PROPOSTA DE MÉTODO ALTERNATIVO PARA

PLANEJAMENTO DE SOCARIA.

Maurício J. de P. Salomão

MRS Logística S.A.

Luiz Antonio Silveira Lopes

Instituto Militar de Engenharia (IME)

Paulo Alexandre Gonzaga Ferreira

MRS Logística S.A.

RESUMO

Ferrovias com grandes tonelagens por eixo apresentam altas taxas de degradação do seu

nivelamento em curtos períodos, gerando defeitos geométricos que impactam a circulação.

A manutenção destes defeitos não é possível de ser executada imediatamente na sua

totalidade. Por isso foi necessário à criação de métodos para priorização dos pontos a

serem trabalhados. Defeitos de nivelamento encontrados pelo veículo de medição são

fáceis de serem priorizados, mas trechos que não tem defeito, não tinham uma definição de

qual teria que ser trabalhado primeiro. Trechos que o veículo de medição não inspeciona,

também não poderiam ser analisados e comparados. A solução foi o desenvolvimento de

uma metodologia que utilizasse recursos básicos, como trolley de inspeção manual, para

geração de dados que nas duas situações pudessem ser trabalhados. A base de todas as

comparações é a superelevação, com ela obtém-se a torsão e o empeno, criando-se índices

comparativos dos trechos, priorizando os mais críticos. Este trabalho já é executado faz

três anos e os pontos priorizados apresentaram significativa melhoria na sua condição

geométrica. O próximo passo do estudo é comparar este método com outros já existentes.

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ABSTRACT

Railways heavy hall have high degradation rates of leveling in short periods, generating

geometrical defects that impact the circulation. The maintenance of these defects can´t be

executed immediately in its entirety. So it was necessary to create methods for prioritization

of issues to be worked out. Leveling defects found by the measuring vehicle are easy to be

prioritized, but track having no defect had no definition which would have to be first worked.

Tracks that measuring vehicle does not inspect, also could not be analyzed and compared. The

solution was to develop a methodology that utilizes basic resources such as manual inspection

trolley for generating data in both situations could be worked out. The basis for all

comparisons is the superelevation with it gets to torsion and warp, creating comparative

indices stretches, prioritizing the most critical. This work is already run for three years and

priority points showed significant improvement in their geometric condition. The next step of

the study is to compare this method with existing ones.

1 INTRODUÇÃO

1.1 Apresentação

Este trabalho foi desenvolvido dentro da Residência de Via Permanente do Vale do Paraíba,

trecho ferroviário da MRS Logística S.A. que liga o Rio de Janeiro a São Paulo. A MRS

Logística é a 10° maior ferrovia do mundo em MTBT (Milhões de Toneladas Brutas

Trafegadas); ela opera sua malha de 1643 quilômetros nos três estados mais industrializados

do Brasil; São Paulo, Rio de Janeiro e Minas Gerais. Sessenta por cento do seu transporte é de

minério de ferro, outros vinte por cento é de material siderúrgico e o restante é de carga geral.

A Residência de Via Permanente do Vale do Paraíba inicia o seu trecho no pátio de Saudade,

no município fluminense de Barra Mansa e termina no município paulista de Itaquaquecetuba,

com um total de trezentos e oito quilômetros de linhas principais.

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1.2 Definições e Sigla

Classe de Manutenção: Parâmetros numéricos de manutenção, para vários tipos de defeitos, da

Federal Railroad Administration que variam conforme a velocidade de operação do trecho;

CCO: Centro de Controle Operacional;

FRA: Federal Railroad Administration;

TEV: Track Evaluation Vehicle;

TQI: Track Quality Indices;

TrackStar: Veículo de Inspeção de Via;

1.3 Definição do Problema

Este artigo começou a ser criado em 2011 devido a grande dificuldade de consolidar a

necessidade de manutenção de diversas áreas; os trezentos e oito quilômetros da Residência

eram divididos em três Coordenações com aproximadamente cem quilômetros cada. Cada

Coordenação era comandada por um Engenheiro responsável pela manutenção deste trecho.

Eles tinham cada um a sua prioridade, mas como seria possível definir um plano de

manutenção em que todos eles entendessem como prioridade para a empresa e não apenas

para suas Coordenações.

A MRS tem como principal ferramenta de inspeção de linha um veículo de inspeção (TEV),

chamado TrackStar. Ele é programado com os limites de manutenção da norma da FRA,

Federal Railroad Administration; quando esses limites são ultrapassados eles são

caracterizados como defeitos. Estes defeitos são priorizados conforme sua criticidade,

aumentando-a conforme a velocidade do trecho em questão. Quando uma medida ultrapassa o

limite de sua classe de manutenção o defeito é crítico e tem que ser executado dentro de

prazos curtos de tempos, ou até levando a interdição do trecho; esse tipo de defeito é chamado

de defeito vermelho. Quando uma medida encontra-se na classe de velocidade inferior do

trecho, isso é caracterizado como defeito amarelo; não impede a circulação segura de trens,

mas é ponto de atenção, pois poderá com a degradação da linha transformar-se num defeito

crítico ou vermelho. Dentro de uma classe de manutenção, quando existem defeitos iguais,

mas com valores diferentes é fácil priorizar, atacando os maiores valores. Mas, quando os

valores encontrados pelo TEV não ultrapassaram os limites da norma, para sua classe e para a

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classe inferior, esses valores não são tratados na sua totalidade, pois o número é muito grande,

sendo de difícil análise.

Gráfico 1: Distribuição dos Defeitos do TEV

Conforme Gráfico 1: Distribuição dos Defeitos do TEV, verifica-se para a linha de São Paulo, nas

Coordenações de Agulhas Negras e Taubaté uma distribuição dos defeitos da classe ou acima da

classe conforme a linha vertical vermelha, caracterizando os defeitos vermelhos. Os defeitos

amarelos são os defeitos da classe de via com velocidade inferior a velocidade do trecho em questão,

caracterizados pelos valores a direita da reta vertical em amarelo. Os defeitos vermelhos são sempre

tratados, seja por socaria mecanizada com equipamentos de grande porte, seja por socaria

mecanizada manual. Os defeitos amarelos, geralmente se situam próximos a defeitos vermelhos, em

quantidade média de 4 defeitos amarelos, próximos de um vermelho. Quando um defeito amarelo

aparece sozinho, também é frequente que venha em pares. Já as medições que se situam a direita da

linha vertical verde e a esquerda da linha amarela não são tratadas e essas medições são futuros

defeitos. Os dados a esquerda da linha verde são considerados condições normais de geometria, não

sendo necessário qualquer procedimento.

1.4 Definições Básicas

1.4.1 Superelevação

A superelevação é a diferença de altura entre as duas filas de trilhos (Brina, 1979). Em tangente a

superelevação de projeto deve ser zero. Em curvas a superelevação tem que ser calculada para que o

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trem possa compensar a força centrífuga. Na MRS a máxima superelevação permitida em curvas é 60

milímetros; a mínima superelevação em curvas é de 20 milímetros.

Figura 1: Superelevação

1.4.2 Torsão

Figura 2: Torsão em 10 metros

A torsão também é conhecida com “twist” é a diferença de superelevação de um ponto a outro,

sendo à distância de 10 metros a mais utilizada. Também é comum a torsão com a distância de 20

metros entre as medidas; podendo ser chamado de torsão na base 10 e torsão na base 20, referindo-

se a distância de medição. A torsão ocorre com maior frequência nas espirais de transição, sendo que

ela ocasiona um aumento da força lateral, fazendo com que o truque tenha dificuldades para

inscrição, ocasionando descarrilhamentos (Holland Company).

1.4.3 Empeno e Warp

O empeno de via também é conhecido com “warp”, este tipo de defeito é muito utilizado, mas com

grandes variações de base e modos de cálculos diferentes. O empeno também pode ser calculado em

diferentes bases, sendo as mais usuais a corda de 10 metros e a corda de 20 metros. Ele pode ser

calculado como a diferença de superelevação de um ponto com a sua corda fixa para frente e para

trás. Considerando “d” como a distância da corda, o ponto A, sendo a posição 0 em x, e C a posição

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decrescente “-d” e o ponto B distante “d” de A. Mede-se a diferença de superelevação de A para B e

de A para C; o maior valor será o valor considerado como empeno. O warp diferencia do empeno

propriamente dito, pois a distância de medição é variável dentro da corda pré-definida, tomando-se

o maior valor possível, conforme Figura 3: Cálculo de Warp. Na MRS o valor de warp é o usado tanto

no TrackStar como no trolley manual da Geismar, por isso ele será a característica geometria a ser

trabalhada neste estudo, tratado apenas como empeno.

Figura 3: Cálculo de Warp (Holland Company)

2 MATERIAIS

2.1 TrackStar

O TrackStar da MRS é o veículo mais completo de medição de Via Permanente do Brasil; ele foi

fabricado pela Holland nos Estados Unidos. Ele possui um conjunto inercial de medição que capta as

variações longitudinais e transversais da linha, bem como eixos aplicadores de carga que simulam a

passagem de trens carregados, gerando efeitos de bitola dinâmica. Este veículo tem com saída de

dados, a apresentação de gráficos dos vários defeitos captados, bem como os dados em arquivos

padrão “.txt” que são extraídos e convertidos para planilhas em Excel para geração dos métodos de

priorização.

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2.2 Trolley Amber

Figura 4: TrackStar

O Trolley Amber da Geismar é um equipamento de pequeno porte que mede a superelevação e

bitola da via. Apesar de medir apenas essas duas características geométricas da linha ele é muito fácil

de usar e trabalha em condições que o TrackStar não consegue, como linhas com alta ocupação pelo

CCO e linhas em situação crítica de segurança. Este equipamento gera gráficos e também é possível a

extração dos dados em programas amigáveis.

Figura 5: Trolley Amber

2.3 Dados Coletados

Os dados coletados pelo TrackStar e pelo trolley Amber são geometricamente idênticos, pois esse

método foi desenvolvido para usar a medição da superelevação como medida básica e principal. A

grande diferença entre os dois, é que o TrackStar faz suas leituras a cada pé (0,3048 metros) e o

trolley pode ser configurado com 0,25 metros ou 0,50 metros. Com isso em 100 metros ou em 1000

metros existiram quantidades diferentes de dados para as análises. Com a experiência adquirida na

operação, verificou-se que a perda com medidas maiores com o trolley, não resulta em perdas

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significativas nos resultados, tendo como benefícios a maior velocidade de operação do

equipamento. Para equalização dos métodos de coletas os valores estudados a frente serão sempre

a média dos valores dentro de 100 metros de coleta.

3 MÉTODOS

3.1 Características de Projeto de Equipamentos Ferroviários

Toda ferrovia é projetada respeitando padrões geométricos, principalmente raios das curvas

horizontais e verticais. Com o raio horizontal, a bitola da linha e a velocidade é definida a

superelevação de projeto para aquela curva. Conforme dito anteriormente a superelevação será a

medida principal deste estudo. Curvas com raio menores tem que apresentar superelevações

maiores para compensar a força centrífuga; o inverso ocorre com curvas com raios grandes, onde a

superelevação será menor. Com isso, um primeiro método de se priorizar curvas é sempre priorizar a

curva que tenha o raio menor, pois ela terá superelevações maiores, isso fará que existam maiores

variações de superelevação, ocasionando maiores defeitos de torsão e empeno.

Para ilustrar os problemas que a variação de superelevação ocasiona na linha em formas de defeitos,

o Gráfico 2: Superelevação Real X Projetada, mostra a diferença do valor de projeto para o valor real,

encontrado no campo pelo TEV. Foi escolhida uma curva no entre pátio de Coruputuba a

Pindamonhangaba, pois apresentou vários defeitos do TrackStar. Essa curva tem 638 metros de

desenvolvimento, com 200 metros de espiral para cada lado da circular, com um raio de 3200

metros. Uma curva com esse raio, daria uma superelevação de 6 mm, utilizando a fórmula abaixo:

Equação 1: Superelevação

Onde:

B = Bitola da Via no centro dos trilhos;

V = Velocidade de projeto da Via;

R = Raio da curva;

Como dito anteriormente, a superelevação mínima da MRS é 20 mm, pois se considera que a perda

de uma superelevação pequena como no cálculo é pior que a superelevação maior proposta. Com

isso, curvas com raio superiores a 1100 metros terão sempre a superelevação mínima de 20 mm, o

que representa próximo de 70% das curvas do Vale do Paraíba. A curva apresentada no Gráfico 2:

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Superelevação Real X Projetada, mostra a curva projetada com superelevação de 20 mm. É importante

notar que a superelevação real apresenta inúmeros pontos negativos, esses pontos negativos seriam

muito maiores caso o projeto não tivesse sido feito com 20 mm; na medição real têm-se pontos com

(-20 mm) de superelevação, resultando numa diferença de quase 40 mm do projeto, isso por si só já

é um defeito de classe amarela pela FRA e pelo TEV.

Gráfico 2: Superelevação Real X Projetada

Pelo gráfico percebe-se que a superelevação real é muito diferente da superelevação de projeto, ou

a projetada. A primeira tentativa de criar um parâmetro de priorização foi com a superelevação, mas

como os seus valores são positivos e negativos, poderia existir erros que seriam compensados pela

variação de sinal.

3.2 Somatório de Empeno e Torsão

A comparação dos gráficos de empeno e torsão, da situação do trecho, com a situação de projeto

mostra que a diferença de área entre os dois gráficos pode ser comparada e com isso se crie padrões

de comparação para diferentes tipos de equipamentos ferroviários, leia-se curvas e tangentes.

Gráfico 3: Gráfico da Soma de Torsão Real X Projetada

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Devido a grande diferença de valores obtidos nos dois exemplos de curva, no eixo vertical à esquerda

foram colocados os valores de Soma de Torsão para os dados reais da curva, valores estes que

chegam até 40 mm. Já no eixo vertical à direita, foram colocados os valores de Soma de Torsão para

os dados da curva de projeto, com superelevação máxima de 20 mm. Note-se que os valores de

Torsão para projeto, não superam 1 mm. Utilizando-se de ferramentas do Excel, calcula-se que a área

obtida da curva de projeto que será chamada pela incógnita ATP (Área de Torsão Projetada), com

ATP=1280 mm, já a curva obtida com os valores reais de campo, terá a sua área chamada de ATR

(Área de Torsão Real), com ATR=15668 mm. Esses valores mostram que a área real ATR, é 12 vezes

maior que a ATP.

Gráfico 4: Soma de Empeno Real X Projetado.

No Gráfico 4: Soma de Empeno Real X Projetado. temos duas curvas, uma da curva projetada e a outra

com os dados reais do campo. Novamente os eixos foram separados devido a grande diferença de

valores encontrados. Agora é perceptível que a diferença de valores é de 20 vezes o pico de uma

curva com a outra. Neste caso as áreas foram assim descritas: AEP é a Área do Empeno Projetado e

AER é a Área do Empeno Real. Os valores encontrados foram: AEP=2561 e ERA=35510, dividindo ERA

por AEP temos um valor próximo de 14. Esse valor significa que a área de empenos da linha é 14

vezes maior que o projeto.

As duas divisões criaram dois fatores de forma das áreas dos gráficos, comparando o Real, com o

Projeto. Para se ter um único fator de forma para esses gráficos, foi proposto neste trabalho a soma

das áreas de Torsão e Empeno, tanto para a curva que representa os valores Reais, como para a

curva que representa os valores de Projeto.

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Gráfico 5: Soma de Empeno e Torsão, Real e Projetado

O Gráfico 5: Soma de Empeno e Torsão, Real e Projetado, do mesmo modo que os anteriores têm duas

escalas, uma para o somatório de empeno e torsão Reais e outra escala para a soma de empeno e

torsão de projeto. As incógnitas criadas são: ASETR, Área do Somatório de Empeno e Torsão Real e

ASETP, Área do Somatório de Empeno e Torsão Projetado. Os valores encontrados foram:

ASETR=51178 e ASETP=3842; fazendo uma divisão, tem-se como resultado o valor de 13. Este valor é

a média dos resultados dos dois gráficos anteriores.

O problema encontrado é que essa curva específica tem 620 metros de desenvolvimento no projeto

e no campo ela tem 638 metros. Para fazer comparações, foi necessário criar um índice que

comparasse qualquer tipo de curva e ou tangente. Para isso, o valor encontrado de ASETR é dividido

pelo comprimento dessa curva e multiplicado por 100 metros, para se ter um valor médio para cada

hectômetro de linha. Esse valor foi de 8021. As análises feitas durante esses três anos, mostraram

que valores médios de ASETR maiores que 6000 apresentam números significativos de defeitos.

Valores acima de 15000 tem que ser interditados ou restritos, pois neles os defeitos da FRA e do TEV

são significativamente altos.

3.3 Aplicação do Método

No tópico acima, foi demonstrado como o método funciona para uma curva e iniciou-se a explicação

para análise de trechos de 100 metros, os hectômetros. Com a aplicação do método verificou-se que

dentro de um quilômetro, apenas um hectômetro tinha um valor crítico. Seria desperdício de recurso

mandar uma socadora de mecanizada de grande porte para atender apenas estes 100 metros. Para

se ganhar produtividade e tempo, pois a execução de hectômetros isolados é muito mais morosa do

que de trechos com tamanhos compatíveis com a produção da máquina. Por isso, foi pensado na

eliminação dos quilômetros de linha com a média pior. Os hectômetros pontuais seriam corrigidos

pelas equipes de manutenção de via, com socadora de linha manual.

O TrackStar durante a sua operação pode apresentar falhas e deixar de coletar alguns dados. As

marcações de quilômetro no Vale do Paraíba também não são uniformes, devido a modificações de

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linhas, correções de curvas ou criações de variantes, algum quilômetro não tem 1000 metros, mas

valores que podem ir de 400 metros até 1300 metros. Para se equalizar essas diferenças, os dados do

TEV são contados para que sejam o divisor da conta com o Somatório de Empeno e Torsão do

quilômetro em questão. Com isso cria-se um novo índice de comparação dos quilômetros,

conseguindo criar uma lista de priorização dos piores quilômetros de um trecho. Novas etapas deste

trabalham iram definir quais entre pátios tem os piores resultados, para que futuramente os entre

pátios entrem em métodos de manutenções cíclicas anuais.

Tabela 1: Soma de Empeno e Torsão e Índice do Km

Na Tabela 1: Soma de Empeno e Torsão e Índice do Km, tem-se duas inspeções consecutiva do TEV neste

quilômetro, mostrando que houve um aumento significativo de defeitos no hectômetro 600. Uma

inspeção no local identificou um bolsão no local, sendo tratado corretivamente.

3.4 Comparação com outros métodos

Em paralelo a esse trabalho, a MRS começou a utilizar uma metodologia de TQI baseada na tese de

Doutorado de (Khouy, 2013), sendo que o método apresentado mostrou grande sinergia de pontos

equivalentes. A única diferença significativa é que os picos e vales apresentam deslocamentos de 100

metros entre eles. Essa diferença é explicada pelo método extração dos dados e variações nas

medições do TEV. O índice criado por Khouy trabalha com o desvio padrão da média dos

nivelamentos longitudinais dos dois trilhos com uma corda de 20 metros. As diferenças de amplitude

na comparação dos dois resultados podem ser explicadas devido ao método base de cálculo, um é

com a superelevação e outro é com o desnivelamento longitudinal. Uma grande dificuldade de

execução entre os dois métodos é que o método de Khouy necessita de um número maior de

socaria, pois na MRS os pontos geométricos verticais foram perdidos. Com isso a necessidade de

pedra torna-se muito grande. O gargalo na manutenção atual da MRS é a pedra, por isso, optou-se

no Vale do Paraíba a utilização do novo método que requer, num primeiro momento de um volume

menor de pedra.

Tabela 2: Comparação entre os métodos

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4 RESULTADOS

Os resultados obtidos até agora foram colhidos do início de 2014 até o início de 2015. Nos trechos

socados conforme a orientação deste método apresentaram melhorias significativas em ambos os

métodos. Melhores resultados seriam observados, nos trechos socados com a priorização feita no

início de 2015, com os resultados da passagem do TEV em março-15. A próxima passagem do TEV

neste trecho está programada para setembro-15, isso retornar vários pontos de análise para

reafirmar as melhorias já encontradas neste método.

Os pontos priorizados pelo novo método atuam diretamente na diminuição dos defeitos amarelos e

vermelhos encontrados pelo TEV. Isso se deve, pelo fato do método atacar os pontos com torsão e

empenos maiores. As análises dos resultados verificaram que os pontos que não melhoraram são

locais com problemas específicos, como passagens de nível que não foram socadas; local com 10 a 20

metros de extensão que prejudicaram o hectômetro todo; outros pontos verificados foram pontos

com lastro muito alto, que mesmo após a socaria, a linha perdeu o nivelamento. Nestes pontos a

equipe de manutenção do local deverá fazer um trabalho mais específico antes da socaria.

Tabela 3: Comparação dos índices dos métodos por quilômetro

Gráfico 6: Comparação de melhoria dos índices

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5 CONCLUSÃO

Tabela 4: Quantidade de Defeitos Retirados por Método

O método criado para planejamento de socaria mecanizada mostrou-se eficaz, pois diminui os

valores dos dois índices analisados e é mais efetivo na retirada dos defeitos da FRA. Também se

mostrou válido para definição da priorização dos trechos sem defeitos aparentes da FRA. Este

método permite maior efetividade na retirada dos defeitos sem a necessidade de aumento de

recursos. O método será aprimorado com os novos resultados obtidos com as medições do final do

ano de 2015. Um ponto já estudado mais ainda não implementado é a definição dos pontos com a

valoração das classes da FRA, com isso a definição será numérica, fazendo com que o método possa

ser totalmente informatizado para tomadas de decisão cada vez mais rápidas e aproveitando da

melhor forma possível todos os recursos empregados neste tipo de manutenção.

6 BIBLIOGRAFIA

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Editora S.A., 1979.

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—. 2013. Track Geometry Training 2013. 2013.

Khouy, Iman Arasteh. 2013. Cost-Effective maintenance of Railway Track Geometry - A Shift from

Safety Limits to Maintenance Limits. Lulea, Sweden : Lulea University of Technology, 2013.

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Stopatto, Sérgio. 1987. Via Permanente Ferroviária, Conceitos e aplicações. São Paulo : EDITORA DA

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