INSTITUITO MILITAR DE ENGENHARIA SEÇÃO FORTIFICAÇÃO E CONTRUÇÃO CURSOS DE ESPECIALIZAÇÃO DE TRANSPORTES FERROVIÁRIO DE CARGA MRS LOGISTICA/VALE

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1 INSTITUITO MILITAR DE ENGENHARIA SEÇÃO FORTIFICAÇÃO E CONTRUÇÃO CURSOS DE ESPECIALIZAÇÃO DE TRANSPORTES FERROVIÁRIO DE CARGA MRS LOGISTICA/VALE RAFAEL DE MELO REZENDE E SAMPAIO XAVIER MELHOR APROVEITAMENTO DO INTERVALO CONCEDIDO Rio de Janeiro 2008 INSTITUITO MILITAR DE ENGENHARIA

2 CURSOS DE ESPECIALIZAÇÃO DE TRANSPORTES FERROVIÁRIO DE CARGA RAFAEL DE MELO REZENDE E SAMPAIO XAVIER MELHOR APROVEITAMENTO DO INTERVALO CONCEDIDO Monografia apresentada ao Curso de Especialização em Transpote Ferroviário de Carga do Instituto Militar de Engenharia, como requisito de diplomação. Orientador: Francisco José d Almeida Diogo Tutor: Jorge Augusto Diniz Rio de Janeiro 2008 Página 2

3 INSTITUITO MILITAR DE ENGENHARIA RAFAEL DE MELO REZENDE E SAMPAIO XAVIER MELHOR APROVEITAMENTO DO INTERVALO CONCEDIDO Monografia apresentada ao Curso de Especialização em Transpote Ferroviário de Carga do Instituto Militar de Engenharia, como requisito de diplomação. Orientador: Francisco José d Almeida Diogo Tutor: Jorge Augusto Diniz Apovada em 13 outubro de 2008 pela seguinte Banca Examinadora: Prof Maria Cristina de Fogliatti Sinay Prof Vânia Gouveia Barcelos Campos Prof Francisco José d Almeida Diogo Rio de Janeiro 2008 Página 3

4 Ao Instituto Militar de Engenharia, pela sua contribuição no meu aperfeiçoamento. Página 4

5 AGRADECIMENTOS presença. A meus queridos e amados pais, Fernando e Ione, pela constância e carinhosa A meus irmãos Eduardo e Flavia, pelo amor e companheirismo que compartilhamos cada vez mais. A Rose pela amável companhia e apoio incontestável. Ao tutor Jorge Diniz pelo exemplo de vida e empenho profissional. Ao orientador Francisco Diogo pelo direcionamento, conselhos e apoio contra o tempo. Agradeço a todas as pessoas que me incentivaram e possibilitaram esta oportunidade em ampliar meus horizontes. Página 5

6 SUMÁRIO LISTAS DE ILUSTRAÇÕES... 8 LISTA DE TABELAS... 9 LISTA DE SIGLAS INTRODUÇÃO IMPORTÂNCIAS DO TEMA OBJETIVO DIVISÕES DO TRABALHO REFERÊNCIAL TEÓRICO SISTEMA FERROVIÁRIO COMPONENTES DA VIA PERMANENTE Infra-estrutura Superestrutura Aspectos Fundamentais da Geometria de uma Linha Férrea ENGENHARIA DE MANUTENÇÃO Manutenção Corretiva Manutenção Preventiva Manutenção Preditiva MANUTENÇÃO DE VIA PERMANENTE CONSIDERAÇÕES INICIAIS MANUTENÇÕES PREDITIVAS NA VIA PERMANENTE MANUTENÇÕES CORRETIVAS NA VIA PERMANENTE ETAPAS DA MANUTENÇÃO IMPACTOS E RECURSOS PARA MANUTENÇÃO Página 6

7 4 ESTUDOS DE CASO INTERVALOS PARA MANUNTEÇÃO SERVIÇOS IMPACTANTES Correção Geometrica Esmerilhamento Desguarnecimento Substituição de Trilho Substituição de Dormente NECESSIDADES X INTERVALOS CEDIDOS DIRETRIZES Considerações iniciais Otimização dos Intervalos; Plano de Mecanização CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES BIBLIOGRAFIA ANEXOS Página 7

8 LISTAS DE ILUSTRAÇÕES FIG FERROVIAS DO SISTEMA SUL DA VALE; FIG FERROVIAS DO SISTEMA NORTE DA VALE; FIG EVOLUÇÃO DO MTBT DAS FERROVIAS BRASILEIRAS; FIG EVOLUÇÃO DO MTBT DA VALE; FIG. 2.1 INFRA-ESTRUTURA DA PLATAFORMA; FIG ESQUEMA DE UMA SUPERESTRUTURA DE FERROVIA; FIG DESCARREGAMENTO DE LASTRO NA LINHA; FIG TIPOS DE DORMENTES; FIG PERFIL DE TRILHO; FIG FIXAÇÃO DIRETA COM PREGO E SEM PLACA FIG FIXAÇÃO ELÁSTICA COM GRAMPO DEENIK E PLACA DE APOIO FIG APARELHO DE MUDANÇA DE VIA - BITOLA MÉTRICA FIG BITOLA DE VIA FÉRREA FIG ESBOÇO DE UMA LINHA COM DESNIVELAMENTO LONGITUDINAL. 25 FIG ESQUEMA DE UMA SUPERELEVAÇÃO FIG MANUTENÇÃO CORRETIVA FIG MANUTENÇÃO PREVENTIVA FIG MANUTENÇÃO PREDITIVA FIG MACROFLUXO DA MANUTENÇÃO DA VALE FIG ESQUEMA DE INTERDIÇÃO EM LINHA DUPLICADA (EFVM) FIG ESQUEMA DE INTERDIÇÃO EM LINHA SINGELA (EFC) FIG FLUXO DA FAIXA DE RENOVAÇÃO Página 8

9 LISTA DE TABELAS TAB SERVIÇOS: IMPACTOS E RECURSOS TAB TEMPO DE INTERDIÇÕES CEDIDAS PELA OPERAÇÃO TAB SERVIÇOS DE MANUNTENÇÃO QUE INTERDITA A FERROVIA TAB VIDA ÚTIL MÉDIA, EM ANOS, DOS SERVIÇOS E MATERIAIS DA VIA PERMANENTE TAB VIDA UTIL MEDIA EM ANOS DOS SERVIÇOS E MATERIAIS DA VIA PERMANENTE TAB NECESSIDADE ATUAL DE SERVIÇOS DE MANUTENÇÃO DE VIA PERMANENTE TAB CAPACIDADE E TEMPO NECESSÁRIOS PARA A CORREÇÃO GEOMÉTRICA TAB CAPACIDADE E TEMPO NECESSÁRIOS O ESMERILHAMENTO TAB CAPACIDADE E TEMPO NECESSÁRIOS PARA O DESGUARNECIMENTO TAB CAPACIDADE E TEMPO NECESSÁRIOS PARA A SUBSTITUIÇÃO DE TRILHO TAB CAPACIDADE E TEMPO NECESSÁRIOS PARA A SUBSTITUIÇÃO DE DORMENTE TAB TEMPOS CEDIDOS À MANUTENÇÃO TAB COMPARAÇÃO ENTRE NECESSIDADES X INTERVALO CEDIDOS.. 57 TAB QUADRO COM OS PARAMENTROS PARA OS SEVIÇOS CONCOMITANTES TAB QUADRO COMPARATIVO ENTRE AS MÁQUINAS DA VALE E AS NOVAS TECNOLOGIAS DO MERCADO EFVM TAB QUADRO COMPARATIVO ENTRE AS MÁQUINAS DA VALE E AS NOVAS TECNOLOGIAS DO MERCADO EFC Página 9

10 LISTA DE SIGLAS EFVM - Estrada de Ferro Vitória a Minas EFC - Estrada de Ferro Carajás FCA - Ferrovia Centro Atlântica CCO Centro de Controle Operacional MTBT Milhões de Toneladas Úteis Transportadas Página 10

11 1 INTRODUÇÃO IMPORTÂNCIAS DO TEMA A Companhia Vale do Rio Doce (VALE) detém hoje a maior malha ferroviária do Brasil, sendo operadora da Estrada de Ferro Vitória a Minas (EFVM), Estrada de Ferro Carajás (EFC) e Ferrovia Centro Atlântica (FCA). Dada a importância dessas ferrovias para o país e para o desenvolvimento da Companhia, é necessária uma busca pela excelência na gestão desse patrimônio o que redunda em grande atenção na conservação e manutenção dos ativos da via permanente. FIG Ferrovias do sistema sul da Vale; Página 11

12 FIG Ferrovias do sistema norte da Vale; A quantidade de recursos disponíveis (mão de obra, materiais, tempo, energia, equipamentos e espaço) para a manutenção da via permanente de uma ferrovia, é de tal monta que de fato ocorre desperdício, sem que se perceba (e por mais insuficientes que pareçam os meios). Daí a necessidade de um gerenciamento sempre presente e atento para um melhor aproveitamento dos recursos (MAGALHÃES, 2006). Como se pode observar, a demanda por transporte em todas as ferrovias do Brasil tem se intensificado principalmente aquela que compõem a malha da Companhia Vale do Rio Doce (Vale), pois como grande exportadora da Commodity (minério de Ferro), esta é muito requisitada no mercado internacional. A Vale tem intensificado ainda mais os seus planos anuais de transporte fazendo com que a preocupação com uma manutenção eficiente e confiável seja um das preocupações principais da companhia. Nas figuras 1.3 e 1.4 pode-se observar o aumento constante de MTBT (Milhões de Toneladas Bruta Transportadas) no Brasil ao longo dos últimos anos. Página 12

13 Evolução do Transporte Ferroviário no Brasil - MTBT MTBT Anos FIG Evolução do MTBT das ferrovias brasileiras; MTBT Evolução do Transporte Ferroviário na Vale - MTBT Anos EFVM EFC FCA FIG Evolução do MTBT da Vale; Seguindo esse aumento de transporte gradual conclui-se que, com o aumento do número de trens na malha ferroviária, o aumento de carga por eixo e da velocidade média, tudo reunido, resulta numa degradação mais intensa e em menor disponibilidade para a execução das manutenções. Disto conclui-se que: quanto mais se produz, ou a empresa cresce, mais premente se torna à necessidade de manutenção e menor as oportunidades em executá-la. Página 13

14 1.2 OBJETIVO O objetivo desta pesquisa é avaliar a eficiência da manutenção de via permanente nas ferrovias EFVM e EFC, ou seja, fazer um estudo avaliando a atual forma de execução de manutenção, os recursos necessários, bem como o tempo necessário e propor medidas para aperfeiçoar a gestão da manutenção dentro dos intervalos concedidos pela operação. 1.3 DIVISÕES DO TRABALHO Esta monografia está organizada da seguinte forma: O primeiro capítulo traz a introdução, o objetivo do trabalho de pesquisa, a delimitação do assunto e a organização desta dissertação. O segundo capitulo (Revisão Bibliográfica) mostra o que é o sistema ferroviário, focando no subsistema de maior interesse para este trabalho: a via permanente. Primeiramente são definidos os componentes do sistema, com suas características principais, para depois descrever mais detalhadamente a via permanente e seus componentes. O terceiro capítulo descreve a manutenção da via permanente; quais os componentes que comumente apresentam maior risco de falhar e de que forma isso ocorre, quais serviços interferem no trafego de via, o tempo médio para a realização destas atividades, etc. O capítulo quatro apresenta as analises de como aperfeiçoar os intervalos concedidos pela operação à manutenção para poder organizar as atividades necessárias visando ganhos de produtividade. No último capítulo conclui-se o trabalho, são feitas recomendações à aplicações práticas e a pesquisas futuras. Página 14

15 2 REFERÊNCIAL TEÓRICO 2.1 SISTEMA FERROVIÁRIO A ferrovia consiste em um sistema extremamente complexo, composto por diversos subsistemas interagindo, visando um objetivo comum que é a circulação de trens de carga e de transporte de passageiros. Podem-se citar como os principais integrantes desse sistema, as áreas de operação e as áreas de manutenção. A operação de trens contempla o setor de circulação de trens. Ela envolve o Centro de Controle, unidade que faz o planejamento operacional da circulação, ou seja: atua no dia a dia visando à utilização das melhores rotas, a alocação adequada de equipagem, a alocação mais econômica de locomotivas a trens e a concessão de intervalos de manutenção. Além desse Centro, no subsistema de operação encontram-se também os maquinistas e auxiliares, que são os que efetivamente conduzem os veículos ferroviários. Outros membros deste sistema são os manobradores e agentes de estação, que planejam e executam as manobras em pátios e estações, objetivando deixá-los livre para a chegada de trens, com a finalidade de aperfeiçoar sua formação e para que saiam o mais rápido possível a fim de carregar ou descarregar em outro ponto da malha. Para facilitar o entendimento, a manutenção pode ser dividida nos seguintes grupos: Via Permanente Sinalização Locomotivas Vagões A manutenção de vagões e locomotivas, apesar da aparente semelhança, apresenta características bem distintas, uma vez que para os primeiros, há uma preocupação voltada para a estabilidade dinâmica dos vagões e para os segundos Página 15

16 volta-se para os diversos componentes mecânicos e eletrônicos que se encontram ausentes no anterior. A manutenção de sinalização e via permanente cuidam dos elementos fixos presentes ao longo da malha, mas têm responsabilidades diferentes. A área de sinalização visa garantir que os comandos dados pelo Centro de Controle cheguem ao maquinista para que ele possa operar com segurança. Isto se dá através da sinalização luminosa, a comunicação via rádio e a execução das chaves de entrada e saída de pátios. A manutenção de via permanente zela pela integridade do caminho do trem, ou seja, zela para que os componentes da via (trilhos, dormentes, lastro, fixações e infra-estrutura) estejam dentro de padrões preestabelecidos, garantindo a segurança. Como o trabalho tem seu foco na disciplina de via permanente esse assunto será detalhado no capitulo a seguir. 2.2 COMPONENTES DA VIA PERMANENTE A linha férrea, comumente denominada via permanente é um dos ativos mais importantes de uma ferrovia. Constitui-se basicamente por elementos de infra e superestrutura: Infra-estrutura Infra-estrutura, segundo Brina (1979), é constituída pela terraplanagem e todas as obras situadas abaixo do greide de terraplanagem. A superfície de terraplanagem é chamada de leito ou plataforma da estrada. Rives (1977), por sua vez, define a plataforma como o elemento suporte da superestrutura da via que recebe, por intermédio da camada de lastro, as tensões causadas pela ação do trafego. De um Página 16

17 modo geral, os autores citados convergem na opinião de que a função da plataforma ou o leito é a de proporcionar o apoio para a superestrutura da via de modo que não sofra deformações que impeçam ou influenciem negativamente nas condições de tráfego determinadas pelo traçado da via. A Vale, em seu manual interno apresenta como integrantes da infra-estrutura os seguintes elementos: 1. Terraplenos (cortes, aterros e seções mistas) 2. Obras de Arte Correntes (drenos, bueiros, pontilhões, passagens inferiores e superiores, muros de arrimo e corta rios) Talude de corte Drenagem da Plataforma Talude de aterro Lastro Sublastro Infra-estrutura (solo) FIG. 2.1 Infra-estrutura da plataforma; 3. Obras de arte especiais (bueiros de grande dimensão, túneis, pontes viadutos e muros de arrimos especiais) 4. Obras complementares (vedação da faixa de domínio, proteção de talude, pátios de cruzamento e triagem de edificações) Página 17

18 2.2.2 Superestrutura A superestrutura da linha férrea é composta, grosso modo, por lastro (brita), dormentes, trilho e fixação. Eles devem garantir a boa condição para circulação de trens ao longo da linha, mantendo-a sem alterações que possam provocar descarrilamentos ou restrições de velocidade. Cada um desses itens possui funções específicas, que serão apresentadas de forma resumida, a seguir. A figura 2.1 representa a superestrutura de uma linha férrea típica com dormente de madeira. FIG Esquema de uma superestrutura de ferrovia; Lastro Segundo BRINA (1988) o lastro da via férrea tem os seguintes objetivos: Distribuir as cargas que recebe dos dormentes; Proverem a drenagem da linha; e Página 18

19 Estabilizar a via verticalmente. Fisicamente o lastro situa-se entre o leito, ou o sublastro, quando existente, e os dormentes. O material mais comumente utilizado para realizar a função de lastro é a pedra britada. FIG Descarregamento de lastro na linha; Para desempenhar suas funções básicas, é recomendado que o lastro tenha as seguintes características (MAGALHAES, 2006): Natureza do material: os mais usuais, por apresentarem melhores características de acordo com a função que tem que desempenhar, são: a pedra britada, a escórias de aciaria ou o cascalho quebrado. Granulometria: a dimensão da pedra de lastro é de forma que não seja grande em demasia que possa dificultar o nivelamento e nem pequena demais que acarrete rápida colmatagem. Forma Geométrica: o ideal é que sejam pedras de forma cúbica. Página 19

20 Resistência à ruptura e ao desgaste ou abrasão: conforme parâmetros estabelecidos para cada ferrovia. Massa específica: a adotada na Vale é de kg/m Dormentes Os dormentes (MAGALHAES, 2006) são os elementos responsáveis por dar suporte aos trilhos, fixando e garantindo seu nivelamento, além de assegurar a bitola da linha, isto é, a distância entre as fileiras de trilho. Além disso, os dormentes são responsáveis por absorver as cargas verticais e distribuí-las sobre o lastro, e garantir o isolamento elétrico entre os trilhos. Estruturalmente, os dormentes funcionam como vigas e os principais materiais empregados na fabricação atualmente são: madeira, aço, concreto e materiais sintéticos (plastico). FIG Tipos de dormentes; A Vale utiliza normalmente dormentes de madeira, mas também tem utilizado os de aço e mais raramente os de concreto e de materiais sintéticos. Página 20

21 Trilhos O trilho da via férrea é responsável por servir de suporte, pista e guia para as rodas das composições que circulam na linha, sendo, indiscutivelmente, o elemento mais importante da superestrutura e aquele de maior custo entre todos os que compõem a estrutura da linha férrea. Os trilhos atualmente em uso são especificados, basicamente, através do seu peso por metro, por exemplo, TR-32, TR-37, TR-45, TR-57, TR-68, etc., onde o número após a o prefixo TR corresponde ao peso por metro em Kg/m. A figura 2.4 representa um trilho em corte transversal. FIG Perfil de trilho; Fixações Para fixar os trilhos aos dormentes de forma a garantir a geometria da linha e a bitola, são utilizados os chamados elementos de fixação. Eles garantem que o trilho permaneça travado e solidário aos dormentes. Os principais elementos e sistemas de fixação são: fixação direta e fixação elástica. Na fixação direta, o trilho é travado diretamente pelo elemento fixador, geralmente prego, com ou sem outro componente entre eles. Este é o tipo mais simples de fixação, ainda muito utilizado nas ferrovias, apesar de não estabelecerem as condições de travamento ideais. Na fixação direta também pode ser utilizada uma placa, conhecida como placa de apoio, que é situada entre o trilho e o dormente. A utilização de placas de apoio Página 21

22 fornece melhores condições de ancoragem para a linha, além de dificultar a abertura da bitola. A fixação direta com placa de apoio é utilizada na maior parte da malha ferroviária brasileira. Na fixação do tipo direta os elementos fixadores são todos rígidos. Destes, os mais comuns são os pregos de linha, caracterizados por oferecem baixa ancoragem da linha na fixação dormente-trilho, e o tirefond, espécie de parafuso e que apresenta níveis de fixação muito mais elevados que o tradicional prego. FIG Fixação direta com prego e sem placa. Para linhas com fixação rígida, seja com prego ou tirefond, é essencial a utilização de elementos que auxiliem no fornecimento de uma maior ancoragem, para evitar o deslocamento longitudinal do trilho em relação ao dormente. Atualmente grande parte das principais ferrovias utiliza a fixação elástica em duplo estágio com tirefonds fixando a placa aos dormentes e grampos fixando os trilhos ao conjunto placa-dormente. Os grampos mais comumente utilizados são os do tipo Pandrol e Deenik. Este tipo de fixação dispensa a utilização de retensores ao longo da linha, por fornecerem elevados níveis de ancoragem, que resultam em condições de travamento ideais para a totalidade da linha. Página 22

23 FIG Fixação elástica com grampo Deenik e placa de apoio Aparelho de Mudança de Via - AMV Por fim, outro componente fundamental da linha férrea é o Aparelho de Mudança de Via (AMV) responsável por permitir que os trens desviem de uma linha para outra. Um AMV é composto de diversos componentes, que permitem que o mesmo cumpra com a sua função. Ele é projetado para que a velocidade dos trens não seja alterada quando transpuser um AMV circulando na linha principal. FIG Aparelho de mudança de via - bitola métrica. Página 23

24 Aspectos Fundamentais da Geometria de uma Linha Férrea Todos os elementos apresentados no item são responsáveis por garantir a geometria de projeto da linha. A geometria da via é definida, por sua vez, por uma série de elementos, a saber: bitola, nivelamentos longitudinal e transversal, flecha e superelevação. A bitola é a medida da distância interna entre boletos nas duas fileiras dos trilhos. No entanto esta medida deve ser realizada no real ponto de contato do friso da roda do veículo ferroviário com o trilho. Para rodas com perfil americano, padrão utilizado também nas ferrovias brasileiras, o friso, em condições normais, entra em contato com o trilho 16 mm abaixo do topo do boleto, no chamado ponto de bitola da roda, razão pela qual a medida da bitola, deve ser realizada neste ponto, 16 mm abaixo da superfície superior do boleto. FIG Bitola de via férrea. Na maior parte das ferrovias brasileiras a bitola encontrada é de 1,00 m, chamada de bitola métrica, caso da FCA, EFVM e bitola larga (1,60 m) na EFC. Para a prevenção de descarrilamentos é fundamental manter a bitola da linha limitada a uma faixa de variação rigorosa. Na Vale, utiliza-se uma tolerância para bitola de até 25 mm para valores superiores ao nominal, de mm, e de até 5 mm para valores inferiores à mm. Outro aspecto fundamental da geometria da linha é o nivelamento, tanto longitudinal quanto transversal. O nivelamento longitudinal recebe este nome por ser Página 24

25 medido ao longo do traçado da via, e diz respeito à disposição das cotas das duas fileiras de trilho. Para se assegurar esse nivelamento não devem ocorrer pontos altos e baixos simultâneos ao longo da linha e no caso da ocorrência dessa diferença de cotas simultâneas caracteriza-se um desnivelamento longitudinal. Desde que não assuma valores exagerados, o desnivelamento longitudinal é menos crítico mas pode ocasionar desengate de veículos e fracionamento do trem, a partir de limites que dependem da velocidade e das características do material rodante. FIG Esboço de uma linha com desnivelamento longitudinal. Já o nivelamento transversal é medido perpendicularmente ao eixo da via, ou seja, é a distribuição de cotas do topo do trilho no sentido transversal. O desnivelamento transversal é ocasionado, em reta, pela diferença de cotas no topo das fileiras do trilho, medido transversalmente. Este tipo de desnivelamento é grave, por ocasionar torção da grade, isto é, empeno. De acordo com MAGALHÃES (2006) ele será tão mais grave quanto mais pontual e brusca for a variação. Os outros dois elementos da geometria da linha, flecha e superelevação, estão intimamente ligados às curvas ferroviárias. As curvas possuem a função básica de realizar a transposição de obstáculos e alterar a direção da composição que nela circula. Segundo SCHRAMM (1977) o custo de construção da curva aumenta junto com o raio da mesma. Ou seja, curvas de grande raio apresentam custo de construção elevado. No entanto, curvas de raio pequeno comprometem a operação Página 25

26 elevando o custo operacional drasticamente e, por muitas vezes, inviabilizam oportunidades de negócios para a ferrovia. As curvas ferroviárias circulares são classificadas nos seguintes tipos, a saber: curva circular simples, circular composta, reversa, e com transição. Destas, o tipo ideal para a ferrovia é a curva com transição. Conforme BRINA (1988), a transição permite suavizar o rolamento dos veículos na parta inicial e final das curvas. Para se desenhar uma curva com transição, faz-se aumentar progressivamente o raio de curvatura desde o fim da tangente até atingir o raio da curva na região circular. Nesta região, o raio permanece constante e em seguida passa a diminuir progressivamente até a região de tangente novamente. Estes trechos nos quais o raio varia são denominados de transição da curva. Estabelecido o tipo da curva, os pontos fundamentais para caracterizá-la passam a ser a flecha e a superelevação. Por definição, a flecha é a distância perpendicular do boleto ao centro de uma corda instalada entre dois pontos do trilho. Segundo MAGALHÃES (2006), uma linha estará segura quando houver uniformidade entre flechas subseqüentes. Mesmo nas curvas com transição a variação de flecha deve obedecer a uma rigorosa tolerância. Já a superelevação é o incremento de altura que se dá à fileira externa de trilhos em curva para que seja possível compensar a ação da força centrífuga. Ela é fundamental para garantir a segurança das composições em curva e deve ser calculada para cada curva, respeitando valores mínimos e máximos. Finalmente, MAGALHÃES (2006), salienta que a variação de superelevação desde o valor zero nas tangentes até o valor máximo na parte circular da curva deve obedecer a um escalonamento que garanta segurança nas curvas de transição. Este limite de segurança, para variação de superelevação, é convencionado em 4 mm/m. Página 26

27 FIG Esquema de uma superelevação. 2.3 ENGENHARIA DE MANUTENÇÃO Embora a idéia de manutenção seja um conceito muito longíquo, desde quando algo foi feito para durar, sua estruturação formal se dá após a chamada Revolução Industrial, de 1750, caracterizada por ser totalmente uma manutenção corretiva, e assim se manteve até o final da Primeira Guerra Mundial. Com a expansão da indústria automobilística começaram a aparecer os grupos especialistas em manutenção, embora ainda com predominância quase total de manutenção corretiva. A partir da Segunda Guerra Mundial as empresas tomaram consciência de que, além de consertar as quebras, deveriam começar a evitar falhas de modo a manter a produção mais previsível e estável. Começaram a aparecer então as técnicas de Planejamento, Controle e Análise de Falhas. Essas práticas evidenciaram a necessidade de detectar sintomas de falhas, visto que ficara evidente que dificilmente as falhas ocorriam por um colapso, sem aviso prévio. Surgiram então as práticas de inspeção (visual) e manutenção preventiva. A manutenção preventiva era executada com a substituição regular de componentes, a Página 27

28 partir de uma duração de vida calculada ou estabelecida empiricamente. É necessário fazer uma observação sobre a manutenção preventiva (caracterizada pela troca regular dos componentes críticos, com base na duração calculada ou estabelecida empiricamente). Essa observação diz respeito a confiabilidade dessa duração calculada ou estabelecida empiricamente. Há casos conhecidos na indústria e nos transportes nos quais a intervenção de manutenção preventiva acarretou mais problemas do que solução como: Defeitos em painéis elétricos, disjuntores e sistema de proteção imediatamente após a intervenção de manutenção preventiva. Serviços de correção geométrica da superestrutura da via permanente ferroviária provocando a degradação prematura do lastro. Sua mais defensável aplicação é a troca de pneus nas corridas de Fórmula1. No final dos anos 60, com o desenvolvimento de instrumentos e de técnicas de medição cada vez mais sofisticados, foi possível a detecção de indicadores confiáveis. Nasceram aí, as práticas de manutenção preditiva. A maneira pela qual é feita a intervenção nos equipamentos, sistemas ou instalações, caracteriza os vários tipos de manutenção existentes. Existe uma variedade muito grande de denominações para classificar a atuação da manutenção, não raramente, essa variedade provoca certa confusão na caracterização dos tipos (ou técnicas) de manutenção. Por isso, é importante uma caracterização mais objetiva dos diversos tipos de manutenção. Todas, independentemente das denominações, se encaixam em um dos seis tipos básicos a seguir. Manutenção Corretiva Não Planejada Manutenção Corretiva Planejada Manutenção Preventiva Manutenção Preditiva Página 28

29 Manutenção Detectiva Engenharia de Manutenção Os diversos tipos de manutenção podem ser também considerados como políticas de manutenção, desde que a sua aplicação seja o resultado de uma definição gerencial ou política global da instalação, baseada em dados técnicoeconômicos. Conforme a realidade aplicada para a manutenção da via permanente, nos próximos capítulos serão detalhados os três tipos de manutenção que praticamente englobam quase toda a manutenção da via permanente Manutenção Corretiva Ao atuar em um equipamento que apresenta um defeito ou um desempenho diferente do esperado estamos fazendo manutenção corretiva. Assim, a manutenção corretiva não é, necessariamente, a manutenção de emergência. Convém observar que existem duas condições específicas que levam a manutenção corretiva, são elas: a) Desempenho deficiente apontado pelo acompanhamento das variáveis operacionais ou pelas observações da inspeção. b) Ocorrência de falha. Desse modo, a ação principal na Manutenção Corretiva é corrigir ou restaurar as condições de funcionamento do equipamento ou sistema. A manutenção corretiva pode ser dividida em duas classes: Manutenção corretiva não planejada Manutenção corretiva planejada Página 29

30 A manutenção corretiva não planejada caracteriza-se pela atuação da manutenção em fato já ocorrido, seja este uma falha ou desempenho menor que o esperado. Não há tempo para planejamento e preparação do serviço. Normalmente a manutenção corretiva não planejada implica em altos custos, pois a quebra inesperada pode acarretar perdas de produção, perda da qualidade do produto e elevados custos indiretos de manutenção. FIG Manutenção corretiva. Além disso, quebras aleatórias podem ter conseqüências bastante graves para o equipamento, isto é, a extensão dos danos pode ser bem maior. Em plantas industriais de processo contínuo (petróleo, petroquímico, cimento, etc.) estão envolvidos no seu processamento elevadas pressões, temperaturas, vazões, ou seja, a quantidade de energia desenvolvida no processo é considerável. Interromper processamentos desta natureza de forma abrupta para reparar um determinado equipamento, compromete a qualidade de outros que vinham operando adequadamente, levando-os a colapsos após a partida ou uma redução da campanha da planta. Exemplo típico é o surgimento de vibração em grandes máquinas que apresentavam funcionamento suave antes da ocorrência. Página 30

31 Quando uma empresa tem a maior parte de sua manutenção corretiva na classe não planejada, seu departamento de manutenção é comandado pelos equipamentos e o desempenho empresarial da organização, certamente, não está adequado às necessidades de competitividade atuais. Manutenção Corretiva Planejada é a correção do desempenho menor que o esperado ou da falha, por decisão gerencial, isto é, pela atuação em função de acompanhamento preditivo ou inspeção, ou ainda pela decisão de operar até a quebra. Um trabalho planejado é sempre mais barato, mais rápido e mais seguro do que um trabalho não planejado. E será sempre de melhor qualidade. A característica principal da manutenção corretiva planejada é a qualidade da informação fornecida pelo acompanhamento do equipamento. Mesmo que a decisão gerencial seja de deixar o equipamento funcionar até a quebra, essa é uma decisão conhecida e algum planejamento pode ser feito quando a falha ocorrer. Por exemplo, substituir o equipamento por outro idêntico, ter um kit para reparo rápido, preparar o posto de trabalho com dispositivos e facilidades, etc. A adoção de uma política de manutenção corretiva planejada pode advir de vários fatores: Possibilidade de compatibilizar a necessidade da intervenção com os interesses da produção; Aspectos relacionados com a segurança - a falha não provoca nenhuma situação de risco para o pessoal ou para a instalação; Melhor planejamento dos serviços; Garantia da existência de sobressalentes, equipamentos e ferramental; Existência de recursos humanos com a tecnologia necessária para a execução dos serviços e em quantidade suficiente, que podem, inclusive, serem buscados externamente à organização. Página 31

32 Para exemplificar: quanto menores forem às implicações da falha na segurança pessoal e operacional, nos custos intrínsecos dela, nos compromissos de entrega da produção, maiores serão as condições de adoção da política de manutenção corretiva. As análises conjuntas, levando em conta os outros fatores, definirão a melhor política Manutenção Preventiva Inversamente à política de manutenção corretiva, a manutenção preventiva procura obstinadamente evitar a ocorrência de falhas, ou seja, prevenir. Em determinados setores como na aviação, a adoção de manutenção preventiva é imperativa, pois o fator segurança se sobrepõe aos demais. Como nem sempre os fabricantes fornecem dados precisos para a adoção nos planos de manutenção preventiva, além das condições operacionais e ambientais influírem de modo significativo na expectativa de degradação dos equipamentos, a definição de periodicidade e substituição deve ser estipulada para cada instalação ou no máximo plantas similares operando em condições também similares. Isso leva a existência de duas situações distintas na fase inicial de operação: Ocorrência de falhas antes de completar o período estimado, pelo mantenedor, para a intervenção. Abertura do equipamento/reposição de componentes prematuramente. Evidentemente, ao longo da vida útil do equipamento não pode ser descartada a falha entre duas intervenções preventivas o que, obviamente, implicará numa ação corretiva. Página 32

33 FIG Manutenção Preventiva. Analogamente ao que foi estabelecido para manutenção corretiva, os seguintes fatores devem ser levados em consideração para adoção de uma política de manutenção preventiva: Quando não é possível a manutenção preditiva. Aspectos relacionados com a segurança pessoal ou da instalação que tornam mandatória a intervenção, normalmente para substituição de componentes. Por oportunidade em equipamentos críticos de difícil liberação operacional. Riscos de agressão ao meio ambiente. A manutenção preventiva será tanto mais conveniente quanto maior for a simplicidade na reposição; quanto mais altos forem os custos de falhas, quanto mais as falhas prejudicarem a produção e quanto maiores forem as implicações das falhas na segurança pessoal e operacional. Se por um lado a manutenção preventiva proporciona um conhecimento prévio das ações permitindo uma boa condição de gerenciamento das atividades e nivelamento de recursos, além de previsibilidade de consumo de materiais e Página 33

34 sobressalentes, por outro promove, via de regra, a retirada do equipamento ou sistema de operação para execução dos serviços programados. Assim, possíveis questionamentos à política de manutenção preventiva sempre serão levantados em equipamentos, sistemas ou plantas onde o conjunto de fatores não seja suficientemente forte ou claro em prol dessa política. Outro ponto negativo com relação à preventiva é a introdução de defeitos não existentes no equipamento devido a: Falha humana; Falha de sobressalentes; Contaminações introduzidas no sistema de óleo; Danos durante partidas e paradas; Falhas dos procedimentos de manutenção. A base científica da manutenção preventiva é o conhecimento estatístico da taxa de defeitos das peças, equipamentos e sistemas ao longo do tempo. Essa abordagem tradicional para o planejamento da manutenção preventiva, baseada no conceito de que todo componente de equipamento complexo possui um tempo de vida útil e que a partir de seu conhecimento é possível programar intervenções sistemáticas, realizadas a intervalos fixos de tempo, independente do fato da condição do equipamento já ter ou não certo valor crítico de desgaste, já se encontra ultrapassada. De fato, estudos revelaram que revisões periódicas sistemáticas têm pouco efeito na confiabilidade global de um equipamento complexo, a menos que este apresente um modo de falha predominante. Como conseqüência, planos de manutenção preventiva clássica, baseados na crença de que há uma relação entre a probabilidade de falha (confiabilidade) e o tempo em operação, traz resultados inferiores aos esperados e tornam onerosa a manutenção. Não se deve aqui confundir revisões periódicas, onde são executados volumes significativos de serviços de manutenção, com inspeções de rotina, onde são executados os serviços Página 34

35 de limpeza, lubrificação, regulagem, ajustagem e outros, que trazem grande benefício ao desempenho do componente, equipamento ou sistema. Gallegos (1993) afirma que pesquisas realizadas na sua época provaram que uma manutenção desnecessária pode gerar mais problemas do que uma submanutenção. Tal afirmação está de acordo com Riessberger (1995) que constatou que a realização em excesso de serviços de correção geométrica da superestrutura da via permanente ferroviária provoca a degradação prematura do lastro. Por este motivo torna-se importante determinar o adequado momento de intervir em um equipamento ou sistema, de modo que a manutenção programada seja executada no fim da vida útil do componente ou equipamento, porém antes deste entrar em falha. A utilização de técnicas preditivas e de inspeção, além de possuírem ferramentas avançadas de hardware e de software, permite que sejam determinadas as condições reais de funcionamento de um componente, equipamento, ou sistema, minimizando trabalhos desnecessários e reduzindo despesas Manutenção Preditiva A Manutenção Preditiva, também conhecida por Manutenção Sob Condição ou Manutenção com Base no Estado do Equipamento, pode ser definida da seguinte forma: Manutenção Preditiva é a atuação realizada com base em modificação de parâmetro de condição ou desempenho, cujo acompanhamento obedece a uma sistemática. A Manutenção Preditiva é a primeira grande quebra de paradigma na manutenção e tanto mais se intensifica quanto mais o conhecimento tecnológico desenvolve equipamentos que permitem avaliação confiável das instalações e sistemas operacionais em funcionamento. Página 35

36 FIG Manutenção Preditiva. Seu objetivo é prevenir as falhas nos equipamentos, sistemas ou instalações através de acompanhamento de parâmetros diversos, permitindo a operação segura e contínua do equipamento, sistema ou instalação pelo maior tempo possível. Na realidade o termo associado à Manutenção Preditiva é o de predizer as condições dos equipamentos. Ou seja, a manutenção preditiva privilegia a disponibilidade na medida em que não promove a intervenção nos equipamentos ou sistemas, pois as medições e verificações são efetuadas com o equipamento operando. Quando o grau de degradação se aproxima, ou atinge o limite previamente estabelecido, é tomada a decisão de intervenção. Normalmente esse tipo de acompanhamento permite a preparação prévia do serviço além de outras decisões e alternativas relacionadas com a produção ou a prestação de serviços. De forma mais direta, podemos dizer que a manutenção preditiva prediz as condições dos equipamentos, e quando a intervenção é decidida, o que se faz, na realidade, é uma manutenção corretiva planejada. O equipamento, sistema ou instalação deve permitir algum tipo de monitoramento / medição; O equipamento, sistema ou instalação deve merecer esse tipo de ação, em função dos custos envolvidos; Página 36

37 As falhas devem ser oriundas de causas que possam ser monitoradas e ter sua progressão acompanhada; Deve ser estabelecido um programa de acompanhamento, análise e diagnóstico, sistematizado. Os fatores indicados para análise da adoção de política de manutenção preditiva são: Aspectos relacionados com a segurança pessoal e operacional. Redução de custos pelo acompanhamento constante das condições dos equipamentos evitando intervenções desnecessárias. Manter os equipamentos operando, de modo seguro, por mais tempo. A redução de acidentes por falhas catastróficas em equipamentos é significativa. Também a ocorrência de talhas não esperadas fica extremamente reduzida o que proporciona além do aumento de segurança pessoal e da instalação, redução de paradas inesperadas da produção que, dependendo do tipo de planta, implicam em consideráveis prejuízos. No caso das ferrovias, a ocorrência de falhas catastróficas está bastante relacionada com a condição da Via Permanente. Os custos envolvidos na manutenção preditiva devem ser analisados por dois ângulos: O acompanhamento periódico através de instrumentos / aparelhos de medição e análise não é muito elevado e quanto maior o progresso na área de micro-eletrônica, maior a redução dos preços. A mão de obra envolvida não apresenta custo significativo haja vista a possibilidade de acompanhamento, também, pelos operadores. A instalação de sistemas de monitoramento contínuo on line apresenta um custo inicial relativamente elevado. Em relação aos custos envolvidos, estima-se que o nível inicial de investimento é de um por cento (1 %) do capital total do equipamento a ser monitorado e que um programa de acompanhamento de Página 37

38 equipamentos bem gerenciado, apresenta uma relação custo/ benefício de um quinto (1/5). É fundamental que a mão de obra da manutenção responsável pela análise e diagnóstico seja bem treinada. Não basta medir; é preciso analisar os resultados e formular diagnósticos. Embora isto possa parecer óbvio é comum encontrar, em algumas empresas, sistemas de coleta, registro de informações de acompanhamento de Manutenção Preditiva que não produzem ação de intervenção com a qualidade equivalente aos dados registrados. As técnicas mais usuais praticadas na manutenção preditiva são: Análise de Óleos Lubrificantes e Óleos lsolantes - Visam verificar o estado físico-químico (viscosidade, rigidez dielétrica, contaminação, etc.). Com relação à contaminação são observados os componentes metálicos em emulsão (para os óleos lubrificantes) e o volume e tipo de gases dissolvidos (para os óleos isolantes). Análise de Temperaturas - Está associada ao principio de que qualquer componente ou equipamento de um sistema elétrico, pneumático, mecânico ou hidráulico libera ou consome energia. A alteração do valor dessa energia pode significar comportamento anormal. Por exemplo: o aumento de temperatura dissipada pode significar perda de isolamento elétrico, mau contato, atrito exagerado, combustão inadequada e mau funcionamento de válvulas. Análise de vibrações - Mesmo quando novo, os equipamentos mecânicos produzem vibrações normais. Esses valores são conhecidos como a assinatura da vibração do equipamento. Com o tempo, havendo desgastes, desalinhamentos, folgas, esses valores se alteram, fornecendo a informação necessária sobre a falha potencial do equipamento. Como técnica de se evitar o desalinhamento, a utilização do alinhamento a laser é uma ferramenta preciosa. Emissão Acústica Empregado em estruturas e equipamentos mecânicos estacionários principalmente vasos de pressão. Página 38

39 Ultrasom Detecta descontinuidades internas pela análise de propagação das ondas sonoras através do material. Sua aplicação mais utilizada é na medição de espessura de paredes de vasos e tubulações de grandes diâmetros. Página 39

40 3 MANUTENÇÃO DE VIA PERMANENTE 3.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS Depois de construída a ferrovia, inicia-se a operação ferroviária que é acompanhada necessariamente de um processo de degradação. Para manter um parâmetro dentro das faixas toleráveis, torna-se necessária uma intervenção denominada conservação ou manutenção da via permanente. Essa manutenção utiliza materiais e mão de obras com o objetivo de manter a geometria e os componentes da via nos padrões de qualidade. Segundo Brina (1979), pode-se definir manutenção de via permanente como conjunto de ações que objetivam a conservação da via que consiste em manter o seu traçado em planta e perfil, sem defeitos que prejudiquem o tráfego, mantendo-se uma plataforma estável e bem drenada, um lastro limpo, um alinhamento e nivelamento perfeitos, com as curvas bem puxadas e com superelevação correta. Conclui assim que a atividade de manter, ao longo do tempo, os parâmetros mínimos para a circulação ferroviária é nomeada manutenção da via permanente. Para garantir a disponibilidade da instalação da via permanente a Vale e uma grande parte das ferrovias de cargas pelo mundo, estrutura suas manutenções baseadas em um maior número de manutenções preditivas que minimizem as intervenções na planta operacional e a partir dessa manutenção é que são determinadas as demandas de substituição/conservação dos ativos em final de vida útil, podendo se trocados em uma manutenção corretiva planejada ou não planejada, dependendo do grau de degradação. Página 40

41 3.2 MANUTENÇÕES PREDITIVAS NA VIA PERMANENTE Durante muitos anos, o controle do estado da superestrutura ferroviária ficou restrito somente a inspeções a pé em que as condições da linha eram medidas com o auxilio de instrumentos simples (régua de nível, gabarito de bitola, e outros) e as inspeções com autos de linha, em que o profissional de via, com base em sua experiência, avalia a qualidade de linha através do comportamento do auto. Estas observações e procedimentos, embora úteis, têm natureza altamente subjetiva e não deixam registros materiais dos dados. À medida que a microeletrônica e novas tecnologias, como laser, são incorporadas a instrumentos e equipamentos de medição, inspeção e monitoramento, torna-se cada vez mais fácil e mais barato o acompanhamento da condição e mais preciso o diagnóstico. O monitoramento do estado ou condição da via permanente é executado através de veículos diagnóstico que utilizam sistemas de medição sem contato que enviam as informações para um sistema de software que fornece o dado para avaliação, diagnóstico e tomada de decisão. Os sistemas de sensores podem ser instalados em qualquer carro da composição (locomotiva, vagão de passageiros ou de carga ou então em veículos dedicados). Opera em qualquer condição de tempo e de velocidade, até 350 km. Pode incluir as seguintes informações da via permanente: Geometria dos trilhos; Perfil dos trilhos; Ondulação dos trilhos (defeitos superficiais); Detecção automática dos defeitos na superfície; e Vídeo da inspeção. Página 41

42 Na Vale, os modelos de manutenção preditiva que atualmente são adotados para a priorização e acompanhamento de requisitos mínimos de segurança e operacionalidade são o carro controle, carro ultra-som e rodeiro instrumentado. O rodeiro instrumentado destina-se a registrar os esforços dinâmicos (lateral e vertical) no contato roda-trilho e a relação L/V por intermédio de sensores convenientemente instalados em pontos estratégicos das rodas. Carro controle é um método de avaliação direta da superestrutura ferroviária que mede os dados geométricos levantados sobre a via, em verdadeira grandeza, por meio de sensores transmitidos para registradores no interior do carro. As medidas normalmente encontradas no carro controle são: Bitola; Nivelamento longitudinal; Nivelamento transversal; Alinhamento; Empeno ou torção; Desgaste de boleto do trilho; O uso do carro ultra-som consiste em uma inspeção de trincas internas nos trilhos por ultra-som, qualidade das soldas aluminotérmica e das soldas elétricas. 3.2 MANUTENÇÕES CORRETIVAS NA VIA PERMANENTE A atividade de manutenção definida pela priorização feita na manutenção preditiva normalmente são as atividades listadas abaixo: a) Limpeza da faixa (roçada e capina); b) Retificação de bitola e substituição de dormentes; Página 42

43 c) Reforço da fixação; d) Puxamento das tangentes; e) Puxamento das curvas; f) Nivelamento das juntas; g) Construção de valetas de contorno nos cortes; h) Construção de valetas de greide nos cortes e banquetas nos aterros; i) Limpeza e recomposição do lastro; j) Substituição dos trilhos gastos e defeituosos; k) Reparação das cercas e vedação da faixa; l) Reparação dos AMV s; m) Reparação, limpeza e pintura das obras de arte (bueiros, pontes pontilhões, etc.); e n) Limpeza de valas e valetas. 3.3 ETAPAS DA MANUTENÇÃO Segundo Amaral (1984), a metodologia utilizada pela Rede Ferroviária Federal S.A. (RFFSA) consiste nas seguintes etapas: Previsão: fase analise para prever o que vai acontecer. Planejamento: decide o que vai ser feito e como será feito. Programação: define onde, como e quando fazer. Execução: realiza as ações. Acompanhamento: controla a execução. Página 43

44 Decisão: cecisões de gestão. Objetivo Alcançado: avaliação dos resultados. Mas podemos resumir esse fluxo de forma mais objetiva o que descreve uma realidade básica de grande parte das ferrovias atuais. As etapas passam a ser então: Inspeção ou Avaliação; Programação ou Planejamento; Execução ou Correção; Controle. A figura 3.1, a seguir, mostra o fluxo mais geral do processo de informação com o plano de manutenção com suas etapas e classificações. Página 44

45 FIG Macrofluxo da manutenção da Vale. No Anexo 1, inserido ao final deste trabalho, pode-se observar o fluxo de manunteção utilizado na via permanente das ferrovias da Vale. Esse fluxo abrange um detalhamento bem maior que o descrito acima. Página 45

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