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Análise de modos de falha, efeitos e criticidade de um
aparelho de mudança de via (AMV) – Determinação do
risco de inoperacionalidade de um AMV
Luis Filipe Pereira Pinhão
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Mecânica
Orientadores: Prof. Virgínia Isabel Monteiro Nabais Infante
Prof. Jorge Alberto Cadete Ambrósio
Júri
Presidente: Prof. Luis Filipe Galrão dos Reis
Orientador: Prof. Virgínia Isabel Monteiro Nabais Infante
Vogal: Prof. António Ramos Andrade
Outubro 2017
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“Só é vencido quem desiste de lutar”
Francisco de Almeida Salgado Zenha
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Agradecimentos
À professora Virgínia Infante por me ter dado a oportunidade de desenvolver este projeto sob a sua
orientação, por ter acreditado em mim e por todo o apoio e compreensão ao longo desta jornada.
Ao professor Jorge Ambrósio por toda a compreensão e paciência que teve para comigo, e pelo auxílio
prestado no desenvolvimento deste trabalho.
Ao Engenheiro André Ferreira dos Santos, pelas longas horas de trabalho que possibilitaram a
realização deste projeto, pela paciência e empenho que me dedicou, pela motivação e incentivo.
Ao Engenheiro João Caldeira pela sua disponibilidade que me possibilitou aprender tudo sobre
aparelhos de mudança de via e a sua manutenção, por partilhar a sua preciosa experiência em
engenharia mecânica.
Aos meus pais que sempre me apoiaram e incentivaram a nunca desistir, a querer ser mais e melhor.
Obrigado pela paciência que tiveram ao longo da minha vida académica, por fazerem com que fosse
possível realizar esta jornada. Obrigado por todo o carinho em momentos mais difíceis e por
acreditarem em mim. Obrigado por nunca me terem abandonado e por sempre terem estado ao meu
lado.
À minha irmã por todos os momentos de cumplicidade ao longo dos anos, por todos os conselhos
preciosos, por sempre estar disposta a ajudar. Obrigado por seres o meu ídolo, o meu exemplo a seguir.
À Andreia Soares, que sem a sua motivação este projeto não estaria concluído. Pelo carinho e amor,
pela motivação e por ter abdicado de alguns momentos para ficar a meu lado. Obrigado melhor amiga,
namorada e companheira de vida.
Ao meu chefe, Marco Ferreira, por ter acreditado no meu potencial e no meu valor mesmo antes da
conclusão deste trabalho.
Aos meus colegas Daniel, Micael, Miguel e Diogo pela companhia nas longas noites de trabalho, pela
paciência para ouvir os meus lamentos, pela ajuda que necessitei. Obrigado amigos e colegas.
Ao “12” por serem quem são, por serem companheiros de vida, por lutarem comigo e pela compreensão
nos momentos mais difíceis.
Aos meus amigos de Monção e Valença que nunca me deixaram desistir, que sempre me motivaram
para conseguir os meus objetivos, pelo carinho que só eles me sabem dar.
vi
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Resumo
O mercado dos transportes está cada vez mais competitivo e exigente, procurando métodos
para garantir uma maior disponibilidade e segurança dos sistemas. Acontecimentos como os que
ocorrerão no passado, não são toleráveis, como descarrilamentos provocados por ações de
manutenção pouco eficazes. No entanto não é eficiente alocar recursos permanentes para garantir que
os sistemas se mantenham disponíveis e seguros.
Neste trabalho desenvolveu-se uma metodologia capaz de identificar e quantificar o risco de
inoperacionalidade de um aparelho de mudança de via. Risco que está associado a potenciais modos
de falha. Esta análise tem como base os princípios de uma metodologia que avalia a fiabilidade,
disponibilidade, manutibilidade e segurança, designada por RAMS. É com estes princípios em mente
que o presente trabalho é realizado. Este começa por apresentar uma descrição da importância do
sector ferroviário e da interação dos seus agentes constituintes. Seguidamente, é feita uma análise de
todos os princípios da análise RAMS, de modo a entender a sua interação e interdependência. Foi
então definida a metodologia que iria ser utilizada no estudo, o failure modes, effects and criticality
analysis (FMECA), onde foram identificados os potenciais modos de falha capazes de causar a
inoperacionalidade do aparelho de mudança de via, assim como os fatores utilizados na quantificação
desse risco.
Com base nos resultados obtidos, concluiu-se sobre os modos de falha onde deveria existir
maior predominância de ações de manutenção, tanto preventiva como corretiva. Foram ainda feitas
algumas sugestões de melhorias para que o estudo possa ganhar mais força e relevância.
Palavras-chave: Via-férrea, Aparelhos de Mudança de Via, RAMS, FMECA e Modos de Falha.
viii
ix
Abstract
The transport market is increasingly competitive and demanding, looking for methods to ensure
greater availability and security of the systems. Events such as those that will occur in the past are not
tolerable, such as derailments caused by ineffective maintenance actions. However, it’s not efficient to
allocate permanent resources to ensure that systems remain available and secure.
In this work, a methodology was developed capable of identifying and quantifying the risk of
inoperability of a switch & crossing. Risk that is associated with potential failure modes. This analysis is
based on the principles of a methodology that evaluates the reliability, availability, maintainability and
safety, known as RAMS. It’s with these principles in mind that the present work is carried out. It begins
with a description of the importance of the railway sector and the interaction of its main agents. Next, an
analysis of all the principles of the RAMS analysis is done, in order to understand their interaction and
interdependence. It was then defined the methodology that would be used in the study, failure modes,
effects and criticality analysis (FMECA), where were identified the potential failure modes capable of
causing the inoperability of a switch & crossing, as well as the factors used in the quantification of this
risk.
Based on the results obtained, conclusions were drawn about the failure modes where there
should be a greater predominance of preventive and corrective maintenance actions. Some suggestions
for improvements were made so that the study could gain more strength and relevance.
Keywords: Railway, Turnouts, RAMS, FMECA and Failure Modes
x
xi
Índice
Agradecimentos ........................................................................................................................................v
Resumo .................................................................................................................................................. vii
Abstract.................................................................................................................................................... ix
Lista de Acrónimos ................................................................................................................................ xiii
Índice de Figuras .................................................................................................................................... xv
Índice de Quadros ................................................................................................................................. xix
1. Introdução ........................................................................................................................................ 1
1.1. Motivação .................................................................................................................................... 1
1.2. Objetivos ...................................................................................................................................... 2
1.3. Estrutura da dissertação .............................................................................................................. 2
2. A Ferrovia e os seus agentes constituintes ..................................................................................... 3
2.1. A Via-Férrea ................................................................................................................................ 3
2.1.1. Principais componentes .......................................................................................................... 4
2.1.2. Características geométricas .................................................................................................... 8
2.2. Veículos Ferroviários ................................................................................................................. 12
2.2.1. Contacto Roda/Carril ............................................................................................................. 14
2.3. Aparelhos de mudança de via ................................................................................................... 16
2.3.1. Grade de agulhas .................................................................................................................. 17
2.3.2. Grade intermédia ................................................................................................................... 18
2.3.3. Grade da cróssima ................................................................................................................ 19
2.3.4. Inspeção de aparelhos de mudança de via ........................................................................... 22
3. Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS) ........................................................... 29
xii
3.1. Evolução Histórica e objetivos................................................................................................... 29
3.1.1. Fiabilidade ............................................................................................................................. 31
3.1.2. Disponibilidade ...................................................................................................................... 33
3.1.3. Manutibilidade........................................................................................................................ 34
3.1.4. Segurança ............................................................................................................................. 35
3.2. O Ciclo RAMS............................................................................................................................ 36
3.3. RAMS em aplicações Ferroviárias ............................................................................................ 39
3.3.1. Elementos do RAMS em aplicações Ferroviárias ................................................................. 39
3.4. Métodos e técnicas para a implementação RAMS ................................................................... 42
3.4.1.1. Diagramas causa-efeito ..................................................................................................... 42
3.4.1.2. Failure Modes, Effects and Critically Analysis (FMECA)................................................... 43
3.4.1.3. Análise de risco ................................................................................................................. 45
4. Caso de estudo ............................................................................................................................. 49
4.1. Metodologia ............................................................................................................................... 49
4.2. Identificação e descrição dos potenciais modos de falha ......................................................... 50
4.3. FMECA ...................................................................................................................................... 53
4.4. Resultados Obtidos ................................................................................................................... 58
5. Conclusões e Propostas de trabalhos futuros ............................................................................... 63
5.1. Conclusões ................................................................................................................................ 63
5.2. Limitações deste trabalho .......................................................................................................... 64
5.3. Propostas de trabalhos futuros.................................................................................................. 65
6. Referências bibliográficas ............................................................................................................. 67
7. Anexos ........................................................................................................................................... 73
xiii
Lista de Acrónimos
RAMS Reliability, Availability, Maintainability and Safety
FMECA Failure modes, Effects and Criticality Analisys
AMV Aparelho de mudança de via
AV Aparelho de via
JIN Juntas isolantes normais
JIC Juntas Isolantes coladas
TGV Train à Grande Vitesse
RCF Rolling Contact Fatigue
MVS Aparelhos de mudança de via simples
MVD Aparelhos de mudança de via duplos
TJS Aparelhos transversais de junção simples
TJD Aparelhos transversais de junção dupla
COM Aparelhos de comunicação
ATO Aparelhos de atravessamento oblíquo
RFN Rede ferroviária nacional
PRL Ponta Real da Lança
IP Infraestruturas de Portugal
MQT Mapa de Quantidades de Trabalho
AGREE Advisory Group on the Reliability of Electronic Equipment
NASA National Aeronautics and Space Administration
CENELEC Comité Europeu de Normalização Eletrotécnica
MTBF Mean time between failures
MTTF Mean time to failure
MCBF Mean cycles between Failures
MDBF Mean distance between Failures
MTTR Mean time to Repair
MWT Mean Waiting Time
MDT Mean Down Time
MCDT Mean Corrective Downtime
MPDT Mean Preventive Downtime
DFR Distribuição da Frequência de Ocorrência Relativa
PO Probabilidade de ocorrência
S/C Severidade/Consequência
D Detetabilidade
RPN Risk Priority Number
xiv
xv
Índice de Figuras
Figura 1 - Estruturas da via-férrea (adaptado de [3]) .............................................................................. 3
Figura 2 - Perfil de um carril do tipo Vignole (adaptado de [4])............................................................... 4
Figura 3 - Fixação do tipo Vossloh (adaptado de [1]) ............................................................................. 5
Figura 4 - Junta isolante colada (JIC) [6] ................................................................................................ 6
Figura 5 - Distribuição da carga pelas travessas (adaptado de [7]) ....................................................... 6
Figura 6 - Funções dos aparelhos de via (AV) [8]: (a) Mudança de direção; (b) Expansão/redução
de via; (c) Mudança de via; (d) Atravessamento de via ..................................................... 8
Figura 7 – Bitola (B) [9] ............................................................................................................................ 9
Figura 8 - Diferentes Bitolas na Europa [10] ........................................................................................... 9
Figura 9 - Nivelamento longitudinal [9] .................................................................................................. 10
Figura 10 - Nivelamento transversal ou escala (adaptado de [9]) ........................................................ 10
Figura 11 – Alinhamento (adaptado de [9]) ........................................................................................... 11
Figura 12 - Empeno [12] ........................................................................................................................ 11
Figura 13 - "Shinkansen" [14] ................................................................................................................ 13
Figura 14 - " Train à Grande Vitesse" (TGV) [15].................................................................................. 13
Figura 15 - Efeito Lacete [9] .................................................................................................................. 15
Figura 16 - Contacto roda/carril (adaptado de [17]): (a) geometria da interface roda/carril; (b)
exemplo de roda e carril e operação ................................................................................ 15
Figura 17 - Componentes dos Aparelhos de Via (AV) [13] ................................................................... 16
Figura 18 – Aparelhos de mudança de via: (a) aparelho de mudança de via simples (MVS); (b)
aparelhos transversais de junção dupla (TJD) (adaptado de [1]) ..................................... 17
Figura 19 - Grade de Agulhas (adaptado de [13]) ................................................................................ 18
Figura 20 - Grade Intermédia (adaptado de [13]) ................................................................................. 19
Figura 21 - Grade da Cróssima (adaptado de [13]) .............................................................................. 20
xvi
Figura 22 - Funcionamento da Cróssima [13] ....................................................................................... 20
Figura 23 - Funcionamento da cróssima/contra carril (Corte) [13] ....................................................... 21
Figura 24 - Cróssima de bico móvel ...................................................................................................... 21
Figura 25 - Equipa de inspeção a executar medições [21] ................................................................... 22
Figura 26 - Cota de proteção do bico da cróssima ............................................................................... 23
Figura 27 - Cota de passagem livre do rodado na grade da agulha ..................................................... 23
Figura 28 - Cota de passagem livre do rodado na entrada do contra carril .......................................... 24
Figura 29 - Folga no encosto da lança aos batentes ............................................................................ 24
Figura 30 - Inserção na Ponta Real da Lança (PRL) ............................................................................ 24
Figura 31 - Desgaste lança/Contra – Lança.......................................................................................... 25
Figura 32 - Desgaste do contra carril .................................................................................................... 25
Figura 33 - Ficha de inspeção utilizada pela Infraestruturas de Portugal (IP) [21] ............................... 26
Figura 34 - Procedimento de análise e reparação de falhas em aparelhos de via em Portugal
(adaptado de [21]) ............................................................................................................. 27
Figura 35 - Curva da Banheira (adaptado de [27]) ............................................................................... 32
Figura 36 - Tempos médio (adaptado de [30]) ...................................................................................... 34
Figura 37 - Ciclo RAMS (adaptado de [24]) .......................................................................................... 37
Figura 38 - Ciclo de vida de um sistema em "V" [33] ............................................................................ 38
Figura 39 - Qualidade do serviço de um sistema ferroviário [33].......................................................... 40
Figura 40 - Efeitos de avarias dentro sistema [33] ................................................................................ 41
Figura 41 - Probabilidade de ocorrência num determinado intervalo ou região segundo Stamatis
[38] .................................................................................................................................... 44
Figura 42 - Probabilidade de ocorrência segundo Hassankiadeh [40] ................................................. 45
Figura 43 - Matriz de risco [33] .............................................................................................................. 47
Figura 44 – Distribuição da frequência relativa (DFR) dos modos de falha detetados em 2016 ......... 53
xvii
Figura 45 - Análise multicritério da Severidade/Consequência ............................................................ 54
xviii
xix
Índice de Quadros
Quadro 1 - Número de aparelhos de via de cada tipo existente na rede ferroviária nacional .............. 22
Quadro 2 - Probabilidade de ocorrência de uma situação potencialmente perigosa [33] .................... 46
Quadro 3 - Consequência de uma situação potencialmente perigosa [33] .......................................... 46
Quadro 4 - Categorias qualitativas do risco [33] ................................................................................... 47
Quadro 5 - Potenciais modos de falha identificados ............................................................................. 51
Quadro 6 - Potenciais modos de falha críticos e suas causas e consequências ................................. 52
Quadro 7 - Quantificação da probabilidade de ocorrência.................................................................... 54
Quadro 8 - Matriz de pontuação - tempo de reparação (disponibilidade) ............................................. 55
Quadro 9 - Matriz de pontuação - custos de reparação (disponibilidade) ............................................ 55
Quadro 10 - Matriz de pontuação - interdependência entre modos de falha (Qualidade) .................... 56
Quadro 11 - Matriz de pontuação - importância das características do AMV (Segurança) .................. 56
Quadro 12 - Matriz de pontuação - Estado atual da característica (Valor medido) (Segurança) ......... 57
Quadro 13 - Critério de Risco ................................................................................................................ 58
Quadro 14 - Quantificação da probabilidade de ocorrência.................................................................. 59
Quadro 15 - Quantificação do tempo de reparação e do custo de reparação ...................................... 59
Quadro 16 - Quantificação da interdependência entre modos de falha ............................................... 60
Quadro 17 - Quantificação da criticidade a nível da probabilidade de descarrilamento ....................... 60
Quadro 18 - Risco de inoperacionalidade com resultados do parâmetro “estado atual da
característica” mínimo ....................................................................................................... 61
Quadro 19 - Risco de inoperacionalidade com resultados do parâmetro “estado atual da
característica” máximo ...................................................................................................... 61
1
1. Introdução
Apresentam-se neste capítulo breves noções que darão a entender o conteúdo desta
dissertação. Nesse sentido, a informação fornecida divide-se em três partes. A motivação que deu
origem a esta dissertação e algumas informações do domínio abordado, os objetivos propostos
alcançar e toda a estrutura da presente dissertação.
1.1. Motivação
Com a invenção da locomotiva a vapor e a utilização dos carris em ferro, no Reino Unido, no
início do seculo XIX, e implementado em Portugal, mais tarde nesse século, os caminhos-de-ferro
começaram a dominar e revolucionar o modo de como se efetuava o transporte de mercadorias e
passageiros. Apesar deste modo de transporte ser capaz de transportar grandes quantidades de
mercadorias e passageiros a grandes velocidades, este possui uma característica limitadora. O facto
de os comboios serem guiados por carris, caminhos-de-ferro, torna o meio de transporte limitado com
apenas um grau de liberdade, movimentarem-se longitudinalmente. Foi então necessário criar um
modo destes mudarem de direção mais facilmente e defender a vantagem geográfica que a via-férrea
possui em relação as estradas e outras vias de transporte, sendo que a via-férrea ocupa menos espaço
relativo e absoluto para realizar o transporte da mesma quantidade de mercadorias e passageiros,
surgindo então, já desde o início dos caminhos-de-ferro, o aparelho de mudança de via. Sem estes
equipamentos este meio de transporte não seria viável, uma vez que, cada comboio teria de estar
atribuído a uma via, não podendo o mesmo mudar de via e não sendo possível mudar a trajetória do
comboio para onde este fosse necessário ao longo da vasta rede ferroviária existente tanto em
Portugal, como no resto dos países.
Sendo este componente da via não só um dos mais importantes mas também dos mais
complexos, é necessário garantir que este está disponível o máximo de tempo possível, reduzindo
avarias que impossibilitem o seu funcionamento. Eventos devido aos quais o equipamento de mudança
de via se torna inoperável, causando vários transtornos a nível operacional e podendo ter
consequências catastróficas para os seus utilizadores, não só devido a atrasos ou redução de
velocidade mas também, no limite, ao potencial descarrilamento dos veículos.
A importância deste componente está bem patente com o acontecimento do dia 15 de Janeiro
de 2014 em Hilversum, onde devido a uma falha num aparelho de mudança via um comboio descarrilou
causando danos graves na via, causando um enorme transtorno a nível operacional, financeiro, e
felizmente, sem consequências catastróficas para os seus utilizadores. Assim, a monitorização
contínua destes equipamentos de mudança de via torna-se vital para evitar situações como a descrita
anteriormente. Uma forma de utilizar os dados provenientes da monitorização é enumerar os potenciais
modos de falha e classificá-los quanto à sua severidade, de forma a conseguir atuar sobre os mesmos
e conseguir mitigar a sua consequência.
2
1.2. Objetivos
O presente trabalho é dedicado ao desenvolvimento de uma ferramenta, para auxiliar a tomada
de decisões do ponto de vista de manutenção dos equipamentos de mudança de via da rede ferroviária
nacional. O desenvolvimento desta é baseado num método de gestão, que visa assegurar a fiabilidade,
disponibilidade, manutibilidade e segurança (RAMS) dos sistemas ferroviários. Deste modo os objetivos
do presente trabalho são:
Fornecer uma revisão da literatura acerca dos sistemas ferroviários, com especial
atenção para os aparelhos de mudança de via;
Estudar o método de análise RAMS;
Analisar, identificar e elaborar uma lista dos potenciais modos de falha em aparelhos
de via;
Analisar e estabelecer os parâmetros de quantificação dos potenciais modos de falha;
Estabelecer os graus de risco de inoperacionalidade dos modos de falha e as ações
associadas a cada grau.
A ferramenta de apoio à manutenção de equipamentos de mudança de via permite atribuir um
grau de criticidade a cada um dos equipamentos existentes. Este grau é definido numa escala que vai
do verde, onde é necessário a realização de ações corretivas assim que possível, ao vermelho,
impondo limitação de velocidade ou interdição de circulação e realizar ações corretivas.
1.3. Estrutura da dissertação
Este primeiro capítulo apresentou a motivação, objetivos e estrutura da presente dissertação.
No segundo capítulo desta tese faz-se uma apresentação dos sistemas ferroviários: a via, os veículos
ferroviários circulantes e os aparelhos de mudança de via. São descritos os principais componentes da
via, assim como as suas principais características geométricas. Efetua-se uma introdução acerca da
interação roda/carril para melhor compreender a dinâmica ferroviária. Por fim, executa-se uma
descrição do funcionamento dos aparelhos de mudança de via, da sua composição estrutural e sobre
como efetuar monitorização dos seus principais parâmetros. No terceiro capítulo, é apresentada a
metodologia RAMS (Reliability, Availability, Maintainability and Safety). Realiza-se uma análise histórica
e uma descrição sobre cada um dos 4 elementos do RAMS. Posteriormente, procede-se à análise da
metodologia de análise RAMS nas aplicações ferroviárias, dos elementos que influenciam este sector
e dos vários métodos e técnicas utilizados para a sua implementação. No quarto capítulo, é descrita a
metodologia utilizada no estudo. É ainda feita uma enumeração e decomposição dos modos de falha
considerados na análise que depois são utilizados no FMECA (Failure modes, Effects and Criticality
Analisys). No quinto capítulo, apresentam-se as conclusões do estudo efetuado e algumas indicações
de trabalhos futuros para que este estudo possa ser continuado e aprofundado.
3
2. A Ferrovia e os seus agentes constituintes
Neste capítulo apresentam-se aplicações ferroviárias selecionadas em termos dos seus
componentes e principais caraterísticas, dá-se ainda, uma especial atenção aos aparelhos de mudança
de via (AMV) e à sua monitorização. É ainda elaborada uma breve abordagem à interação roda/carril
para melhor se entender os esforços existentes na mesma.
2.1. A Via-Férrea
A via-férrea é toda a estrutura que garante o suporte necessário aos comboios, para que os
mesmos se possam deslocar. É esta que garante o correto encaminhamento dos comboios, pois estes
são um meio de transporte onde os veículos, comboios, se deslocam sobre caminhos pré-definidos,
sendo por estes guiados. A via-férrea é constituída por duas grandes estruturas, a subestrutura e a
superestrutura, ilustrado na fig. 1 [1]. A superestrutura é o conjunto definido pelas camadas localizadas
sob o balastro, aterros e taludes de escavação, sistemas de drenagem superficial e profunda e onde
se incluem as obras de arte destinadas a suportar a via [2]. A superestrutura é o conjunto definido pelo
balastro e armamento de via (carril, travessas e fixações) [2]. É sobre esta estrutura que se vai centrar
este trabalho.
Figura 1 - Estruturas da via-férrea (adaptado de [3])
4
2.1.1. Principais componentes
A via-férrea possui inúmeros componentes, com as mais variadas funções. Os principais
componentes estruturais da via-férrea são: os carris, os elementos de ligação e fixação, as travessas,
o balastro e os aparelhos de via (AV). O carril é um componente da superestrutura da via, que recebe
as cargas do material circulante, guiando-o ao longo da linha férrea. É um perfil de aço laminado, em
que se pode distinguir três partes principais: a cabeça, cuja face superior constitui a mesa de rolamento;
a alma, parte vertical ligando a cabeça à patilha; a patilha, base inferior que assenta sobre as travessas,
é alargada e oferece resistência lateral à alteração da inclinação transversal dos carris [2]. Existem
vários tipos de carril, sendo que o mais utilizado na Europa é o tipo Vignole, apresentado na fig. 2.
Figura 2 - Perfil de um carril do tipo Vignole (adaptado de [4])
De forma a garantir adequadamente o cumprimento da sua função, o carril deve ter rigidez
suficiente para funcionar como uma viga que transfere as cargas concentradas das rodas para as
travessas sem que se dê uma flexão excessiva das mesmas. Assim, alguns aspetos relacionados com
as características dos carris podem influenciar o comportamento das travessas e do balastro e devem
ser cuidadosamente integrados no seu dimensionamento. Estas características são os materiais que
constituem os mesmos, a sua inércia de flexão, a seu regularidade geométrica e os aspetos
construtivos relacionados com as juntas, ou a ausência delas. As cargas dinâmicas que são impostas
às travessas e balastro podem ser tão elevadas que podem provocar assentamentos permanentes,
levando em última análise quer a desnivelamentos da via, quer a deterioração dos carris e das
travessas [3]. O aumento da altura (alma) dos carris proporciona-lhes uma maior rigidez de flexão,
Cabeça
Alma
Patilha
5
permitindo distribuir as cargas por um maior número de travessas, consequentemente reduzindo o
assentamento das travessas e mitigando muitas das consequências adversas [5].
Os elementos de fixação são os responsáveis por promover o apoio adequado dos carris e a
fixação dos mesmos às travessas. Estes são dimensionados para resistir aos esforços originados pelas
forças verticais, laterais, longitudinais, de torção aplicadas aos carris e aos esforços produzidos pelas
variações de temperatura dos carris. Para além destes esforços, estes elementos devem ainda reduzir
as tensões e as vibrações causadas pelas cargas dinâmicas presentes. O tipo de ligações e as
características dos elementos de ligação e de apoio estão relacionados com o tipo de travessa de cada
via [3]. Existem vários tipos de fixações, fixas e elásticas, sendo as fixações elásticas, como as fixações
do tipo Vossloh apresentada na fig. 3, as mais utilizadas devido a revelarem um melhor comportamento
da madeira, atenuando-se o deslizamento dos carris [1].
Figura 3 - Fixação do tipo Vossloh (adaptado de [1])
Os elementos de ligação são os responsáveis por ligar os carris topo a topo e garantir assim o
seu correto alinhamento e continuidade. Estas ligações podem ser efetuadas por barretas, isto é,
chapas metálicas especiais colocadas de cada lado do carril, ligadas por parafusos com porcas, ou por
soldadura. Caso seja necessário existir uma separação elétrica entre carris, utilizam-se juntas isolantes
normais (JIN) ou coladas (JIC), representada na fig. 4 [1].
6
Figura 4 - Junta isolante colada (JIC) [6]
As travessas são responsáveis por receber as cargas dos carris e distribuí-las para a camada
de balastro com níveis de tensão aceitáveis, e ainda por suportar o sistema de fixação dos carris e
impedir movimentos verticais, laterais e longitudinais dos carris. Desta forma as travessas requerem
uma resistência mecânica, quer na direção vertical quer na horizontal suficientemente grande de modo
a cumprir com as suas funções adequadamente. Estas são, na maioria dos casos, de madeira ou de
betão armado pré-esforçado [3]. A travessa localizada imediatamente por baixo da roda, ou seja, onde
a carga estática está a ser aplicada, recebe cerca de 30% dessa carga e as adjacentes recebem cerca
de 20%. Na fig. 5 é possível observar como esta distribuição de cargas ocorre [7].
Figura 5 - Distribuição da carga pelas travessas (adaptado de [7])
O balastro é o leito de brita subjacente à linha e que assenta diretamente na plataforma.
Constituído por material de granulometria selecionada é destinado a suportar e encastrar as travessas,
a distribuir as cargas transmitidas pelas travessas à plataforma, a conferir elasticidade à via e a facilitar
a drenagem de águas [2].
≈1% ≈4% ≈10% ≈20% ≈30% ≈20% ≈10% ≈4% ≈1%
60 cm
7
O comportamento do balastro é condicionado pelas suas características mecânicas, resistência
e deformabilidade, e características hidráulicas, a sua permeabilidade, sendo que estas se devem
manter invariáveis durante todo o seu tempo de vida. As características principais estão associadas à
espessura e à compacidade da camada de material granular e as características das partículas, forma,
dureza, dimensões, etc [3]. De acordo com a Norma Europeia (NP – EN 13450 (2005)) a classificação
do balastro é feita de acordo com a granulometria, a forma de partículas, a resistência à fragmentação,
obtida através do ensaio de Los Angeles, a resistência ao desgaste por atrito, obtida através do ensaio
de Micro-Deval, e a durabilidade [7]. É classificado como bom e adequado um balastro composto por
material granular, 100% britado, isento de materiais poluentes, tais como partículas orgânicas e
expansivas, metal ou plástico [3].
De acordo com o documento técnico português (IT.GEO.001.00 da IP) referente à utilização de
material para a camada de balastro, quer na construção de linhas novas, quer na conservação e na
renovação das já existentes, refere que o mesmo deve ser obtido apenas de rochas duras e sãs, ou
seja, rocha com elevada resistência ao desgaste, ao esmagamento, ao choque e ainda à ação dos
agentes atmosféricos. São consideradas aptas ao uso da construção de balastro rochas como granitos,
gabros, dioritos, doleritos, basaltos e quartzitos. A utilização de calcários é totalmente proibida no
fabrico de balastros [3]. O mesmo documento classifica ainda os agregados para balastros de vias-
férreas, podendo estes ser de dois tipos [3]:
Tipo I – Para sistemas ferroviários de alta velocidade e velocidade alta com
coeficientes de desgaste de Los Angeles inferior ou igual a 19%;
Tipo II – Para sistemas ferroviários convencionais1 com coeficientes de desgaste de
Los Angeles inferior ou igual a 22%.
Os aparelhos de via são, talvez, um dos mecanismos mais importantes da via ferroviária, uma
vez que são estes que permitem [8]:
Mudar de direção (Fig. 6 (a));
Mudar de linha, mantendo a mesma direção (Fig. 6 (b));
Atravessar uma linha, mantendo a mesma direção (Fig. 6 (c));
A expansão/redução de uma linha (Fig. 6 (d)).
1 Rede percorrida geralmente por: i) comboios de passageiros com velocidade inferior ou igual a 200 km/h e carga
máxima por eixo de 200 kN; ii) comboios de mercadorias com velocidade inferior ou igual a 100 km/h e carga
máxima por eixo de 225 kN.
8
Figura 6 - Funções dos aparelhos de via (AV) [8]: (a) Mudança de direção; (b) Expansão/redução de via; (c) Mudança de via; (d) Atravessamento de via
Os aparelhos de via são componentes que estão expostos não só aos esforços e cargas mais
severas, como os carregamentos extremos da passagem de um comboio, mas também a condições
atmosféricas. Uma falha em um aparelho de via pode ter consequências gravíssimas, como a
interrupção de uma determinada linha, causando grandes prejuízos para os utentes e para a entidade
responsável, ou até mesmo catastróficas, como o descarrilamento ou colisão de comboios. Como alvo
deste estudo os equipamentos de mudança de via são estudados em mais detalhe na secção 2.3 deste
trabalho.
2.1.2. Características geométricas
De modo a melhor compreender a função de cada componente, são aqui brevemente descritas
as principais características geométricas da via-férrea. Assim, a geometria de uma via-férrea é
caracterizada por:
Bitola;
Nivelamento longitudinal;
Nivelamento transversal (Escala);
Alinhamento;
Empeno.
(a) (b) (c) (d)
9
A bitola, apresentada na fig. 7, também designada por largura da via, é a distância entre as
faces interiores das cabeças dos carris de uma via simples, medida 14 mm, em Portugal, abaixo da
mesa de rolamento e em esquadria com os carris [2]. A bitola normal, praticada na Península Ibérica,
é de 1 668 mm enquanto a bitola normal no resto da Europa é de 1435 mm. Na via do TRANSRAPID,
é a distância entre as faces exteriores dos carris de guiamento e tem o valor de 2800 mm [2] enquanto
em muitas vias em terrenos montanhosos são utilizadas bitolas estreitas como a bitola métrica de 1000
mm. As diferentes bitolas estão ilustradas na fig. 8.
Figura 7 – Bitola (B) [9]
Figura 8 - Diferentes Bitolas na Europa [10]
O nivelamento longitudinal, descrito na fig. 9, é o perfil longitudinal da face superior de cada um
dos carris no plano vertical, em relação à posição teórica estabelecida em projeto [11]. Este nivelamento
corresponde ao deslocamento vertical de cada carril, representados por NLd e NLe, ao longo da via em
comparação à sua configuração de projeto [9].
14 mm
B
10
Figura 9 - Nivelamento longitudinal [9]
O nivelamento transversal, apresentado na fig. 10, ou escala, corresponde à diferença de altura
das mesas de rolamentos dos carris, resultante da inclinação dada ao plano de rolamento em relação
ao plano horizontal de referência [12]. Este nivelamento corresponde à dimensão do cateto vertical de
um triângulo retângulo que tem como hipotenusa um valor de referência representativo da distância
entre eixos dos carris, conforme se observa na fig. 10 [11].
Figura 10 - Nivelamento transversal ou escala (adaptado de [9])
NLe
NLd Desfasamento
entre travessasLegenda:
NLe – Nivelamento longitudinal
esquerdo;
NLd – Nivelamento longitudinal
direito
Plano de
Rolamento
Plano Horizontal
Nivelamento
transversalCarril exterior
Carril Interior
Distância
entre Eixos
11
O alinhamento, mostrada na fig. 11, corresponde ao desvio Yp na direção Y, paralelo ao plano de
rolamento, em consecutivas posições P em cada carril, em relação a uma linha de referência
intermédia, calculado ou medido em sucessivas medições [12].
Figura 11 – Alinhamento (adaptado de [9])
O empeno, ilustrado na fig. 12, corresponde à diferença algébrica entre dois valores de
nivelamentos transversais, ou escalas, medidos em pontos afastados de uma distância correspondente
a uma base de medição pré-estabelecida, normalmente de 3 metros, ou seja, sensivelmente 5
travessas. O seu valor é apresentado em mm/m [12].
Figura 12 - Empeno [13]
Yp
Yp
Base de
medição
H1
H2
Empeno
Empeno = H2 – H1
12
É de notar que todos os valores para a bitola, nivelamentos, alinhamentos ou empenos são
projetados para velocidades de exploração pré-definidas. Durante a vida da via-férrea observam-se
desvios nestes valores, designados por defeitos, que quando fora dos limites pré-estabelecidos,
obrigam a intervenção corretiva.
2.2. Veículos Ferroviários
Os veículos utilizados para circular na via-férrea, geralmente designados por comboios, são os
seus principais produtores de carregamento dinâmico. Para além dos veículos de inspeção, EM – 120,
ou de utilização restrita, os comboios podem destinar-se a tráfego de passageiros ou de carga. Assim
os dois grandes grupos de veículos ferroviários são:
Comboios de passageiros;
o Comboios suburbanos;
o Comboios média/longa distancia;
Comboios de mercadoria.
Apesar de os comboios serem o tipo de veículo ferroviário em estudo, existem outros tipos de veículos
que partilham dos mesmos princípios de funcionamento, embora as suas aplicações difiram. Outros
tipos de veículos ferroviários são: os metros; os elétricos de superfície; e as carruagens de montanhas
russas. Os metros são geralmente utilizados em sistemas subterrâneos, separados de qualquer outro
tipo de tráfego. Os elétricos de superfície, por sua vez, são sistemas de veículos leves que circulam
partilhando o tráfego com outros tipos de veículos, como por exemplo os automóveis. Por fim, as
carruagens de montanhas russas são sistemas utilizadas para efetuar a circulação em montanhas
russas.
Os veículos ferroviários mencionados podem variar conforme o tipo de energia que utilizam para se
mover. As diferentes categorias existentes são:
Veículos com motor Diesel – Utilizados, principalmente, para transporte de mercadorias;
Veículos com motor elétrico – Maioritariamente utilizados para transporte de passageiros;
No início deste meio de transporte eram utilizados comboios de motor a vapor, sendo que estes
foram descontinuados pela sua fraca eficiência e elevados custos do material combustível em
comparação com as novas tecnologias. A prevalência de tração a Diesel para comboios de mercadoria
deve-se à necessidade da sua operação em troços de via não eletrificados. Doutra forma, a utilização
de tração elétrica, tanto nos comboios de passageiros como nos de mercadorias, é maioritária.
Com a evolução do transporte ferroviário, provocada pela necessidade de proporcionar aos
seus clientes melhores serviços e mais rápidos ao menor custo possível, começaram a aparecer os
13
comboios de alta velocidade, primeiro o comboio japonês “Shinkansen”, presente na fig. 13, e depois o
comboio francês “Train à Grande Vitesse” (TGV), ilustrado na fig. 14. A tendência de desenvolvimento
tecnológico atual é o aumento de velocidade de operação, não só nos transportes de passageiros como
também de mercadorias, e o aumento da frequência de circulação. Este facto tem como consequências,
não só o forte aumento do carregamento das vias férreas, mas também dos perigos associados às
eventuais interrupções de circulação. Também advém deste facto o aumento da criticidade de todo das
vias, incluindo dos aparelhos de mudança de via.
Figura 13 - "Shinkansen" [14]
Figura 14 - " Train à Grande Vitesse" (TGV) [15]
14
Nesta busca incansável de uma melhor relação serviço/custo surge o uso das linhas “Maglev”,
que apesar de utilizarem veículos semelhantes aos comboios, estes viajam utilizando a levitação
magnética, ou seja, movendo-se através das forças repulsivas e atrativas de supercondutores. Com
esta técnica reduz-se o atrito entre o comboio e a via, podendo chegar a velocidades da ordem dos
650 Km/h a um custo de exploração muito reduzido. No entanto, não só as grandes dificuldades à
manutenção da sua estrutura, mas também pelo nível de conforto ser incompatível com viagens de
longa duração, a solução de comboios de levitação magnética foi abandonada em todos os países,
exceto em pequenos troços na China, Coreia do Sul e Japão, e mesmo nestes trata-se, basicamente,
de uma demonstração da capacidade tecnológica. Por estas razões os comboios de levitação
magnética não são considerados neste trabalho.
2.2.1. Contacto Roda/Carril
Um veículo ferroviário consiste numa estrutura, a carruagem, suportada por uma suspensão
secundária, esta por sua vez, encontra-se ligada aos boggies, isto é, a estrutura na qual os rodados se
encontram montados e amortecidos por uma suspensão primária. O correto guiamento das rodas é
alcançado através das seguintes medidas [16]:
A geometria das rodas é cónica, em vez de cilíndrica, o que permite fazer as curvas
naturalmente mas significa que num percurso reto existe um movimento de lacete que conduz
ao desenvolvimento duma força centrante exercida no conjunto das rodas, visível na fig. 15.
Os efeitos centrantes promovem melhor ajustamento radial do conjunto das rodas em curvas.
Consequentemente, a que a velocidade de rotação de ambas as rodas, que é igual por serem
rigidamente montadas num eixo, induz a uma velocidade longitudinal em cada uma delas,
compatível com a descrição da curva com menos deslizamento e, por sua vez, com menos
desgaste [16].
As rodas possuem flanges, no interior do carril, como é possível observar na fig. 16, como
medida de evitar o descarrilamento. Em caso de existir um deslocamento lateral significativo,
tanto em curva como na passagem por aparelhos de via, o espaço lateral livre entre o conjunto
das rodas e o carril é muitas vezes insuficiente para restringir o deslocamento lateral adequado.
Tal deve-se a eventuais defeitos de via ou à exploração a velocidades dos veículos diferentes
daquelas para as quais as vias são projetadas. O contacto entre a flange e a cabeça do carril
vai resultar em forças laterais com escorregamento e consequentemente, em desgaste [16].
15
Figura 15 - Efeito Lacete [9]
Figura 16 - Contacto roda/carril (adaptado de [17]): (a) geometria da interface roda/carril; (b) exemplo de roda e carril e operação
O contacto entre a roda e o carril é um contacto de rolamento entre dois corpos que são rígidos,
significando que a deformação dos corpos é pequena comprada com a dimensão dos mesmos. Como
a deformação é pequena nos corpos em contacto, a área de contacto é também pequena comparada
com a dimensão dos corpos. Contudo, a pequena área de contacto é solicitada por forças significativas,
o que resulta em grandes tensões de contacto. Estes esforços, em conjunto com o deslizamento entre
a roda e o carril, causa desgaste no material dos corpos e eventualmente, pode causar fadiga do
material, ou a chamada fadiga de contacto de rolamento (Rolling Contact Fatigue – RCF) [17].
A modelação numérica roda/carril visa relacionar a posição relativa e a velocidade da roda
relativamente ao carril com as forças de contacto e o deslizamento na área de contacto. Todos os
métodos de análise dividem o problema do contacto de rolamento em três subproblemas: o problema
16
da posição dos pontos de contacto; o problema do cálculo das forças normais; e o problema da análise
das forças tangenciais. Apenas utilizando métodos mais avançados como a teoria completa de Kalker
se conseguem estabelecer relações entre o problema do contacto normal e do contacto tangencial [17].
Atualmente têm sido desenvolvidos outros modelos explicativos do contacto roda/carril que melhor
caracterizam as forças transmitidas [18] [19]. No entanto, a grandeza das forças de contacto e os
mecanismos que elas conduzem são suficientemente bem conhecidos, mesmo que através dos modos
explicativos mais simples, pelo que o carregamento dos aparelhos de mudança de via é igualmente
conhecido.
2.3. Aparelhos de mudança de via
Os aparelhos de via, referidos na secção 2.2, são equipamentos que utilizam um dos seus
componentes principais, as agulhas, para desviar o comboio para uma outra via [12]. A localização dos
componentes dos aparelhos de via está dividido por três zonas: a grade das agulhas, a grade
intermédia e a grade da cróssima, como demonstrado na fig. 17.
Figura 17 - Componentes dos Aparelhos de Via (AV) [12]
Grade de AgulhasGrade
Intermédia Grade da Cróssima
Ponta
Talão
Va
lor
da
ab
ert
ura
Bito
la Lança curva
esquerda
Lança reta direita
Via direta
Via desviada
Cota de passagem
livre
Lacuna
Contra Carril
17
Existem diferentes tipologias de aparelhos de mudança de via, variando a sua aplicação da
função dos requisitos de projeto e operação específicos [1]:
Aparelhos de mudança de via simples (MVS) (Fig. 18 (a);
Aparelhos de mudança de via duplos (MVD);
Aparelhos transversais de junção simples (TJS);
Aparelhos transversais de junção dupla (TJD) (Fig.18 (b));
Aparelhos de comunicação (COM);
Aparelhos de atravessamento oblíquo (ATO);
Figura 18 – Aparelhos de mudança de via: (a) aparelho de mudança de via simples (MVS); (b) aparelhos
transversais de junção dupla (TJD) (adaptado de [1])
2.3.1. Grade de agulhas
A grade de agulhas, apresentada na fig.19, é o componente cuja função essencial é a de
encaminhar o material circulante numa determinada direção, quando as lanças são movimentadas para
uma das suas duas posições (via direta ou desviada). O mecanismo que aciona as agulhas é o
chamado aparelho de manobra, podendo ser elétrico ou manual. A grade de agulhas é essencialmente
composta por [12]:
a) b)
18
Um par de lanças;
Um par de contra lanças;
Coxins de deslizamento;
Fixações;
Batentes Lança/Contra-lança;
Sistemas auxiliares de deslizamento;
Sistema de aferrolhamento;
Varinhas de comando e de transmissão;
Motor.
Figura 19 - Grade de Agulhas (adaptado de [12])
2.3.2. Grade intermédia
A grade intermédia, ilustrada na fig.20, é a zona central do aparelho de via, desde o talão da
grade de agulhas até ao início da grade cróssima. Nenhum dos componentes da grade intermédia tem
qualquer mecanismo de movimentação, sendo por isso uma estrutura fixa.
Grade de AgulhasGrade
Intermédia Grade da Cróssima
Ponta
Talão
Va
lor
da
ab
ert
ura
Bito
la Lança curva
esquerda
Lança reta direita
Via direta
Via desviada
Cota de passagem
livre
Lacuna
Contra Carril
19
Figura 20 - Grade Intermédia (adaptado de [12])
2.3.3. Grade da cróssima
A grade da cróssima, como é possível observar na fig. 21, é a zona responsável por garantir
que o comboio se mantêm na direção pretendida após a entrada no aparelho de mudança de via. Esta
grade é composta por [12]:
Cróssima simples ou dupla;
o Coração;
o Antena;
o Patas de lebre;
Dois contra carris;
Dois carris de guiamento exteriores
Grade de AgulhasGrade
Intermédia Grade da Cróssima
Ponta
Talão
Va
lor
da
ab
ert
ura
Bito
la Lança curva
esquerda
Lança reta direita
Via direta
Via desviada
Cota de passagem
livre
Lacuna
Contra Carril
20
Figura 21 - Grade da Cróssima (adaptado de [12])
A grade cróssima é uma zona de grande importância pois é devido a ela que é possível que o
comboio prossiga a trajetória, garantindo a conformidade de guiamento. Esta zona está sujeita a
elevadas solicitações decorrentes de transferência de carga. É devido à existência da lacuna (ranhura),
visível na fig. 22, existente neste componente que as rodas do comboio conseguem passar livremente,
tal como é visível na fig. 23. No entanto, sem a ajuda dos contra carris existiria uma grande
probabilidade das rodas do comboio descarrilarem ou embaterem no coração da cróssima [12].
Figura 22 - Funcionamento da Cróssima [12]
Grade de AgulhasGrade
Intermédia Grade da Cróssima
Ponta
Talão
Va
lor
da
ab
ert
ura
Bito
la Lança curva
esquerda
Lança reta direita
Via direta
Via desviada
Cota de passagem
livre
Lacuna
Contra Carril
21
Figura 23 - Funcionamento da cróssima/contra carril (Corte) [13]
Entre as várias configurações em exploração, existe um tipo de cróssima de bico móvel,
apresentado na fig.24, destinadas a mudanças de direção a altas velocidades. Esta configuração que
elimina a lacuna necessária para a passagem das rodas, reduzindo assim a trepidação das mesmas e
assegurando a mudança de trajetória de forma mais fácil e segura [20].
Figura 24 - Cróssima de bico móvel
É importante garantir o correto funcionamento dos aparelhos de mudança de via.
Funcionamento este que está dependente da condição dos componentes e do cumprimentos das
devidas características geométricas. Durante a vida da via-férrea os componentes constituintes dos
aparelhos de mudança de via vão sofrendo desgastes, provenientes da exploração, que alteram as
características geométricas dos aparelhos de mudança de via. Quando as características geométricas
apresentam desvios, entram em falha, o que leva a que o aparelho de mudança de via deixe de executar
as suas funções corretamente, seja por defeitos na grade das agulhas, seja por defeitos na grade da
cróssima, e consequentemente leva a potenciais acidentes graves, como o descarrilamento ou choques
frontais.
22
2.3.4. Inspeção de aparelhos de mudança de via
A inspeção da qualidade e condição dos aparelhos de via é uma atividade de grande
importância para garantir o bom funcionamento dos aparelhos de via certificando que estes têm a
manutenção conveniente, garantindo as condições de segurança e a redução da probabilidade de
existência de falhas nas funções do sistema. O conjunto de ações de inspeção e manutenção de
aparelho de via compreende vertentes de manutenção preventiva e sistemática, manutenção
preventiva condicionada e manutenção corretiva.
Existem cerca de 3837 aparelhos de via na rede ferroviária nacional, como presente no quadro
1, cujas inspeções são realizadas de forma pedestre por equipas distribuídas geograficamente pela
rede ferroviária nacional (RFN), perfazendo uma média anual de 4076 inspeções principais detalhadas
[21].
Tipologia Acrónimo Número de ativos
Atravessamento oblíquo ATO 12
Mudança de via Simples MVS 3685
Transversal de junção dupla TJD 124
Transversal de junção simples TJS 16
Total 3837
Quadro 1 - Número de aparelhos de via de cada tipo existente na rede ferroviária nacional
Durante a atividade de inspeção são verificados vários parâmetros pré-definidos quer do ponto de vista
quantitativo quer qualitativo. São utilizadas várias ferramentas de inspeção, como demonstrado na fig.
25, tais como réguas digitais de medição de bitola e cotas específicas do AV, calibres de simulação de
rodados, apalpa folgas, paquímetros, equipamentos de inspeção laser de perfil transversal de carril e
peças nobres, trolleys de medição dos parâmetros geométricos em contínuo, etc.
Figura 25 - Equipa de inspeção a executar medições [21]
23
Alguns dos parâmetros dimensionais inspecionados são [22]:
Cota de proteção do bico da cróssima (Fig. 26);
Cota de passagem livre do rodado na grade da agulha (Fig. 27);
Cota de passagem livre do rodado na entrada do contra carril (Fig. 28);
Cota de passagem livre do rodado na cróssima;
Folga no encosto da lança aos batentes (Fig. 29);
Inserção na Ponta Real da Lança (PRL) (Fig. 30);
Desgaste lança/contra – lança (Fig. 31);
Desgaste do contra carril (Fig.32);
Bitola pontual (Fig. 7);
Empeno da via (Fig. 12);
Nivelamento longitudinal (Fig. 9);
Alinhamento longitudinal (Fig. 11).
Figura 26 - Cota de proteção do bico da cróssima
Figura 27 - Cota de passagem livre do rodado na grade da agulha
24
Figura 28 - Cota de passagem livre do rodado na entrada do contra carril
Figura 29 - Folga no encosto da lança aos batentes
Figura 30 - Inserção na Ponta Real da Lança (PRL)
25
Figura 31 - Desgaste lança/Contra – Lança
Figura 32 - Desgaste do contra carril
Existem ainda outros parâmetros que são controlados visualmente como [22]:
Existência e aperto de fixações;
Fraturas;
Abaulamentos;
Travessas deterioradas/fendilhadas;
Colmatação e desconsolidação de balastro;
Mossas;
Rebarbas e deformações plásticas da via;
Coxins;
Batentes anti-desquadrante;
Os valores inspecionados nas diversas vertentes são registados em fichas de inspeção
padronizadas, de forma digital, ilustrada na fig. 33. Apesar dos parâmetros controlados nos aparelhos
de mudança de via em todo o espaço europeu serem semelhantes, tolerâncias de manutenção dos
26
parâmetros primordiais diferem entre países consoante: a estratégica de manutenção adotada, o nível
de risco assumido, a frequência das inspeções, as medidas corretivas a adotar em caso de
falha/tolerâncias excedidas.
Figura 33 - Ficha de inspeção utilizada pela Infraestruturas de Portugal (IP) [21]
O procedimento de manutenção corretiva em aparelhos de mudança de via, fig. 34, resulta do
facto de existirem valores medidos nas inspeções principais fora das tolerâncias normalizadas pelo
gestor da infraestrutura ferroviária nacional, infraestruturas de Portugal (IP). As tolerâncias de ação
imediata, por serem críticas, conduzem à criação duma ocorrência no sistema de gestão de falhas da
IP com vista a adoção de medidas mitigadores, diagnóstico e consequente reparação [21].
27
Figura 34 - Procedimento de análise e reparação de falhas em aparelhos de via em Portugal (adaptado de [21])
A área da monitorização da via e dos seus componentes, como é o caso dos aparelhos de via,
é uma área que está em constante estudo e desenvolvimento. Os seus grandes objetivos são a ajuda
da prevenção de falhas dos componentes para que assim se possam evitar acidentes e a maior
disponibilidade dos ativos da empresa, e por consequência maior rentabilidade dos mesmos.
Inspeção Principal
Excede tolerância de
acção imediata
Criação da falha em sistema
Diagnóstico /MQT
(Prestador de serviços)
Execução/Reparação
28
29
3. Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS)
Neste capítulo é apresentada uma análise do método de análise RAMS (Reliability, Availability,
Maintainability and Safety), focado na área dos caminhos-de-ferros. São apresentados vários métodos
e técnicas utilizadas na implementação do RAMS, sendo que a ferramenta utilizada neste estudo,
FMECA (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis), tem o maior foco. São ainda apresentados
vários estudos, na área dos aparelhos de via, com abordagens diferentes, para facilitar a
contextualização da abordagem e metodologia utilizadas neste estudo.
3.1. Evolução Histórica e objetivos
Em 1991, Kececioglu descreve a origem e evolução do estudo da fiabilidade e manutibilidade,
e dos fatores RAMS, nas suas obras compiladas com o nome de “Reliability Engineering Handbook”.
A fiabilidade começou a ser interpretada como um fator crítico no ciclo de vida dos equipamentos e
componentes, quando durante a Segunda Guerra Mundial, nos Estados Unidos da América, o
deslocamento de equipamentos aéreos para locais a grandes distâncias, em cenário de guerra,
revelava que cerca de 60% dos componentes chegava ao seu destino inutilizado mesmo antes de ter
utilização prévia. O facto destes mesmos componentes apresentarem valores de fiabilidade
baixíssimos tornou-se um grande problema. Para além deste problema, havia ainda os equipamentos
eletrónicos dos bombardeiros, que no máximo, apresentavam um tempo de funcionamento sem avarias
de 20 horas [23].
Durante a década de 40, começou-se a dar importância ao desempenho de vários
componentes eletrónicos e válvulas por parte do exército, força aérea e marinha. Algumas entidades
privadas começaram a realização de estudos de análise de falhas desses mesmos componentes, de
modo a conseguir formular melhorias para o desempenho de diversos componentes como: válvulas,
resistências, condensadores transformadores entre outros. A partir desta década o estudo da
fiabilidade teve uma evolução exponencial sendo que em 1950 o Departamento de Defesa Americano
criou um grupo para o estudo da fiabilidade e em 1951 o “Secretary of Defense” publicou uma directiva
para que houvesse um aumento no enfase na fiabilidade de equipamentos eletrónicos militares por
parte de todas as agências do Departamento de Defesa. Foi então que o grupo dedicado ao estudo da
fiabilidade passou a permanente com o nome de “Advisory Group on the Reliability of Electronic
Equipment “ (AGREE) e a engenharia da fiabilidade iniciou o seu desenvolvimento como uma disciplina
separada [23].
Durante as décadas seguintes ocorreram diversos avanços sobre o tema, como a Radio
Corporation of America em 1953 ter-se tornado a primeira companhia industrial a estabelecer um
30
programa organizado focado na fiabilidade, como consequência de um estudo realizado por Carhart,
da Rand Corporation, onde listou sete fatores, estimados por si, que determinavam a valia militar e
económica de um sistema de armamento, sendo que dois desses fatores era a fiabilidade e a
manutibilidade [23].
Com o passar dos anos cada vez mais associações e indústrias começaram a realizar estudos
sobre a fiabilidade e a exigir aos seus fornecedores que os mesmos cumprissem com diretivas
específicas. Os níveis de fiabilidade, os testes a serem realizados e a apresentação dos dados de
aceitação desses mesmos testes, de forma a garantir a fiabilidade dos seus produtos tornou-se
obrigatório, como foi o caso da Força Aérea Americana em 1959 e diversas entidades como a NASA
(National Aeronautics and Space Administration) em 1963 [23].
Hoje, existem já vários sectores e indústrias que têm incorporado sistemas de análise RAMS,
nos contractos com fornecedores de equipamentos, componentes ou serviços com especificação e
quantificação de tempos médios entre falhas, tempos de reparação e disponibilidade dos sistemas.
Exemplos destes sectores são: militar; espacial; aviação comercial; produção de energia; automóvel;
e, transportes ferroviários. Neste último sector, foi criada em 1999, pelo Cenelec (Comité Europeu de
Normalização Eletrotécnica), a norma EN 50126, que reflete todas as especificações e demonstrações
de fiabilidade, disponibilidade, manutibilidade e segurança [24].
A evolução ocorrida no período supra mencionado é de elevada importância, uma vez que na
primeira metade do seculo XX o sistema de produção era artesanal, com reduzido recurso a
fornecimentos externos. Assim, a fiabilidade de cada produto estava dependente do fabricante, em vez
de ser determinada pela combinação das fiabilidades dos componentes. Os constrangimentos em
termos de custos e prazos eram menores que os atuais, dando lugar a um sobredimensionamento dos
componentes e produtos, com elevadas fiabilidades como consequência [25].
Atualmente, com o aumento da procura, os prazos de fabrico diminuíram, pelo que se torna
crítico garantir a qualidade e a fiabilidade dos componentes. Deste modo, as empresas que conseguem
garantir melhores níveis de fiabilidade e qualidade têm melhores resultados de negócio e,
consequentemente, sobrevivem no tempo, sendo que as restantes acabam por desaparecer. É por este
motivo que o RAMS é cada vez mais utilizado, nos mais diversos sectores e indústrias, pois é uma
forma de garantir grandes níveis de fiabilidade dos componentes, permitindo uma melhor gestão dos
recursos, a fim de se obter melhores resultados económicos.
É possível estabelecer métricas para avaliar o desempenho de sistemas, através da utilização
de índices que caracterizam cada um dos fatores do RAMS. Embora influenciados pela fase de
exploração dos sistemas, a nível de utilização e manutenção, estes índices devem ser definidos, desde
logo, na sua fase de conceção e no seu projeto [26]. Veja-se o exemplo de uma fábrica do sector
automóvel prestes a adquirir uma nova tecnologia de fabrico. Uma exigência ao fornecedor desta
tecnologia, em termos de fiabilidade, aumenta o tempo que a mesma funciona sem interrupções,
31
conseguindo a taxa de produção desejada, com um menor número de meios (investimento de aquisição
menor). Temos ainda que, uma melhor manutibilidade implica uma manutenção mais fácil que leva à
redução dos tempos de intervenção, tanto preventiva como corretiva, sendo então mais fácil o seu
planeamento, gerando uma otimização e aumento da disponibilidade da tecnologia. Por fim, existe a
segurança, tanto física como ambiental, que é determinada pelo desempenho da tecnologia em termos
de consequências, tanto humanas como ambientais ou sociais, em caso de acidentes. Todos estes
aspetos vão condicionar a gestão de uma indústria que visa a satisfação dos seus clientes e dos seus
trabalhadores, contribuindo a médio ou longo prazo em termos de imagem, que se forma da qualidade
de serviço prestado, aumentando assim os resultados da empresa.
3.1.1. Fiabilidade
Desde sempre que o ser humano tenta prever acontecimentos, de modo a conseguir prevenir-
se contra os mesmos. Apesar de tudo, estas previsões são de extrema dificuldade pois estas advêm
de uma observação e análise de eventos do passado. Naturalmente estas tentativas de prever
acontecimentos apresentam menor incerteza que as verificadas no passado, devido à evolução dos
métodos e ferramentas disponíveis para tratar a informação histórica.
Bagowsky descreve a fiabilidade (Reliability) como uma probabilidade de um sistema
desempenhar a sua operação adequadamente dentro de uma determinada condição operativa e
durante um período de tempo2 pretendido, sendo identificada neste texto por R(t) [27]. O
comportamento de um sistema não pode ser visto duma perspetiva determinística, mas sim numa
perspetiva estocástica, ou seja, tem uma variabilidade limitada. É possível conseguir uma análise de
um processo estocástico através da aplicação da teoria da probabilidade, sendo esta uma ferramenta
que nos possibilita a transformação do conhecimento de um sistema numa previsão sobre o seu
comportamento futuro. Para tal, é necessário considerar e analisar o sistema completo, ou seja, o seu
projeto, a forma como este opera, a forma como pode falhar, o ambiente em que se insere e as
solicitações a que está sujeito.
Para alimentar a teoria das probabilidades, e conseguir obter previsões, utilizam-se dados
estatísticos. Como tal, é possível a utilização de diversos tipos de distribuições, f(x), em função do tipo
de sistema e das suas características. As distribuições mais utilizadas na área da fiabilidade são: a
distribuição de Poisson, a distribuição exponencial, a distribuição normal e a distribuição de Weibull.
Esta temática encontra-se devidamente explorada e explicada por Billinton e Allan [28].
2 A noção de “tempo” poderá ter várias interpretações e vários tipos de unidades de medida, podendo ser expresso
em horas, ciclos, quilómetros, número de atuações, etc.
32
A fiabilidade de um sistema pode ser associada à evolução da taxa de falhas [λ (t)] ao longo da
vida útil do mesmo, descrita através de [28]:
𝑅(𝑡) = 𝑒− ∫ 𝜆(𝑡)𝑑𝑡𝑡
0 , 𝑡 > 0 (1)
Uma forma de ilustrar a evolução da taxa de falhas em função do tempo útil de vida de um
sistema é a designada curva da banheira, presente na fig. 35, onde é possível observar três zonas
destintas: A fase inicial, a fase de vida útil e a fase final.
Fase da mortalidade infantil – Zona onde ocorrem as falhas presentes no início de
atividade de qualquer sistema, estando estas relacionadas com problemas de
montagem e instalação, problemas de projeto e problemas de fabrico [26].
Fase de vida útil – Zona onde a taxa de falha é constante. Nesta fase as falhas tem
como origem fatores como o excesso de carga, negligencia na utilização ou causas
imprevisíveis (falhas aleatórias) [26].
Fase de desgaste – Zona onde ocorre um aumento rápido da taxa de falhas com o
tempo. Estas falhas estão, geralmente, associadas ao envelhecimento e desgaste do
sistema. É nesta fase que ocorre o fim de vida do sistema e o seu desmantelamento
[26].
Figura 35 - Curva da Banheira (adaptado de [28])
Apesar de a maioria dos sistemas apresentar características como as demonstradas na fig. 35,
os sistemas eletrónicos e mecânicos podem não apresentar este tipo de comportamento. Isto deve-se
ao facto de o principal fator que provoca falhas ser o desgaste, e no caso dos sistemas mecânicos ser
ainda possível estender a fase de vida útil através de manutenção preventiva e de melhorias resultantes
da utilização do sistema.
Tempo (t)
Taxa de
falha (λ)
Fase da
mortalidade
infantil
Fase útil de vida
Fase de
desgaste
33
De forma a conseguir estabelecer requerimentos e especificações operacionais para os
sistemas, surge a necessidade de estabelecer outros indicadores para medir a fiabilidade, para além
do conceito da probabilidade. Alguns deste fatores são [29]:
O tempo médio entre falhas (MTBF – Mean time between failures);
O tempo médio até à falha (MTTF – Mean time to failure);
O número médio de ciclos entre as falhas (MCBF – Mean cycles between Failures);
A distância média entre falhas (MDBF – Mean distance between Failures)
Conclui-se que a fiabilidade é um forte indicador de performance capaz de prever com alguma
precisão os eventos futuros. É importante haver registos e dados do comportamento de todos os
componentes do sistema para que seja possível fazer análise dos mesmos e agir sobre os
componentes antes que estes entrem em falha.
3.1.2. Disponibilidade
A disponibilidade (Availability) é o um parâmetro que relaciona a fiabilidade e a manutibilidade
de um sistema ou componente, funcionando como um índice de eficiência. Este parâmetro tem por
objetivo conseguir responder à questão “O sistema vai funcionar quando for necessária a sua
utilização?” [30]. É com esta resposta que se chega à fórmula que representa a disponibilidade [29].
𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 (𝐷) =𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖ç𝑜
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑑𝑎 (2)
O tempo de serviço representa o tempo total de vida que estava planeado o sistema funcionar
menos o tempo em que o sistema está indisponível para operação regular, dentro das suas
especificações de funcionamento, ou seja, em falha ou em necessidade de manutenção. Deste modo
a disponibilidade pode ser descrita algebricamente como:
𝐷 =𝑀𝑇𝑇𝐹
𝑀𝑇𝑇𝐹+𝑀𝑇𝑇𝑅+𝑀𝑊𝑇 (3 a)
𝐷 =𝑀𝑇𝐵𝐹
𝑀𝑇𝐵𝐹+𝑀𝑇𝑇𝑅+𝑀𝑊𝑇 (3 b)
𝐷 =𝑀𝑇𝐵𝐹
𝑀𝑇𝐵𝐹+𝑀𝐷𝑇 (3 c)
Onde a eq. (3 a) é utilizada no início de vida de um sistema, sendo que ainda não ocorreu qualquer tipo
de falha, utilizando-se o tempo médio até à falha (MTTF). A eq. (3 b) e (3 c) traduz o restante tempo de
vida do sistema, utilizando-se o tempo médio entre falhas (MTBF). O tempo em que o sistema se
34
encontra indisponível é representado pela soma entre o tempo médio de reparação (MTTR – Mean
time to Repair) e o tempo médio de espera (MWT – Mean Waiting Time) entre o momento em que o
sistema fica em falha e o momento em que começa a reparação. Pode ainda utilizar-se o tempo médio
de paragem (MDT – Mean Down Time) em substituição da soma entre o tempo médio de reparação e
o tempo médio de espera, como apresentado na eq. (3 c). A fig. 36 ajuda a melhor se compreender
estes conceitos de tempos médios.
Figura 36 - Tempos médio (adaptado de [31])
A disponibilidade é um forte indicador da qualidade do sistema. É do interesse das instituições
que todos os seus sistemas tenham uma elevada disponibilidade, pois quanto maior for a
disponibilidade dos sistemas mais confiável é o serviço prestado. Para além deste facto, a elevada
disponibilidade de um sistema permite que o mesmo seja rentabilizado da melhor forma possível,
trazendo inúmeras vantagens para a instituição, como por exemplo, adquirir menos sistemas e menores
custos de manutenção correctiva.
3.1.3. Manutibilidade
A manutibilidade (Maintainability) caracteriza-se pela velocidade e facilidade com as quais as
operações de manutenção devem ser realizadas. De forma a garantir que determinado sistema possui
uma elevada manutibilidade deve-se ter em conta durante a fase de projeto e instalação, os seguintes
fatores [32]:
A intermutabilidade dos componentes suscetíveis de desgaste;
A normalização dos sistemas e componentes;
A possibilidade de inspeção, verificação e controlo dos componentes;
A facilidade de montagem e afinação.
Falha
Deteção
da falhaAcesso Diagnóstico
Substituir
peçasVerificar Ajustar
MDT
MTBF
Arranque Falha/Manutenção
Tempo
(t)
35
O parâmetro mais utilizado para quantificar a manutibilidade é o tempo médio de reparação
(MTTR), medido desde o instante em que se inicia as tarefas de manutenção até à sua conclusão onde
o sistema retoma a sua funcionalidade regular [26]. Apesar de este parâmetro ser o mais utilizado e o
mais generalista, pode-se utilizar outros, consoante o objetivo do mesmo, como o planeamento de
manutenções preventivas. Tem-se então os seguintes parâmetros que podem, também, ser utilizados
[29]:
Tempo médio de paragem com efeitos de manutenção corretiva (MCDT – Mean
Corrective Downtime);
Tempo médio de paragem com efeitos de manutenção preventiva (MPDT – Mean
Preventive Downtime);
Tempo médio de paragem (MDT – Mean Down Time).
É importante referir que o tempo em que o sistema fica inoperacional, ou seja o tempo médio
de paragem, é sempre superior ao tempo médio de reparação, uma vez que existe um período de
espera. É definido como tempo médio de espera (MWT). Este período de espera tem como causa os
mais diversos motivos, como a necessidade de se realizar uma análise da falha e a necessidade de
deslocação da equipa de manutenção até ao local.
Conclui-se então que a manutibilidade está relacionada com a disponibilidade, sendo que
quanto menor for o tempo médio de reparação (MTTR) maior será a manutibilidade e maior será a
disponibilidade do sistema, estando os dois últimos ligados por uma relação de proporcionalidade
inversa, mantendo a taxa de falha
3.1.4. Segurança
Uma definição de segurança (Safety) é “o conjunto quer de medidas de proteção de pessoas e
bens contra ameaças naturais ou provocadas, quer das formas de interação e comunicação que
resultem da aplicação dessas medidas” [33]. Como tal, o conceito de risco está sempre presente. O
conceito de risco é uma junção de dois fatores [24]:
A probabilidade de ocorrência de um acontecimento que pode conduzir a uma situação
potencialmente perigosa, assim como, a frequência com que os mesmos acontecem;
A consequência de uma situação potencialmente perigosa.
De forma a mitigar a ocorrência e as consequências de situações potencialmente perigosa,
deve fazer-se uma análise de todo o sistema de forma a identificar estas situações, considerando-as
no projeto do sistema, procurando a sua mitigação. No caso da mitigação das situações potencialmente
36
perigosas não ser possível deve-se tomar medidas que promovam a segurança, de modo a reduzir ao
máximo a probabilidade de ocorrência das mesmas.
Como nenhum sistema é isento de falhas de segurança, existe a necessidade de classificar os
tipos de risco, com o objetivo de quantificar e qualificar o nível de segurança atual. Os tipos estão então
divididos em três categorias [34]:
Risco intolerável – Não é aceite em nenhuma circunstância. Devem ser tomadas medidas
de mitigação imediatas e devem ser adotadas práticas para suprimir ou reduzir a
severidade de uma situação potencialmente perigosa.
Risco Tolerável – É considerado aceitável, se e só se, puder ser obtido benefício e o risco
tenha sido reduzido ao máximo. No entanto pode ser difícil quantificar este benefício e
realizar a análise se o mesmo vale a pena, no caso em que a consequência de uma
situação perigosa possa resultar em danos físicos severos ou mesmo morte.
Risco negligenciável – São riscos considerados insignificantes, sem necessidade de algum
tipo de ações de mitigação, a curto ou médio prazo.
Atualmente, é cada vez mais importante transmitir para o mercado uma imagem de segurança,
tanto dos clientes como dos colaboradores. Esta perceção pode ter efeitos positivos como o aumento
da confiança do mercado, com consequências de crescimento de clientes, e a confiança dos
colaboradores, que se traduz numa produtividade e eficiência maior, contribuindo para o aumento da
disponibilidade dos seus serviços.
3.2. O Ciclo RAMS
De forma a concretizar uma análise RAMS de um sistema é necessário ter em conta todos os
seus componentes e fatores, perceber como estes se relacionam para que se possa tomar ações sobre
eles, de modo a conseguir atingir os objetivos definidos. Assim para que a implementação do RAMS
se faça corretamente é necessário considerar todas as interações, obtendo um ciclo. Na fig. 37 é
possível observar este ciclo, onde estão representadas todas as fases onde se fazem estas iterações
[25]. Inicialmente, na fase em que se definem requisitos de projeto, devem ser acordados e
estabelecidos os objetivos RAMS, sendo estes os inputs que tornam possível realizar uma avaliação
do projeto ou do desempenho. Esta metodologia está sujeita a alterações dos objetivos, onde durante
a fase de verificação de viabilidade são verificadas as previsões iniciais, onde estas podem ou não ser
alcançadas, considerando o estado de arte atual. É assim iniciada a nova análise RAMS com objetivos
revistos e sujeitos a novas previsões. Os passos que definem esta análise são os seguintes:
Análise da comparação de exequibilidade RAMS do sistema com os objetivos iniciais –
miniciclo [1];
37
Análise da comparação das previsões RAMS de projeto conceptual com os objetivos RAMS
– miniciclo [2];
Análise da comparação do projeto detalhado com os objetivos RAMS – miniciclo [3];
Análise da comparação dos testes RAMS, no final das fases de desenvolvimento e projeto,
com os objetivos RAMS. Nesta fase é possível, de forma limitada, demonstrar os requisitos
do projeto – miniciclo [4];
Análise da comparação entra a qualidade de construção, instalação e aplicação do sistema
e a conformidade com os objetivos RAMS – miniciclo [5];
Análise contínua da performance do sistema, em termos de operação e manutenção, com
os objetivos RAMS – miniciclo [6], [7] e [8].
Devido à diversidade e especificidade dos projetos, nem sempre é possível executar todos estes
passos da análise, nem que o seu grau de detalhe seja limitado pelas características do projeto.
Figura 37 - Ciclo RAMS (adaptado de [25])
Objetivos Revistos
Dados
Aumento de Fiabilidade
Projeto das modificações
Definir Requisitos Objetivos RAMS
Exequibilidade
Projeto conceptual
Projeto detalhado
Produção Aquisição
Ensaios
Construção/Instalação/Aplicação
Aceitação
Operação e manutenção
Estratégias de
manutenção
Hierarquia dos testes
[1]
[2]
[3]
[4]
[6]
[8] [9]
[7]
[11]
[10]
[5]
38
Existe uma elevada necessidade de considerar as estratégias de manutenção na fase de projeto para
que estas sejam refletidas nas previsões RAMS, representada pelo miniciclo [10]. A estratégia de
manutenção e todos os aspetos associados à manutibilidade possuem um elevado impacto no aumento
da fiabilidade e disponibilidade. A recolha de dados e a verificação da qualidade dos mesmos é
importante, pois são estes que fornecem as informações necessárias à melhoria da estratégia de
manutenção e aumento de fiabilidade. Os miniciclos [8], [9] e [11] representam este fluxo de informação.
Desta forma a análise RAMS ganha relevância no processo de conceção, instalação, utilização
e desmantelamento do sistema, ou seja, ao longo de todo o ciclo de vida de um sistema. A norma NP
50126 representa o ciclo de vida de um sistema ferroviário em “V”, como o apresentado na fig. 38.
Figura 38 - Ciclo de vida de um sistema em "V" [24]
É possível observar que existem várias fases que são semelhantes no ciclo RAMS e no ciclo
de vida de um sistema, sendo que é nessas fases que ocorre a avaliação dos objetivos definidos,
estando estes sujeitos a mudança, caso não se possa alcançar os objetivos, considerando o atual
estado da arte. Deste modo é possível efetuar um controlo contínuo dos fatores RAMS para que sejam
efetuadas melhorias contínuas ao sistema e se torne possível alcançar objetivos mais ambiciosos que
garantem melhores condições de exploração do sistema.
Conceito
Def. do Sistema
e Condições de
Aplicação
Análise de Risco
Requisitos do
Sistema
Alocação dos
Req. Sistemas
Projeto e
Implementação
Fabrico
Instalação
Validação do
Sistema
Aceitação do
Sistema
Operação e
Manutenção
Abate,
Desativação e
Desmantelam.
39
De forma a realizar a avaliação dos objetivos do RAMS é necessário recorrer a vários métodos
e técnicas de análise dos vários fatores. Existem vários métodos e técnicas utilizadas, como por
exemplo [35]:
Diagramas causa-efeito;
FMECA (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis);
Análise de risco.
O RAMS é uma análise utilizada com o objetivo de obter resultados de fiabilidade,
disponibilidade, manutibilidade e segurança elevados. É notável que cada vez mais instituições
começam a utilizar a mesma de modo a manterem-se competitivas nos atuais mercados. É um método
eficaz de ter controlo de sistema, desde a fase inicial de projeto até à sua desativação e abate. Através
deste controlo constante é possível obter o máximo dos sistemas com uma melhor gestão dos recursos,
obtendo resultados económicos positivos.
3.3. RAMS em aplicações Ferroviárias
O sistema ferroviário tem como propósito alcançar um nível definido de trafego ferroviário num
dado período de tempo e em segurança [24]. Com o desenvolvimento da humanidade e das tecnologias
que a rodeiam, os requisitos de satisfação dos clientes aumentam, sendo necessário aumentar também
a qualidade do serviço de modo a manter o sector competitivo.
Deste modo, o RAMS ajuda a quantificar e qualificar a fiabilidade de um sistema, sendo então
possível obter uma gestão focada em atingir objetivos mais ambiciosos que tragam melhores resultados
para o sector. Assim é possível aumentar a qualidade do serviço, de forma mais eficaz, através de uma
melhor gestão dos recursos. A qualidade de serviço é também influenciada por outras características
relacionadas com o desempenho, como por exemplo a regularidade do serviço e a estrutura do tarifário
[24]. Na fig. 39 é possível observar esta relação.
3.3.1. Elementos do RAMS em aplicações Ferroviárias
De forma a ser possível maximizar a qualidade do serviço, do ponto de vista do gestor da
infraestrutura, é necessário compreender como os elementos do RAMS do sistema ferroviário estão
interligados entre si. Na fig. 39 é apresentado o esquema que representa a interdependência dos
elementos do RAMS. A segurança e a disponibilidade estão directamente ligadas entre si, uma vez
que, a insuficiência numa ou noutra pode opor-se à obtenção dos objetivos do sistema [24]. A obtenção
dos objetivos de segurança e de disponibilidade de um sistema em funcionamento só pode ser
40
alcançada se todos os requisitos de fiabilidade e manutibilidade estiverem satisfeitos. Para que tal
aconteça é necessario garantir que as actividades de manutenção e exploração sejam devidamente
controladas ao longo do ciclo de vida do sistema. É, tambem, importante assegurar que é tido em conta
o meio ambiente em que o mesmo se insere, com o objetivo de adaptar o sistema ao mesmo [24].
Figura 39 - Qualidade do serviço de um sistema ferroviário [24]
No que diz respeito à disponibilidade, os objetivos deste elemento são definidos, tanto pela
fiabilidade e manutibilidade como pela exploração e manutenção, sendo que cada um destes tem os
seus critérios. Do ponto de vista da fiabilidade, a mesma é descrita por todos os modos possíveis de
avaria relativas a um sistema específico e ao seu meio ambiente assim como a probabilidade e a
consequência dessas mesmas avarias. Já do ponto de vista da manutibilidade são considerados todos
os tempos médios que influenciam as intervenções a um determinado sistema ferroviário, como: tempo
para a realização da manutenção planeada; tempo de deteção; identificação e localização da avaria; e
tempo para a reparação da avaria. Quanto à exploração e manutenção, estes são definidos por todos
os modos possíveis de exploração e a manutenção associada ao longo do ciclo de vida do sistema e
os fatores humanos [24].
Serviço de Qualidade
Outros AtributosRAMS do sistema
ferroviário
Disponibilidade
Exploração e Manutenção
Fiabilidade e Manutibilidade
Segurança
41
O caso da segurança é muito semelhante ao da disponibilidade, sendo que são os critérios da
fiabilidade, manutibilidade, exploração e manutenção que vão representar a diferença. São
considerados como critérios da segurança, o conjunto de situações potencialmente perigosas para
todos os modos de exploração e de manutenção e a caraterística de cada uma dessas situações em
termos da gravidade das suas consequências. É necessário ter em conta todos os modos de avarias
do sistema que podem conduzir a uma situação potencialmente perigosa, assim como as suas
probabilidades de ocorrência e consequências das mesmas [24]. Todo o tipo de atividades de
manutenção que possam estar associados a uma situação potencialmente perigosa, a probabilidade
de ocorrência de erros durantes essas atividades em elementos de segurança e o tempo necessário
para que o sistema volte ao estado de segurança são também critérios a considerar no elemento da
segurança [24]. Por fim, o elemento da segurança é definido pela influência do fator humano nas
atividades de manutenção, a sua correta execução, se existem todos os meios logísticos para que
essas atividades sejam bem sucedidas, e se existe um controlo adequado de todas as situações
potencialmente perigosas, sendo para estas necessário definir um conjunto de medidas para tratar das
mesmas com o intuito de diminuir as suas consequências [24]. A fig. 40 ajuda a compreender melhor a
diferença da influência de uma avaria no elemento da disponibilidade e da segurança.
Figura 40 - Efeitos de avarias dentro sistema [24]
Ambiente da Aplicação Ferroviária
Ameaças de perturbações Efeitos que afetam severamente a
fiabilidade
Efeitos que
afetam
Severamentea segurança
SISTEMA FERROVIÁRIO
Estados de
funcionalidade
Estados de avaria/
Modos de avariaModos de avaria
relacionados com
segurança
42
É possível observar que todas as avarias têm um efeito negativo na fiabilidade do sistema,
enquanto apenas algumas avarias, as que resultam numa situação potencialmente perigosa, têm uma
influência negativa na segurança de um sistema. É notável que, o meio ambiente em que o sistema se
insere pode influenciar a funcionalidade do sistema e consequentemente a segurança do mesmo [24].
Apenas através de uma otimização de todos os elementos RAMS de um sistema é possível
assegurar a segurança e disponibilidade do mesmo, sendo necessário realizar vários estudos e
modificações do projeto para fazer cumprir os objetivos estabelecidos e consequentemente conseguir
atingir essa otimização.
3.4. Métodos e técnicas para a implementação RAMS
De forma a conseguir implementar corretamente o RAMS é necessário recorrer a métodos e
técnicas de análise, de forma a conseguir-se obter uma quantificação e qualificação da fiabilidade,
disponibilidade, manutibilidade e segurança. Para que se obtenha dados que permitam alcançar os
objetivos deste estudo, consideraram-se 3 métodos: Os diagramas causa-efeito, o Failure Modes,
Effects and Critically Analysis (FMECA) e a análise de risco. O método selecionado no presente estudo
foi o FMECA, sendo que este terá um enfoque maior.
3.4.1.1. Diagramas causa-efeito
Os diagramas causa-efeito, também conhecidos por diagramas de Ishikawa, ou por diagramas
“Espinha-de-Peixe”, devido ao seu formato, podem ser uma ferramenta com grande utilidade, sendo
que a sua utilização apenas depende dos objetivos de exploração de um acontecimento. Utilizado pela
primeira vez por Ishikawa, em 1943, para facilitar a explicação de como um conjunto complexo de
fatores se pode relacionar e ajudar a compreender a causa de um problema [36]. Assim, é tanto possível
estruturar hierarquicamente as causas de determinado problema, como efetuar um estudo de hipóteses
de melhoria. É também uma forma de conseguir uma representação gráfica, simples, da resposta de
um sistema a diferentes combinações de “inputs” existentes.
Existem duas metodologias, que estão associadas ao tipo de utilização que está a ser efetuada
e aos respetivos “inputs”: O diagrama 6M, utilizado numa vertente de produção e o diagrama 8P,
utilizado numa vertente de serviços. As principais diferenças residem nos “inputs” dos diagramas onde
[36]:
43
De forma a utilizar esta técnica corretamente é necessário proceder à realização dos seguintes passos
[36]:
Definir o problema de forma clara e objetiva para que o mesmo possa ser analisado e estudado
de modo a que possa ser possível verificar os resultados obtidos;
Criar o diagrama e marcar o problema que será analisado do lado direito do mesmo;
Reunir a equipa e efetuar o brainstorming. Esta deverá ser multidisciplinar, ou seja, deverá
envolver pessoas de diversas áreas ligadas ao problema, de modo a que haja diversas
perspetivas diferentes do problema;
Efetuar uma análise das causas, identificando-as e colocando-as nos repetitivos ramos do
diagrama. Realizar este passo até que se atinga o nível de pormenor/precisão que se pretende
com a identificação de todas as causas do problema;
Efetuar um plano de ações para resolver o problema, com base no diagrama, atribuindo
responsáveis e datas de execução a cada ação resultante da análise.
Esta ferramenta apresenta visualmente e graficamente, de forma a facilitar a compreensão, as
distintas causas possíveis de um determinado problema, utilizando o conhecimento de um grupo de
elementos de várias áreas como um todo. São estas as vantagens deste método, que contribuem para
que seja muito utilizada, nas mais distintas áreas. No entanto não é adequado para a análise e
resolução de problemas de elevado grau de complexidade, onde exista grande interligação e interação
entre várias causas e problemas [36].
3.4.1.2. Failure Modes, Effects and Critically
Analysis (FMECA)
A ferramenta failure modes, effects and critically analysis (FMECA) é uma extensão da failure
modes effects and analysis (FMEA), pelo que é necessário primeiro entender a definição desta última
ferramenta enunciada. Existem várias definições àcerca desta ferramenta. Para Sobral & Abreu [37],
Diagrama 6M:
o Materiais;
o Mão-de-obra;
o Métodos;
o Maquinas;
o Medidas;
o Meio ambiente.
Diagrama 8P:
o Pessoas;
o Produto/Preço do serviço;
o Promoção;
o Politicas;
o Processos;
o Procedimentos;
o Local/Fabrica/Tecnologia.
44
este é um método capaz de estudar, de forma sistemática, os vários modos de falha, de um
determinado componente, as suas causas e os seus efeitos no funcionamento e segurança do sistema.
Já Stamatis [38] define este método como uma técnica de engenharia utilizada para identificar e
eliminar falhas, problemas e erros de um sistema, projeto, processo ou serviço antes que chegue ao
consumidor. A principal diferença entre a FMEA e a FMECA reside na capacidade da FMECA
proporcionar informações quantitativas, capaz de serem mensuráveis. O FMECA para além de analisar
os modos de falha de um produto ou processo, e os seus efeitos, analisa a criticalidade da falha.
De acordo com a “International Marine Contractors Association” [39] a FMECA consiste em um
método que prevê a quantidade de vezes que cada componente do sistema irá falhar, através do
histórico de falhas existente, de forma a conseguir estimar quantas vezes todo o sistema irá falhar.
Apesar de se conseguir saber que todo o sistema irá falhar, é impossível saber exatamente quando,
pelo que, o objetivo principal desta ferramenta é conseguir determinar quais as áreas do sistema que
são menos fiáveis ou que têm uma elevada importância, em termos funcionais ou de segurança, para
que se possa modificar o sistema ou centrar o plano de manutenção nessas áreas.
Assim, esta análise de criticidade atribui um grau de importância a cada modo de falha
identificado na FMEA. Grau de importância este que é classificado conforme a severidade de cada
modo de falha e a sua probabilidade de ocorrência. Através deste grau de importância é possível atribuir
a cada modo de falha uma ação, que deverá ser tomada tendo em consideração o impacto da mesma
no funcionamento do sistema e na segurança.
Existem várias formas de classificar a severidade de cada falha e a sua probabilidade de
ocorrência. Uma vez que estes parâmetros não são universais, devem ser adaptados ao
sistema/processo em estudo, de modo a conseguir uma quantificação relevante. Para a probabilidade
de ocorrência de uma falha existem várias classificações, que utilizam os mais diversos parâmetros
para as quantificar, como por exemplo a tabela de Stamatis [38] (fig. 41) ou a tabela utilizada por
Hassankiadeh [40] (Fig. 42).
Índice Índice de Ocorrência %
1 Não é provável que a falha ocorra (1 em 1.000.000) 0% - 0,0001%
2 Muito pouco provável que a falha ocorra (1 em 20.000) 0,0001% - 0,005%
3 Pouco provável que a falha ocorra (1 em 4.000) 0,005% - 0,025%
4 - 6 Moderada probabilidade para a ocorrência da falha (1 em 1.000 até 1 em 80)
0,1% - 1,25%
7 – 8 Alta probabilidade para a ocorrência da falha (1 em 40 até 1 em 20) 2,5% - 5%
9 - 10 Muito alta probabilidade para a ocorrência da falha (1 em 10) >10%
Figura 41 - Probabilidade de ocorrência num determinado intervalo ou região segundo Stamatis [38]
45
Pontuação Descrição Intervalo (%)
1 Não ocorre DFR3 = 0
2 Baixa (Poucas falhas) 0<DFR <5
3 Média (Falhas ocasionais) 5<DFR <10
4 Alta (Falhas repetidas) 10<DFR <20
5 Muito Alta DFR> 20
Figura 42 - Probabilidade de ocorrência segundo Hassankiadeh [40]
No caso da severidade/consequência, à semelhança da probabilidade de ocorrência, são
utilizados os parâmetros mais adequados a cada sistema/processo. Em casos em que a segurança é
o elemento chave, o parâmetro utilizado para a quantificação pode ser o número de acidentes causados
por determinado modo de falha. Para sistemas/processos onde a disponibilidade e operacionalidade
são elementos chave o parâmetro utilizado pode ser o tempo médio de reparação e por consequência
o tempo médio de inoperacionalidade. Existem ainda casos de estudo em que tanto a segurança como
a operacionalidade de um sistema/processo são vitais, sendo utilizada uma análise multicritério na
parametrização da severidade/consequência [41].
3.4.1.3. Análise de risco
Esta ferramenta permite identificar e avaliar situações de risco, ou seja, acontecimentos que
podem conduzir a uma situação perigosa e com consequências negativas para o sistema. A análise de
risco deve-se realizar nas várias fases do ciclo de vida do sistema, de modo a que seja possível tomar
ações relativamente aos riscos identificados.
A avaliação do risco é obtida através da realização de uma combinação entre a frequência, ou
probabilidade de ocorrência, de um acontecimento potencialmente perigoso e a sua consequência em
3 Distribuição da Frequência de Ocorrência Relativa
46
termos de severidade. Para que tal avaliação se possa fazer, é necessário definir as várias categorias
de probabilidade de ocorrência e consequência. No quadro 2 é possível verificar uma forma de
categorizar a probabilidade de ocorrência de uma situação potencialmente perigosa. Esta é a
categorização definida pela norma NP EN 50126, a qual refere que dependendo do sistema em
avaliação, as categorias, o seu número, assim como a escala numérica devem ser definidos pela
entidade ferroviária [24].
Categoria Descrição
Frequente Fortes hipóteses de ocorrer frequentemente. A situação potencialmente perigosa está sempre presente.
Provável Pode ocorrer muitas vezes. Pode-se esperar que a situação potencialmente perigosa ocorra muitas vezes
Ocasional Fortes hipóteses de ocorrer várias vezes no ciclo de vida do sistema
Remota Fortes hipóteses de ocorrência algumas vezes no ciclo de vida do sistema. É razoável esperar que a situação potencialmente perigosa possa ocorrer
Improvável Poucas hipóteses de ocorrer mas possível. Pode-se assumir ocorrência excecional de perigo potencial
Impossível Extremamente difícil de ocorrer. Pode-se assumir a não ocorrência de perigo potencial
Quadro 2 - Probabilidade de ocorrência de uma situação potencialmente perigosa [24]
No quadro 3, observa-se uma classificação das consequências de uma situação
potencialmente perigosa. Esta classificação é definida, uma vez mais, pela norma NP EN 50126, sendo
que a mesma divide as consequências para as pessoas e meio ambiente das consequências para o
serviço [24].
Nível de gravidade
Consequências para pessoas ou meio ambiente Consequências para o serviço
Catastrófico Mortes e/ou várias pessoas gravemente feridas e/ou prejuízos muito graves para o ambiente
Crítico Uma morte e/ou uma pessoa gravemente ferida e/ou prejuízos graves para o ambiente
Perda de um sistema principal
Marginal Ferimentos menores e/ou ameaça grave para o ambiente
Prejuízos graves para um (ou vários) sistema(s)
Insignificante Eventualmente um ferido ligeiro Prejuízos menores para o sistema
Quadro 3 - Consequência de uma situação potencialmente perigosa [24]
47
Após definidas as classificações para a probabilidade de ocorrência e a sua consequência é
feita uma matriz de risco, para que seja mais fácil interpretar os dados. Assim que elaborada a matriz
de risco, é então necessário definir os níveis de aceitação do risco. Existem vários princípios sendo que
qualquer um deles se pode utilizar. Alguns exemplos desses princípios são [24]:
O mínimo razoavelmente praticável (As Low as Reasonably Practicable) (Praticado no
Reino Unido);
No geral, pelo menos, tão bom como aquele que é oferecido por qualquer sistema existente
equivalente (Globalement Au Moins Aussi Bom) (Praticado em França);
Mortalidade Endógena Mínima (Minimal Endogene Mortalität) (Praticado na Alemanha).
A norma NP EN 50126 apresenta, no quadro 4, uma classificação qualitativa do risco assim como as
ações que devem ser aplicada em cada categoria.
Categoria de Risco Ações a aplicar em cada categoria
Intolerável Deve ser eliminado
Indesejável Deve ser apenas aceite quando a redução de risco é impraticável e com o acordo da entidade ferroviária ou da entidade reguladora responsável pela segurança, conforme apropriado
Tolerável Aceitável com controlo adequado e com o acordo da entidade ferroviária
Desprezável Aceitável sem o acordo da entidade ferroviária
Quadro 4 - Categorias qualitativas do risco [24]
Como resultado desta ferramenta é obtida uma matriz de risco, como demonstra a fig. 43, onde
para cada situação potencialmente perigosa é atribuída uma categoria de probabilidade de ocorrência
e uma de consequência/severidade. Consoante a categoria de risco resultante, devem ser tomadas
ações para lidar com essas situações, de acordo com o definido na categoria de risco atribuída.
Frequência de ocorrência de uma situação potencialmente perigosa
Nível de risco
Frequente Indesejável Intolerável Intolerável Intolerável
Provável Tolerável Indesejável Intolerável Intolerável
Ocasional Tolerável Indesejável Indesejável Intolerável
Remota Desprezável Tolerável Indesejável Indesejável
Improvável Desprezável Desprezável Tolerável Tolerável
Impossível Desprezável Desprezável Desprezável Desprezável Insignificante Marginal Crítico Catastrófico
Níveis de gravidade das consequências de uma situação potencialmente perigosa
Figura 43 - Matriz de risco [24]
48
49
4. Caso de estudo
No presente capítulo é apresentado o caso de estudo deste trabalho centrado nos aparelhos
de mudança de via integrados nos caminhos-de-ferro nacionais. Primeiramente, fez-se uma
apresentação da abordagem metodológica utilizada, justificando, sempre que necessário, qualquer
decisão impactante. De seguida, descrevem-se as falhas que são identificadas no sistema em estudo,
ou seja, os aparelhos de mudança de via, as suas causas e os seus efeitos, concluindo pela elaboração
da FMECA. Por fim, realizou-se a FMECA do sistema, onde foram identificados os modos de falha
críticos e os parâmetros utilizados na quantificação da probabilidade de ocorrência e
severidade/consequência dos mesmos.
4.1. Metodologia
De modo a conseguir realizar uma análise RAMS corretamente é necessário estabelecer um
plano com diretrizes claras e precisas. Para tal, é necessário escolher uma técnica de análise que se
adeque aos objetivos, sendo que, como já referido anteriormente, para este estudo foi escolhida a
FMECA. Foi escolhida a metodologia FMECA, pois esta é uma técnica que permite obter uma lista de
todos os potenciais modos de falha do sistema em estudo e quantificá-los, no que diz respeito à sua
probabilidade de ocorrência e severidade/consequência.
Para realizar esta técnica corretamente é necessário respeitar determinada metodologia.
Metodologia esta que indica que inicialmente deve ser reunida uma equipa de especialistas de diversas
áreas, com o objetivo de conseguir o maior alcance, em termos de definir todos os modos de falha.
Neste estudo foi criada uma equipa com especialistas da área das aplicações ferroviárias, com o
objetivo de conseguir criar esta equipa de análise.
Assim que reunida a equipa deve ser feita uma lista dos modos de falha, através de análises
estatísticas, análises estruturais e análises da manutibilidade do sistema. Existem várias formas de
classificar os modos de falha, sendo que uma delas foram os estudos como o de Hassankiadeh, onde
o autor agrupa os modos de falha por tipo de causa dos mesmos [40]. Outros como Jovanović e
Zwanenburg listam os modos de falha por componente [42]. Neste estudo, decidiu-se classificar os
modos de falha consoante a tipologia de falha utilizada pela IP nas suas inspeções aos aparelhos de
mudança de via, tais como defeitos geométricos e estruturais, consoante o componente em questão.
Optou-se por este tipo de análise por dois motivos: ser uma abordagem nova e sem precedentes e o
facto da existência de dados estatísticos acerca destes modos de falha. Dos iniciais 25 modos de falha
identificados inicialmente optou-se por considerar e quantificar apenas 8, que se consideraram mais
críticos, ou seja, os modos de falha identificados com maior frequência e consequências mais gravosas
para o sistema/processo em estudo.
50
Por fim, foi necessário definir os critérios de quantificação da probabilidade de ocorrência e da
severidade/consequência dos modos de falhas identificados, de modo a conseguir tirar conclusões que
ajudem a gestão da manutenção dos ativos da empresa. Os critérios utilizados são descritos no capítulo
4.3 deste trabalho.
4.2. Identificação e descrição dos potenciais modos de
falha
De modo a conseguir identificar os potenciais modos de falha é necessário estabelecer um
ponto de partida. Para tal, são identificadas as funções críticas dos aparelhos de mudança de via, a
saber:
Garantir conformidade de guiamento do rodado;
Garantir a distância mínima entre faces internas das rodas, impedindo o seu
embate/entalamento com outros componentes;
Assegurar a correta manobra e acoplamento das lanças;
Garantir rolamento e cargas dinâmicas verticais adequadas.
Estabelecidas as funções críticas é possível identificar e listar os potenciais modos de falha
que comprometem essas funções críticas. Para cada função crítica é feita uma análise dos
componentes cujo propósito seja garantir a conformidade de determinada função crítica. Em cada
componente são então identificados todos os potenciais modos de falha. Identificaram-se 25 potenciais
modos de falha, todos eles presentes no quadro 5. Estes modos de falha correspondem a falhas de
características geométricas ou a componentes em mau estado, presentes nos aparelhos de mudança
de via, como por exemplo: a existência de travessas danificadas; peças nobres fissuradas ou
fraturadas; defeitos de alinhamento; defeitos de bitola. Foram definidos estes potenciais modos de falha
uma vez que, são estas características e componentes que são controladas na rede ferroviária
nacional.
51
Função crítica Componente Modo Potencial de Falha
Garantir conformidade de guiamento do rodado
Meia-Grade de Agulha
Inserção na Ponta Real de Lança (PRL) não conforme
Diferença altura Lança/Contra-lança não conforme
Cróssima Cota de proteção excede tolerâncias
Abertura de guiamento excede tolerâncias
Contra Carril Desgaste Contra Carril excede tolerâncias
Suporte de Contra Carril fraturado
Via
Bitola excede tolerâncias
Defeito de Alinhamento
Defeito de Nivelamento Longitudinal
Defeito Empeno
Travessas podres/sem garantia de aperto
Carril/Cróssima/Lança/Contra-Lança
Fissura interna de carril/peça nobre
Fratura de carril/peça nobre
Garantir a distância mínima entre faces internas das rodas, impedindo o seu embate/entalamento com componentes
Meia-Grade de Agulha Cota de passagem livre excede tolerâncias
Contra Carril Cota de passagem livre excede tolerâncias
Cróssima (duplas) Cota de passagem livre excede tolerâncias
Assegurar a correta manobra e acoplamento das lanças
Meia-Grade de Agulha
Folga nos batentes excede tolerâncias
Cota de entrada desequilibrada
Folga Lança/Contra-Lança excessiva
Folga Lança/Coxim excessiva
Não comprovação do sistema de manobra (Sinalização)
Coxim fraturado
Garantir rolamento e cargas dinâmicas verticais adequadas
Via Defeito Superficial/ Arranque de material (mesa)
Junta/soldadura desnivelada
Cróssima Desgaste da pata de lebre/bico elevado
Quadro 5 - Potenciais modos de falha identificados
Assim que identificados os modos de falha é feito um estudo das suas possíveis causas e
possíveis consequências, de modo a melhor compreender o impacto de cada um desses modos de
falha na fiabilidade e segurança do sistema. Estas causas e consequências são apresentadas no anexo
A, presente no final deste trabalho.
Como referido na secção 4.1 deste trabalho, dos 25 modos potenciais de falha identificaram-
se 8, classificados como críticos, uma vez que são estes que possuem tolerâncias mais rigorosas ou
consequências mais graves para a fiabilidade e segurança do sistema. No quadro 6, são apresentados
os 8 modos potenciais de falha, assim como as suas possíveis causas e possíveis consequências.
52
Potencial Modo de Falha Possível Causa Possível Consequência
Inserção na Ponta Real de Lança (PRL) não conforme
- Desgaste vertical da contra lança; - Folga excessiva lança com a contra lança
- Danificação da Lança; - Danificação do rodado
Diferença altura Lança/Contra-lança não conforme
- Nivelamento longitudinal; - Desgaste na Lança
- Interposição do rodado entre a lança e a contra lança
Cota de proteção excede tolerâncias
- Desgaste do contra carril; - Deficiência da fixação das travessas; - Fixações do contra carril deficientes
- Não garantir o guiamento dos rodados
Abertura de guiamento excede tolerâncias
- Defeito de Bitola; - Assentamento (Posição) do contra carril;
- Desgaste no contra carril; - Desgaste no rodado
Bitola excede tolerâncias - Problemas de Fixações; - Problemas de Travessas;
- Não garantir as cotas de segurança
Fratura de carril/peça nobre
- Defeitos de nivelamento; - Fim de vida útil dos componentes
- Interdição do troço
Cota de passagem livre excede tolerâncias
- Falta de Lubrificação; - Deformação na lança; - Insuficiência do curso das lanças; - Avaria de bitola na grade da agulha; - Deficiência de encosto da lança fechada; - Defeitos de Bitola
- Batimento do rodado na lança provocando varejamento da lança; - Defeitos de sinalização; - Folgas de aferrolhamento; - Desgaste na lança/Rodado; - Possível desequilíbrio nas aberturas de aferrolhamento
Cota de passagem livre excede tolerâncias
- Apoio do contra carril fraturado; - Fixação do contra carril não verifica o aperto; - Travessa danificada; - Defeito de bitola
- Não garantir a cota de proteção do bico da cróssima
Quadro 6 - Potenciais modos de falha críticos e suas causas e consequências
Estes potenciais modos de falha constituem o grupo de potenciais modos de falha sujeito à
quantificação da probabilidade de ocorrência e severidade/consequência. Quantificação esta que é
utilizada para estabelecer os graus de risco de inoperacionalidade do aparelho de mudança de via em
inspeção e consequentemente, atribuir ações corretivas adequadas a cada potencial modo de falha,
conforme o grau de risco de inoperacionalidade do aparelho de mudança de via atribuído.
53
4.3. FMECA
De modo a quantificar a probabilidade de ocorrência, é utilizado o parâmetro da frequência
relativa dos modos de falha, à semelhança da análise utilizada por Hassankiadeh em 2011 [40]. Optou-
se por utilizar este parâmetro, uma vez que, são os únicos dados estatísticos disponíveis capazes de
quantificar a ocorrência dos potenciais modos de falha em estudo. Estes foram apurados durante as
inspeções efetuadas a aparelhos de mudança de via da rede nacional ferroviária, ao longo do ano de
2016. Os dados estatísticos apresentados são cedidos pela Infraestruturas de Portugal (IP), e constam
na sua base de dados para posteriormente poderem ser apresentados internamente como resultados
anuais acerca deste indicador. A fig. 44 apresenta a distribuição da frequência relativa dos modos de
falha (Failure Frequency Distribution (FFD)).
Figura 44 – Distribuição da frequência relativa (DFR) dos modos de falha detetados em 2016
No quadro 7 apresenta-se a quantificação, e o seu critério, da probabilidade de ocorrência
considerada válida para este estudo, sendo que os valores do critério foram estimados de modo a opter
uma maior diferenciação entre modos de falha, de acordo com o intrevalo de valores estatísticos
obtidos.
36,3
16,9 16,8 14,69,5
3,2 0,5 0,50
20
40
60
80
100
%
Distribuição da frequência relativa dos modos de falha
54
Pontuação Descrição Critério
1 Baixo (Pouca probabilidade de ocorrer) 0%<DFR4 <5%
2 Médio (Probabilidade de ocorrer ocasionalmente) 5%<DFR <15%
3 Elevado (Elevada probabilidade de ocorrer) DFR> 15%
Quadro 7 - Quantificação da probabilidade de ocorrência.
Para a quantificação da severidade/consequência decidiu-se utilizar uma metodologia multi-
critério, uma vez que não é possivel apenas considerar apenas um parâmetro nesta quantificação. No
caso em estudo, considerar apenas a segurança ou a disponibilidade/operacionalidade é incorrecto,
pois a consequência na disponibilidade do aparelho de mudança de via pode ser muito elevada sem
que a seguranaça seja comprometido, e vice-versa. Assim, é feita esta análise, em que se consideram
os parâmetros mais importantes do sistema, para que seja possível estimar o impacto de cada modo
de falha no mesmo. Esta análise multi-critério é ilustrada na fig. 45.
Figura 45 - Análise multicritério da Severidade/Consequência
4 Distribuição da Frequência de Ocorrência Relativa
Severidade/Consequência
Segurança
Nível de criticidade especifica
Estado atual da característica (Valor
medido)
Criticidade a nível de probabilidade de descarrilamento
Qualidade
Interdependência dos modos de falha
Disponibilidade/Operacionalidade
Tempo de reparação
Custos de reparação
55
Desta forma a quantificação da severidade/consequência é obtida através da ponderação de 5
fatores: estado atual da característica; importância da característica/componente em relação aos
restantes; interdependência dos modos de falha; tempo de reparação; e custos de reparação. Destes
fatores, 4 são fatores com critérios globais e 1 é um fator com critérios específicos que variam conforme
o estado atual, no que diz respeito aos parâmetros geométricos e condição de componentes, do
aparelho de mudança de via. O valor é obtido através de uma média ponderada entre os 5 fatores, que
se encontram divididos em três grandes grupos: Segurança, Qualidade e
Disponibilidade/Operacionalidade. Esta ponderação considera que todos os fatores possuem uma
contribuição semelhante para o valor final.
Tanto o tempo de reparação como os custos de reparação, apresentados nos quadros 8 e 9,
respetivamente, caracterizam-se como: nível baixo, médio e elevado. Esta caracterização é feita com
base em inquéritos, anexo B, a cerca de 10 especialistas da área de manutenção de aparelhos de via,
pois cada modo de falha não possui tempos de reparação fixos, sendo estes dependentes da causa,
da condição do equipamento e de outras particularidades.
Pontuação Descrição
1 Baixo (Reparação simples e rápida)
2 Médio (Reparação com algum grau de complexidade)
3 Elevado (Reparação complexa e demorada)
Quadro 8 - Matriz de pontuação - tempo de reparação (disponibilidade)
Pontuação Descrição
1 Baixo (Sem custos significativos)
2 Médio (Custos relevantes)
3 Elevado (Custos muito elevados)
Quadro 9 - Matriz de pontuação - custos de reparação (disponibilidade)
56
No que diz respeito às consequências na qualidade, este fator é quantificado pela
interdependência que ocorre entre os vários modos de falha, ou seja, a influência que determinado
modo de falha tem nos restantes. A influência pode ser baixa, média ou elevada, dependendo do
número de falhas que determinado modo de falha possa vir a promover. Esta influência é a nível de
degradação das características geométricas ou condições gerais do componente que estão associadas
aos modos de falha. Este parâmetro é novamente quantificado com base no conhecimento de
especialistas e com os seguintes níveis: Baixa, Média, Elevada (Quadro 10).
Pontuação Descrição
1 Baixa (Modo de falha independente)
2 Média (Modo de falha moderadamente interligado com outros modos de falha)
3 Elevada (Modo de falha fortemente interligado com outros modos de falha)
Quadro 10 - Matriz de pontuação - interdependência entre modos de falha (Qualidade)
Por fim, considera-se o fator que influencia a segurança, ou seja, o nível de criticidade
específica. O nível de criticidade específica está divido entre a criticidade a nível de probabilidade de
descarrilamento de determinado modo de falha e a condição atual de determinada característica
geométrica ou componente, aquando da sua inspeção. A criticidade a nível de probabilidade de
descarrilamento é um parâmetro baseado na opinião e experiência de especialistas da área e possibilita
uma avaliação de qual ou quais os potenciais modos de falha com maior probabilidade de desencadear
um descarrilamento, originando um acidente onde possam existir feridos graves, ou no limite vítimas
fatais. O quadro 11 apresenta a forma de como é feita essa quantificação.
Pontuação Descrição
1 Baixa (Menor probabilidade de gerar inoperacionalidade grave)
2 Média (Probabilidade moderada de gerar inoperacionalidade grave)
3 Elevado (Alta probabilidade de gerar inoperacionalidade grave)
Quadro 11 - Matriz de pontuação - importância das características do AMV (Segurança)
57
A condição de determinado parâmetro é quantificada, independentemente, uma vez que
características são diferentes entre os vários modos de falha, e é classificada consoante o valor
resultante da medição, efetuado durante a inspeção do aparelho de mudança de via, se afasta dos
respetivos critérios definidos no quadro 12, sendo que quanto mais afastado for o valor medido dos
critérios, maior a probabilidade de ocorrer inoperacionalidade do AMV. Os valores utilizados como
critérios para este parâmetro são definidos conforme as tolerâncias e boas práticas de manutenção nas
redes ferroviárias. Desta forma é possível quantificar um risco de inoperacionalidade para os 8 modos
de falha alvo desta análise, tendo sido classificados em 3 níveis de risco: Baixo, Médio e Elevado.
Potencial modo de falha
Pontuação/Critério
1 2 3
Risco Médio (Acidente pode ocorrer se o material rodante estiver fora das tolerâncias de ação imediata)
Risco Alto (Acidente pode ocorrer se o material rodante estiver fora das tolerâncias de intervenção)
Risco Muito Alto (Acidente pode ocorrer mesmo que o material rodante esteja dentro das tolerâncias)
Cota de proteção (m) excede tolerância
Valor medido entre 1626mm – 1625mm
Valor medido entre 1625mm – 16222mm
Valor medido <1622mm
Cota de passagem livre (n) e (d) excede tolerância
Valor medido entre 1618mm – 1620mm
Valor medido entre 1620mm – 16222mm
Valor medido> 1622mm
Inserção PRL não conforme (Calibre 1)
Sem evidência de toque de rodado
Com evidência de toque de rodado
Ponta real da lança partida
Diferença altura Lança/Contra-lança não conforme (calibre 2)
Valor medido entre 200mm – 350mm
Valor medido entre 350mm – 500mm
Valor medido> 500mm
Fratura de carril/peça nobre
Fratura na base lateral Fratura na "pata de lebre"
Fratura no bico da cróssima
Bitola (S) excede tolerância
Valor medido entre -11mm/+35mm a -13mm/+40mm
Valor medido entre -13mm/+40mm a -15mm/+45mm
Valor medido < -15mm / >+45mm
Abertura de guiamento (g) excede tolerância
Valor medido entre 38mm a 35mm
Valor medido entre 35mm a 33mm
Valor medido <33mm
Quadro 12 - Matriz de pontuação - Estado atual da característica (Valor medido) (Segurança)
O cálculo deste risco é feito através da multiplicação do valor das pontuações obtidas na
severidade/consequência (S/C), da probabilidade de ocorrência (PO) e detetabilidade (D), eq. (4),
sendo que consoante o resultado final é atribuído o respetivo nível de risco. O valor da detetabilidade
foi considerado igual a 1, para todos os modos de falha, uma vez que aquando da inspeção assume-
58
se que todos os modos de falha considerados são verificados. O quadro 13 apresenta o critério utilizado
neste estudo.
𝑅𝑃𝑁 = 𝑃𝑂 × 𝑆/𝐶 × 𝐷 (4)
Risco de
inoperacionalidade
RPN Ações
Baixo RPN <2,5 Realizar ação corretiva assim que possível
Médio 2,5<RPN
<5
Realizar ação corretiva, avaliando necessidade de
limitação de velocidade temporária em função da sua
utilização/risco global
Elevado RPN> 5 Realizar ação corretiva, impondo limitação de
velocidade temporária ou interdição de circulação
Quadro 13 - Critério de Risco
Este critério teve como base uma análise de sensibilidade, onde foram avaliados os valores
máximos e mínimos obtidos no estudo para o melhor cenário e o pior cenário e feita uma distribuição
de modo a conseguir obter uma melhor diferenciação dos modos de falha.
4.4. Resultados Obtidos
Após análise dos dados estatísticos é possível quantificar cada potencial modo de falha quanto
à probabilidade de ocorrência como quanto à severidade/consequência. Quantificou-se inicialmente
todos os parâmetros fixos, ou seja, a probabilidade de ocorrência, os tempos de reparação e custos de
reparação, a interdependência entre modos de falha e a criticidade a nível da probabilidade de
descarrilamento. O estado atual da característica, sendo um parâmetro variável não apresenta
resultados fixos, portanto este parâmetro faz variar o resultado final da análise.
Quanto à probabilidade de ocorrência o quadro 14 apresenta os resultados obtidos e a
respetiva quantificação. É notável que as ”cotas de passagem livre (d) e (n) excedem tolerâncias” são
os potenciais modos de falha com maior probabilidade de ocorrência, seguidos da “inserção na ponta
real de lança (PRL) não conforme”.
59
Potencial Modo de Falha Distribuição Relativa
Probabilidade de ocorrência
Inserção na PRL não conforme (calibre 1) 16,80% 3
Diferença altura Lança/Contra-lança não conforme (calibre 2) 0,50% 1
Cota de proteção (m) excede tolerâncias 14,60% 2
Abertura de guiamento (g) excede tolerâncias 9,50% 2
Bitola (S) excede tolerâncias 3,20% 1
Fratura de carril/peça nobre 0,50% 1
Cota de passagem livre (d) excede tolerâncias 36,30% 3
Cota de passagem livre (n) excede tolerâncias 16,90% 3
Quadro 14 - Quantificação da probabilidade de ocorrência
No que diz respeito ao tempo de reparação (TR) e custos de reparação (CR) o quadro 15
mostra os resultados conseguidos através do inquérito de sensibilidade realizado, anexo B. Os modos
de falha com tempos de reparação e custos de reparação mais elevados são a “diferença de altura
entre a lança/contra-lança não conforme” e a “fratura de carril/peças nobres”.
Potencial Modo de Falha Tempo de reparação (TR)
TR Custo de reparação (CR)
CR
Inserção na PRL não conforme (calibre 1) Baixo 1 Baixo 1
Diferença altura Lança/Contra-lança não conforme (calibre 2)
Elevado 3 Elevado 3
Cota de proteção (m) excede tolerâncias Médio 2 Médio 2
Abertura de guiamento (g) excede tolerâncias
Baixo 1 Baixo 1
Bitola (S) excede tolerâncias Médio 2 Médio 2
Fratura de carril/peça nobre Elevado 3 Elevado 3
Cota de passagem livre (d) excede tolerâncias
Elevado 3 Médio 2
Cota de passagem livre (n) excede tolerâncias
Médio 2 Médio 2
Quadro 15 - Quantificação do tempo de reparação e do custo de reparação
60
Os resultados da análise dos dados resultantes dos inquéritos, anexo B, de sensibilidade
acerca da interdependência entre modos de falha estão presentes no quadro 16. Os potenciais modos
de falha com maior impacto são a “bitola excede tolerâncias” e a ”fratura de carril/peça nobre”.
Potencial Modo de Falha Interdependência entre modos de falha (ID)
ID
Inserção na PRL não conforme (calibre 1) Baixo 1
Diferença altura Lança/Contra-lança não conforme (calibre 2)
Baixo 1
Cota de proteção (m) excede tolerâncias Baixo 1
Abertura de guiamento (g) excede tolerâncias Médio 2
Bitola (S) excede tolerâncias Elevado 3
Fratura de carril/peça nobre Elevado 3
Cota de passagem livre (d) excede tolerâncias Médio 2
Cota de passagem livre (n) excede tolerâncias Baixo 1
Quadro 16 - Quantificação da interdependência entre modos de falha
A criticidade a nível da probabilidade de descarrilamento é o último parâmetro global a ser
quantificado. Os resultados da quantificação deste parâmetro, à semelhança dos anteriores, foram
obtidos através do inquérito de sensibilidade realizado, anexo B, e encontram-se no quadro 17. A
“diferença de altura lança/contra-lança não conforme”, a “cota de proteção (m) excede tolerâncias” e a
“bitola excede tolerâncias” são os parâmetros com valores mais elevados.
Potencial Modo de Falha Criticidade a nível da probabilidade de descarrilamento (CPD)
CPD
Inserção na PRL não conforme (calibre 1) Alto 2
Diferença altura Lança/Contra-lança não conforme (calibre 2)
Muito Alto 3
Cota de proteção (m) excede tolerâncias Muito Alto 3
Abertura de guiamento (g) excede tolerâncias Médio 1
Bitola (S) excede tolerâncias Muito Alto 3
Fratura de carril/peça nobre Alto 2
Cota de passagem livre (d) excede tolerâncias Médio 1
Cota de passagem livre (n) excede tolerâncias Alto 2
Quadro 17 - Quantificação da criticidade a nível da probabilidade de descarrilamento
61
Por fim, são apresentados os resultados relativos ao único parâmetro específico utilizado no
estudo. Como este parâmetro varia conforme as medições efetuadas durante as inspeções aos
aparelhos de mudança de via, apresentam-se os resultados para o melhor cenário possível, ou seja,
todas as medições estão dentro dos critérios mínimos dos respetivos potenciais modos de falha e os
resultados para o pior cenário possível, isto é, quando todas as medições se encontram no espectro
máximo dos critérios definidos para cada modo de falha. Desta forma temos 2 resultados: com o
parâmetro específico, estado atual da característica, com os valores mínimos (quadro 18) e com o
parâmetro específico com valores máximos (quadro 19).
Potencial Modo de Falha Risco
Inserção na PRL não conforme (calibre 1) 3,6
Diferença altura Lança/Contra-lança não conforme (calibre 2) 2,2
Cota de proteção (m) excede tolerâncias 3,6
Abertura de guiamento (g) excede tolerâncias 2,4
Bitola (S) excede tolerâncias 2,2
Fratura de carril/peça nobre 2,4
Cota de passagem livre (d) excede tolerâncias 5,4
Cota de passagem livre (n) excede tolerâncias 4,8
Quadro 18 - Risco de inoperacionalidade com resultados do parâmetro “estado atual da característica” mínimo
Potencial Modo de Falha Risco
Inserção na PRL não conforme (calibre 1) 4,8
Diferença altura Lança/Contra-lança não conforme (calibre 2) 2,6
Cota de proteção (m) excede tolerâncias 4,4
Abertura de guiamento (g) excede tolerâncias 3,2
Bitola (S) excede tolerâncias 2,6
Fratura de carril/peça nobre 2,8
Cota de passagem livre (d) excede tolerâncias 6,6
Cota de passagem livre (n) excede tolerâncias 6
Quadro 19 - Risco de inoperacionalidade com resultados do parâmetro “estado atual da característica” máximo
62
É possível verificar que os potenciais modos de falha com maior risco de causar a
inoperacionalidade de um aparelho de mudança de via são a “cota de passagem livre (d) e (n) excede
tolerâncias” e que os modos de falha com menor risco são “diferença altura lança/contra-lança não
conforme” e “bitola excede tolerâncias”. Apesar de existir esta indicação de quais os potenciais modos
de falha mais críticos, sugerida pela análise de extremos, é extremamente raro estarmos nesta
situação, sendo que apenas com os dados concretos de uma inspeção a um aparelho de mudança de
via é possível estimar o risco de causar a inoperacionalidade de um aparelho de mudança de via
associado a cada potencial modo de falha.
Conclui-se que os modos de falha onde é necessário maior atenção são os problemas de
garantir as cotas de passagem livre, onde seja pela probabilidade de ocorrência seja pela severidade
da consequência se obtêm maior risco de causar a inoperacionalidade do aparelho de mudança de via.
Apesar de estes serem os modos de falha com maior risco, os demais não devem ser ignorados,
podendo também estes gerar a inoperacionalidade do aparelho de mudança de via. É notável que,
possivelmente, através de uma maior frequência de inspeções e intervenções corretivas aos potenciais
modos de falha com maior risco de causar a inoperacionalidade é possível diminuir este risco,
aumentando a segurança e disponibilidade global de todo o sistema ferroviário.
63
5. Conclusões e Propostas de trabalhos futuros
Neste capítulo são apresentadas as conclusões deste trabalho, assim como as propostas para
trabalhos futuros. Começa-se por apresentar conclusões acerca da importância do sector ferroviário na
atualidade. De seguida, conclui-se sobre o papel vital dos aparelhos de mudança de via na estrutura
da via-férrea. Posteriormente, apresentam-se desfechos sobre a metodologia de análise RAMS e a
importância dos aspetos ligados à mesma. Seguidamente, são expostas as conclusões acerca do caso
de estudo, onde é apresentada a metodologia utilizada e os resultados da aplicação da mesma. Por
fim, são apresentadas algumas propostas de trabalhados futuros com o objetivo de fornecer indicações
para que possa ser continuado e melhorado o presente trabalho.
5.1. Conclusões
A realização deste trabalho permitiu avaliar e aferir a importância da manutenção dos aparelhos
de mudança de via no setor ferroviário. Foi possível identificar problemas relativos com a identificação
e quantificação de potenciais modos falhas que possam ocorrer nos equipamentos em estudo, uma
vez que existem várias perspetivas acerca da definição de modos de falha e do impacto que essas
falhas podem ter na segurança e disponibilidade global do sistema.
Durante todo o trabalho, conclui-se que é importante proceder a uma análise correta da
interação dos vários constituintes do setor ferroviário. Para que esta interação ocorra é necessário
garantir que os valores da bitola, nivelamento, alinhamento ou empenos mantêm os valores de projeto,
de modo a evitar que o sistema entre em falha. Durante a vida útil da via-férrea observam-se desvios
nestes valores obrigando a uma intervenção corretiva. É um objetivo cada vez mais presente, no setor,
evitar que estas situações ocorram, uma vez que, essas tem implicações negativas para o negócio.
Deste modo é preferível existir um investimento nas intervenções de prevenção, através da execução
de monitorizações do estado da via e de todo o material rodante. Só assim se obtém maiores níveis de
fiabilidade e disponibilidade do sistema, sucedido de um aumento na qualidade do serviço.
Um aspeto que foi constatado durante a elaboração deste trabalho é que existem métodos de
gestão com estes objetivos como princípios, como a análise RAMS. Esta é uma metodologia que visa
a fiabilidade, a disponibilidade, a manutibilidade e a segurança como os principais indicadores de
desempenho de um sistema. Através desta análise é possível identificar e estabelecer objetivos,
capazes de serem atingidos, de modo a que sejam tomadas ações para obter uma melhoria a nível
global do sistema. Este método foi o adotado de modo a conseguir realizar um estudo do risco de um
aparelho de mudança de via se tornar inoperacional.
Após o estudo do método de gestão RAMS e das várias ferramentas utilizadas, conclui-se que
a ferramenta que mais se adequava ao caso de estudo era a FMECA. Com esta foi possível obter uma
64
lista de potenciais modos de falha existentes nos aparelhos de mudança de via. Sempre com o objetivo
de quantificar o risco de inoperacionalidade dos aparelhos de mudança de via, foram escolhidos os
critérios que iriam ser utilizados no presente trabalho. Para a probabilidade de ocorrência, foi escolhida
a frequência relativa com que determinado potencial modo de falha pode ocorrer. No que diz respeito
à quantificação da severidade/consequência optou-se por realizar uma análise multicritério pois
concluiu-se que seria incorreto utilizar apenas um critério para quantificar a severidade/consequência.
Deste modo, conclui-se que a utilização esta quantificação deve ter uma componente relacionada com
a segurança, uma componente ligada à qualidade e uma componente do foro da disponibilidade e
operacionalidade do sistema. Verificou-se, que desta forma era possível obter resultados relevantes
para futuras decisões ligadas a manutenção dos aparelhos de mudança de via, sendo que foram
identificados os modos de falha com maior risco de causar a inoperacionalidade dos aparelhos de
mudança de via, sendo os mesmos a “cota de passagem livre (d) e (n) excede tolerâncias”, com valores
de criticidade máxima de 6,6 e 6, respetivamente. As ações de mitigação que devem ser aplicadas
aquando se verificarem estes valores de risco são: realizar ação corretiva, impondo limitação de
velocidade temporária ou interdição de circulação.
Concluiu-se, numa análise global dos resultados, que ao realizar este estudo, apesar de existir
sempre uma ligação direta com a manutenção do sistema em estudo, é impossível realizar uma análise
RAMS a apenas uma categoria da mesma, pois estes estão sempre ligados entre si. Foi possível
observar que também as categorias da segurança e da disponibilidade são afetadas, positivamente,
com um estudo deste tipo, pois ao identificar quais os modos de falha em que se deve agir mais
rapidamente e com mais intensidade, não só se aumenta a manutibilidade do sistema, mas também, a
segurança e a disponibilidade do mesmo.
5.2. Limitações deste trabalho
Ao longo do desenvolvimento deste trabalho foram sentidas e identificadas algumas limitações.
Em primeiro lugar cumpre destacar a falta de bibliografia que versa sobre os potenciais modos de falha
presentes num aparelho de mudança de via, tanto a nível da sua identificação como, também, a nível
de causas e consequências. Há que referir que a tarefa de identificar fatores para a quantificação da
severidade/consequência foi dificultada, uma vez que, não existe qualquer tipo de estudo semelhante,
pelo que foi necessário identificar e escolher os fatores, constantes do presente trabalho, de raiz.
Acrescenta-se, por fim, a complexidade em definir critérios de quantificação de probabilidade de
ocorrência e de alguns fatores de severidade/consequência, como resultado da falta de dados
estatísticos e da confidencialidade dos mesmos.
65
5.3. Propostas de trabalhos futuros
Os resultados apresentados, apesar da sua validade, podem e devem ser refinados. De forma
a obter resultados com maior valor pode ser efetuada uma análise de relevância aos fatores utilizados
para quantificar a severidade. Com esta análise pretende-se conseguir uma diferenciação do impacto
que cada fator tem no cálculo do valor final de severidade. Deste modo, é possível obter resultados
mais virados ou para a segurança, ou para a qualidade ou para a disponibilidade e operacionalidade
do sistema.
É, também, necessário recorrer a um aumento do espectro dos critérios, isto é, proceder ao
aumento das categorias para cada parâmetro de forma a conseguir obter uma melhor diferenciação e
quantificação dos modos de falha. Com esta obtém-se uma quantificação mais refinada e mais
assertiva para cada potencial modo de falha. Para que isto seja possível é necessário criar um histórico
de dados relevantes, com o intuito de serem criados critérios quantitativos e não qualitativos, como os
utilizados neste trabalho.
Para além das melhorias mencionadas, devem ainda ser utilizados outros critérios para cada
parâmetro de quantificação de modo a ser possível efetuar análises comparativas de resultados, com
o objetivo de validar os mesmos. De modo a que seja possível concretizar tal análise é necessário que
existam, para o mesmo parâmetro, diferentes unidades e parâmetros de medição.
Com estas propostas de melhoria é possível realizar trabalhos futuros onde se possam obter
resultados mais refinados e com maior valor para a área da manutenção e segurança das aplicações
ferroviárias.
66
67
6. Referências bibliográficas
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7. Anexos
Anexo A – Tabela FMECA;
Anexo B – Inquérito de Sensibilidade;
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Anexo A – Tabela FMECA
Função Componente Nº da falha
Potencial Modo de Falha Modo de deteção Possível Causa Possível Consequência
Garantir conformidade de guiamento
do rodado
Meia-Grade de Agulha 1 Inserção na PRL não conforme (calibre 1) Inspeção do Aparelho (utilização de um calibre)
Desgaste vertical da contra lança;
Danificação da Lança;
Folga excessiva lança com a contra lança
Danificação do rodado
Meia-Grade de Agulha 2 Diferença altura Lança/Contra-lança não conforme (calibre 2)
Inspeção do Aparelho (utilização de um calibre)
Nivelamento longitudinal;
Interposição do rodado entre a lança e a contra lança Desgaste na
Lança Cróssima 3 Cota de proteção (m) excede tolerâncias Inspeção do Aparelho (Medição) Desgaste do
contra carril; Não garantir o guiamento dos rodados
Deficiência da fixação das travessas;
Fixações do contra carril deficientes
Cróssima 4 Abertura de guiamento (g) excede tolerâncias
Inspeção do Aparelho (Medição) Defeito de Bitola; Desgaste no contra carril;
Assentamento (Posição) do contra carril;
Desgaste no rodado
Contra-Carril 5 Desgaste Contra-Carril (e) excede tolerâncias
Inspeção do Aparelho (Medição) Desgaste natural da interação conta carril/rodado
Não garantir a cota de proteção do bico da cróssima
Contra-Carril 6 Suporte de Contra-Carril fraturado Inspeção do Aparelho (Visual) Demasiado esforço provocado pelo rodado no contra carril
Não garantir o suporte do contra carril e consequentemente o devido guiamento do rodado
Via 7 Bitola (S) excede tolerâncias Inspeção do Aparelho (Medição) Problemas de Fixações;
Não garantir as cotas de segurança
Problemas de Travessas;
Via 8 Defeito de Alinhamento Inspeção do Aparelho (Medição) Defeitos de plataforma;
Provocação de forças laterais excessivas podendo provocar deformações laterais de via (Garrote);
Defeitos de balastro;
Não garantir a bitola
Defeitos nas travessas;
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Via 9 Defeito de Nivelamento Longitudinal Inspeção do Aparelho (Medição) Defeitos de plataforma;
Diferença altura Lança/Contra-lança não conforme (calibre 2);
Defeitos de balastro;
Defeito Empeno;
Defeitos nas travessas
Fissura interna de carril/Peça nobre;
Fratura de carril/Peça nobre;
Folga Lança/contra-Lança;
Folga Lança/Coxim excessiva;
Coxim Fraturado;
Defeitos Superficiais/Arranque de material;
Via 10 Defeito Empeno Inspeção do Aparelho (Medição) Defeitos de nivelamento
Não garantir o apoio do rodado
Via 11 Travessas podres/sem garantia de aperto Inspeção do Aparelho (Visual) Envelhecimento; Não garantem a Bitola ;
Plataforma instável e degradada;
Não garantem o alinhamento
Carrril/Cróssima/Lança/Contra-Lança
12 Fissura interna de carril/peça nobre Inspeção do Aparelho (Visual/Medição)
Defeitos de nivelamento;
Fratura de carril/peça nobre
Defeitos de fabrico;
Fim de vida útil dos componentes
Carrril/Cróssima/Lança/Contra-Lança
13 Fratura de carril/peça nobre Inspeção do Aparelho (Visual/Medição)
Defeitos de nivelamento;
Interdição do troço
Fim de vida útil dos componentes
Garantir a distância
mínima entre faces internas
das rodas, impedindo o
seu embate/entala
mento com componentes
Meia-Grade de Agulha 14 Cota de passagem livre (d) excede tolerâncias
Inspeção do Aparelho (Medição) Falta de Lubrificação;
Batimento do rodado na lança provocando varejamento da lança;
Deformação na lança;
Defeitos de sinalização;
Insuficiência do curso das lanças;
Folgas de aferrolhamento;
Avaria de bitola na grade da agulha;
Desgaste na lança/Rodado;
Deficiência de encosto da lança fechada;
Possível desequilíbrio nas aberturas de aferrolhamento
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Defeitos de Bitola
Contra-Carril 15 Cota de passagem livre (n) excede tolerâncias
Inspeção do Aparelho (Medição) Apoio do contra carril fraturado;
Não garantir a cota de proteção do bico da cróssima Fixação do contra
carril não verifica o aperto;
Travessa danificada;
Defeito de bitola
Cróssima (duplas) 16 Cota de passagem livre (y) excede tolerâncias
Inspeção do Aparelho (Medição) Falta de desquadramento das cróssima duplas;
Aperto do rodado e não garante o guiamento do rodado;
Defeitos de bitola Desgaste do contra carril
Assegurar a correcta
manobra e acoplamento das lanças
Meia-Grade de Agulha 17 Folga nos batentes (Fb) excede tolerâncias Inspeção do Aparelho (Medição) Falta de Lubrificação;
Não garantir o alinhamento de guiamento;
Deformação na lança;
Não a aceleração dinâmica aceitável
Insuficiência do curso das lanças;
Avaria de bitola na grade da agulha;
Deficiência de encosto da lança fechada;
Defeitos de Bitola
Meia-Grade de Agulha 18 Cota de entrada (a) desequilibrada Inspeção do Aparelho (Medição) Cota de passagem livre excede a tolerância;
Não garantir o curso mínimo do aferrolhamento e deixar a grade de agulhas solta podendo esta soltar-se devido a alguma perturbação proveniente da circulação do rodado
Fator humano de regulação de aferrolhamento;
Deformação na contra lança devido a forças provenientes do rodado; Defeitos de Bitola
Meia-Grade de Agulha 19 Folga Lança/Contra-lança excessiva Inspeção do Aparelho (utilização de um calibre)
Falta de lubrificação/Limpeza;
Interposição do rodado entre a lança e a contra lança;
Defeitos de nivelamento;
Desgaste e danos da lança que podem levar a fratura da mesma
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Cota de entrada desequilibrada
Meia-Grade de Agulha 20 Folga Lança/Coxim excessiva Inspeção do Aparelho (utilização de um calibre)
Defeitos de nivelamento;
Não comprovamento de aferrolhamento;
Desconformação da lança (Lateral/Vertical);
Avarias de sinalização
Desquadramento das lanças;
Falta de limpeza;
Meia-Grade de Agulha 21 Não comprovação do sistema de manobra (Sinalização)
Informaticamente
Inspeção do Aparelho em caso de avaria (utilização de um calibre)
Meia-Grade de Agulha 22 Coxim fracturado Inspeção do Aparelho (Visual) Defeitos de nivelamento;
Não comprovamento do curso de aferrolhamento;
Defitos na travessa;
Folga lança/Coxim excessiva em caso de fractura vertical
Garantir rolamento e
cargas dinâmicas verticais
adequadas
Via 23 Defeito Superficial/ Arranque de material (mesa)
Inspeção do Aparelho (Visual) Defeitos de nivelamento;
Fissurações e fracturas da via
Devido aos esforços da interação rodado-carril;
Via 24 Junta/soldadura desnivelada Inspeção do Aparelho (Visual/Medição)
Defeitos de plataforma;
Abaixamento na zona da junta/soldadura com esmagamento da junta/soldadura;
Defeitos de balastro;
Fissuração de soldaduras;
Defeitos nas travessas;
Quebra de parafusos nas juntas
Defeitos na execução da soldadura (Factor humano)
Cróssima 25 Desgaste da pata de lebre/bico elevado Inspeção do Aparelho (Visual/Medição)
Devido as transferencias de carga entre coração e a pata de lebre
Fissurações na cróssima
Anexo B – Inquérito de Sensibilidade
https://goo.gl/forms/B922nheBlA07tqex1
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