MINISTÉRIO DA DEFESA IME - INSTITUTO MILITAR DE …transportes.ime.eb.br/etfc/monografias/MON023.pdf · 2018. 3. 14. · 10 LISTA DE TABELAS TAB.3.01 Resultado de Ensaio de Granulometria

1

MINISTÉRIO DA DEFESA

EXÉRCITO BRASILEIRO

SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

IME - INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM TRANSPORTE FERROVIÁRIO D E CARGA

RUBENS SÉRGIO BRANDI

VERIFICAÇÃO DA VIABILIDADE DE UTILIZAÇÃO DE AR COMP RIMIDO PARA

LIMPEZA DE LASTRO

Rio de Janeiro

2006

2

IME - INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

RUBENS SÉRGIO BRANDI

VERIFICAÇÃO DA VIABILIDADE DE UTILIZAÇÃO DE AR

COMPRIMIDO PARA LIMPEZA DE LASTRO

Monografia de final de curso de Especialização em

Transporte Ferroviário de Carga do Instituto Militar

de Engenharia e MRS Logística S.A.

Orientador: Jorge Luís Goudene Spada – D.Sc.

Rio de Janeiro

2006

3

Dedico este trabalho a meus filhos Alieisha, Ludimila e

Rubens, esperando que o mesmo possa sempre servir de

motivação para a busca incessante de conhecimento.

4

AGRADECIMENTOS

Agradeço a meus Pais, pelo incentivo ao estudo e pela base que me deram, o

que possibilitou minha participação neste curso.

Agradeço à minha Esposa pela paciência, pelo incentivo e pela crença em

minhas capacidades e possibilidades.

Agradeço aos Colegas da MRS Logística S.A. pelo incentivo e auxílio na

realização das montagens, testes e ensaios, em especial a Jorge Eduardo

Guimarães Filho, Eduardo Silva Lima, Eduardo Barbosa Nóbrega, Mário José

Soares, Joaquim José da Silva, Sérgio Barbosa Filho, Luis Renato Cardoso de

Azevedo.

5

SUMÁRIO

LISTA DE ILUSTRAÇÕES .............................................................................. 06

LISTA DE ABREVIATURAS E SÍGLAS ........................................................... 09

LISTA DE TABELAS ........................................................................................ 10

LISTA DE GRÁFICOS ..................................................................................... 11

RESUMO ......................................................................................................... 12

1. Introdução ..................................... ....................................................... 14

1.1 Premissas e justificativas deste trabalho ........................................ 16

1.2 Objetivos deste trabalho ................................................................. 19

1.3 Organização deste trabalho ............................................................ 20

2. A MRS Logística S.A. .......................... ............................................... 21

3. Estudo do ar comprimido como elemento de limpeza de lastro .... 28

3.1. Definição do método para pesquisa em campo .............................. 28

3.2. Escolha do local para estudo do lastro ........................................... 30

3.3. O Soprador de Lastro ...................................................................... 43

3.4. Ensaios realizados e resultados obtidos ......................................... 74

3.5. Análise dos resultados obtidos ....................................................... 99

4. Conclusões e Sugestões para Futuras Pesquisas .. ........................ 104

Referências Bibliográficas ............................................................................... 105

6

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIG.1.1 Desguarnecedora de lastro

FIG.1.2 Fluxo do Minério Carregado

FIG.1.3 Fluxo do Minério Vazio

FIG.1.4 Gráfico da evolução de transportes em Toneladas Úteis de 1996 a 2005 na MRS Logística S.A.

FIG.3.1 Localização esquemática do Pátio P2-05

FIG.3.2 Foto panorâmica do Pátio P2-05

FIG.3.3 Vista externa da sala de Equipamentos do Pátio P2-05

FIG.3.4 Vista do lastro no local considerado para instalação do soprador

FIG.3.5 Localização Esquemática do Pátio de Pulverização

FIG.3.6 Vista geral do pátio de Pulverização

FIG.3.7 Vista da Oficina de Vagões de Pulverização

FIG.3.8 Compressor de ar da Oficina de Vagões de Pulverização

FIG.3.9 Vista da sala do compressor de ar da Oficina de Vagões de Pulverização

FIG.3.10 Linhas do Pátio de Pulverização

FIG.3.11 Caixa de Locação de Sinalização do Pátio de Pulverização

FIG.3.12 Localização Esquemática do Pátio de Barbará

FIG.3.13 Vista da Entrada Inferior do Pátio de Barbará

FIG.3.14 Pátio de Barbará – Local considerado para instalação do Soprador de Lastro

FIG.3.15 Visão do Galpão da Conserva de Vagões no pátio de Barbará

FIG.3.16 Localização Esquemática do Pátio de Volta Redonda

FIG.3.17 Vista parcial da Estação de Volta Redonda – Conserva de Vagões

FIG.3.18 Local escolhido para instalação do soprador de lastro

FIG.3.19 Tubulação de ar comprimido para manutenção de vagões

FIG.3.20 Idéia original de montagem do soprador de lastro em relação à via

FIG.3.21 Projeto do quadro de sopramento de lastro – Vista Geral

FIG.3.22 Projeto do quadro de sopramento de lastro – Vista Superior

FIG.3.23 Projeto do quadro de sopramento de lastro – Vista Inferior

FIG.3.24 Projeto do quadro de sopramento de lastro – Vista Longitudinal

FIG.3.25 Projeto do quadro de sopramento de lastro – Vista Transversal

7

FIG.3.26 Quadro de suporte de mangueiras e bicos sopradores – Foto 1

FIG.3.27 Quadro de suporte de mangueiras e bicos sopradores – Foto 2

FIG.3.28 Esquema de montagem do conjunto pneumático

FIG.3.29 Montagem do sistema pneumático no quadro metálico – vista geral

FIG.3.30 Montagem do sistema pneumático no quadro metálico – mangueiras e bicos

FIG.3.31 Montagem do sistema pneumático no quadro metálico – detalhe da amarração

FIG.3.32 Montagem do sistema pneumático no quadro metálico – detalhe do bico soprador

FIG.3.33 Esquema do projeto de supervisão e controle do sistema – Alimentação dos circuitos

FIG.3.34 Esquema do projeto de supervisão e controle do sistema – Lógica de controle e supervisão

FIG.3.35 Foto da caixa de controle do soprador de lastro

FIG.3.36 Foto do conjunto de acionamento de cancela

FIG.3.37 Diagrama Ladder do CLP – Página 1

FIG.3.38 Diagrama Ladder do CLP – Página 2

FIG.3.39 Fluxograma do Diagrama Ladder do CLP

FIG.3.40 Fixação do mastro do soprador (1)



FIG.3.43 Montagem da caixa de supervisão e controle do soprador (1)

FIG.3.44 Montagem da caixa de supervisão e controle do soprador (2)

FIG.3.45 Montagem do quadro metálico e sistema pneumático (1)




FIG.3.49 Quadro montado com mangueiras e bicos sopradores

FIG.3.50 Visão lateral do conjunto do soprador

FIG.3.51 Visão da caixa de controle

FIG.3.52 Visão da cancela na posição horizontal

FIG.3.53 Visão do conjunto do soprador retornando à posição vertical

FIG.3.54 Visão do quadro metálico, mangueiras e bicos na posição horizontal

FIG.3.55 Caixa de supervisão e controle – visão dos equipamentos

8

FIG.3.56 Manômetro de medição de pressão do sistema

FIG.3.57 Conjunto do soprador na posição horizontal – Visão lateral

FIG.3.58 Conjunto do soprador com a caixa de controle ao fundo

FIG.3.59 Conjunto do soprador com a caixa de controle ao fundo

FIG.3.60 Início do trabalho de substituição do lastro

FIG.3.61 Lastro retirado no lado direito da via

FIG.3.62 Visão do trecho de substituição do lastro

FIG.3.63 Visão do trecho de substituição do lastro

FIG.3.64 Lançamento do lastro novo na via

FIG.3.65 Distribuição do lastro novo na via

FIG.3.66 Quantidade de finos no lastro lançado no local do experimento (1)

FIG.3.67 Quantidade de finos no lastro lançado no local do experimento (1)

FIG.3.68 Esquema de retirada e identificação de amostras

9

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

MRS MRS Logística S.A.

RFFSA Rede Ferroviária Federal S.A.

ANTT Agência Nacional de Transportes Terrestres

10

LISTA DE TABELAS

TAB.3.01 Resultado de Ensaio de Granulometria – Primeira Amostra

TAB.3.02 Resultado de ensaio de Tenacidade Trenton – Primeira Amostra

TAB.3.03 Resultado de ensaio de desgaste por abrasão Los Angeles – Primeira Amostra

TAB.3.04 Tabela resultado de ensaio de Granulometria – Amostra N1-A

TAB.3.05 Tabela resultado de ensaio de Granulometria – Amostra N1-B

TAB.3.06 Tabela resultado de ensaio de Granulometria – Amostra S1-A

TAB.3.07 Tabela resultado de ensaio de Granulometria – Amostra S1-B









TAB.3.16 Classificação do lastro quanto a contaminação (MUNIZ, 2002)

TAB.3.17 Tabela comparativa – Percentual de material passante – Peneira de 19 mm

TAB.3.18 Tabela comparativa – Percentual de material passante – Peneira de 1,2 mm

TAB.3.19 Tabela comparativa – Percentual de material passante – Peneira de 0,6 mm

11

LISTA DE GRÁFICOS

GRA.3.01 Gráfico resultado de ensaio de Granulometria – Amostra N1-A

GRA.3.02 Gráfico resultado de ensaio de Granulometria – Amostra N1-B

GRA.3.03 Gráfico resultado de ensaio de Granulometria – Amostra S1-A

GRA.3.04 Gráfico resultado de ensaio de Granulometria – Amostra S1-B









GRA.3.13 Gráfico comparativo de resultados – Peneira de 19 mm

GRA.3.14 Gráfico comparativo de resultados – Peneira de 1,2 mm

GRA.3.15 Gráfico comparativo de resultados – Peneira de 0,6 mm

12

RESUMO

Esta monografia realiza uma verificação da possibilidade de utilização de ar

comprimido para limpeza de lastro ferroviário. Para tanto foi concebido e montado

um equipamento para soprar o lastro sempre após a passagem de um trem. O local

escolhido para a instalação do experimento foi o pátio de Volta Redonda por ser

trecho de tráfego ferroviário intenso e oferecer condições de apoio e infra-estrutura

adequadas.

Caso os resultados obtidos nesta monografia indiquem que a utilização do ar

comprimido é eficiente na limpeza dos finos do lastro, o passo seguinte desta

pesquisa será verificar a viabilidade das locomotivas, durante sua operação normal

na ferrovia, realizarem trabalhos de manutenção de via permanente, atuando na

limpeza do lastro através da aplicação de ar comprimido, sem prejuízo dos sistemas

pneumáticos já existentes nos trens, com o objetivo de reduzir o acúmulo de material

fino entre o material granulado, de forma a aumentar os períodos entre intervenções

de desguarnecimento do mesmo.

13

1 – INTRODUÇÃO

Em todos os ramos de negócios, sejam eles indústria, comércio, prestação de

serviços ou outro qualquer, as interrupções temporárias e periódicas do processo

produtivo para intervenções de manutenção geram, inevitavelmente, conflitos

produtivos em função da atividade operacional de produção ser paralisada pela

necessidade de manutenção do ativo produtivo.

No negócio de transporte ferroviário, o conflito ocasionado pela paralisação do

processo produtivo para realização de trabalhos de manutenção não é diferente dos

outros negócios e, muito pelo contrário, é bastante acirrado pelos altos custos fixos

envolvidos.

Sob o ponto de vista financeiro, o negócio ferroviário depende de grande

produtividade de seus ativos de forma a garantir a contrapartida a um custo fixo

muito elevado. Procura-se eliminar todo e qualquer tempo de paralisação do

processo produtivo, entendo-se por processo produtivo o transporte de pessoas,

bens e insumos, visando ganhar o máximo de produtividade possível com os ativos

disponíveis para realização desse transporte, sejam eles instalações fixas ou

material rodante.

De uma forma geral, em quase todos os negócios, e na ferrovia não é diferente,

a atividade produtiva é dividida, então, em duas vertentes:

� Operação: responsável por extrair dos ativos existentes a maior

produtividade possível, e,

� Manutenção: responsável por manter os ativos existentes, o mais possível,

disponíveis e em condições ótimas de operação.

Muitas das intervenções de manutenção nas ferrovias podem ser realizadas sem

a necessidade de paralisação do processo produtivo, principalmente no que tange

14

às instalações fixas, uma vez que sempre existe um tempo de não utilização

operacional da via entre a passagem de dois trens.

Mas, nem todas as intervenções de manutenção nas instalações fixas são

possíveis de serem realizadas no espaço de tempo entre a passagem de dois trens

e, nesses casos, a necessidade de intervalo operacional para realização dos

trabalhos de manutenção se torna imprescindível.

Muitas ferrovias são baseadas em operação em linha dupla e isto determina

uma maior facilidade para realização das manutenções ao longo da via, visto que a

circulação de trens é menos prejudicada em função da possibilidade de desviar o

fluxo para uma linha adjacente àquela que está sofrendo manutenção.

Entretanto esta não é a realidade da grande maioria das ferrovias,

principalmente das ferrovias de transporte de carga de longo percurso, que baseiam

sua operação em linha singela entremeada por pátios de cruzamento a intervalos

regulares de distância. Nessa condição, caso a intervenção de manutenção se faça

entre os pátios de cruzamento e sendo impossível sua realização no espaço de

tempo entre dois trens consecutivos, a concessão de intervalo operacional para

realização das atividades de manutenção é necessária.

A possibilidade de utilização dos próprios ativos, durante a realização do seu

trabalho produtivo para a Empresa, para realizar serviços de manutenção, é sempre

uma alternativa a ser estudada e implementada em caso de se mostrar viável sob os

pontos de vista técnico, econômico e financeiro.

No caso das ferrovias, a utilização de locomotivas ou vagões para realização de

atividades de manutenção das instalações fixas, durante seu processo produtivo

normal de transporte, é um anseio operacional, visto que diminui as intervenções de

manutenção tradicional, evitando, desta forma, interferências no processo produtivo.

15

1.1 – PREMISSAS E JUSTIFICATIVAS DESTE TRABALHO

As empresas de transporte ferroviário buscam incessantemente a redução dos

custos, sejam operacionais, sejam de manutenção. As intervenções de manutenção

em via permanente, quase que invariavelmente, determinam a necessidade de

atuação em intervalos operacionais, às vezes impingindo a parada de tráfego de

trens, para atuação das equipes de manutenção de via.

A dificuldade dos planejadores e realizadores da circulação de trens, em

conceder intervalos para manutenção de via permanente, cresce juntamente com o

aumento de tráfego ferroviário, obrigando, muitas das vezes, a que o serviço de

manutenção da via ocorra em detrimento da utilização da mesma pelos trens que ali

circulam, ocasionando, dessa forma, aumento de custos operacionais para a MRS.

Por outro lado, o aumento de tráfego e da carga de trens por unidade de tempo

sobre a via permanente, determina maior atenção e atuação da manutenção devido

ao aumento da degradação dos elementos da via, entre eles o lastro, reduzindo

sempre os períodos de tempo entre manutenções preventivas.

Cria-se, assim, uma questão operacional para as ferrovias, onde o aumento de

tráfego determina a necessidade de intervenções de manutenções em períodos

mais curtos, intervenções estas que limitam a utilização da via para o transporte

produtivo, cada vez mais exigente dos recursos existentes.

A MRS possui um equipamento mecanizado para limpeza de finos do lastro, a

desguarnecedora de lastro. Este equipamento é capaz de realizar o

desguarnecimento, limpeza e recomposição de aproximadamente 1 km de via

permanente por dia, a uma velocidade média de 0,2 Km/h. O custo operacional e de

manutenção desta desguarnecedora é de aproximadamente U$ 8,000.00 por km de

desguarnecimento.

16

Como podemos verificar, o custo operacional e de manutenção de um

equipamento que realiza 100 metros de desguarnecimento por hora é bastante

elevado. Pior, se considerarmos que enquanto o equipamento está ocupando a via,

os trens não podem trafegar pelo local, impingindo, desta forma, a parada de

circulação de ativos operacionais para manutenção da via.

A figura 1.1 abaixo ilustra o trabalho da desguarnecedora de lastro atualmente

em uso na MRS.

Figura 1.1 – Desguarnecedora de lastro

Dessa forma, as Empresas de transporte ferroviário buscam métodos e

equipamentos que reduzam o tempo de manutenção por trecho de via, aumentando

a produtividade da manutenção, visando disponibilizar por mais tempo os recursos

existentes para fins produtivos. A contrapartida para o aumento de produtividade da

manutenção é, entretanto, o aumento de custo da mesma, determinada pela

necessidade de aquisição de equipamentos e instrumentos de alto custo de

aquisição e manutenção.

17

A MRS adquiriu recentemente uma desguarnecedora de ombro de lastro que

deverá ser entregue à Empresa em outubro de 2006. Esta desguarnecedora

trabalha somente a limpeza do ombro do lastro e tem uma produtividade esperada

de 2,0 km/h. O custo de aquisição deste equipamento foi de 4 milhões de dolares e

o custo esperado de operação e manutenção é de aproximadamente U$ 4,000.00

por quilômetro, ou, cerca de 4,8 milhões de dolares por ano.

A vida útil média do lastro ferroviário, considerando que a pedra utilizada foi

originada de rochas de boa qualidade, é de aproximadamente 25 anos. Isto quer

dizer que, a cada 25 anos é necessária a substituição completa do lastro.

A cada 3 ou 4 anos, dependendo da qualidade do lastro e do tráfego sobre o

mesmo, se faz necessário o desguarnecimento do lastro para garantir as condições

operacionais para as quais o mesmo foi projetado.

Como se pode verificar a partir dos custos envolvidos, a possibilidade de

aumentar os períodos entre desguarnecimentos, pela aplicação de um método

totalmente atrelado ao processo produtivo da Empresa, pode gerar uma redução de

custos considerável.

A contaminação do lastro ferroviário por material de baixa granulometria (finos)

determina o aumento de rigidez e a queda da capacidade de drenagem de água

pelo mesmo. Um dos grandes fatores de geração de “finos” no lastro é a quebra

gradual do próprio material do lastro (britas) por cisalhamento, quando da passagem

dos trens. A aplicação e distribuição da tensão pelo lastro, quando da passagem de

carga sobre o conjunto trilho/dormentes provoca pequenas quebras das áreas

ponteagudas das britas, gerando material fino que, por vibração, vai penetrando no

lastro indo se alojar no ombro do mesmo, criando uma barreira ao escoamento da

água que penetra no lastro e que acaba ficando retida no mesmo.

A possibilidade da utilização do excedente de ar comprimido gerado pelas

locomotivas na passagem dos trens sobre a via, sem acréscimo de trabalho, de

modo a aumentar os períodos entre intervenções de desguarnecimento de lastro,

18

nos leva a vislumbrar um cenário de redução de custos de manutenção e operação,

com baixa aplicação de investimento, e este possível cenário é a justificativa da

escolha do tema deste trabalho.

A hipótese de que a utilização de uma parte do ativo operacional (locomotivas),

durante a realização do trabalho produtivo para o qual foi fabricado e adquirido,

como elemento de realização concomitante de trabalho de manutenção da via, sem

aumento expressivo de custo, seja de implementação, seja de operacionalização do

sistema, é que dá a este trabalho de pesquisa a sua razão de ser, visto que a

redução de custo de manutenção é busca constante e importante para qualquer

sistema produtivo que vise a lucratividade e geração de valor.

O ineditismo do processo de manutenção de lastro ferroviário aqui pesquisada,

visto que não se tem notícia da tentativa de utilização do excedente de ar

comprimido das locomotivas como meio e elemento de limpeza e eliminação de

finos no lastro, é também um elemento motivador e justificador da pesquisa em

curso.

1.2 – OBJETIVOS DESTE TRABALHO

O acúmulo de finos no lastro obriga a limpeza do mesmo de tempos em tempos

(desguarnecimento de lastro), de forma a recuperar as condições de flexibilidade e

drenagem originais do mesmo.

O desguarnecimento do lastro é um procedimento de manutenção de alto custo

pois indisponibiliza um trecho de via por tempo elevado e, mesmo que executado

por meio de equipamentos mecanizados, afeta sobremaneira a operação naquele

trecho.

Considerando o exposto anteriormente, os objetivos deste trabalho são:

19

1. Determinar um método para estudo prático da utilização do ar comprimido

como elemento ativo de limpeza de lastro;

2. Efetuar medidas, em ensaios de granulometria, do acúmulo de material fino,

em lastro soprado com ar comprimido e lastro não soprado;

3. Verificar a eficácia da utilização de ar comprimido como elemento de limpeza

sistemática do lastro e expulsão do material fino gerado nas camadas

superiores do mesmo, atuando de forma preventiva na manutenção visando

a aumentar o prazo entre intervenções de desguarnecimento;

1.3 – ORGANIZAÇÃO DESTE TRABALHO

Os sistemas de geração de ar comprimido das locomotivas existem para criar e

armazenar o ar que será utilizado nos sistemas pneumáticos da locomotiva e do

trem, como por exemplo, sistemas de freio a ar, buzina, limpador de para-brisas,

entre outros.

Quando a capacidade de armazenar o ar comprimido gerado chega em seu

limite, o compressor de ar passa a funcionar em “vazio”, deixando de comprimir o ar,

até que haja a utilização do ar armazenado.

Este trabalho irá procurar validar a hipótese de que o ar comprimido é um

elemento capaz de realizar limpeza das camadas superficiais do lastro ferroviário.

Baseado nesta constatação, poderá possibilitar a pesquisa da viabilidade técnico e

econômica, de utilizar os momentos em que as locomotivas colocam o compressor

de ar em “vazio”, para armazenar ar comprimido em outro tanque, o qual seria

utilizado para soprar o lastro durante as viagens da locomotiva.

Para tentar comprovar a hipótese acima, este trabalho está organizado da

seguinte forma:

20

1. Definição de método para pesquisa da eficácia da utilização do ar

comprimido como elemento para limpeza do lastro.

2. Estudo e escolha de melhor local para implementação do método.

3. Desenvolvimento, criação, montagem e características do soprador de lastro,

equipamento instalado ao lado da via para simular a aplicação de ar

comprimido pelas locomotivas no lastro.

4. Descrição dos processos criados para obtenção de material de lastro para

ensaio em laboratório.

5. Demonstração dos resultados dos ensaios realizados sobre o material

recolhido na região de estudo.

6. Parecer conclusivo sobre a viabilidade técnica da utilização de ar comprimido

como elemento de limpeza de lastro.

7. Sugestões para futuras pesquisas.

2 - A MRS LOGÍSTICA S.A.

A MRS Logística S.A. é uma Empresa concessionária de transporte ferroviário

de carga nascida em dezembro de 1996, a partir do processo de privatização da

Rede Ferroviária Federal S.A.

O processo de privatização que resultou no nascimento da MRS Logística S.A.

englobou a concessão operacional dos ativos de duas Superintendências Regionais

da RFFSA, a SR-3 (Superintendência Regional de Juiz de Fora) e a SR-4

(Superintendência Regional de São Paulo).

21

Na época da privatização da malha sudeste (SR-3 e SR-4) os ativos concedidos

à operação pela MRS eram:

� 8.477 vagões ativos (incluindo vagões de clientes);

� 1.676 quilômetros de via permanente, sendo 1.632 em bitola larga e 42 em

bitola mista. Dos 1.676 quilômetros de via, cerca de 45 quilômetros eram

em linha dupla. Toda a extensão da via permanente é lastreada;

� 1.222 quilômetros de via sinalizada em sistema CTC (Controle de Tráfego

Centralizado).

Durante os quase dez anos de existência, a MRS vem construindo um aumento

de ativos, seja pela recuperação de ativos inativos, seja pela aplicação de

investimentos.

Nos primeiros anos de existência a MRS se preocupou, principalmente, na

manutenção postergada de via permanente, locomotivas e vagões, até que

conseguiu recuperar parte da frota de material rodante recebida e colocou a via

permanente em um nível de qualidade compatível com o transporte por ela

realizados.

Após a recuperação dos ativos a Empresa começou a investir em novos ativos

de forma a aumentar sua capacidade produtiva em face da demanda de transporte

oferecida pelo mercado. Assim a MRS iniciou uma campanha de aquisição de

locomotivas usadas em bom estado, comprou vagões e investiu em via permanente

na duplicação de alguns trechos críticos, considerados gargalos na circulação dos

trens. Iniciou, também, um processo de recuperação dos sistemas de sinalização,

controle, energia e telecomunicações.

Após as manutenções e investimentos realizados nestes quase dez anos de

existência, a MRS apresenta hoje um quadro de ativos conforme se segue abaixo:

� 12.768 vagões ativos (incluindo vagões de clientes) representando

aumento de 50,6% em relação a dezembro de 1996;

22

� 1.676 quilômetros de via permanente, sendo 1.632 em bitola larga e 42 em

bitola mista. Dos 1.676 quilômetros de via, cerca de 70 quilômetros são em

linha dupla. Toda a extensão da via permanente é lastreada;

� 1.203 quilômetros de via sinalizada em sistema CTC (Controle de Tráfego

Centralizado).

� A MRS está implantando um sistema totalmente novo para controle de

tráfego baseado em rádio comunicações, com sinalização embarcado e

intertravamento centralizado no CCO.

Como se pode verificar nos dados anteriores, desde 1996 até dezembro de

2005, houve um aumento substancial do material rodante, mas a via permanente

não teve modificações consideráveis, nem em extensão total, nem em quantidade

de quilômetros em linha dupla. A linha dupla é muito mais vantajosa pois permite a

concessão de intervalos para manutenção em uma das linhas, não comprometendo

totalmente o tráfego produtivo.

O que se conclui dos dados apresentados é que os trens são cada vez mais

numerosos sobre uma malha de via permanente praticamente estanque em seus

1.676 quilômetros. A conseqüência prática é a aproximação cada vez maior entre os

trens com intervalos entre os mesmos cada vez menores.

Também sob o aspecto dos sistemas de sinalização e controle, não houve

maiores modificações nos últimos anos, entretanto, a MRS está adquirindo um

sistema totalmente novo de sinalização e controle de tráfego, baseado em

comunicações de dados via rádio, com sinalização embarcada e atuação direta na

condução do trem (frenagem) o que permitirá a circulação dos trens ainda mais

próximos entre si, reduzindo, ainda mais, os tempos e distâncias entre trens, com

conseqüente redução de concessão de intervalos para manutenção na via.

Os 1.674 km de linhas da MRS estão divididos nos seguintes segmentos:

� Linha do Centro: Linha mais antiga da MRS nasce no porto do Rio de

Janeiro – RJ (Pátio de Arará) e segue pelos estados do Rio de Janeiro e

23

Minas Gerais até o Pátio de Lafaiete Bandeira, onde interfaceia com a

Estrada de Ferro Vitória a Minas, passando por Japerí, Mendes, Barra do

Piraí, Paraiba do Sul, Três Rios, Juiz de Fora, Santos Dumont, Barbacena,

Carandaí e Conselheiro Lafaiete, entre outras cidades.

� Ramal do Paraopeba: Ramal que nasce da Linha do Centro em

Congonhas do Campo – MG no Pátio de Dr. Joaquim Murtinho, margeia o

Rio Paraopeba chegando a Belo Horizonte - MG no Pátio de Barreiro e no

Terminal de Olhos D´água (TOD). Passa por Jeceaba, Belo Vale, Moeda,

Brumadinho, Sarzedo e Ibirité, entre outras cidades Mineiras.

� Ramal de São Paulo: Ramal que nasce em Barra do Piraí – RJ e chega a

São Paulo - SP no Pátio de Eng. Manoel Feio. Margeando o Rio Paraíba

do Sul, passa por Volta Redonda, Barra Mansa, Resende, Cruzeiro,

Cachoeira Paulista, Guaratinguetá, Aparecida do Norte,

Pindamonhangaba, Taubaté, Caçapava, São José dos Campos e

Itaquaquecetuba, entre outras cidades do chamado Vale do Paraíba.

� Ramal de Brisamar: Trecho de linha que se inicia no porto de Guaíba em

Mangaratiba – RJ e encontra-se com a Linha do Centro em Japerí – RJ no

Pátio do Posto Km 64, passando pelos Municípios de Itaguaí e

Seropédica. Em Itaguaí, no Pátio do Brisamar dá acesso ferroviário ao

porto de Sepetiba.

� Ferrovia do Aço: É o segmento mais novo da MRS Logística S.A. e inicia

em Barra Mansa – RJ no Pátio de Saudade (Pátio do Ramal de São

Paulo) e chega a Itabirito – MG, passando por Quatís, Santa Rita do

Jacutinga, Bom Jardim de Minas, Andrelandia, Madre de Deus de Minas,

São João Del Rei, Rezende Costa, Lagoa Dourada, Entre Rios de Minas,

São Bráz do Suaçuí, Congonhas do Campo, entre outras cidades.

� Sistema São Paulo: É o segmento oriundo da antiga Superintendência

Regional 4 da RFFSA e interliga Jundiaí – SP a Santos – SP, passando

24

por São Paulo, Santo André, São Caetano do Sul, Ribeirão Pires e

Cubatão.

Toda a via permanente da MRS é constituída por linha singela, exceto por um

trecho de 40 km entre Japerí e Barra do Piraí na Linha do Centro (chamado de Serra

do Mar) e por um trecho de 10 km entre P1-08 e P1-07 na Ferrovia do Aço.

Por interligar uma das principais regiões produtoras de minério de ferro em

Minas Gerais (Região de Itabirito e Congonhas do Campo) aos principais portos de

Rio de Janeiro e São Paulo, a MRS Logística S.A. tem forte participação no

transporte de carga de granéis em geral e principalmente o minério de ferro em

trens unitários pesados e longos.

Dessa forma, o principal fluxo de transporte da MRS está caracterizado pelo

movimento de cargas pesadas (até 32,5 ton/eixo) e de baixo valor agregado (minério

de ferro, carvão mineral, cimento, produtos siderúrgicos, etc) em pontos de carga e

descarga bem definidos, criando uma espécie de carrossel onde os trens circulam

num vai-e-vem constante e o mais possível ritmado, entre os pátios de

carregamento e os portos.

No caso específico do minério de ferro para exportação, os trens são carregados

(ver Figura 1.1) nos principais terminais das regiões de Minas Gerais, Terminal de

Olhos D´água, Sarzedo, Corrego do Feijão, Alberto Flores e Casa de Pedra no

Ramal do Paraopeba, Terminal de Andaime e Pátio do Pires na Ferrovia do Aço, e

circulam pela Ferrovia do Aço até Saudade, percorrem o trecho do Ramal de São

Paulo até Barra do Piraí, descem a Serra do Mar até o posto Km 64 e seguem pelo

Ramal do Brisamar até os portos de Sepetiba e Gauíba, onde os trens são

descarregados.

Os trens vazios então retornam (ver Figura1.2) pelo Ramal do Brisamar até o

Posto Km 64, sobem a Serra do Mar até Barra do Piraí e retornam aos pátios de

carregamento pela Linha do Centro e Ramal do Paraopeba.

25

Figura 1.2 – Fluxo do Minério Carregado

Figura 1.3 – Fluxo do Minério Vazio

26

Da mesma forma que a Empresa vem investindo em manutenção e aquisição de

novos ativos, a produção vem crescendo em função da demanda cada vez mais

crescente no país por transporte de qualidade e menor custo.

A Figura 1.3 a seguir mostra o gráfico da evolução da produção de transporte

em toneladas úteis no período de 2001 a 2005. Percebe-se claramente a curva

ascendente de atuação do transporte ferroviário oferecido pela MRS Logística S.A.

Figura 1.4 – Gráfico da evolução de transportes em Toneladas Úteis de 1996 a 2005 na MRS Logística S.A. – Fonte: MRS Logística S.A.

Em 1997, primeiro ano da Empresa, a produção foi de 49,6 milhões de toneladas

úteis. Em 2004 a MRS transportou o equivalente a 98,0 milhões de toneladas úteis,

dobrando a produção realizada em 1997. Em 2005 a produção realizada foi de 108,1

milhões de TU´s e a previsão para o ano de 2010 é de realizar 230 milhões de TU´s,

mais que dobrando a produção realizada em 2005.

A contrapartida a este aumento colossal de produção seria o aumento, em

relação direta, dos ativos da Empresa. Entretanto, isto não acontece, principalmente

no que tange à via permanente, que não teve e nem deverá ter um aumento

substancial de vias duplicadas. A duplicação esperada para os próximos anos

MRS Logística S.A. - Produção Anual Total - 1996 a 2005

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

TU

x 1

.000

.000

Seqüência1 45,37 51,02 52,78 55,17 66,26 68,79 74,44 86,19 97,69 108,16

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

27

deverá ser realizada somente no trecho entre Saudade, em Barra Mansa – RJ, e

Barra do Piraí - RJ (alguns quilômetros deste trecho já são duplicados hoje) e entre

o Posto Km 64, em Japerí – RJ, e o pátio de Brisamar em Itaguaí – RJ.

A estratégia que permitirá que a MRS chegue ao patamar de produção previsto

para 2010 reside na melhoria de produtividade dos ativos, sejam instalações fixas ou

material rodante. Para isto a Empresa adquiriu sistema de sinalização e controle de

tráfego de última geração que deverá permitir que os trens circulem cada vez mais

próximos uns dos outros.

O estreitamento de espaços entre trens tem uma conseqüência muito grave na

manutenção, principalmente da via permanente que, como vimos anteriormente,

necessita, geralmente, da concessão de intervalos operacionais para realizar suas

atividades. Como os trens circulam cada vez mais próximos, o “head-way”, ou tempo

entre trens de mesmo sentido, vai cada vez sendo menor e muitas das atividades

que poderiam ser realizadas neste intervalo, passam a ser impossíveis de ser

realizadas devido ao estreitamento do tempo entre composições. Para tanto, novos

procedimentos devem ser introduzidos, no caso específico desta monografia, para

limpeza de lastro. Como mostrado em SELIG e WATERS (1994), a ocorrência de

finos no lastro está diretamente relacionada com o aumento do tráfego ferroviário.

3 – ESTUDO DO AR COMPRIMIDO COMO ELEMENTO DE LIMPEZ A DE

LASTRO

3.1 – DEFINIÇÃO DO MÉTODO PARA PESQUISA EM CAMPO

A forma mais instintiva imaginada para tentar demonstrar a eficácia de um

método é realizando experimentos e comparando os resultados obtidos com a

aplicação do método aos resultados obtidos sem a aplicação do mesmo.

É exatamente desta forma que este trabalho tenta mostrar que a utilização de ar

comprimido, soprado sobre o lastro, é um método eficaz de manutenção e limpeza

28

do mesmo, e que pode determinar aumento dos períodos de intervenções de

desguarnecimento.

A utilização de locomotivas para realizar o trabalho de soprar o lastro de forma a

verificarmos a eficácia do processo não se mostrou viável no escopo desta

monografia, visto que:

� Considerando que estamos realizando um estudo de viabilidade, o custo

imaginado para preparação e instalação de equipamentos em uma

locomotiva seria elevado;

� O conjunto de tipos de locomotivas existentes na MRS é bastante

diversificado, determinando projetos diferentes para cada tipo;

� O número de locomotivas a ser equipadas também seria elevado,

multiplicando o custo muitas vezes;

� Para obtenção de respostas em curto espaço de tempo, teríamos que

definir um pequeno trecho de via e soprar o mesmo em todas as

passagens de trens.

Assim, equipar muitas locomotivas, com dispositivo de custo elevado, para

realização de um simples estudo de viabilidade, tornou-se totalmente fora de

questão devido ao custo envolvido e ao tempo necessário para efetivação de

projeto, montagem, instalação e testes do processo.

Decidiu-se, então, definir um método de pesquisa que possa simular, da melhor

maneira possível, a seguinte situação:

Em um determinado ponto da via, sempre após a passagem de um trem,

soprar o lastro com ar comprimido à pressão entre 90 e 100 psi, durante um

período de tempo de 6 segundos,

e, ao final de um período, podermos comparar a quantidade de finos existentes

no lastro do trecho onde foi efetuado o sopramento e a quantidade de finos

29

existentes em lastro de condições semelhantes, onde não foi efetuado o

sopramento.

A pressão entre 90 e 100 psi foi considerada devido ao sistema pneumático das

locomotivas possuírem compressores capazes de armazenar ar a esta pressão.

O período de tempo de 6 segundos foi definido considerando que os trens da

MRS são, normalmente, equipados com 3 locomotivas que soprariam o lastro em um

determinado ponto por aproximadamente 2 segundos cada uma.

Dessa forma, foi preciso desenvolver uma metodologia para testar e avaliar o processo

de sopramento do lastro com ar comprimido que atendesse à seguintes condições:

� Desenvolver (projetar, montar, instalar e testar) um equipamento automático que

percebe-se a passagem de um trem pela via e que, de alguma forma,

providenciasse a sopramento do lastro após a passagem do trem (a utilização de

pessoas para efetuar o sopramento do lastro demandaria a formação de equipe

para trabalhar 24 horas por dia, durante prazo estimado de 4 a 5 meses);

� Definir um melhor local para instalação desse equipamento;

� Garantir a semelhança de características e condições entre o lastro soprado e o

lastro não soprado;

� Permitir a retirada de material para ensaio laboratorial em 3 ou 4 oportunidades

de forma que seja garantido que, a cada amostra retirada, o tempo de atuação do

soprador esteja acumulado desde o início dos testes;

� Acompanhar e registrar os ensaios laboratoriais das amostras retiradas

comparando os resultados obtidos nas amostras sopradas e não sopradas.

3.2 – ESCOLHA DO LOCAL PARA ESTUDO DO LASTRO

A escolha do local para instalação do sistema para soprar o lastro foi bastante

trabalhosa, visto que algumas premissas tinham que ser, obrigatoriamente,

satisfeitas e outras deviam ser consideradas com facilitadoras nos processos de

montagem e de acompanhamento e coleta de amostras de lastro para ensaios.

30

Dentre as condições consideradas imprescindíveis, listam-se:

� O local escolhido deveria contar com tráfego contínuo e constante de trens

com alta carga por roda. Sob este aspecto, ficaram eleitos os seguintes

possíveis trechos da MRS:

• Ferrovia do Aço entre o P1-07 (São Bráz do Suaçuí) e o P2-14

(Saudade),

• Linha de São Paulo entre Saudade e Barra do Piraí,

• Linha da Serra do Mar entre Barra do Piraí e Posto Km 64 e

• Ramal do Brisamar, entre Posto Km 64 e Brisamar.

� Deveria ter infra-estrutura de eletricidade para permitir o acionamento do

motor, de relés, solenóides e válvulas elétricas do sistema de sopramento.

� Era imprescindível ter acesso a informações do sistema de sinalização (CTC)

de modo a permitir o automatismo do sistema baseado em condições de ocupação e

desocupação de circuito de via.

� O local deveria possuir um compressor de ar, ou permitir a instalação de um,

com capacidade equivalente aos sistemas existentes nas locomotivas.

� O local deveria ter baixo índice de vandalismos, preferencialmente não ser

passagem para transeuntes, ou ter segurança garantida.

Dentre as condições consideradas desejáveis, relaciona-se:

� Deveria ter altura de lastro entre 30 e 40 cm de forma a permitir uma análise

mais consistente dos resultados do experimento em função da distribuição da

carga no lastro e sub-lastro.

� Deveria ter a menor distância rodoviária em relação a Juiz de Fora de forma a

evitar longas viagens, tanto na fase de implementação do sistema, como na

fase de acompanhamento e retirada de amostras.

� Deveria ser um local em tangente de forma a distribuir igualmente pelo lastro,

a carga recebida de locomotivas e vagões.

� Deveria ser um trecho de linha singela de forma a obrigar que todos os trens

passassem pelo local.

31

� Deveria, preferencialmente, estar próximo a algum local aglutinador de

recursos, normalmente estruturas de manutenção.

Foram considerados e pesquisados 4 locais, que apresentaram as seguintes

características:

3.2.1 – PÁTIO P2-05:

O pátio P2-05 fica localizado na Ferrovia do Aço, entre as localidades de

Andrelândia e Arantina no estado de Minas Gerais (ver figura 3.1).

Figura 3.1 – Localização Esquemática do Pátio P2-05

Foi o primeiro local considerado para instalação e montagem do soprador de

lastro devido estar mais próximo a Juiz de Fora, por apresentar tráfego pesado e

contínuo de trens carregados de minério de ferro.

As figuras 3.2, 3.3 e 3.4 mostram fotos do local considerado.

32

Figura 3.2 – Foto panorâmica do Pátio P2-05

Figura 3.3 – Vista externa da sala de Equipamentos do Pátio P2-05

Figura 3.4 – Vista do lastro no local considerado para instalação do soprador

33

A escolha do pátio P2-05 era a mais indicada sob os seguintes pontos de vista:

� Localização – proximidade de Juiz de Fora com tempo de viagem

aproximado de 1,5 horas;

� Tráfego pesado e constante de trens de minério carregados;

� Existência de sala de equipamentos de sinalização com infra-estrutura de

energia capaz de abrigar e operacionalizar um compressor de ar;

� Fácil acesso ao sistema de sinalização;

� Bom espaço para instalação do soprador de lastro.

Entretanto, apresentou as seguintes deficiências:

� A obrigatoriedade de instalar o sistema em uma das duas linhas de um

pátio de cruzamento (devido à necessidade de estar próximo à sala de

equipamentos de sinalização) o que determinaria a “perda” de alguns trens

que trafegassem na linha não ensaiada;

� A dificuldade de monitoração dos equipamentos instalados por ser local

ermo e sem circulação constante de ferroviários;

� A possibilidade de incidência de vandalismos no sistema que o

colocassem em risco de acidentes;

� A dificuldade de encontrar e alugar um compressor de ar que atendesse

às condições de pressão e volume de ar que pudesse ser instalado

internamente na sala de equipamentos. Para a geração de ar comprimido

a 90 psi e com volume suficiente para soprar o lastro por 6 segundos a

cada 15 minutos, o equipamento encontrado no mercado era oneroso e

ocupava muito espaço.

Principalmente devido à última condição exposta, tornou-se inviável a instalação

do soprador de lastro no pátio P2-05, havendo necessidade de avaliar novos locais.

3.2.2 – OFICINA DE VAGÕES DO PÁTIO DE PULVERIZAÇÃO:

34

Os outros 3 locais avaliados, por ordem de estudo, foram Pulverização, Barbará

e Volta Redonda. A figura 3.5 mostra um mapa esquemático de localização do pátio

de Pulverização na MRS.

Figura 3.5 - Localização Esquemática do Pátio de Pulverização

O fato determinante para colocar estes locais como novos pontos a serem

estudados reside no fato de que em todos eles já existia um compressor de ar

industrial, com capacidade para utilização pelo sistema, compressor este usado para

conserva dos vagões da MRS.

O pátio de Pulverização foi o primeiro a ser avaliado por ser o mais próximo de

Juiz de Fora entre os 3 considerados, e por estar localizado dentro da cidade de

Barra do Piraí, onde está instalada uma das maiores estruturas operacionais da

MRS. As figuras 3.6 e 3.7 dão uma visão do pátio de Pulverização e da Oficina de

Vagões.

35

Figura 3.6 – Vista geral do pátio de Pulverização

Figura 3.7 – Vista da Oficina de Vagões de Pulverização

Em Pulverização existe um compressor de ar de grande capacidade, conforme

pode ser visto nas figuras 3.8 e 3.9.

Figura 3.8 – Compressor de ar da Oficina de Vagões de Pulverização

36

Figura 3.9 – Vista da sala do compressor de ar da Oficina de Vagões de

Pulverização

A instalação do soprador de lastro no pátio de Pulverização, ao final das

avaliações, não foi considerada satisfatória pelos seguintes motivos:

� Existem 8 linhas a serem transpostas entre a sala do compressor de ar e a

linha principal do pátio, local onde seria possível instalar o soprador (ver

figura 3.10);

Figura 3.10 – Linhas do Pátio de Pulverização

� A caixa de locação com os equipamentos de sinalização fica a

aproximadamente 600 metros do local projetado para instalação do

soprador (ver figura 3.11);

37

Figura 3.11 – Caixa de Locação de Sinalização do Pátio de Pulverização

� Lastro muito alto (aproximadamente 80 cm)

� Normalmente, o tráfego de trens de minério carregados é feito pela

segunda linha do pátio, o que iria prejudicar a aplicação de carga no ponto

de ensaio do lastro.

3.2.3 – CONSERVA DE VAGÕES DO PÁTIO DE BARBARÁ:

O terceiro local a ser visitado e avaliado quanto a possibilidade de uso para

instalação do equipamento soprador de lastro foi o pátio de Barbará na localidade de

Barra Mansa – RJ.

A figura 3.12 mostra um mapa esquemático com a localização do pátio de

Barbará na MRS.

38

Figura 3.12 – Localização Esquemática do Pátio de Barbará

As figuras 3.13, e 3.14 mostram vistas gerais do pátio de Barbará.

Figura 3.13 – Vista da entrada inferior do Pátio de Barbará

39

Figura 3.14 – Pátio de Barbará – Local considerado para instalação do soprador de

lastro

No pátio de Barbará funciona uma estrutura de conserva de vagões (ver figura

3.15) e, para atender esta estrutura, existe também um compressor de ar industrial

com capacidade para realização dos testes do soprador de lastro.

Figura 3.15 – Visão do galpão da Conserva de Vagões no pátio de Barbará

Após análise das condições para implantação do equipamento no pátio de

Barbará, algumas características definiram pela não utilização deste local, quais

sejam:

40

� Existem 5 linhas a serem transpostas entre o compressor de ar e a

primeira linha do pátio;

� Existe uma distância razoável (aproximadamente 700 metros) entre a

caixa de locação e o local escolhido para instalação do soprador de lastro;

� Este foi o local mais afastado de Juiz de Fora, entre os locais visitados.

3.2.4 – CONSERVA DE VAGÕES DO PÁTIO DE VOLTA REDONDA:

O quarto e último local a ser visitado e avaliado quanto a possibilidade de uso

para instalação do equipamento soprador de lastro foi o pátio de Volta Redonda, na

localidade de mesmo nome, no Estado do Rio de Janeiro.

A figura 3.16 mostra um mapa esquemático com a localização do pátio de Volta

Redonda na MRS.

Figura 3.16 – Localização Esquemática do Pátio de Volta Redonda

41

Apesar de apresentar o inconveniente de alguns trens carregados trafegarem

pela segunda linha do pátio, Volta Redonda se mostrou bastante razoável como

local para implementação do soprador de lastro.

O local escolhido (ver figuras 3.17, 3.18 e 3.19) possui boa infra-estrutura, com

equipe de conserva de vagões em escala de 24 horas, segurança em tempo

integral, o local é interno ao pátio e fechado da comunidade por muros, não

permitindo a passagem de transeuntes.

É local de passagem constante de trens carregados de minério de ferro,

produtos siderúrgicos e carga geral. Possui sistema industrial de ar comprimido para

manutenção de vagões, com fácil acesso. Possui espaço suficiente ao lado da via

para instalação do soprador de lastro sem interferências com outras vias ou com

pedestres e colaboradores andando ao lado da ferrovia.

O lastro tem altura média de 50 cm e os trilhos estão em bom estado de

conservação.

Pesou contra o local, a longa distância a ser lançada de cabo para interligar o

sistema do soprador ao sistema de sinalização do tráfego.

Figura 3.17 – Vista parcial da Estação de Volta Redonda – Conserva de Vagões

42

Figura 3.18 – Local escolhido para instalação do soprador de lastro

Figura 3.19 – Tubulação de ar comprimido para manutenção de vagões

3.3 – O SOPRADOR DE LASTRO

A viabilidade da utilização de ar comprimido como elemento de manutenção de

lastro baseia-se na possibilidade da utilização do excedente de ar comprimido das

locomotivas para realização deste trabalho durante a operação normal da ferrovia.

Duas premissas eram importantes para a realização deste trabalho, quais sejam:

43

� Como não é possível a implementação de um sistema de acumulação e

aplicação de ar comprimido em cada uma das locomotivas da Empresa, foi

necessário idealizar uma forma de simular a aplicação do ar comprimido

como se fossem locomotivas circulando e soprando o lastro após a

passagem de um trem;

� Como o ensaio de lastro em vários pontos da ferrovia torna-se inviável, foi

necessário idealizar uma forma de realizar a simulação de aplicação do ar

comprimido em um único local da ferrovia, local este que será usado como

padrão para todo o restante do trecho.

Então, tornava-se necessário encontrar uma forma de simular a aplicação de ar

comprimido em um local específico da ferrovia, a cada passagem de trem pelo local,

de forma sistemática e constante de forma a criar, pelas aplicações repetidas do ar

comprimido sobre o lastro, uma massa de amostras capazes de indicar a eficácia, ou

não, do método como instrumento de manutenção.

A primeira idéia foi, então, a realização do trabalho de sopragem do lastro de

forma manual, com a contratação e treinamento de pessoas que iriam, a cada

passagem de trem, realizar a sopragem do lastro, conforme padrão a ser informado.

Esta idéia não foi considerada em função de:

� Seria necessário a contratação de pelo menos 4 pessoas para trabalharem

em regime de escala, visto que os trens circulam 24 horas por dia;

� custo mensal advindo desta contratação seria bastante elevado,

inviabilizando o estudo;

� A possibilidade de haver acidentes envolvendo as pessoas que estivessem

trabalhando ao lado da malha ferroviária era considerável;

� A incerteza de que o trabalho de sopragem do lastro estivesse sendo feito de

forma sistemática e constante, conforme o estudo requeria, visto que

44

pessoas, mesmo treinadas, estão sujeitas a erros na realização do trabalho,

seja por falta de instrução, seja por falta de envolvimento com os resultados.

Surgiu, então, uma idéia de automatizar o processo de sopragem do lastro

baseado em equipamentos e circuitos de comando de cancelas de passagens em

nível. A idéia era utilizar o motor de uma cancela de passagem em nível e uma

central de comando que estaria ligada ao sistema de sinalização normal da ferrovia,

adquirindo, desta forma, informação quanto à passagem de trens pelo local dos

ensaios. A figura 3.20 abaixo é um desenho da idéia de montagem do soprador do

lastro na via, pensado para ser instalado inicialmente no pátio P2-05.

Figura 3.20 – Idéia original de montagem do soprador de lastro em relação à via

A partir da percepção da passagem de um trem pelo local dos ensaios, a central

de comando acionaria o motor da cancela que abaixaria um quadro metálico

equipado com mangueiras e bicos sopradores ligados ao sistema do compressor de

ar. O sistema, então, sopraria o ar comprimido sobre o lastro e, por efeito de

gravidade, retornaria à posição de repouso, ou seja, posição vertical.

3.3.1 – O PROJETO DO SOPRADOR DE LASTRO

Tendo resolvido pela construção de um equipamento para soprar o lastro e

assim criar massa amostral para ensaios laboratoriais, foi desenvolvido um primeiro

45

anteprojeto com as idéias básicas dos circuitos elétricos, do quadro de sopramento e

da instalçao do equipamento sobre a ferrovia.

A figura 3.21 abaixo, mostra um primeiro projeto para o quadro de sopramento a

ser instalado em lugar da barreira de PN.

Figura 3.21 – Projeto do quadro de sopramento de lastro – Vista Geral

Inicialmente, o quadro teria 5 ramos de sopramento de ar comprimido

possibilitando a retirada de até 10 amostras sucessivas, sendo 5 amostas sob o

trilho direito e 5 amostras sob o trilho esquerdo.

Posteriormente, devido ao peso muito elevado apresentado pelo quadro

metálico, foram reitrados 2 ramos e o quadro permanenceu com 3 ramos

disponíveis, possibilitando a retirada de até 6 amostras.

As figuras 3.22 e 3.23 mostram os desenhos com a vista superior e com a vista

inferior contendo as medidas projetadas para o quadro de sopramento do lastro, em

46

função das distâncias entre dormentes, distância entre trilhos e distância do mastro

de fixação do motor de cancela ao eixo da ferrovia.

Figura 3.22 – Projeto do quadro de sopramento de lastro – Vista Superior

Figura 3.23 – Projeto do quadro de sopramento de lastro – Vista Inferior

47

As Figuras 3.24 e 3.25 mostram as projeções longitudinal e transversal do

quadro inicialmente projetado para soprar o lastro.

Figura 3.24 – Projeto do quadro de sopramento de lastro – Vista Longitudinal

Figura 3.25 – Projeto do quadro de sopramento de lastro – Vista Transversal

A partir deste primeiro anteprojeto do quadro para sopramento do lastro, uma

empresa metalúrgica foi contratada e, baseado nas medidas informadas nos

desenhos mostrados anteriormente, projetou e criou um quadro para suportar as

mangueiras e bicos sopradores.

Este quadro foi fabricado utilizando barras de metalon para o conjunto do quadro

especificamente e chapas de aço para as peças de interligação ao motor da cancela

e suporte dos elementos.

As fotos das figuras 3.26 e 3.27 mostram o quadro fabricado para ser conectado

ao motor da cancela de PN e suportar os equipamentos de sopragem do lastro.

48

Figura 3.26 – Quadro de suporte de mangueiras e bicos sopradores – Foto 1

Figura 3.27 – Quadro de suporte de mangueiras e bicos sopradores – Foto 2

49

Após a construção do quadro metálico, o mesmo foi encaminhado a uma

empresa especializada em sistemas hidráulicos e pneumáticos para montagem das

mangueiras e bicos sopradores.

O projeto pneumático foi responsabilidade da empresa contratada e ficou

desenvolivdo da seguinte forma:

� Uma mangueira principal, que se ligaria ao sistema de ar comprimido

existente na conserva de vagões de Volta Redonda e que supriria de ar as

mangueiras dos ramos montados no quadro de sopragem do lastro. Esta

mangueira é de plástico reforçado com diâmetro de ¾”.

� Entre o ponto de engate com o sistema de ar comprimido e a distribuição

pelos ramos do quadro de sopragem, foi inserido um condensador para

eliminar umidade e impurezas no ar a ser soprado no lastro, um manômetro

para indicar a pressão do ar no encanamento e um válvula eletromecânica

para comandar a expulsão do ar no sistema a partir dos comandos gerados

na central de controle do sistema.

� Nos ramos do quadro de sopragem do lastro foram inseridas mangueiras de

plástico reforçado de ¼” para distribuição do ar para os bicos sopradores.

� Os bicos sopradores são de latão ou aço e têm furos com diâmetro de 1/16”.

O desenho da figura 3.28 é um esquema de montagem do conjunto pneumático

do sistema projetado.

Figura 3.28 – Esquema de montagem do conjunto pneumático

50

As fotos das figuras 3.29, 3.30, 3.31 e 3.32 mostram o trabalho de montagem e

detalhes do sistema pneumático instalado junto ao quadro metálico.

Figura 3.29 – Montagem do sistema pneumático no quadro metálico – vista geral

Figura 3.30 – Montagem do sistema pneumático no quadro metálico – mangueiras e

bicos

51

Figura 3.31 – Montagem do sistema pneumático no quadro metálico – detalhe da

amarração

Figura 3.32 – Montagem do sistema pneumático no quadro metálico – detalhe do

bico soprador

52

Enquanto eram construidos o quadro metálico e montadas as mangueiras e

bicos sopradores, era desenvolvido, em paralelo, o projeto dos circuitos de

acionamento e controle do dispositivo na via.

O primeiro projeto do circuito de controle e supervisão dos processos de

verificação de presença de trem, acionamento do motor da cancela, acionamento da

válvula eletromagnética para liberação do ar comprimido e retorno à posição de

repouso do motor da cancela, considerou a utilização de um controlador lógico

programável para executar algumas funções lógicas e de temporização do processo,

alguns relés para acionamento e recepção de informações externas e fontes para

alimentação do sistema.

Dois problemas inicialmente tiveram que ser solucionados para execução do

projeto do soprador de lastro, a partir da decisão de utilizar um conjunto de

acionamento de barreira de passagem em nível, quais sejam:

� O primeiro problema era a necessidade de criação de uma lógica de

acionamento e controle do equipamento, baseado em CLP (Controlador

Lógico Programável) que verificasse as possibilidades de falha e tentasse

corrigir estas possibilidades, evitando, desta forma, acidentes por operação

inadequada do sistema de cancela e quadro metálico/sopradores.

� O segundo problema era a necessidade de inversão da lógica de

funcionamento do motor da cancela de PN, visto que nos circuitos de

passagens em nível, a barreira cai para a posição horizontal por ação da

gravidade sobre o conjunto da barreira e retorna à posição vertical por

atuação do motor, ou seja, exatamente o contrário do que necessitávamos.

O primeiro problema foi resolvido incluindo duas lógicas de segurança no

software do CLP que controla o acionamento do sistema.

A primeira lógica faz uma temporização na desocupação do circuito de via

garantido que se esta desocupação for por pouco tempo (t<30 segundos) o sistema

53

é resetado e não aciona o motor da cancela. Isto é feito para garantir a integridade

do sistema no caso de passagem de veículos leves pelo trecho, veículos estes que

impingem dificuldades de percepção de sua presença no sistema de sinalização

baseado em circuitos de via.

A segunda lógica garante que, após 15 segundos de acionamento do motor da

cancela, terminado ou não o processo de sopragem do lastro, é cortada a

alimentação elétrica para o sistema da cancela, fazendo com que a mesma retorne à

posição de repouso.

Este processo de temporização garante que não haverá, de forma alguma, a

possibilidade de o conjunto do quadro metálico e sopradores ficarem na posição

horizontal sobre a via, em caso de falha de algum dispositivo do sistema.

O segundo problema foi resolvido, após vários tentativas de inversões de

circuitos elétricos nos controles do sistema da cancela, simplesmente invertendo os

lados dos braços no eixo do motor da cancela, fazendo com que os mesmos

girassem no sentido de descida por meio de acionamento do motor e girassem no

sentido de subida por meio de ação da gravidade sobre o contrapeso.

Os desenhos das figuras 3.33 e 3.34 a seguir representam o primeiro

anteprojeto considerando os circuitos de supervisão e controle do sistema.

54

Figura 3.33 – Esquema do projeto de supervisão e controle do sistema –

Alimentação dos circuitos

O TBA é o borne de terminais para entrada e saída de informações da caixa de

equipamentos (caixa 1) e para distribuição interna de funções lógicas do sistema.

O TBB é o borne de terminais para distribuição das fontes de alimentação do

sistema, B10 e N10 para a fonte de 12V e, B24 e N24 para a fonte de 24V.

O TBC é o borne de terminais para recebimento das informações de circuito de

via e para entrada da fonte externa de 110 Vac (BX110 e NX110).

As fontes de 12Vcc e de 24 Vcc são fontes chaveadas que recebem 110 Vac e

fornecem 13,0 Vcc e 24,0 Vcc respectivamente. A fonte de 12 Vcc mantém uma

bateria automotiva de 60 Ah em flutuação.

55

Os disjuntores DJ1, DJ2, DJ3, DJ4, DJ5 e DJ6 são incluídos no circuito para

proteção do sistema contra sobrecargas e sobrecorrentes.

Figura 3.34 – Esquema do projeto de supervisão e controle do sistema – Lógica de

controle e supervisão

O desenho da Figura 3.34 representa o esquema lógico de funcionamento do

sistema, mostrando as funções realizadas por cada relé e pelo controlador lógico

programável (CLP). A seguir vamos detalhar as funções e atuações de cada um dos

elementos do circuito representado na figura 3.34.

O relé MTPR recebe alimentação diretamente dos circuitos de sinalização de

campo e é responsável por verificar a existência de trem no circuito de via onde se

encontra o soprador de lastro, circuito de via MT do pátio de Volta Redonda. Foi

usado um relé de fabricação da Union & Switch, modelo DN-22 com bobina de 1.000

ohms e dois contatos HFB. O relé MTPR pode assumir as seguintes condições:

56

� Energizado (ou operado, ou imantado) quando não existe trem sobre o

circuito de via MT. Neste caso, dizemos que o circuito de via está livre, a

armadura do relé está atracada, os contatos F (Front) do relé estão com

função lógica 1 e os contatos B (Back) estão com função lógica 0.

� Desenergizado (ou desoperado, ou desimantado) quando houver um trem

sobre o circuito de via MT. Neste caso, dizemos que o circuito de via está

ocupado a armadura do relé está livre, os contatos F (Front) estão com

função lógica 0 e os contatos B (Back) estão com função lógica 1.

Na situação de repouso o circuito de via é considerado livre e, portanto, o relé

MTPR deve estar operado, conforme mostra a figura 3.34.

Como o relé MTPR está operado, uma tensão de 24Vcc é aplicada na entrada

E0.0 do controlador lógico programável (CLP), informando ao mesmo que não há

trem no circuito de via MT, ou seja, o circuito de via MT está livre.

Quando um trem ocupa o circuito e o relé MTPR desopera e a tensão de 24Vcc

que era aplicada ao ponto E0.0 passa a ser aplicada ao ponto de entrada E0.1 do

CLP. Isto informa ao CLP que um trem ocupou o circuito de via MT.

Ao ser novamente operado o relé MTPR, o sistema torna a receber a tensão de

24Vcc no ponto E0.0 do CLP e isto informa ao mesmo que o trem que ocupava o

circuito de via, não mais está sobre o mesmo.

Para garantir a segurança de operação do motor da cancela somente quando o

trem realmente estiver fora do circuito e, considerando que veículos leves sobre a

via costumam “sumir” por alguns instantes (o circuito de via livra, mesmo com a

presença do veículo sobre o mesmo), o CLP está programado para temporizar a

operação do motor da cancela somente 30 segundos após o trem ter deixado o

circuito de via MT livre.

57

Após a verificação de segurança quanto ao trem ter deixado o circuito, o CLP irá

acionar a saída S0.0 que energiza e opera um outro relé, o relé XR. O relé XR

também é um relé de fabricação da Union & Switch, modelo DN-22 com bobina de

1000 ohms, e é responsável por comandar a operação do motor da cancela de PN.

Como o relé DN-22 opera, normalmente, com tensões aproximadas de 12 a 13 Vcc

foi inserido um resistor de 820 ohms para garantir a queda de tensão da fonte de 24

Vcc.

Além de energizar o relé XR, o CLP, através de sua saída S0.1, aciona e opera

o relé chamado LXR. Este relé é semelhante ao relé XR e tem por objetivo

comandar o acionamento de um solenóide de travação da cancela, solenóide este

que permite o giro do motor em um determinado sentido mas trava o retorno do eixo,

no outro sentido.

O conjunto do motor da cancela possui 8 palhetas metálicas que, através de

camus, abrem e fecham contatos elétricos em função do ângulo do posicionamento

da cancela. Algumas desta palhetas são usadas para comandar o motor da cancela

e outras são usadas para definir o posicionamento do conjunto de barreira da PN em

relação à posição horizontal ou vertical.

Dessa forma, quando o relé XR é operado, através de seus contatos 1F e 2F

são energizadas as palhetas 4 e 5 do conjunto da cancela. No circuito interno do

conjunto da cancela, os contatos (ou palhetas) 4 e 5 proporcionam a energização da

armadura e campo do motor da cancela, fazendo com que o mesmo passe a girar

um eixo que faz com que a barreira da PN (no nosso caso o quadro de sopragem do

lastro) saia da posição vertical e passe para a posição horizontal.

A palheta de indicação 1 informa ao CLP através da entrada E0.2 que o quadro

de acionamento já está na posição horizontal. Neste momento o CLP corta a

alimentação do relé XR, mas mantém operado o relé LXR que opera o solenóide de

travação da cancela.

58

Além de cortar a saída S0.0 que desopera o relé XR, o CLP aciona a saída S0.2

que opera o relé VR. O relé VR é semelhante aos relés XR e LXR e é responsável

por operar eletricamente a válvula de abertura pneumática do sistema, permitindo a

passagem do ar comprimido pela mangueira principal do sistema.

Como o trem mais comum que passa pelo local de instalação do soprador

possui 3 locomotivas e, considerando que cada locomotiva iria soprar o lastro por

aproximadamente 2 segundos durante sua passagem pelo local, o acionamento do

relé VR foi programado no CLP para ser realizado durante 6 segundos.

Dessa forma, o ar comprimido é soprado sobre o lastro por 6 segundos,

simulando a passagem de um trem com 3 locomotivas.

Após os 6 segundos de acionamento do relé VR, o mesmo é desoperado

causando o término do processo de sopragem do lastro. É também desoperado o

relé LXR que, desta forma, desopera também o solenóide de travação do conjunto

da cancela.

Uma vez liberado o solenóide, o eixo do motor fica livre e, por ação da gravidade

sobre o contrapeso do conjunto da cancela, o quadro retorna à posição vertical.

O sistema fica assim preparado para uma nova ocupação do circuito MT e,

dessa forma, reiniciar todo o processo. A figura 3.35 a seguir mostra uma foto da

caixa montada para controle de todo o processo. No lado superior esquerdo pode

ser visto o CLP utilizado para controle do soprador.

59

Figura 3.35 – Foto da caixa de controle do soprador de lastro

A figura 3.36 a seguir mostra o interior do conjunto de acionamento da cancela

com seus componentes.

Figura 3.36 – Foto do conjunto de acionamento de cancela

60

As figuras 3.37 e 3.38 abaixo mostram o diagrama ladder de programação do

CLP da caixa de supervisão e controle.

Figura 3.37 – Diagrama Ladder do CLP – Página 1

Figura 3.38 – Diagrama Ladder do CLP – Página 2

61

A figura 3.39 a seguir mostra o fluxograma do diagrama ladder usado no CLP

para controle do processo de sopragem do lastro.

Figura 3.39 – Fluxograma do Diagrama Ladder

62

3.3.2 – MONTAGEM E INSTALAÇÃO DO SOPRADOR DE LASTRO

A montagem e instalação do soprador de lastro no pátio de Volta Redonda teve

início em 10 de abril de 2006. Basicamente os trabalhos de montagem e instalação

foram divididos em:

� Montagem e instalação do conjunto do motor da cancela em base de

concreto ao lado da via permanente

� Montagem e instalação da caixa de supervisão e controle do sistema

� Lançamento e ligação de cabo de controle para interligar a caixa de

controle do soprador à caixa do sistema de controle da sinalização

ferroviária

� Lançamento e ligação de cabo de alimentação de energia para a caixa de

controle do soprador

� Montagem e ligação do conjunto pneumático a partir do sistema existente

e que atende à conserva de vagões

� Montagem e ligação do quadro metálico, mangueiras e bicos sopradores.

Interligação elétrica e pneumática do conjunto da cancela ao conjunto da

caixa de controle

� Realização de testes, ajustes finais e colocação em operação.

O processo de montagem do conjunto do motor da cancela é o mais pesado de

todos pois é necessário abrir uma cava ao lado da via para inserir uma base de

concreto com peso suficiente para suportar as solicitações de carga provenientes do

conjunto do soprador. Após a montagem da base é necessário afixar o mastro onde

63

será instalado o motor da cancela. Com o mastro devidamente fixado na base de

concreto pode-se fixar o conjunto do motor da cancela no mastro.

As figuras 3.40, 3.41 e 3.42 ilustram o processo de montagem do conjunto do

motor da cancela.

Figura 3.40 – Fixação do mastro do soprador (1)


64


O processo de montagem e instalação da caixa de supervisão e controle do

sistema exige um conhecimento técnico de eletrotécnica mais avançado. O trabalho

foi realizado abrigando e instalando os equipamentos em uma caixa metálica de aço

de 1,0 x 1,0 x 0,4 metros (A x L X P).

A caixa foi instalada próxima ao ponto de tomada do sistema pneumático e tem

como interface externa um cabo interligado à caixa de sinalização do CTC, um cabo

interligado ao conjunto do motor da cancela, um cabo de alimentação de energia,

uma mangueira de entrada de ar comprimido interligada ao sistema da conserva de

vagões e uma mangueira de saída do ar comprimido interligada ao conjunto

pneumático dos bicos sopradores (quadro metálico).

As figuras 3.43 e 3.44 ilustram a montagem da caixa de supervisão e controle do

soprador.

65

Figura 3.43 – Montagem da caixa de supervisão e controle do soprador (1)

Figura 3.44 – Montagem da caixa de supervisão e controle do soprador (2)

Após as montagens do mastro e conjunto do motor de cancela, da caixa de

supervisão e controle do soprador e dos lançamentos e ligações dos cabos externos

à caixa, foi feita a montagem e ajuste do conjunto do quadro metálico e dos conjunto

66

pneumático, inclusive a ligação ao sistema de ar comprimido da conserva de

vagões.

As figuras 3.45, 3.46, 3.47 e 3.48 ilustram a fase de montagem final do soprador

de lastro, com a colocação do quadro metálico e das peças do conjunto pneumático.

Figura 3.45 – Montagem do quadro metálico e sistema pneumático (1)


67



68

As figuras 3.49, 3.50, 3.51, 3.52, 3.53, 3.54, 3.55, 3.56, 3.57, 3.58, 3.59 e 3.60

dão uma visão geral da montagem dos vários elementos do conjunto do projeto,

após os términos dos ajustes e logo antes do início em operação.

Figura 3.49 – Quadro montado com mangueiras e bicos sopradores

Figura 3.50 – Visão lateral do conjunto do soprador

69

Figura 3.51 – Visão da caixa de controle

Figura 3.52 – Visão da cancela na posição horizontal

Figura 3.53 – Visão do conjunto do soprador retornando à posição vertical

70

Figura 3.54 – Visão do quadro metálico, mangueiras e bicos na posição horizontal

Figura 3.55 – Caixa de supervisão e controle – visão dos equipamentos

Figura 3.56 – Manômetro de medição de pressão do sistema

71

Figura 3.57 – Conjunto do soprador na posição horizontal – Visão lateral

Figura 3.58 – Conjunto do soprador com a caixa de controle ao fundo

Figura 3.59 – Conjunto do soprador com a caixa de controle ao fundo

72

3.3.3 – SUBSTITUIÇÃO E PREPARAÇÃO DO LASTRO

De forma a poder ter um universo de amostras semelhantes e que permitissem a

comparação de resultados entre o trecho soprado e o trecho não soprado do lastro,

foi necessário desguarnecer todo o lastro existente no local da realização dos testes

e a inserção de lastro totalmente novo.

Assim, em um trecho de aproximadamente 8 metros o lastro existente foi

retirado e colocado lastro novo. Uma parte do lastro novo colocado está na

abrangência do soprador de lastro e outra parte está fora da abrangência do

soprador.

Isto foi necessário para se manter as mesmas condições iniciais do experimento

para o lastro a ser soprado e para o lastro que não será soprado e que servirá como

parâmetro de comparação.

As figuras 3.60, 3.61, 3.62, 3.63, 3.64 e 3.65 mostram o trabalho de substituição

do lastro no local do experimento.

Figura 3.60 – Início do trabalho de substituição do lastro

73

Figura 3.61 – Lastro retirado no lado direito da via

Figura 3.62 – Visão do trecho de substituição do lastro

74

Figura 3.63 – Visão do trecho de substituição do lastro

Figura 3.64 – Lançamento do lastro novo na via

75

Figura 3.65 – Distribuição do lastro novo na via

Durante os trabalhos de substituição do lastro, chamou a atenção a péssima

qualidade do lastro que foi lançado na via. A quantidade de finos (areia e terra)

existente no lastro descarregado dos vagões foi muito grande comprometendo, já no

lançamento do lastro novo, a qualidade da via.

As figuras 3.66 e 3.67 ilustram a condição de finos no lastro lançado no local dos

experimentos.

Figura 3.66 – Quantidade de finos no lastro lançado no local do experimento (1)

76

Figura 3.67 – Quantidade de finos no lastro lançado no local do experimento (2)

3.4 – ENSAIOS REALIZADOS E RESULTADOS OBTIDOS

O soprador de lastro iniciou sua operação definitiva no dia 05 de maio de 2006.

A partir desta data, o lastro não pôde mais ser mexido ou alterado no trecho do

experimento. A cada recolhimento de amostras, os locais onde foram recolhidas as

amostras foram desconsiderados e, a partir de então foi fechado o sopramento de ar

comprimido sobre esses pontos.

Foram realizadas quatro retiradas de materiais, em quatro datas separadas

aproximadamente por um mês entre elas, que serviram como amostras para

realização de ensaios laboratoriais.

A primeira amostragem foi feita exatamente no dia em que foi lançado o lastro

novo sobre a via, no local do experimento. Uma amostra deste lastro foi recolhida e

enviada ao laboratório do IME para realização de ensaios granulometria, abrasão

Los Angeles e tenacidade Trenton. Esta primeira amostra foi retirada sem considerar

a parte soprada ou não soprada, visto que serviria para criar um parâmetro inicial do

lastro utilizado.

77

Os três recolhimentos de amostras que se seguiram, foram feitos conforme o

desenho esquemático da figura 3.68 abaixo, que serviu de base para identificação

das amostras retiradas.

Figura 3.68 – Esquema de retirada e identificação de amostras

78

A identificação da amostra utiliza a letra S ou N para identifica a amostra como

Soprada ou Não soprada, um dígito seqüencial de 1 a 3, identificando a data da

retirada (ou seqüência de retirada) da amostra, e, a letra A ou B para identificar se a

amostra retirada estava entre dormentes (A) ou sob dormente (B).

Dessa forma, a amostra identificada como S2-A se referencia ao material

retirado na segunda coleta de amostras, na área soprada do lastro e na região entre

dormentes.

3.4.1 – PRIMEIRO ENSAIO

A primeira amostra retirada, considerando o lastro inicial, apresentou os

seguintes resultados aos ensaios aplicados:

MINISTÉRIO DA DEFESA INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE FORTIFICAÇÃO E CONSTR UÇÃO

ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

INTERESSADO: DATA: 15/06/06 REGISTRO: VISTO: AMOSTRA: Aluno OPERADOR:

Peneiras Material Percentagem em Peso

Número

(mm) Retido (g) % Retido % Acumulada

2 1/2" 64 0 0,0 0,0 2" 50 3244 16,2 16,2 1 1/2" 38 4200 21,0 37,2 1 1/4" 32 8811 44,1 81,3 1" 25 2847 14,2 95,5 3/4" 19 186 0,9 96,4 1/2" 12,5 0 0,0 96,4 3/8" 9,5 0 0,0 96,4 1/4" 6,3 0 0,0 96,4 Prato 710 3,6 Total 19998 100 Dimensão Máxima Caracteristica(mm)

64

Módulo de Finura 6,16

Tabela 3.01 – Resultado de Ensaio de Granulometria – Primeira Amostra

79

MINISTÉRIO DA DEFESA INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE FORTIFICAÇÃO E CONSTRUÇÃO

Interessado: Operador: Amostra:Aluno Cálculo: Data:15/06/06 Visto:

Ensaio de Tenacidade de Rocha "TRETON"

5/8" < Material < 3/4" Nº Peso amostra Peso Peso

Fragmentos mais cápsula(g) cápsula(g) Amostra inicial(g)

21 185,9 77,5 108,4

Material Retido na Peneira Nº 12 Peso amostra Peso Peso Resistência ao

mais cápsula(g) cápsula(g) Amostra final(g) choque (%) 130,3 77,5 52,8 51,3

Tabela 3.02 – Resultado de ensaio de Tenacidade Treton – Primeira Amostra

MINISTÉRIO DA DEFESA INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE FORTIFICAÇÃO E CONSTRUÇÃO

Interessado: Operador: Amostra: Aluno Cálculo: Data:15/06/06 Visto:

DESGASTE DE AGREGADO POR ABRASÃO "LOS ANGELES"

Amostra Graduação Número Peso total da Peso total Amostra Desgaste da Amostra de Esferas Amostra seca após o ensaio (%)

1 B 12 5000 2425,5 51,5

Obs:

Tabela 3.03 – Resultado de ensaio de desgaste por abrasão Los Angeles – Primeira

Amostra

80

Sobre a primeira amostra foram realizados ensaios de resistência à abrasão Los

Angeles e ensaio de tenacidade de rocha Treton de forma a definir a qualidade do

material utilizado no experimento.

O parecer, segundo a equipe de Engenharia de Via Permanente da MRS, acerca

dos resultados obtidos nos ensaios das amostras colhidas é:

Conclusão: Apesar no material ser aprovado no ensaio granulométrico, o

desgaste determinado está maior que 50%. Para ABNT, o limite máximo

tolerável é de 40%. Um lastro de resistência ideal deve apresentar um desgaste

próximo a 25%. A amostra testada no Impacto Treton apresentou baixa

tenacidade, gerando desagregações e interferindo na distribuição granulométrica

pré-fixada para o lastro. O ideal seria que o peso da amostra retida na peneira

12 fosse de no mínimo 164,2 g incluindo o peso da cápsula, gerando um

percentual máximo de 20%.

Como pode-se observar, o lastro utilizado não tem boa qualidade, apesar de

que, para fins do experimento, a baixa resistência à abrasão e a baixa resistência ao

choque mostrada no ensaio de Trenton abreviam os resultados devido ao fato de o

lastro apresentar menor capacidade de suportar as cargas e, desta maneira,

apresentar a geração de finos mais rapidamente.

3.4.2 – SEGUNDO ENSAIO

A segunda amostragem (primeira a ser feita após o início do sopramento do

lastro) foi feita cerca de 1,5 meses após o início do processo de sopramento do

lastro.

As amostras foram retiradas em 16 de junho de 2006, foram identificadas como

N1-A, N1-B, S1-A e S1-B, e apresentaram os seguintes resultados nos ensaios de

granulometria.

81

MINISTÉRIO DO EXÉRCITO

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHAR IA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE FORTI FICAÇÃO E CONSTRUÇÃO

ANÁLISE GRANULOMÉTRICA PÔR PEN EIRAMENTO

OBRA: OPERADOR: VISTO: DATA: 02/08/06

AMOSTRA N1-A

Amostra Total Seca Umidade Higroscópica Resumo Granulometria (%) Amostra Total Cápsula N0

99 Pedregulho (>2,0mm) 96,77 Úmida (g) 15.000 Peso Cápsula No (g) 75,1 Areia Grossa Retido n0 10 (g) 14537,80 Cápsula e Solo Úmido (g) 230,01 4,8 - 2,0mm 0,15 Passando N0 10 Úmida (g) 462,20 Cápsula e Solo Seco (g) 229,77 Areia Média Água (g) Solo Seco (g) 154,67 2,0 - 0,42mm 0,47

0,72 Água (g) 0,24 Areia Fina Passando N0 10 Seca (g) 461,48 Umidade Higroscópica(%) 0,16 0,42 - 0,074mm 0,63 Amostra Total Silte+Argila(<0,074mm) 1,98 Seca (g) 14.999,2

8 Fator de Correção 0,9985 Total ........................ 100,00

PENEIRAMENTO

Material Retido % Que Passa da Peneiras

Peneiras Peso (g) % Amostra Total % Acumulada

Amostra Total (mm)

3 pol 0,00 0 0 100 76,2 2 pol 1619,00 11 11 89 50,8

1 1/2 pol 5453,00 36 47 53 38,1 1 pol 5386,00 36 83 17 25,4

3/4 pol 1350,00 9 92 8 19,1 3/8 pol 634,00 4 96 4 9,5

N0 4 73,40 0 97 3 4,8 N0 10 22,40 0 97 3 2,0 N0 16 8,20 0 97 3 1,2 N0 30 23,60 0 97 3 0,6 N0 40 39,30 0 97 3 0,42 N0 50 47,80 0 98 2 0,30

N0 100 39,60 0 98 2 0,15 N0 200 6,70 0 98 2 0,074

Tabela 3.04 – Tabela resultado de ensaio de Granulometria – Amostra N1-A

82





AMOSTRA N1-B

Amostra Total Seca Umidade Higroscópica Resumo Granulometria

(%) Amostra Total Cápsula N0




PENEIRAMENTO

Material Retido % Que Passa da Peneiras Peneiras Peso (g) % Amostra Total %

Acumulada Amostra Total (mm)

3 pol 0,00 0 0 100 76,2 2 pol 2175,00 15 15 85 50,8

1 1/2 pol 5018,00 33 48 52 38,1 1 pol 4963,00 33 81 19 25,4

3/4 pol 710,00 5 86 14 19,1 3/8 pol 876,00 6 92 8 9,5

N0 4 293,30 2 94 6 4,8 N0 10 146,60 1 95 5 2,0 N0 16 71,40 0 95 5 1,2 N0 30 168,90 1 96 4 0,6 N0 40 219,50 1 98 2 0,42 N0 50 148,70 1 99 1 0,30

N0 100 164,10 1 100 0 0,15 N0 200 38,60 0 100 0 0,074

Tabela 3.05 – Tabela resultado de ensaio de Granulometria – Amostra N1-B

83





AMOSTRA S1-A






PENEIRAMENTO



3 pol 0,00 0 0 100 76,2 2 pol 3046,00 20 20 80 50,8

1 1/2 pol 6530,00 44 64 36 38,1 1 pol 2925,00 20 83 17 25,4

3/4 pol 981,00 7 90 10 19,1 3/8 pol 903,00 6 96 4 9,5

N0 4 163,70 1 97 3 4,8 N0 10 40,10 0 97 3 2,0 N0 16 24,30 0 97 3 1,2 N0 30 71,90 0 98 2 0,6 N0 40 73,50 0 98 2 0,42 N0 50 97,50 1 99 1 0,30

N0 100 117,10 1 100 0 0,15 N0 200 26,80 0 100 0 0,074

Tabela 3.06 – Tabela resultado de ensaio de Granulometria – Amostra S1-A

84





AMOSTRA S1-B




9,60 Água (g) 4,39 Areia Fina Passando N0 10 Seca (g) 198,00 Umidade Higroscópica(%) 4,85 0,42 - 0,074mm 0,80 Amostra Total Silte+Argila(<0,074mm) -0,07 Seca (g) 14.990,4


PENEIRAMENTO



3 pol 0,00 0 0 100 76,2 2 pol 4687,00 31 31 69 50,8

1 1/2 pol 6121,00 41 72 28 38,1 1 pol 3251,00 22 94 6 25,4

3/4 pol 308,00 2 96 4 19,1 3/8 pol 319,00 2 98 2 9,5

N0 4 65,90 0 98 2 4,8 N0 10 40,50 0 99 1 2,0 N0 16 22,40 0 99 1 1,2 N0 30 43,00 0 99 1 0,6 N0 40 23,40 0 99 1 0,42 N0 50 24,50 0 99 1 0,30

N0 100 69,20 0 100 0 0,15 N0 200 26,00 0 100 0 0,074

Tabela 3.07 – Tabela resultado de ensaio de Granulometria – Amostra S1-B

85

Gráfico 3.01 – Gráfico resultado de ensaio de Granulometria – Amostra N1-A

Gráfico 3.02 – Gráfico resultado de ensaio de Granulometria – Amostra N1-B

0

20

40

60

80

100

120

0,01 0,1 1 10 100

ABERTURA DAS PENEIRAS (mm)

% Q

UE

PA

SS

A D

A A

MO

ST

RA

TO

TA

L

0

20

40

60

80

100

120

0,01 0,1 1 10 100


% Q

UE

PA

SS

A D

A A

MO

ST

RA

TO

TA

L

86

Gráfico 3.03 – Gráfico resultado de ensaio de Granulometria – Amostra S1-A

Gráfico 3.04 – Gráfico resultado de ensaio de Granulometria – Amostra S1-B

0

20

40

60

80

100

120

0,01 0,1 1 10 100


% Q

UE

PA

SS

A D

A A

MO

ST

RA

TO

TA

L

-20

0

20

40

60

80

100

120

0,01 0,1 1 10 100


% Q

UE

PA

SS

A D

A A

MO

ST

RA

TO

TA

L

87

3.4.3 – TERCEIRO ENSAIO

A terceira amostragem (segunda a ser feita após o início do sopramento do

lastro) foi feita cerca de 2,5 meses após o início do processo de sopramento do

lastro. As amostras foram retiradas em 14 de julho de 2006, foram identificadas

como N2-A, N2-B, S2-A e S2-B, e apresentaram os seguintes resultados nos

ensaios de granulometria.


INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE FORTIFICAÇÃO E CONSTR UÇÃO


INTERESSADO:

MRS DATA:20/09/06

REGISTRO: VISTO: AMOSTRA: N2-A OPERADOR: Sgt Mozeika


Número


2 1/2" 64 0,0 0,0 0,0 2" 50 738,6 4,9 4,9 1 1/2" 38 6216,0 41,4 46,4 1" 25 4543,0 30,3 76,7 3/4" 19 1173,1 7,8 84,5 1/2" 12,5 674,5 4,5 89,0 3/8" 9,5 411,9 2,7 91,7 1/4" 6,3 217,4 1,4 93,2 4 4,8 87,3 0,6 93,7 8 2,4 111,4 0,7 94,5 16 1,2 69,4 0,5 95,0 30 0,6 158,9 1,1 96,0 50 0,3 201,9 1,3 97,4 100 0,15 257,4 1,7 99,1 200 0,074 66,0 0,4 99,5 Prato 73,2 0,5 Total 15000,0 100 Dimensão Máxima Caracteristica(mm)

12,5


Tabela 3.08 – Tabela resultado de ensaio de Granulometria – Amostra N2-A

88




INTERESSADO:

MRS DATA:20/09/06

REGISTRO: VISTO: AMOSTRA: N2-B OPERADOR: Sgt Mozeika


Número



12,5


Tabela 3.09 – Tabela resultado de ensaio de Granulometria – Amostra N2-B

89




INTERESSADO:

MRS DATA:20/09/06

REGISTRO: VISTO: AMOSTRA: S2-A OPERADOR: Sgt Mozeika


Número



12,5


Tabela 3.10 – Tabela resultado de ensaio de Granulometria – S2-A

90




INTERESSADO:

MRS DATA:20/09/06

REGISTRO: VISTO: AMOSTRA: S2-B OPERADOR: Sgt Mozeika


Número



19


Tabela 3.11 – Tabela resultado de ensaio de Granulometria – S2-B

91



CURVA GRANULOMÉTRICA (PORCENTAGEM ACUMULADA)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS (mm)

% A

CU

MU

LAD

A

100

90

70

50

30

40

80


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100


% A

CU

MU

LAD

A100

90

70

50

30

40

80

92




0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100


% A

CU

MU

LAD

A

100

90

70

50

30

40

80


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100


% A

CU

MU

LAD

A100

90

70

50

30

40

80

93

3.4.4 – QUARTO ENSAIO

A quarta amostragem (terceira a ser feita após o início do sopramento do lastro)

foi feita cerca de 4,5 meses após o início do processo de sopramento do lastro. As

amostras foram retiradas em 13 de setembro de 2006, foram identificadas como N3-

A, N3-B, S3-A e S3-B, e apresentaram os seguintes resultados nos ensaios de

granulometria.




INTERESSADO:

MRS DATA:20/09/06

REGISTRO: VISTO: AMOSTRA: N3-A OPERADOR: Sgt Mozeika


Número



12,5


Tabela 3.12 – Tabela resultado de ensaio de Granulometria – N3-A

94




INTERESSADO:

MRS DATA:20/09/06

REGISTRO: VISTO: AMOSTRA: N3-B OPERADOR: Sgt Mozeika


Número



12,5


Tabela 3.13 – Tabela resultado de ensaio de Granulometria – N3-B

95




INTERESSADO:

MRS DATA:20/09/06

REGISTRO: VISTO: AMOSTRA: S3-A OPERADOR: Sgt Mozeika


Número



12,5


Tabela 3.14 – Tabela resultado de ensaio de Granulometria – S3-A

96




INTERESSADO:

MRS DATA:20/09/06

REGISTRO: VISTO: AMOSTRA: S3-B OPERADOR: Sgt Mozeika


Número



19


Tabela 3.15 – Tabela resultado de ensaio de Granulometria – S3-B

97




0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100


% A

CU

MU

LAD

A

100

90

70

50

30

40

80


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100


% A

CU

MU

LAD

A

10090

70

50

30

40

80

98




0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100


% A

CU

MU

LAD

A

100

90

70

50

30

40

80


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100


% A

CU

MU

LAD

A

100

90

70

50

30

40

80

99

3.5 – ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS

Após todos os ensaios realizados, o soprador de lastro não foi ainda desligado. As

conclusões acerca da eficácia, ou não, da utilização do ar comprimido como elemento para

manutenção e limpeza de lastro, não podem ser consideradas definitivas, visto que o tempo

de sopramento foi considerado reduzido para garantia de uma conclusão definitiva sobre o

processo.

Para avaliação da contaminação granulométrica, SELIG e WATERS (apud MUNIZ,

2002) apresentam o “fouling index”, 1F , índice de contaminação do lastro, expresso por:

20041 PPF +=

onde 4P e 200P são as porcentagens em pesos passantes, respectivamente, nas

peneiras #4 e #200. Sugerem, ainda, a seguinte classificação, apresentada na tabela 3.16,

abaixo:

1F < 1 Lastro limpo

1 < 1F < 10 Lastro razoavelmente limpo

10 < 1F < 20 Lastro moderadamente limpo

20 < 1F < 40 Lastro contaminado

1F > 40 Lastro altamente contaminado

Tabela 3.16 – Classificação do lastro quanto a contaminação (MUNIZ, 2002)

Para as amostras ensaiadas, a classificação segundo o critério definido na tabela 3.16

aparece conforme a seguir:

100

Ensaio Amostra não soprada entre

dormentes

Amostra não soprada sob

dormente

Amostra soprada entre dormentes

Amostra soprada sob dormente

1 5231 =+=F 6261 =+=F 3031 =+=F 2021 =+=F

2 8,65,03,61 =+=F 7,307,31 =+=F 1,42,09,31 =+=F 1,22,09,11 =+=F

3 7,34,03,31 =+=F 66,04,51 =+=F 7,34,03,31 =+=F 8,108,11 =+=F

Todas as amostras ensaiadas ficaram classificadas como LASTRO RAZOAVELMENTE

LIMPO (1 < 1F < 10) segundo os critérios da tabela 3.16, mas, verifica-se na tabela

resultado acima, um índice ligeiramente melhor para as amostras de lastro soprado em

relação às amostras de lastro não soprado.

Nas tabelas seguintes, foram tomadas 3 malhas de peneiras diferentes e montadas as

tabelas comparativas entra as amostras de lastro não soprado entre dormentes, não

soprado abaixo do dormente, soprado entre dormentes e soprado abaixo do dormente.

Foram calculadas, ainda, para cada malha, a média para amostras sopradas e não

sopradas. Os resultados são mostrados a seguir.

Tomando por base a peneira de ¾” (19 mm), temos a seguinte tabela de percentual de

material passante:

NÃO SOPRADA SOPRADA

Ensaio Entre dormentes

Sob dormente

Média Entre dormentes

Sob domente

Média

1 8,0 % 14,0 % 11,0 % 10,0 % 4,0 % 7,0 %

2 7,5 % 9,4 % 8,45 % 12,4 % 4,3 % 8,35 %

3 10,2 % 14,0 % 12,1 % 9,9 % 4,5 % 7,2 %

Tabela 3.17 – Tabela comparativa – Percentual de material passante – Peneira de

19 mm

101

Tomando por base a peneira Nr.16 (1,2 mm), temos a seguinte tabela de percentual de

material passante:



Sob dormente


Sob domente

Média

1 3,0 % 5,0 % 4,0 % 3,0 % 1,0 % 2,0 %

2 5,0 % 3,1 % 4,05 % 3,3 % 1,7 % 2,5 %

3 2,8 % 4,1 % 3,45 % 2,9 % 1,6 % 2,25 %


1,2 mm

Tomando por base a peneira Nr.30 (0,6 mm), temos a seguinte tabela de percentual de

material passante:



Sob dormente


Sob domente

Média

1 3,0 % 4,0 % 3,5 % 2,0 % 1,0 % 1,5 %

2 4,0 % 2,5 % 3,25 % 2,3 % 1,5 % 1,9 %

3 2,4 % 2,9 % 2,65 % 2,3 % 1,4 % 1,85 %


0,6 mm

102

Os gráficos comparativos dos resultados encontrados nos ensaios podem ser vistos a

seguir:

Gráfico 3.13 – Gráfico comparativo de resultados – Peneira de 19 mm

Gráfico 3.14 – Gráfico comparativo de resultados – Peneira de 1,2 mm

Gráfico Comprarativo - Peneira de 19 mm

0

2

4

6

8

10

12

14

Per

cent

ual P

assa

nte

Soprado 7 8,35 7,2

Não Soprado 11 8,45 12,1

Ensaio 1 Ensaio 2 Ensaio 3

Gráfico Comparativo - Peneira de 1,2 mm

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

Per

cent

ual P

assa

nte

Soprado 2 2,5 2,25

Não Soprado 4 4,05 3,45


103

Gráfico 3.15 – Gráfico comparativo de resultados – Peneira de 0,6 mm

Os resultados obtidos indicam sempre uma redução de material fino existente nas

amostras de materiais retirados no trecho de lastro soprado, seja entre dormentes, seja sob

dormentes.

Gráfico Comparativo - Peneira de 0,6 mm

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4P

erce

ntua

l Pas

sant

e

Soprado 1,5 1,9 1,85

Não Soprado 3,5 3,25 2,65


104

4 – CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS

4.1 – CONCLUSÕES

Concluí-se, deste trabalho, que a possibilidade de utilizar ar comprimido para realizar

manutenção e limpeza de lastro ferroviário pode ser viável e deve apresentar resultados de

melhoria do lastro no tocante a acumulação de finos, tendo como conseqüência o aumento

dos períodos entre desguarnecimentos do lastro.

Conclusão importante também deste trabalho é a necessidade de melhorar o processo

de aquisição, acomodação em vagões e transporte da pedra britada com o objetivo de

reduzir a existência de finos já na origem do material. A quantidade verificada de finos no

material aplicado na via no local dos experimentos é, realmente, preocupante e, qualquer

processo ou método para redução de finos no lastro somente terá aplicabilidade a partir do

momento em que o lastro aplicado inicialmente for de melhor qualidade e com menor

quantidade de finos.

4.2 – SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS

A partir dos resultados e conclusões obtidos deste trabalho, sugere-se a realização dos

seguintes trabalhos, como complementação:

1. Verificação da viabilidade, econômica e financeira de utilização de ar comprimido de

locomotivas para realizar limpeza de lastro;

2. Medição da redução efetiva de finos a partir da aplicação do método de sopramento

do lastro

3. Comparativo de redução de custos de manutenção de lastro a partir da aplicação do

método de sopramento do lastro

105

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

� Spada, Jorge Luís Goudene (2003) – “UMA ABORDAGEM DE MECÂNICA DOS

PAVIMENTOS APLICADA AO ENTENDIMENTO DO MECANISMO DE

COMPORTAMENTEO TENSÃO-DEFORMAÇÃO DA VIA FÉRREA” – Tese

Doutorado - COPPE/UFRJ

� Muniz da Silva, Luiz Francisco (2002) – “FUNDAMENTOS TEÓRICO-

EXPERIMENTAIS DA MECÂNICA DOS PAVIMENTOS FERROVIÁRIOS E

ESBOÇO DE UM SISTEMA DE GERÊNCIA APLICADO À MANUTENÇÃO DA

VIA PERMANENTE” – Tese de Doutorado – COPPE/UFRJ

� Western-Cullen-Hayes, inc. (1990) - 3590 or 3593 Crossing Gate Mechanisms –

Service and Installation Manual

Documents

MINISTÉRIO DA DEFESA IME - INSTITUTO MILITAR DE …transportes.ime.eb.br/etfc/monografias/MON023.pdf · 2018. 3. 14. · 10 LISTA DE TABELAS TAB.3.01 Resultado de Ensaio de Granulometria