Procedimentos para Determinação da V.M.A. · Monografia apresentada ao Curso de Especialização em Transporte Ferroviário de Carga do Instituto Militar ... Figura 17 – Automotriz

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

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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.

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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 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 diferenciá-

lo 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) Massa do trilho (kg/m)

Espaçamento de dormentes

(cm)

Taxa de dormentação

por quilômetro

Velocidade (km/h)

Altura mínima de lastro (cm)

80 32 55 26 37 57 1750 40 23 80 25 55 21 45 57 1750 40 17 80 33 55 28 37 60 1666 40 24 80 26 55 23

1,00

45 60 1666 40 19 80 28 55 24 57 54 1850 40 22 80 24 55 20

1,60

68 54 1850 40 17

Tabela 1 - Alturas de lastro sob dormentes de madeira

Fonte: R.F.F.S.A.

32



(cm)


por quilômetro

Velocidade (km/h)


80 25 55 21 45 57 1750 40 17 80 26 55 23

1,00

45 60 1666 40 19 80 37 55 35 57 54 1666 40 32 80 35 55 30

1,60

68 54 1666 40 27

Tabela 2 - Alturas de lastro sob dormentes de concreto

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

0

5

10

15

20

25

30

35

40

80 55 40Velocidade (km/h)

cmBitola: 1,60 - TR 57 - CONCRETO

Bitola: 1,60 - TR 68 - CONCRETO

Bitola: 1,60 - TR 57 - MADEIRA

Bitola: 1,60 - TR 68 - MADEIRA

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

Tonelagem bruta anual transportada (milhões) Elemento do sistema roda-trilho > 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.



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.



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.



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).



Trilho - lubrificação em tangente (coef. de atrito µ)

Topo do boleto: µ > 0,35. Topo do boleto: µ > 0,35. Topo do boleto: µ > 0,35.

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

Perfil de trilho

Máximo desgaste

vertical (mm)

Máximo desgaste

horizontal (mm)Observações

TR-68 5,6 12,7 TR-57 3,2 7,9

1. Vias principais

TR-45 3,2 3,2

Admitidas mínimas queimas por patinação e corrugações

TR-68 10,3 19,1 TR-57 7,9 19,1

2. Ramais principais

TR-45 6,4 4,8

Admitidas pequenas queimas por patinação e corrugações

TR-68 15,1 22,2 TR-57 9,5 19,1

3. Ramais secundários

TR-45 7,9 7,9

Admitidas queimas por patinação e corrugações médias e oxidadas

TR-68 16,7 25,4 TR-57 12,7 22,2

4. Pátios

TR-45 9,5 9,5

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.


40

Figura 9 – Perfil de desgaste de trilho 68.


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

Defeito Comprimento do defeito (cm)

Área afetada

pelo boleto

(%)

Adotar as medidas prescritas nas notas abaixo, caso o trilho não seja substituído

5 a 70 B70 a 100 A2

Mancha oval

100 A 5 a 70 B

70 a 100 A2Trinca composta

100 A 5 a 25 C

25 a 80 D80 a 100 [A2] ou [E e H]

Trinca de detalhe, Queima por patinação e solda defeituosa

100 [A] ou [E e H]2,5 a 5,0 H e F

5,0 a 10,0 I e G> 10,0 B

Trinca horizontal do boleto, Trinca vertical do boleto, Trinca da alma, Trinca vertical da alma e Trinca horizontal na concordância alma-boleto * * A

1,25 a 2,5 H e F2,5 a 3,75 H e G

> 3,75 B

Trinca estelar na furação da alma

* * A2,5 a 15 DRuptura do patim

> 15 [A] ou [E e I]Ruptura sem causa aparente A ou ETrilho danificado D

Altura ≥ 1,0 HTrilho achatado 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 Velocidade máxima - carga (km/h)

Velocidade máxima - passageiro (km/h)

Via excepcional 16 Circulação proibida Classe 1 16 24 Classe 2 40 48 Classe 3 64 96 Classe 4 96 128 Classe 5 128 144

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


Área afetada

pelo boleto (%)


5 a 70

48 km/h

70 a 100 36 km/h

Desde que autorizado por inspeção visual

Mancha oval

100 0 km/h

Obrigatória inspeção visual

5 a 70

48 km/h

70 a 100 36 km/h


Trinca composta

100 0 km/h


5 a 25 48 km/h Para vias de classe 3 a 5

80 km/hPara vias de classe 3 a 5 com utilização de talas no defeito

25 a 80 48 km/h Para vias de classe 3 a 5 desde que autorizado por inspeção visual


80 a 100 [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]


100 [0 km/hObrigatória inspeção visual] ou [80 km/h desde que aplicando tala de

junção no defeito]

2,5 a 5,0 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

> 10,0 48 km/h

Trinca horizontal do boleto, Trinca vertical do boleto, Trinca da alma, Trinca vertical da alma e Trinca horizontal na concordância alma-boleto

* * 0 km/h



ocorrido


ocorrido

> 3,75 48 km/h


* * 0 km/h


2,5 a 15

48 km/h Para vias de classe 3 a 5 desde que autorizado por inspeção visual


Ruptura do patim

> 15

[0 km/hObrigatória inspeção visual] ou [48 km/h desde que aplicando tala de

junção no ponto de defeito]Ruptura sem causa aparente

0 km/hObrigatória inspeção visual ou aplicar tala de junção no ponto de

defeitoTrilho danificado



Altura ≥ 1,0

80 km/hTrilho achatado

Comprimento ≥ 20,0

* Na hipótese do boleto ter sido atingido por trinca originada em outra parte do trilho.

Tabela 7 – Defeitos de trilhos e limitações de velocidade


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

Classe de via

Desvio máximo no plano de rolamento das pontas dos

trilhos (cm)

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


trilhos (cm)


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 9 – Desvios máximos para trilhos de junta


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

Existência de talas de junção trincadas,

quebradas, ou desgastadas

Número mínimo de parafusos de tala

16 km/h Permitido* 1** 40 km/h Permitido* 2 64 km/h 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)


“(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


“(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

Velocidade máxima

autorizada (km/h)

Via em tangente e curva com raio

superior a 573m (taxa de

dormentação)

Aparelho de mudança de via e curva com raio

inferior a 573m (taxa de dormentação)

16 417 500 40 667 750 64 667 834 128 1000 1167

Tabela 12 – Mínimo de dormentes por classe de via e curvatura (MRS)


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:”

“bitola larga: 1.850 dormentes/km (madeira) e 1.666 dormentes/km

(concreto);”

“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.”

Taxa de dormentes inservíveis admissível (%) Grupo

de Linha

Tipo de trilho

Carga por eixo

(tf) Tangente R ≥ 350 250 < R < 350 R ≤ 250

68 30 20 20 15 10 1, 2, 3 57 30 10 10 5 3 57 20 15 15 10 5 4, 5, 6 45 20 15 15 19 5

5, 6 * 45 20 10 10 5 2,5 7, 8, 9 37 20 25 25 20 15

7, 8, 9 * 37 20 20 20 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.”

Espaçamento máximo (cm) *

Tipo de trilho

Cargas por eixo

(tf) para que a tensão no

trilho não seja ultrapassada

para que a tensão no lastro não seja ultrapassada

Espaçamento recomendado

(cm)

TR - 37 20 90 144 90 TR - 45 20 156 152 152 TR - 57 20 256 174 174 TR - 57 30 98 133 98 TR - 68 30 159 146 146

Tabela 14 - Espaçamento máximo entre dormentes bons

(*) Cálculo baseado em velocidades inferiores a 60km/h.

“Não deverão existir dormentes inservíveis nas seguintes situações:”

60

“entrada e saída de curvas;”

“curvas reversas;”

“entrada de AMV (região de ponta da agulha até o coice) e também no

cruzamento (região do coração do jacaré);”

“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 Tonelagem bruta

anual 1 ≥ 40 2 24 - 40 3 14 - 24 4 9 - 14 5 4 – 9 6 2 – 4 7 1 – 2 8 0,5 – 1 9 ≤ 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:

Taxa de dormentes inservíveis admissível (%) Grupo

de Linha

Tipo de trilho

Carga por eixo

(tf) Tangente R ≥ 350 250 < R < 350 R ≤ 250

68 30 20 20 15 10 1, 2, 3 57 30 10 10 5 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:

Número de dormentes inservíveis admissível Extensão

de curva (m)

Tipo de trilho

Carga por eixo

(tf) Tangente R ≥ 350 250 < R < 350 R ≤ 250

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





(cm)

TR - 57 30 98 133 98 TR - 68 30 159 146 146

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:

Com placas de apoio quebradas,

Grampos quebrados ou sem pressão,

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:

Jacaré Agulha (mm)

Bitola (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


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 Agulha

Comprimento (m)

Ângulo (graus)

JacaréRaio

equivalente (m)

Raio do trilho curvo externo

de ligação (m)

Velocidade máxima (km/h)

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

Fonte: R.F.F.S.A.

Bitola métrica Agulha

Comprimento (m)

Ângulo (graus)

JacaréRaio

equivalente (m)


de ligação (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

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:

B.V² h =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 tem-

se 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:

B.V² B hp =127.R

-H.n

(B/2-d)

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:

Bitola da via;

Raio de curvatura;

Superelevação local.

Outras variáveis podem ser facilmente pesquisadas e calculadas através de

informações existentes sobre o material rodante:

Altura do centro de gravidade;

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 √( hp +H.n

(B/2-d) ) 127.R= V

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)

B2

-dn =

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:

V² hpx = H ( 127.R - B ) + d

Ou ainda, pode-se descrever a superelevação em função da excentricidade da

resultante:

x-dhp = ht - B 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 denomina-

se 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.:

B Bhmáx. = H.n ( 2 -d )

Bhmáx. = H ( xp -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:

B hmáx. 2 -d

Vmáx. = √ ( 127.(B

+H.n

)).√R

- Critério do conforto:

hmáx. + ∆hVmáx. = √ ( 127.( B )).√R

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)


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 Via em tangente Via em curva

Desvio máximo no

ponto médio de uma linha* de 18,6 m (cm)

Desvio máximo no ponto médio de uma

corda** de 9,3 m (cm)



Classe 1 12,7 n.a.*** 12,7 Classe 2 7,6 n.a.*** 7,6 Classe 3 4,4 3,2 4,4 Classe 4 3,8 2,5 3,8 Classe 5 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)


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 1 (cm)

Classe 2 (cm)

Classe 3 (cm)

Classe 4 (cm)

Classe 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*

7,6 5,7 5,1 3,9 3,8

Variação máxima no nivelamento transversal, por 9,3 m de comprimento, em espiras de transição

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)


“ 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:”

“bitola larga – trens de passageiro:”

v = 4,535√r

“bitola larga – trens de carga:”

v = 4,316√r

“bitola estreita – trens de passageiro:”

v = 4,369√r

“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:

Brina. H. L. (1979): Vmáx. = 4,8.√R

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:”

“bitola larga – absoluto predomínio de trens cargueiros:”

S = 13,1.V²/r (5)

“bitola larga – absoluto predomínio de trens de passageiros:”

S = 8,75.V²/r (6)

“bitola estreita – absoluto predomínio de trens cargueiros:”

S = 8,35.V²/r (7)

“bitola estreita – absoluto predomínio de trens de passageiros:”

S = 5,57.V²/r (8)

98

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:”

“1mm/m e excepcionalmente 1,5mm/m quando v > 100km/h;”

“1mm/m e excepcionalmente 2mm/m quando 100 ≥ v > 80km/h;”



“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-de-

linha 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:

Baltimore & Ohio – B&O;

Japanese National Railway – JNR;

Antiga Ferrovias Paulistas S.A. – FEPASA;

Antiga Rede Ferroviária Federal S.A. – RFFSA;

Plasser & Theurer;

Tokaido Shinkansen

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 executava-

se: 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.:

Material rodante de tração: locomotivas e automotrizes;

Figuras 16 e 17 – Locomotiva Diesel-Elétrica e Automotriz Budd.

Fonte: Hostílio R. Xavier.

111

Material rodante rebocado: carros e vagões;

Figura 18 – Carro de passageiros.


Figura 19 – Vagão de carga.

Fonte: Hostílio R. Xavier

112

Trens unidades.

Figuras 20 e 21 – Trens unidade.


Complementando a informação trazida por Xavier H. R., pode-se incluir um tipo de

veículo ferroviário muito comum nas companhias ferroviárias:

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 torna-

se 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 concentrar-

se 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


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:

Bitola 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

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


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

AZUL INDICAÇÃO de posicionamento de agulha ou detector de descarrilamento

Tabela 27 – Classificação dos aspectos de sinais luminosos


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):

B hmáx. 2 -d

Vmáx. = √ ( 127.( B + H.n )).√R

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


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


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 Via em tangente Via em curva

Desvio máximo no

ponto médio de uma linha* de 18,6 m (cm)





Classe 1 12,7 n.a.*** 12,7 Classe 2 7,6 n.a.*** 7,6 Classe 3 4,4 3,2 4,4 Classe 4 3,8 2,5 3,8 Classe 5 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)


136

- Nivelamento:

Requisitos7,8 Via em tangente

Classe 1 (cm)

Classe 2 (cm)

Classe 3 (cm)

Classe 4 (cm)

Classe 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*

7,6 5,7 5,1 3,9 3,8

Variação máxima no nivelamento transversal, por 9,3 m de comprimento, em espiras de transição

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)


- 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

Limite máximo de alinhamento (mm)

Limite máximo de nivelamento (mm)

Limite máximo de torção / empeno

(mm) Classe 1 128,00 76,00 76,00 Classe 2 76,00 70,00 51,00 Classe 3 44,00 57,00 44,00 Classe 4 38.00 38,00 32,00 Classe 5 13,00 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


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 Agulha

Comprimento (m)

Ângulo (graus)

JacaréRaio

equivalente (m)


de ligação (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

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:

Jacaré Agulha (mm)

Bitola (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





(cm)

TR – 57 30 98 133 98 TR – 68 30 159 146 146

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 Track-

star, 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)


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

Existência de talas de junção trincadas,

quebradas, ou desgastadas

Número mínimo de parafusos de tala

16 km/h Permitido* 1** 40 km/h Permitido* 2 64 km/h Negativo (tala deve ser

substituída) 2 128 km/h Negativo (tala deve ser

substituída) 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


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


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


trilhos (cm)


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


Ou seja, esta informação também deve ser considerada na planilha de cálculo:

Tabela 45 – Planilha de cálculo contemplando a situação das talas de juntas


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


Área afetada

pelo boleto (%)


5 a 70

48 km/h70 a 100 36 km/h


Mancha oval

100 0 km/h


5 a 70

48 km/h70 a 100 36 km/h


Trinca composta

100 0 km/h


5 a 25 48 km/h Para vias de classe 3 a 5


25 a 80 48 km/h Para vias de classe 3 a 5 desde que autorizado por inspeção visual


80 a 100 [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]


100 [0 km/hObrigatória inspeção visual] ou [80 km/h desde que aplicando tala de

junção no defeito]


ocorrido

5,0 a 10,0 48 km/h e inspeção no ponto de defeito 30 dias após o ocorrido

> 10,0 48 km/h

Trinca horizontal do boleto, Trinca vertical do boleto, Trinca da alma, Trinca vertical da alma e Trinca horizontal na concordância alma-boleto

** 0 km/h



ocorrido

2,5 a 3,7548 km/h e inspeção no ponto de defeito durante 30 dias após o

ocorrido

> 3,75 48 km/h


** 0 km/h


2,5 a 15



Ruptura do patim

> 15

[0 km/hObrigatória inspeção visual] ou [48 km/h desde que aplicando tala de

junção no ponto de defeito]Ruptura sem causa aparente

0 km/hObrigatória inspeção visual ou aplicar tala de junção no ponto de

defeitoTrilho danificado



Altura ≥ 1,0

80 km/hTrilho achatado

Comprimento ≥ 20,0

* 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


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


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:



(cm)


por quilômetro

Velocidade (km/h)


80 28 55 24 57 54 1850 40 22 80 24 55 20

1,60

68 54 1850 40 17

Tabela 48 – Tabela de correlação: altura de lastro x velocidade de circulação sobre

dormentes de madeira


Para dormentes de concreto:



(cm)


por quilômetro

Velocidade (km/h)


80 37 55 35 57 54 1666 40 32 80 35 55 30

1,60

68 54 1666 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


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.


Figura 26 – Trilhos com altas tensões e deformação aparente.


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


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


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


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


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:

y = -2E-06x2 + 0,007x - 6,3097

y = -6E-06x2 + 0,008x - 3,4336

-3,

-3,

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,000 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

DES

AC

ELER

AÇ

ÃO

(m/s

²)

ABPolinômio (B)Polinômio (A)

50

00

DISTÂNCIA DE FRENAGEM (m)

Figura 27 – Gráfico de correlação: distância de frenagem x desaceleração


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


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


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


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


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


Verificando os resultados parciais:

Comparativo CALCULADO x REAL

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

A B TRANSIÇÃO C D

CURVAS

V (k

m/h

)

ATUALVMA Calculada

Figura 30 – Gráfico de primeira análise dos resultados


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:



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


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


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



Desta forma, inserindo os valores na planilha de cálculo:

Tabela 65 – Planilha de cálculo simulando os defeitos de via medidos


171

Inserindo os dados de máxima bitola carregada medida conforme as medidas do

Track-star:



Tabela 66 – Planilha de cálculo simulando o estado das fixações e dormentes


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


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


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


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


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


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:

175

Tabela 72 – Planilha de cálculo simulando as ocorrências de bitola carregada


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


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


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


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:

177

Comparativo CALCULADO x REAL

10

20

30

40

50

60

70

80

90

V (k

m/h

)

ATUALVMA sem ocorrências

VMA com ocorrênciasVMA temporária

0A B TRANSIÇÃO C D

CURVAS

Figura 34 – Gráfico dos resultados finais


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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Documents

Procedimentos para Determinação da V.M.A. · Monografia apresentada ao Curso de Especialização em Transporte Ferroviário de Carga do Instituto Militar ... Figura 17 – Automotriz