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MINISTÉRIO DA DEFESA
EXÉRCITO BRASILEIRO
SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
MRS LOGÍSTICA S.A.
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA FERROVIÁRIA
PRISCILLA MERITELLO PINTO
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE
CARGA
Rio de Janeiro
2012
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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
MRS LOGÍSTICA S.A.
PRISCILLA MERITELLO PINTO
MODELO TÉCNICO-ECONOMICO PARA ESCOLHA DE DORMENTE
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Programa de Pós- Graduação
em Transporte Ferroviário de Carga do Instituto Militar de Engenharia do Rio de
Janeiro como parte dos requisitos para obtenção do certificado de especialização
pelo curso de Pós-Graduação.
Orientador: Profº Cel Diogo
Tutor: Leonardo Soares
RIO DE JANEIRO
2012
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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
MRS LOGÍSTICA S.A.
PRISCILLA MERITELLO PINTO
MODELO TÉCNICO-ECONOMICO PARA ESCOLHA DE DORMENTE
Monografia apresentada ao Curso de Pós Graduação em Engenharia Ferroviária
do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do título de
Especialista em Engenharia Ferroviária.
Orientador: Profº Cel Diogo
Tutor: Leonardo Soares
Aprovada em 27 de Junho de 2012 pela seguinte Banca Examinadora:
_______________________________________________________________
Silveira Lopes
_______________________________________________________________
Glaudson Bastos
_______________________________________________________________
Priscilla Meritello Pinto
Rio de Janeiro
2012
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PINTO, Priscilla, Meritello.
Modelo Técnico-Economico para Escolha de Dormente.
Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2012.
64f.: il.; Graf., tab. : - cm.
Monografia (especialização) – Instituto Militar deEngenharia / Curso de Especialização TransporteFerroviário de Carga, 2012.
I. Especialista.
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AGRADECIMENTOS
Agradeço a MRS pela grande oportunidade de crescimento profissional. A minha
família, por serem os responsáveis pela que sou e me apoiarem e incentivarem em
todos os momentos. Aos amigos que estão sempre ao meu lado me apoiando. Ao
Cel. Diogo e Leonardo Soares por me orientarem de verdade durante o
desenvolvimento deste trabalho.
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SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... 8
LISTA DE QUADROS .............................................................................................. 10
RESUMO .................................................................................................................. 11
ABSTRACT .............................................................................................................. 12
1 – INTRODUÇÃO ................................................................................................ 13
1.1– A Evolução da Ferrovia .............................................................................. 13
1.2– Objetivo do Trabalho .................................................................................. 15
1.3 – Justificativa do Trabalho ........................................................................... 15
1.4 – Metodologia Empregada ........................................................................... 16
1.5 – Conteúdo dos Capítulos ............................................................................ 16
2 – ESTADO DA ARTE ......................................................................................... 19
2.1 – Via Permanente ........................................................................................ 19
2.2 – Dormentes ................................................................................................ 28
3 – A EXPERIÊNCIA DA MRS LOGÍSTICA S. A. ................................................. 38
3.1 – Breve Histórico .......................................................................................... 38
3.2 – A substituição dos dormentes de madeira ................................................ 40
3.3 – O uso dos dormentes de aço .................................................................... 42
3.4 – Desenvolvimento dos dormentes de plástico ............................................ 44
3.5 – A rejeição aos dormentes de concreto ...................................................... 46
4 – PROPOSTA DE UM MODELO ....................................................................... 48
4.1 – Definição dos parâmetros de análise ........................................................ 48
4.2 – Desenvolvimento da Ferramenta de Análise ............................................ 50
5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................ 59
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5.1 – Objetivos Atingidos ................................................................................... 59
5.2 – Dificuldades Encontradas ......................................................................... 59
6 – BIBLIOGRAFIA ............................................................................................... 60
7 – ANEXOS ......................................................................................................... 63
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LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1: Infraestrutura Ferroviária ........................................................................ 19
Figura 2.2: Superestrutura Ferroviária ...................................................................... 20
Figura 2.3: Trilho RE 136 – AREMA (medidas em pol) ............................................ 22
Figura 2.3: Trilho UIC 60 kg (medidas em mm) ........................................................ 24
Figura 2.4: Aparelho de Mudança de Via (AMV) ...................................................... 25 Figura 2.5: Tala de Junção Trilho RE 115 ................................................................ 26
Figura 2.6: Fixações rígidas ..................................................................................... 27
Figura 2.7: Fixações elásticas .................................................................................. 27
Figura 2.8: Dormentes de Madeira ........................................................................... 30
Figura 2.9: Dormentes de Aço .................................................................................. 32
Figura 2.10: Espessura de lastro .............................................................................. 33
Figura 2.11: Dormentes de Plástico ......................................................................... 34
Figura 2.12: Dormentes de Plástico ......................................................................... 35
Figura 3.1: Volume Total Transportado – MRS Logística ......................................... 39
Figura 3.2: Desgaste mecânico no dormente retirado da Serra do Mar ................... 41
Figura 3.3: Dormente da Ferrovia do Aço retirado por apodrecimento ..................... 42
Figura 3.4: Deslocamento do isolador em dormentes de aço................................... 43
Figura 3.5: Fratura na região de pregação em dormentes de plástico ..................... 45
Figura 3.6: Cavidades no interior da zona de pregação do dormente de plástico .... 45
Figura 3.7: Fratura e Empenamento no centro dos dormentes de plástico .............. 46
Figura 4.1: Início ....................................................................................................... 50
Figura 4.2: Ajuda ...................................................................................................... 51
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Figura 4.3: Resposta ................................................................................................ 51
Figura 4.4: Custo de Manutenção ............................................................................ 52
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LISTA DE QUADROS
Tabela 2.1: Composição Química do trilho Low Alloy (Baixa Liga) .......................... 21
Tabela 2.2: Composição Química do trilho padrão UIC ........................................... 23
Tabela 2.3: Propriedades mecânicas dos Dormentes .............................................. 37
Tabela 3.1: Volume Transportado por carga – MRS Logística ................................. 39
Tabela 4.1: Condicionais .......................................................................................... 53
Tabela 4.2: Taxa de troca ......................................................................................... 54
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RESUMO
Desde a privatização da malha ferroviária brasileira, o setor ferroviário vem se
desenvolvendo fortemente no nos últimos anos. Um meio de transporte que foi
esquecido nos ano 80 está fazendo a diferença no cenário atual da economia
diminuindo o número de acidentes nas rodovias, aumentando o volume de carga
transportada e contribuindo para o aumento do PIB do Brasil.
O que recomeçou com a recuperação das vias, hoje está em fase de
manutenção e ampliação, atividades essas que devem seguir especificações de
serviços e materiais, de modo a alcançar a excelência. A correta escolha dos
materiais vem demonstrando aumento da vida útil do sistema, diminuindo também
os gastos com manutenção e, conseqüentemente, aumentando a confiabilidade dos
mesmos.
No Brasil não existe nenhuma metodologia de escolha do tipo de dormente a ser
aplicado. Os parâmetros são diversos e a escolha depende unicamente da
experiência e conhecimento do projetista. Baseado nessa amplitude de parâmetros,
o presente trabalho irá caracterizar e analisar cada parâmetro que influencia na vida
útil dos dormentes e do sistema como um todo. Para isso, cada tipo de dormente
será estudado, assim como as várias características da via.Uma vez estudados os parâmetros, serão definidos aqueles que mais afetam o
sistema para o desenvolvimento de uma ferramenta que irá auxiliar o projetista no
processo de escolha do dormente considerando tanto os aspectos técnicos quanto
os econômicos.
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ABSTRACT
Since the brazilian’s railroad privatization, the rail industry have been strongly
developed. This transport mean that had been forgotten at the 80’s is now making
the difference in the current economical scenario by reducing the number of
highways accidents, increasing the volume of cargos transported and enhancing
Brazil’s GDP.
Which started with the way’s repair, today it is in phase of maintenance and
expansion. Those activities need to follow service and material’s specifications so it
can achieve its excellence. The right materials choice have demonstrated a system
life cycle growth, also a decreasing maintenance costs and, consequently, increasing
its reliability.
In Brazil there are no ties’ methodology of choice. There are many parameters
but the choice depends exclusively on the experience and knowledge of the
designers. Based on the amplitude of parameters, this work will characterize and
analyze each one looking for those which influences the most in the ties cycle life
and the rail system as a whole. To make it possible, each tie type will be studied, just
like the many rail characteristics.
Once having studied the parameters, those which most affects the system will be
chosen to develop a tool that will help the designers to chose the most appropriate
tie, considering the technical and economical aspects.
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1 – INTRODUÇÃO
1.1– A Evolução da Ferrovia
A ferrovia surgiu na Inglaterra em 1825, logo após a Revolução Industrial. O
Brasil tentou incentivar a iniciativa privada para a construção de ferrovias ao criar a
Lei n.º 101, de 31 de outubro de 1835 que previa a concessão de 40 anos às
empresas que construíssem estradas de ferro interligando Rio de Janeiro, São
Paulo, Minas Gerais, Rio Grande do Sul e Bahia, mas não obteve sucesso.
Somente em 1854 Irineu Evangelista de Souza, futuramente conhecido como
Barão de Mauá, implantou 14,5 km de ferrovia entre o Porto Estrela na Baía de
Guanabara e a Raiz da Serra, perto de Petrópolis. A partir daí, o país começou a
construir ramais que favoreciam o transporte de carga que, antes das estradas de
ferro, eram feitas por carroças com tração animal ou até mesmo no próprio animal.
Em 1953, o Brasil possuía 37.200 km de malha ferroviária. Esse número foi
reduzido para 30.559km com a desativação das linhas consideradas anti-
econômicas, as quais, grande parte delas, foram construídas para o transporte de
mercadorias cuja produção desapareceu posteriormente (Brina, 1979).
A Rede Ferroviária Federal Sociedade Anônima (RFFSA) foi criada em 1957 a
fim de diminuir os déficits operacionais e padronizar os procedimentos de produção
e manutenção de mais de 24.000 km de ferrovia. As pequenas Estradas de Ferro
não foram absorvidas pela RFFSA, como por exemplo, a Estrada de Ferro Vitória a
Minas e a Estrada de Ferro Votorantin, entre outras (Brina, 1979).
Os investimentos destinados à ferrovia começaram a diminuir quando o governodecidiu priorizar o transporte rodoviário. Schimidt (2010) apud Marques (1996)
mostra que entre os anos de 1975 e 1980 o transporte ferroviário brasileiro crescia,
em tonelada quilômetro útil (TKU), à taxa de 7,9% ao ano, e entre 1980 e 1992, foi
reduzido para 2,5%.
O grande crescimento da ferrovia começou em 1996, quando o Governo
começou a realizar leilões de concessão da malha ferroviária. Atualmente, são 11
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concessionárias responsáveis pela administração de 28.614km de ferrovia (CNT,
2011). A tabela 1.1 mostra as principais empresas vencedoras da concessão.
Com a privatização, obteve-se um crescimento de produção 92,7%, passando
de 138,9 bilhões de tonelada-quilômetro-útil (TKU) para 267,7 bilhões de TKU, entre
os anos de 1999 e 2008 e um aumento de volume transportado de 79,6%: 256,0
milhões de toneladas úteis (TU) em 1999 e 459,7 milhões de TU em 2008 (Ipea
2010).
Entre os anos de 1999 e 2008, foram investidos R$14,8 bilhões destinados,
principalmente, à recuperação da linha férrea e do material rodante, que
encontravam-se em estados deploráveis de manutenção, comprometendo a
operação da malha. A partir de 2000, os investimentos já começaram a ser
aplicados para aumento de capacidade e melhoria dos serviços logísticos (Ipea
2010).
Com o aquecimento da economia brasileira, o setor de transporte está sendo
demandado cada vez mais. Estima-se que o crescimento do volume transportado
tenha aumentado 10% em 2011 em relação a 2010 passando de 278 bilhões de
toneldas-quilometro-util (TKU) para 315 bilhões de TKU (CNT, 2011). Se comparado
a 1997, inicio das concessões, o crescimento foi de 130%. O Plano CNT de
Transporte e Logística 2011 identifica ainda a necessidade de R$151,3 bilhões no
transporte ferroviário para que seu desenvolvimento acompanhe a demanda.
Diante da capacidade potencial do setor, o plano atual de investimento das
concessionárias está voltado para a ampliação da malha, visando não só atender a
demanda, mas principalmente a eliminar os gargalos operacionais (Schimidt 2010).
Com esse panorama, a escolha dos materiais a serem empregados tanto na
implantação de novas linhas, quanto na manutenção das já existentes torna-se
essencial para garantir a qualidade da via, aumentando a confiabilidade do modal egerando economia.
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Tabela 1.1: Principais ferrovias de carga do Brasil – 2008Fonte: Comunicados do Ipea nº50 – Série eixos do desenvolvimento brasileiro
2010
1.2– Objetivo do Trabalho
O presente trabalho tem com objetivo propor um modelo técnico-econômico para
escolha do tipo de dormente mais adequado para trechos em implantação e em
manutenção.
1.3 – Justificativa do Trabalho
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No Brasil, a escolha dos materiais é feita de acordo com a experiência de cada
concessionária. Sem objetivos nem parâmetros claramente definidos para avaliação
e escolha.
Os dormentes são escolhidos de acordo com seu comportamento durante os
anos, demonstrado nos relatórios de manutenção da malha. Não existem
parâmetros definidos para análise e escolha do melhor tipo de dormente a ser usado
em determinado trecho.
Portanto, este trabalho justifica-se quando, no atual cenário de ampliação e
manutenção da malha ferroviária, a escolha do tipo de dormente a ser utilizado é
relevante tanto nos aspectos técnicos operacionais quanto nos aspectos
econômicos.
1.4 – Metodologia Empregada
Será feita uma revisão das características de cada tipo de dormente, baseada
na literatura disponível em trabalhos e artigos técnicos, teses de pós graduação e
livros para reconhecimentos dos parâmetros que podem ser considerados para a
escolha.
Com os parâmetros identificados, será feita uma análise para identificar os mais
influentes ao longo da vida útil do dormente e com esses parâmetros será
desenvolvida uma ferramenta para auxílio na escolha do dormente mais adequado.
1.5 – Conteúdo dos Capítulos
INTRODUÇÃO
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A introdução apresenta um breve histórico da ferrovia desde sua criação na
Inglaterra, passando pela sua chegada e evolução no Brasil.
Relata como foi sua aceitação e aproveitamento ao longo dos anos, os períodos
em que foi praticamente abandonada e seu ressurgimento como importante modal
de transporte.
ESTADO DA ARTE
O Estado da Arte é o resultado de ampla consulta (ou pesquisa) a publicações
técnicas na forma de artigos ou capítulos divulgados em revistas, sites da internet e
livros e também de orientações de profissionais com vivência ferroviária.
Este capítulo apresenta uma base de dados já estudada por outros autores. Ela,
juntamente com o capítulo seguinte (A Experiência MRS), servirá como um conjunto
de parâmetros de entrada a estruturar o modelo que se pretende propor.
A EXPERIÊNCIA DA MRS LOGÍSTICA S.A.
Esta parte do estudo apresenta dados obtidos de relatórios de manutenção da
empresa MRS Logística S.A. mostrando como tem sido sua experiência com os
diversos tipos de dormentes empregados em suas linhas.
PROPOSTA DE UM MODELO
Atingindo o propósito do que se apresentou anteriormente, foram selecionados
os parâmetros decisórios de interesse (ou relevantes) sendo possível criar um
algoritmo, em planilha eletrônica Excel, que escolhe o melhor tipo de dormente, sob
aspectos técnicos e econômicos, para um trecho ferroviário.
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste capítulo relata-se sobre os processos realizados pra atingir os objetivos
propostos inicialmente. Ressalta os benefícios derivados do presente trabalho e
descreve as dificuldades encontradas durante o desenvolvimento deste.
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2 – ESTADO DA ARTE
2.1 – Via Permanente
Via permanente é o conjunto de instalações e ativos fixos que permitem a
passagem do trem. Está dividido em infraestrutura e superestrutura.
A infraestrutura é formada pelos cortes e aterros, pela drenagem, tuneis, pontes,
viadutos, passagens inferiores e superiores, etc..
A superestrutura é constituída pelos elementos que estão acima da plataforma
de terraplenagem sendo eles: lastro, dormentes, trilhos, placas de apoio e fixações.
Também considera-se como parte da via permanente a sua geometria e o seu
traçado.
Figura 2.1: Infraestrutura FerroviáriaFonte: Imagem Googleearth (Ferrovia do Aço – Barra Mansa).
Túnel
PonteCorte
Corte
Drenagem
Aterro
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Figura 2.2: Superestrutura FerroviáriaFonte: http://www.empresassa.com.br
2.1.1 – Geometria e Traçado
A implantação de uma ferrovia segue os estudos feitos na fase de projeto que
resultarão na definição de um traçado e uma geometria.
O traçado é caracterizado pelo caminho que o eixo da ferrovia segue sendo
constituído por tangentes, curvas, rampas e Aparelhos de Mudança de Via (AMVs).
É o traçado que definirá as condições operacionais como velocidade máxima, perfil
de tração, raio mínimo, rampa máxima, etc..
A geometria da via é representada pelas condições dos trilhos nas três
dimensões:
a) Horizontal: bitola e alinhamento;
b) Vertical transversal: superelevação, transições de entrada e saída;
c) Vertical longitudinal: nivelamento das filas de trilhos, com referência “0”.
2.1.2 – Trilhos
Os trilhos funcionam como viga contínua que guiam o material rodante, o
sustenta e transfere a carga das rodas numa menor proporção para as placas de
apoio e na sequência para os demais componentes da superestrutura.
Trilhos
Fixaçã
Dormente
Lastro Lastr
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O Brasil adota a mesma padronização de trilhos que a American Railway
Engeneering and Maintenance-of-way Assotiation (AREMA) e os perfis mais
utilizados são RE 115 (Tr-57), RE 136 (Tr-68), RE 141 (Tr-70) e ainda o obsoleto
RA-A 90 (Tr-45).
No Brasil ainda não existe padronização dos trilhos. Adotamos AREMA como
perfil, porém, existem ferrovias que adotam a norma européia da Union
Internationael des Chemins de Fer (UIC). A ABNT está elaborando norma que
deverá contemplar tanto o perfil americano como o europeu.
Os trilhos devem garantir as seguintes características para resistir aos esforços
demandados:
a) Dureza para diminuir o desgaste;
b) Elasticidade para recuperar as deformações;
c) Tenacidade para resistir às fraturas;
d) Resistência a Flexão para evitar o rompimento do trilho;
e) Resistência a Fadiga para evitar trincas.
O material que possui todas essas propriedades é o aço, que tem sido
empregado na constituição do trilho.
Os principais componentes do aço que garantem essas propriedades são
quatro: Ferro, Carbono, Manganês e Silício.
A tabela abaixo mostra a composição química dos trilhos padrão AREMA.
Tabela 2.1: Composição Química do trilho Low Alloy (Baixa Liga)
Elements
Weight %
Standard StrengthIntermediate and High
Strength
Minim. Maxim. Minim. Maxim.
Carbon, % 0.72 0.82 0.72 0.82
Manganese
, % 0.80 1.10 0.70 1.25
Silicon, % 0.10 0,50 0.10 1.00
Phosphoru
s % 0.02 0.02
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Sulfur % 0.02 0.02
Chromium
% 0.25 0.40 0.40 0.70
Nickel % 0.15 0.15
Molybdenu
m % 0.050 0.050
Vanadium
% 0.010 0.010
Hydrogen,
PPM see section 1.3.1.6
Fonte: AREMA 2009
Figura 2.3: Trilho RE 136 – AREMA (medidas em pol)Fonte: AREMA 2009
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Tabela 2.2: Composição Química do trilho padrão UIC
Fonte: UIC EN 13674
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Figura 2.3: Trilho UIC 60 kg (medidas em mm)
2.1.3 – Aparelhos de Mudança de Via (AMV)
São dispositivos instalados entre duas linhas paralelas que permite ao trem a
mudança de via.
“Para que o friso da roda tenha passagem livre, torna-se necessário introduzir
uma aparelhagem que permita interrupção do trilho, formando canais por onde
passam os frisos.” (Brina, 1979)
Os AMVs são compostos pelas seguintes peças:
a) Agulhas;
b) Contra-agulhas;
c) Aparelho de manobra;
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d) Trilhos de ligação;
e) Jacaré;
f) Calços;
g) Coxins; e
h) Contratrilhos.
Figura 2.4: Aparelho de Mudança de Via (AMV)Fonte: http://www.hewittequipamentos.com.br
2.1.4 – Talas de junção
São elementos metálicos que fazem a junção dos trilhos nas suas extremidades
(região da junta). As talas são dispostas uma de cada lado da alma do trilho e
fixadas com parafusos de alta resistência.
No Brasil e nos Estados Unidos, as juntas são alternadas, isto é, a junção de um
trilho, preferencialmente, não fica alinhada com a junção do trilho da fila oposta. Isso
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acontece face à dinâmica do material rodante, para não causar esforço excessivo no
truque e reduzir os efeitos de impacto na superestrutura que podem provocar no
curto prazo perda de nivelamento da grade ferroviária.
Figura 2.5: Tala de Junção Trilho RE 115Fonte: AREMA 2009
2.1.5 – Fixações
As fixações têm o papel de manter o trilho no devido local limitando os
movimentos causados pelas forças verticais e horizontais.
Existem dois tipos de fixações:
a) Fixações rígidas: são os pregos e parafusos que com o tempo perdem a
capacidade de resistir aos esforços e afrouxam ou soltam;
b) Fixações elásticas: existem diversos modelos que possibilitam uma
movimentação limitada do trilho e mantém a pressão de fixação.
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Figura 2.6: Fixações rígidasFonte: Brasiltrilhos, 2012
Figura 2.7: Fixações elásticasFonte: Escola Politécnica USP
2.1.6 – Lastro
O material destinado ao lastro deve possuir características que o permitam
resistir os esforços transmitidos pelos dormentes, elasticidade suficiente para
absorver parte do impacto transmitido, ser resistente aos agentes físicos e químicos
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do ambiente e permitir a drenagem da plataforma. Desta maneira, Brina (1979)
descreve as principais funções do lastro:
“
a) Distribuir convenientemente sobre a plataforma (sublastro) os
esforços resultantes das cargas dos veículos, produzindo uma taxa de trabalho
menor na plataforma;
b) Formar um suporte, até certo limite elástico, atenuando as
trepidações resultantes da passagem dos veículos;
c) Sobrepondo-se à plataforma, suprimir suas irregularidades, formando
uma superfície contínua e uniforme para os dormentes e trilhos;
d) Impedir os deslocamentos dos dormentes, quer no sentido
longitudinal, quer no transversal;
e) Facilitar a drenagem da superestrutura.”
2.1.7 – Sublastro
O principal objetivo do sublastro é aumentar a capacidade de carga do subleito e
permitir uma elasticidade maior para o apoio do lastro.
Aumentando a capacidade do subleito, a altura do lastro diminui, uma vez que o
lastro precisará absorver menor quantidade do esforço. Desta maneira irá gerar
economia, já que o custo do sublastro é menor que o do lastro.
O sublastro também trabalha como dreno e filtro do solo, tanto permitindo o
escoamento da água sobre e através dele, evitando erosões da plataforma, quanto
evitando o bombeamento de partículas finas do solo que possam contaminar o
lastro.
2.2 – Dormentes
“Os primeiros dormentes eram de carvalho, pinho, cedro, castanheira,cipreste e de outras madeiras. A abundância dessa matéria-prima, localizadasempre próxima às ferrovias, não preocupou os empresários da época sobre asua durabilidade. Com o passar dos anos, houve um aumento no consumo demadeira, levando à necessidade de se pensar em prolongar a vida útil.” (Alves
apud Silva, 2005)
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1 – Uma ferrovia para ser considerada Heavy Haul, deve possuir pelo menos duas das trêscaracterísticas apresentadas:a) Operar com regularmente trens unitários ou combinados com no mínimo 5.000 toneladas;b) Possuir o mínimo de 150km de extensão e transportar 20 milhões de toneladas brutas;c) Operar com material rodante com suporte para no mínimo 25 toneladas por eixo.
29
Os dormentes têm a função de receber os esforços dos trilhos, transmiti-los ao
lastro, fixar os trilhos e manter a bitola da linha. Segundo Marzola (2004), para
cumprir sua finalidade, os dormentes devem apresentar:
a) Comprimento e largura que forneçam uma superfície de apoio suficiente para
que o lastro não perca suas características de amortecimento e distribuição dos
impactos;
b) Espessura que lhe de a necessária rigidez, permitindo, entretanto, alguma
elasticidade;
c) Resistência suficiente para receber os esforços verticais e transversais;
d) Permitir uma boa fixação dos trilhos;
e) Proporcionar um adequado isolamento elétrico entre os trilhos;
f) Alta durabilidade;
Tradicionalmente, a madeira é o material favorito para utilização como
dormentes ferroviários tanto por suas características mecânicas quanto por sua
disponibilidade
na natureza. No entanto, a preocupação com a escassez das madeiras de
qualidade levou ao desenvolvimento de novos tipos de dormentes.
Entre testes e melhorias, os dormentes foram sendo desenvolvidos baseados
nas fraquezas dos dormentes de madeira. Os dormentes de concreto protendido
foram desenvolvidos para suprir a necessidade de maior durabilidade em curvas nas
vias heavy haul¹. Dormentes de aço foram desenvolvidos visando durabilidade. Os
dormentes de plástico foram desenvolvidos para evitar a degradação natural do
meio ambiente (IHHA, 2009).
A durabilidade dos dormentes depende do clima, da drenagem do lastro da
ferrovia, do volume e da velocidade de tráfego da via, do peso da carga
transportada, da curvatura geométrica da ferrovia, entre outros aspectos.As diversas características dos diferentes tipos de dormentes serão
apresentadas a seguir.
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2.2.1 – Dormentes de madeira
Figura 2.8: Dormentes de Madeira
Fonte: Vidon, 2011
Os dormentes de madeira ainda são os mais usados no Brasil uma vez que
reúne as melhores características técnicas exigidas para o devido desempenho dos
dormentes e maior facilidade de obtenção.
Existem os dormentes de madeira de lei e de madeira mole. Algumas
concessionárias ferroviárias do Brasil proibiram o uso da madeira de lei como
dormente face à escassez, com consciência ambiental.
Características técnicas
A madeira tem como características vantajosas:
a) Módulo de elasticidade (MOE) médio de 1.270.000psi;
b) São leves, facilitando o transporte;
c) Possuem valor residual.
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Os dormentes de madeira a serem utilizados devem estar livres de defeitos que
possam afetar sua resistência e vida útil.
Os defeitos nos dormentes de madeira podem surgir tanto na sua fabricação
quanto ao longo de sua vida útil.
Os principais defeitos encontrados nos dormentes novos de madeira são devido
ao pouco controle de qualidade no processo de fabricação. São eles:
a) Presença de casca
b) Podridão
c) Nós, saliências, reentrâncias, Rachaduras e fendas longitudinais nas zonas
de fixação
d) Rachas anelares
e) Rachas na direção longitudinal do dormente
f) Umidade acima de 30%
g) Dormentes fora do padrão de dimensão
h) Fendilhamento prematuro
Os defeitos de fabricação diminuem a vida útil dos dormentes de madeira,
podendo já ser rejeitados antes mesmo de serem aplicados.
Os defeitos que surgem ao longo da vida útil dos dormentes de madeira são:
a) Desgaste mecânico na região de pregação: ocorre quando a pressão nos
dormentes sob as placas de apoio torna-se excessiva, gerando “afundamento” da
placa no dormente e alargamento dos furos.
b) Apodrecimento: conseqüência de ambientes úmidos e quentes, que propiciam
à madeira características ideais para a instalação e reprodução de insetos e fungos.
Geralmente, o apodrecimento se inicia na região de pregação das placas de apoio,
sendo essa a zona mais vulnerável.
c) Fratura no centro: a fratura no centro do dormente é causada pela falta demanutenção no lastro e baixa resistência à flexão do dormente.
d) Avaria devido a acidentes
Os dormentes de madeira precisam passar por processo de tratamento para
evitar o apodrecimento. No entanto, esse tratamento não aumenta a resistência
mecânica da madeira.
A vida útil dos dormentes de madeira é proporcional à qualidade da madeira,
sua produção e condições operacionais da via.
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“Os dormentes de madeira de lei, no Brasil, duram de 15 a 20 anos,dependendo do tratamento. Os dormentes fabricados a partir de madeirascomuns duram de 5 a 6 anos, e os dormentes não tratados possuem uma vidaútil de 2 a 10 anos. No restante do mundo, os dormentes tratados compentaclorofenol duram de 25 a 30 anos; os tratados com sais, de 15 a 20 anos;e os não-tratados, de 3 a 15 anos” Faria apud Porto, 2006.
2.2.2 – Dormentes de aço
Figura 2.9: Dormentes de AçoFonte: Vidon, 2011
Os dormentes de aço começaram a ser adotados no Brasil na Estrada de FerroVitória a Minas (EFVM) a partir de 2004. Desde então o mercado ferroviário
brasileiro tem absorvido esse tipo de dormente.
Características técnicas
a) Módulo de elasticidade de 30.000.000 psi
b) Compatível com o sistema de manutenção desenvolvidos para os dormentes
de madeira, embora não seja recomendado intercalar dormentes de madeira e aço
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uma vez que a qualidade da socaria mecanizada cai e gera retrabalho. Além disso, a
intercalação não permite mecanização spot (modelo americano) onde o dormente é
“sacado” lateralmente. Também possui restrições para utilização com máquinas de
remodelação.
c) Não exige alta qualidade do lastro: mesmo com o lastro contaminado,
perdendo sua elasticidade, sua forma e dimensões favorece sua estabilidade.
d) Resistente a grandes impactos: quando bem guarnecido, o dormente de aço
tende a resistir os impactos das composições descarriladas.
e) Maior resistência a abertura de bitola
f) Alta vida útil: aproximadamente 60 anos (Marzola, 2004).
g) Mais leve: embora o material seja denso, as dimensões dos dormentes de
aço conferem esbelteza e leveza.
h) Facilidade de transporte: por formarem pacotes de dormentes menores e com
mais unidades, seu transporte fica mais fácil e barato.
i) Menor consumo de lastro: no caso de implantação de nova via, abaixo dos
dormentes é exigida uma camada de lastro para distribuição dos esforços que
alcança também o topo do dormente. O dormente de aço exige um volume muito
menor de lastro, sendo necessário basicamente o equivalente a altura efetiva de
lastro abaixo dele, uma vez que sua espessura é muito pequena.
Figura 2.10: Espessura de lastroFonte: Vidon, 2011
Os dormentes de aço apresentam os seguintes defeitos ao longo de sua vida
útil:
a) Fratura da mesa na zona de pregação
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b) Instabilidade devido a socaria mal feita
c) Fratura de isoladores
d) Deslocamento da almofada
Intercalar dormentes de diferentes espessuras gera erro na socaria
2.2.3 – Dormentes de plástico
Figura 2.11: Dormentes de Plástico
Fonte: Vidon, 2011
A grande vantagem dos dormentes de plástico está no material utilizado para
sua fabricação: 85% é material reciclado e os outros 15% são resinas que
proporcionam as características mecânicas ao dormente.
De acordo com Faria (2006), seriam necessárias 800 árvores para fabricar o
número de dormentes de madeira para uma extensão de 1.600m e se fossem
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usados dormentes de plástico, seriam necessários dois milhões de embalagens
plásticas e oito milhões de sacolas plásticas.
Características técnicas
a) Módulo de elasticidade (MOE) min = 170.000 psi
b) Resistência a umidade, apodrecimento e ação de insetos e fungos
c) Reciclável
d) Vida útil de aproximadamente 40 anos
Os dormentes de plástico apresentam os seguintes defeitos ao longo de sua
vida útil:
a) Alto custo inicial: apesar de ser fabricado com plástico de reciclagem, o valor
agregado ao material ainda é muito alto no Brasil;
b) Trincas e fraturas na zona de pregação
c) Excessiva variação de bitola em altas temperaturas
d) Fraturas na região central
2.2.4 – Dormentes de concreto
Figura 2.12: Dormentes de Concreto
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“Apesar dos primeiros dormentes de concreto terem sido produzidos no final do
século XIX, até o início da década de 1940 as ferrovias utilizavam quase que
exclusivamente os dormentes de madeira. A escassez de madeira de boa qualidade
em muitos países, principalmente após a Segunda Guerra Mundial, levou a uma
intensificação do uso dos dormentes de concreto.” Marzola apud Jacob, 1982.
Características técnicas
a) Módulo de elasticidade de 4.800.000psi
b) Possui vida útil de aproximadamente 50 anos, se não for atingido por
descarrilamentos.
c) Não contamina o trabalhador nem o meio ambiente.
d) Possui resistência lateral elevada, o que propicia uma via mais estável sobre
maior quantidade de lastro.
e) Não é combustível.
Os dormentes de concreto apresentam os seguintes defeitos ao longo de sua
vida útil:
a) Trincas e fraturas na zona de pregação
b) Trincas e fraturas na região central
c) Abrasão na zona de pregação
d) Fratura de isoladores e deslocamento da almofada
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Tabela 2.3: Propriedades mecânicas dos Dormentes
Fonte: AREMA, 2009
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3 – A EXPERIÊNCIA DA MRS LOGÍSTICA S. A.
3.1 – Breve Histórico
EM 1996 foi aberto Edital para leilão da malha Sudeste da Rede Ferroviária
Federal S.A. (RFFSA). Foi quando os principais clientes desse trecho resolveram se
juntar e fundar a MRS Logística S.A. para concorrer à privatização. Sendo único
participante do leilão, ganhou o direito de explorar o transporte ferroviário na malha
Sudeste pelo período de 30 anos, renovável por mais 30.
Interligando Minas Gerais, Rio de Janeiro e São Paulo, a MRS abrangendo os
três estados responsáveis por mais de 50% do Produto Interno Bruto do Brasil.
Totalizando 1.643 km de ferrovia integra a grande capacidade logística da região,
principalmente por alcançar os portos de Itaguaí, no Rio de Janeiro, e Santos, em
São Paulo.
Com foco no transporte de cargas, sua principal carga é o minério,
principalmente na região de Minas Gerais, mas também é responsável pelo
transporte de produtos siderúrgicos acabados, cimento, bauxita, produtos agrícolas,
coque verde e contêineres.
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Tabela 3.1: Volume Transportado por carga – MRS Logística
Fonte: MRS Logística S.A. Relatório Anual 2011
A MRS tem conseguido evoluir significativamente ao longo dos anos. Os
resultados da empresa começaram a ser mais efetivos a partir de 2009, quando a
MRS entrou para o ranking das maiores operadoras unitárias de transporte de carga.
A partir de então, a quantidade de toneladas úteis (TU) transportadas só vem
aumentado, chegando em 2011 ao recorde histórico de 153,4 milhões de toneladas
úteis transportadas, 5,8% maior que em 2010.
Figura 3.1: Volume Total Transportado – MRS LogísticaFonte: MRS Logística S.A. Relatório Anual 2011
A empresa considera duas mudanças como as grandes responsáveis pelo
crescimento da produção. Uma das mudanças aconteceu no sistema operacional,
onde o trem andava com locomotivas de menor potencia, necessitando de auxílio
para vencer grandes rampas. Hoje, a empresa está investindo em locomotivas de
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maior capacidade a fim de eliminar as locomotivas de auxílio, reduzindo seu tempo
de trânsito e aumentando a produtividade.
A outra é a mudança no processo de manutenção onde anteriormente era
constituído de paralisações isoladas do fluxo para pequenos reparos na via e agora
são realizados grandes intervalos (8h) no fluxo de trens para se realizar todos os
tipos de atividades de manutenção necessárias.
Ao longo de sua concessão, a MRS tem tido experiência com três tipos de
dormentes: madeira, aço e plástico. Os dormentes de aço e plástico, embora já
aprovados para utilização, ainda estão em teste para estudo de comportamento.
3.2 – A substituição dos dormentes de madeira
Desde sua criação, a malha ferroviária brasileira utiliza dormentes de madeira. A
escassez e o respeito ao meio ambiente levou a MRS à proibição do uso de madeira
de lei para troca em manutenções. A partir desse momento, os dormentes de
eucalipto foram adotados.
Em Julho de 2009, a Engenharia de Via Permanente da MRS Logística S.A.
desenvolveu um estudo em campo para identificar as causas das trocas dos
dormentes de madeira em sua malha.
Uma equipe de campo foi aos locais onde houve troca de dormentes de madeira
avaliando o estado em que o dormente retirado estava e diagnosticando as causas
da deterioração e identificando também quais dormentes ainda eram da época da
antiga RFFSA, quais eram de eucalipto sem tratamento e quais eram tratados.
Algumas premissas foram adotadas de modo a facilitar a análise dos defeitosque levaram a troca do dormente. Entre essas premissas, destacamos:
a) Inspecionar no mínimo 100m/km ou 185 dormentes/km;
b) Deveriam inspecionar locais que tivessem raios menores e maiores que
582m; alta densidade de tráfego (>50 MTBT) e baixa densidade de tráfego
(
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Os resultados foram os seguintes:
a) Locais onde a troca dos dormentes foi devido ao desgaste mecânico: Serra
do Mar, Trecho Barra/ Saudade e Ramal Paraopeba entre Jeceaba e Alberto Flores.
Estes trechos estão sujeitos a grandes esforços laterais devido, principalmente às
locomotivas de auxílio na cauda e curvas fechadas, gerando ovalização dos furos do
tirefond, afundamento da placa de apoio no dormente e fendilhamento na região de
fixação.
Figura 3.2: Desgaste mecânico no dormente retirado da Serra do MarFonte: Relatório de Avaliação da Causa de Substituição de Dormente de
Madeira
b) Locais onde a troca dos dormentes foi devido ao apodrecimento: Ramal
Paraopeba entre Alberto Flores e Olhos d’água, Linha do Centro, Ferrovia do Aço,os Postos de Medição da RFFSA na Linha do Centro e Ramal Brisamar. Os
principais causadores do apodrecimento são os fungos e os cupins.
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Figura 3.3: Dormente da Ferrovia do Aço retirado por apodrecimentoFonte: Relatório de Avaliação da Causa de Substituição de Dormente de
Madeira
As três grandes conclusões obtidas do estudo foram:
a) “Dois em cada três dormentes de madeira são retirados por apodrecimento e
um por desgaste mecânico;”
b) “Os dormentes de madeira sem tratamento adquiridos pela MRS apresentam
vida útil variando entre 6 a 12 anos;”
c) “Os dormentes de madeira tratados remanescentes da RFFSA apresentam
vida útil firme de 20 anos, bem superiores aos dormentes MRS.”
3.3 – O uso dos dormentes de aço
A experiência da MRS com dormentes de aço começou em 2007 quando
fizeram a compra de 300 dormentes para sites de testes.
Esses sites foram monitorados, avaliando suas características em diversas
condições da via como:
a) Elevada solicitação de tráfego;
b) Traçado desfavorável;
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c) Infraestrutura deficiente; e
d) Condições operacionais adversas.
A Engenharia da MRS aprovou o comportamento dos dormentes de aço
passando a adotá-lo como opção ao de madeira.
Embora se diga que os dormentes de aço consomem menos lastro que os
demais tipos, é necessária uma altura mínima de lastro que em grande parte da
ferrovia “histórica” não existe. Ou seja, é preciso aumentar o volume de lastro para
implantar dormentes de aço, isto apresenta um aumento no custo.
Outra dificuldade encontrada com o uso de dormentes de aço é a inexistência de
vigotas de aço, havendo necessidade de criar um trecho de transição com
dormentes de aço e madeira para evitar desnivelamento da grade.
O formato do dormente de aço traz grande dificuldade futura a sua implantação
quando existe a necessidade de fazer um puxamento da linha para alinhamento
geométrico.
Os principais defeitos encontrados foram o deslocamento e o esmagamento dos
isoladores em curvas de raio apertado.
Figura 3.4: Deslocamento do isolador em dormentes de açoFonte: Relatório de Acompanhamento da Manutenção de Dormentes de Aço
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3.4 – Desenvolvimento dos dormentes de plástico
A primeira aplicação de dormentes de plástico na MRS foi em novembro de 2004
quando foram comprados 50 dormentes fabricados no Brasil para avaliar seu
comportamento.
Até então, não haviam documentos homologados por nenhuma instituição sobre
características e parâmetros necessários aos dormentes de plástico. Essas
definições surgiram em 2006 com a publicação do livro “Dormente de Plástico
Reciclado” escrito pelo Engenheiro Consultor Dr. Nelson Assad.
Com as características técnicas mais difundidas, a MRS junto aos fornecedores
desenvolveu protótipos para testes. A princípio fizeram estudos com 1.800
dormentes em linha principal, passando posteriormente para 60.000, todos de
fabricação nacional.
A partir dos sites de teste foi possível identificar os modos de falha dos
dormentes de plástico nacionais, assim como a causa raiz de cada modo.
Os principais modo de falhas encontrados foram:
a) Fraturas e trincas na região de pregação;
b) Fratura na região central do dormente.
Para a ocorrência de fraturas e trincas na região de pregação existem duas
possíveis causas:
a) Oriunda do processo de instalação do dormente, o procedimento de furação
não é realizado com a profundidade correta, gerando esforço excessivo ao finalizar a
rosca do tirefond. Desta maneira, as fibras inferiores se rompem e geram trincas
internas que alcançam a superfície em pouco tempo;
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Figura 3.5: Fratura na região de pregação em dormentes de plásticoFonte: Relatório Utilização de Dormentes de Plástico na MRS Logística S.A.
Principais Modos de Falhas e Soluções
b) Quando o surgimento da trinca na região de pregação aparece com o tempo,
a principal causa identificada é a má fabricação do dormente. Essa falha é causada
pela presença de porosidade (cavidades) com grandes dimensões no interior da
zona de pregação. Essa má fabricação causa a redução do módulo de elasticidade
do dormente, tornando-o mais frágil.
Figura 3.6: Cavidades no interior da zona de pregação do dormente de plásticoFonte: Relatório “Utilização de Dormentes de Plástico na MRS Logística S.A.
Principais Modos de Falhas e Soluções”
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Quando o modo de falha é dado na região central do dormente, sua causa é
proveniente das condições da infraestrutura em que foi instalado.
A falta de manutenção (falta de soca) no lastro da via permite que a brita corra
para a região central do dormente, deixando a região dos trilhos sem apoio. Essa
situação gera momento negativo no centro do dormente, causando empenamento e
fratura.
Figura 3.7: Fratura e Empenamento no centro dos dormentes de plástico
Fonte: Relatório “Utilização de Dormentes de Plástico na MRS Logística S.A.Principais Modos de Falhas e Soluções”
3.5 – A rejeição aos dormentes de concreto
Os dormentes de concreto são pesados e volumosos, aspectos que dificultam
sua logística de distribuição, principalmente pelas estreitas faixas laterais ao longo
da via da MRS.
Sua alta rigidez aliada ao seu peso esmaga o lastro, formando partículas finas
que podem gerar contaminação do lastro além de diminuir a elasticidade da via.
Essa característica do dormente de concreto exige um controle muito rigoroso dos
defeitos das rodas, como por exemplo, detectores de impacto. Recomenda-se que a
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porcentagem de defeitos em rodas para o uso de dormente de concreto seja no
máximo 0,2%. Hoje na MRS, essa porcentagem está entre 4 e 5%.
Para uma via estável e segura, os dormentes de concreto exigem um lastro em
ótimas condições de manutenção, bem socados e guarnecidos. A manutenção da
MRS está se desenvolvendo, buscando sua excelência, mas ainda está no caminho
de aprendizado.
Seu custo de implantação é muito alto se comparados aos dormentes de
madeira e aço e sua perda em descarrilamentos é muito maior.
Com os fatos acima descritos, a MRS optou por não fazer uso do dormente de
concreto.
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4 – PROPOSTA DE UM MODELO
4.1 – Definição dos parâmetros de análise
Os capítulos anteriores mostraram as características técnicas dos diversos tipos
de dormentes.
A seguir serão analisadas e ressaltadas as principais características a fim de
definir os parâmetros que nos ajudarão a desenvolver a metodologia de escolha do
dormente mais adequado para implantação.
As características de cada dormente são medidas, na prática, pelos modos de
falhas que surgem ao longo do tempo.
Desta maneira, partindo do princípio que nenhum dormente possui defeitos de
fabricação, os defeitos ocorridos ao longo da vida útil serão focados.
Aos selecionar os que mais variam de um dormente para o outro, pode-se adotar
parâmetros de comparação.
Dos defeitos citados, não serão examinados aqueles que são comuns a todos os
tipos de dormentes. Se o defeito não ocorrer em pelo menos um tipo de dormente,
esse já será considerado como relevante (ou de interesse).
Os defeitos relevantes são:
Nos dormentes de madeira:
e) Apodrecimento
f) Fratura no centro
g) Desgaste mecânicoNos dormentes de aço:
a) Instabilidade devido a socaria mal feita
b) Fratura e esmagamento de isoladores
c) Deslocamento da almofada
Nos dormentes de plástico:
e) Variação de bitola em altas temperaturas
f) Fraturas na região central
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Nos dormentes de concreto:
e) Trincas e fraturas na zona de pregação
f) Abrasão na zona de pregação
g) Fratura de isoladores e deslocamento da almofada
Diante dos defeitos destacados, podemos encaixá-los em quatro categorias de
causa desses modos de falha, sendo essas:
a) Agressividade do meio ambiente;
b) Condições do Lastro
c) Volume de tráfego (MTBT); e
d) Raio de curvatura.
Para cada categoria existem três grupos de classificação, os quais serão utilizados
para caracterizar o tipo de via em que será instalado o dormente. São esses:
a) Agressividade do meio ambiente:
Muito - Local próximo do mar e/ou de regiões industriais com alto teor de
umidade.
Médio - Local afastado do mar ou de regiões industriais, mas com alto teor de
umidade
Pouco - Local afastado do mar ou de regiões industriais, com pouca umidade.
b) Condições do Lastro
Má - lastro sem manutenção há mais de 5 anos.
Média - lastro contendo regiões isoladas com início de contaminação e
precisando ser socado.
Boa - lastro em boas condições de manutenção, altura≥ 0,30m, sem poluição,
desguarnecido, bem socado ou lastro novo.
c) Volume de tráfego (MTBT)
T ≤ 75 - volume de tráfego entre 20 e 29 milhões de toneladas brutastransportadas.
75 ≤ T ≤ 150 - volume de tráfego entre 30 e 49 milhões de toneladas brutas
transportadas.
T ≥ 150 - volume de tráfego superior a 50 milhões de toneladas brutas
transportadas.
d) Raio de curvatura
R ≥ 600 - menor raio de curvatura do trecho está acima de 600m.
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350 ≤ R ≤ 600 - menor raio de curvatura do trecho está entre 350 e 600m.
R < 350 - menor raio de curvatura do trecho está abaixo de 350m.
È necessário deixar claro que outros parâmetros poderiam ser analisados. Mas
para tornar o modelo mais simplista, tomou-se os parâmetros que foram julgados
como mais essenciais.
4.2 – Desenvolvimento da Ferramenta de Análise
4.2.1 – Como funciona
Ao abrir o arquivo, aparecerá a aba de Início com os parâmetros de análise.
Nela, deve-se selecionar as opções dadas para cada parâmetro e inserir os valores
referentes ao custo unitário de cada tipo de dormente (Figura 4.1).
Figura 4.1: Início
Caso haja dúvida sobre as opções a serem selecionadas, deve-se recorrer ao
botão “Ajuda”, que leva o usuário a uma lista de descrição das opções (Figura 4.2).
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Figura 4.2: Ajuda
Com os dados imputados, basta clicar em “Calcular” que automaticamente o
nome do dormente aparece no retângulo amarelo como resposta aos dados
inseridos (Figura 4.3).
Figura 4.3: Resposta
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O custo de implantação, por quilometro, aparecerá de acordo com o dormente
escolhido. Para ver o custo de manutenção ao longo do tempo, basta clicar em
“Custo de Manutenção” que irá abrir um gráfico com o custo por quilometro por ano,
considerando uma taxa, que no caso é a inflação (Figura 4.4).
Figura 4.4: Custo de Manutenção
O gráfico de custo de manutenção mostra o quanto a empresa irá gastar caso no
ano “n” a partir da implantação seja necessário trocar os dormentes.
4.2.2 – Programação
O grande objetivo do modelo é selecionar o dormente que irá ter o melhor
comportamento diante das características selecionadas, assim como o menor custo.
A partir desse conceito, utilizou-se o software Excel, da Microsoft, para fazer
testes de lógica e indicar o dormente mais adequado.
Escolha Técnica
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Ao selecionar um opção para cada parâmetro, a aba “Cálculos” gera uma tabela
em que, caso a opção seja válida para determinado tipo de dormente, esse
dormente ganha 1 ponto.
Tabela 4.1: Condicionais
Têm-se então as condicionais, conforme a Tabela 4.1. A partir da entrada que o
usuário selecionar, as células correspondentes a cada tipo de dormente irá executar
uma fórmula lógica similar a:=SE(Início!$C$7="Pouco";1;0)
Desta maneira, a célula irá imprimir o número 1, se o teste de lógica for
verdadeiro ou o número 0 se o teste for falso. Caso o tipo de dormente não for
excluído em nenhuma das opções, o número 1 já permanece na sua respectiva
célula, sem necessidade do teste de lógica.
A escolha técnica do dormente mais adequado passa a ser simplesmente
aquele que possuir a maior soma de pontos.É necessário esclarecer, que uma escolha tecnicamente correta é também a
mais econômica, uma vez que o dormente será utilizado até o fim de sua vida útil
dimensionada, não havendo necessidade de troca prematura.
Empate
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No caso de empate entre um ou mais tipos de dormentes, criou-se uma macro
que irá selecionar o dormente que além de ter o maior ponto tem o menor custo ao
fim de 30 anos.
O menor custo é a soma do valor de implantação por quilometro, considerando o
espaçamento 0,54m entre dormentes, e o valor do custo de manutenção, também
por km.
O custo de manutenção foi calculado baseado na maior vida útil dentre os tipos
de dormentes, que é de 60 anos para o dormente de aço. A partir daí calculou-se
uma taxa de troca de dormente para os outros tipos:
Tabela 4.2: Taxa de troca
Dormente Vida útil Taxa de trocaMadeira 10 6,0
Aço 60 1,0
Concreto 50 1,2
Plástico 40 1,5
A tabela quer dizer que:
a) Em 60 anos, os dormentes de madeira terão que ser trocados 6 vezes;b) Em 60 anos, os dormentes de aço serão trocados uma única vez;
c) Em 60 anos, os dormentes de concreto serão trocados 1,2 vezes; e
d) Em 60 anos, os dormentes de plástico serão trocados 1,5 vezes.
Multiplicou-se, então, o custo de implantação pela taxa de troca chegando a um
custo por unidade de dormente trocado ao fim de 30 anos, com o valor presente. Ao
multiplicar esse valor por 1.852 determina-se o custo por quilometro, lembrando que
em valor presente (VP).
Foi adotado 30 anos como horizonte por ser esse o tempo de concessão das
empresas ferroviárias.
Com o valor presente do custo de manutenção por tipo de dormente, na aba
“VF” utilizou-se a taxa da inflação do Índice Geral de Preços do Mercado (IGP-M)
para gerar valores futuros, taxa essa que pode ser alterada na aba “Início”. Para
cada ano, calculou-se o valor futuro com i=5,10% e n = 1 ano.
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Somando-se todos os valores futuros correspondente a cada um dos 30 anos e
o valor correspondente ao custo de implantação, obteve-se o custo total do
dormente.
Macros
Foram programadas algumas macros a fim de melhorar a interface entre o
usuário e o modelo proposto, além de facilitar a lógica de decisão.
As primeiras macros que o usuário pode utilizar é a “Ajuda” e a “Voltar”, a qual
abre a aba Ajuda para que o usuário possa entender todos os dados que devem ser
inseridos na aba Início e em seguida, volta para a aba incial.
Sub Ajuda()
Sheets("Ajuda").Activate
End Sub
Sub Voltar()
Sheets("Início").Activate
End Sub
A macro mais importante é a “Calculo”, que faz a análise de empate e
desempate e imprime o nome do tipo de dormente “vencendor”.Seu raciocínio segue a seguinte ordem:
Na aba Cálculos:
Na linha 31, colunas L, M, N e O, são dados os somatórios de pontos da análise
técnica. Na linha imediatamente abaixo, linha 32, é dado o custo total de cada
dormente.
A célula Q31 indica qual o maior valor que aparece dentre o somatório de
características técnicas de cada tipo de dormente. A célula Q32 indica qual o menorcusto total entre os dormentes.
Iniciou-se a programação definindo as células de valor máximo e valor mínimo:
Sub Calculo()
'Teste de Empate
PONT_MAX = Sheets("Cálculos").Range("Q31").Value
PONT_MIN = Sheets("Cálculos").Range("Q31").Value
-
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Em seguida, definiu-se que o cálculo será feito para as colunas L, M, N e O
(identificadas pelo Visual Basic como colunas 12, 13, 14 e 15) da linha 31,
comparando o valor dessas células com o valor máximo. Cada vez que houver um
valor nas células analisadas igual ao valor máximo, ele irá somar 1 à equação de
“Teste_Empate”. Assim, o resultado da soma do “Teste_Empate” será igual ao
número de dormentes empatados tecnicamente.
Teste_Empate = 0
For n = 1 To 4
If Sheets("Cálculos").Cells(31, 11 + n).Value =
PONT_MAX Then
Teste_Empate = Teste_Empate + 1
End If
Next n
Se houver apenas um valor igual ao valor máximo, será impresso na aba Início,
célula D16 o nome do dormente com maiores características técnicas.
If Teste_Empate = 1 Then
For n = 1 To 4
If Sheets("Cálculos").Cells(31, 11 + n).Value =
PONT_MAX Then
Sheets("Início").Range("D16").Value =
Sheets("Cálculos").Cells(33, 11 + n).Value
End If
Next n
Se o “Teste_Empate” for maior que 1, entre as opções que possuem valores
iguais ao valor máximo, será escolhida aquela que possuir o menor custo total.
O menor custo total está sinalizado na linha 35, onde para os dormentes quepossuem custo igual ao menor custo, aparece o número 1.
A partir dessa análise, será impresso na aba Início, célula D16 o nome do
dormente que além de possuir as melhores características técnicas, é o mais barato.
Else
For n = 1 To 4
-
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If (Sheets("Cálculos").Cells(31, 11 + n).Value =
PONT_MAX And Sheets("Cálculos").Cells(35, 11 + n).Value = 1)
Then
Sheets("Início").Range("D16").Value =
Sheets("Cálculos").Cells(36, 11 + n).Value
End If
Next n
End If
Uma vez selecionado o tipo de dormente mais adequado para os parâmetros
inseridos, a macro irá imprimir o custo de implantação na aba Início, célula D21.
If Sheets("Início").Range("D16").Value = "Madeira" Then
Sheets("Início").Range("D21").Value =
Sheets("Cálculos").Range("B9")
End If
If Sheets("Início").Range("D16").Value = "Aço" Then
Sheets("Início").Range("D21").Value =
Sheets("Cálculos").Range("C9")
End If
If Sheets("Início").Range("D16").Value = "Concreto" Then
Sheets("Início").Range("D21").Value =
Sheets("Cálculos").Range("D9")
End If
If Sheets("Início").Range("D16").Value = "Plástico" Then
Sheets("Início").Range("D21").Value =
Sheets("Cálculos").Range("E9")
End If
End Sub
Como o custo de manutenção é dado ao longo dos anos. Criou-se uma macro
para que o usuário possa visualizar a variação do custo de manutenção ao longo do
anos ao clicar no botão “Custo de Manutenção”.
Sub Graficos()
If Sheets("Início").Range("D16").Value = "Madeira" Then
-
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Sheets("CM madeira").Activate
End If
If Sheets("Início").Range("D16").Value = "Aço" Then
Sheets("CM aço").Activate
End If
If Sheets("Início").Range("D16").Value = "Concreto" Then
Sheets("CM concreto").Activate
End If
If Sheets("Início").Range("D16").Value = "Plástico" Then
Sheets("CM plastico").Activate
End If
End Sub
-
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5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS
5.1 – Objetivos Atingidos
Após análise da literatura existente sobre as diversas vantagens e desvantagens
dos diferentes tipos de dormentes, foi possível selecionar parâmetros que são
variáveis nos diversos lugares por onde a ferrovia passa ou por onde a querem
passar. Esses parâmetros também selecionam as melhores características de cada
dormente.
Com o objetivo de propor um modelo técnico-econômico para escolha do tipo de
dormente mais adequado para trechos com diferentes características, o trabalho
gerou uma planilha Excel de fácil uso que permite não só a melhor escolha do tipo
de dormente, como também uma análise da variação dos resultados de acordo com
os dados inseridos na planilha.
O modelo proposto permitirá que projetistas e empresas façam escolhas que
resultarão no melhor desempenho dos dormentes assim como na economia
financeira do empreendedor.
5.2 – Dificuldades Encontradas
A pesquisa na área ferroviária ficou praticamente parada por quase 15 anos noBrasil. Essa pausa além de retardar o desenvolvimento ferroviário do país, impediu
que hoje o número de fontes de consulta fosse maior.
A bibliografia constitui toda a base teórica ao redor da qual o trabalho é
desenvolvido. Portanto, a grande dificuldade foi encontrar todas as informações
necessárias para o desenvolvimento do modelo proposto.
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6 – BIBLIOGRAFIA
ESTRADAS DE FERRO VOL 1 – HELVÉCIO LAPERTOSA BRINA – LIVROS
TÉCNICOS E CIENTÍFICOS EDITORA S.A. – 1979
DESEMPENHO DO SETOR FERROVIÁRIO NO BRASIL, APÓS O PLANO
REAL, E SUAS PERSPECTIVAS PARA OS PRÓXIMOS ANOS – ARTIGO
TÉCNICO – RENO SCHMIDT – 2010
COMUNICADOS DO IPEA Nº 50 – SÉRIE EIXOS DO DESENVOLVIMENTO
BRASILEIRO – TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGAS NO BRASIL:
GARGALOS E PERSPECTIVAS PARA O DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO E
REGIONAL – 2010
PESQUISA CNT DE FERROVIAS 2011 – BRASÍLIA 2011. DISPONÍVEL EM:
HTTP://WWW.CNT.ORG.BR/PAGINAS/PESQUISAS_DETALHES.ASPX?P=7
ACESSO EM: 10/01/11
ESTRADAS DE FERRO VOL 1 – HELVÉCIO LAPERTOSA BRINA – LIVROSTÉCNICOS E CIENTÍFICOS EDITORA S.A. – 1979
DESEMPENHO DO SETOR FERROVIÁRIO NO BRASIL, APÓS O PLANO
REAL, E SUAS PERSPECTIVAS PARA OS PRÓXIMOS ANOS – ARTIGO
TÉCNICO – RENO SCHMIDT – 2010
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COMUNICADOS DO IPEA Nº 50 – SÉRIE EIXOS DO DESENVOLVIMENTO
BRASILEIRO – TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGAS NO BRASIL:
GARGALOS E PERSPECTIVAS PARA O DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO E
REGIONAL – 2010
PESQUISA CNT DE FERROVIAS 2011 – BRASÍLIA 2011. DISPONÍVEL EM:
HTTP://WWW.CNT.ORG.BR/PAGINAS/PESQUISAS_DETALHES.ASPX?P=7ACESSO
EM: 10/01/11
ALTERNATIVAS VIÁVEIS PARA SUBSTITUIÇÃO DA MADEIRA COMO
DORMENTE FERROVIÁRIO – GLEYSON MARZOLA – UNIVERSIDADE ANHEMBI
MORUMBI - SÃO PAULO – 2004
AMERICAN RAILWAY ENGENEERING AND MAINTENACE OF WAY
ASSOCIATION – 2009
GUIDELINES TO BEST PRACTICES FOR HEAVY HAUL RAIL OPERATIONS –
INTERNATIONAL HEAVY HAUL ASSOTIATION - 2009
UTILIZAÇÃO DE MATERIAIS RECICLADOS NA FABRICAÇÃO DEDORMENTES FERROVIÁRIOS – BRUNO SANTANA DE FARIA – INSTITUTO
MILITAR DE ENGENHARIA - MESTRADO EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES
– RIO DE JANEIRO-RJ – 2006
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OS DORMENTES FERROVIÁRIOS, SEU TRATAMENTO E O MEIO AMBIENTE
– GLEICY KAREN ABDON ALVES - INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA – IME
– MESTRADO EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES – 2005
APOSTILA DE AULA – FERROVIAS – PROF. DR. TELMO GIOLITO PORTO –
ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO – DEPARTAMENTO
DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES – 2004
APOSTILA DE AULA – SUPERESTRUTURA DA VIA – WALTER VIDON
JÚNIOR – INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA – CURSO DE
ESPECIALIZAÇÃO EM TRANSPORTES FERROVIÁRIO DE CARGA – 2011
http://www.brasiltrilhos.com.br
ACESSADO EM 20/03/2012
http://www.hewittequipamentos.com.br
ACESSADO EM 20/03/2012
http://valmirandrade.com
ACESSADO em 11/04/2012
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7 – ANEXOS
Arquivo Excel “Dormentes_2012.xlsm”