo de estudar e
disseminar o conhecimento e a tecnologia daquilo que poderia ser considerado o
estado-limite da exploração ferroviária. Em 1995, aderiram a essa entidade as ferrovias
brasileiras do sistema CVRD”. (...)
O sistema roda-trilho então é facilmente identificado como um ponto crucial de
estudo. Acompanhado desta informação, o autor Castello Branco, J. E. (2002), traz uma
série de tabelas da IHHA que servem de base para projeto e manutenção de ferrovias
destacando pontos de atenção. A M.R.S. Logística S.A. enquadra-se a uma
determinada tabela devido à sua carga por eixo:
37
Elemento do sistema
roda-trilho
Tonelagem bruta anual transportada (milhões)
> 50
30 a 49
20 a 29
AMV
Trilho premium; jacaré premium
tangencial de ponta com mola.
Trilho premium; jacaré premium
de ponta fixa.
Trilho premium; jacaré premium
de ponta fixa.
Dormentação
Madeira premium e
espaçamento de 50 cm; ou
concreto monobloco e
espaçamento de 60 cm.
Madeira premium e
espaçamento de 50 cm; ou
concreto monobloco e
espaçamento de 60 cm.
Madeira premium e
espaçamento de 50 cm; ou
concreto monobloco e
espaçamento de 60 cm.
Fixação
Elástica em curva; elástica ou
rígida em tangente
Elástica em curva; elástica ou
rígida em tangente
Elástica em curva; elástica ou
rígida em tangente
Lastro
Altura de lastro de 30 cm; altura
de sublastro de 20 cm, ombro de
lastro de 30 cm.
Altura de lastro de 30 cm; altura
de sublastro de 20 cm, ombro de
lastro de 30 cm.
Altura de lastro de 25 cm; altura
de sublastro de 10 cm, ombro de
lastro de 30 cm.
Roda - desgaste da
região central da banda
Limitar a existência de desgaste
que produza concavidade
superior a 2 mm.
Limitar a existência de desgaste
que produza concavidade
superior a 3 mm.
Limitar a existência de desgaste
que produza concavidade
superior a 3 mm.
Roda - perfil
Projeto específico.
AAR 1B ou equivalente.
AAR 1B ou equivalente.
Roda - tipo
AAR classe C, tratada
termicamente, com diâmetro de
900 mm, ou equivalente.
AAR classe C, tratada
termicamente, com diâmetro de
900 mm, ou equivalente.
AAR classe C, tratada
termicamente, com diâmetro de
900 mm, ou equivalente.
Trilho - desgaste
Medições freqüentes para
assegurar utilização ótima.
Medições freqüentes para
assegurar utilização ótima.
Medições freqüentes para
assegurar utilização ótima.
Trilho - esmerilhamento
Periódico, para remoção de
corrugações, de defeitos
superficiais, e de fluxo de metal
nas juntas.
Periódico, para remoção de
corrugações, de defeitos
superficiais, e de fluxo de metal
nas juntas.
Periódico, para remoção de
corrugações, de defeitos
superficiais, e de fluxo de metal
nas juntas.
Trilhos - inspeção de
defeitos internos com
ultra-som
A cada 3 meses.
A cada 4 meses.
A cada 6 meses.
Trilho - lubrificação em
trecho de curva (coef.
de atrito µ)
Canto da bitola: µ < 0,25 a 0,30;
topo do boleto: µ < 0,35 a 0,40
(∆µ = 0,10 a 0,15 entre trilhos
externo e interno).
Canto da bitola: µ < 0,25 a 0,30;
topo do boleto: µ < 0,35 a 0,40
(∆µ = 0,10 a 0,15 entre trilhos
externo e interno).
Canto da bitola: µ < 0,25 a 0,30;
topo do boleto: µ < 0,35 a 0,40
(∆µ = 0,10 a 0,15 entre trilhos
externo e interno).
Topo do boleto: µ > 0,35.
Topo do boleto: µ > 0,35.
Trilho - lubrificação em
tangente (coef. de atrito Topo do boleto: µ > 0,35.
µ)
Trilho - metalurgia
Aço-carbono em tangente;
premium em curva.
Aço-carbono em tangente;
premium em curva.
Aço-carbono em tangente;
premium em curva.
Trilho - perfil
TR-68 ou UIC-60.
TR-68 ou UIC-60.
TR-68 ou UIC-60.
Truque
Radial ou de três peças
otimizado.
Radial ou de três peças
otimizado.
Radial ou de três peças
otimizado.
Via - inspeção da
Geometria
A cada 3 a 6 meses, com
medição do perfil do trilho.
A cada 4 a 6 meses, com
medição do perfil do trilho.
A cada 6 meses, com medição
do perfil do trilho.
Tabela 3 - Carga por eixo de 30 a 34 tf e terreno com predomínio de curvas de raio
< 875m
Fonte: Castello Branco, J. E. (2002)
38
Neste instante, devem-se concentrar todos os esforços apenas aos itens referentes
aos trilhos. Conforme a tabela anterior verifica-se que as características dos trilhos
sofrem pequenas alterações quando se varia a carga transportada por eixo. Caso
fossem apresentadas as outras tabelas constituintes da IHHA para ferrovias que
transportam a mesma quantidade de carga da Tabela 3, poderia ser verificado que
outro ponto de mudança das características de conservação dos trilhos é no que diz
respeito ao tipo de traçado (traçado com curvas predominantes de raio superior a
875m).
Utilizando um raciocínio lógico, se os trilhos que compõem a via possuem as
condições citadas na Tabela 3, não existem limitações de velocidade de circulação
pelos parâmetros citados. Caso contrário, tais condições devem ser consideradas para
a nova velocidade.
Pensando na condição de desgaste dos trilhos, estas afetam diretamente a região
de contato roda-trilho e consequentemente a velocidade.
Citando novamente Castello Branco, J. E. (2002):
“Nas tabelas antes mostradas são feitas apenas recomendações genéricas acerca
do desgaste do boleto dos trilhos. Dessa forma julgou-se adequado complementá-las
com indicações mais precisas acerca de tão importante tema. Nesse sentido, a Tabela
4 apresenta uma relação dos limites de desgastes, para utilização de trilhos de
segunda-mão, elaborada pela AREMA e reproduzida por A&K (98). Em adição, nas
Figuras 8 e 9 seguintes mostra-se a política da Canadian Pacific Railroad – CPR para
gerenciamento dos desgastes nos trilhos nos perfis TR-57 e TR-68 (muito utilizados no
Brasil), conforme relato de Roney (2001).”
39
Vias de
utilização
1. Vias
principais
2. Ramais
principais
3. Ramais
secundários
4. Pátios
Perfil de
trilho
TR-68
TR-57
TR-45
TR-68
TR-57
TR-45
TR-68
TR-57
TR-45
TR-68
TR-57
TR-45
Máximo
desgaste
vertical (mm)
5,6
3,2
3,2
10,3
7,9
6,4
15,1
9,5
7,9
16,7
12,7
9,5
Máximo
desgaste
horizontal (mm)
12,7
7,9
3,2
19,1
19,1
4,8
22,2
19,1
7,9
25,4
22,2
9,5
Observações
Admitidas mínimas queimas por
patinação e corrugações
Admitidas pequenas queimas por
patinação e corrugações
Admitidas queimas por patinação e
corrugações médias e oxidadas
Admitidas queimas por patinação e
corrugações quaisquer, contanto que
não tenham fraturado o trilho
Tabela 4 - Limite de desgaste do boleto para trilhos de segunda-mão
Fonte: Castello Branco, J. E. (2002)..
Figura 8 – Perfil de desgaste de trilho 57.
Fonte: Castello Branco, J. E. (2002)..
40
Figura 9 – Perfil de desgaste de trilho 68.
Fonte: Castello Branco, J. E. (2002)..
Apesar da simplicidade das informações, a Tabela 4 elaborada pela AREMA nos
traz uma informação vital ao estudo aqui desenvolvido: o nível de tolerância dos
defeitos superficiais dos trilhos aumenta a medida que se caminha em linhas com
tráfego menos intenso e de menor velocidade. Ou seja, a medida que a velocidade de
circulação diminui tem-se uma maior tolerância aos defeitos dos trilhos. Desta forma já
se pode imaginar algumas correlações entre a velocidade e os defeitos de trilhos
existentes.
Recorrendo novamente a Castello Branco J. E. (2002), encontra-se um melhor
detalhamento dos defeitos dos trilhos e suas respectivas ações reparadoras. Trata-se
da norma da FRA (Federal Railroad Administration), subparte D – superestrutura da via,
trilhos defeituosos:
41
Tabela de Ações Reparadoras
Comprimento do
defeito (cm)
Defeito
Mancha oval
Área
afetada
pelo
boleto
(%)
5 a 70
70 a 100
100
5 a 70
70 a 100
100
5 a 25
25 a 80
80 a 100
100
Trinca composta
Trinca de detalhe, Queima por
patinação e solda defeituosa
Trinca horizontal do boleto, Trinca
vertical do boleto, Trinca da alma,
Trinca vertical da alma e Trinca
horizontal na concordância alma-boleto
2,5 a 5,0
5,0 a 10,0
> 10,0
*
1,25 a 2,5
2,5 a 3,75
> 3,75
*
2,5 a 15
> 15
Trinca estelar na furação da alma
Ruptura do patim
Ruptura sem causa aparente
Trilho danificado
Trilho achatado
*
*
Adotar as medidas
prescritas nas notas
abaixo, caso o trilho
não seja substituído
B
A2
A
B
A2
A
C
D
[A2] ou [E e H]
[A] ou [E e H]
HeF
IeG
B
A
HeF
HeG
B
A
D
[A] ou [E e I]
A ou E
D
H
Altura ≥ 1,0
Comprimento ≥
20,0
* Na hipótese do boleto ter sido atingido por trinca originada em outra parte do trilho.
Tabela 5 – Ações reparadoras
Fonte:Castello Branco, J. E. (2002)
A identificação de cada ação reparadora pode ser facilmente encontrada na norma
apresentada da FRA.
Para complementação das informações citadas, são válidas as seguintes
observações:
42
- Artigo 213.7: trata da designação de pessoal qualificado para supervisionar certas
renovações e inspeções de via.
- Artigo 213.9: trata das classes de via e seus limites de velocidade conforme a
tabela abaixo:
Classe de via
Via
excepcional
Classe 1
Classe 2
Classe 3
Classe 4
Classe 5
Velocidade máxima - Velocidade máxima carga (km/h)
passageiro (km/h)
16
Circulação proibida
16
24
40
48
64
96
96
128
128
144
Tabela 6 – Classes de Vias
Fonte: Federal Railroad Administration (FRA)
- Artigo 213.237: trata da inspeção de trilhos.
- Artigo 213.121: trata das juntas de trilhos.
De acordo com as informações expostas na norma da FRA, é válida a utilização
dessas informações para limitação de velocidade autorizada em trecho na ocorrência
de algum dos defeitos relacionados pela tabela proposta na referida norma.
Sendo assim, é conveniente converter as informações da norma da FRA em uma
tabela condizente com limites de velocidades e situações da M.R.S Logística S.A.
43
Comprimento do
defeito (cm)
Defeito
Mancha oval
Área
afetada
pelo boleto
(%)
Adotar as medidas prescritas nas notas abaixo, caso o trilho não seja
substituído
5 a 70
48 km/h
36 km/h
Desde que autorizado por inspeção visual
0 km/h
Obrigatória inspeção visual
70 a 100
100
Trinca composta
5 a 70
2,5 a 5,0
48 km/h
36 km/h
Desde que autorizado por inspeção visual
0 km/h
Obrigatória inspeção visual
48 km/h
Para vias de classe 3 a 5
80 km/h
Para vias de classe 3 a 5 com utilização de talas no defeito
48 km/h
Para vias de classe 3 a 5 desde que autorizado por inspeção visual
80 km/h
Para vias de classe 3 a 5 com utilização de talas no defeito
[36 km/h
Desde que autorizado por inspeção visual] ou [sem limitação desde
que aplicando tala de junção e inspecionando o ponto do defeito
durante 90 dias]
[0 km/h
Obrigatória inspeção visual] ou [80 km/h desde que aplicando tala de
junção no defeito]
80 km/h e inspeção no ponto de defeito durante 90 dias após o
ocorrido
5,0 a 10,0
48 km/h e inspeção no ponto de defeito 30 dias após o ocorrido
70 a 100
100
5 a 25
Trinca de detalhe, Queima por
patinação e solda defeituosa
25 a 80
80 a 100
100
Trinca horizontal do boleto, Trinca
vertical do boleto, Trinca da alma,
Trinca vertical da alma e Trinca
horizontal na concordância almaboleto
> 10,0
48 km/h
0 km/h
Obrigatória inspeção visual
80 km/h e inspeção no ponto de defeito durante 90 dias após o
ocorrido
48 km/h e inspeção no ponto de defeito durante 30 dias após o
ocorrido
*
*
Trinca estelar na furação da alma
1,25 a 2,5
2,5 a 3,75
> 3,75
*
*
Ruptura do patim
2,5 a 15
> 15
Ruptura sem causa aparente
Trilho danificado
Trilho achatado
48 km/h
0 km/h
Obrigatória inspeção visual
48 km/h
Para vias de classe 3 a 5 desde que autorizado por inspeção visual
80 km/h
Para vias de classe 3 a 5 com utilização de talas no defeito
[0 km/h
Obrigatória inspeção visual] ou [48 km/h desde que aplicando tala de
junção no ponto de defeito]
0 km/h
Obrigatória inspeção visual ou aplicar tala de junção no ponto de
defeito
48 km/h
Para vias de classe 3 a 5 desde que autorizado por inspeção visual
80 km/h
Para vias de classe 3 a 5 com utilização de talas no defeito
Altura ≥ 1,0
Comprimento ≥
20,0
80 km/h
* Na hipótese do boleto ter sido atingido por trinca originada em outra parte do trilho.
Tabela 7 – Defeitos de trilhos e limitações de velocidade
Fonte: Leonardo S. Soares
44
Dando continuidade ao estudo da influência das condições dos trilhos na velocidade
máxima autorizada, utilizando como guia a Tabela 3 da IHHA citada na fase inicial de
toda discussão, pode-se verificar que não só o desgaste dos trilhos é um fator que
deverá ser considerado para análise de segurança e de velocidades. Outros itens
relacionados aos trilhos devem ser considerados, dentre eles: periodicidade de
esmerilhamento dos trilhos, periodicidade de inspeção com ultra-som e lubrificação dos
trilhos.
Tratando do esmerilhamento dos trilhos, ao se esmerilhar a superfície do boleto
obtém-se a eliminação muitas irregularidades na superfície do mesmo, ou seja,
removem-se os defeitos superficiais dos trilhos. Desta forma, haverá a otimização da
superfície de contato e, consequentemente, o contato roda-trilho. Atualmente, não são
encontradas referências de aumento de velocidade devido ao esmerilhamento de trilhos,
mas sim, um alto índice de economia quanto a substituição de trilhos devido a desgaste
proporcionado pelo tráfego intenso de composições.
Quanto à inspeção realizada por ultra-som, novamente não são encontradas
informações diretas quando é comparada a utilização deste dispositivo com a
velocidade máxima de circulação estipulada para um determinado trecho. Na verdade,
o ultra-som proporciona uma maior confiabilidade no trecho ferroviário inspecionado,
uma vez que determina a possibilidade de ocorrência de uma fratura nos trilhos. Sendo
assim, a utilização ou não do ultra-som na ferrovia não atua diretamente na velocidade,
mas serve como um excelente indicador para manutenção atuar em um ponto
específico, antes que a fratura exista.
A lubrificação dos trilhos, assim como o esmerilhamento, é um fator preponderante
na economia de desgaste dos trilhos. Trilhos lubrificados possuem uma maior
durabilidade quando comparados a trilhos em regime de trabalho sem lubrificação.
Porém, quando se procura informações que relacionam esta prática à velocidade de
circulação, não se obtém muito sucesso utilizando a literatura disponível. A lubrificação
tem como função reduzir o desgaste, e não o aumento ou redução de velocidade.
45
Algumas situações práticas demonstram que a utilização indevida deste recurso
ocasiona problemas na circulação, como por exemplo: trilhos muito lubrificados em
rampas provocam a patinação das rodas das locomotivas fazendo com que o trem
perca velocidade em virtude da perda de aderência. Desta forma, verifica-se que
excesso de lubrificação dos trilhos limita a velocidade, porém, esta limitação é
indesejada uma vez que foi proporcionada por uma aplicação excessiva de lubrificante.
Sendo assim, deve-se considerar que a lubrificação dos trilhos não é um fator limitante
de velocidade em condições normais de operação.
Continuando a seqüência utilizada pela Tabela 3 da IHHA, dois outros pontos
devem ser considerados quando são analisados os trilhos: a metalurgia e o perfil do
trilho. Estas características referem-se diretamente à tonelagem de carga por eixo que
será transportada sobre o trilho. As características dos trilhos atendem especificamente
a esforços que lhes serão transmitidos, e os esforços, estes sim, possuem uma relação
direta com a velocidade. Portanto, deve-se atentar somente aos esforços sofridos pela
via a uma determinada velocidade, e quanto ao tipo de trilho e sua composição, devem
ser estudados de acordo com os esforços exercidos sobre a via durante a solicitação
mecânica provocada pela passagem dos veículos ferroviários.
Ainda tratando das condições dos trilhos, pode-se expandir o raciocínio além dos
itens propostos da Tabela 3 da IHHA. Logicamente, nenhuma ferrovia é composta com
trilhos de comprimento igual ao tamanho de suas malhas ferroviárias, os trilhos são
devidamente soldados e/ou unidos através de juntas. Mesmo sendo algo relativamente
simples, estas juntas são fatores de extrema importância quando estamos discutindo a
respeito da estabilidade da via. Brina, H. L. (1979) descreve as juntas que compõem a
ferrovia da seguinte forma:
“6.1.5 As Juntas”
46
“A posição relativa das juntas, de um lado e outro lado das duas filas de trilhos,
pode variar conforme se situem segundo uma mesma normal aos trilhos ou não.
Quando as juntas, dos dois lados, ficam sobre uma mesma normal à linha, chamam-se
juntas concordantes, ou paralelas. Caso contrário, chamam-se juntas alternadas.” (...)
“Na Europa, parece mais generalizado o uso das juntas paralelas. Na América do
Norte, bem como no Brasil, é adotado o sistema de juntas alternadas. As juntas
paralelas favorecem o chamado movimento de galope, enquanto as juntas alternadas
favorecem o movimento de balanço.”
“Para linhas de padrão médio ou inferior, a prática indicou como mais prejudicial o
movimento de galope, causando maior número de acidentes.”
“As juntas podem ser ainda classificadas como apoiadas e em balanço.”
“Durante muito tempo discutiu-se a questão de deixar a junta apoiada ou em
balanço. Os partidários da junta apoiada alegavam que, sendo a junta um ponto fraco
da linha, esta ficaria mais garantida, com o apoio sobre o dormente. Entretanto, a
prática mostrou que, nas juntas apoiadas, os trilhos sofriam um rápido amassamento
das pontas, devido aos choques das rodas nas extremidades dos trilhos.”
“A explicação para esses choques está em que, quando a roda atinge a
extremidade do trilho antes da junta, no caso da mesma ser apoiada, a deformação
deste trilho é diferente da que se dá na extremidade do outro trilho, pois há uma
tendência do dormente sob a junta, sofrer uma rotação, aumentando o recalque de um
lado. Assim sendo, forma-se um ressalto na passagem de um trilho para o seguinte e
por isso há o martelamento neste último.”
47
Figura 10 – Movimentação dos dormentes na região de junta.
Fonte: Berna, H. L. (1979).
Brina, H. L. (1979) descreve os principais fenômenos decorrentes da existência de
juntas unindo os trilhos de uma via férrea, porém em seus estudos, não são realizados
cálculos quanto ao espaçamento dos trilhos das juntas e as devidas concordâncias
horizontais e verticais. Com toda certeza juntas mal niveladas unidas a uma velocidade
relativamente alta de um determinado trem podem gerar uma combinação
demasiadamente perigosa. Esta informação vital é encontrada através de Castello
Branco, J. E. (2002) onde o autor transcreve a seguinte norma da FRA:
“213.115 Desencontro das juntas dos trilhos”
“O desencontro das pontas dos trilhos, nas juntas, não deve superar os valores
estabelecidos na tabela a seguir:”
48
Desvio máximo no plano de
rolamento das pontas dos
trilhos (cm)
Classe de
via
Desvio máximo no lado
interno das pontas dos
trilhos (cm)
Classe 1
0,6
0,6
Classe 2
0,6
0,5
Classe 3
0,5
0,5
Classe 4 e 5
0,3
0,3
Tabela 8 – Desvios máximos para trilhos de junta (FRA)
Fonte: Federal Railroad Adminstration (FRA)
Ou seja, a norma da FRA traz a primeira informação de limitação de velocidade
devido a uma condição de junta da ferrovia. Convertendo as classes de ferrovia que
compõem a norma da FRA para velocidades máximas permitidas em trecho de trens de
carga, pode-se trabalhar da seguinte forma com este novo fator limitante de velocidade:
Velocidade
Máxima
Autorizada
16 km/h
40 km/h
64 km/h
128 km/h
Desvio máximo no plano de
rolamento das pontas dos
trilhos (cm)
Desvio máximo no lado
interno das pontas dos
trilhos (cm)
0,6
0,6
0,6
0,5
0,5
0,5
0,3
0,3
Tabela 9 – Desvios máximos para trilhos de junta
Fonte: Leonardo S. Soares
Ainda tratando na norma da FRA citada por Castello Branco, J. E. (2002), as juntas
devem ser consideradas no cálculo de uma possível velocidade, não só pelos desvios
máximos das regiões dos trilhos, mas também a como as placas de junção estão
fixadas. Citando novamente um trecho da FRA sobre as juntas dos trilhos, Castello
Branco, J. E. (2002) traz as seguintes informações adicionais:
“213.121 Juntas de trilhos”
49
“(a) Toda tala de junção deve ser capaz de suportar os esforços do tráfego sobre a
junta.”
“(b) Nas classes de via 3 a 5 deverá ser substituída toda tala de junção trincada,
quebrada, ou desgastada, que, mesmo com parafusos apertados, permita excessivo
movimento vertical dos trilhos.”
“(c) Se uma junta estiver trincada entre dois parafusos contíguos deverá ser
substituída.”
“(d) No caso de via convencional, com trilhos curtos, cada barra de trilho deverá ser
unida à tala através de no mínimo dois parafusos nas vias de classes 2 a 5, e da no
mínimo um parafuso na via de classe 1.”
“(e) No caso de TCS (Trilho Curto Soldado), cada barra, ao final do trecho soldado,
deverá ser unida à tala através de no mínimo dois parafusos.”
“(f) Cada tala de junção deverá ser aparafusada às barras de trilhos contíguas de
modo a suportar os esforços verticais do tráfego, porém permitindo o movimento
longitudinal do trilho para acomodação dos esforços de tração e compressão oriundos
da variação da temperatura. Quando essa movimentação longitudinal não for permitida,
por projeto, as prescrições deste subitem não são aplicáveis. Sendo esse locais
espaçados de mais de 120m, prevalecem os requisitos anteriormente descritos para
TCS.”
“(g) Nenhuma barra de trilho, nas vias classes 2 a 5, pode apresentar furação
efetuada com maçarico.”
“(h) Nenhuma tala de junção pode ser reconfigurada com o uso de maçarico nas
vias classes 3 a 5.”
Sintetizando as informações presentes na norma citada da FRA, pode-se trabalhar
da seguinte forma:
50
Velocidade
Máxima
Autorizada
16 km/h
40 km/h
64 km/h
Existência de talas de
junção trincadas,
quebradas, ou desgastadas
Número mínimo de
parafusos de tala
Permitido*
1**
Permitido*
2
Negativo (tala deve ser
substituída)
2
128 km/h
Negativo (tala deve ser
substituída)
2
Tabela 10 – Condições das juntas dos trilhos (FRA)
Fonte: Federal Railroad Adminstration (FRA)
* Permitida a existência da tala desde que não exista trinca entre dois parafusos contíguos.
** Caso exista na via alguma situação de TCS (trilho curto soldado) este deverá ser fixado com pelo
menos 2 parafusos de tala, para trilhos com medidas convencionais, é permitida a utilização de tala com
apenas 1 parafuso desde que respeitando a VMA indicada.
Desta forma, consegue-se visualizar facilmente fatores preponderantes de limitação
de velocidade na aplicação de talas de junção nos trilhos.
Porém, é verificado na norma da FRA certo rigor quando existe a utilização de
maçaricos para confecção das talas de junção. De acordo com estudiosos do assunto,
a utilização de maçarico nestas condições poderia acarretar numa modificação na
estrutura do aço dos trilhos gerando danos a sua vida útil e resistência. Desta forma,
nada mais conveniente do que analisar se trilhos cortados com maçarico, podem ser
pontos frágeis na via e possíveis limitadores de velocidade de circulação de trens.
Dando continuidade nas normas da FRA, existe um item específico somente para o
tratamento deste assunto em questão:
“213.122 Trilho cortado com maçarico”
“(a) Excetuados os reparos temporários e de situações de emergência, nenhuma
ponta de trilho poderá ter sido cortado com maçarico nas vias classes 3 a 5. Quando
uma extremidade de trilho for cortada a maçarico em caso de emergência, a velocidade
máxima será equivalente à de via classe 2.” (...)
51
Ou seja, para limites de velocidade acima de 40 km/h para trens de carga o uso do
maçarico para corte dos trilhos é proibido. Sendo assim, vias que possuem barras
cortadas com maçarico deverão ter sua velocidade limitada a 40 km/h.
Finalizando o estudo das condições dos trilhos, cabe a análise dos trilhos longos
soldados ou simplesmente TLS. Na prática ferroviária, torna-se comum a soldagem das
barras de trilhos que compõem a linha principal de circulação assegurando-lhe uma
melhor superfície de rolagem através dos trilhos. A M.R.S. Logística S.A utiliza
frequentemente barras de trilhos com aproximadamente 240 metros.
Brina, H. L. (1979) traz a seguinte informação sobre a utilização de trilhos soldados:
“O emprego de trilhos longos oferece vantagens de ordem técnica e econômica. As
juntas, como sabemos, são pontos fracos da via, pontos iniciais dos mais graves
defeitos da linha que ocasionam maior número de acidentes de tráfego. Assim, o
emprego deste tipo de trilho acarreta economia dos materiais dessas juntas e reduz os
gastos da conservação da via. A prática tem mostrado que a conservação das juntas
pode atingir mais de 40% da mão-de-obra gasta na via permanente, o que demonstra a
vantagem da diminuição do número de juntas.”
“Além disso, a soldagem das juntas vai possibilitar um movimento mais suave dos
trens, maior conforto e também maior velocidade. Havendo um limite de comprimento
dos trilhos na fabricação (comumente 18m), para obter-se trilhos mais longos recorre-se
à soldagem das pontas.”
Focalizando o estudo na questão da velocidade de circulação é possível imaginar
que quanto menos imperfeições ocorrerem nos trilhos que compõem a via, melhores
serão as condições de se desenvolver uma velocidade mais alta com maior segurança.
Sendo assim a utilização de trilhos soldados pode ser considerada não como uma
limitação de velocidade, mas sim como um critério de aumento de velocidade de
circulação.
52
Recorrendo novamente às normas da FRA através de Castello Branco, J. E. (2002),
identifica-se o seguinte critério na norma 213.119 que correlaciona alguns critérios de
velocidade com a utilização de trilhos longos soldados:
“213.119 Trilhos longos soldados (TLS)”
“(...) (e) Procedimentos que controlem a velocidade em trechos de TCS quando:”
“(1) Trabalhos de manutenção, reabilitação, construção, ou qualquer outro evento
que cause distúrbio ao subleito ou lastro ferroviário redundem na diminuição da
resistência lateral ou longitudinal da via;:”
“(2) Na formulação dos procedimentos dos procedimentos deste subitem o
proprietário de via deverá:”
“(i) Determinar a velocidade requerida, e a duração e subseqüente remoção de
restrição de velocidade baseada nas condições de recompactação do lastro, por meios
mecânicos e/ou pelo tráfego;”
“(ii) Levar em consideração o tipo de dormentação utilizado.”
A norma da FRA também utiliza a sigla TCS para os trilhos longos soldados, que na
verdade também podem ser chamados de trilhos continuamente soldados; razão pela
da qual da sigla TCS.
Note que a norma da FRA, assim como os demais autores consultados, não implica
nenhuma restrição de velocidade devido a utilização de TLS, apenas ressalta a
possibilidade de limitação de velocidade em virtude de alguma outra anomalia inerente
a soldagem do trilho, como problemas de geometria ou lastro. Assim, conforme o
esperado a utilização de TLS em trechos ferroviários pode ser considerada como um
fator não representativo.
2.3.6. ESTABILIDADE DA VIA – DORMENTES
53
Para iniciar o estudo referente a estabilidade da via quanto aos dormentes
utilizados, deve-se recorrer ao autor Brina, H. L. (1979):
“4.1 DORMENTES”
“O dormente é o elemento da superestrutura ferroviária que tem por função receber
e transmitir ao lastro os esforços produzidos pelas cargas dos veículos, servindo de
suporte dos trilhos, permitindo a sua fixação e mantendo invariável a distância entre
eles (bitola).”
“Para cumprir essa finalidade será necessário:”
“a) que as suas dimensões, no comprimento e na largura, forneçam uma superfície de
apoio suficiente para que a taxa de trabalho no lastro não ultrapasse certo limite,”
“b) que a sua espessura lhe dê a necessária rigidez, permitindo entretanto alguma
elasticidade,”
“c) que tenha suficiente resistência aos esforços,”
“d) que tenha durabilidade e”
“e) que permita, com relativa facilidade, o nivelamento do lastro (socaria), na sua base;”
“f) que se oponha eficazmente aos deslocamentos longitudinais e transversais da via;”
“g) que permita uma boa fixação do trilho, isto é, uma fixação firme, sem ser
excessivamente rígida.”
Além das informações trazidas por Brina, H. L. (1979) deve-se acrescentar que
atualmente são utilizados três tipos de dormentes que atendem de forma satisfatória os
requisitos exigidos para sua respectiva função; são eles: dormentes de madeira,
dormentes de aço e dormentes de concreto. Estão em fase de teste novos materiais,
como polímeros, que venham a substituir os tipos de dormentes existentes. A pesquisa
deste novos materiais se deve ao fato de que, atualmente, o tipo de dormente que
melhor desempenha sua função é o dormente de madeira, gerando um grave problema
ambiental devido a extração de madeira para este fim. Stopatto S. (1987) trata deste
tema:
54
“O problema dos dormentes está se tornando o mais crucial para as ferrovias de
todo o mundo. Não se pode por em dúvida que o dormente de madeira ainda é o
melhor. Há países, como os Estados Unidos, em que o problema de suprimento de
madeira tratada, com grande via útil, é quase desprezível. Mas mesmo lá (44), a
situação já não se apresenta otimista.” (...)
Nota-se que Stopatto S. (1987) complementa as informações de Brina, H. L. (1979)
justificando que atualmente, além das características físicas, a escolha do tipo de
dormente empregado deve considerar custos de implantação e impactos ambientais.
Voltando ao princípio básico do nosso estudo, deve-se atentar às características
dos dormentes que afetam a velocidade de circulação na ferrovia em virtude da
estabilidade da via. Continuando o estudo de Stopatto S. (1987):
“O espaçamento dos dormentes, detalhadamente analisado na reportagem da
Railway Gazette (39), aqui comentada, está relacionado com as tensões dos trilhos e
com a estabilidade da linha. Nas linhas de grandes densidades de tráfego, onde um
trilho pesado já se justifique (por exemplo, o 140 RE – 69kg/m), a dormentação de 1850
dormentes por quilômetro é excelente. Acresce observar que as ferrovias americanas
usam maiores quantidades por quilômetro, mas os seus dormentes têm menores
dimensões que os nossos. Enquanto no Brasil o dormente de bitola larga é de 2,80 x
0,24 x 0,17 m, o americano, para a bitola de 1,44 m, é, na maioria das estradas, de 2,70
x 0,20 x 0,18 m.”
Stopatto S. (1987) reforça os critérios passados por Brina, H. L. (1979), na qual o
dormente está intimamente relacionado com a estabilidade da via. Além disso, no
mesmo texto, surge um novo parâmetro fundamental para o estudo desta variável; a
taxa de dormentação por quilômetro. Esta taxa, que remete o número de dormentes
aplicados em um quilômetro de ferrovia, é fundamental quando se analisa a
estabilidade da via pelos dormentes aplicados.
55
Tanto Stopatto S. (1987) quanto Brina, H. L. (1979) focaram seus estudos dos
dormentes em função de características físicas e estruturais de manutenção, deixando
de lado sua interferência direta com a velocidade de operação. Porém, Castello Branco,
J. E. (2002) cita mais uma norma da FRA que atende este aspecto:
“213.109 Dormentes”
“(a) Os dormentes devem ser feitos de material capaz de receber e fixação do
trilho.”
“(b) Cada 12 m de via deverá ter:”
“(1) Um suficiente número de dormentes que assegure:”
“(i) Manutenção da bitola segundo 213.53(b);”
“(ii) Manutenção do nivelamento segundo 213.63; e”
“(iii) Manutenção do alinhamento segundo 213.55.”
“(2) O número mínimo de dormentes e o tipo dos dormentes especificados nos
subitens (c) e (d) deste item; e”
“(3) Ao menos um dormente do tipo especificado nos subitens (c) e (d) deste item
na região da junta, como prescrito no subitem (f) deste item."
“(c) Cada 12 m de via deverá possuir: 5 dormentes na classe 1; 8 dormentes nas
classes 2 e 3; 12 dormentes nas classes 4 e 5, que não estejam:”
“(1) Quebrados integralmente;”
“(2) Rachados os danificados de modo que não retenham a fixação do trilho;”
“(3) Deteriorados a ponto de placa de apoio ou patim do trilho poderem se
movimentar 1,3 cm relativamente aos dormentes;”
“(4) Puncionados pela placa de apoio em mais de 40% da espessura do dormente.”
“(d) Cada 12 m de via deverá ter o número mínimo e o tipo de dormentes indicado
na tabela a seguir:”
56
Classe de
via
Via em tangente e
curva com raio
superior a 573m
Aparelho de mudança de
via e curva com raio
inferior a 573m
Classe 1
5
6
Classe 2
8
9
Classe 3
8
10
Classe 4 e 5
12
14
Tabela 11 – Mínimo de dormentes por classe de via e curvatura (FRA)
Fonte: Federal Railroad Administration (FRA)
“(e) Os dormentes do subitem (d) acima não deverão estar:”
“(1) Inteiramente rachados;”
“(2) Rachados os danificados a ponto de permitirem a penetração do lastro, ou não
mais reterem as fixações dos trilhos;”
“(3) Deteriorados a ponto da placa de apoio ou patim do trilho poderem se mover
1,3 cm relativamente ao dormente; ou”
“(4) Puncionados pela placa de apoio em mais de 40% de sua espessura.”
““(f) Vias classes 1 e 2 deverão possuir um dormente cujo eixo esteja compreendido
numa distância de 61 cm do eixo da junta; nas vias classes 3 a 5, um dormente com
eixo dentro de 46 cm contados do eixo da junta, ou dois dormentes, para cada lado da
junta, cujos eixos estejam compreendidos numa distância de 61 cm a contar do eixo da
mesma. A posição relativa desses dormentes é mostrada nas figuras a seguir.
57
Figura 11 – Espaçamento de dormentes em região de juntas
Fonte: Castello Branco, J. E. (2002)
“(g) Para vias construídas sem dormentação, como vias em laje, vias assentes
diretamente em componentes estruturais de pontes, e vias sobre valas de serviço, sua
estrutura deve obedecer aos requisitos dos subitens (b)(1)(i), (ii), e (iii) deste item”.
De certa forma, a norma da FRA correlaciona características físicas dos dormentes
com a velocidade de circulação de trens, devido a parâmetros de estabilidade da via.
Porém, a M.R.S. Logística S.A tem como preferência trabalhar com taxas de
dormentação por quilômetro. Logo, nada mais sensato, que converter a norma da FRA
muito bem estruturada, para parâmetros utilizados pela empresa:
58
Via em tangente e
Aparelho de mudança de
curva com raio
via e curva com raio
superior a 573m
inferior a 573m
(taxa de
(taxa de dormentação)
dormentação)
16
417
500
40
667
750
64
667
834
1167
128
1000
Tabela 12 – Mínimo de dormentes por classe de via e curvatura (MRS)
Velocidade
máxima
autorizada
(km/h)
Fonte: Leonardo S. Soares
Note que após a conversão da norma da FRA para parâmetros de taxa de
dormentação por quilômetro, utilizada pela empresa, encontramos um número muito
inferior de dormentes por quilômetros do que se era esperado. Torna-se evidente que a
norma da FRA, além de ser desenvolvida para ferrovias com características americanas,
considera apenas um número mínimo de dormentes que venham a garantir a
estabilidade da via; e que estejam em condições ótimas de uso.
Assim, a norma da FRA, traz informações importantes à respeito da taxa de
dormentação correlacionada com a velocidade de circulação. Em síntese, deve-se
possuir mais dormentes por quilômetro à medida que se aumenta a velocidade de
circulação. Porém, as taxas de dormentação da FRA estão orientadas à características
americanas, conforme dito anteriormente.
Batist, M. (2002) demonstra tais informações focadas no contexto da ferrovia
brasileira. Batist, M. (2002), traz para conhecimento a seguinte norma utilizada pela
R.F.F.S.A:
“3. DORMENTES”
“3.1. Taxa Admissível de Dormentes Inservíveis (RFFSA, 91b)”
59
“A taxa de dormentação básica deverá ser a seguinte:”
ƒ
“bitola larga: 1.850 dormentes/km (madeira) e 1.666 dormentes/km
(concreto);”
ƒ
“bitola estreita: 1.750 dormentes/km (madeira) e 1.515 dormentes/km
(concreto).”
“A taxa de dormentes inservíveis, em função do grupo de linha, da carga por eixo,
do tipo de trilho e do alinhamento do eixo da ferrovia, será a mostrada na Tabela 13.”
Grupo
de
Linha
1, 2, 3
Tipo de
trilho
68
57
57
45
45
37
37
4, 5, 6
5, 6 *
7, 8, 9
7, 8, 9 *
Carga
por eixo
(tf)
30
30
20
20
20
20
20
Taxa de dormentes inservíveis admissível (%)
Tangente
R ≥ 350
250 < R < 350
R ≤ 250
20
10
15
15
10
25
20
20
10
15
15
10
25
20
15
5
10
19
5
20
15
10
3
5
5
2,5
15
10
Tabela 13 - Taxa de dormentes inservíveis
* grupos de linhas com transporte de cargas perigosas (exemplo: produtos inflamáveis).
“Os espaçamentos máximos entre dormentes bons, eixo a eixo, em função do tipo
de trilho, das cargas por eixo, e das tensões no trilho e no lastro, serão os indicados na
Tabela 14.”
Tipo de
trilho
Cargas
por eixo
(tf)
TR - 37
TR - 45
TR - 57
TR - 57
TR - 68
20
20
20
30
30
Espaçamento máximo (cm) *
para que a tensão no
para que a tensão no
trilho não seja
lastro não seja
ultrapassada
ultrapassada
90
156
256
98
159
144
152
174
133
146
Espaçamento
recomendado
(cm)
90
152
174
98
146
Tabela 14 - Espaçamento máximo entre dormentes bons
(*) Cálculo baseado em velocidades inferiores a 60km/h.
“Não deverão existir dormentes inservíveis nas seguintes situações:”
60
ƒ
“entrada e saída de curvas;”
ƒ
“curvas reversas;”
ƒ
“entrada de AMV (região de ponta da agulha até o coice) e também no
cruzamento (região do coração do jacaré);”
ƒ
“túneis e pontes.”
A fim de completar a apresentação da norma da RFFSA, um trecho de ferrovia se
enquadra em determinados grupos, conforme a norma, através da seguinte tabela:
Grupo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tonelagem bruta
anual
≥ 40
24 - 40
14 - 24
9 - 14
4–9
2–4
1–2
0,5 – 1
≤ 0,5
Tabela 15 - Espaçamento máximo entre dormentes bons.
Fonte: R.F.F.S.A.
Analisando a norma da RFFSA, verifica-sE que não existe uma relação direta entre
a dormentação e a velocidade de circulação, conforme descrito na FRA. Porém a FRA
não traz muitas informações quanto ao nível de desgaste dos dormentes, enquanto a
norma da RFFSA, aborda bem este item.
Utilizando as informações como embasamento, pode-se destacar que a norma da
FRA será o principal limitante quanto a taxa de dormentação, visto que esta representa
o mínimo admissível de dormentes por quilômetro que permita segurança na circulação.
Quanto à norma da RFFSA, verifica-se que a M.R.S. Logística S.A. enquadra-se no
grupo de linha 1, em virtude dos grandes volumes transportados. Desta forma, a tabela
61
13 da norma da RFFSA poderia ser resumida da seguinte forma, atendendo ao volume
transportado pela empresa:
Grupo
de
Linha
1, 2, 3
Tipo de
trilho
68
57
Carga
por eixo
(tf)
30
30
Taxa de dormentes inservíveis admissível (%)
Tangente
R ≥ 350
250 < R < 350
R ≤ 250
20
10
20
10
15
5
10
3
Tabela 16 - Espaçamento máximo entre dormentes bons
Fonte: R.F.F.S.A.
Substituindo a coluna “Grupo de Linha” por “Extensão de Curva” e levando em
consideração a taxa de dormentação citada na mesma norma para dormentes de
madeira, ou seja 1850 dormentes/quilômetro, consegue-se quantificar o número
máximo de dormentes inservíveis para diversas curvas:
Extensão
Carga
Número de dormentes inservíveis admissível
Tipo de
de curva
por eixo
trilho
Tangente R ≥ 350 250 < R < 350 R ≤ 250
(m)
(tf)
100
68
30
37
37
27,75
18,5
100
57
30
18,5
18,5
9,25
5,55
200
68
30
74
74
55,5
37
200
57
30
37
37
18,5
11,1
300
68
30
111
111
83,25
55,5
300
57
30
55,5
55,5
27,75
16,65
400
68
30
148
148
111
74
400
57
30
74
74
37
22,2
500
68
30
185
185
138,75
92,5
500
57
30
92,5
92,5
46,25
27,75
600
68
30
222
222
166,5
111
600
57
30
111
111
55,5
33,3
700
68
30
259
259
194,25
129,5
700
57
30
129,5
129,5
64,75
38,85
800
68
30
296
296
222
148
800
57
30
148
148
74
44,4
900
68
30
333
333
249,75
166,5
900
57
30
166,5
166,5
83,25
49,95
Considerando uma taxa de dormentação de 1850 dormentes/quilômetro
Tabela 17 – Número de dormentes inservíveis por extensão de curva e tipo de trilho
Fonte: Leonardo S. Soares.
62
Desta forma, reunindo tais informações, obtém-se um fator que poderá limitar a
velocidade de circulação através da qualidade de dormentes utilizados num
determinado trecho da ferrovia.
Quanto à possível limitação da velocidade através de quantidade de dormentes
utilizados, além do referencial da norma da FRA, poderá ser utilizada a norma da
RFFSA já citada, de forma a trabalhar com a taxa de dormentação por quilômetro. A
idéia de se trabalhar com a norma da RFFSA e não com a norma da FRA, se faz devido
ao fato de que a norma da RFFSA atende a ferrovias brasileiras, englobando o modelo
de bitola, trilhos, curvas, tipos de dormentes, gerando resultados mais próximos da
ferrovia da M.R.S. Logística S.A..
É válido ressaltar que não devem ser admitidas grandes quantidades de dormentes
ruins próximos ou em seqüência, uma vez que tais dormentes, não fornecem a devida
sustentação aos trilhos. Trabalhando novamente com a tabela 14 da RFFSA,
enfocando agora apenas características da M.R.S. Logística S.A, temos:
Tipo de
trilho
Cargas
por eixo
(tf)
TR - 57
TR - 68
30
30
Espaçamento máximo (cm) *
para que a tensão no
para que a tensão no
trilho não seja
lastro não seja
ultrapassada
ultrapassada
98
159
Espaçamento
recomendado
(cm)
133
146
98
146
Tabela 18 – Espaçamento de dormentes recomendado
Fonte: R.F.F.S.A.
Sendo assim, quando a via possuir dormentes ruins que ocasionem num
distanciamento dos dormentes bons maior que o representado pela coluna
“Espaçamento recomendado” da tabela anterior, a velocidade deverá ser reduzida,
devido ao risco da via através dos dormentes não suportarem os esforços
proporcionados pela passagem dos trens.
63
2.3.7. ESTABILIDADE DA VIA – FIXAÇÕES
As fixações consistem nas peças que fixam os trilhos entre eles próprios ou entre
os dormentes. Brina, H. L. (1979) considera todos os equipamentos de fixação como
“acessórios dos trilhos” e os subdivide da seguinte forma:
•
Talas de junção;
•
Parafusos;
•
Arruelas;
•
Placas de apoio;
•
Acessórios de fixação rígida:
o Prego de linha;
o Tirefond;
•
Acessórios de fixação elástica:
o Fixação tipo K ou GEO;
o Grampo elástico duplo;
o Grampo elástico simples;
o Fixação Pandrol;
64
Figura 12 – Fixação tipo Pandrol.
Fonte: Brina, H. L. (1979).
•
Retensores de trilho.
Neste tópico, serão abordados apenas os equipamentos que permitem a fixação do
trilho no dormente, visto que os equipamentos que fazem a junção dos trilhos, as talas
de junção, já foram tratadas separadamente.
A linha da M.R.S. Logística S.A trabalha com dois tipo de fixações possíveis: rígida
ou elástica. Stopatto S. (1987) faz a seguinte observação acerca dos tipos de fixação
existentes:
“A fixação elástica, de uso muito reduzido nos Estados Unidos, mas amplamente
difundida na Europa e no Japão, e que vem lentamente sendo introduzida no Brasil, é,
sem dúvida, a melhor solução para a fixação dos trilhos aos dormentes. A EFVM
(CVRD) a utiliza em sua duplicação da linha.”
“Para as ferrovias normais, cujas linhas precisarão atender a várias categorias de
trens cargueiros e, também, a trens de passageiros, os vagões de maior capacidade
deveriam ser de 6 eixos, no máximo com 25 t, isto é, cerca de 150 toneladas brutas por
vagão. Este vagão permitirá velocidades de até 100 km/h sem prejudicar os trens de
passageiros com velocidades entre 120 e 150 km/h. A linha utilizaria trilhos de 69 kg/m
(soldados), com fixação elástica e dormentes de concreto sobre lastro de 30 cm ou
65
mais. Construindo-se as plataformas com capacidade de suporte adequado ao tráfego
previsto, será possível exigir da manutenção rigorosos padrões de alinhamento e
nivelamento.”
“Só assim teremos no Brasil linhas com satisfatórios padrões de confiabilidade para
as nossas ferrovias recuperarem fluxos significativos, tanto de carga geral (trens
rápidos) como de granéis (trens muito pesados).”
Verifica-se claramente a tendência de Stopatto S. (1987) na defesa da fixação
elástica. Tal defesa é bem fundamentada quando se analisa Brina, H. L. (1979) acerca
das seguintes observações sobre os acessórios de fixação:
“Inicialmente, pode-se dividir os tipos de fixação em rígidas e flexíveis. Estas
últimas se diferenciam das primeiras por terem a propriedade de absorverem choques e
vibrações, por meio de um ou mais elementos flexíveis e se comportarem melhor do
que as fixações rígidas.”
Ou seja, a fixação elástica, composta na maioria dos casos por grampos de fixação,
tem uma tendência de melhor absorver os choques provocados na passagem de
veículos ferroviários na via. Desta forma, aumenta-se relativamente a vida útil de tais
componentes visto que os mesmos estarão expostos a choques e vibrações de
menores intensidades.
Apesar de tais considerações, não foi citada nenhuma relação do tipo de fixação
que melhor se adapta há uma determinada velocidade de circulação.
Analisando novamente a tabela 3 da IHHA (demonstrada anteriormente), verifica-se
a recomendação de fixação elástica em curvas e tangentes, ou de fixação rígida
somente em tangentes. Porém a tabela da IHHA também não vincula tal informação à
velocidade de circulação, esta se refere somente a quantidade de carga transportada
por eixo, bem como o raio predominante de curva na região.
66
Aprofundando estudo, encontram-se as seguintes informações na FRA:
“213.123 Placas de apoio”
“(a) Nas classes 3 a 5, para dormentação em madeira, deverão existir placas de
apoio em oito de cada dez dormentes consecutivos.”
“(b) Nas classes 3 a 5, nenhum objeto metálico que possa causar concentração de
tensões deverá ser colocado entre a base do trilho e a superfície de apoio da placa de
apoio.”
“213.127 Sistemas de fixação dos trilhos”
“Os trilhos deverão ser fixados aos dormentes através de um sistema de
componentes que efetivamente mantenha a bitola nos limites prescritos no 213.53(b).
Cada componente de tal sistema deverá ser avaliado quanto ao cumprimento da tarefa
de manutenção da bitola.”
A FRA traz a primeira relação entre a velocidade de circulação e a fixação dos
trilhos. Conforme descrito no item 213.123, em trechos onde a velocidade de circulação
for maior ou igual a 64 km/h para trens de carga, não deverão existir mais do que dois
dormentes sem placas de apoio num intervalo de 10 dormentes.
Em situações reais, a ausência de placas de apoio em dormentes só se manifesta
em linhas antigas e de pouquíssima circulação; porém existem com relativa facilidade,
placas de apoio quebradas ou empenadas em determinados trecho da ferrovia devido a
ação do desgaste. Placas de apoio quebradas não fornecem praticamente nenhum tipo
de fixação quando comparada ao seu estágio inicial. Desta forma, uma placa de apoio
nesta situação pode ser considerada como uma placa de apoio ausente no sistema de
fixação do trilho. Assim, pode-se utilizar claramente a norma da FRA, utilizando como
fator limitante, não a ausência da placa de apoio, mas sim, a existência de placas de
apoio quebradas.
67
Dessa forma, em trechos onde a velocidade de circulação for superior a 64 km/h
para trens de carga, não deverão existir mais do que dois dormentes com placas de
apoio quebradas num intervalo de 10 dormentes.
Como a placa de apoio não trabalha de forma singela na fixação da via, pode-se
estender a referida situação para os demais componentes de fixação, tanto rígida como
elástica, de forma a complementar as informações quanto a limitação da velocidade de
circulação devido a fixação dos trilhos.
Sendo assim, em trechos onde a velocidade de circulação for superior a 64 km/h
para trens de carga, não deverão existir mais do que dois dormentes num intervalo de
10 dormentes com as seguintes situações:
ƒ
Com placas de apoio quebradas,
ƒ
Grampos quebrados ou sem pressão,
ƒ
Tirefons danificados de forma a comprometer seu aperto.
É válido ressaltar que a literatura técnica atual restringe o estudo das fixações
apenas a parâmetros estruturais e consolidação da via permanente. Não são
encontradas relações entre o tipo de fixação empregada e a velocidade circulação
permitida. Apenas estudos como a IHHA fazem recomendações acerca da utilização de
uma determinada fixação para um determinado tipo de trecho com uma determinada
tonelagem bruta anual.
2.3.8. ESTABILIDADE DA VIA – AMV
Os AMV (Aparelho de Mudança de Via) são as principais ferramentas para
realizações de manobras ferroviárias. Isso só é possível pelo fato dos AMV serem um
68
dos únicos componentes da via capazes de alterar a rota de circulação de uma
determinada composição ferroviária; em outras palavras, é um dos únicos
equipamentos capazes de fazer um veículo ferroviário mudar de via.
Brina, H. L. (1979), conhecendo a importância de tal equipamento no contexto
ferroviário, expõe as seguintes informações inciais sobre os AMV:
“10.1.1 Aparelhos de Mudança de Via Comuns”
“A sujeição do veículo ferroviário aos trilhos e a existência do friso nas rodas criam
problemas, quando se deseja passar os veículos de uma linha para outra ou para um
desvio.”
“Para que o friso da roda tenha passagem livre, torna-se necessário introduzir uma
aparelhagem que permita a interrupção do trilho, formando canais por onde passam os
frisos.”
“Daí a necessidade do chamado aparelho de mudança de via.”
“Os aparelhos de mudança de via correntes ou comuns, às vezes chamados
impropriamente de chaves, compõem-se das seguintes partes principais (Fig. 98):”
- agulhas;
- contra-agulha ou “encosto da agulha”;
- aparelho de manobra;
- trilhos de enlace ou de ligação;
- “coração” ou “jacaré”;
- calços;
- coxins e
- contratrilhos.
Complementando a informação do Brina, H. L. (1979), Maltez C. R. O. nos traz as
seguintes informações:
69
“O aparelho de mudança de via é considerado um elemento fundamental para as
ferrovias, pois ele é que permite que a composição transponha a direção única
permitida pela bitola da via, fazendo com que os veículos que nela circulam possam
mudar a direção com uma maior flexibilidade de rotas, sem que o fluxo operacional seja
interrompido.”
“Muitas são as aplicações para esse equipamento, desde o uso em pátios a simples
bifurcações de vias singelas. Muitas também são as escolhas para definir um desvio, a
começar pela sua concepção.” (...)
“No Brasil, a concepção AREMA é usada predominantemente em transporte de
carga e passageiros (subúrbios) e a concepção UIC empregada com sucesso no
transporte metropolitano (metrôs). Na norma de Classificação de Aparelho de Mudança
de Via da ABNT (NBR-5558, item 4.1) os AMV são classificados como AMVA (AREMA)
e AMVU (UIC), sendo essas abreviações usadas na continuidade deste texto.”
Neste trabalho não será explorado o funcionamento de cada componente do AMV,
uma vez que foge ao escopo do trabalho além de demandar algum tempo para a
visualização de todo o funcionamento do AMV. Dessa forma, é recomendado ao leitor a
leitura do capítulo 10 do livro “Estradas de Ferro” do autor Brina, H. L. (1979), que
detalha bem o funcionamento.
Analisando o capítulo supracitado do autor Brina, H. L. (1979), a descrição dos
componentes do AMV são bem claras, porém também é verificado que mais uma vez, o
AMV assim como as fixações, possuem um forte enfoque em termos estruturais e
poucas relações com a velocidade de circulação.
Na prática usual, quando composições ferroviárias forem ingressar em um
determinado pátio ferroviário por meio de um AMV, a sua velocidade deve ser limitada a
40 km/h em vias com bom estado de conservação. Este valor de velocidade é
comumente usado pelos mestres de linha em seus cálculos de campo para possíveis
correções na via.
70
Analisando novamente Castello Branco J. E. (2002), verifica-se que o autor, faz um
estudo bem detalhado de todo o funcionamento do AMV, bem como a correlação de
todas as partes constituintes do equipamento. Além de todo este detalhamento do
equipamento, também é descrito como o AMV pode ser considerado como um agente
limitador de velocidade:
“4. VELOCIDADES NOS AMV”
“4.1. Velocidades Admissíveis em AMVA”
“O manual da AREMA, em seu vol I, 5-3-11, recomenda que a velocidade seja
calculada de forma a compensar a insuficiência da superelevação. Para garantir que as
condições de transposição sejam semelhantes a uma determinada velocidade em uma
curva normal, é sugerido que no AMV a superelevação tenha três polegadas a menos
do que a superelevação necessária para o equilíbrio.”
“Essa insuficiência, admitida pela AREMA em bitola de 1.435mm, corresponde a
uma aceleração lateral não compensada de 0,50m/s². No Brasil, ABNT (97a) preconiza
a aceleração lateral não compensada em 0,65m/s² para curvas em linha corrida, e, para
AMV, a utilização do critério da norma americana.”
“A aceleração lateral não compensada é o primeiro limitador de velocidade, já que a
não variação desse parâmetro assegura condições equivalentes de desgaste,
sobrecarga nos trilhos e também de conforto dos passageiros. O bom senso recomenda
a utilização do valor recomendado pelo AREMA, uma vez que se está adotando a
concepção dessa instituição para a fabricação, montagem e manutenção.”
“Outro limitador de velocidade em AMVA é a agulha. Como já dito anteriormente, a
agulha e o jacaré são trecho independentes do raio de ligação. No jacaré não há
problemas quando a velocidade, pois aparece como um trecho reto após o desvio; mas
a agulha, seja ela reta ou curva, apresenta ângulos e raios diferentes da ligação do
AMV. Sendo assim, deve-se verificar a velocidade não só do raio de ligação mas
também na agulha.”
71
“Quando a agulha é reta, obtém-se um raio equivalente para o cálculo desse trecho.
Esse valor torna-se um parâmetro restritivo na escolha de uma composição ótima do
AMV, pois a velocidade na agulha é sempre menor que a ligação do desvio, devido ao
fato de possuir menor comprimento.”
Nota-se Castello Branco J. E. (2002) descreve de forma clara como o AMV limita a
velocidade de circulação das composições ferroviárias. Alguns termos descritos pelo
autor, como superelevação, aceleração compensada, aceleração não compensada,
serão mais bem explicados no decorrer deste trabalho uma vez que estão melhor
relacionados com outro parâmetro de via permanente.
Resumindo as informações supracitadas, Castello Branco J. E. (2002) descreve as
seguintes expressões utilizadas para o cálculo da velocidade máxima admissível em um
AMVA:
- Para agulhas retas:
Req = Lag / [2.tg(β/2)]
Onde: Req: Raio equivalente da agulha em metros;
Lag: Comprimento da agulha em metros;
β: Ângulo da agulha em graus.
- Para agulhas curvas: O raio equivalente da agulha é igual ao próprio raio da
agulha curva.
Req = Ragulha
- Assim, a velocidade máxima na agulha (Vmax), em quilômetros por hora, para
aceleração não compensada, recomendada pela AREA e pela ABNT, é dada por:
VMAX = 3,6.(0,5.Req)1/2
72
- A região intermediária, ou seja, a ligação entre a agulha e o jacaré também
obedece a esta expressão de velocidade conforma a norma da ABNT (97a).
Trabalhando estas expressões com as medidas padrões de AMV existentes,
Castello Branco J. E. (2002) traz a seguinte tabela que correlaciona velocidade de
circulação com as composições de AMV:
Agulha
Bitola
Jacaré
(mm)
(mm)
V (km/h)
8
5029,2
1000
22,83
10
5029,2
1000
29,34
14
6705,6
1000
42,15
20
9144
1000
58,42
8
5029,2
1600
32,13
10
5029,2
1600
32,13
14
6705,6
1600
42,84
14
9144
1600
57,52
20
9144
1600
59,01
12
5943,6
1600
49,08
16
7924,8
1600
69,73
Tabela 19 – Velocidades para as composições de AMV
Fonte: Castello Branco, J. E. (2002)
Vale lembrar que as informações contidas na tabela anterior, referem-se a AMV que
obedecem as recomendações da AREMA, ou seja, AMVA. Não serão abordadas as
velocidades admissíveis em AMVU visto que, os AMV utilizados na MRS Logística S.A.
seguem em sua totalidade as normas da AREMA; desta forma, um estudo detalhado de
AMV que seguem as normas da UIC, sairá do foco do objetivo final deste estudo.
Seguindo esta linha de trabalho, a R.F.F.S.A. também desenvolveu uma norma
específica para velocidades em AMV de acordo com as características construtivas de
cada um destes equipamentos. Batist, M. (2002) traz tais informações da seguinte
forma:
73
“8. APARELHOS DE MUDANÇA DE VIA (RFFSA, 76ª)”
“A compatibilização dos comprimentos das agulhas, o número máximo do jacaré, o
raio equivalente e o raio do trilho curvo de ligação, com as velocidades máximas dos
veículos ferroviários sobre os aparelhos de mudança de via, no sentido de sua
otimização, deverá ser a mostrada nas Tabelas 20 e 21, para as bitolas larga e estreita,
respectivamente.”
Bitola larga
Raio do trilho
Velocidade
Raio
curvo externo
máxima
Jacaré equivalente
Comprimento
Ângulo
de ligação
(km/h)
(m)
(m)
(graus)
(m)
3,353
2º 42' 50''
5
70,888
66,666
20,7
5,029
1º 48' 32''
8
159,146
172,740
32,0
6,706
1º 21' 23''
10
284,153
273,696
42,0
9,144
0º 59' 41''
14
528,555
527,500
58,3
Tabela 20 – Compatibilização de elementos de AMV e velocidade na bitola larga
Agulha
Fonte: R.F.F.S.A.
Bitola métrica
Raio do trilho
Velocidade
Raio
curvo externo
máxima
Jacaré equivalente
Comprimento
Ângulo
de ligação
(km/h)
(m)
(m)
(graus)
(m)
3,353
2º 42' 50''
8
70,888
93,098
21,4
5,029
1º 48' 32''
10
159,146
146,444
30,7
6,706
1º 21' 23''
14
284,153
277,500
42,3
9,144
0º 59' 41''
20
528,555
623,636
58,3
Tabela 21 – Compatibilização de elementos de AMV e velocidade na bitola métrica
Agulha
Fonte: R.F.F.S.A.
Dando continuidade em seu estudo, Castello Branco, J. E. (2002) demonstra
matematicamente a forma exata de cálculo do raio equivalente da agulha de um AMV.
74
Analisando a norma da R.F.F.S.A., nota-se um detalhamento maior das
informações quando comparada com as informações citadas inicialmente neste tópico.
As informações presentes na norma da R.F.F.S.A. são mais adequadas ao tipo de
via permanente trabalhado pela M.R.S. Logística S.A. Em alguns trechos de caráter
mais histórico, como a linha do centro, alguns AMV não possuem suas dimensões
presas a padrões “ideais”. Entre outras palavras, podemos dizer que o AMV possui
partes em uma dimensão e os demais componentes foram adaptados de forma a
formarem o AMV. Um exemplo clássico é o raio do trilho curva externo de ligação, que
em alguns casos, não obedece as dimensões estipuladas pela tabela 20 da norma da
R.F.F.S.A. quando montado com uma determinada agulha e um outro tipo de jacaré.
Dessa forma, em virtude da norma da R.F.F.S.A. utilizar um maior número de
informações, pode-se trabalhar melhor cada variação existente e sua respectiva
interferência com a velocidade de circulação dos trens quando inscritos em um AMV.
2.3.9. GEOMETRIA DA VIA - TRAÇADO
Atualmente, o traçado da via férrea é um fator preponderante no que diz respeito a
cálculos de possíveis velocidades de circulação para trens de carga e de passageiros.
Em muitos casos, principalmente em trens de alta velocidade, a geometria de via deve
adequar-se à velocidade que deverá ser desenvolvida pelos trens circulantes; ou seja, a
velocidade de circulação passa a ser o parâmetro de referência para as medidas da
superestrutura ferroviária.
Durante sua operação, a via férrea sofre inúmeros esforços referentes à passagem
de veículos ferroviários, bem como de outras fontes externas. Brina, H. L. (1979)
classifica tais esforços em três categorias:
75
- Esforços verticais: esforços que têm a direção normal ao plano do trilho.
- Esforços longitudinais: esforços que têm a direção paralela ao longo do trilho.
- Esforços transversais: esforços que têm a direção perpendicular ao comprimento
do trilho.
Quando se tratando de traçado de uma via férrea, devemos nos atentar somente a
situações geométricas planas. Ou seja, iremos nos atentar somente às curvas que
compõem a estrada de ferro, deixando dessa forma com que os cálculos do perfil
longitudinal sejam executados posteriormente.
Assim, trabalhando somente com as curvaturas existentes na via, os esforços
transversais tornam-se imensamente importantes nesta etapa do estudo, uma vez que
estes esforços serão os mais significativos em situações onde veículos ferroviários
estão inscritos em curvas. Sendo assim, trabalharemos primeiramente estes tipos de
esforços e no desenvolvimento deste trabalho, abordaremos os outros esforços
existentes.
De acordo com Brina, H. L. (1979) os esforços transversais podem ser classificados
da seguinte forma:
“7.1.3 Esforços Transversais”
“a) Força centrífuga – nas curvas, a força centrífuga, não compensada pela
superelevação do trilho externo, produz um esforço transversal no referido trilho.”
“b) Movimento de lacêt – nas retas, devido à irregularidade da via ou defeitos no
material rodante, surge um movimento do veículo, em torno de um eixo normal ao plano
dos trilhos, fazendo com que ora a roda externa de um lado, ora do outro, se o choque
transversalmente ao trilho, no sentido de alargar a bitola.”
“c) Vento – como o material rodante oferece uma superfície exposta considerável,
um forte vento pode criar um esforço dos frisos das rodas, no sentido transversal à
linha.”
76
Assim como Brina, H. L. (1979), será discutido inicialmente o efeito da força
centrífuga na passagem de veículos ferroviários em curvas e como tal iteração pode
conduzir a uma limitação de velocidade.
Brina, H. L. (1979) descreve a seguinte relação entre a força centrífuga e a
superelevação:
“Em uma via ferroviária estabelecida num plano horizontal, a força centrífuga
deslocará o veículo no sentido do trilho externo, provocando neste um forte atrito
através dos frisos das rodas. Se a grandeza da força centrífuga exceder certo limite,
poderá ocorrer o tombamento do veículo.”
“Para contrabalançar o efeito nocivo da força centrífuga, inclina-se a via ferroviária
de um ângulo α, elevando o trilho da curva, através da inclinação do dormente, de
modo a criar uma componente que equilibre a força centrífuga. A maior altura do trilho
externo em relação ao interno é o que se denomina de superelevação do trilho ou
superelevação da via.”
Brina, H. L. (1979) mediante alguns cálculos físicos chega à seguinte expressão
para o cálculo da superelevação da via:
h=
B.V²
127.R
Sendo: h – valor da superelevação em metros;
B – medida de bitola em metros;
R – raio da curva em metros;
V – velocidade em km/h.
Apesar de a equação estar completamente correta em termos físicos, Brina, H. L.
(1979) faz corretamente a seguinte observação sobre a expressão anteriormente
77
proposta para o cálculo da superelevação em função da velocidade de circulação que
se deseja impor em um determinado trecho:
“Atribuindo-se então à superelevação o valor dado pela expressão (1), tem-se
totalmente equilibrada a força centrífuga e a resultante R passado pelo centro da via.”
“Para cada valor de V e de R, ter-se-á certo valor para a superelevação.”
“Entretanto, uma curva de raio R pode ser percorrida por trens de velocidades
diferentes: trens rápidos, de passageiros e trens lentos, de carga.”
Ou seja, a equação preocupa-se em equilibrar o regime de forças atuantes no
veículo ferroviário para uma única e determinada velocidade. Dessa forma,
aumentando-se consideravelmente a velocidade para uma curva de raio pequeno temse uma superelevação que poderá simplesmente tombar um trem quando o mesmo for
parar dentro da determinada curva.
Por exemplo, se a velocidade de circulação em um trecho de bitola larga é de 70
km/h, numa curva de raio de 250 metros, deveria haver uma superelevação de
aproximadamente 0,24m ou 24 cm. Atualmente, tal nível de superelevação nas linhas
da M.R.S. Logística S.A., é considerada um defeito de geometria.
Desta forma, Brina, H. L. (1979) considera que tal expressão é apenas uma
referência que nos demonstra em qual situação irá se obter um conjunto de forças
completamente balanceado durante a inscrição de um veículo ferroviário em uma dada
curva.
Uma vez que o equilíbrio total das forças atuantes no veículo ferroviário quando em
movimento e inscrito numa curva não deve ser considerado para o cálculo da
superelevação, deve-se começar a discutir em que nível as forças não equilibradas
colocam em risco a circulação ferroviária. Se não existe o equilíbrio total das forças
atuantes, uma pequena parcela de tais forças ficará desbalanceada.
78
Brina, H. L. (1979) continuando seu estudo específico de superelevação, cita alguns
critérios empíricos comumente adotados para o cálculo do valor de superelevação para
determinadas velocidades de circulação; como por exemplo: considerar a velocidade
máxima de circulação para cálculo ¾ da velocidade máxima permitida, utilizar o método
da Bélgica que considera as diversas velocidades de circulação com a tonelagem bruta
dos trens e através de uma média é extraída a velocidade de cálculo da superelevação,
utilizar o critério dos Italianos que calcula a velocidade de cálculo da superelevação
levando em consideração a velocidade máxima de circulação bem como a menor
velocidade desenvolvida por um trem no mesmo percurso.
A fim de nivelar todos estes métodos anteriormente propostos, Brina, H. L. (1979)
propõe a seguinte forma de cálculo para superelevação, chamada de “Critérios
Racionais”:
“8.1.2 Critérios Racionais”
“Existem dois critérios para o cálculo da superelevação, que poderíamos chamar de
critérios racionais:”
“a) critério da segurança ou estabilidade do veículo na curva”
“b) critério do conforto.”
Como neste trabalho a delimitação do assunto compreende unicamente o trecho
operado pela M.R.S. Logística S.A., o critério do conforto trazido por Brina, H. L. (1979)
não será significativo, visto que a companhia não possui em sua área de atuação a
circulação de trens de passageiros.
O critério do conforto pode ser resumido da seguinte forma, conforme explicação do
autor Brina, H. L. (1979):
“8.1.2.2 Critério do Conforto”
79
“Por este critério, a superelevação prática é dada de modo que o valor da
aceleração centrífuga não equilibrada não cause desconforto aos passageiros.”
Conforme explicado anteriormente, a situação proposta por Brina, H. L. (1979), não
se enquadra no perfil de linhas da M.R.S. Logística S.A. devido a sua operação com
trens de carga.
Por outro lado o critério de segurança é fundamental para o tipo de operação da
M.R.S. Logística S.A. Novamente utilizando os conceitos de Brina, H. L. (1979):
“8.1.2.1 Critério da Segurança”
“Consiste em dar à superelevação para a velocidade máxima, um valor menor do
que teórico (ht), isto é:”
“hp < ht (hp = superelevação prática)”
“Desse modo, parte da força centrífuga não é equilibrada, mas a estabilidade é
garantida através de um coeficiente de segurança”.
Brina, H. L. (1979) cita uma informação de fundamental importância para os
trabalhos: o coeficiente de segurança. Este poderá ser o principal fator que limita a
velocidade de circulação.
Desenvolvendo todo um cálculo matemático em torno das forças atuantes no
veículo ferroviário no momento de sua inscrição em uma dada curva, Brina, H. L. (1979)
descreve a seguinte equação para o cálculo da superelevação prática:
hp =
B.V²
B
(B/2-d)
127.R
H.n
Acompanhada da seguinte explicação:
80
“O valor de H, altura do centro de gravidade em relação aos trilhos, deverá ser
pesquisado para os diversos tipos de veículos.”
“Para algumas locomotivas diesel-elétricas, esse valor é de 1,50m e para vagões
fechados, com o carregamento até o teto, o valor de H pode atingir 1,80m.”
“Para d – deslocamento do centro de gravidade, pode-se tomar aproximadamente
igual a 0,10m.”
“n = coeficiente de segurança, geralmente é tomado igual a 5.”
“Então, adotando-se a superelevação dada pela expressão acima, para a
velocidade máxima, tem-se a garantia de estabilidade na curva, através do coeficiente
de segurança n.”
“Por outro lado, vê-se que a superelevação teórica foi diminuída, de modo a não ser
excessiva para trens de carga.”
“Entretanto, como veremos posteriormente, os trens lentos, de carga, deverão ter
uma velocidade mínima Vmín para que também passem com segurança pela curva de
raio R sem correrem o risco de tombar para o lado de dentro da curva.”
Nota-se que as informações trazidas por Brina, H. L. (1979) são de fundamental
importância para o desenvolvimento deste trabalho. A expressão interliga a variável
velocidade de forma direta a outras variáveis presentes na via permanente, ou seja,
uma determinada condição destas variáveis da via irá gerar diretamente uma influência
na velocidade. Tais condições são tão críticas que podem caracterizar uma condição de
risco para a circulação a ponto de promover o tombamento de toda uma composição a
uma dada velocidade.
Analisando novamente a expressão de Brina, H. L. (1979), verifica-se que ela trata
das seguintes variáveis correlacionando-as: bitola da via, velocidade de circulação, raio
de curvatura, altura do centro de gravidade do veículo, coeficiente de segurança e
deslocamento do centro de gravidade.
81
Algumas das variáveis utilizadas por Brina, H. L. (1979) podem ser facilmente
medidas no campo, através de instrumentos simples ou através do veículo de inspeção
de via utilizado pela M.R.S. Logística S.A, o Track-star. Estas variáveis são:
ƒ
Bitola da via;
ƒ
Raio de curvatura;
ƒ
Superelevação local.
Outras variáveis podem ser facilmente pesquisadas e calculadas através de
informações existentes sobre o material rodante:
ƒ
Altura do centro de gravidade;
ƒ
Deslocamento do centro do gravidade (devido à compressão das
molas de suspensão do veículo ferroviário).
Desta forma, trabalhando a expressão descrita por Brina, H. L. (1979), tem-se:
B
B
(B/2-d) )
=V
√( hp + H.n
127.R
Como foi verificado, a equação foi modificada de forma a seu resultado gerar a
velocidade máxima de circulação no trecho em função das condições de geometria e
traçado da via. Esta informação é primordial não somente pelo resultado gerado, mas
também pela capacidade de se obter todos os dados desejados. Com o veículo de
inspeção de via e as informações pesquisadas do material rodante é possível de se
calcular a velocidade máxima permitida para a circulação em um dado trecho para um
dado coeficiente de segurança. Ou ainda baseado no veículo de inspeção de via, para
cada nova inspeção, pode-se obter uma nova velocidade de circulação em cada ponto
da via, de acordo com sua qualidade, sua geometria.
82
Porém, mesmo na expressão anterior, descrevendo-se vários fatores da via para
uma determinada velocidade, estar-se-á arbitrando um valor para o coeficiente de
segurança. Seria um tanto ideal, que tal valor não fosse arbitrado, mas sim calculado
através de condições inerentes a própria via. Prosseguindo o estudo desenvolvido por
Brina, H. L. (1979) para solucionar tal questão, é necessária a determinação de mais
um fator diretamente influenciado pela velocidade e as condições da via, a
Excentricidade da Resultante em Relação ao Centro da Via:
“8.1.3 Determinação da Excentricidade da Resultante em Relação ao Centro da
Via”
“As Normas Técnicas para as Estradas de Ferro Brasileiras, estabelecem que a
resultante das forças que atuam sobre os veículos deverá fica contida no terço médio
central da bitola, tanto para um trem mais rápido quanto para o trem parado sobre a
curva.”
“Assim sendo, vamos calcular o valor da excentricidade da resultante e
relacionar essa excentricidade, com o coeficiente de segurança n contra o
tombamento.”
Desenvolvendo expressões baseadas nos momentos de “reviramento” e de
“estabilidade” dos veículos; Brina, H. L. (1979) descreve a seguinte expressão para o
cálculo do coeficiente de segurança:
83
Figura 13 – Diagrama de forças atuantes
Fonte: Brina, H. L. (1979)
B
-d
2
n=
x-d
Ou seja, para uma dada bitola, um dado deslocamento permitido para o centro de
gravidade do veículo e o deslocamento máximo em relação ao centro da via, tem-se um
coeficiente de segurança local. Sendo assim, conforme a expressão anterior, torna-se
interessante utilizar dados obtidos pelos veículos de inspeção de via para extrair
coeficientes de segurança de locais específicos do trecho e utiliza-los como possíveis
referências de cálculos de velocidades locais. Os veículos de inspeção de via
fornecendo a bitola local, o deslocamento máximo do centro de gravidade do veículo
conseguido através de cálculos do mesmo e o deslocamento máximo em relação ao
centro da via poderão fornecer o coeficiente de segurança real em cada situação de via,
auxiliando em cálculos de velocidade nesta diretriz.
84
Caso seja interessante, Brina, H. L. (1979) complementa suas equações com a
expressão que gera o deslocamento em relação ao centro da via do centro de
gravidade em função não do coeficiente de segurança, mas sim através de outras
variáveis, como velocidade e superelevação:
x=H (
V²
hp
) +d
127.R
B
Ou ainda, pode-se descrever a superelevação em função da excentricidade da
resultante:
hp = ht - B
x-d
H
Consegue-se então identificar que Brina, H. L. (1979) traz uma série de informações
fundamentais, englobando vários aspectos da geometria da superestrutura da grade
ferroviária. Dando prosseguimento na análise dos seus estudos, chega uma informação
crucial, a velocidade limite das curvas. Tal informação é utilizada hoje pela M.R.S.
Logística S.A para determinação da velocidade máxima autorizada na maior parte dos
trechos do circulação. Trazendo o que Brina, H. L. (1979) propõe:
“8.2 VELOCIDADE LIMITE NAS CURVAS”
“A velocidade máxima com que um trem pode percorrer uma curva é função, como
vimos, do raio da curva e da superelevação dada à mesma. Essa velocidade denominase velocidade mínima.”
“Se nas expressões já deduzidas para a superelevação prática colocarmos o valor
de hmáx., a velocidade correspondente será a velocidade limite.”
“Mas, qual o valor de hmáx.?”
“Existem diversos critérios, todos empíricos. Nas ferrovias européias, esse valor
máximo varia de 15 a 18 cm (bitola 1,44 m).”
“Alguns autores indicam hmáx., 10% da bitola.”
85
“A norma brasileira diz que a superelevação em milímetro poderá abranger
excepcionalmente a 125 vezes a bitola da via expressa em metros. Isto daria um
máximo de 12,5 cm para a bitola de metro e 20,0 cm para a bitola de 1,60 m.”
“Estradas de ferro brasileiras, em geral, adotam:”
“hmáx. = 18 cm para a bitola de 1,60 m e”
“hmáx. = 10 cm para a bitola de 1,00 m.”
Desenvolvendo demonstrações matemáticas e físicas conforme realizado por Brina.
H. L. (1979), encontra-se as seguintes expressões para cálculo de hmáx.:
hmáx. =
B
B
(
-d )
H.n
2
hmáx. =
B
( xp
H
-d )
Trabalhando com expressões que envolvem o cálculo da velocidade conforme
demonstrado anteriormente e de forma análoga a análise de Brina, H. L. (1979), tem-se
o cálculo da velocidade atendendo a dois critérios também demonstrados anteriormente.
O critério da segurança e o critério do conforto:
- Critério da segurança:
Vmáx. = √ ( 127.(
hmáx.
B
B
-d
2
+
)).√R
H.n
- Critério do conforto:
Vmáx. = √ ( 127.(
hmáx. + ∆h
)).√R
B
Desenvolvendo o estudo baseado numa ferrovia de carga, conforme explicado
anteriormente, deve-se direcionar novamente o estudo no critério da segurança uma
vez que, para trens de carga, o critério de conforto torna-se ineficiente.
Fazendo substituições de valores na equação desenvolvida por Brina, H. L. (1979)
e de forma análoga ao seu estudo, pode-se considerar:
86
hmáx. = 0,18m
B = 1,67m
d = 0,10m
H = 2,00m
n=5
Portanto:
Vmáx. = 4,8.√R
Tal resultado em virtude da substituição de valores adotada já era esperado, uma
vez que a M.R.S. Logística S.A já utiliza um parâmetro para determinação da
velocidade similar ao calculado neste trabalho.
Desta forma, surge a primeira informação que correlaciona cálculos teóricos com a
prática atual de determinação de velocidade utilizada pela companhia. Tal dado é de
fundamental importância, pois determina que a M.R.S. Logística S.A utiliza a variável de
geometria e traçado como fator determinante de velocidade máxima autorizada nos
trechos por ela operados.
Porém, trabalhando desta forma, a companhia restringe velocidades operacionais
considerando apenas uma informação de via permanente, fixando valores que podem
ser alterados e que podem ser medidos, como: superelevação, centro de gravidade de
veículos ferroviários, bitola, etc. Sendo assim, é ideal que exista a integração das
informações coletadas do Track-star numa base de dados e que esta base de dados,
seja utilizada para cálculos de velocidade máxima autorizada, bastando apenas inserir
tais informações num cálculo conforme o desenvolvido por Brina, H. L. (1979) e
demonstrado neste trabalho.
Continuando o estudo da variável geometria e traçado seguindo como base as
informações trazidas por Brina. H. L. (1979), surge então a questão referente a
87
velocidade mínima dos trens de carga que trafegam na mesma via que dos trens de
passageiros. Tal fato é levado em consideração por Brina. H. L. (1979) visto que as vias
de circulação de trens de passageiros, utilizam parâmetros de superestrutura voltados
ao critério do conforto. O tratamento consiste na superelevação. A fim de balancear as
forças atuantes sobre os carros de passageiros, deve-se elevar a superelevação a um
nível superior ao que se deveria utilizar para um simples trem de carga. Para trens de
passageiros em trechos de baixas velocidades, os efeitos são mínimos, porém, em
trechos onde a velocidade pode ser maior, a superelevação deve ser aumentada de
melhor equilibrar as forças atuantes nos carros de passageiros. Desta forma surge o
seguinte problema: quando um trem de carga circular com velocidade bem inferior ao
trem de passageiro que circula no mesmo trecho, a superelevação que uma hora
equilibra as forças atuantes nos trens de passageiros torna-se o principal fator de
desequilíbrio nos vagões de carga. Assim, devido a superelevação agora excessiva
surge uma resultante de forças extremamente forte para o lado interno da curva,
podendo gerar inclusive o tombamento do veículo ferroviário para o lado de dentro da
curva.
Atualmente a M.R.S. Logística S.A não possui trechos de circulação que existam
trens de passageiros, porém tal informação torna-se enriquecedora visto que trens da
companhia circulam em trechos de outras operadoras que contemplam trens de
passageiros em sua malha. Desta forma a M.R.S. Logística S.A deve se atentar a
possíveis variações de velocidades de circulação nestas operadoras, discutindo sobre a
diferença imposta por esta condição da via a trens de carga ou de passageiros, uma
vez que é de responsabilidade da operadora do trecho a determinação da velocidade
de circulação.
Verificada a magnitude da importância desta variável ao desenvolvimento dos
estudos, torna-se um tanto viável, consultar o que outros autores além de Brina. H. L.
(1979) trazem sobre a geometria da via em traçado.
88
Consultando novamente Castello Branco, J. E. (2002), o mesmo reporta-se
inicialmente a seguinte norma traduzida da FRA:
“SUBPARTE C – GEOMETRIA DA VIA”
“213.51 Escopo”
“Esta subparte prescreve os requisitos mínimos de bitola, alinhamento, e
nivelamento da via, e ainda da superelevação de trilhos externos e as limitações da
velocidade em curvas.”
As informações da FRA trazidas por Castello Branco, J. E. (2002) têm um enfoque
mais abrangente que o estudo de Brina. H. L. (1979). São incluídos outros pontos que
devem ser considerados, como bitola, alinhamento e nivelamento da linha. Sendo assim,
torna-se interessante analisar cada um dos tópicos propostos pela norma da FRA:
“213.53 Bitola”
“(a) A bitola é medida entre as fases internas do trilho, num plano situado a 1,59 cm
(5/8’’) do topo do boleto.”
“(b) A bitola deverá estar compreendida entre os limites mostrados na tabela a
seguir4:”
Classe de via Valor mínimo (mm) Valor máximo (mm)
Via Excepcional
n.a.
1.460
Classe 1
1.403
1.454
Classe 2 e 3
1.403
1.448
Classe 4 e 5
1.403
1.441
Tabela 22 – Limites de bitola (FRA)
Fonte: Federal Railroad Administration (FRA)
89
“4 Segundo a norma IVR-1 da RFFSA, as tolerâncias de bitola compreendem: i)
limites máximo e mínimo absolutos, que são de 1.620mm e 1.595mm na bitola larga, e
de 1.020mm e 995 mm na bitola métrica; ii) variação máxima de um dormente para
outro, que oscila entre 1 mm e 3 mm, conforme o grupo de linha, a bitola e a velocidade;
e iii) faixa de bitola, isto é, as variações de bitolas dos diversos pontos em torno da
moda da linha - valor mais comum, ao longo de um trecho determinado, em geral de
20m a 30m, cujos valores oscilam de 3 mm a 20 mm, conforme o grupo de linha, a
bitola e a velocidade. (N.T.)”
O estudo referente a correlação da variação de bitola com a velocidade não foi
tratado por Brina. H. L. (1979), portanto, esta presente norma da FRA, vem a completar
a informação de geometria trazida inicialmente.
Continuando o estudo da SUBPARTE C da FRA, tem-se:
“213.55 Alinhamento”
“O alinhamento da via deve seguir as prescrições da tabela a seguir:”
90
Classe de
via
Classe 1
Classe 2
Classe 3
Classe 4
Classe 5
Via em tangente
Via em curva
Desvio máximo no
Desvio máximo no
Desvio máximo no
ponto médio de uma ponto médio de uma
ponto médio de uma
corda** de
corda** de 9,3 m
linha* de 18,6 m (cm)
18,6 m (cm)
(cm)
12,7
n.a.***
12,7
7,6
n.a.***
7,6
4,4
3,2
4,4
3,8
2,5
3,8
1,9
1,3
1,6
* Os bordos da linha devem estar na linha da bitola (1,59cm abaixo do topo do boleto).
Qualquer trilho pode ser usado como referência, desde que seja sempre o mesmo ao longo da
tangente.
** Os bordos da corda devem estar situados na linha da bitola do trilho externo.
*** Não aplicável.
Tabela 23 – Limites de alinhamento (FRA)
Fonte: Federal Railroad Administration (FRA)
Novamente, Castello Branco, J. E. (2002) traz uma informação não contemplada
por Brina, H. L. (1979) em seu estudo sobre velocidade de acordo com a geometria da
via. O alinhamento é tratado por Brina, H. L. (1979) em um estudo separado, no qual
ele trata o tamanho ideal das curvas de transição para uma dada velocidade seguindo o
critério do conforto.
Castello Branco, J. E. (2002) através desta norma da FRA, interliga níveis de
alinhamento com cada classe de linha existente; ou seja, a norma da FRA faz uma
relação direta entre velocidade e alinhamento da via, o que com toda certeza é um fator
preponderante em cálculos de velocidade máximas autorizadas em trechos.
Continuando o desenvolvimento da norma da FRA:
“213.57 Curvas, superelevação e limites de velocidade”
91
“(a) A máxima superelevação numa curva é de 20 cm nas vias de classe 1 e 2, e de
18 cm nas classes 3 a 5. Excetuado o disposto em 213.63, o trilho externo de uma
curva não deve estar mais baixo que o trilho interno.”
“(b)(1) A máxima velocidade em curvas é determinada pela seguinte fórmula:”
V max = √((Ea+3)/0,0007D)
“onde:”
“Vmax = máxima velocidade operacional6 (milhas/h).”
“Ea = superelevação do trilho, em polegadas; sendo a superelevação para um
segmento de curva de comprimento de 46,5m, obtido pela média de 10 superelevações
em pontos espaçados de 4,65m. Se a curva tiver comprimento inferior a 46,5m, a média
deverá ser obtida através do maior número possível de pontos.”
“D = Grau da curva5, sendo este determinado pela média dos graus de curva, de
maneira análoga à da superelevação.”
“5 O grau da curva corresponde ao ângulo subtendido por uma corda de 100 pés (30,5 m) numa curva
circular. A relação entre o grau da curva e o raio da curva é dada por:”
D = 360 x 30,5 / (2ΠR) = 1146R
“onde:”
“D = grau da curva [graus]; e”
“R = raio da curva [m].(N.T.)”
“(c)(1) Para o material rodante que atenda aos requisitos do subitem (d), deste item,
a máxima velocidade operacional6 é dada por:”
V max = √((Ea+4)/0,0007D)
“onde:”
“Vmax e Ea = já definidos anteriormente.”
92
“D = Grau de curvatura (graus).”
No subitem (d) descrito na norma da FRA anteriormente citada, são descritos vários
requisitos de ordem mecânica que podem restringir a circulação de um determinado
veículo ferroviário na via. Assim, como trata-se de uma variável mecânica, tais
requisitos serão demonstrados quando forem tratados os parâmetros pertinentes aos
veículos ferroviários.
Nota-se claramente que a norma da FRA que trata de velocidades limites nas
curvas é similar aos estudos de Brina. H. L. (1979) no que diz respeito aos fatores que
são considerados para cálculos de velocidades limites nestas regiões. Portanto,
parâmetros como raio de curvatura, superelevação e velocidade estão comportando-se
como pontos de maior relevância em consideração as variáveis anteriormente
apresentadas.
A FRA aprofunda ainda mais seus critérios quanto a superelevação da via,
conforme demonstrado por Castello Branco, J. E. (2002):
“213.59 Superelevação de via em curva; gradiente de superelevação”
“(a) Se uma curva é superelevada, a superelevação máxima deverá se dar ao longo
de toda curva, a menos que as condições físicas não permitam. Se existir um gradiente
de superelevação na curva, a menor superelevação deverá ser computada no cálculo
da velocidade máxima.”
“(b) O gradiente de superelevação deverá ser uniforme, dentro dos limites do
nivelamento do item 213.63, e deve se estender ao longo de todo o comprimento das
espirais de transição. Se as condições físicas não permitem acomodar o gradiente de
superelevação, este deverá avançar no trecho em tangente.”
Ou seja, a norma da FRA trata da pior condição da curva no cálculo da velocidade
máxima permitida para circulação na mesma. Esta pior condição é o menor valor de
93
superelevação dentro da curva; neste ponto, conforme descrito anteriormente, as forças
atuantes no veículo ferroviário não são totalmente equilibradas, podendo então existir o
risco de “reviramento” do veículo. A forma de garantir a estabilidade do veículo na curva
é adequar a velocidade de forma que as forças atuantes estejam dentro de níveis
aceitáveis. Desta forma, a velocidade limite para os trens que circulam numa dada
curva é em função da menor superelevação da mesma, conforme descrito na norma da
FRA.
Outro ponto a ser discutido sobre a presente norma da FRA é o gradiente de
superelevação. Sabe-se que este gradiente deve permanecer dentro de limites
aceitáveis, de forma a garantir boa estabilidade dos veículos ferroviários durante a
inscrição em uma dada curva. Tais limites são descritos na norma 213.63 que será
demonstrada a seguir.
Em virtude desta limitação do gradiente de superelevação, surge uma situação
muito comum nas ferrovias atuais: as curvas de transição ou espirais não têm
comprimento suficiente para comportar um gradiente de superelevação num nível
aceitável. Desta forma, surgem duas possibilidades de se trabalhar tal problema: a
primeira hipótese é fazer com que o gradiente de superelevação seja superior aos
limites estabelecidos pela norma. Esta condição impõe um alto risco na segurança uma
vez que os veículos ferroviários que transitarem sobre tal condição, irão sofrer um forte
impacto em suas estruturas dependendo da velocidade; gerando um conjunto de forças
muito fortes, podendo gerar a instabilidade do veículo sobre a via e, num caso extremo,
um descarrilamento devido ao salto das rodas sobre a via.
94
Figura 14 – Desbalanceamento da relação L/V.
Fonte: Paulo Maurício, Amsted-Maxion.
A segunda hipótese para se trabalhar com o gradiente de superelevação é o
método mais utilizado por praticamente todas as ferrovias: manter o gradiente de
superelevação em níveis de segurança, porém iniciando-se o aumento da
superelevação no trilho antes da curva de transição, ou seja, na tangente. Desta forma,
o início da superelevação, que deveria ser realizado juntamente com o início da curva
de transição, começa agora num ponto da tangente. Esta, mesmo não sendo a
condição ideal, garante um processo de acréscimo de superelevação suave, garantindo
a estabilidade do veículo ferroviário nas mais variadas velocidades.
Complementando o estudo da norma da FRA:
“213.63 Nivelamento da via”
“Os limites do nivelamento são os seguintes:”
95
Requisitos7,8
Via em tangente
Classe Classe Classe Classe Classe
1 (cm) 2 (cm) 3 (cm) 4 (cm) 5 (cm)
Elevação máxima produzida por gradiente
de superelevação ao final de um
comprimento de trilho de 9,3 m
8,9
7,6
5,1
3,8
2,5
Desvio máximo no nivelamento
longitudinal em qualquer dos trilhos, no
ponto médio de uma corda de 18,6 m
7,6
7,0
5,7
5,1
3,2
Desvio máximo, para um referencial de
nivelamento transversal zero, para
qualquer ponto em tangente
7,6
5,1
3,9
3,2
2,5
Desvio máximo no nivelamento
transversal entre dois pontos quaisquer
espaçados de menos de 18,6 m*
Variação máxima no nivelamento
transversal, por 9,3 m de comprimento,
em espiras de transição
7,6
5,7
5,1
3,9
3,8
7,6
3,9
3,2
2,5
1,9
* Excetuado o dispostos em 213.57, onde a superelevação da curva for igual ou superior a 15,2 cm, a
diferença no nivelamento transversal ao longo de 18,6 m não deverá exceder a 3,8 cm. Para controlar o
movimento harmônico nas vias de classes 2 a 5, com juntas alternadas, as diferenças no nivelamento
transversal não devem exceder a 3,2 cm em todos os seis pares de juntas consecutivas. Considera-se
que uma via possui juntas alternadas quando estas estão espaçadas de mais de 3 m entre si.
Tabela 24 – Limites de nivelamento (FRA)
Fonte: Federal Railroad Administration (FRA)
“ 7Segundo a norma EVR-20 da RFFSA, a variação do nivelamento transverso ou
empeno é dada pela fórmula G= 301/V, onde: G é a variação do empeno, em mm/m; e
V é a velocidade, em km/h. (N.T.)”
“
8
As ferrovias brasileiras em geral adotam como superelevação máxima o valor de
10% da bitola (N.T.)”
De acordo com o raciocínio lógico, os limites de nivelamento tendem a ser mais
rígidos a medida que se aumenta a classe da ferrovia, ou seja, quando se aumenta a
velocidade de circulação.
96
Tais limites podem ser considerados como fatores limitantes de velocidade em
termos de nivelamento da via.
Branco, J. E. (2002) traz logo após a norma da FRA as seguintes observações
transcritas anteriormente. Ambas referem-se a critérios adotados pela antiga RFFSA no
que tange a nivelamentos na via. Como a MRS Logística S.A. opera num trecho que
seguia rigorosamente as normas estabelecidas pela RFFSA, torna-se válida uma
pesquisa para se identificar quais pontos eram considerados cruciais em termos de
nivelamento da via e que podem auxiliar em algumas conclusões.
Batist, M. (2002) traz normas adotadas pela antiga RFFSA no que diz respeito a
velocidades em curvas e superelevações:
“6. VELOCIDADES LIMITES (RFFSA, 79a)”
“Para uma superelevação máxima de 10% da bitola, as velocidades máximas nos
trechos em curva deverão ser as seguintes:”
ƒ
“bitola larga – trens de passageiro:”
v = 4,535√r
ƒ
“bitola larga – trens de carga:”
v = 4,316√r
ƒ
“bitola estreita – trens de passageiro:”
v = 4,369√r
ƒ
“bitola estreita – trens de carga:”
v = 4,186√r
Onde:
v: velocidade máxima [km/h];
r: raio da curva [m].
97
Claramente a norma da RFFSA tem fundamentos teóricos muito bem interessantes.
Ao se comparar as expressões para as velocidades de cada tipo de trem com a
expressão simplificada de Brina. H. L. (1979), tem-se:
ƒ
Brina. H. L. (1979): Vmáx. = 4,8.√R
ƒ
RFFSA (trens de carga): v = 4,316√r
A pequena variação existente no fator, provavelmente é oriunda de um
coeficiente de segurança mais elevado adotado pela RFFSA.
Salvo esta pequena diferença, verifica-se que os conceitos utilizados na teoria,
inicialmente descritos por Brina. H. L. (1979), são utilizados em normas práticas de
circulação. Mediante tal confirmação, torna-se válido utilizar tais informações para
elaborar um método direto de cálculo de velocidade máxima autorizada devido a
variável curvatura da via, ou traçado da via.
Continuando a análise das normas expostas da RFFSA:
“7. SUPERELEVAÇÃO (RFFSA, 76d)”
“A superelevação teórica para via (Fig. 3) será dada por:”
ƒ
“bitola larga – absoluto predomínio de trens cargueiros:”
S = 13,1.V²/r
ƒ
“bitola larga – absoluto predomínio de trens de passageiros:”
S = 8,75.V²/r
ƒ
(6)
“bitola estreita – absoluto predomínio de trens cargueiros:”
S = 8,35.V²/r
ƒ
(5)
(7)
“bitola estreita – absoluto predomínio de trens de passageiros:”
S = 5,57.V²/r
98
(8)
Onde
S: superelevação [mm];:
v: velocidade máxima [km/h];
r: raio da curva [m].
“Nos casos intermediários, em que ambos os tipos de fluxo (carga e passageiro)
tenham significação, deve prevalecer uma superelevação prática de acordo coma
relação de importância de cada um. Esta superelevação prática variará com um
coeficiente redutor entre 0,5 e 0,6 resultando como limites para diferentes bitolas os
seguintes valores:”
7,9.V²/r ≥ S ≥ 6,5.V²/r
(9)
“Na equação (9), os termos têm o mesmo significado dos constantes das equações
(5) a (8).”
“O limite de superelevação será de 160mm para a bitola larga e de 100mm para a
bitola métrica. Admitir-se-á excepcionalmente uma superelevação de até 180mm para a
bitola larga e 120mm para a bitola métrica, quando se tratar de obter uma velocidade
máxima e efetiva uniforme numa extensão superior a 2000m, que esta sendo limitada
pela curva em estudo.”
“Nas curvas de transição, em que o raio é variável, a superelevação deverá variar
de zero a S por valores os menores possíveis. Sendo v a velocidade referida nos itens
anteriores, essa variação não poderá exceder os seguintes valores:”
ƒ
“1mm/m e excepcionalmente 1,5mm/m quando v > 100km/h;”
ƒ
“1mm/m e excepcionalmente 2mm/m quando 100 ≥ v > 80km/h;”
ƒ
“2mm/m e excepcionalmente 3mm/m quando 80 ≥ v > 60km/h;”
ƒ
“3mm/m e excepcionalmente 4mm/m quando 60 ≥ v > 40km/h;”
ƒ
“4mm/m quando v ≤ 40km/h;”
“Quando as condições de traçado não permitirem a introdução da curva de
concordância na extensão necessária, a transição da superelevação se estenderá no
trecho em tangente. Nesse caso, a velocidade deve ser inferior a 60km/h.”
99
“Nos desvios não será dada superelevação, exceto em desvio próximo a linha de
movimento, situado na parte interna da curva, caso em que deve ser dada a
superelevação mínima necessária para atender a exigência de gabarito.”
“Os aparelhos de via em linha corrida não devem ser colocados em curva. Quando,
por condições especiais, esta regra não possa ser obedecida, a variação da
superelevação sobre o comprimento da agulha não deve ultrapassar de 0,5 ou 0,6
mm/m.”
“Nas linhas em reparação não se poderá admitir, mesmo para a velocidade
reduzida especial, variação da superelevação superior a 0,6mm/m.”
A norma da RFFSA citada por Batist, M. (2002) complementa uma série de
informações que atendem a condições específicas da malha da M.R.S. Logística S.A..
As superelevações praticadas, os gradientes de superelevação, as condições de
existência de superelevações em tangentes, entre outros tópicos abordados são muito
conhecidos nesta ferrovia.
Fazendo um comparativo entre as normas e os estudos apresentados, pode-se
confirmar que as fórmulas simplificadas para cálculo de velocidade em função da
superelevação e vice-versa, são basicamente oriundas dos conceitos clássicos
apresentados por Brina. H. L. (1979). Desta forma, ao se utilizar algumas destas
equações simplificadas para o cálculo da velocidade máxima permitida para uma
composição numa dada curva, estarão sendo utilizando conceitos físicos com
parâmetros como centro de gravidade, bitola e outros, já fixados e simplificados.
Porém, de forma a se obter dados mais precisos e com a utilização da tecnologia
disponível, torna-se completamente aceitável a entrada de dados como bitola e
superelevação, não mais fixados por equações, mas sim por dados coletados
diretamente no campo com recursos de veículos de linha como Track-star. Desta forma,
irá se obter um perfil de velocidade para cada ponto da via considerando uma gama
maior de variáveis.
100
As normas apresentadas como da FRA e RFFSA poderão definir uma referência a
este novo modelo de cálculo e indicar se o método utilizado é válido para uma possível
aplicação prática, informando resultados errôneos ou absurdos.
2.3.10. GEOMETRIA DA LINHA - NÍVEL
A geometria da via em nível trata exclusivamente do perfil vertical da linha, entre
rampas e paralelos. Apesar de se estar trabalhando com uma variável oriunda da via
permanente, os efeitos desta sobre a velocidade máxima de circulação referem-se
atualmente muito mais a requisitos do material rodante do que a condições da via neste
quesito.
Apenas a título de uma breve introdução, teoricamente, a velocidade máxima
permitida para uma composição ferroviária circulando sobre uma rampa ascendente ou
num paralelo seria a máxima possível, sendo limitada somente pelo traçado da via, o
que recai na variável apresentada anteriormente. Caso contrário, numa rampa
descendente, a velocidade máxima de circulação para uma composição ferroviárias
nestas condições, seria a capacidade de frenagem do trem, uma vez que tal velocidade
limite deve permitir com que a composição ferroviária pare seu movimento a qualquer
momento.
Sendo assim, fica evidente que o perfil da via em nível torna-se um fator limitante
de velocidade na condição de descida de rampas. Porém, esta variável é imutável em
termos de via permanente uma vez que na área de atuação dos estudos, a via
permanente já foi construída, não sendo possível um novo arranjo.
Identifica-se então uma condição que relaciona a velocidade máxima de
circulação do trecho com uma condição plenamente mecânica. Desta forma, tais
condições serão abordadas quando forem definidos os parâmetros no material rodante.
101
Mesmo sabendo que o perfil em nível da via acarreta no desenvolvimento de um
parâmetro mecânico, torna-se extremamente válido a pesquisa de informações que
possam interligar tais dados não só ao material rodante, mas também a própria via já
construída.
Brina, H. L. (1979) desenvolve uma condição não discutida anteriormente a
respeito do perfil vertical da via:
“Se a linha foi projetada com a concordância dos greides, estes serão colocados
obedecendo a essa concordância, de acordo com o projeto.”
“9.2 OBJETIVO DA CONCORDÂNCIA VERTICAL”
“Adota-se a concordância vertical por meio de uma curva (curva de concordância
vertical) a fim de suavizar a passagem de um greide reto para outro. Se a passagem de
um greide para outro fosse feita diretamente, acarretaria um movimento anormal nos
veículos; nos greides côncavos, haveria choques e compressões nos mesmos e a
desigual distribuição de cargas nos eixos, já que nos vários eixos, os intermediários
seriam descarregados; nos greides convexos produzir-se-iam tensões anormais aos
engates e modificações nos distribuições de cargas pelos eixos dos veículos.”
Ou seja, os pontos críticos do traçado da via permanente em nível são os locais
onde existem mudanças de greides: rampas para paralelos ou paralelos para rampas.
Nestes pontos, o tipo de concordância entre as situações deve acontecer de forma mais
tênue possível, de forma a não gerar distúrbios no balanceamento das forças atuantes
nos veículos ferroviários.
Brina, H. L. (1979) não relaciona em momento algum do seu estudo a
concordância vertical com parâmetros de velocidade de circulação, porém no
102
desenvolvimento do seu estudo são explanados alguns tópicos que podem auxiliar no
desenvolvimento e quantificação desta variável.
“APLICAÇÃO
DAS
FÓRMULAS
AO
CÁLCULO
DA
CONCORDÂNCIA
VERTICAL”
“Como a projeção da corda da parábola pouco difere do comprimento da mesma,
por serem as declividades pequenas, é usual tomar-se a projeção horizontal da corda L
pelo comprimento da curva. Fica-se assim, em posição vantajosa porque a curva é
maior do que L.”
“Fixa-se a taxa de variação de declividade por estaca; que como vimos, na
parábola, é constante.”
“Chamando µ a citada e “a” a distância entre estacas, sendo i = i1-i2, a variação
total da declividade, teremos a proporcionalidade.”
Brina. H. L. (1979) descreve alguns conceitos importantes da concordância
vertical e taxas que asseguram que a conformação da via em nível irá garantir padrões
de estabilidade.
Pode-se sintetizar o estudo de Brina. H. L. (1979) através da seguinte figura:
Figura 15 – Exemplo de diagrama de concordância vertical
Fonte: Brina, H. L. (1979)
103
“Os valores de µ são fixados experimentalmente e as taxas para curvas côncavas
são menores do que para curvas convexas, devido ao inconveniente da força centrífuga
vertical.”
“Para traçados importantes, com trens velozes e grandes comboios, deve-se dar
para L valores maiores possíveis.”
“A AREA estabelece os seguintes valores máximos, para a taxa de variação de
declividade:”
Conforme verificado na síntese proposta dos trabalhos de Brina. H. L. (1979) a
forma que esta variável assume para restringir velocidade esta intimamente ligada à
construção da própria ferrovia. Traçados mais recentes, como da Ferrovia do Aço,
obedecem a critérios de declividade muito favoráveis, não oferecendo praticamente
nenhum risco à circulação em detrimento a estas condições.
Portanto, esta variável terá muito maior valor, quando considerada um fator
limitante mecânico, uma vez que a capacidade de frenagem e o esforço trator do trem
são os principais fatores preponderantes à velocidades em rampas e paralelos no
trecho.
2.3.11. PADRÕES DE TOLERÂNCIA DA MANUTENÇÃO – CONSERVAÇÃO DA VIA
Utilizando novamente os conceitos de Brina. H. L. (1979), encontra-se a seguinte
informação básica quanto a conservação da via:
“11.1 OBJETIVO DA CONSERVAÇÃO”
“O objetivo da conservação da via é manter o seu traçado em planta e perfil, sem
defeitos que prejudiquem o tráfego, mantendo-se uma plataforma estável e bem
104
drenada, um lastro limpo, um alinhamento e nivelamento perfeitos, com curvas bem
puxadas e com a superelevação correta.”
“Em resumo, o objetivo da conservação da via é:”
“a) manter a linha em boas condições técnicas;”
“b) manter constante vigilância contra acidentes fortuitos.”
Brina. H. L. (1979) também classifica os tipos de conservação da via da seguinte
forma:
“11.4 TIPOS DE CONSERVAÇÃO EM FUNÇÃO DA QUANTIDADE DE SERVIÇOS.
CONSERVAÇÃO E REMODELAÇÃO DA VIA”
“Dependendo do estado de deterioração da via permanente e, por conseguinte, do
volume dos serviços a realizar, teremos dois tipos de conservação:”
“a) conservação propriamente dita e”
“b) remodelação da via.”
Logicamente, os serviços de conservação propriamente ditos, consistem em
serviços eventuais que tendem a trabalhar em pontos onde a via começa a sair dos
padrões exigidos pela companhia. Por exemplo: uma limpeza de lastro numa
determinada região, um nivelamento de um AMV e demais serviços rotineiros.
Já a remodelação da via trabalha com o seguinte conceito, conforme trazido por
Brina. H. L. (1979):
“11.4.2 Remodelação da Via”
“Conforme o desgaste atingido pelos materiais da via permanente ou o aumento do
tráfego de trens, não só quanto ao volume de transporte, mas também quanto ao peso
por eixo dos vagões e locomotivas, cuja tendência tem sido aumentá-los cada vez mais,
105
poderá ser necessária uma renovação mais completa dos materiais da superestrutura
da ferrovia, com a substituição total dos trilhos por outros de maior peso, troca em maior
quantidade dos dormentes e ainda a substituição total ou parcial do lastro. Trata-se,
pois, de uma conservação extraordinária, que comumente é denominada remodelação
da via.”
Apesar da excelente conceituação, Brina. H. L. (1979) não cita em momento algum
do seu estudo a interferência da qualidade da manutenção na velocidade de circulação
permitida para o tráfego.
Atualmente cada ferrovia procura elaborar seu próprio plano de manutenção
seguindo diretrizes de custos envolvidos, bem como características construtivas da
própria via permanente. Tal informação também é trazida por Rodrigues, C. A. (2002):
“No início da atividade ferroviária, o planejamento das atividades de manutenção da
via permanente tinha por base as inspeções e prospecções realizadas a pé, de auto-delinha ou em trem de carreira, pelos engenheiros responsáveis por sua execução. Esse
procedimento, até hoje muito importante na definição das atividades de manutenção,
traz consigo um alto grau de subjetividade, pois depende única e exclusivamente da
vivência adquirida por cada técnico ao longo dos anos de trabalho.”
“Com o advento dos carros de medição de parâmetros de via, a subjetividade deu a
vez à racionalidade através das medições periodicamente executadas. Inicialmente,
essas informações registradas em gráficos impressos exigiam conhecimento específico
para leitura, o que, de certa forma, dificultava seu emprego imediato pelas equipes de
campo.”
(...)
“Um sistema útil de medição da geometria da linha deve permitir uma rápida e
também precisa avaliação de suas condições. Assim, tornou-se necessária a
determinação de um Índice de Qualidade da Via que possibilitasse, com relativa
facilidade, planejar as atividades de manutenção, controlar a degradação da via e a
eficiência dos vários tipos de manutenção.”
106
“Por esse motivo, cada empresa ferroviária procurou, a seu modo, desenvolver um
método para calcular um índice que, de maneira simples e objetiva, permitisse avaliar a
qualidade de suas vias através da geometria da superestrutura. Esses índices
quantificam o estado de degradação da superestrutura da via permanente e são
calculados a partir da medição dos parâmetros de Mauzin e/ou acelerações percebidas
pelo veículo durante seu deslocamento. De modo geral, quanto maior seu valor, maior
será o nível de degradação da superestrutura da via permanente.”
Rodrigues, C. A. (2002) cita exatamente o método utilizado pela M.R.S. Logística
S.A.. Através das inspeções do Track-star, as manutenções de via planejam quais as
intervenções deverão ser realizadas na via permanente. Porém a M.R.S. Logística S.A.
não possui oficialmente um índice de qualidade de via ou qualquer outro indicador que
demonstre tal informação.
Continuando com o texto de Rodrigues, C. A. (2002), verifica-se que várias
companhias ferroviárias trabalham baseadas num índice de qualidade de via, dentre
elas:
ƒ
Baltimore & Ohio – B&O;
ƒ
Japanese National Railway – JNR;
ƒ
Antiga Ferrovias Paulistas S.A. – FEPASA;
ƒ
Antiga Rede Ferroviária Federal S.A. – RFFSA;
ƒ
Plasser & Theurer;
ƒ
Tokaido Shinkansen
ƒ
CSX Transportation – CSXT
Apesar da grande variedade de métodos trazida por Rodrigues, C. A. (2002),
torna-se extremamente interessante analisar o método utilizado pela antiga RFFSA. Isto
porque, conforme explicado anteriormente, a M.R.S. Logística S.A. opera em toda sua
extensão num trecho pertencente a RFFSA de grande volume de transporte. Portanto,
107
o método utilizado como índice da qualidade via utilizado pela RFFSA foi baseado no
traçado de via em que se está trabalhando agora.
Conforme descrito por Rodrigues, C. A. (2002), tem-se:
“6. MÉTODO DA RFFSA”
(...)
“Essa metodologia consistia em utilizar o método proposto pela B&O,
substituindo o número de vezes que cada parâmetro registrado ultrapassasse a
tolerância fixada, pela ultrapassada. Com este índice por quilômetro de via executavase: a priorização dos trechos a serem atendidos; a análise comparativa entre os
diversos trechos e seus quilômetros de via; e a análise evolutiva pela comparação de
passagens sucessivas.”
“Numa primeira evolução deste modelo, o Fator de Conserva FC foi substituído
pelo logaritmo de T/100, onde T representava a tonelagem transportada /dia
envolvendo o tráfego de carga e passageiros. Deixa de considerar o parâmetro bitola
no cálculo do índice e elimina-se o fator de ponderação ki (peso correspondente ao
defeito) dos demais parâmetros resultando na expressão 4, que estabelece o valor do
Índice de Prioridade IP (Pataro, 1984). Convenciona-se denominar este modelo de
RFFSA-I; expresso por:”
IP = 100. ( E-1.Log(T/100).(Al+Tor+Niv))
(4)
“Onde:”
“IP: índice de prioridade;”
“E: extensão real do trecho;”
“T: tonelagem /dia transportada;”
“Al: extensão total em metros, em que a tolerância do parâmetro alinhamento é
ultrapassada dentro do quilômetro considerado;”
108
“Tor: extensão total em metros, em que a tolerância do parâmetro torção é
ultrapassada dentro do quilômetro considerado;”
“Niv: extensão total em metros, em que a tolerância do parâmetro nivelamento é
ultrapassada dentro do quilômetro considerado.”
“Numa segunda fase, o Índice de Prioridade IP foi substituído pelo valor do Índice
de Defeito ID (Duba, 1987), calculado para cada seção de aproximadamente 200
metros de linha, através da equação a seguir apresentada. Convenciona-se denominar
este modelo de RFFSA-II, expresso por:”
ID = K.(Niv + Al)/E
(5)
“Onde:”
“K: valor arbitrado de modo a gerar valores relativos fáceis de serem comparados
numericamente;”
“Niv, Al e E: parâmetros já definidos anteriormente.”
(...)
A norma citada da RFFSA gera um resultado que pode ser muito bem utilizado no
desenvolvimento de um procedimento para determinação da velocidade máxima em um
trecho de circulação.
Atualmente a M.R.S. Logística S.A. classifica cada trecho de via seguindo a norma
da FRA, e para cada condição de trecho são atribuídos (segundo a norma) valores de
tolerância para cada ocorrência de defeito na via. Porém, o resultado das inspeções
são tratados apenas pela manutenção a título de localizar os pontos necessários a
intervenção.
Utilizando a equação proposta pela antiga norma da RFFSA, a equação RFFSA-I
(que possui uma gama maior de variáveis que podem ser facilmente coletadas pelo
109
Track-star), pode-se quantificar a qualidade da via permanente e dessa forma relacionar
tal indicador a velocidade máxima de circulação de cada trecho.
Mesmo que cada variável tenha sido tratada anteriormente de forma individual,
pode-se utilizar a mesma expressão como uma informação adicional, informando que a
via não possui condições de aumento de velocidade em virtude de uma dada variável
que reduz o índice de qualidade da via até um determinado valor.
2.3.12. GABARITOS DE OBRAS DE ARTE – TÚNEIS E PONTES
Segundo a pesquisa desenvolvida e a bibliografia consultada, não existem
restrições de velocidade por parte das obras de arte. As únicas restrições provenientes
deste parâmetro são quanto a gabaritos para transporte de cargas no caso de túneis e
peso por eixo para pontes e viadutos.
110
3. DEFINIÇÃO DAS VARIÁVEIS DO MATERIAL RODANTE QUE INFLUENCIAM NO
CÁLCULO DA V.M.A.
3.1. MATERIAL RODANTE
Conforme descrito na introdução deste trabalho, a determinação da velocidade
máxima que um veículo ferroviário pode desenvolver durante seu trajeto depende
basicamente da via permanente, bem como de características próprias do veículo em
questão.
Como verificado anteriormente, foram abordados uma série de parâmetros
originários da via permanente e desta forma, chega o momento de se analisar as
características limitantes de velocidade dos veículos ferroviários.
Os veículos ferroviários, ou material rodante, podem ser classificados conforme
uma apresentação de Xavier H. R. para o curso de Especialização em Engenharia
Ferroviária do Instituto Militar de Engenharia e a M.R.S. Logística S.A.:
ƒ
Material rodante de tração: locomotivas e automotrizes;
Figuras 16 e 17 – Locomotiva Diesel-Elétrica e Automotriz Budd.
Fonte: Hostílio R. Xavier.
111
ƒ
Material rodante rebocado: carros e vagões;
Figura 18 – Carro de passageiros.
Fonte: Hostílio R. Xavier.
Figura 19 – Vagão de carga.
Fonte: Hostílio R. Xavier
112
ƒ
Trens unidades.
Figuras 20 e 21 – Trens unidade.
Fonte: Hostílio R. Xavier.
Complementando a informação trazida por Xavier H. R., pode-se incluir um tipo de
veículo ferroviário muito comum nas companhias ferroviárias:
ƒ
Material rodante de manutenção: Trolleys, autos de linha, caminhões de linha,
socadoras, reguladoras, desguanercedoras, etc.
Figura 22 – Socadora Passer & Theurer.
Fonte: Leonardo Soares.
113
Estes vários tipos de veículos que trafegam na via permanente possuem
características similares de cada modelo. Desta forma, a iteração veículo-via tornase diferente mesmo tratando-se da mesma via de circulação. Esta diferença entre os
veículos nos produz um balanceamento de forças logicamente diferentes e desta
forma torna-se fundamental estudar cada variável que influencia nesta iteração de
modo que se possa analisá-la e melhorar seu desempenho.
3.2. VARIÁVEIS DO MATERIAL RODANTE
Dentre as variáveis citadas no início dos trabalhos, pode-se considerar como
inerentes ao material rodante:
™ Diversidade de veículos que circulam pela via;
™ Tipo de carga:
•
Cargas perigosas;
™ Tipo de tração.
™ Comprimento dos trens:
•
Tipo de formação da composição.
Desta forma, analisando cada item proposto.
3.2.1 DIVERSIDADE DE VEÍCULOS
114
A diversidade de veículos que circulam pela via é de fundamental importância. O
modelo estrutural de vagões e locomotivas em termos dinâmicos podem gerar muitas
diferenças em velocidade de circulação.
Estas diferenças de velocidades partem de situações instáveis que a estrutura de
tal veículo pode gerar em função da velocidade. Como no caso, estão sendo
trabalhados trens pesados e com velocidades não tão altas, o estudo deve concentrarse basicamente em um item que em síntese será o principal agente de todo processo: o
centro de gravidade do veículo ferroviário.
Segundo Furtado da Rosa, P. M. (2002):
“A questão da estabilidade dos vagões nos trens está diretamente ligada a uma
série de fatores que serão indicados no decorrer deste trabalho, sendo que muitos
deles não se relacionam com o projeto do veículo, mas sim com sua iteração com os
demais veículos em uma composição.” (...)
“Fazendo-se uma iniciação teórica sobre o centro de gravidade, pode-se defini-lo
como sendo o ponto de aplicação do vetor peso em um determinado corpo sujeito à
ação da força gravitacional. Em se tratando dos veículos ferroviários, e mais
diretamente dos vagões, esse ponto de aplicação é variável na sua altura (vagão vazio
ou carregado) e na posição relativa à sua seção transversal, em função dos
movimentos do trem.”
“Também, como será visto mais adiante, o centro de gravidade tem extrema
importância no cálculo da estabilidade, já que sua localização reage fortemente com
características da via permanente, como por exemplo a superelevação.”
(...)
Furtado da Rosa, P. M. (2002) descreve claramente a importância da iteração
veículo-via e o peso que centro de gravidade do veículo tem sobre tal relação.
115
Desta forma, a diversidade dos veículos que circulam sobre a via pode ser avaliada
através da estabilidade dos mesmos quando em movimento; afinal, é através da
estabilidade que a velocidade de limite é determinada. Sendo assim, é fundamental que
o centro de gravidade dos veículos ferroviários que compõem a frota da M.R.S.
Logística S.A. sejam calculados e utilizados no estudo.
Para um cálculo preciso do centro de gravidade de um veículo ferroviário é ideal
que o mesmo seja dividido em diversas partes. Quanto mais subdivididos nas peças
que os compõem, mais exato torna-se o cálculo. Apesar da referida exatidão, quando
se subdivide o veículo em partes cada vez menores, mais complexo torna-se o cálculo
do centro de gravidade.
De forma a simplificar a execução do cálculo do centro de gravidade, Furtado da
Rosa, P. M. (2002) sugere que os veículos sejam divididos nas seguintes partes:
o Truques completos;
o Sistemas de choque e tração;
o Estrados (stub sill ou convencional);
o Corpo cilíndrico completo;
o Equipamentos de carga, descarga e segurança;
o Domo de expansão (caso exista).
Assim, equipamentos menores são agrupados em partes compostas. Isto é
totalmente válido visto que tais equipamentos menores fazem pouca influência quando
calculados separadamente de outras peças do veículo que podem pesar facilmente 10
vezes mais.
O ponto do centro de gravidade é realizado calculando-se o momento físico que
cada parte do vagão gera e contribui sobre toda estrutura. Ou seja, o peso de cada
parte multiplicada pela distância que forme um braço de alavanca em relação à via.
116
Analisando um exemplo prático deste cálculo, tem-se:
Figura 23 – Cálculo do Centro de Gravidade de um Vagão
Fonte: Castello Branco, J. E. (2002)
117
O exemplo anterior demonstra claramente a simplicidade de tal cálculo. Também é
válido observar a mudança na altura do centro de gravidade quando é alterada a
situação do vagão de vazio para carregado. Tal mudança é facilmente aceitável uma
vez que, quando carregado, o vagão possui uma quantidade maior de massa
distribuída numa dada altura; desta forma a o centro de gravidade tenderá a subir
conforme justificado matematicamente.
Segundo a ABNT, os limites de altura para o centro de gravidade para projeto de
vagões são os seguintes:
Valor limite para altura
do CG (veículo
carregado)
1,00 m
1.828,8 mm (72'')
1,60 m
2.489,2 mm (98'')
Tabela 25 – Altura limite do centro de gravidade
Bitola
Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT)
Assim, veículos ferroviários que possuem centros de gravidade muito próximos às
medidas da ABNT possuem baixa estabilidade e devem ter sua velocidade reduzida de
forma a prevenir o descarrilamento.
3.2.2 TIPO DE CARGA – CARGAS PERIGOSAS
Não foram encontradas referências sobre limitações de velocidade em virtude do
transporte de cargas perigosas. Existe atualmente um acordo entre as concessionárias
de transporte de realizar este tipo de transporte com velocidades específicas para cada
região. Por se tratar de acordos firmados e não de cálculos matemáticos
fundamentados, este parâmetro não será tratado no momento, podendo ser alvo de um
estudo mais aprofundado quando existir uma padronização a nível nacional.
118
3.2.3 TIPO DE TRAÇÃO
Atualmente a M.R.S. Logística S.A. opera na sua grande maioria de fluxos com
locomotivas diesel-elétricas fabricadas pela General Eletric Co. e General Motors Co..
Apenas num pequeno trecho do estado de São Paulo, conhecido como Serra da
Cremalheira é operado com locomotivas elétricas da Hitashi. Estas locomotivas
possuem uma característica única que é realizar a tração através de um sistema de
engrenagens que corre no eixo da via, conhecido como Sistema Cremalheira. O
Sistema Cremalheira é utilizado nesta região de são devido a necessidade da ferrovia
atravessar a Serra do Mar até o Porto de Santos. Neste traçado, as rampas existentes
na via permanente alcançam níveis de declividade de até 12%. Desta forma, este
sistema é utilizado por suportar tal característica mantendo a segurança das cargas que
trafegam por este trecho da malha.
Figura 24 – Sistema Cremalheira
Fonte: Leonardo S. Soares
119
Para a M.R.S. Logística S.A. o tipo de tração não é uma variável que pode limitar a
velocidade de circulação. A empresa adota o critério de adequar a tração de forma a
obter o máximo de desempenho em um dado percurso de acordo com a velocidade
máxima autorizada. Ou seja, primeiramente é definida a velocidade máxima e depois é
ajustado o tipo de tração dos trens para se obter o máximo de eficiência com a nova
velocidade.
3.2.4 COMPRIMENTO DE TRENS – TIPO DE FORMAÇÃO DA COMPOSIÇÃO
O comprimento dos trens também é um fator de alto impacto na produção de uma
companhia ferroviária. Porém impacta diretamente na segurança de circulação. O
tamanho de uma composição leva em consideração muitas informações, desde o
percurso que a composição irá percorrer até a capacidade de frenagem dinâmica de
uma locomotiva.
Devido à tamanha complexidade não é ideal converter tantas informações em uma
única variável que determine a velocidade máxima.
Atualmente a M.R.S. Logística S.A. consegue analisar todos os esforços de uma
composição através de um simulador. Qualquer mudança no comprimento do trem, na
tração e na velocidade é validada por este simulador, que fornece informações precisas
do comportamento dinâmico de toda composição.
Desta forma, esta ferramenta pode tornar-se um item fundamental para um
procedimento de determinação de velocidade máxima autorizada em um trecho,
demonstrando se a velocidade adquirida pelo novo procedimento é compatível para o
tipo de trens que circulam na região.
120
4. DEFINIÇÃO DE VARIÁVEIS EXTERNAS
4.1 OBRAS AO LONGO DA VIA
Em algumas situações a existência de obras ao longo da via provoca restrição de
velocidade de circulação de trens. Esta restrição é oriunda do aparecimento de algum
fator que impõe risco ao tráfego dos trens: máquinas muito próximas à via, solos
instáveis devido a trabalhos próximos, dentre outras condições.
Realizando uma análise mais técnica, fica evidente que a restrição temporária de
velocidade surge em virtude de alguma condição da via não ser satisfatória. Ou seja,
uma das variáveis anteriormente estudadas não foi atendida.
Sendo assim, a existência de obras ao longo da via impacta na velocidade de
circulação através de variáveis já estudadas, não necessitando de um item específico
para tratar exclusivamente de tal situação.
4.2 ACIDENTES FERROVIÁRIOS E ACIDENTES DA NATUREZA
Acidentes ferroviários e acidentes da natureza impõem sérios problemas ao tráfego
de trens quando ocasionam danos à via permanente. Torna-se um tanto impraticável
tentar detalhar cada caso que possa ocorrer e como proceder em cada um deles.
Mais uma vez a ocorrência de um acidente ferroviário irá alterar uma variável
anteriormente estudada, imprimindo desta forma, uma nova velocidade de circulação
em virtude de uma condição não atendida. Pode-se citar inúmeros acidentes
121
ferroviários nos quais toda fixação da via foi comprometida e a velocidade ficou restrita
justamente pela fixação não atender aos padrões de segurança exigidos.
Os acidentes da natureza não são tão diferentes dos acidentes ferroviários. Uma
vez que uma variável de segurança da via foi comprometida, esta irá impor uma
redução da velocidade dos trens. Somente quando existirem situações de alto risco,
devemos atentar à paralisação do tráfego, como:
o Obstrução da via por queda de barreiras;
o Destruição da via por enxurradas, queda de aterros, carreamento de
materiais;
o Via completamente alagada;
o Demais situações de origem natural que impossibilitem o tráfego.
Ou seja, exceto pelas situações supracitadas a restrição de velocidade na via
deverá ser calculada pelo não atendimento de alguma variável anteriormente estudada.
4.3 PROXIMIDADE DE LOCAIS DE AFLUÊNCIA DE PESSOAS E AUTOMÓVEIS
4.3.1 PASSAGENS EM NÍVEL
Passagens em nível são os cruzamentos que a via férrea faz em seu traçado com
as estradas de rodagem no mesmo nível. Nas construções modernas, seja de estrada
de ferro ou de rodagem, não é favorável que ocorra cruzamento em nível, em vista do
perigo de acidentes que oferecem.
Deve-se ressaltar que as passagens de nível são dotadas de contratrilhos de forma
a aumentar a resistência transversal à via, a ser atravessada pelos veículos rodoviários
122
e também facilitar o apoio dos pneus. Além disso, as passagens em nível devem ser
sinalizadas em ambos os sentidos de tráfego.
Outra consideração fundamental quanto as passagens em nível: o cruzamento das
vias nas passagens em nível deve ser realizado em um ângulo reto, a fim de diminuir o
comprimento da passagem sobre os trilhos.
Além da situação de cruzamento em um ângulo reto, esta situação deverá ocorrer
em uma tangente da estrada de ferro de forma a oferecer uma maior visibilidade para
os maquinistas.
Segundo Lomas G. é ideal considerar a seguinte figura para correlacionar
velocidades de circulação ferroviária com a intensidade e visibilidade dos veículos
rodoviários:
De acordo com a figura anteriormente apresentada, quando um motorista que
conduz o veículo em direção a uma passagem em nível atingir a distância ak = 8m, o
mesmo deve ter visibilidade até à distância kd = 5V (m), medida na direção da ferrovia,
sendo que V é a velocidade máxima autorizada do trem em km/h.
123
Ainda segundo Lomas G., quando a rodovia é de tráfego intenso, o motorista deve
poder ver o trem a uma distância bk = 20m, estando o trem a uma distância kc = 3V
(m).
Pesquisando a literatura técnica acerca do assunto, o Departamento Nacional de
Trânsito em seu “Manual de Cruzamentos Rodo Ferroviários” traz o seguinte quadro de
distâncias de visibilidade de acordo com as velocidades tanto dos veículos rodoviários
como dos veículos ferroviários:
Tabela 26 – Distâncias de frenagem para cruzamentos rodo-ferroviários
Fonte: Departamento Nacional de Trânsito
Tais medidas de visibilidade relacionadas com a velocidade de circulação são
pouco conhecidas e podem com toda certeza, definir a melhor velocidade de circulação
para os veículos ferroviários condizente com a segurança necessária no local.
4.3.2 PROXIMIDADE DE EDIFICAÇÕES
124
Nas fontes pesquisadas não existem quaisquer referências sobre limitações de
velocidade de circulação de composições ferroviárias em virtude de proximidade de
edificações. Sabe-se que em situações onde edificações encontram-se muito próximas
ao leito da ferrovia, existe uma condição irregular. É o caso da região metropolitana do
Rio de Janeiro, onde a malha da M.R.S. Logística S.A. atravessa a favela do Arará.
Nestas condições extremas existe a necessidade de redução de velocidade. Uma
situação ainda mais crítica, ainda no exemplo anteriormente citado, deve-se ao fato das
portas da edificação serem direcionadas para a via férrea.
Para situações onde os limites da faixa de domínio da ferrovia são respeitados, não
existe qualquer restrição à velocidade de circulação, uma vez que as normas de
segurança para construção das edificações próximas foram seguidas.
Em casos especiais, como do Arará, a velocidade de circulação deverá ser restrita
até que esta condição insegura seja removida.
4.4 SERVIÇOS DE MANUTENÇÃO
A restrição da velocidade devido a serviços de manutenção existe em função de
uma série de fatores de risco que podem comprometer a segurança do tráfego bem
como a segurança dos trabalhadores envolvidos na manutenção da via.
Os serviços de manutenção que afetam diretamente a velocidade de circulação são
os serviços que envolvem reparos na via permanente.
Existem serviços que podem ser executados sem a necessidade de haver a
restrição da velocidade de tráfego, dentre os quais pode-se citar:
- Limpeza de canaletas;
125
- Roçada ou capina;
- Manutenção de faixa de domínio;
- Reaperto de juntas.
Porém, outras intervenções necessitam de alguma restrição de velocidade a fim de
garantir a segurança dos funcionários envolvidos, bem como da própria circulação:
- Correção de bitola;
- Alinhamento manual da via;
- Correção de superelevação;
- Nivelamento manual da via;
- Limpeza manual de lastro;
- Substituição de dormentes;
- Substituição de placas de apoio.
Outros serviços mais complexos necessitam de uma interrupção do tráfego:
- Reconstrução da via;
- Desguarnecimento total de lastro;
- Substituição de trilhos;
- Confecção de soldas;
- Aplicação de junta em fraturas;
- Substituição total ou parcial de AMV.
Direcionando o estudo somente para os serviços onde existe a restrição da
velocidade, torna-se válida a seguinte observação: durante a execução destes serviços
de manutenção a via estará com alguma condição insegura, necessitando então de
uma restrição de velocidade. Seguindo os passos dos estudos e pesquisas até este
ponto, tal condição insegura será visível nos fatores de restrição de velocidade
anteriormente apresentados.
126
Portanto, a restrição de velocidade em virtude de algum serviço de manutenção
será fornecida em função das condições da via pelos parâmetros anteriormente
apresentados.
4.5 VISIBILIDADE DE SINAIS
Segundo o antigo Regulamento Geral de Operações (RGO) desenvolvido pela
R.F.F.S.A. existe a seguinte informação quanto a sinais:
“ Sinais feitos com bandeiras, ou de placa, acústicos, semáforos e focos luminosos,
ou uma combinação dos mesmos, serão usados para dirigir a circulação dos trens.”
Seguindo as informações do Regulamento Geral de Operações, a M.R.S. Logística
S.A. trabalha com seus sinais luminosos e em algumas situações de manutenção com
placas de advertência.
Os sinais luminosos utilizados pela M.R.S. Logística S.A. utilizam a seguinte
codificação:
COR
SIGNIFICAÇÃO
VERMELHO PARADA, salvo disposição em contrário
AMARELO PROSSIGA com cuidado
VERDE
PROSSIGA
INDICAÇÃO de posicionamento de
AZUL
descarrilamento
agulha
ou
detector
de
Tabela 27 – Classificação dos aspectos de sinais luminosos
Fonte: Leonardo S. Soares
Podem existir combinações entre os aspectos de cor anteriormente apresentados.
Um exemplo clássico utilizado pela M.R.S. Logística S.A. é a utilização de “sinais de
cauda” com a cor vermelha em pisque.
127
Enfim, todas as variações possíveis irão contemplar as cores básicas
apresentadas e podem ser consultadas através do Regulamento de Operações
Ferroviárias (ROF) da companhia.
Direcionando o foco para a velocidade de circulação, a situação mais crítica do
estudo consiste em um trem circulando com velocidade próxima a máxima autorizada
quando o maquinista recebe um sinal de parada total para o seu trem. Ou seja, a
velocidade máxima de circulação para aquele local deve ser tal que, no momento em
que o maquinista consegue visualizar o sinal, o mesmo deve ter uma distância
suficiente até o sinal para realizar todo o procedimento de frenagem do trem. Assim,
quanto maior a velocidade de circulação, maior será o espaço necessário para que o
maquinista consiga parar o trem totalmente.
De acordo com o Manual de Operação dos Trens de Minério da SP-3 (R.F.F.S.A.)
são necessárias as seguintes distâncias de frenagem para as composições e
velocidades:
128
Tabela 28 – Tabela de distâncias de frenagem por tipo de composição
Fonte: R.F.F.S.A.
Conforme apresentado, a situação mais crítica encontra-se na maior distância de
frenagem encontrada, ou seja, 1360 m para velocidade de circulação de 60 km/h. Logo,
podemos definir que a distância mínima entre o sinal e o ponto de visão do maquinista
deve ser de 1500 m para uma velocidade autorizada de 60 km/h.
Para trechos de menor velocidade de circulação esta distância pode ser reduzida.
129
5. MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DA V.M.A. DO TRECHO FERROVIÁRIO POR
MEIO DO RELACIONAMENTO ENTRE AS VARIÁVEIS DO MATERIAL RODANTE E
DA VIA PERMANENTE
Atualmente a M.R.S. Logística S.A. utiliza a seguinte planilha de cálculo para as
velocidades nos trechos:
Tabela 29 – Planilha de cálculo utilizada atualmente
Fontes: Régis Mendes Paraguassu
O cálculo da velocidade máxima autorizada é todo realizado no campo direito da
tabela e contempla a equação reduzida desenvolvida por Brina H. L. (1979), que
descreve uma velocidade limite para cada raio de curvatura existente no trecho. Como
cada linha da tabela representa uma curva, possuímos diferentes velocidades.
Assim, a velocidade de um trecho é determinada pela curva de menor raio da
região:
130
Tabela 29 B – Planilha de cálculo utilizada atualmente
Fontes: Régis Mendes Paraguassu
As setas indicam as velocidades máximas atribuídas ao trecho em virtude da
velocidade que poderá ser desenvolvida na curva de menor raio. Existem duas
velocidades possíveis devido ao fato da planilha trabalhar com cenários diferentes. Esta
diferença entre os cenários origina-se do coeficiente de segurança que é utilizado por
Brina, H. L. (1979) em seus cálculos; quanto menor o coeficiente de segurança, maior
será a velocidade máxima de circulação para as composições.
Desenvolvendo o modelo utilizado pela M.R.S. Logística S.A. é ideal que sejam
incluídos mais parâmetros para determinação da velocidade de forma a garantir a
segurança da operação ferroviária.
Conforme desenvolvido nos capítulos anteriores, a M.R.S. Logística S.A. segue a
metodologia empregada na R.F.F.S.A. para o cálculo de sua velocidade limite em
trechos. Com o advento do Track-star, informações que podem ser fundamentais para
este cálculo podem e devem ser incluídas.
Desta forma, utilizando a equação completa de Brina, H. L. (1979):
131
Tabela 30 – Planilha de cálculo com parâmetro de superelevação
Fontes: Leonardo S. Soares
Com esta nova formatação, a tabela de cálculo de velocidades limites para curvas
utilizada pela M.R.S. Logística S.A. contempla os parâmetros descritos pela expressão
de Brina, H. L. (1979):
Vmáx. = √ ( 127.(
hmáx.
B
B
-d
2
+
)).√R
H.n
Outro dado importante, que deve ser considerado e que também pode ser obtido
pelo Track-star é a bitola medida na via. Na expressão de Brina, H. L. (1979)
apresentada anteriormente, a bitola da via é considerada no referido cálculo. Portanto,
inserindo esta informação na planilha da M.R.S. Logística S.A.:
132
Tabela 31 – Planilha de cálculo com parâmetro de bitola
Fontes: Leonardo S. Soares
Neste formato a planilha da M.R.S. Logística S.A. contempla todos os parâmetros
físicos desenvolvidos por Brina H. L. (1979):
- B: Bitola medida no local (obtida pontualmente através do Track-star);
- hp: Superelevação prática em milímetros medida no local (obtida pontualmente
através do Track-star);
- H: Altura do centro de gravidade do veículo ferroviário em metros;
- d: Deslocamento do centro de gravidade em metros;
- n: coeficiente de segurança atribuído ao trecho em escala de 1 a 5 (quanto menor,
menos seguro).
Porém, neste novo formato, não é contemplado o estado de conservação da via, o
que é fundamental. Conforme analisado no capitulo 2.3.11, a norma da R.F.F.S.A.
133
atenta para alguns dados que poderão ser incluídos durante o cálculo da velocidade de
forma a indicar se a mesma é compatível com a manutenção trabalhada no trecho.
Desta forma deve ser incluída a seguinte expressão:
IP = 100. ( E-1.Log(T/100).(Al+Tor+Niv))
Onde:
IP: índice de prioridade;
E: extensão real do trecho;
T: tonelagem /dia transportada;
Al: extensão total em metros, em que a tolerância do parâmetro alinhamento é
ultrapassada dentro do quilômetro considerado;
Tor: extensão total em metros, em que a tolerância do parâmetro torção é
ultrapassada dentro do quilômetro considerado;
Niv: extensão total em metros, em que a tolerância do parâmetro nivelamento é
ultrapassada dentro do quilômetro considerado.
Desta forma, as novas informações desejadas poderão ser inseridas no cálculo da
seguinte forma:
134
Tabela 32 – Planilha de cálculo com parâmetro de estado de manutenção
Fontes: Leonardo S. Soares
Assim, para cada curva do trecho será obtido um Índice de Prioridade (IP). Quando
maior o valor de IP, maior a necessidade de intervenção do trecho e consequentemente,
menor a velocidade de circulação.
Para um melhor relacionamento entre os parâmetros velocidade de circulação e IP
é ideal que seja descrito como o valor de IP pode afetar a velocidade. Conforme
exposto no capítulo Geometria da Via - Traçado, existem limites máximos admissíveis
para os valores que são inseridos no cálculo de IP.
Recorrendo às tabelas das normas apresentadas, temos:
135
- Alinhamento:
Classe de
via
Classe 1
Classe 2
Classe 3
Classe 4
Classe 5
Via em tangente
Via em curva
Desvio máximo no
Desvio máximo no
Desvio máximo no
ponto médio de uma ponto médio de uma
ponto médio de uma
corda** de
corda** de 9,3 m
linha* de 18,6 m (cm)
18,6 m (cm)
(cm)
12,7
n.a.***
12,7
7,6
n.a.***
7,6
4,4
3,2
4,4
3,8
2,5
3,8
1,9
1,3
1,6
* Os bordos da linha devem estar na linha da bitola (1,59cm abaixo do topo do boleto).
Qualquer trilho pode ser usado como referência, desde que seja sempre o mesmo ao longo da
tangente.
** Os bordos da corda devem estar situados na linha da bitola do trilho externo.
*** Não aplicável.
Tabela 33 – Limites máximos para desvio de alinhamento (FRA)
Fonte: Federal Railroad Administration (FRA)
136
- Nivelamento:
Requisitos7,8
Via em tangente
Classe Classe Classe Classe Classe
1 (cm) 2 (cm) 3 (cm) 4 (cm) 5 (cm)
Elevação máxima produzida por gradiente
de superelevação ao final de um
comprimento de trilho de 9,3 m
8,9
7,6
5,1
3,8
2,5
Desvio máximo no nivelamento
longitudinal em qualquer dos trilhos, no
ponto médio de uma corda de 18,6 m
7,6
7,0
5,7
5,1
3,2
Desvio máximo, para um referencial de
nivelamento transversal zero, para
qualquer ponto em tangente
7,6
5,1
3,9
3,2
2,5
Desvio máximo no nivelamento
transversal entre dois pontos quaisquer
espaçados de menos de 18,6 m*
Variação máxima no nivelamento
transversal, por 9,3 m de comprimento,
em espiras de transição
7,6
5,7
5,1
3,9
3,8
7,6
3,9
3,2
2,5
1,9
* Excetuado o dispostos em 213.57, onde a superelevação da curva for igual ou superior a 15,2 cm, a
diferença no nivelamento transversal ao longo de 18,6 m não deverá exceder a 3,8 cm. Para controlar o
movimento harmônico nas vias de classes 2 a 5, com juntas alternadas, as diferenças no nivelamento
transversal não devem exceder a 3,2 cm em todos os seis pares de juntas consecutivas. Considera-se
que uma via possui juntas alternadas quando estas estão espaçadas de mais de 3 m entre si.
Tabela 34 – Limites máximos para desvio de nivelamento (FRA)
Fonte: Federal Railroad Administration (FRA)
- Torção ou empeno:
“ 7Segundo a norma EVR-20 da RFFSA, a variação do nivelamento transverso ou
empeno é dada pela fórmula G= 301/V, onde: G é a variação do empeno, em mm/m; e
V é a velocidade, em km/h. (N.T.)”
137
Apesar das tabelas anteriormente apresentadas serem uma referência válida,
existem ajustes necessários de forma a enquadrar tais condições aos perfis de linha da
M.R.S. Logística S.A.. Estes ajustes para cada classe de via estão presentes no veículo
de inspeção de via (Track-star) e representados conforme a tabela abaixo:
Classe da
Via
Classe 1
Classe 2
Classe 3
Classe 4
Classe 5
Limite máximo de
alinhamento (mm)
Limite máximo de
nivelamento (mm)
128,00
76,00
44,00
38.00
13,00
76,00
70,00
57,00
38,00
32,00
Limite máximo de
torção / empeno
(mm)
76,00
51,00
44,00
32,00
25,00
Tabela 35 – Limites máximos para classificação de defeito em via permanente
Fonte: Holland Company
Assim os limites dos parâmetros apresentados na tabela anterior podem ser
caracterizados como fatores limitantes da velocidade em virtude do risco em potencial
que apresentam.
Inserindo esta informação na tabela de cálculo de velocidade, os campos onde
serão inseridas as informações de alinhamento, nivelamento e torção máximos medidos
no trecho deverão ser realizados de forma que à medida que o valor ultrapassa o limite
estipulado para a classe de via do trecho, a velocidade deve ser restrita à velocidade da
classe anterior.
Adequando a tabela de cálculo:
138
Tabela 36 – Planilha de cálculo com parâmetros de alinhamento, nivelamento e torção
Fonte: Leonardo S. Soares
Portanto, ao serem inseridos dados do Track-star de alinhamentos, nivelamentos e
empenos máximos em cada curva, a própria planilha informará se houve redução da
classe da via em virtude de algum destes parâmetros.
Porém, os fatores limitantes de velocidade não se restringem unicamente aos
dados da geometria da via medidos pelo Track-star. É ideal que todos os demais
fatores que podem servir como elementos de restrição de velocidade sejam
considerados.
Um outro fator que deve ser levado em consideração trata do ingresso de
composições em pátios de cruzamento ou manobra. Conforme exposto no decorrer do
trabalho, existe uma restrição de velocidade para a passagem de uma composição para
a segunda linha em virtude o raio de curvatura do trilho de ligação. Lembrando que a
norma da R.F.F.S.A. é a melhor adaptada para o trecho da M.R.S. Logística S.A. é
válido considerar as informações da seguinte tabela:
139
Bitola larga
Raio do trilho
Velocidade
Raio
curvo externo
máxima
Jacaré
equivalente
Comprimento
Ângulo
de ligação
(km/h)
(m)
(m)
(graus)
(m)
3,353
2º 42' 50''
5
70,888
66,666
20,7
5,029
1º 48' 32''
8
159,146
172,740
32,0
6,706
1º 21' 23''
10
284,153
273,696
42,0
9,144
0º 59' 41''
14
528,555
527,500
58,3
Tabela 37 – Características de AMV
Agulha
Fonte: R.F.F.S.A.
Porém, a tabela da R.F.F.S.A. não contempla AMV com jacarés maiores que o
número 14. Recorrendo à tabela da ABNT:
Agulha
Bitola
Jacaré
(mm)
(mm)
V (km/h)
8
5029,2
1600
32,13
10
5029,2
1600
32,13
14
6705,6
1600
42,84
14
9144
1600
57,52
20
9144
1600
59,01
12
5943,6
1600
49,08
16
7924,8
1600
69,73
Tabela 38 – Características de AMV
Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT)
Utilizando as duas tabelas propostas para velocidade em AMV, torna-se visível que
uma tabela completa as informações da outra.
Ao inserir as informações na planilha de cálculo, deve-se considerar o AMV que tem
condição mais crítica, ou seja, aquele que exige uma menor velocidade de circulação.
Neste caso, esta AMV será o principal redutor de velocidade em pátios de um
determinado trecho.
140
Automatizando as informações da planilha de cálculo, para cada trecho poderá
ser calculada a velocidade de circulação na segunda linha conforme a planilha abaixo
que será atrelada à planilha de cálculo principal.
Tabela 39 – Entrada de dados dos AMV
Fonte: Leonardo S. Soares.
Retornando às considerações quanto à fatores restritivos de velocidade em linha
corrida, torna-se válida a inserção do parâmetro de qualidade da fixação e dormentes.
Verificando o estudo detalhado sobre as normas pertinentes à condição dos
dormentes na via obtém-se a seguinte tabela:
Tipo de
trilho
Cargas
por eixo
(tf)
TR – 57
TR – 68
30
30
Espaçamento máximo (cm) *
para que a tensão no
para que a tensão no
trilho não seja
lastro não seja
ultrapassada
ultrapassada
98
159
Espaçamento
recomendado
(cm)
133
146
98
146
Tabela 40 – Espaçamento de dormentes recomendado
Fonte: R.F.F.S.A.
Analisando a taxa de dormentação trabalhada pela M.R.S. Logística S.A., de 1850
dormentes por quilômetro, encontra-se um afastamento entre os eixos dos dormentes
de aproximadamente 54 centímetros.
141
Pela tabela proposta da R.F.F.S.A. não deverá ser permitido um espaçamento entre
dormentes que estejam “travando” a via superior a 146 centímetros. De acordo com a
taxa de dormentação supracitada, 146 centímetros irão nos representar cerca de 3
dormentes em seqüência. Ou seja, se em um determinado trecho da via existir 3 ou
mais dormentes ruins consecutivamente, existe naquele ponto um risco em potencial e
uma restrição de velocidade operacional.
Esta informação já tratada pelo veículo de inspeção de via. O Track-star aplica
através de rodeiros uma força lateral para forçar a via e testar a resistência dos
dormentes. O gráfico gerado por este tipo de inspeção indica claramente a os pontos
onde 3 dormentes ou mais estão sem resistência a esforços dinâmicos.
Portanto, a planilha de cálculo deve contemplar esta informação obtida pelo Trackstar, que também é conhecida como abertura de bitola dinâmica ou bitola carregada.
Tabela 41 – Planilha de cálculo com o parâmetro de bitola carregada aferida pelo
veículo de inspeção de via (Track-star)
Fonte: Leonardo S. Soares
142
Conforme os parâmetros alinhamento, nivelamento e empeno, existe para cada
classe de ferrovia um valor máximo admissível para abertura da bitola carregada. Desta
forma, assim como foi feito com estes outros parâmetros quando em uma determinada
curva este valor for ultrapassado em uma determinada classe de via; naquela curva a
classe de velocidade da via deverá ser reduzida de forma a garantir a segurança da
circulação.
Tratando agora das juntas dos trilhos, deve ser considerada a seguinte informação
a título de cálculo da velocidade de circulação:
Velocidade
Máxima
Autorizada
16 km/h
40 km/h
64 km/h
128 km/h
Existência de talas de
junção trincadas,
quebradas, ou desgastadas
Número mínimo de
parafusos de tala
Permitido*
Permitido*
Negativo (tala deve ser
substituída)
Negativo (tala deve ser
substituída)
1**
2
2
2
* Permitida a existência da tala desde que não exista trinca entre dois parafusos contíguos.
** Caso exista na via alguma situação de TCS (trilho curto soldado) este deverá ser fixado com pelo
menos 2 parafusos de tala, para trilhos com medidas convencionais, é permitida a utilização de tala com
apenas 1 parafuso desde que respeitando a VMA indicada.
Tabela 42 – Tabela de condições de juntas e velocidade
Fonte: Leonardo S. Soares
Sendo assim a tabela de cálculo deve considerar as situações expostas de talas de
juntas e parafusos bem como os possíveis limites de velocidade de circulação:
143
Tabela 43 – Tabela de condições de juntas e velocidade
Fonte: Leonardo S. Soares
Portanto, mediante alguma a situação relatada na tabela do estado das talas de
junção a velocidade de circulação no trecho poderá ser reduzida.
Porém, mesmo com o estado das talas de junção perfeito, podem existir
imperfeições na região de junção dos trilhos que podem vir a provocar uma situação
insegura para a circulação de trens. Conforme a norma da FRA anteriormente
apresentada e discutida, esta situação insegura origina-se no casamento não perfeito
dos trilhos na região da tala, devido a uma diferença das dimensões dos trilhos.
Conforme a tabela da FRA:
144
Velocidade
Máxima
Autorizada
Desvio máximo no plano de
rolamento das pontas dos
trilhos (cm)
Desvio máximo no lado
interno das pontas dos
trilhos (cm)
16 km/h
0,6
0,6
40 km/h
0,6
0,5
64 km/h
0,5
0,5
128 km/h
0,3
0,3
Tabela 44 – Tabela de desvios máximos dos planos de rolamento nas juntas
Fonte: Federal Railroad Administration (FRA)
Ou seja, esta informação também deve ser considerada na planilha de cálculo:
Tabela 45 – Planilha de cálculo contemplando a situação das talas de juntas
Fonte: Leonardo S. Soares
Passando ao estudo das possíveis limitações oriundas de defeitos existentes nos
trilhos, conforme observado no capítulo referente, é possível realizar uma relação entre
o tipo de defeito do trilho e a velocidade de circulação através de uma norma proposta
pela FRA:
145
Defeito
Comprimento do
defeito (cm)
Mancha oval
Área
afetada
pelo boleto
(%)
Adotar as medidas prescritas nas notas abaixo, caso o trilho não seja
substituído
5 a 70
48 km/h
36 km/h
Desde que autorizado por inspeção visual
0 km/h
Obrigatória inspeção visual
70 a 100
100
Trinca composta
5 a 70
2,5 a 5,0
48 km/h
36 km/h
Desde que autorizado por inspeção visual
0 km/h
Obrigatória inspeção visual
48 km/h
Para vias de classe 3 a 5
80 km/h
Para vias de classe 3 a 5 com utilização de talas no defeito
48 km/h
Para vias de classe 3 a 5 desde que autorizado por inspeção visual
80 km/h
Para vias de classe 3 a 5 com utilização de talas no defeito
[36 km/h
Desde que autorizado por inspeção visual] ou [sem limitação desde
que aplicando tala de junção e inspecionando o ponto do defeito
durante 90 dias]
[0 km/h
Obrigatória inspeção visual] ou [80 km/h desde que aplicando tala de
junção no defeito]
80 km/h e inspeção no ponto de defeito durante 90 dias após o
ocorrido
5,0 a 10,0
48 km/h e inspeção no ponto de defeito 30 dias após o ocorrido
70 a 100
100
Trinca de detalhe, Queima por
patinação e solda defeituosa
5 a 25
25 a 80
80 a 100
100
Trinca horizontal do boleto, Trinca
vertical do boleto, Trinca da alma,
Trinca vertical da alma e Trinca
horizontal na concordância almaboleto
> 10,0
*
*
Trinca estelar na furação da alma
1,25 a 2,5
2,5 a 3,75
> 3,75
*
*
Ruptura do patim
2,5 a 15
> 15
Ruptura sem causa aparente
Trilho danificado
Trilho achatado
48 km/h
0 km/h
Obrigatória inspeção visual
80 km/h e inspeção no ponto de defeito durante 90 dias após o
ocorrido
48 km/h e inspeção no ponto de defeito durante 30 dias após o
ocorrido
48 km/h
0 km/h
Obrigatória inspeção visual
48 km/h
Para vias de classe 3 a 5 desde que autorizado por inspeção visual
80 km/h
Para vias de classe 3 a 5 com utilização de talas no defeito
[0 km/h
Obrigatória inspeção visual] ou [48 km/h desde que aplicando tala de
junção no ponto de defeito]
0 km/h
Obrigatória inspeção visual ou aplicar tala de junção no ponto de
defeito
48 km/h
Para vias de classe 3 a 5 desde que autorizado por inspeção visual
80 km/h
Para vias de classe 3 a 5 com utilização de talas no defeito
Altura ≥ 1,0
Comprimento ≥
20,0
80 km/h
* Na hipótese do boleto ter sido atingido por trinca originada em outra parte do trilho.
Tabela 46 – Tabela de defeitos de trilhos e limitações de velocidade
Fonte: Leonardo S. Soares
146
De forma análoga aos demais parâmetros apresentados anteriormente, torna-se
fundamental computar na planilha de cálculo todas as condições de trilhos
apresentadas na tabela anterior. Desta forma:
Tabela 47 – Planilha de cálculo contemplando defeitos nos trilhos
Fonte: Leonardo S. Soares
Logo, a medida que forem inseridas informações referentes a defeitos no trilho
encontrados em prospecções convencionais, poderá haver redução do limite de
velocidade conforme a tabela apresentada da FRA.
Além dos trilhos e dormentes outro componente fundamental da estrutura da via é o
lastro. Utilizando novamente as informações citadas em capítulos anteriores, sabe-se
que a altura de lastro deve ser compatível com a velocidade de circulação. Assim,
verificando os dados discutidos:
147
- Para dormentes de madeira:
Bitola (m)
Massa do
trilho (kg/m)
Taxa de
Espaçamento
dormentação
de dormentes
por
(cm)
quilômetro
Velocidade
(km/h)
Altura
mínima de
lastro (cm)
80
28
57
54
1850
55
24
40
22
1,60
80
24
68
54
1850
55
20
40
17
Tabela 48 – Tabela de correlação: altura de lastro x velocidade de circulação sobre
dormentes de madeira
Fonte: Leonardo S. Soares
Para dormentes de concreto:
Bitola (m)
Massa do
trilho (kg/m)
Taxa de
Espaçamento
dormentação
de dormentes
por
(cm)
quilômetro
Velocidade
(km/h)
Altura
mínima de
lastro (cm)
80
37
57
54
1666
55
35
40
32
1,60
80
35
68
54
1666
55
30
40
27
Tabela 49 – Tabela de correlação: altura de lastro x velocidade de circulação sobre
dormentes de concreto
Fonte: Leonardo S. Soares
Contemplando a informação da planilha de cálculo:
148
Tabela 50 – Planilha de cálculo contemplando condições de lastro e dormentes
Fonte: Leonardo S. Soares
De forma análoga aos demais parâmetros, a velocidade máxima de circulação será
calculada levando em consideração a altura de lastro e as condições de composição da
via.
Quanto a estabilidade dada plataforma, conforme apresentado anteriormente,
quanto maior a exigência de esforços da via, maior deverá ser a estabilidade da mesma.
No entanto não foram encontradas referências numéricas de uma possível instabilidade
que viesse a reduzir a velocidade de circulação. Sabe-se que ao se identificar um
princípio de instabilidade na plataforma da via, são tomadas de forma imediata medidas
que venham a conter o ponto crítico. A restrição de velocidade ocorre de forma imediata
quando existem sinais de alto risco para circulação, como por exemplo: encostas de
cortes ou aterros cedendo na via.
149
Sendo assim, inserindo tal informação sobre instabilidade na planilha de cálculo:
Tabela 51 – Planilha de cálculo contemplando condições da plataforma
Fonte: Leonardo S. Soares
Desta forma pode-se considerar que o parâmetro “condições de drenagem” já foi
satisfeito; afinal, quando a drenagem da via possui uma condição ruim, os efeitos
aparecerão na plataforma da via. Esta condição é muito comum de ser encontrada nas
vias férreas através do aparecimento de “bolsões de lama”, que indicam a insuficiência
da drenagem em um determinado ponto, causando a instabilidade da plataforma.
Um tópico ainda não abordado na planilha de cálculo é a instabilidade da via em
virtude das condições dos trilhos. Já foram discutidos na planilha parâmetros como
dormentes e lastro, porém os trilhos e fixações também possuem fundamental
importância na estabilidade da via.
O grande problema da instabilidade da superestrutura causada pelos trilhos é
flambagem. Conforme exposto no capítulo “Estado de Tensão dos Trilhos” o fenômeno
150
da flambagem põe em risco a circulação dos trens por retirar a via do seu alinhamento
normal, criando pequenas curvaturas em tangentes. Dependendo a velocidade de
circulação adotada esta curvatura da via pode gerar um forte impacto nos truques da
composição, gerando uma instabilidade de forças atuantes e consequentemente
gerando o risco do descarrilamento.
Detalhando o fenômeno da flambagem:
Figura 25 – Trilhos com estado normal de tensões.
Fonte: Leonardo S. Soares
Figura 26 – Trilhos com altas tensões e deformação aparente.
Fonte: Leonardo S. Soares
Como já visto, a deformação da via ocorre em virtude do trilho não possuir espaço
suficiente para sua dilatação devido ao calor, assim o fenômeno da flambagem ocorre
como forma de um “alívio de tensão” do trilho.
Porém, a situação de flambagem pode ser considerada como uma falta de
alinhamento da via devido ao estado de tensão dos trilhos. Desta forma este parâmetro
151
já foi considerado quando incluímos na planilha de cálculo o valor máximo de falta de
alinhamento medido pelo Track-star.
Caso o fenômeno da flambagem ocorra num ponto específico do trecho que não
tenha sido utilizado o Track-star, o valor da falta de alinhamento pode ser medido em
campo com a utilização de métodos de cordas e flechas.
Assim, inserindo o parâmetro na planilha de cálculo:
Tabela 52 – Planilha de cálculo contemplando condições das tensões nos trilhos
Fonte: Leonardo S. Soares
Logo, durante o cálculo da velocidade máxima autorizada num dado trecho, o
estado de tensão dos trilhos da via será considerado, enquadrando-se nos valores
limites admitidos pelo Track-star para cada classe de via.
Outro parâmetro do Track-star pode ser inserido na planilha de cálculo: a ocorrência
de bitola carregada. Conforme explicado nos capítulos anteriores o Track-star é
equipado com um sistema de rodeiros que exerce uma força lateral da na via
152
equivalente a passagem de um rodeiro carregado. Desta forma o Track-star analisa a
condição de fixação da via através dos dormentes, placas de apoio, grampos e
tirefonds.
Como na planilha de cálculo ainda não foi contemplado nenhum parâmetro que
assegure a condição das fixações, torna-se interessante a inserção deste parâmetro do
Track-star.
Portanto, a bitola carregada medida pelo Track-star deverá ser colocada na planilha
a fim de inserir no cálculo da velocidade máxima as condições das fixações da via.
Desta forma:
Tabela 53 – Planilha de cálculo contemplando condições das fixações
Fonte: Leonardo S. Soares
153
Assim, de forma análoga ao acontecido com o parâmetro de flambagem, os limites
as medidas de ocorrência de bitola carregada já estão estabelecidos para cada classe
de ferrovia. Portanto, cada bitola carregada medida deve estar dentro do limite de
tolerância para a classe de ferrovia que foi considerado, caso contrário a velocidade de
circulação será reduzida em virtude da má fixação dos trilhos da via.
Finalizando os parâmetros restantes de via permanente restam: gabaritos de obras
de arte, pontes e túneis. Conforme explicado, não existem restrições de velocidade
para composições ferroviárias referentes a existência de túneis e pontes em perfeitas
condições.
Considerando agora alguns parâmetros externos, o cálculo da velocidade máxima
deverá considerar: obras ao longo da via, acidentes ferroviários e acidentes da natureza,
passagens em nível, proximidade de edificações, serviços de manutenção e visibilidade
de sinais.
Conforme exposto anteriormente, a existência de obras ao longo da via modifica a
condição de algum parâmetro anteriormente já considerado que irá restringir a
velocidade de circulação. Portanto não se torna necessário a existência de mais um
item específico na planilha de cálculo. Esta mesma consideração vale para ocorrência
de acidentes ferroviários que danificam a via permanente.
Tratando-se de serviços de manutenção, foi verificado que dependendo da natureza
do serviço a velocidade de circulação local poderá ser mantida, reduzida ou
interrompida. Nos casos já discutidos:
Sem restrição de velocidade:
- Limpeza de canaletas;
- Roçada ou capina;
- Manutenção de faixa de domínio;
- Reaperto de juntas.
154
Com restrição de velocidade:
- Correção de bitola;
- Alinhamento manual da via;
- Correção de superelevação;
- Nivelamento manual da via;
- Limpeza manual de lastro;
- Substituição de dormentes;
- Substituição de placas de apoio.
Com interrupção do tráfego:
- Reconstrução da via;
- Desguarnecimento total de lastro;
- Substituição de trilhos;
- Confecção de soldas;
- Aplicação de junta em fraturas;
- Substituição total ou parcial de AMV.
Considerando as informações na planilha de cálculo:
155
Tabela 54 – Planilha de cálculo contemplando ocorrências de serviços de manutenção
Fonte: Leonardo S. Soares
Os acidentes da natureza podem ser tratados da mesma forma, porém sendo
classificados apenas em dois grupos: acidentes que provocam interrupção de tráfego e
acidentes de menor porte, sem interrupção de tráfego.
Considerando apenas alguns dos possíveis acidentes da natureza que venham a
interromper o tráfego das composições ferroviárias, pode-se destacar:
o Obstrução da via por queda de barreiras;
156
o Destruição da via por enxurradas, queda de aterros, carreamento de
materiais;
o Via completamente alagada;
o Demais situações de origem natural que impossibilitem o tráfego.
Inserindo estes dados na planilha de cálculo ficará registrado o motivo pelo qual
o tráfego em um dado trecho da ferrovia foi interrompido.
Tabela 55 – Planilha de cálculo contemplando ocorrências de acidentes da natureza
Fonte: Leonardo S. Soares
No caso da visibilidade de sinais é necessário analisar a distância de frenagem que
uma composição precisa para parar totalmente no momento em que o maquinista
percebe o sinal fechado a sua frente.
157
De acordo com a tabela do Regulamento Geral de Operações da R.F.F.S.A. existe
uma distância de frenagem para cada tipo de trem, terreno, velocidade e aplicação de
freio. Desta forma, determinando o tipo de trem (através de sua tonelagem bruta), o
terreno (rampa ascendente ou descendente) e a aplicação de freio é possível de se
determinar uma velocidade compatível para uma parada segura do trem na condição
mais desfavorável de acordo com a tabela da R.F.F.S.A..
Trabalhando com a seguinte equação de Newton, é possível determinar a
desaceleração que cada tipo de composição sofre em cada tipo de situação proposta
pela tabela.
v2 = v02 + 2.a.∆x
Na tabela proposta:
Tabela 56 – Tabela de distância de frenagem por tipo de composição e aplicação de
freio a ar
Fonte: R.F.F.S.A.
158
Considerando que a distância de frenagem representa o eixo das abscissas e a
desaceleração o eixo das ordenadas, é possível descrever o seguinte gráfico para os
dois tipos de trens presentes na tabela:
0,00
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
-0,50
2
y = -6E-06x + 0,008x - 3,4336
DESACELERAÇÃO (m/s²)
-1,00
-1,50
2
y = -2E-06x + 0,007x - 6,3097
-2,00
A
B
Polinômio (B)
Polinômio (A)
-2,50
-3,00
-3,50
DISTÂNCIA DE FRENAGEM (m)
Figura 27 – Gráfico de correlação: distância de frenagem x desaceleração
Fonte: Leonardo S. Soares
Com o auxílio do gráfico, uma vez determinada a distância de frenagem é possível
de se determinar a desaceleração necessária de acordo com o tipo de trem (vazio ou
carregado).
Uma vez descoberto o valor da desaceleração para que a velocidade final próxima
ao sinal seja zero, pode-se determinar a velocidade máxima com que a composição
deverá estar para fazer uma frenagem segura através da equação anteriormente
apresentada:
159
v2 = v02 + 2.a.∆x
Portanto, na planilha de cálculo deverá ser inserida a distância de frenagem ou
distância focal disponível para cada sinal do trecho:
Tabela 57 – Planilha de cálculo considerando existência de sinais ao longo do trecho
Fonte: Leonardo S. Soares
O último parâmetro externo a ser contemplado pela planilha de cálculo são as
passagens em nível. Conforme demonstrado no capítulo específico a este parâmetro, a
distância de visibilidade será um fator fundamental para a determinação da velocidade.
Analisando novamente a tabela:
160
Tabela 58 – Tabela de distância de frenagem para ferrovias e rodovias em cruzamentos
rodo-ferroviários
Fonte: Departamento Nacional de Trânsito
Desta forma, a planilha deverá contemplar a existência de passagens em nível e a
distância de visibilidade da mesma. Sendo assim, na região de uma passagem em nível
crítica, a velocidade de circulação dos trens poderá ser reduzida a título de aumentar a
segurança durante sua passagem pelo cruzamento.
161
Tabela 59 – Planilha de cálculo considerando existência de passagens em nível ao
longo do trecho
Fonte: Leonardo S. Soares
Neste ponto, a planilha de cálculo contempla quase todos os parâmetros
pesquisados com exceção do tipo de tração e o comprimento dos trens. Estes dois
últimos parâmetros podem servir como um indicador de que a velocidade resultante de
toda planilha de cálculo é compatível com o tipo de trem que irá desenvolvê-la.
Desta forma, uma vez inseridos todos os dados na planilha de cálculo e
determinada a velocidade de circulação com base nestes parâmetros, a solução deverá
ser levada ao simulador de condução onde serão demonstrados todos os novos
esforços que a composição como um todo irá sofrer. Se estes esforços estiverem
dentro dos limites de tolerância, a nova velocidade poderá ser aprovada, caso contrário,
deverá ser discutida entre as áreas afins da empresa.
Desenvolvendo esta “aprovação” na planilha de cálculo:
162
Tabela 60 – Planilha de cálculo considerando a aprovação do resultado pelo pessoal da
operação ferroviária e mecânica
Fonte: Leonardo S. Soares
163
6. DISCUSSÃO
Para uma discussão refinada do sistema de cálculo é ideal realizar uma simulação
de forma a verificar a confiabilidade dos resultados.
Foi escolhido um trecho do quilômetro 343 da linha do centro, composto por uma
seqüência de curvas conforme a foto aérea a seguir:
D
C
B
A
Figura 28 – Trecho em estudo da M.R.S. Logística S.A.
Fonte: Gerência de Via Permanente de Minas Gerais
164
Analisando o gráfico do Track-star para as curvas do quilômetro proposto para
inserir os parâmetros de superelevação e bitola no sistema. Devem ser inseridas as
condições mais desfavoráveis, ou seja, a superelevação mais baixa e a maior bitola
larga.
165
Figura 29 – Gráfico de resultado de inspeção em trecho
Fonte: Alexandre da Silva Leonardo (M.R.S. Logística S.A.)
166
Inserindo as informações para as curvas do sistema de cálculo:
Tabela 61 – Planilha de cálculo simulando superelevação e bitola
Fonte: Leonardo S. Soares
Considerando que neste trecho irá circular trens de minério com vagões GDT
vazios e desta forma executando todos os cálculos para a altura do centro de gravidade
destes veículos, chega-se ao seguinte valor para tal medida:
ALTURA DO CG (GDT VAZIO) = H = 1,75m
A compressão máxima admitida para a suspensão deste tipo de vagão é de
aproximadamente 6 cm. Esta medida será a principal causadora de deslocamento do
Centro de Gravidade durante a inscrição e portanto, considerada na planilha de cálculo.
DESLOCAMENTO DO CG = d = 0,06m
Considerando ainda que o coeficiente de segurança será o maior valor possível, ou
seja, mais seguro; conforme a medida definida por Brina H. L. (1975):
COEFICIENTE DE SEGURANÇA = n = 5
Atribuindo estes valores na planilha de cálculo:
167
Tabela 62 – Planilha de cálculo simulando altura de centro de gravidade, deslocamento
do centro de gravidade e coeficiente de segurança considerado
Fonte: Leonardo S. Soares
Verificando os resultados parciais:
Comparativo CALCULADO x REAL
90
80
70
V (km/h)
60
50
40
ATUAL
VMA Calculada
30
20
10
0
A
B
TRANSIÇÃO
C
D
CURVAS
Figura 30 – Gráfico de primeira análise dos resultados
Fonte: Leonardo S. Soares
Conforme esperado, a velocidade máxima autorizada calculada para trecho através
da planilha de cálculo aproxima-se consideravelmente da praticada pela empresa.
Porém, deve-se ressaltar que foram inseridos somente alguns dados de geometria da
168
superestrutura bem como apenas um modelo de vagão. Portanto este é um resultado
parcial.
Quanto ao estado de manutenção da via, deve ser considerado para cada
parâmetro a extensão em metros de quando o referido defeito ultrapassa os limites
propostos.
Analisando novamente o gráfico do Track-star:
Figura 31 – Gráfico de resultado de inspeção em trecho
Fonte: Alexandre da Silva Leonardo (M.R.S. Logística S.A.)
Ou seja, em nenhum dos parâmetros foi ultrapassado o limite de tolerância
estabelecido. Inserindo os dados na planilha de cálculo:
169
Tabela 63 – Planilha de cálculo simulando o estado de manutenção
Fonte: Leonardo S. Soares
Considerando a tonelagem bruta diária da M.R.S.
Logística S.A. de 61.000
toneladas no trecho proposto:
Tabela 64 – Planilha de cálculo simulando o estado de manutenção
Fonte: Leonardo S. Soares
A planilha de cálculo fornece que o estado de manutenção da via está obedecendo
aos padrões, portanto não existe qualquer índice de prioridade para intervenção neste
trecho. Este fato justifica os valores de IP-SCORE iguais a zero na planilha.
Alimentando a planilha com as demais informações necessárias; a classe de via e
os parâmetros máximos de geometria (empenos, erros de alinhamento e nivelamento)
no trecho estudado devem ser contemplados. Trabalhando novamente com gráfico do
Track-star:
170
Figura 32 – Gráfico de resultado de inspeção em trecho
Fonte: Alexandre da Silva Leonardo (M.R.S. Logística S.A.)
Desta forma, inserindo os valores na planilha de cálculo:
Tabela 65 – Planilha de cálculo simulando os defeitos de via medidos
Fonte: Leonardo S. Soares
171
Inserindo os dados de máxima bitola carregada medida conforme as medidas do
Track-star:
Figura 33 – Gráfico de resultado de inspeção em trecho
Fonte: Alexandre da Silva Leonardo (M.R.S. Logística S.A.)
Tabela 66 – Planilha de cálculo simulando o estado das fixações e dormentes
Fonte: Leonardo S. Soares
Com os valores inseridos, a planilha informou através das células em vermelho que
existem parâmetros acima dos limites admitidos para a classe de via considerada. Além
disto, os valores registrados em laranja encontram-se exatamente iguais ao limite
estabelecido para a classe de via 3.
Desta forma, existe um indicador de que o estado das fixações e dormentes é um
ponto de risco para classe considerada e reduzirão a velocidade de circulação ao final
dos cálculos. Para um possível aumento desta velocidade, torna-se necessária uma
intervenção na via a fim de sanar o problema.
172
Continuando com a entrada de dados na planilha de cálculo, surge a necessidade
de análise das juntas existentes no trecho. Uma análise de campo demonstra que
existem no local 4 juntas com 6 parafusos cada, sendo duas destas talas na curva “A” e
as outras duas na curva “C”. Uma vez realizadas as medidas solicitadas pela planilha
(desvio máximo no plano de rolamento, desvio máximo no plano interno) e inserindo
estas informações:
Tabela 67 – Planilha de cálculo simulando o estado das talas de junção
Fonte: Leonardo S. Soares
O que indica que as juntas da região analisada encontram-se dentro das tolerâncias
admitidas para a classe de via considerada.
Passando a inserção das informações sobre os defeitos dos trilhos, através de
análise de campo foram identificadas pequenas anomalias nos trilhos. Considerando
tais anomalias na planilha com sua respectiva dimensão:
Tabela 68 – Planilha de cálculo simulando o estado das talas de junção
Fonte: Leonardo S. Soares
173
Fica evidente, através da coloração das células da planilha em laranja, que os
valores encontrados nos defeitos dos trilhos caem numa faixa de observação conforme
a tabela da FRA proposta como referência para este parâmetro. Portanto, para um
possível aumento da velocidade de circulação no trecho, estas anomalias devem ser
retiradas. Além disso, ainda de acordo com a tabela da FRA, permanecendo tais
anomalias nos trilhos durante um determinado tempo, pode ocorrer o aumento das
mesmas, fazendo com que o valor atualmente medido aumente para um nível que
venha a restringir a velocidade de circulação que está sendo calculada neste instante.
Dando prosseguimento, quanto ao lastro são necessárias informações do tipo de
trilho, taxa de dormentação e altura de lastro. O tipo de trilho utilizado no trecho
analisado é o formato 136 RE conforme norma da AREA, conhecido mais comumente
como trilho TR 68. A taxa de dormentação do local é de 1850 dormentes por metro e a
altura de lastro mínima medida em cada curva segue na tabela de cálculo conforme foi
medida no local (da base do lastro até a parte superior do dormente onde é presa a
fixação):
Tabela 69 – Planilha de cálculo simulando o estado do lastro e taxa de dormentação
Fonte: Leonardo S. Soares
Foi verificado através da planilha de cálculo de velocidade que as condições de
lastro atendem aos limites estipulados pelas normas anteriormente citadas. Portanto
não existirá qualquer impedimento na velocidade de circulação por conta deste
parâmetro.
174
Quanto às condições da plataforma, foi verificado em campo que a mesma
encontra-se devidamente estabilizada, sem ocorrências de movimentações de massa
nos últimos anos. Portanto, na tabela de cálculo:
Tabela 70 – Planilha de cálculo simulando as condições da plataforma
Fonte: Leonardo S. Soares
Quanto a ocorrência de flambagem, durante a inspeção no trecho, em nenhuma
das curvas havia sinais de flambagem dos trilhos, principalmente pela temperatura
amena, portanto:
Tabela 71 – Planilha de cálculo simulando as ocorrências de flambagem
Fonte: Leonardo S. Soares
Quanto ao estado das fixações, conforme desenvolvido no trabalho, o principal
indicador deste parâmetro é a informação do Track-star, quando o mesmo indica os
pontos onde existe a abertura da bitola da via devido a aplicação de uma força lateral
sobre os trilhos. Este valor já foi inserido na planilha de cálculo quando foram tratados
os dados referentes a ocorrência de bitola carregada e portanto, serão duplicados na
planilha de cálculo no respectivo campo:
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Tabela 72 – Planilha de cálculo simulando as ocorrências de bitola carregada
Fonte: Leonardo S. Soares
Novamente, a planilha de cálculo irá considerar que os limites tolerância para este
parâmetro foram ultrapassados e a velocidade será reduzida devido a esta ocorrência.
Quanto a ocorrência de serviços de manutenção e acidentes da natureza, durante a
inspeção no trecho, não havia nenhuma intervenção por parte do pessoal de via
permanente e nenhuma ocorrência de interdição de tráfego devido a um acidente de
ordem natural. Portanto:
Tabela 73 – Planilha de cálculo simulando as ocorrências de serviços de manutenção e
acidentes da natureza
Fonte: Leonardo S. Soares
Passando a análise dos fatores externos, no local não existem sinais nem
passagens em nível que poderiam exigir uma restrição à velocidade de circulação.
Complementando as informações solicitadas pela planilha de cálculo:
176
Tabela 74 – Planilha de cálculo considerando os fatores externos que influenciam no
cálculo da velocidade máxima autorizada
Fonte: Leonardo S. Soares
Desta forma, com todas as informações exigidas inseridas na planilha, obtém-se o
perfil de velocidade contemplando os parâmetros estudados:
Tabela 75 – Resultado final da planilha de cálculo
Fonte: Leonardo S. Soares
Portanto, em virtude dos defeitos dos trilhos encontrados no trecho, o sistema
limitou a velocidade para o patamar de segurança estabelecido. Além desta informação,
foram processados os serviços necessários para que a velocidade possa atingir limites
mais elevados.
Analisando graficamente os resultados obtidos:
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Comparativo CALCULADO x REAL
90
80
70
V (km/h)
60
50
ATUAL
40
VMA sem ocorrências
VMA com ocorrências
30
VMA temporária
20
10
0
A
B
TRANSIÇÃO
C
D
CURVAS
Figura 34 – Gráfico dos resultados finais
Fonte: Leonardo S. Soares
Ou seja, a velocidade máxima atual utilizada no trecho em questão não considera
fatores de segurança que limitam a velocidade. Com esta análise gráfica torna-se
possível verificar que as curvas “B” e “D”, em virtude das suas ocorrências de trilhos
defeituosos, são as principais limitantes de velocidade da seqüência. Uma vez
utilizadas medidas corretivas ou a solução do problema, o patamar de velocidade pode
certamente voltar aos 60 km/h, ou de uma forma mais precisa, aos 64 km/h.
178
7. CONCLUSÃO
Em virtude do resultado final apresentado, surge a proposta de aplicação do
método para determinação da velocidade máxima autorizada como forma de ganhos
para a companhia tanto em produtividade como em segurança.
Ainda conforme o resultado apresentado verifica-se que método de determinação
da velocidade contempla condições físicas reais do trecho, baseando-se não somente
no projeto da ferrovia, mas como também em detalhes que podem representar um risco
para a segurança da circulação, como os defeitos superficiais apresentados nos trilhos
da via.
Unindo várias informações técnicas, além de determinar a velocidade através de
condições reais, através do sistema é possível verificar os pontos da via que são os
principais causadores de restrições em determinados trechos. Desta forma, a
manutenção da via pode trabalhar em pontos específicos que representam um risco
para a perda de velocidade operacional acarretando em perda de produtividade.
Cabe a sugestão de um maior desenvolvimento do sistema em função dos
excelentes ganhos gerados pelo mesmo, com foco em aumento da velocidade
operacional e possíveis melhorias nas áreas de via permanente e mecânica. Este
possível desenvolvimento pode ser realizado no aprofundamento dos parâmetros e a
automatização da entrada de dados, garantindo desta forma, que a via permanente
possa ter um perfil de velocidade compatível com o que realmente existe no campo.
179
8. BIBLIOGRAFIA
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questão do descarrilamento, Rio de Janeiro, RJ, 2002.
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