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7/29/2019 Cap1-Consideracoes gerais sobre ferrovias-2-2008.pdf

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTALFACULDADE DE TECNOLOGIAUNIVERSIDADE DE BRASLIA

APOSTILA

PROJETO DE ESTRADAS II

Verso 1.3

Prof. Ricardo Souza

Braslia, Dezembro de 2008.


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Sumrio

Pg.

Captulo 1Consideraes gerais sobre ferrovias........................................................... 1Captulo 2Via permanente............................................................................................ 17

Captulo 3Assentamento da linha................................................................................. 116

Captulo 4Esforos atuantes na via............................................................................... 135

Captulo 5Via permanente sem lastro britado.............................................................. 205

Captulo 6Caractersticas geomtricas da via............................................................... 223

Captulo 7Aparelhos de Mudana de Via (AMVs)..................................................... 290

Captulo 8Sinalizao e capacidade de vias frreas...................................................... 337

Captulo 9Material rodante........................................................................................... 403

Captulo 10Trao ferroviria....................................................................................... 479

Captulo 11Resistncias dos trens................................................................................. 543

Captulo 12Freios do trem............................................................................................. 578

Captulo 13Manuteno da via permanente.................................................................. 592

Captulo 14Alta Velocidade.......................................................................................... 608


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CAPTULO 1CONSIDERAES GERAIS SOBRE FERROVIAS

1.1 INTRODUODurante o Imprio Romano, desenvolveram-se rodovias pavimentadas com pedras assentessobre uma fundao profunda a fim de permitir o trfego de carroas e carruagens. O pavimento

tinha largura superior a duas vezes a largura dos veculos e a construo era trabalhosa e cara.

Armstrong (2005) Quilici (1997)Figura 1.0Via AppiaItlia.

No perodo medieval os mineradores precisavam empurrar cargas pesadas atravs dos tneis.Quanto maior a largura dos tneis, mais caro tornava-se a construo destes. Surgiram entocarroas dotadas de rodas (semelhantes a polias). Essas rodas corriam sobre vigas de madeira,fixadas aos dormentes mediante pregao. Posteriormente essas vias foram estendidas para foradas minas.

Figura 1.1Carroas medievais (Armstrong, 2005).

No sculo XVIII, as vias frreas de South Wales (Inglaterra) usavam trilhos com flanges simplesna via. Pequenos segmentos de at 32 m de comprimento normalmente dispostos sobre blocos depedras permitiam o trfego das carroas sem obstrues nas rodas. No entanto, apresentavamcomo inconveniente a necessidade de manter a via livre de entulho.

Posteriormente surgiram os trilhos em seo I ou T, que eram fixados a via mediante dormentesde madeira. Esses trilhos apresentavam as seguintes vantagens:

o permitiam o trfego de rodas de ferro de flange simples;o facilidade nos cruzamentos com rodovias;o custo relativamente baixo;o ligeiro amortecimento do carregamento resultante devido flexibilidade da madeira.


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Armstrong (2005) London Transport Museum (2005)Figura 1.2Modelos de trilhos.

Adicionalmente descobriu-se que a fixao das rodas a um eixo rotatrio aperfeioava aeficincia do carregamento, permitia a lubrificao e mantinha essas rodas em bom alinhamento.

Figura 1.3Trilhos em seo I (Armstrong, 2005).

Em 1770 James Watt inventou a mquina a vapor. A seguir vrias tentativas foram feitas paraconstruir um veculo que se locomovesse em uma estrada sendo movimentada a vapor dgua,

por exemplo, Cugnot (Frana), Olivier Evans (EUA) etc.

Em 1814 Jorge Stephenson conseguiu arrastar alguns vages com sua mquina a vapor dgua,denominada The Rocket. Em setembro de 1825 realizou-se a viagem inaugural entre Stokton eDarlington utilizando o invento de Stephenson. Foram percorridos 25 km a 25 km/h.

1.2 AS FERROVIAS NO BRASIL

Em 1835, o Regente Diogo Antnio Feij promulgou uma lei concedendo favores a quemquisesse construir e explorar uma estrada de ferro ligando o Rio de Janeiro as capitais de MinasGerais, Rio Grande do Sul e Bahia. No houve interesse na ocasio.

Em 1836, o Estado de So Paulo desenvolveu um Plano de Viao e concedeu o direito deconstruo e explorao a uma companhia, tentativa que tambm fracassou.

Em 1840, Tomaz Cockrane (mdico ingls) obteve concesso para fazer a ligao ferroviriaRio de Janeiro-So Paulo. Porm os capitalistas ingleses convidados a participar no seanimaram a investir capital numa empresa de xito duvidoso.

Em 1852, Irineu Evangelista de Souza (Baro de Mau) construiu a ligao entre o Porto deMau (interior da Baa de Guanabara) e a raiz da serra (Petrpolis).


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Em 30 de abril de 1854, inaugurou-se a 1a estrada de ferro brasileira, com 14,5 km de extenso,percorridos em 23 minutos (Vmdia = 38 km/h). O comboio foi rebocado pela locomotiva

Baronesa.

Em 1855, organiza-se a Estrada de Ferro Dom Pedro II, que deu origem a Estrada de FerroCentral do Brasil.

Aps 1953, a rede alcanou 37.200 km ficando por muitos anos estacionada a sua extensoferroviria.

Em 1957 criou-se a Rede Ferroviria Federal Sociedade Annima (RFFSA) para tornar aexplorao das ferrovias a mais econmica possvel a fim de diminuir gradativamente os dficitsoperacionais.

1.3 FASES DAS FERROVIAS NO BRASIL

Fase I:18351873: durante a Regncia e o Segundo Reinado teve incio a implantao de ferrovias e odesenvolvimento lento desse modo de transporte atravs de empresas privadas.

Fase II:18731889: abrange o Segundo Reinado e caracteriza-se por uma expanso acelerada da malhaferroviria mediante empreendimentos privados, estimulados pelo instituto da garantia de juros.

Fase III:1889 1930: engloba a Repblica Velha, observando-se ainda uma expanso acelerada da

malha, porm o Estado passa a assumir o controle de vrias empresas em dificuldadesfinanceiras.

Fase IV:19301960: abrange a era Vargas e o ps-guerra, observando-se ritmo de expanso decrescentee amplo controle estatal de empresas antes privadas.

Fase V:1960 1990: a malha est consolidada em poucas empresas pblicas havendo erradicao deramais antieconmicos e implantao de projetos seletivos de carter estratgico.

Fase VI:1990 ~ : Nova Repblica, marcado pelo incio das concesses do sistema ferrovirio nacional.

1.4 CRESCIMENTO DA VIAO FRREA NO BRASIL

A expanso das vias frreas brasileiras teve seu pice no final do sculo XIX e incio do sculoXX. Aps esse perodo, constata-se a progressiva queda na quilometragem construda, conformeilustram a Tabela 1.1 e a Figura 1.4.


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Tabela 1.1Expanso das vias frreas brasileiras

Decnios Quilmetros construdos1854 - 1863 4281864 - 1873 701874 - 1883 42251884 - 1893 6131

1894 - 1903 45251904 - 1913 86041914 - 1923 53111924 - 1933 31481934 - 1943 16981944 - 1953 2248

= 36.388

Crescimento da viao frrea brasileira

0100020003000400050006000700080009000

10000

1854-1863

1864-1873

1874-1883

1884-1893

1894-1903

1904-1913

1914-1923

1924-1933

1934-1943

1944-1953

Perodo

Quilmetrosconstrudo

Figura 1.4Crescimento da viao frrea brasileira

1.5 NOMENCLATURA DAS VIAS FRREAS BRASILEIRAS

As vias frreas brasileiras so divididas em 05 (cinco) categorias:

Radiais (partem de Braslia, em qualquer direo, destinadas a conexo com capitaisestaduais ou pontos perifricos importantes)

Longitudinais (se orientam segundo a direo norte-sul)

Transversais (se orientam segundo a direo leste-oeste) Diagonais (se orientam segundo as direes nordeste-sudoeste e noroeste-sudeste) Ligaes (vias em qualquer direo, que no se enquadram nas categorias anteriores,

conectando diferentes ferrovias ou pontos importantes ou ainda constituindo ramaiscoletores regionais).

DESIGNAO DAS VIAS FRREAS OU FERROVIAS

As ferrovias so designadas segundo a seguinte codificao: EFX Y Y

A sigla EF, sinnimo de Estrada de Ferro, representa qualquer ferrovia do Plano Nacionalde Viao (PNV).


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Na codificao anterior, o primeiro algarismo (X) indica a categoria da rodovia, tendo-se:

X = 0 para ferrovias radiais; X = 1 para ferrovias longitudinais X = 2 para ferrovias transversais X = 3 para ferrovias diagonais X = 4 para ferrovias de ligao

Os algarismos YY indicam a posio relativa do traado da ferrovia. Desta forma:

Ferrovias radiais: de 00 a 99 pela porcentagem do ngulo medido a partir da parte nortedo meridiano de Braslia, localizado no sentido horrio, com a ferrovia considerada

Ferrovias longitudinais: de 00 a 99, crescendo de leste para oeste (Braslia = 50)

Ferrovias transversais: de 00 a 99, crescendo de norte para sul (Braslia = 50)

Ferrovias diagonais pares: de 00 a 98, crescendo de nordeste para sudoeste (Braslia =50)

Ferrovias diagonais mpares: de 01 a 99, crescendo de noroeste para sudeste (Braslia =51)

Ferrovias de ligao: de 00 a 50 se a ferrovia estiver ao norte do paralelo de Braslia eentre 50 e 99 se estiver ao sul.

1.6 CLASSIFICAO DAS ESTRADAS DE FERRO

As estradas de ferro podem ser classificadas segundo:

Importncia da viao Vias Tronco

So as mais importantes, especialmente do ponto de vista do volume de trfego eda carga transportada pelas mesmas.

o Vias secundriasSo vias de volume mdio de trfego

o Vias de ligaoSo aquelas que servem de ligaes diversas, por exemplo, a terminais martimos.

As vias secundrias e de ligao so consideradas como Subsidirias.

Bitola da viao Bitola larga (distncia entre faces laterais interiores dos boletos igual ou superior

a 1,435 m)


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o Bitola normal ou internacional (distncia entre faces laterais interiores dos boletosigual a 1,435 m)

o Bitola estreita (distncia entre faces laterais interiores dos boletos inferior a 1,435m)

Classe da via frreao Ferrovias Classe Io Ferrovias Classe IIo Ferrovias Classe III

1.7 DECLNIO DAS FERROVIAS NO BRASIL

As ferrovias brasileiras entraram em declnio devido aos seguintes fatores:o Desaparecimento de produo regional (caf, por exemplo) reduzindo o volume de

mercadorias transportadas.o Traados anacrnicos e obsolescncia de equipamentos impediram de competir com

outros meios de transporte (inicialmente ferrovias serviam parra desbravar ecolonizar terras).

o Governo Federal encampou essas estradas para evitar seu fechamento e asconseqentes inconvenincias para as regies por ela servidas, geralmente dispondode precrios meios de transporte.

1.8 CONCESSO DO SETOR FERROVIRIO NO BRASIL

Em 1996, foram concedidas iniciativa privada, mediante leilo, as malhas centro-leste, sudestee oeste da RFFSA:

o Concessionria malha centro-leste: Ferrovia CentroAtlntica (FCA);o Concessionria malha sudeste: MRS Logstica;o Concessionria malha oeste: Ferrovia Novoeste.

Em 1997, concederam-se iniciativa privada, tambm mediante leilo, a malha sul da RFFSA e

a ferrovia Tereza Cristina, assim como parte da ferrovia estadual do Paran (Ferrooeste):

o Concessionria malha sul: Ferrovia Sul Atlntico, atualmente Amrica LatinaLogstica (ALL - Delara);

o Concessionria Tereza Cristina: Ferrovia Tereza Cristina (FTC);o Concessionria da Ferrooeste: Ferrovia Paran-Ferropar

Finalmente em 1998, foram concedidas iniciativa privada, mediante leilo, as malhas nordestee paulista da RFFSA:

o Concessionria malha nordeste: Cia. Ferroviria do Nordeste (CFN);o Concessionria ferrovias paulistas: Ferrovia BandeirantesFerroban.


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O perodo de concesses foi estabelecido em 30 anos, sendo possvel a renovao do contratopor igual perodo (ANTT, 2007). As Tabelas 1.2 e 1.3 ilustram de forma resumida a situaoatual da malha ferroviria federal sob concesso.

Tabela 1.2Situao atual da malha ferroviria federal sob concesso.Malhas

RegionaisData doLeilo

Concessionrias Incio daOperao

Extenso(Km)

Oeste 05.03.96 Ferrovia Novoeste S.A. 01.07.96 1.621

Centro-Leste 14.06.96 Ferrovia Centro-AtlnticaS.A.

01.09.96 7.080

Sudeste 20.09.96 MRS Logstica S.A. 01.12.96 1.674

Tereza Cristina 26.11.96 Ferrovia Tereza Cristina S.A. 01.02.97 164

Sul 13.12.96 ALL-Amrica LatinaLogstica do Brasil S.A

01.03.97 6.586

Nordeste 18.07.97 Companhia Ferroviria do

Nordeste

01.01.98 4.238

Paulista 10.11.98 Ferrovias Bandeirantes S.A. 01.01.99 4.236

Estrada de FerroVitria a Minas

1998 Companhia Vale do Rio Doce(CVRD)

898

Estrada de FerroCarajs

1998 Companhia Vale do Rio Doce(CVRD)

892

Total 27.389

Fonte: ANTT (2007)

Tabela 1.3Outras ferrovias concessionadas.

Concessionrias Extenso(Km)

Ferrovias Norte Brasil S.A.FERRONORTE 512

Estrada de Ferro Minerao Rio do Norte 35

Estrada de Ferro Jar 68

Estrada de Ferro Trombeta 35

Estrada de Ferro Votorantim 20

Estrada de Ferro Paran Oeste S.A.FERROESTE 248

Total 918

Fonte: ANTT (2007)

As Figuras 1.5 e 1.6 apresentam mapas ferrovirios do Brasil.


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Figura 1.5Ferrovias concessionadas (Teleco, 2007).


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Figura 1.6Mapa ferrovirio (ANTF, 2007).

Existem ainda projetos de expanso das ferrovias Norte-Sul, Ferronorte, Ferroanel (SP) eTransnordestina, totalizando 2.000 km de malha ferroviria a ser construda.

1.9 RESULTADO DOS INVESTIMENTOS PRIVADOS NO PERODO

Desde o incio das concesses ferrovirias, em 1996, foram investidos R$9,5 bilhes na malhaferroviria, gerando um crescimento de 81% nos empregos diretos e indiretos no setor, conformeilustram as Figuras 1.7(a) e 1.7(b). Alm disso, a carga total movimentada anualmente cresceu55%, enquanto a produo ferroviria teve 62% de incremento (Figuras 1.8(a) e 1.8(b).Adicionalmente constata-se que a indstria brasileira de vages produziu 18.442 vages nesseperodo, o que representa um aumento de 6.300% na produo (Figura 1.9(a)). Por outro lado, ondice de acidentes em ferrovias decresceu 56% (Figura 1.9(b)).


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0

1000

2000

3000

4000

Investimento privado na malha ferroviria

Investimento (mi R$) 398 386 538 617 766 668 1.0891.9583.114

199

7

199

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0

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1

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3

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5

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10000

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30000

40000

Empregos diretos e indiretos no perodo

Em regos 16662 30227

1997 2005

(a) (b)

Figura 1.7Investimentos privados na malha e empregos gerados no setor (ANTF, 2007).

0

100200

300

400

Carga total movimentada anualmente

Carga total (mi tonteis)

253 392

1997 2005

0

200

400

Produo ferroviria

Produo ferroviria

(bilhes ton

teis/km)

137 222

1997 2005

(a) (b)

Figura 1.8Carga total movimentada e produo ferroviria (ANTF, 2007).

0

2000

4000

60008000

Indstria brasileira de vages

Vages produzidos 119 7500

1997 2005

0,00%

20,00%

40,00%

60,00%

80,00%

Acidentes em ferrovias

Acidentes/milho detrem.km

75,50% 32,90%

1997 2005

(a) (b)

Figura 1.9Indstria brasileira de vages e acidentes em ferrovias (ANTF, 2007).

1.10 RAZES PARA UTILIZAO DO TRANSPORTE FERROVIRIO NO BRASIL

As dimenses continentais do pas; O crescimento econmico voltado para as exportaes; O crescimento acelerado e a interiorizao da produo agrcola; O aumento da produo industrial (segmentos que requerem movimentao de elevados

volumes de carga).

Para reforar os comentrios feitos anteriormente, apresenta-se na Figura 1.10 um quadrocomparativo da representatividade das ferrovias no transporte de cargas em pases de dimensessemelhantes ao Brasil.


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Representatividade das ferrovias no

transporte de cargas

81

50

46

43

43

24

8

50

43

53

32

62

11

0

11

4

25

14

0 20 40 60 80 100

Rssia

ndia

Canad

Austrlia

EUA

Brasil

Ferrovirio Rodovirio Hidrovirio

Figura 1.10Representatividade das ferrovias no transporte de cargas.

1.11 COMPARATIVO ENTRE MODO FERROVIRIO VS MODO RODOVIRIO

A eficincia entre os modos de transporte ferrovirio e rodovirio comparada na Tabela 1.4.Percebe-se que a utilizao do modo ferrovirio proporciona um melhor aproveitamento.

Tabela 1.4Eficincia do transporte

Modo Ferrovirio Modo Rodovirio

O valor mdio de carga por eixo numvago de carga com truque simples 15 tf.Para vages utilizando truques de doiseixos, a carga mdia por truque oscila entre15 e 72 tf.Para vages empregando truques com trseixos, a carga mdia por truque varia entre75 e 90 tf.

Peso mximo legal de caminhes = 45 tf

Peso mximo p/ eixo duplo tandem = 17 tfPeso mximo p/ eixo triplo tandem = 25,5 tf

Peso de um vago vazio (tara ou pesomorto) = 20% do Peso Bruto Total

Carga til ou paga de um vago = 80% doPeso Bruto Total

Peso de um caminho vazio = 33% do PesoBruto Total

Carga til ou paga de um caminho = 67%do Peso Bruto Total

1.12 PROBLEMAS A SEREM VENCIDOS NO TRANSPORTE FERROVIRIOBRASILEIRO

As ferrovias brasileiras enfrentam alguns desafios herdados da falta de investimentos, e s vezesabandono, por parte dos rgos gestores. Entre eles podem ser citados:

Invases da faixa de domnio, que provocam reduo da velocidade operacional, risco deacidentes e roubos (seguros tornam-se mais caros).

A maioria das linhas brasileiras so singelas (ausncia de segunda via paralela primeira). Baixa velocidade comercial (devido a deficincias do traado e/ou razes estruturais).


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Excessiva quantidade de passagens de nvel (necessria melhoria no traado e nasinalizao).

Diferena de bitola utilizada (necessidade de regulamentao do direito de passagem entrelinhas operadas por diferentes concessionrias).

Frota de locomotivas antiga (renovao mediante reforma ou aquisio de novaslocomotivas).

1.13 DESAFIOS PARA OS PRXIMOS ANOS

Nos prximos anos ser necessrio oferecer solues especficas com foco no cliente da ferrovia,por exemplo, mediante construo de ramais ferrovirios s linhas principais, ou utilizando-se omodo rodovirio mediante caminhes especiais (road railers Figura 1.11) para transporte ata linha frrea mais prxima.

Figura 1.11Road Railer (Curtis-Engineering, 2007).

Desta forma, requer-se otimizao do desempenho do material rodante mediante:o Reduo das taras;o Otimizao dos processos de carga e descarga de produtos; eo Facilidade de manuteno.


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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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Web visitado em 15 de Setembro de 2007.

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Costa, P. S. e Figueiredo, W. C. (2007). Estradas. Estudos e Projetos. EDUFBA, 3 edio.Salvador, BA.

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