EVERTON JÚNIO TRINDADE Análise sobre a utilização de ... · 2 Everton Júnio Trindade Análise...

1

MINISTÉRIO DA DEFESA EXÉRCITO BRASILEIRO

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

(Real Academia de Artilharia, Fortificação e Desenho, 1792)

SUBDIVISÃO DE CURSOS DE PÓS-GRADUAÇÃO

Curso de Especialização em Engenharia de Transporte Ferroviário de Carga

EVERTON JÚNIO TRINDADE

Análise sobre a utilização de Dormentes de Concreto como solução

alternativa para a Via Permanente na MRS Logística S. A.

Rio de Janeiro 2012

2

Everton Júnio Trindade

Análise sobre a utilização de Dormentes de Concreto como solução alternativa para a Via Permanente na MRS Logística S. A.

Trabalho Final de Curso apresentado ao Programa de Especialização em Engenharia de Transporte Ferroviário de Carga, área de concentração: Subdivisão de Cursos de Pós Graduação, do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial à obtenção do título de Especialista em Engenharia de Transporte Ferroviário de Cargas.

Orientador: Prof. Cel. Luiz Antônio Silveira Lopes, D.Sc.

Rio de Janeiro

2012

3

Ficha catalográfica elaborada pelos bibliotecários do IME (impressão no verso da folha de rosto)

4

Everton Júnio Trindade

Análise sobre a utilização de Dormentes de Concreto como solução alternativa para a Via Permanente na MRS Logística S. A.

Trabalho Final de Curso apresentado ao Programa de Especialização em Engenharia de Transporte Ferroviário de Carga, área de concentração: Subdivisão de Cursos de Pós Graduação, do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial à obtenção do título de Especialista em Engenharia de Transporte Ferroviário de Cargas.

Aprovado em 26 de junho de 2012

BANCA EXAMINADORA

_____________________________________ Prof. Cel. Luiz Antônio Silveira Lopes, D.Sc. (Orientador)

Instituto Militar de Engenharia

_____________________________________ Prof. Manuel Ferreira Mendes

CEPEFER

5

(Dedicatória)

Dedico este trabalho aos meus pais e ao meu irmão, que sempre me apoiaram em

quaisquer desafios e sonhos que busco.

À minha esposa Dayane e ao meu filho Raphael, que sempre estiveram ao meu lado

vencendo os desafios, me apoiando nos momentos difíceis e comemorando minhas

conquistas, dedico a vocês.

6

AGRADECIMENTOS

Agradeço a todas as pessoas que me incentivaram, apoiaram e possibilitaram esta

oportunidade de ampliar meus horizontes.

Agradeço aos meus amigos de curso, a ajuda, os incentivos dados e o excelente ambiente

criado ao longo desta caminhada.

Agradeço a todos os mestres, que ministraram disciplinas no curso, pelo conhecimento

adquirido.

Agradeço à MRS Logística mais esta oportunidade de desenvolvimento profissional e ao

IME toda a infraestrutura fornecida durante o período do curso.

Agradeço ao meu Professor Orientador Silveira Lopes por sua disponibilidade, presteza e

os comentários pertinentes.

Agradeço à Dayane, por toda sua compreensão e carinho, ao entender o tamanho desta

oportunidade.

A todos que, embora aqui não citados, colaboraram para que este trabalho fosse

realizado.

7

RESUMO

A MRS Logística S.A., em 15 anos de atividades, traçou uma trajetória de expressivo crescimento nos volumes transportados, consolidando um cenário empresarial de grande incremento de produção.

Tendo em vista essa projeção de crescimento para os próximos anos, gerou uma preocupação sobre a condição futura da Via Permanente neste cenário.

A proposta deste trabalho é elucidar quais são as vantagens e desvantagens da utilização de dormentes de concreto como solução alternativa para a Superestrutura Ferroviária, impulsionado pela limitação de tempo de parada para manutenção corretiva da Via Permanente e os grandes problemas ambientais com a aplicação dos dormentes de madeira.

O trabalho seguiu a seguinte metodologia para se atingir os objetivos propostos: o histórico da ferrovia, revisão das características e elementos que constituem um sistema ferroviário típico, classificação dos principais dormentes de concreto existentes, vantagens e desvantagens de sua utilização e, por fim, conclusão e consideração sobre sua aplicabilidade na Malha Ferroviária da MRS.

Plavras-chave: Ferrovia,Via Permanente, Dormentes de Madeira, Dormentes de Aço,

Dormentes de Plástico, Dormente de Concreto.

8

ABSTRACT

MRS Logística S.A, fifteen years experience, have been made an expressive growth in freight transportation, achieving an expressive increase production corporative scenario.

Regarding this growth projection for the next years, it have been create a concern about the future conditions of the Permanent Way acording to this scenario, specially about ties.

The porpose of this work is clarify what are advantages and disadvantages about the use of concrete ties as an alternative solution for the track Superstructure, drived by the time limitation for corrective maintenance break and the big enviromental problems using the wood ties.

The present work complies to this methodology to reach the desired goals: the railroad history, the features revision and the components that constitute a typical track system, classification of the main types of concrete ties, pros and cons of using, and finally, conclusion and considerations about the real use at MRS railroad system.

Key-words: Railroad, Permanent Way, wood ties, steel ties, composite ties, concrete ties

9

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 Distribuição da Malha Ferroviária....................................................................15

Figura 2.1 Corte de seção transversal da Via Permanente...................................................22

Figura 2.2 Elementos de uma Infraestrutura ferroviária ...................................................23

Figura 2.3 Representação da Plataforma em Corte..............................................................24

Figura 2.4 Representação da Plataforma em Aterro............................................................24 Figura 2.5 Sistema de Drenagem e Proteção de Encostas................................................. 27 Figura 2.6 Elementos da superestrutura ferroviária...........................................................28 Figura 2.7 Lastro Ferroviário.............................................................................................30 Figura 2.8 Tipos de dormentes de madeira ...................................................................... 33 Figura 2.9 Tipos de dormentes de aço................................................................................ 34 Figura 2.10 Tipos de dormentes de plástico.........................................................................35 Figura 2.11 Tipos de dormentes de concreto...................................................................... 37 Figura 2.12 Elementos de fixação elástica PANDROL....................................................... 38 Figura 2.13 Elementos de fixação rígida..............................................................................38 Figura 2.14 Corte esquemático do trilho..............................................................................39 Figura 2.15 Imagem do AMV sendo montado.................................................................... 42 Figura 2.16 Representação do Traçado................................................................................43 Figura 2.17 Visualização de um traçado: Perfil Longitudinal (Altimetria) e Planta (Planimetria)......................................................................................................

44

Figura 3.1 a) Dormente Bibloco b) Dormente Monobloco..................................................50

Figura 3.2 Dormente Monobloco ORION............................................................................50 Figura 3.3 Dormente Bibloco VAGNEUX........................................................................... 51 Figura 3.4 Dormente Bibloco B 9........................................................................................51

10

Figura 3.5 Dormente Inglês modelo F40.............................................................................52 Figura 3.6 Dimensões e forma do dormente B 58 W - 54................................................... 53 Figura 3.7 Dormente modelo CC365 para via de transporte pesado...................................53 Figura 3.8 Dormente Biblocos instalados na Linha de São Paulo...................................... 54 Figura 3.9 Dormente Monobloco Utilizado na EFC pela Vale............................................54 Figura 3.10 Dormentes de Concreto Aplicados em Linha Corrida e em AMV...................55 Figura 3.11 Dormentes de Concreto Aplicados na Transnordestina....................................

58

Figura 3.12 Pórtico PTH 500 Aplicador de Dormentes de Concreto..................................

58

Figura 3.13 Bolsão de Lama e Presença de Vegetação no Lastro.......................................

68

Figura 3.14 Dormente de Concreto aplicado na Ampliação da EFC...................................

70

11

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 Composição Química do Aço para Trilhos................................................... 40

Tabela 2.2 Propriedades Mecânicas do Trilho................................................................ 40

Tabela 2.3 A Bitola utilizada em diversas ferrovias no Brasil........................................ 45

Tabela 3.1 Kilometragem dos Trechos da Transnordestina............................................ 57

Tabela 3.2 Matriz Comparativa para Tomada de Decisão.............................................. 62

Tabela 3.3 Custo de Implantação do Dormente de Madeira........................................... 64

Tabela 3.4 Custo de Implantação do Dormente de Aço................................................. 64

Tabela 3.5 Custo de Implantação do Dormente de Concreto......................................... 65

Tabela 3.6 Custo Estimado de Dormentes por KM e por ANO..................................... 66

Tabela 3.7 Projeção de Custos Estimada para os próximos Cinquenta Anos................. 66

12

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1.1 – Evolução do Volume Transportado...............................................................18

Gráfico 3.1 – Comparativo entre os custos de implantação dos Três Tipos de Dormentes.65

13

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ANTT Agência Nacional de Transportes Terreste RFSA Rede Ferroviária Federal S. A. OAE’s Obras de Arte Especial AREMA American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association

PEAD Polietileno de Alta Densidade

CSN Companhia Siderúrgica Nacional

AMV’s Aparelho de Mudança de Via PIV’s Ponto de Inflexão Vertical

EFC Estrada de Ferro Carajás EFVM

Estrada de Ferro Vitória Minas

VFLS

Variante Ferroviária Litorânea Sul

14

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 15

1.1 Histórico da MRS Logística S. A.............................................................................. 15

1.2 O Problema em Estudo.............................................................................................. 16

1.3 Objetivo..................................................................................................................... 16

1.4 Justificativa................................................................................................................17

1.5 Estrutura do Trabalho................................................................................................ 18

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................... 19

2.1 Breve Histórico da Ferrovia.......................................................................................19

2.2 Essência da Via Permanente......................................................................................20

2.3 Características da Via Permanente........................................................................... 21

2.3.1 Infraestrutura..............................................................................................................22

2.3.1.1 Plataformas................................................................................................................ 23

2.3.1.2 Sub-Lastro................................................................................................................. 25

2.3.1.3 Drenagem...................................................................................................................25

2.3.2 Superestrutura............................................................................................................27

2.3.2.1 Lastro.........................................................................................................................28

2.3.2.2 Dormentes..................................................................................................................31

2.3.2.3 Fixações.....................................................................................................................37

2.3.2.4 Trilhos........................................................................................................................38

2.3.2.5 Aparelhos de Mudança de Via...................................................................................41

2.3.3 Característica Geométrica da Via Permanente.......................................................... 42

2.4 O Problema dos Dormentes.......................................................................................46

3 ANÁLISE DA UTILIZAÇÃO DO DORMENTE DE CONCRETO COMO SOLUÇÃO ALTERNATIVA NA VIA PERMANENTE DA MRS LOGÍSTICA .............................................................................................................48

3.1 Desenvolvimento Histórico....................................................................................... 48

3.2 Classificação dos Dormentes de Concreto................................................................ 49

3.3 Os Principais Modelos de Dormentes de Concreto...................................................50

3.4 Vantagens e Desvantagens dos Dormentes de Concreto...........................................59

3.5 Comparações econômicas entre os Três Tipos de Dormentes...................................63

3.6 Análise da Utilização do Dormente de Concreto na Via Permanente da MRS Logística S. A............................................................................................................

67

4 CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES................................................................ 71

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................74

15

CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO

1.1 HISTÓRICO DA MRS LOGÍSTICA S. A.

No dia 20 de setembro de 1996 foi realizado na Bolsa de Valores do Rio de Janeiro o leilão de privatização das então Malha Sudeste da Rede Ferroviária Federal S.A., que compreendia as linhas das Superintendências Regionais SR3 (Juiz de Fora) e SR4 (São Paulo), no qual o Consórcio MRS Logística S. A. tornou-se arrendatário de seus ativos e concessionária do transporte ferroviário de carga por 30 anos, renováveis por mais 30 anos (Fonte: ANTT).

Os trechos que foram concedidos para a exploração do transporte ferroviário de cargas são aqueles que pertenceram às antigas ferrovias Estrada de Ferro Central do Brasil, nas linhas que ligam o Rio de Janeiro à São Paulo e a Belo Horizonte, bem como aqueles que pertenceram à Estrada de Ferro Santos – Jundiaí excluídas, em ambos os casos, as linhas metropolitanas de transporte de passageiros no Rio de Janeiro e em São Paulo.

Suas linhas abrangem a mais desenvolvida região do país, e atravessam os seus maiores centros consumidores e produtores. Sua malha é também o acesso ferroviário aos principais portos brasileiros: Rio de Janeiro, Sepetiba e Santos. Atende também o terminal marítimo privativo de embarque de minério de ferro, instalado na Ilha de Guaíba na Baía de Sepetiba. Linhas estas constituídas de bitola larga (1,60m) e somadas suas extensões acumulavam 1.674 Km de linhas que passavam pelos estados de Minas Gerais, Rio de Janeiro e São Paulo (Figura 1.1).

Figura 1.1 – Distribuição da Malha Ferroviária (Fonte: MRS LOGÍSITCA S. A., 2011).

16

O mercado para o transporte ferroviário de cargas é extremamente favorável na área de influência da MRS, sendo os três estados atendidos por sua malha concentradores de 65% do produto interno bruto do Brasil. Nestes estados, estão instaladas as principais siderúrgicas, cimenteiras e mineradoras do nosso país e abrange também uma área de grande produção agrícola. Este mercado está fortemente ligado a atividade portuária, sendo que grande parte dos transportes se dão entre Porto e Produção, seja no sentido exportação (minério, aço, graneis agrícolas e contêineres) ou importação (carvão, coque, trigo, enxofre, contêineres). No mercado interno são feitos transportes de matérias-primas (contêineres, minério, fundentes para siderúrgicas e escória para cimenteiras) e também escoamento de produtos acabados tais como aço e cimento. (Fonte: MRS Logística S. A., 2011)

1.2 O PROBLEMA EM ESTUDO

O assunto a ser estudado será a condição da Via Permanente para os próximos anos e a análise da viabilidade da implantação de Dormentes de Concreto na Malha Ferroviária da MRS Logística S. A.

Será apresentado um panorama dos elementos que compõem a Via Permanente e uma análise objetiva dos processos necessários para utilização de Dormente de Concreto na Malha Ferroviária.

A formulação do problema, basea-se no comportamento da Via Permanente, em razão da necessidade do aumento da capacidade de vazão de trechos ferroviários da MRS Logística S. A. e o estudo da aplicabilidade de Dormente de Concreto como alternativa da Superestrutura Ferroviária.

1.3 OBJETIVO

O objetivo do trabalho é apresentar uma análise da viabilidade de utilização de dormentes de concreto como solução alternativa para os trechos da Malha Ferroviária da MRS Logística S. A., tendo em vista a projeção agressiva de seu plano de crescimento que limitará o tempo de manutenção da Via Permanente.

17

1.4 JUSTIFICATIVA

Em todo mundo há um crescente interesse pela aplicação de dormentes de concreto. Hoje, nos países de primeiro mundo, os dormentes monoblocos de concreto protendido e bibloco de concreto armado estão plenamente desenvolvidos e em utilização nas vias ferroviárias. A experiência tem indicado que a aplicação de dormentes de concreto resulta em vias de qualidade estrutural superior, de melhor estabilidade e desempenho e reduzida manutenção.

No início das ferrovias do século passado, devido à grande disponibilidade de florestas, os dormentes eram de madeira e aplicados em via sem tratamento químico. No Brasil, a partir de 1960, os dormentes passaram a ter tratamento químico, mas mesmo assim, a vida útil atualmente é de cerca de seis anos, que pode ser considerada extremamente baixa. Neste aspecto, a previsão do dormente de concreto é de durar ao menos 50 anos.

Com a privatização das ferrovias federais brasileiras, o investimento financeiro que vem ocorrendo ocorrerá nas vias já existentes e a inexistência de madeira de lei a preços baixos, haverá a tendência de se acompanhar a evolução que acontece nos países mais desenvolvidos, ou seja, a substituição gradativa dos dormentes de madeira por dormentes de concreto.

Após a privatização do malha Sudeste da Rede Ferroviária, ocorreu a retomada do crescimento do transporte de carga dos principais clientes de sua área de influência. Com isso, após anos de recordes históricos de toneladas/anos transportadas, a capacidade instalada do sistema atingiu em vários segmentos o seu limite de vazão. Assim, a partir dos próximos anos a MRS Logística S. A. projeta um crescimento agressivo para seus volumes transportados. Por isso, a necessidade do estudo da condição da Via Permanente, com uma abordagem para a implementação do uso de dormentes de concreto como solução alternativa para a Via Permanente.

O gráfico 1.1 mostra a evolução dos investimentos realizados ano a ano, e a projeção para os próximos quatro anos. Analisando o gráfico, pode-se perceber o crescente aumento da produção realizada e projetada ano a ano, ligados a grandes volumes de investimentos anuais realizados.

18

Gráfico 1.1 - Evolução do volume transportado (FONTE: MRS, 2011).

Este estudo será o uma contribuição sobre a análise da utilização de dormentes de concreto na Via Permanente da MRS, necessário devido às limitações ambientais e redução no tempo de manutenção que será ocasionado pelo crescimento projetado para os próximos anos. Contribuindo para estudos futuros e aplicações práticas desta alternativa.

1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO

O presente trabalho foi dividido conforme descrito abaixo:

Capítulo 1 – Introdução: apresentar o histórico da Via Permanente da MRS Logística S. A., o problema em estudo, os objetivos, a justificativa e a estrutura do trabalho.

Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica: apresentar os principais conceitos, técnicas de Via Permanente e a perfeita compreensão da análise proposta.

Capítulo 3 – Análise da utilização do dormente de Concreto como solução alternativa para o problema em estudo. E a análise da viabilidade econômico-financeiro do uso de dormentes de concreto.

Capítulo 4 – Considerações e conclusões: Apresentar a conclusão e as recomendações.

19

CAPÍTULO 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 BREVE HISTÓRICO DA FERROVIA

No fim do século XVIII e começo do século XIX foram dados os primeiros passos

para a implantação da estrada de ferro, como meio de transporte terrrestre.

Segundo BRINA, 1979, a origem das estradas de ferro está intimamente ligada ao

trabalho das minas de carvão da Inglaterra. Na usina de Killingswarth, foi experimentado o

primeiro veículo impulsionado pela força expansiva do vapor d’água. Depois da invenção da

máquina a vapor, em 1770, por Watt, várias tentativas foram feitas para a construção de um

veículo que se locomovesse em uma estrada sendo movimentado a vapor d’água.

Entretanto só em 1814, na Inglaterra, é que as primeiras tentativas de construção de

uma máquina tratora, a vapor, obtiveram êxito. Assim em julho de 1814 o inventor Jorge

Stephenson conseguiu finalmente arrastar alguns vagões, com sua máquina utilizando o vapor

d’água.

Em 27 de setembro de 1825 foi feita a primeira viagem, em caráter inaugural, entre

Stokton e Dalington, no interior da Ingrlaterra, utilizando o invento de Stephenson. Foram

percorridos 25 quilômetros entre as cidades de Stokton e Darlington, a uma velocidade de 25

Km/h.

A partir de 1840 houve uma grande expansão da ferrovia na Inglaterra, contribuindo

sensivelmente para a consolidação tecnológica e avanço da revolução Industrial naquele país.

No Brasil, a primeira tentativa para implantação de uma Estrada de Ferro, deu-se em

1835, quando o regente Diogo Antônio Feijó promulgou uma lei, concedendo favores a quem

quisesse construir e explorar uma Estrada de Ferro ligando o Rio de Janeiro às Capitais de

Minas Gerais, Rio Grande do Sul e Bahia. (BRINA, 1979)

20

Entretanto, apesar das diversas vantagens oferecidas pelo império, os empresários não

se interessaram por esta empreitada onerosa e de grande risco. Apenas em 1852, Irineu

Evangelista de Souza, mais tarde Barão de Mauá, iniciou a construção da ferrovia que ligaria

porto do Rio de Janeiro a raiz da serra de Petrópolis. A primeira ferrovia Brasileira foi então

inaugurada em 30 de abril de 1854, com 14,5 Km de extensão, percorrida inicialmente com

velocidade média de 38 km/h.

Em 1855 foi organizada a Estrada de Ferro D. Pedro II, que deu origem à Estrada de

Ferro Central do Brasil.

As estradas de ferro se expandiram pelo país até a década de 1950 quando a rede

nacional contava com mais de 37.000 km. Em 1957, surgiu a Rede Ferroviária Sociedade

Anônima (Rede Ferroviária Federal S.A – RFFSA), que teve por escopo tornar a exploração

das ferrovias federais a mais econômica possível.

Já na década de 1990 o Governo Federal decidiu pela desestatização do setor

ferroviário brasileiro, realizando leilões para a concessão do transporte de cargas em suas

vias, onde finalmente, em 2006, a RFFSA foi liquidada pelo governo.

2.2 ESSÊNCIA DA VIA PERMANENTE

A linha férrea, ou simplesmente linha, conjunto formado pelos trilhos e dormentes e,

excepcionalmente, também denominado Grade, não está assentada rigidamente ao solo;

podemos de certa forma, considerá-la como que flutuando no lastro. Tal detalhe fez com que,

sob os aspectos estáticos ou dinâmicos, as condições gerais, normalmente, difiram bastante

daquelas que se verificam na construção civil. Em decorrência de tal circunstância, aliada

ainda ao fato de que uma malha ferroviária se assenta sobre área de terreno praticamente

ilimitada, devemos considerar a via permanente como sendo uma estrutura de natureza bem

diversa daquelas, que seriam consideradas obras civis convencionais, caracterizadas por suas

sólidas ancoragens ao solo e por serem limitadas no espaço. Faltam à Via Permanente tais

características essenciais, razão pela qual deve ela ser considerada como estrutura técnica de

características próprias e que requer, no que diz respeito à sua construção e manutenção,

21

normas e processos próprios. Por tais razões, ponderações baseadas nos conhecimentos gerais

da construção civil nem sempre levam à conclusões ou previsões corretas.

Após o surgimento da Ferrovia, foram necessárias, ainda, muitas décadas para que,

através de experiências práticas, procedimentos empíricos e tentativas, se chegasse aos

conhecimentos e à determinação dos tipos construtivos, que hoje se constituem em patrimônio

público. (SCHRAMM, 1977)

2.3 CARACTERISTICAS DA VIA PERMANENTE

A Via Permanente ferroviária pode ser definida como “o sistema de sustentação e

rolamento dos trens em circulação”. (SPADA,2003)

É considerada como parte integrante de uma ferrovia, é conceituada como um

conjunto de instalações e equipamentos que compõe a infraestrutura e a superestrutura de uma

Ferrovia. Por este conceito as instalações, os equipamentos, a superestrutura e infraestrutura

fazem parte da Via Permanente (LIMA, 1998).

Outras definições, também encontradas na literatura, definem a Via Permanente como:

“Conjunto formado por trilhos, pelos dormentes, pelo lastro e, se for o caso pelo Sublastro”.

Tudo que estiver sob a Superestrutura denomina-se simplesmente de infraestrutura.

A ferrovia como um todo tem como característica principal, a existência de dois

trilhos de aço, sobre os quais o trem se desloca, paralelos e instalados permanentemente sobre

um leito.

Dentro desta definição existem algumas variações quanto a tipos de estrutura das

ferrovias, do tipo e dimensões dos trilhos, do material das rodas, do leito ferroviário, das

formas de propulsão etc.

Ela é normalmente separada em duas partes que são: a Superestrutura e a

Infraestrutura.

22

Figura 2.1 – Corte de seção transversal da Via Permanente (FONTE: Vidon, 2012) .

2.3.1 INFRAESTRUTURA

Considera-se infraestrutura ferroviária o suporte da estrutura da via da qual recebe,

através do lastro, as tensões devidas ao tráfego, e das demais instalações necessárias à

operação ferroviária, como posteação de rede aérea, condutores de cabos, etc.

A infraestrutura é segundo SPADA (2003) é o conjunto de obras implantadas em uma

faixa de terreno, destinadas ao estabelecimento e à proteção do caminho de rolamento da via.

Basicamente, a infraestrutura é constituída por solos naturais ou tratados, no caso de

cortes e aterros, sistemas de drenagem, ou então por estruturas quaisquer, no caso de Obras de

Arte Especiais. Neste presente trabalho se tratará apenas das duas primeiras.

Segundo LIMA (1998), “A infraestrutura tem papel fundamental na estabilidade da

via, pois sendo ela a base da ferrovia, toda a superestrutura a utiliza como apoio e

conseqüentemente qualquer alteração na infraestrutura terá reflexo na superestrutura.

23

Figura 2.2 – Elementos de uma Infraestrutura ferroviária (FONTE: Diogo, 2012 .

2.3.1.1 PLATAFORMAS

Segundo Vidon, 2012, “de modo geral pode-se dizer que as plataformas ferroviárias

têm como função proporcionar apoio à estrutura da via de modo que não sofra deformações

que impeçam negativamente na exploração, sob as condições de tráfego que determinam o

traçado da linha”.

Para que o apoio não sofra deformações ou não influa negativamente no tráfego é

necessário que a plataforma tenha certas características de resistência, que precisam ser

alcançadas, sempre que possível, durante a própria construção.

- CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS:

As características geométricas da plataforma dependem principalmente de: bitola,

número de linhas, altura de lastro, tipo de dormentes. Esses elementos influem basicamente

em sua largura.

A inclinação dos taludes laterais (corte ou aterro) e inclinação da parte superior

dependem dos materiais empregados e tipo de drenagem. A altura, obviamente, é função das

condições topográficas.

24

- CARACTERÍSTICAS GEOTÉNICAS:

Quanto ao aspecto geotécnico, é importante assinalar os dois elementos básicos que o

definem: a natureza e o estado. Quanto a este último, muitas vezes, pela natureza pode ser de

excelente qualidade mas por um motivo qualquer (excesso de água, gelo, etc) pode encontrar-

se em um estado que modifica inteiramente suas características primitivas. (STOPATTO,

1987)

O que mais interessa à infraestrutura ferroviária é conhecer a capacidade de suporte

dos vários materiais na constituição de diversas camadas da plataforma.

- TIPOS DE PLATAFORMA:

As plataformas de solos são de três tipos: em solo natural, em corte e em aterro.

Figura 2.3 – Representação da Plataforma em Corte (FONTE: Vidon, 2012).

Figura 2.4 – Representação da Plataforma em Aterro (FONTE: Vidon, 2012.

25

2.3.1.2 SUBLASTRO

O Sublastro é a camada de material que completa a plataforma e que recebe o lastro.

Sua função é absolver os esforços transmitidos pelo lastro e transferi-los para o terreno

subjacente, na taxa adequada à capacidade de suporte do terreno referido. Seu funcionamento

é semelhante ao da sub-base dos pavimentos rodoviários. Além disso, o sublastro não deverá

permitir a penetração dos agregados situados na parte inferior do lastro, tendo ainda de

propiciar uma perfeita drenagem das águas dele provenientes.

Segundo BRINA, 1979, Sublastro é o elemento da superestrutra ferroviária

intimamente ligado à infraestrutra e que tem as seguintes finalidades:

a) aumentar a capacidade de suporte da plataforma, permitindo elevar a taxa de

trabalho no terreno, ao serem transmitida as cargas através do lastro e, por

conseguinte, permitir menor altura do lastro;

b) evitar a penetração do lastro na plataforma;

c) aumentar a resistência do leito à erosão e a penetração de água, concorrendo, pois,

para uma boa drenagem da via;

d) permitir relativa elasticidade ao apoio do lastro, para que a via permanente não seja

rígida.

A espessura do sublastro deverá ser tal que a distribuição de pressões através do

mesmo acarrete, na sua base (plataforma), uma taxa de trabalho compatível com a capacidade

de suporte da mesma.

2.3.1.3 DRENAGEM

“Drenagem é item mais importante na conservação da via. Um sábio e experiente

responsável por manutenção da via, quando perguntado sobre os tópicos que devem ser

26

ensinados aos estudantes de conservação da linha, respondeu: ‘ensine-lhes drenagem, mais

drenagem e ainda mais drenagem’.” (HAY, 1982)

São sistemas construtivos que visam promover o escoamento satisfatório da água

proveniente das chuvas, mantendo seco o lastro. Sua importância se deve ao fato de que a

água acelera o processo de degradação da via, principalmente do lastro e dos dormentes.

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

contaminando 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. Só muito recentemente se nota

este cuidado especial nas construções modernas.

Para manter uma plataforma drenada são necessários vários tipos de obras, tais como:

- Bueiro de aterro;

- Bueiro aberto;

- Valas de Contorno;

- Valetas de Bermas e Banquetas;

- Valetas de Bordo da plataforma, em aterros;

- Drenos da base dos aterros, profundos;

- Drenos longitudinais em cortes;

- Drenos de pátios;

- Drenos de Túneis.

27

Os principais componentes de um sistema de drenagem são drenos, bueiros, canaletas

e valas de crista. Seções de terraplanagem: São compostas pelos cortes, aterros e as seções

mistas. Os cortes são as seções onde é retirado material para compor a plataforma ferroviária.

Nos aterros são colocados materiais para compor esta plataforma. Nas seções mistas há uma

associação de corte e aterro compondo a plataforma.

Figura 2.5 – Sistema de Drenagem e Proteção de Encostas (FONTE: Diogo, 2012).

2.3.2 SUPERESTRUTURA

Segundo BRINA, 1979, 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 constituída 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 de tráfego

28

ou aumento de peso do material rodante.

A função da superestrutra é receber a carga dos veículos ferroviários, que transitam

na superfície trilhos e transmitir, através do princípio de redução de esforços para as

fixações, posteriormente essa carga é dissipada para os dormentes, em seguida para o

lastro e finalmente dissipada na plataforma.

Os quatro elementos principais da via permanente são o lastro, os dormentes, as

fixações e os trilhos estes últimos constituindo o apoio e ao mesmo tempo a superfície de

rolamento para os veículos ferroviários.

Figura 2.6 – Elementos da superestrutura ferroviária (FONTE: Diogo, 2012).

2.3.2.1 LASTRO

Segundo SCHRAMM, 1977, ao lastro cabem as funções de distribuir

uniformemente à infraestrutura a pressão exercida pelos dormentes, opor aos dormentes, e

portanto à via, a necessária resistência aos deslocamentos transversais e longitudinais e,

por sua adequada permeabilidade à água e ao ar, manter convenientemente drenada a

29

superestrutura.

O objetivo do lastro é distribuir a carga aplicada sobre um grande superfície,

manter as obras de horizontalmente, retirar a água da chuva da superestrutura, dar meios

de conservar os dormentes exatamente no nível do greide e dar elasticidade à plataforma.

(STOPATTO, 1987)

Segundo BRINA, 1979, lastro é o elemento da superestrutura da estrada de ferro

situado entre os dormentes e o sublastro e que tem por funções principais:

a) Distribuir convenientemente sobre a plataforma (sublastro) os esforços

resultantes das cargas dos veículos, produzindo uma taxa de trabalho

menor na plataforma;

b) Formar um suporte elástico, atenuando as trepidações resultantes da

passagem dos veículos;

c) Suprimir as irregularidades da plataforma, formando uma superfície

contínua e uniforme para os dormentes e trilhos;

d) Impedir o deslocamento dos dormentes, quer no sentido longitudinal e

transversal;

e) Facilitar drenagem da superestrutura.

30

Figura 2.7 – Lastro Ferroviário (FONTE: Própria, 2011)

Para desempenhar as suas funções, o lastro deve ter as seguintes qualidades:

· Suficiente resistência aos esforços transmitidos pelos dormentes;

· Possuir elasticidade limitada, para abrandar os choques;

· Ter dimensões que permitam sua interposição entre os dormentes e

abaixo dos mesmos, preenchendo as depressões da plataforma e

permitindo um perfeito nivelamento dos trilhos;

· Ser resistente aos agentes atmosféricos;

· Deve ser fracamente permeável, para permitir uma boa drenagem.

Segundo AREMA, 1991, o lastro é o material selecionado posto sobre o leito da

plataforma com o fim de manter a linha uniforme e na devida posição geométrica, poderá

ser de:

· Solo ou terra;

· Argila calcinada;

31

· Charts, subprodutos rochosos;

· Chert, perderneira (sílex-pirômaco ou pedra-de-fogo);

· Cinzas, resíduos de carvão;

· Cascalho;

· Escória;

· Pedra britada.

2.3.2.2 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.

(BRINA, 1979).

“Receber e transmitir para o lastro os esforços produzidos pelos vagões/locos,

servir de suporte para os trilhos, permitir sua fixação e manter invariável a bitola da

linha” (VIDON, 2012)

Para cumprir essa finalidade será necessário:

1. Ter dimensões (comprimento e largura) que forneça superfície de apoio

para que a taxa de trabalho do lastro seja menor que a pressão admissível;

2. Ter espessura (altura) que forneça necessária rigidez permitindo adequada

elasticidade (muita rigidez significa fragilidade);

3. Ter resistência estrutural aos esforços e tensões solicitantes;

4. Ter adequada durabilidade;

32

5. Fornecer resistência aos deslocamentos longitudinais e laterais da linha;

6. Permitir boa manutenabilidade, isto é, facilidade na socaria (nivelamento da

linha) e na sua substituição;

7. Ter adequada estabilidade sob cargas dinâmicas, isto é, reduzida amplitude

de deformação/vibração.

Os materiais empregados na fabricação dos dormentes podem ser:

- DORMENTE DE MADEIRA:

A madeira possuí quase todas as características técnicas exigidas para o dormente

ferroviário, e continua ser o principal e “melhor” tipo de dormente

A escassez de madeira de qualidade, reflorestamentos inexistentes, as restrições

ambientais, e o preço sempre crescente são as causas para o risco de colapso na cadeia de

fornecimento do dormente de madeira nativa.

33

Figura 2.8 – Tipos de dormentes de madeira (FONTE: Vidon, 2012)

- DORMENTE DE AÇO:

Os dormentes de aço já surgiram nos primórdios da ferrovia e, com todo sucesso,

concorriam com os dormentes de madeira.

Segundo SCHRAMM, 1977, a configuração e o dimensionamento dos dormentes

de aço, dependem menos de cálculos estáticos, do que de aspectos e detalhes da técnica de

manutenção e da econimia da via permanente, tais como longa duração do primeiro

assentamento, recondicionamento e reemprego, longa vida útil total, etc.

34

Figura 2.9 – Tipos de dormentes de aço (FONTE: Vidon, 2012)

O retorno ao emprego do dormente de aço nas ferrovias brasileiras é, muito

provavelmente, uma ótima solução técnico-econômica para muitas linhas, notadamente

para aquelas de severas condições de traçado.

Em regiões industriais ou próximas ao mar, a vida útil dos dormentes de aço

normalmente sofre ponderáveis reduções, face a ação dos gases de escapamentos, da

fumaça e do ar marítimo. (SCHRAMM, 1977)

Além das desvantagens apontadas, tem-se que a socaria, em virtude de sua forma, é

mais difícil.

Assentados em regiões de clima seco e ar puro, e submetidos a criteriosos

recondicionamentos e reemprego, os dormentes de aço podem atingir longa vida útil.

- DORMENTE DE PLÁSTICO:

Os dormentes de plástico ainda estão em estudo no Brasil, limitando este trabalho

em apresentar as características mínimas da matéria prima.

Dormente de Plástico é um composto cuja matéria prima principal é: Polietileno de

alta densidade (HDPE) – PEAD

O PEAD proveniente de reciclagem vem de: embalagens para detergentes e óleos

automotivos, garrafeiras, tampas, tambores para tintas, determinados tipos de potes, etc.

35

Usualmente o segundo componente é fibra de vidro, mas ainda são adicionados

outros componentes ao composto (minerais), cuja formulação varia com o fabricante.

Figura 2.10 – Tipos de dormentes de plástico (FONTE: Vidon, 2012)

Existem alguns dormentes aplicados em teste, que apresentaram algumas falhas:

· Fratura na região de pregação;

· Fratura na região de furação;

· Fratura no centro.

Segundo (VIDON, 2012) é um atrativo substituto do dormtente de madeira pois:

a) Reduz a quantidade de poluentes resistentes (sacolas e embalagens

36

plásticas, garrafas PET, potes e frascos). Dando uma saída para este

material que iria parar ou em aterros sanitários (lixões), queimado ou

abandonado em qualquer lugar, e aí obstruir sistemas de drenagem,

córregos, ribeirões, rios, praias e o oceano;

b) Possui resistência inerente e natural a umidade, ao apodrecimento, à cão de

insetos e fungos sem necessidade de adição de venenos ou agentes

químicos para tratamento prévio;

c) É totalmente reciclável. Se mal fabricado, ou avariado por acidente, volta

para a fábrica como matéria-prima para um novo dormente de plástico;

d) Resistência mecânica comparável à madeira da melhor qualidade.

- DORMENTE DE CONCRETO:

Em virtude da escassez de boas madeiras para dormentes, para evitar o

desflorestamento e finalmente tendo em vista os inconvenientes apontados do dormentes

de aço, vários países passaram a estudar as possibilidades do emprego de dormnetes de

concreto armado. (BRINA, 1979)

Os dormentes de concreto podem ser confeccionados com apoios isolados

(dormentes em bloco), dotados de barras para manutenção da bitola, ou como dormentes

transversais convencionais, de formas mais ou menos prismáticas.

37

Figura 2.11 – Tipos de dormentes de concreto (FONTE: Vidon, 2012)

Segundo BRINA, 1979, as principais vantagens do dormente de concreto são:

maior estabilidade que dá á via, economia de lastro, pouca sensibilidade aos agentes

atmosféricos e maior durabilidade.

Suas desvantagens são: maior dificuldade no manejo, por ser mais pesado, e dar

maior rigidez à via do que no caso de dormente de madeira. Quanto ao peso, entretanto é

fator favorável, pois aumenta a resistência transversal da via, o que altamente desejável

para as linhas com trilhos longos, soldados.

Este assunto será desenvolvido melhor nos próximos capítulos.

2.3.2.3 FIXAÇÕES

As fixações podem ser classificadas conforme o modo que as forças são recebidas

pelos trilhos são transmitidas aos dormentes, e de acordo com a natureza do vínculo da

união trilho-dormente. (SCHRAMM, 1977)

São elementos que compõem o conjunto de fixações e são responsáveis em fixar

os trilhos aos dormentes, impedindo que estes se desloquem longitudinalmente.

38

Podem ser fixação elástica ou rígida:

Figura 2.12 – Elementos de fixação elástica PANDROL (FONTE: Vidon, 2012)

Figura 2.13 – Elementos de fixação rígida (FONTE: Vidon, 2012)

2.3.2.4 TRILHOS

Segundo BRINA, 1979, trilho elemento da superestrutura que guia a roda pela

pista de rolamento dos veículos ferroviários, capaz de suportar altas cargas transportadas

pelos veículos ferroviários, que tenha características, dureza, tenacidade, elasticidade e

resistência à flexão.

Somente o aço apresenta todas essas propriedades.

39

• Dureza é a propriedade de resistir a Desgaste;

• Elasticidade é a propriedade de se deformar sob carga e retornar a condição

original;

• Tenacidade é a propriedade que reduz o crescimento de trincas, e aumenta a

resistência a fratura;

• Resistência a Flexão é a propriedade de resistir a carga de roda sem romper

ou partir;

• Resistência a Fadiga é a propriedade de resistir a ação das rodas (no tempo)

sem trincas internas.

Figura 2.14 – Corte esquemático do trilho (FONTE: Vidon, 2012)

Como ressalta Vidon, 2012, a sua superfície do trilho que ao mesmo tempo

direciona o friso da roda ao mesmo tempo suporta efeito das cargas dos veículos

ferroviários. Em Ferrovias com transporte de carga pesado de 35 toneladas por eixo, com

40

topografia com raio de curva menor que 300 (trezentos) metros é sujeito a esforço lateral o

contato do friso com trilho. Para suportar esses efeitos o trilho deve:

• Alta resistência no Boleto

• Alta resistência à compressão.

• Alta resistência à fadiga

• Alta dureza maior rendimento.

• Menor tensão residual possível em seu processo de fabricação.

Tabela 2.1 – Composição Química do Aço para Trilhos (FONTE: Arema, 2010)

Tabela 2.2 – Propriedades Mecânicas do Trilho (FONTE: Arema, 2010)

41

A seguir a relação dos tipos de perfis de trilhos fabricados no Brasil pela CSN e

suas respectivas massas.

• TR – 37: 37,10 Kg/m

• TR – 45: 44,64 Kg/m

• TR – 50: 50,35 Kg/m

• TR – 57: 56,90 Kg/m

• TR – 68: 67,56 Kg/m

O trilho é dividido segundo suas partes e funcionalidades e é composto de Boleto,

Alma e Patim:

Boleto: Parte responsável pelo contato entre a roda ferroviário e o trilho

Alma: Parte responsável pela ligação entre o boleto e o patim.

Patim: É a base do trilho, responsável pelo contato entre o trilho e a placa de apoio,

responsável por passar a tensão dos trilhos para as placas.

2.3.2.5 APARELHOS DE MUDANÇA DE VIA – AMV’s

Segundo SCHRAMM, 1977, um aparelho de mudança de via – (ou simplismente

AMV) permite a passagem de uma linha principal para outra secundária, que dela se desvia,

ou vice-vesa.

É um conjunto de peças, que permite a bifurcação de linhas de bitola (ou eixos de

Linha) e seus componentes básicos são:

• Meias Chaves lado direito e lado esquerdo, composta por agulhas, triho de

encosto e acessórios;

42

• O Jacaré com as respectivas pernas de cruzamentos;

• Contra Trilhos;

• Trilhos de Ligação.

Figura 2.15 – Imagem do AMV sendo montado (FONTE: Própria, 2011)

2.3.3 CARACTERÍSITCA GEOMÉTRICA DA VIA PERMANENTE

O Traçado da Via, basicamente é classificado como:

O eixo da Via Permanente;

A materialização da rota de uma ferrovia;

A posição do eixo da Via;

Constitui o projeto geométrico da ferrovia em planta e em perfil;

A representação espacial (materialização) da ferrovia;

43

Constituído por distâncias em Km, Tangentes, Curvas e Rampas, Curvas

Circulares, Curvas de Transição, PIV’s (Ponto de Inflexão Vertical), Pátios e desvios;

Define os parâmetros operacionais da ferrovia. E são eles: Velocidade Máxima,

Perfis de Tração, Distância Virtual, Trains Make-up, Raio Mínimo, Rampa Máxima,

etc.

Figura 2.16 – Representação do Traçado (FONTE: Vidon, 2012)

A Figura 2.17, é a representação em Planta e Perfil Longitudinal do eixo da linha e a

materialização física e real da Via Permanente.

44

Figura 2.17 – Visualização de um traçado: Perfil Longitudinal (Altimetria) e Planta (Planimetria) (FONTE:

Vidon, 2012)

Os elementos que compõem a Geometria da Via Permanente são:

- BITOLA:

Para LIMA (1998), a bitola da via é o parâmetro de maior importância na definição

das características geométricas da via, exatamente por definir a base do rolamento dos

veículos da uma ferrovia. É em função da distância entre os dois trilhos da via permanente

que se dimensiona o tamanho dos dormentes, quantidade de lastro e a bitola entre as rodas do

material rodante. O parâmetro bitola pode ser analisado sob dois aspectos: Bitola Carregada e

Bitola Descarregada.

O valor da bitola descarregada é medido de 14 a 16 mm abaixo do topo do boleto do

trilho e tem como função primordial servir de guia para o material rodante que trafega na

superfície de rodagem da via.

45

No Brasil a bitola preponderante é a métrica ou estreita, com 1.000 mm. A bitola da

MRS é chamada de larga, com 1.600 mm. Temos exemplos de bitola larga na EFC (Estrada

de Ferro Carajás) e em parte da FERROBAN. No mundo, a bitola mais presente é a

considerada Standard, com 1.435 mm.

A Tabela a seguir mostra a bitola utilizada em diversas ferrovias no pais:

Tabela 2.3 – A Bitola utilizada em diversas ferrovias no Brasil (FONTE: ANTT, 2010)

Já a bitola carregada é medida por veículos de avaliação da via que, através de

equipamentos especiais que aplicam forças verticais e transversais à via de modo a avaliar a

resistência da linha simulando a passagem do trem.

- NIVELAMETO DA VIA:

Responsável pelo perfeito rolamento do material rodante, o nivelamento é um

parâmetro que define a altimetria da via permanente, devendo ser analisado sobre dois

aspectos:

Nivelamento Transversal: É a condição na qual as duas filas do trilho devem estar na

mesma cota segundo um corte transversal à linha.

Nivelamento Longitudinal: É a condição a qual uma única fila do trilho deve estar na

mesma cota em diferentes pontos determinados da via no sentido longitudinal, ou seja,

a comparação de cotas no alinhamento longitudinal se dá sempre no mesmo trilho e

não comparando as duas filas de trilhos como no alinhamento transversal.

46

Superelevação: É a diferença entre as alturas dos trilhos em uma curva. Normalmente

o trilho externo da curva é elevado para facilitar a inscrição do rodeiro na curva,

melhorando o conforto, diminuindo a atuação das forças centrípetas e assim

diminuindo o desgaste das rodas e possibilidade de tombamento dos veículos

ferroviários, seu valor definido em função do raio da curva e da velocidade máxima

dos trens naquela curva.

- ALINHAMENTO DA VIA:

O alinhamento é um parâmetro que define a planimetria da via permanente, podendo

ser analisado de forma relativa e absoluta:

Alinhamento Longitudinal Absoluto: é analisado comparando-se os valores reais

levantados na via aos valores de suas abscissa de projeto para cada trilho (direito e

esquerdo).

Alinhamento Longitudinal Relativo: também medido para o trilho direito e esquerdo

da via, tem como referência a posição planimétrica de outro 2 (dois) ponto da

superfície do mesmo trilho.

LIMA (1998) sugere que o monitoramento deste parâmetro seja feito a partir da

verificação da flecha em curvas, comparadas ao raio de projeto, e também ponto a ponto ao

longo da curva. Na tangente a base de medição pode também ser uma corda de 20 metros ou

extensões maiores, em função do aparelho de medição disponível.

2.4 O PROBLEMA DOS DORMENTES

- Problema do Desmatamento.

A rarefação de madeiras pelo desmatamento, na maioria das vezes desordenado, de

nossas florestas, é um fato incontestável. Isto tem provocado protestos até mesmo de nossos

47

ecologistas, pois estamos atingindo nossas reservas florestais no afã de anteder à demanda

comercia de madeiras.

- Problemas na aquisição de dormentes de madeira

Segundo STOPATTO, 1987, este fenômeno está atingindo nossas ferrovias há muito

tempo. Embora a aquisição de dormentes de madeira dependa também de um planejamento

técnico-financeiro bem elaborado e de uma eficiente estrutura administrativa, não se pode

negar as crescentes dificuldades encontradas na solução deste problema. A cada dia eles estão

mais distantes e as madeiras de boa qualidades vão se tornando mais raras.

- O Dormente de Aço

Há opção pelo dormente de aço, que já está sendo empregado em nosso país. O maior

fracasso é evidentemente, a quase ausência de lastro em nossas ferrovias. Sem lastro e em

plataforma precária, realmente não se pode pensar que o dormente de aço seja conveniente.

A final de contas, os dormentes constituem de fato um sério problema para as

ferrovias quanto à sua escolha ou adoção e à sua aquisição. Em relação aos dormentes de

madeira, não se deve alimentar muita esperança de obtê-lo facilmente por muito tempo.

Assim este trabalho tem como objetivo analisar a viabilidade do emprego do

Dormente de Concreto como solução alternativa para a Via Permanente. Os próximos

capítulos tratarão especificamente sobre esse assunto, elucidando o tema e concluído o estudo.

48

CAPÍTULO 3 – ANÁLISE DA UTILIZAÇÃO DO DORMENTE DE CONCRETO

COMO SOLUÇÃO ALTERNATIVA NA VIA PERMANENTE DA MRS LOGÍSTIC A

3.1 DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO

Desde o princípio, as ferrovias vêm adaptando a madeira como o elemento destinado a

suportar os trilhos e manter a bitola da via. Os dormentes de madeira apresentam como

qualidade uma grande flexibilidade, o que resulta numa grande capacidade de suportar as

vibrações oriundas das ações dinâmicas atuantes na via permanente.

Com o desenvolvimento e a conseqüente concorrência de outros meios de transporte, a

escassez e o preço elevado das madeiras nobres, menor durabilidade e maior necessidade de

manutenção e principalmente com o surgimento do concreto protendido, a partir da 2ª Guerra

Mundial os países da Europa, com destaque para Inglaterra, França e Alemanha, começaram a

substituir os dormentes de madeira pelos dormentes de concreto (biblocos e monoblocos).

O primeiro projeto de dormente de concreto data de 1884 e pertence ao francês

Mounier. A Áustria e a Itália foram os primeiros países a produzir dormentes de concreto. A

ferrovia federal suíça, em 1904, e a sueca, em 1910, experimentaram a aplicação do concreto

armado nos dormentes. A ferrovia estatal francesa iniciou os seus experimentos e testes de

dormentes monoblocos e biblocos de concreto armado, em 1913, e as ferrovias nacionais

alemãs em 1922. De modo geral, os testes realizados com dormentes de concreto armado

conduziram a resultados insatisfatórios, com exceção do dormente monobloco projetado pela

Eternit na Itália, que utilizava cimento com fibras de asbesto (fibro-cimento).

O desenvolvimento histórico do dormente de concreto pode ser dividido em duas

etapas: a primeira que vai até 1940, e a segunda, de 1940 até o presente. Na primeira, os três

tipos de dormente (monobloco, bibloco e articulado) eram confeccionados com concreto

armado comum; de modo geral, não obtiveram êxito. Na segunda, com o advento do concreto

protendido e o surgimento das fixações elásticas, os dormentes monoblocos pré e pós-

tensionados obtiveram grande sucesso e desenvolvimento. Mas o período de 1920 a 1940 foi

49

importante, pois alguns modelos de dormente foram produzidos em escala industrial, além de

que nesta fase surgiram os dois tipos principais: o monobloco e o bibloco.

Do primeiro dormente de concreto até os modernos e atuais, numerosos foram os tipos

e modelos experimentados. O fracasso de alguns modelos facilitou o melhor conhecimento do

comportamento do dormente e a importância das solicitações a considerar no projeto. Os

modelos atuais dos dormentes de concreto, que são seguros, resistentes e econômicos,

decorrem dos inúmeros melhoramentos feitos nos primeiros modelos, através das longas

experimentações e investigações realizadas em diversas ferrovias do mundo.

O desenvolvimento dos dormentes de concreto ocorreu ao longo do século XX em

diversos países, como Inglaterra, Alemanha, França, ex-União Soviética, Hungria, Suécia,

Estados Unidos, África do Sul, Japão, China e vários outros.

3.2 CLASSIFICAÇÃO DOS DORMENTES DE CONCRETO

Segundo BASTOS, 1999. Os dormentes podem ser classificados em função dos

materiais que são constituídos e da forma e características externas. Em função da forma, os

dois principais dormentes fabricados na atualidade são:

a) Dormente Bibloco: são dois blocos rígidos de concreto armado sob cada trilho e

unidos por uma barra flexível de aço (Figura. 3.1 a). As ações provenientes dos trilhos são

transmitidas ao lastro por uma área bem definida;

b) Dormente Monobloco: são constituídos por somente uma peça rígida e contínua de

uma extremidade a outra (Figura 3.1 b). São submetidos a grandes momentos fletores que

aparecem em diferentes seções do dormente. São exclusivamente protendidos para resistir à

distribuição dos momentos fletores provenientes das ações dinâmicas. São normalmente pré-

tensionados, embora alguns modelos pós-tensionados sejam também produzidos.

50

No caso do Brasil, há que se destacar que os modelos monoblocos pré e pós-

tensionados também são fabricados atualmente.

Figura 3.1 – a) Dormente Bibloco b) Dormente Monobloco

(FONTE: Track Report – Pandrol, 1996)

3.3 OS PRINCIPAIS DORMENTES DE CONCRETO

Os primeiros e principais dormentes biblocos e monoblocos de concreto armado e

concreto protendido estão descritos a seguir, na ordem cronológica em que ocorreram os

seus desenvolvimentos:

- DORMENTE ORION:

Na França, entre 1928 e 1933, cerca de 200.000 dormentes monoblocos de concreto

armado do tipo ORION foram instalados (Figura 3.2).

51

Figura 3.2 – Dormente Monobloco ORION (FONTE: Gutart, S.D.)

- DORMENTE VAGNEUX:

De 1922 a 1934, 900.000 foram instalados na França, Itália, Suíça, Bélgica, Indochina

e países da África.

Figura 3.3 – Dormente Bibloco VAGNEUX (FONTE: Inst. Del Cimento Portland Argentino, 1954)

- DORMENTE B 9:

Um dos primeiros dormentes pós-tensionados fabricados na Alemanha foi o modelo B

9, no período de 1949 a 1953.

Figura 3.4 – Forma do Dormente B 9 (FONTE: Inst. Del Cimento Portland Argentino, 1954)

52

Abaixo alguns dos atuais modelos de dormentes monoblocos fabricados atualmente na

Inglaterra, Alemanha, Estados Unidos e no Brasil com suas principais características

(BASTOS, 1999).

- DA INGLATERRA:

Em 1988, as fábricas Costain e Dow Mac foram unidas e posteriormente, em 1995,

adquiridas pela empresa Tarmac Precast Concrete Limited (TAYLOR - 1996). Entre os vários

modelos monoblocos diferentes produzidos pela Tarmac, podem-se destacar os modelos F40,

EF28(O)S e NTF504. O modelo F40 é um dormente para uso em muitas categorias de via,

utiliza fixação Pandrol JG8 ou Pandrol Fastclip, a massa é de 285 kg e o comprimento é de

2420 mm. Na fig. 2.22 estão mostrados os momentos de projeto do dormente, no centro:

positivo de 16,70 kNm e negativo de 13,22 kNm; no trilho: positivo de 23,45 kNm e negativo

de 5,44 kNm.

Figura 3.5 – Dormente Inglês modelo F40 (FONTE: Bastos, 1999)

- DA ALEMANHA:

O modelo B 58 W - 54 apresenta uma geometria que o faz seguro para vias sujeitas a

ações usuais. A massa de 235 kg e a grande superfície de apoio proporcionam vias com alta

estabilidade (Figura 3.6). É indicado para trilhos S 54 e S 48 (largura de 125 mm da flange

inferior de apoio e utiliza sistema de fixação W (Vossloh).

53

Figura 3.6 – Dimensões e forma do dormente B 58 W - 54 (FONTE: Bastos, 1999)

- DOS ESTADOS UNIDOS

O modelo CC365 foi projetado para atender às Especificações AREMA e vem sendo

aplicado em vias para transporte de cargas e passageiros (Figura 3.7). As suas características

são: resistência mínima do concreto aos 28 dias igual a 48,3 MPa, 4,5 % de ar incorporado,

massa de 340 kg, vários tipos de fixação e almofadas de apoio de 4 e 5 mm de espessura.

Figura 3.7 – Dormente modelo CC365 para via de transporte pesado. (FONTE: CXT Concrete Railroad Ties,

1996)

- DO BRASIL

Instalados mais de 800 mil dormentes Biblocos (dormentes RS) na linha de São Paulo

entre 1970 e 1974.

54

Figura 3.8 – Dormente Biblocos instalados na Linha de São Paulo (FONTE: Vidon, 2012)

Abaixo o detalhe do Dormente de Concreto para 40 t/eixo em uso na Fortescue (FMG)

e na duplicação da Estrada de Ferro Carajás (Vale do Rio Doce), projeto da Railone da

Alemanha.

Figura 3.9 – Dormente Monobloco Utilizado na EFC pela Vale (FONTE: Vidon, 2012)

55

A Vale realizou uma parceria com a USP (Universidade Federal de Sáo Paulo), no

intuito de desenvolver tecnologias alternativas para a utilização de madeira de lei em

dormentes. Estão em fase de estudo e testes dormentes de concreto, de aço e plástico.

Tem-se como referência que a cada 4 dormentes alternativos à madeira de lei, salva-se

1 árvore.

Figura 3.10 – Dormentes de Concreto Aplicados em Linha Corrida e em AMV (FONTE: ANTT, 2012)

EFC – Estrada de Ferro Carajás:

• Aproximadamente 8.000 Dormentes de Concreto aplicados em linha corrida

desde de 2001e AMV Completo.

• Até 2012 estão previstos quase 1,5 milhões de Dormentes de Concreto para

projetos de expansão

EFVM – Estrada de Ferro Vitória Minas:

56

• Previsão de aplicação dos dormentes aprovados nos ensaios laboratoriais para

teste de campo em 2009.

VFLS – Variante Ferroviária Litorânea Sul:

• Possível utilização na Variante Ferroviária Litorânea do Sul (em estudo).

TRANSNORDESTINA – Ferrovia Trasnordestina: (FONTE: CSN, 2012)

• A ferrovia Transnordestina nasce grande, com 1.728 quilômetros de extensão.

E tem uma missão de enorme responsabilidade: dar início a um longo ciclo de

desenvolvimento para o Nordeste.

• A Transnordestina é uma ferrovia que liga os portos de Pecém (CE) e Suape

(PE) ao cerrado do Piauí, no município de Eliseu Martins. O objetivo é elevar a

competitividade da produção agrícola e mineral da região com uma moderna

logística que une uma ferrovia de alto desempenho e portos de calado profundo

que podem receber navios de grande porte.

• Até se chegar à concepção do traçado atual, foram contratadas experientes

consultorias em pesquisas agrícolas e minerais para identificar cargas

potenciais que pudessem dar suporte ao crescimento da ferrovia. O que mais

chamou a atenção foi o crescimento agrícola no cerrado nordestino e a

dificuldade futura para escoar toda a produção, fato que poderia estancar o

crescimento regional. Na safra de 2004/5, a região formada pelo Norte do

Tocantins, Oeste da Bahia e Leste do Piauí produziu 5,3 milhões de toneladas

de grãos.

• Isto, somado ao fato de que existem no nordeste dois portos novos e de grande

calado, levou à solução: construir uma ferrovia de classe mundial que, junto

aos trechos existentes, pudesse dar uma respeitável vantagem competitiva aos

produtos do cerrado. A soja, que cresce a taxas superiores a 17% ao ano entre

1992 e 2004, no cerrado nordestino, junto com o milho e o algodão, pode se

transformar na carga-âncora que vai tornar o novo empreendimento

sustentável.

57

• No meio do caminho, uma imensa e já conhecida jazida de gipsita ganha

também um sopro de competitividade capaz de revitalizar a região. A estas

duas cargas adicionem-se os combustíveis e o biodiesel, com excelente

perspectiva de crescimento, o pólo produtor de frutas em Pernambuco mais a

produção de álcool que se inicia no cerrado, além das excepcionais

oportunidades para o transporte de minério de ferro. Está pronto um mix de

cargas capaz de sustentar um empreendimento rentável.

• As projeções da ferrovia apontam para o transporte de cerca de 27 milhões em

2020. A construção foi iniciada em 6 de junho de 2006 e sua conclusão

prevista para 2014.

Tabela 3.1 – Kilometragem dos Trechos da Transnordestina (FONTE: CSN, 2012)

KILOMETRAGEM DOS TRECHOS DA TRASNORDESTINA

Missão Velha - Salgueiro 96 km

Missão Velha - Pecem 527 km

Salgueiro - Suape 522 km

( Já passando por Arco Verde)

Salgueiro - Trindade 163 km

Trindade -Elizeu Martins 420 km

Total 1.728 km

• É o maior projeto com aplicação de dormentes de concreto, atualmente em

execução no Brasil. Estima-se a utilização de aproximadamente 2.880.000

unidades.

• Os dormentes de concreto, utilizados na construção da ferrovia Nova

Transnordestina, são de fabricação própria, considerada a maior do mundo,

com capacidade produtiva diária de 4.800 dormentes. A operação acontece no

Canteiro Industrial da Aliança Transnordestina Logística S.A e da Odebrecht

Infraestrutura, em Salgueiro, no sertão de Pernambuco.

58

Figura 3.11 – Dormentes de Concreto Aplicados na Trasnordestina (FONTE: CSN, 2012)

• As peças, que pesam 350 quilos, são transportadas em composições chamadas

de “pranchas” até as frentes de serviço, onde são içadas e armazenadas no

pórtico PTH 500. Abastecido, o equipamento segue sobre dois trilhos

colocando os dormentes em seu local definitivo, com espaçamento de 60 cm

entre as peças.

• Os quatro pórticos, em operação na obra, podem transportar um total de 5.344

dormentes por dia para duas frentes de serviço.

Figura 3.12 – Pórticos PTH 500 Aplicador de Dormentes de Concreto (FONTE: CSN, 2012)

59

3.4 VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS DORMENTES DE CONCRETO

Segundo a FIP (1987), desenvolvimentos recentes de vias com dormentes de concreto

mostraram, além de ótimo desempenho em vias para altas cargas por eixo, benefícios de

custo em vias muito curvas, de grande fluxo de passageiros e de grande velocidade.

Em muitos países, principalmente da Europa, o custo da via com dormentes de

concreto é menor do que de uma via com dormentes de madeira.

As vantagens de vias com dormentes de concreto sobre vias com dormentes de

madeira, conforme SCHRAMM, 1977 são:

a) a durabilidade dos dormentes de concreto é de 50 anos;

b) uma superior rigidez lateral e vertical, devido à maior massa dos dormentes

de concreto e à fixação elástica;

c) segurança máxima em relação à flambagem da linha;

d) há uma consistente manutenção da bitola, com redução na extensão dos

problemas dinâmicos;

e) ótima capacidade isolante;

f) invulneráveis aos fungos, insetos e fogo;

g) há restrição longitudinal continuamente;

h) não há pregos cravados para dificultar a substituição de trilhos;

i) uma qualidade adequada é realizável;

j) são requeridos 1640 dormentes de concreto por quilômetro, contra 1852 de

madeira.

60

As vantagens para o trilho são:

a) fácil e rápida substituição dos trilhos, que é importante em vias de grande

movimento e curta durabilidade dos trilhos;

b) aumento da vida do trilho;

c) redução das tensões de flexão no trilho, devido ao aumento de estabilidade

da via.

As vantagens na manutenção da via são:

a) um recalque mais uniforme da via;

b) reduzida frequência de descarrilhamentos;

c) melhora na qualidade da viagem devido à melhor geometria da via;

d) uma significativa redução no custo de manutenção da via permanente.

Com o aumento do módulo da via e a menor ondulação dos trilhos, reduz-se o

consumo de energia no mínimo de dois a três por cento.

QUEIROZ (1990) estudou o comportamento estrutural em escala natural de dormente

monobloco de concreto, submetido a carregamento cíclico, de modo a simular a passagem

das composições ferroviárias. Os resultados obtidos foram comparados com os de

dormentes de aço e de madeira. O trabalho concluiu que: “em condições semelhantes de

solicitações, o dormente de concreto necessita de uma menor altura de lastro, resultando,

portanto, numa substancial economia de material. Por outro lado deve ser requerida uma

faixa de socaria mais ampla que a necessária para os dormentes de aço e de madeira.”.

Conforme VENUTI (1980) as desvantagens dos dormentes de concreto são:

a) custo de transporte para a via maior que para o dormente de madeira, devido

ao seu maior peso;

b) a reutilização do dormente após um descarrilhamento é questionável;

61

c) o tempo de vida do dormente é especulativo, pois em condições de serviço

ainda não foi completamente avaliado;

d) os sistemas de fixação não são ajustáveis ao desgaste do trilho e ao

alargamento da via;

e) há a necessidade de controle de qualidade na fabricação dos dormentes.

Segundo SCHRAMM, 1977, as desvantagens dos dormentes de concreto são:

a) Face ao elevado peso;

b) O manuseio e as substituições são mais dispendiosos;

c) O econômico assentamento mecanizado apresenta o inconveniente de

exigir o fechamento da respectiva via

d) Vulneráveis a solicitações excepcionais do tráfego, ao transporte e

manuseio;

e) A confecção de formas e comprimentos especiais é dispendiosa e, portanto,

não indicados para dormentes especiais de AMV.

A Matriz da Tabela 3.1 auxilia na Tomada de Decisão, onde avalia-se através de notas

as habilidades de cada material e nove requisitos, baseados nas as vantagens e desvantagens

de cada opção de dormente, demonstrado nos Capítulos anteriores.

Os requisitos são estes:

• CONFIABILIDADE: Garantia que durante a utilização da Via Permanente,

o tráfego não será interrompido por falhas de dormente.

• SEGURANÇA: Menor risco de ocasionar um acidente ou falha de qualquer

natureza, tornando as condições mais seguras.

62

• REUTILIZAÇÃO: A capacidade de ser reutilizado após ser desmontado, ou

ser reciclado totalmente.

• VIDA ÚTIL: Duração estimada do componente no exercício de sua função.

• MANUTENIBILIDADE: Quanto à facilidade de sua instalação e sua

manutenção.

• ISOLAMENTO ELÉTRICO: Capacidade de suportar diferenças de

potencial elétrico entre os trilhos.

• AGREÇÃO AO MEIO AMBIENTE: Capacidade de não agredir o Meio

Ambiente.

• IMPERMEABILIDADE: Capacidade de não absorver líquidos e proteção a

efeitos biológicos.

• RESISTÊNCIA: Capacidade de resistir à esforços constantes.

• PREÇO: O Custo do dormente e de sua manutenção ao longo de um período

pré-estabelecido.

Tabela 3.2 – Matriz Comparativa para Tomada de Decisão

REQUISITOS MADEIRA AÇO CONCRETO PLÁSTICO Confiabilidade / Segurança 4 1 2 4

Reutilização 3 2 1 5

Vida Útil 1 4 4 5

Manutenibilidade 4 3 2 5

Isolamento 4 1 3 5

Agreção Meio Ambiente 1 5 2 5

Impermeabilidade 1 5 3 5

Resistência Lateral 4 1 5 4

Custo Cíclico 1 5 4 3

SOMA TOTAL 23 27 26 41

63

Com base na Matriz de Tomada de Decisão acima apresentada e considerando o

somatório total em percentual, podemos ordená-los em:

1º LUGAR – Dormente de Pástico 35,04%

2º LUGAR – Dormente de Aço 23,07%

3º LUGAR – Dormente de Concreto 22,22%

4º LUGAR – Dormente de Madeira 19,66%

3.5 COMPARAÇÕES ECONÔMICAS ENTRE OS TRÊS TIPOS DE

DORMENTES

Ao se pretender obter uma visão clara e nítida dos aspectos econômicos dos três tipos

de dormentes (Madeira, Aço e Concreto), é absolutamente necessário fazer todas as

análises em relação à malha ferroviária.

Nenhum dos três tipos de dormentes em questão, apresentam, sob os aspectos

técnicos, vantagens absolutas em relação aos demais, a escolha do tipo de dormentes a

empregar normalmente deveria ser decidida em função de razões econômicas. Todavia,

também os seguintes fatores de natureza político-econômica exercem, para cada região ou

país, influência decisiva na opção em relação ao tipo de dormentes a empregar: situação

geral da indústria do aço e da economia da madeira, possibilidades e pretensões em

relação à importação de aço e extração da madeira. (SCHRAMM, 19770).

Como estas influências variam constantemente e não temos informações conclusivas

suficientes, não serão, obviamente, consideradas no estudo econômico.

A seguir serão analisados somente os custos atuais de aplicação, para os dormentes

assentados na linha com seus respectivos acessórios de fixação no Trilho, não levando em

64

consideração a vida útil de cada dormente, tendo em vista que os dormentes de aço e

concreto estão em período de teste.

Vale resaltar que os valores apresentados foram extraídos do Plano Diretor da MRS de

2011.

Tabela 3.3 – Custo de Implantação do Dormente de Madeira (FONTE: MRS, 2011)

Tabela 3.4 – Custo de Implantação do Dormente de Aço (FONTE: MRS, 2011)

DORMENTE DE MADEIRA CUSTO (R$)

Dormente de Madeira R$ 183,00

Placa de Apoio R$ 52,44

Tirefond R$ 25,68

Arruela Dupla de Pressão R$ 20,88

Grampo Pandrol (SS8) R$ 18,84

Mão de Obra para Implantação R$ 45,00

CUSTO TOTAL R$ 345,84

DORMENTE DE AÇO CUSTO (R$)

Dormente de Aço R$ 287,00

Almofada de Apoio R$ 8,10

Ombreira R$ 25,52

Calço Isolador R$ 11,84

Grampo Pandrol (SS8) R$ 18,84



65

Tabela 3.5 – Custo de Implantação do Dormente de Concreto (FONTE: MRS, 2011)

A seguir o resumo comparativo de custo entre os três tipos de dormentes.

Gráfico 3.1 – Comparativo entre os custos de implantação dos três tipos de dormentes (FONTE: MRS, 2011).

DORMENTE DE CONCRETO CUSTO (R$)

Dormente de Concreto R$ 270,00

Almofadas R$ 9,30

Calço Isolador R$ 11,84

Grampo Pandrol R$ 18,84



R$ 415,30

R$ 345,84

R$ 421,98

66

Para uma projeção de cinquenta anos é necessário considerar o custo de implantação

do quilômetro de Via, somado ao custo de Manutenção.

Tabela 3.6 – Custo Estimado de Dormentes por Km e por ANO (FONTE: MRS, 2011)

CUSTOS

(ANUAL)

DORMENTES

Madeira Concreto Aço

Quantidade de Dormentes / KM 1.852 1.667 1.852

Custo de Implantação de Dormentes / ANO R$ 345,84 R$ 421,98 R$ 415,30

Custo de Manutenção de Dormentes / ANO R$ 17,00 R$ 49,28 R$ 12,32

CUSTOS TOTAL DE DORMENTES / KM R$ 671.979,68 R$ 785.590,42 R$ 791.952,24

Para obter os valores dos custos de implantação e manutenção, foram considerados

todos os materiais utilizados na superestrutura, tais como: grampos, placas de apoio,

almofadas, tirefond’s, mão de obra, etc.

A Tabela 3.7 mostra a estimativa do custo total do investimento para a substituição

dos dormentes, num horizonte projetado para os próximos 50 anos, dentro da métrica de

avaliação utilizada pela MRS Logística S. A..

Tabela 3.7 – Projeção de Custos Estimada para os próximos Cinquenta Anos (FONTE: MRS, 2011)

Custo de Implantação + Investimento / KM

CICLO DORMENTES

ANOS Madeira Concreto Aço

0 R$ 671.979,68 R$ 785.590,42 R$ 791.952,24

5 R$ 1.137.826,76 R$ 1.047.511,37 R$ 1.156.923,40

10 R$ 1.603.673,83 R$ 1.309.432,32 R$ 1.521.894,55

15 R$ 2.069.520,91 R$ 1.571.353,27 R$ 1.886.865,71

20 R$ 2.535.367,99 R$ 1.833.274,22 R$ 2.251.836,87

25 R$ 3.001.215,06 R$ 2.095.195,17 R$ 2.616.808,03

30 R$ 3.467.130,92 R$ 2.356.909,25 R$ 2.981.779,18

35 R$ 3.932.909,22 R$ 2.619.037,07 R$ 3.346.750,34

40 R$ 4.398.756,29 R$ 2.880.958,02 R$ 3.711.691,98

45 R$ 4.864.603,37 R$ 3.142.878,97 R$ 4.076.692,66

50 R$ 5.330.450,44 R$ 3.404.799,92 R$ 4.441.663,81

67

A projeção acima para cinquenta anos de utilização da Via Permanente foi considerada

também sua construção. Desta forma é possível verificar que ao longo do tempo, o alto

custo de instalação do Dormente de Concreto é superado pela vida útil elevada e baixo

custo de manutenção, ficando mais viável que o Dormente de Madeira.

3.6 ANÁLISE DA UTILIZAÇÃO DO DORMENTE DE CONCRETO NA V IA

PERMANENTE DA MRS LOGÍSITICA S. A.

A MRS Logística S. A. possui aproximadamente 1.674 Km de malha Ferroviária,

divididos em quatro grandes trechos; Frente Norte, Ferrovia do Aço, Linha do Centro,

Serra do Mar e Ramal de São Paulo, transportando milhares de toneladas de produtos por

dia. Em sua maioria, a Via Permanente possui dormentes de madeira, com exceção de

alguns trechos de duplicação que estão sendo utilizados dormentes de aço e no Ramal de

São Paulo que existe uma pequena parte de dormentes de concreto aplicados.

Em toda sua extensão inúmeros problemas podem ser citados, porém alguns destes,

encontrados na malha ferroviária, podem demonstrar de maneira simplificada a

importância das propriedades mecânicas dos dormentes durante sua utilização.

Em função das diferentes situações de utilização, quanto à frequência e carga de

tráfego dos trens, e das diferenças topográficas de seu relevo, cada trecho apresenta um

tipo de agravante, problemas ou dificuldades especificas.

- PROBLEMAS E DIFICULDADES

• Em função das dimensões e peso dos dormentes de concreto, diferente do

dormente de madeira, os esforços atuantes no lastro são mais atenuantes o que

exigem uma qualidade especifica em sua manutenção.

• A aplicação do dormente de concreto exige também uma entrevia mais

espaçada, para uma melhor mobilidade das peças.

68

• Um dos problemas encontradas é a diferença de rigidez entre o dormente de

madeira e o de concreto, o que impossibilita utilizar o dormente de madeira em

conjunto com o de concreto.

• Nos locais onde estão localizados os AMV’s os dormentes possuem

comprimentos que variam de 2,80 m. até 5,20 m., ou seja, a fixação dos trilhos

varia de dormente para dormente, em função do ângulo de abertura da curva.

As ombreiras de fixação dos trilhos são posicionadas durante a confecção do

dormente de concreto, após a fabricação não é possível alterar a bitola, nem

acrescentar algum tipo de fixação.

• Por se tratar de um leito ferroviário antigo, grande partes das plataformas são

desniveladas, impossibilitando o apoio simétrico da base do Dormente de

Concreto nesta superfície, o que pode possibilitar o desgaste ocasionado em

função do atrito entre o dormente e o lastro.

• Em virtude dos inúmeros cortes e aterros em toda a extensão da malha, um dos

principais problemas encontrados são os de drenagem. O acumulo de água

proveniente de precipitações desestabiliza o lastro e o sub-lastro, tornando o

solo plástico, assim o lastro perde-se a função de sustentação e distribuição das

cargas aplicadas. Quando aplicado uma carga, na passagem de trem, nestes

pontos da Via, a flecha chega a atingir cinco centímetros. Oferecendo risco a

segurança do tráfego.

Figura 3.13 – Bolsão de Lama e Presença de Vegetação no Lastro (FONTE: Própria)

69

• Os atuais equipamentos de Via da MRS, não são dimensionados para

manuseio, transporte e distribuição de dormentes de concreto.

• Os componentes de Via são solicitados à grandes esforços, o que ocasiona

abrasão da superfície dos dormentes de concreto em contato com o trilho.

- SUGESTÃO PARA IMPLANTAÇÃO

Como vimos nos capítulos anteriores, Dormentes de Concreto já são realidade em

Ferrovias de Cargas por todo o mundo, e os ganhos em substituição aos dormentes de madeira

é evidente, tanto no custo, quanto na durabilidade. Porém algumas modificações no traçado

atual e no sistema de manutenção da MRS deveram ser realizadas para viabilizar tal

empreendimento:

• Estudo da condição da infraestrutura e possam garantir que as condições da

plataforma atendam um grau de compactação de 98% da massa específica

aparente seca (Proctor Normal) e o Índice de Suporte Califórnia acima de 20,

conforme a especificação do DNER-ES 282/97e método DNER-ME 47/64

(energia normal).

• Redimensionamento dos Sistemas de Drenagem dos trechos, onde por histórico

de recorrencia temos cadastrado altos índices de pluviosidade.

• Remodelação do Lastro Ferroviário, de forma a receber os esforços atuantes

gerados pelo apoio dos Dormentes de Concreto, atenuandos pelas cargas dos

dos trens em movimento.

• Abertura de caminhos de serviço para suprimentos de materiais, tendo em vista

qu os Dormentes de Concreto necessitam de uma entrevia maior para seu

manuseio.

Essas são necessidades básicas para implantação dos Dormentes de Concreto nas

Linhas Principais (Movimento) da MRS.

70

Como sugestão, poder-se-ia iniciar a substituição dos dormentes de madeira por

dormentes de concreto nos Pátios de Manobra, onde a topografia favorece sua aplicação e a

velocidade é restrita, consequentemente os esforços atuantes são menores.

Para o caso de obras de ampliação e duplicação, os Dormentes de Concreto são

recomendados, desde que esse novo Sistema de Via Permanente seja dimensionado para

recebê-los.

Figura 3.14 – Dormente de Concreto aplicado na Ampliação da EFC (Fonte: Própria)

71

CAPÍTULO 4 – CONSIDERAÇÕES E CONCLUSÕES

Ao término deste trabalho, verifica-se a importância estratégica de uma solução

alternativa para a Via Permanente na MRS Logística S. A., devido à continuidade de seu

crescimento projetado. O que comprova a importância da busca de soluções renováveis e

de vida útil prolongada, para a manutenção da superestrutura da Malha Ferroviária.

Foi apresentado um panorama geral dos elementos que compõem a Via Permanente,

abordando como tema central: a utilização de Dormentes de Concreto como solução

alternativa para a superestrutura da MRS.

A luz dos elementos apresentados neste trabalho e devido às restrições operacionais da

MRS, conclui-se:

Sobre a aplicabilidade de dormentes de concreto na MRS:

Quanto à aplicação do dormente de concreto nas linhas da MRS, existem restrições

primordiais:

- Características do Material:

• Dormentes de concreto são inadequados, por serem muito rígidos e

incompatíveis com leito ferroviário existente, considerando uma Via

Permanente com mais de 30 anos de existência.

• Em sua constituição possuem pesos elevados, o que dificulta o seu

manuseio.

• O material rodante não foi dimensionado para as características físicas e

esforços solicitantes do Dormente de Concreto.

• As tensões provocadas no lastro, trilhos e infraestrutura, exigem um

elevado grau de atenuação, o que pode ser resolvido com o uso de

palmilhas especiais entre os trilhos e dormentes. Porém, estas

72

palmilhas, muito flexíveis, são incompatíveis com a dureza do trilho

aplicado na Malha Ferroviária da MRS.

• Esforços excessivos sobre a camada de lastro pode gerar uma

degradação das partículas do agregado e posteriormente o aparecimento

de bolsões, ou seja, resíduo de lastro comatado.

- Compatibilidade com a metodologia de manutenção da Via na

MRS:

• Os equipamentos de Via da MRS, não são dimensionados para

manuseio, transporte e distribuição de dormentes de concreto.

• Dormentes de concreto monobloco pesam, aproximadamente, de 3 a 4

vezes o peso do dormente de madeira, o que inviabiliza sua

substituição, tendo em vista que a maioria dos serviços de linha são

executados manualmente.

• A plataforma existente, em sua maioria, é desnivelada, impossibilitando

o apoio simétrico da base do Dormente de Concreto nesta superfície.

• O perfil do relevo do traçado da Linha Ferroviária de concessão da

MRS é muito acidentado. Em sua construção tiveram que vencer

grandes vãos topográficos e sobrepor vários obstáculos fixos

(montanhas, serras, rios, lagos, etc). Assim, em toda sua extensão,

possui uma faixa de domínio estreita, limitando o gabarito para

qualquer movimentação mecanizada paralela à linha do movimento.

• Dormentes de concreto têm um elevado índice de perda em

descarrilamentos, o que gera um tempo elevado de liberação da Via em

acidentes ferroviários, ocasionado interrupção da produtividade da

empresa.

• No caso de substituição parcial dos dormentes para determinados

trechos, o impacto de uma mistura de segmentos de dormentes de

73

concreto e de madeira, pode ser um fator de risco à segurança do

tráfego devido a diferença de rigidez da via, ou seja, uma variação

súbita de rigidez entre os dois tipos de dormentes.

• Como já comentado, os dormentes de concreto possuem rigidez e

ajustes de bitola diferente dos dormentes de madeira, não sendo

recomendável intercalar dormentes de concreto com madeira.

Contudo, para a construção de linhas novas, especialmente projetadas e preparadas

para recebê-los e não limitando sua aplicação a áreas de alta tonelagem, alta densidade de

tráfego e alto grau de curvatura, os dormentes de concreto possuem um bom resultado.

Eles contribuem estendendo a vida útil dos componentes da via, aumentando os ciclos de

manutenção, possibilitando o aumento das cargas por eixos e ,principalmente, reduzindo

os custos com manutenção.

Como demonstrado ao longo deste trabalho, dois principais temas foram abordados:

os elementos da Via Permanente e a utilização de Dormentes de Concreto. O

conhecimento adquirido sobre os temas até o momento permite indicar estudos futuros

para aprimoramento dos conceitos e aplicação do dormente de concreto em serviços na via

ferroviária, sob condições reais. Desta forma poderão ser obtidas correlações entre os

resultados apresentados neste trabalho e aqueles verificados em uma situação real na Via

Permanente.

74

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BRINA, Helvécio Lapertosa. Estradas de Ferro 1. Rio de Janeiro, Livros Técnicos e

Científicos S.A., 1979.

SCHRAMM, Gerhard. Técnica e Economia na Via Permanente. Alemanha Ocidental, Otto

Elsner Verlagsgesellschaft, 1977.

SPADA, J. L. G. Uma Abordagem de Mecânica dos Pavimentos Aplicada ao

Entendimento do Mecanismo de Comportamento Tensão-Deformação da

Via Férrea. UFRJ, Rio de Janeiro, 2003.

LIMA, H. A. D. Procedimento para Seleção de Método para Manutenção da

Geometria da Superestrutura Ferroviária. IME, Rio de Janeiro, 1998.

VIDON, Walter Junior. Via Permanente. Notas de Aula da disciplina do Curso de

Especialização em Transporte Ferroviário de Cargas, IME, Rio de Janeiro, 2012.

STOPATTO, Sérgio. Via Permanente Ferroviária, Conceitos e Aplicações. São Paulo,

Universidade Federal de São Paulo, 1987.

HAY, W. W. “ Railroad Engineering” Second. New York, John Wiley and Sons, Inc, 1982.

AMERICAN RAILWAY ENGINEERING AND MAINTENANCE OF WAY ASSOCIATION –

AREMA, “Manual for Railway Engineering” – Vol. I e II, 1991

DIOGO, Francisco d’Almeida. Drenagem. Notas de Aula da disciplina do Curso de

Especialização em Transporte Ferroviário de Cargas, IME, Rio de Janeiro, 2012.

BASTOS, Paulo Sérgio dos Santos. Análise Experimental de Dormentes de Concreto

Protendido Reforçados com Fibras de Aço. UFSP, São Carlos, 1999.

75

TELFORD, Tomas Ltd. “Concrete Railway Sleepers - State of Art Report. FIP” 22p.

London, FÉDÉRATION INTERNATIONALE DE LA PRÉCONTRAINTE, 1987.

QUEIROZ, R. C. Estudo Experimental de Tensões e Deformações em Camadas da

InfraEstrutura e Superestrutura Ferroviária, 223p. São Carlos. Tese (Doutorado). Escola

de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 1990.

VENUTI, W. J. “The Status of Concrete Railroad Ties in North America”, v.82, Nov/Dec.

p.131-149. IN: Proceedings American Railway Engineering Association, 1980.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – P – PB – 272,

"Ferramenta de Via Permanente”

MRS LOGÍSTICA S.A. “Plano Diretor de Manutenção”, Versão: 02/11 de Março de 2011.

Juiz de Fora 2011.

MRS LOGÍSTICA S.A. “Metodologia MRS de Gerenciamento de Projetos”, Revisão

2008. Juiz de Fora, 2008.

PORTO, T.G. “Ferrovias” . Apostila da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo,

2004.

EVERTON JÚNIO TRINDADE Análise sobre a utilização de ... · 2 Everton Júnio Trindade Análise...

Documents

Transcript of EVERTON JÚNIO TRINDADE Análise sobre a utilização de ... · 2 Everton Júnio Trindade Análise...