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Prof. Esp. Túlio de Faria França 2016 2 Sumário 1. Introdução ...................................................................................................................... 4 2. Execução da Superestrutura da Via Permanente ........................................................ 4 2.1. Locação do Eixo da Via ................................................................................................. 4 2.2. Lançamento, Montagem e Acabamento da Linha Férrea ............................................ 6 2.2.1. Premissas para Montagem da Grade (Linha Férrea) ........................................... 6 2.2.2. Lançamento da Grade ............................................................................................ 8 2.2.2.1. Diretamente Sobre a Plataforma ........................................................................... 8 2.2.2.2. Sobre “Colchão” de Brita ...................................................................................... 9 2.2.3. Acabamento da Superestrutura .......................................................................... 10 2.2.4. Serviços Complementares ................................................................................... 11 2.2.4.1. Alívio de Tensões ................................................................................................. 11 2.2.4.2. Formação do Trilho Contínuo .............................................................................. 13 2.2.4.3. Soldagem Aluminotérmica .................................................................................. 13 2.2.4.4. Fixação Definitiva do Trilho Contínuo ................................................................ 14 2.2.5. Aparelho de Mudança de Via (AMV) .................................................................... 14 2.2.6. Tolerâncias Construtivas da Superestrutura ..................................................... 15 2.2.6.1. Geometria da Via .................................................................................................. 15 2.2.6.1.1. Planimetria ..................................................................................................... 15 2.2.6.1.3. Altimetria ............................................................................................................. 17 3. Manutenção da Superestrutura da Via Permanente .................................................. 18 4. Parâmetros de Monitoramento e Controle da Manutenção ...................................... 19 4.1. Geometria de Via .......................................................................................................... 19 4.1.1. Bitola ..................................................................................................................... 19 4.1.2. Empeno em Curvas .............................................................................................. 22 4.1.3. Empeno em Tangente .......................................................................................... 24 4.1.4. Torção ................................................................................................................... 25 4.1.5. Limites de Superelevação em Curvas na Manutenção ...................................... 27 4.1.6. Alinhamento .......................................................................................................... 27 4.2. Limites da Relação L/V ............................................................................................. 28 4.3. Inspeções de Geometria da Via Permanente .......................................................... 28 4.4. Limites Gerais de Manutenção em AMV ................................................................. 29 4.4.1. Tolerâncias de Alinhamento em AMV ................................................................. 29 4.4.2. Tolerâncias de Empeno em AMV ........................................................................ 29 4.4.3. Cotas de Salvaguarda do AMV ............................................................................ 29 4.4.4. Dormentes Inservíveis em AMV .......................................................................... 34 4.4.5. Manutenção em Trilhos........................................................................................ 34 3 4.4.5.1. Identificação, Mapeamento de Defeitos e Priorização ....................................... 34 4.4.5.2. Defeito de Trilhos ................................................................................................. 42 4.4.5.3. Fraturas em Soldas (Broken Welds) ................................................................... 46 4.4.5.4. Desgaste Admissível ............................................................................................ 47 5. Considerações finais ...................................................................................................... 48 Referências Bibliográficas ................................................................................................. 49 4 1. Introdução O objetivo do nosso curso é agregar conhecimentos técnicos para os profissionais de engenharia ou áreas afins com processos da superestrutura ferroviária, onde iremos abranger neste módulo II do curso, a execução e manutenção da via permanente. 2. Execução da Superestrutura da Via Permanente Abordaremos neste capítulo alguns métodos de execução da superestrutura ferroviária, a título de aprendizagem, lembrando que na prática, devem-se seguir as diretrizes com base nas instruções normativas adotadas por cada Empresa Ferroviária. Importante esclarecer que existem diferentes diretrizes adotadas por Empresas Ferroviárias no Brasil, que além de se utilizar das normativas da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), complementam suas diretrizes com normativas internacionais, como por exemplo, a FRA (Federal Railroad Administration) e UIC (Union Internationale des Chemins). Conforme abordado no Módulo I deste Curso, ainda não temos uma padronização das normas ferroviárias vigentes no Brasil, apesar da ABNT possuir normas especificas para ferrovia brasileira, não contempla todos os serviços e equipamentos necessários para execução da superestrutura, mas que já estão sendo tratadas pela CB-006 (Comitê Brasileiro Metroferroviário da ABNT). A seguir iremos apresentar os serviços necessários para o lançamento, montagem e acabamento da superestrutura, montagem de aparelhos de mudança de via (AMV’s) e, ainda, outras atividades que complementam os processos de execução da superestrutura ferroviária. 2.1. Locação do Eixo da Via A locação da via permanente que têm a finalidade implantar a superestrutura da via no eixo do traçado nas condições geométricas previstas em projeto. Dos serviços topográficos é necessário seguir alguns procedimentos como: Conhecer na obra os elementos topográficos de amarração e referências de nível (RN) que se fizerem necessários para a locação da via. Esses pontos de amarração e RN constituem o apoio de campo, que orienta a execução dos serviços de relocação do eixo traçado e eventuais remarcações de topografia que venham a ser necessárias; Antes do lançamento da linha, recomenda-se verificar as cotas do greide do sublastro em relação ao projeto e corrigir caso haja discordâncias. Geralmente adota-se uma tolerância de + 2cm em cada ponto de seção (entre estacas), caso detecte alterações das seções da plataforma e o sublastro,devem ser recompostos em todos os locais onde ocorrerem danos à seção, seja por erosão ou outros fatores; Em pátios e terminais, os serviços de topografia são executados a partir dos vértices da poligonal básica, já existente na área, ou por intermédio de poligonais secundárias a serem implantadas, amarradas a vértices da poligonal básica; 5 Na via principal, os serviços topográficos são executados a partir dos marcos de amarração dos pontos notáveis de curva, dos marcos intermediário em tangente e das referências de nível existente ao longo do trecho; As poligonais secundárias devem obedecer aos seguintes limites de tolerância: Erro relativo máximo de 1:60 000, no fechamento linear; Erro máximo admissível de 10” x V1/2, no fechamento angular, sendo V o número de vértices da poligonal. Os eixos das vias devem ser locados com base nos elementos geométricos do projeto, geralmente considerado nas notas de serviço emitidas para execução desse serviço; Nos trechos em tangente, a locação é feita a cada 20m, e nos trechos em curva, a cada 10m. Essa locação é materializada no terreno por meio da implantação de piquetes de madeira; Devem ser locados, inicialmente, os pontos característicos das curvas e dos AMV’s; para estes, são locados a ponta da agulha (PA), o centro geométrico do aparelho, a ponta de 1/2 e o coice do jacaré. A locação destes pontos obedece aos mesmos limites de tolerância das poligonais secundárias; A locação dos trechos em tangente, o desenvolvimento das curvas e os demais pontos dos AMV’s devem obedecer aos seguintes limites de tolerância: Erro relativo máximo de 1:40 000, no fechamento linear; Erro máximo admissível de 15"xV1/2, no fechamento angular, sendo "V" o número de vértices da poligonal. Todos os elementos do AMV são locados com base no plano de assentamento do aparelho (Projeto executivo específico de cada AMV); A locação dos marcos de referência de via é obtida através da poligonal de apoio, já citada; As altitudes desses marcos são levantadas por meio de nivelamento e contranivelamento geométrico de precisão, partindo-se de um marco da rede de RN existente; No nivelamento dos marcos de referência, considerar um erro máximo de fechamento altimétrico de 5mm, sendo a distância nivelada em km; A locação dos marcos de segurança e quilométrico pode ser feita conforme abordado no Módulo I deste Curso, citado no Capítulo “Concepções de Projetos de Superestrutura Ferroviária”. Dos equipamentos a serem utilizados para execução desses recomenda-se a utilização: Estação total com coletor interno de dados; GPS geodésico; Distanciômetro eletrônico tipo DM 502 (Kern) ou DI 3S (Wild) ou similar; Teodolito do tipo DKM 2A ou Wild T-2 ou similar; Nível do tipo NA2 (Wild) ou GK 2A (Kern) ou similar; Mira dobrável; Trenas e balizas. 6 2.2. Lançamento, Montagem e Acabamento da Linha Férrea Neste capítulo iremos abordar as etapas construtivas da superestrutura convencional, utilizando- se de técnicas comumente adotadas por algumas ferrovias, lembrando que existem outros métodos e princípios técnicos que podem ser empregados na execução da superestrutura, desde que estejam embasadas em instruções normativas e comprovadas com as boas práticas de engenharia já aplicadas para execução da superestrutura ferroviária. Foto 1: Execução de superestrutura (Fonte: SNFC Réseau) 2.2.1. Premissas para Montagem da Grade (Linha Férrea) Quanto à execução dos serviços de montagem da superestrutura ferroviária, iremos tomar como base as seguintes premissas: Para a definição do processo de assentamento da linha, são consideradas as características topográficas e as condições climáticas da região atravessada pela ferrovia, o apoio logístico disponível e as produções exigidas para o trabalho a ser executado; A superestrutura das vias principal e secundárias é lançada obedecendo ao projeto geométrico locado; No caso de bitola mista, são lançados dormentes com dispositivos de ancoragem para fixação do 3° trilho; a posição desse trilho, ou seja, a sua localização na grade, é definida em projeto, para cada trecho a ser construído; 7 Os trilhos curtos são soldados por processo de caldeamento de topo, para a formação de trilhos longos soldados (TLS), com comprimento mínimo de 120m e máximo de 480m; Foto 2: Execução de Solda por Caldeamento (Fonte: Prumo Engenharia) Não é permitido no manuseio de trilhos o uso de ferramentas que não sejam específicas para este fim, evitando assim risco de acidentes; Caso seja necessário arrastar o TLS sobre a plataforma, considerar distâncias curtas, menores que 1.000m e que não haja nenhum dano ao TLS e à plataforma que vier a ocorrer nesta movimentação; Tanto as juntas mecânicas por talas, quanto às soldadas, recomenda-se não estar a uma distância inferior a 3 m uma da outra, mesmo estando em trilhos de filas diferentes; Figura 1: Espaçamento entre juntas Nas extremidades do TLS recomenda-se usar trilhos furados para montagem de talas de junção metálicas, utilizadas como união provisória dos mesmos, se posteriormente for executar soldas de fechamento, para o caso da fixação provisória na linha corrida, ser feito 1(um) furo em cada extremidade, de acordo com as características dimensionais da tala de junção a ser utilizada; O TLS pode ser lançado a qualquer temperatura, devendo ser fixado provisoriamente aos dormentes, quando da montagem da grade, para o levante, socaria, alinhamento e nivelamento da via; O tipo de dormente a ser usado na montagem da grade, se para bitola simples ou mista, será definido para cada trecho de construção pelo projeto correspondente; A taxa de dormentação da grade comumente é de 1.667 dormentes/km, ou seja, o espaçamento de eixo a eixo de dormentes consecutivos é de 60 cm; Figura 2: Espaçamento entre dormentes 3m 60cm 60cm 8 Na montagem da grade, as barras longas são ligadas no campo por meio de talas de junção, recomenda-se para essa ligação ficar, aproximadamente, no centro do espaço livre entre dois dormentes, considerando a distância mínima entre a junta e a aresta do dormente mais próximo de 10cm e o posicionamento para tal pode ser obtido pelo reespaçamento dos dormentes próximos à junta em questão, não devendo, no entanto, serem ultrapassadas as tolerâncias admissíveis de comprimento do TLS, para o espaçamento e para o posicionamento angular dos mesmos; Figura 3: Talas de junção (Fonte:BR-Railparts) Para o assentamento das vias dos pátios de cruzamento, devem ser observadas as prioridades de acordo com as necessidades de operação programadas na construção. 2.2.2. Lançamento da Grade São descritos, a seguir, os métodos admitidos para o lançamento de grade (estrutura composta por trilho, dormente e fixações, ou seja, a linha férrea propriamente dita). 2.2.2.1. Diretamente Sobre a Plataforma a) A grade é lançada diretamente sobre a plataforma; Foto 3: Montagem da grade diretamente sobre a plataforma (Fonte: arquivo pessoal) b) Após o lançamento da grade são executadas duas primeiras operações de lastramento, correspondentes a uma altura de levantamento de 7,5 cm, cada, com socarias do lastroem cada levante, regularização inicial e um primeiro nivelamento da via; 9 Foto 4: Lastramento da via e socaria da via (Fonte: arquivo pessoal) Em seguida, são feitos novos lançamentos de brita, os quais devem corresponder aos levantamentos realizados para atingir a altura de lastro especificada em projeto, considerando limite de 7,5cm de cada levante, com socaria do lastro em cada lançamento; nestas etapas, é iniciada a execução da superelevação do trilho externo das curvas, com a sua concordância às respectivas tangentes; Foto 5: socaria com aplicação definitiva da geometria da via (Fonte: arquivo pessoal) c) No posicionamento final e acabamento, as superfícies de rolamento do boleto dos trilhos são colocadas na sua posição definitiva, em planta e em perfil, dentro das tolerâncias estipuladas em projeto. 2.2.2.2. Sobre “Colchão” de Brita a) A grade é lançada sobre uma primeira camada de lastro (“colchão”) de 15 cm de espessura e 5,00m de largura, adensada pela passagem de rolo compressor liso, sem vibração; Foto 6: Montagem da grade sobre “colchão” de brita (Fonte: www.ferrovias.eng.br) b) Após o lançamento da grade é executada operação de socaria, visando uma regularização inicial e um primeiro nivelamento da via; 10 c) Os próximos lançamentos de brita devem corresponder à altura de lastro prevista em projeto, considerando limite de 7,5cm de levante em cada etapa, com socaria do lastro em cada lançamento; nestas etapas, é iniciada a execução da superelevação do trilho externo das curvas, com a sua concordância às respectivas tangentes; d) No posicionamento final e acabamento, a superfície de rolamento do boleto dos trilhos é colocada na sua posição definitiva, em planta e em perfil, dentro das tolerâncias estipuladas no projeto. 2.2.3. Acabamento da Superestrutura Em seguida apresentamos ações que podem garantir melhor acabamento da superestrutura ferroviária, utilizando-se de eficiência e qualidade na realização dos serviços. Nos serviços de socaria, alinhamento e nivelamento são recomendados o emprego de máquina socadora, niveladora e alinhadora automática, com a assistência de equipe de topografia, a qual, ao final dos serviços, deverá certificar as cotas e eixos de projeto. Foto 7: Socadora e Reguladora (Fonte: www.plassertheurer.com) A via deve ser alinhada e nivelada com o número necessário de socarias mecânicas para que permaneça firmemente assentada em sua posição geométrica de projeto; em cada passagem de socaria é permitido um levante máximo de 7,5 cm. O uso de socaria manual é indicado na execução de serviços transitórios ou em locais inacessíveis às socadoras automáticas. Foto 8: Conjunto de socaria manual (Fonte: http://www.robel.info) Na operação de posicionamento final e acabamento, devem ser corrigidos os erros e imperfeições da via, inclusive da superelevação definitiva do trilho externo das curvas e das concordâncias necessárias. 11 Recomenda-se a ser realizada a regularização do lastro toda vez que se fizer necessário. Foto 9: Regularização do lastro (Fonte: www.plassertheurer.com) Sugere-se a ser mantida distância máxima de 5 km entre a frente de início de lastramento e/ou montagem da grade e o lastramento para o 2º levante de lastro sob a grade montada, com correções iniciais de alinhamento e nivelamento da via para trechos longos. 2.2.4. Serviços Complementares A seguir abordaremos os serviços complementares inerentes à execução da superestrutura. 2.2.4.1. Alívio de Tensões No caso de aplicação de trilhos longos soldados (TLS) fora da faixa de temperatura neutra, e eliminação das juntas mecânicas ao longo da via, após estar em sua posição geométrica de projeto, nivelada e alinhada, pode-se fazer necessário à execução dos serviços de alívio de tensões. O comprimento ideal da barra a ser usada para o alívio de tensões deverá ser definido em função das condições existentes no local. Caso o TLS tenha sido soldado e transportado para o local com comprimento diferente deste, o comprimento mínimo ideal deverá ser conseguido com nova ou novas soldas a serem efetuadas antes do alívio. A fim de permitir que as tensões nos trilhos sejam plenamente liberadas, deve-se retirar os dispositivos de fixação do trilho e colocar roletes de aço entre o trilho e o dormente, a fim de facilitar a dilatação e liberar as tensões residuais do mesmo. A disposição dos roletes deve ser tal que permita que o TLS fique totalmente apoiado sobre eles. Procede-se, então, à percussão da barra com auxílio de marreta especial de bronze ou cobre, com 5 kg de peso. Para a definição da faixa de temperatura de ancoragem, é necessário estipular os conceitos a seguir: l - Temperatura do trilho: As temperaturas e faixas de temperatura definidas e mencionadas adiante se referem à temperatura do trilho e devem ser medidas por intermédio de termômetro próprio, protegido contra radiações solares diretas. ll - Temperatura neutra: É o valor médio anual entre as temperaturas máxima e mínima medidas no local, acrescido de 5°C, como mostrado na fórmula a seguir. Para a definição deste valor, devem ser levantadas, 12 diariamente, as temperaturas máximas e mínimas, por um período mínimo de 1 (um) ano, através de termógrafos especiais ligados a um pequeno segmento de via férrea, na região onde é efetuado o alívio de tensões. Tn = [(Tmax + Tmin) ÷ 2] + 5°C Sendo: Tmax = temperatura máxima dos trilhos; Tmin = temperatura mínima dos trilhos. lll - Faixa de temperatura de ancoragem: Consiste na faixa de temperatura compreendida entre +5°C e -5°C, respectivamente acima e abaixo da temperatura neutra, na qual se faz a fixação definitiva das barras longas (TLS). A experiência mostra que o alívio de tensões executado na faixa de temperatura de ancoragem confere à linha razoável segurança contra ruptura dos trilhos e parafusos nas temperaturas mais baixas e deslocamentos laterais da linha nas temperaturas mais altas, sem exceder, neste último caso, ao limite de resistência à compressão do mesmo. As temperaturas máxima e mínima devem ser obtidas nos trilhos com a utilização de termômetro de trilho, durante o período de 1 (um) ano, como descrito anteriormente. A operação de alívio de tensões do trilho, a ser executada dentro dos limites da faixa de temperatura neutra, deve seguir os seguintes procedimentos: l - Na barra longa, estabelece-se uma zona central (ZC) que é mantida fixada aos dormentes pela fixação, durante o processo; ll - Em seguida, retira-se a fixação dos dois segmentos restantes da barra; lll - Coloca-se, então, nesses dois segmentos adjacentes à parte central da barra mantida fixada, roletes de aço entre o patim do trilho e os dormentes, distanciados entre si de 10m, para permitir a livre movimentação desses dois segmentos no sentido longitudinal da via; esses roletes devem ser fabricados a partir de barra de aço redonda e lisa, com ½” de diâmetro; lV - Após a colocação desses apoios, percute-se a barra com marreta ou martelo de bronze, com peso aproximado de 5kg, para facilitar a sua expansão, propiciando, assim, a remoção de qualquer fator impeditivo da liberação das tensões; o sentido das percussões deve ser, sempre, da zona central (ZC) da barra para as extremidades a serem soldadas; nessa operação, deve ser tomadaprecaução para que não se bata com o martelo ou marreta no boleto dos trilhos e, sim, no patim do mesmo; V - Liberadas as tensões, é deixada uma abertura na junta a ser soldada dentro da tolerância admitida para a mesma, tolerância está definida pelo fabricante da solda utilizada no processo de soldagem por aluminotérmica; Vl - Após a soldagem, são retirados os roletes, sempre no sentido da ZC para a junta; Vll - Feita esta operação, devem ser remontados os 20 (vinte) primeiros grampos de fixação de cada lado da ZC, num total de 40 (quarenta) fixações, agora no sentido da junta para o centro, seguindo- se com a fixação de um dormente para cada 3 (três) deixados soltos e, assim, sucessivamente, até completar a pre-fixação de toda a barra; para execução da soldagem aluminotérmica, a abertura da junta 13 deve ser de 5mm quando a temperatura medida no trilho estiver no limite inferior da faixa de temperatura de ancoragem e zero, quando estiver no seu limite superior; Vlll - Somente após a colocação das fixações, conforme descrito no subitem Vll, anterior, pode ser procedida a soldagem. lX - Terminado o processo da soldagem, inicia-se, imediatamente, a liberação das 30 (trinta) primeiras fixações adjacentes à junta soldada, permitindo-se, assim, que ocorra, livremente, a contração do trilho, em consequência da solidificação com o resfriamento da solda; X - A colocação do total das fixações só deve ser realizada após 40 (quarenta) minutos do término da soldagem, e dentro da faixa neutra de temperatura. Xl - Havendo a necessidade de efetuar o alívio de tensões em horário noturno, fora da faixa neutra de temperatura, devem ser utilizados aquecedores de trilho do tipo; a operação de aquecimento consiste na elevação da temperatura dos trilhos até o limite superior da faixa neutra de temperatura (Tn); alcançada esta temperatura, é executado o alívio das tensões. 2.2.4.2. Formação do Trilho Contínuo A formação do trilho contínuo é precedida do alívio de tensões. A soldagem final, interligando os trilhos longos soldados, elimina as juntas mecânicas com talas de junção, o que propicia inúmeros benefícios à operação, manutenção e segurança da via, com a eliminação da degradação das juntas, dentre outras. A construção de via formada por trilho contínuo, a partir da soldagem de trilhos longos soldados (TLS), exige cuidados especiais, tornando próximos os valores absolutos das tensões de tração e compressão que venham a ocorrer nos extremos de temperatura ao longo do ano no local de sua implantação, evitando, em consequência, instabilidade e deformações da mesma. O trabalho de soldagem final é executado paralelamente em ambos os trilhos da via para evitar diferentes tensões entre os mesmos. 2.2.4.3. Soldagem Aluminotérmica A soldagem aluminotérmica tem por objetivo interligar os segmentos intermediários das barras de trilhos componentes da via (TLS), após a mesma estar assentada em sua posição geométrica de projeto, transformando-a em via contínua, com um nível de tensões axiais compatível com as resistências longitudinal e transversal da superestrutura; esse nível de tensões é estabelecido em função das condições climáticas locais e através de metodologia apropriada para os trabalhos de liberação das tensões térmicas e mecânicas existentes por ocasião da soldagem para formação do trilho longo contínuo. Foto 10: Montagem forma Foto 11: Execução da solda Foto 12: Retirada da forma (Fonte: SNFC Réseau) 14 2.2.4.4. Fixação Definitiva do Trilho Contínuo A fixação definitiva é feita dentro da faixa de temperatura neutra. Para isso, são distribuídas duplas de trabalhadores, a cada 12 ou 18m, para recolocação dos grampos, numa primeira etapa, quando são plicadas fixações em dormentes alternados, completando-se, em um segundo momento, a montagem as fixações restantes. 2.2.5. Aparelho de Mudança de Via (AMV) Foto 13: Montagem de AMV (Fonte: Arquivo pessoal) Na montagem do AMV, deverão ser observadas as seguintes considerações: Deve ser usado o AMV do tipo e com abertura definidos pelo projeto; Constituem elementos básicos para a montagem do AMV, a sua planta de assentamento e a locação dos seus pontos principais, definidos pelo projeto; Para o assentamento do AMV, o sublastro deve estar regularizado, devidamente compactado e colocado na cota estabelecida em projeto; Os dormentes são distribuídos perpendicularmente ao trilho de alinhamento reto e com o espaçamento indicado na planta de assentamento do respectivo AMV; todas as placas de apoio devem estar com sua fixação ao dormente de madeira completa; Os dormentes devem ser montados segundo a sua numeração sequencial, a qual deve estar localizada na face superior da extremidade do dormente situada no lado externo ao trilho da linha direta, como indicado no desenho do aparelho; Sobre os dormentes é montado o AMV com todos os seus componentes, trilhos de ligação e a máquina de chave, complementado com a regulagem das agulhas, sendo, então, feito o acabamento da via neste local; Devem ser cuidadosamente examinadas e ajustadas as folgas nas juntas dos trilhos, a posição do jacaré, das agulhas em relação aos trilhos de encosto, a bitola das vias direta e desviada, assim como o assentamento correto dos contratrilhos; A bitola, as cotas de salvaguarda, livre passagem e esquadro das agulhas, devem ser rigorosamente observadas em todo o AMV; 15 As placas de deslizamento das agulhas devem ser cuidadosamente limpas e lubrificadas; As agulhas são montadas de modo a permitir, sem grande esforço, seu deslocamento sobre as placas de deslizamento; É, então, feita a descarga final de brita, com respectivo levante em etapas, até que a superfície de rolamento do boleto atinja a cota de projeto, com posterior compactação por meio de conjunto vibratório portátil, conformação do talude do lastro e acabamento; As juntas dos trilhos imediatamente antes e imediatamente após o AMV somente são ligadas em definitivo quando este estiver perfeitamente alinhado, nivelado e com a seção do lastro completa; As juntas do AMV não são soldadas, sendo, portanto, necessário o máximo rigor na montagem para que as suas folgas fiquem dentro do limite de tolerância; Devem ser assentados os marcos de segurança do AMV conforme orientação de projeto. 2.2.6. Tolerâncias Construtivas da Superestrutura A seguir abordaremos as tolerâncias de referência para o recebimento da superestrutura, lembrando que cada Empresa Ferroviária admite este recebimento com base em suas especificações técnicas e normas vigentes por elas adotadas. No capítulo sobre manutenção iremos abordas as tolerâncias que podem ser admitidas após o início das operações ferroviárias, uma vez que os critérios dos parâmetros de execução e manutenção da superestrutura ferroviária nem sempre são as mesmas, uma vez que para execução são mais precisos. 2.2.6.1. Geometria da Via 2.2.6.1.1. Planimetria a) Bitola Tanto para a bitola simples como mista, medidas a 16 mm abaixo da cota do topo do boleto (linha de cota), admite-se uma tolerância de +2 a -1mm, como mostrado na Figura 4 a seguir: Figura 4: Limites de Bitola 16 b) Alinhamento em retas e curvas circulares: l – Recomenda-se o afastamento do eixo da via em relação ao eixo de projeto de, no máximo, 4 mm; ll - Nas tangentes,deve-se evitar divergências entre +3 a -3 mm em uma extensão de 10 m, como mostrado na Figura 5 abaixo; Figura 5: Limites de alinhamento longitudinal de tangente lll - Nas curvas circulares, a variação máxima admissível para a flecha é de 6 mm, medida no centro de uma corda de 10 m, como mostrado na Figura 6 a seguir. Figura 6: Limites de alinhamento longitudinal de curvas c) Alinhamento de Curva de Transição l - Recomenda-se o afastamento do eixo da via em relação ao eixo de projeto de, no máximo, 4 mm; ll - O alinhamento de reta e de curva é medido no centro de uma corda de 10m, a cada 5m. d) Posicionamento dos dormentes, conforme projeto. l - No espaçamento dos dormentes, é admitida uma variação, para mais ou para menos, de 2 cm; esta verificação deve ser feita nas duas extremidades de cada par de dormentes; ll - No posicionamento angular, dois dormentes consecutivos podem apresentar uma variação a distância entre si, medida nas extremidades dos seus eixos longitudinais, em um mesmo lado da via, de, no máximo, 1cm, para mais ou para menos; essa verificação deve ser feita entre cada dois dormentes e em relação a uma linha imaginária perpendicular aos trilhos, passando pelo eixo do dormente. 17 2.2.6.1.3. Altimetria a) Nivelamento Transversal É permitida uma variação de ± 4mm, Figura 8, não podendo existir divergências de +3mm a - 3mm em um comprimento de 5m, como mostrado na Figura 7 a seguir. Figura 7: Limites de nivelamento transversal Figura 8: Limites de nivelamento transversal b) Nivelamento Longitudinal Permite-se uma variação de ± 6mm, medida no centro de uma corda de 10m, como mostrado na Figura 9; a diferença de cota admissível entre o topo do trilho no campo e o topo do trilho no projeto, é de ± 5mm. Figura 9: Limites de nivelamento longitudinal 18 3. Manutenção da Superestrutura da Via Permanente Neste Capítulo iremos abordar as atividades de manutenção da via permanente, onde servirá como uma orientação para realizar os planos de inspeção de rotina, e manter uma manutenção constante da via permanente, para garantia de confiabilidade da superestrutura e segurança das operações ferroviária. Obter uma ferramenta para realizar manutenções periódicas para cada tipo de estrutura, tendo em conta a criticidade da mesma, é fundamental para as ações a serem tomadas. Conforme conceituação da NBR 5462 – Confiabilidade e Mantenabilidade, manutenção é a combinação de todas as ações técnicas e administrativas, incluindo as de supervisão, destinadas a manter ou recolocar um item em um estado no qual possa desempenhar uma função requerida. A manutenção dos equipamentos e componentes da infraestrutura e superestrutura ferroviária têm como objetivo manter a disponibilidade das ferrovias, diminuindo as interdições e restrições de velocidade. As tarefas de manutenção podem ser distinguidas, em razão de suas naturezas e finalidades especificas, nas macroatividades a seguir discriminadas (NBR 5462): Manutenção de Corretiva (MC): É a manutenção efetuada após a ocorrência de uma pane, destinada a recolocar um item em condições de executar uma função requerida; Manutenção Preventiva – (MP): Manutenção efetuada em intervalos predeterminados, ou de acordo com critérios prescritos, destinada a reduzir a probabilidade de falha ou a degradação do funcionamento de um item; Manutenção Condicional – (PC): Manutenção preventiva, também conhecida como "manutenção condicional", baseada no conhecimento por comparação do estado de um item através de medição periódica ou contínua de um ou mais parâmetros significativos; Manutenção Preditiva – (PM): Manutenção que permite garantir uma qualidade de serviço desejada, com base na aplicação sistemática de técnicas de análise, utilizando-se de meios de supervisão centralizados ou de amostragem, para reduzir ao mínimo a manutenção preventiva e diminuir a manutenção corretiva. As atividades de manutenção devem ser conduzidas dentro de um sistema de gerenciamento apto a garantir a padronização dos processos, a melhoria contínua e a busca da excelência. O recurso humano utilizado na manutenção deve ser continuamente capacitado e atualizado de forma a assegurar alto padrão técnico e gerencial em um ambiente propício à criatividade e participação. A manutenção deve utilizar as melhores práticas e técnicas visando maximizar a disponibilidade, a confiabilidade e a vida útil dos ativos. 19 4. Parâmetros de Monitoramento e Controle da Manutenção 4.1. Geometria de Via 4.1.1. Bitola A bitola deverá ser medida com régua de bitola a 16 mm abaixo da superfície de rolamento do trilho. Nas medições de bitola as deformações do boleto devido ao escoamento de materiais (rebarbas) e os desgastes horizontais ocasionados pelo atrito dos frisos deverão ser desconsiderados. Figura 10 – Pontos de medição de bitola da via – trilho sem desgaste Figura 11 – Pontos de medição de bitola da via – trilho com desgaste Os parâmetros mínimos e máximos de bitola admitidos são: Tabela 1 – Limites de bitola No caso de necessidade de ajuste de bitola, considerar a bitola nominal medida com referência aos patins do trilho. Para manutenção são considerados alguns conceitos e critérios de atuação para evitar descarrilamento devido via desbitolada, na qual as medidas de bitola extrapolam os parâmetros máximo e mínimo admitidos, que são: a) Bitola Aberta; b) Bitola Fechada; c) Variação de Bitola. No caso em que a bitola se encontra dentro dos parâmetros mínimos e máximos admitidos conforme Tabela 1, é considerada dentro dos Limites de Manutenção. 20 Para os casos em que a bitola está fora dos Limites de Manutenção existem, duas situações a serem consideradas, os Limites de Segurança e os Limites de Descarrilamento. O Limite de Segurança compreende a faixa entre o Limite de Manutenção e o Limite de Descarrilamento, onde a possibilidade de ocorrência de descarrilamento é real e devem-se tomar as medidas corretivas com a devida brevidade, considerando a escala da faixa de limite, podendo ser questão de semanas a horas. Já em caso onde a bitola ultrapassa os limites de Segurança, o descarrilamento é eminente, ou seja, ocorrerá o descarrilamento se não houver interdição da via ao tráfego ferroviário, devendo-se fazer a correção de imediato. a) Bitola Aberta Limites de Segurança para Bitola Aberta: Figura 12 – Bitola Aberta da Via Tabela 2 – Limite de Segurança para Bitola Aberta Existe condição em que deva ser considerada a bitola dinâmica, chamada também de Bitola Carregada, devido os esforços de ataque dos rodeiros nos trilhos, havendo pequenas deformações elásticas durante a passagem, que parece ser desprezíveis, mas podem levar a ultrapassar limites de segurança, potencializando a bitola aberta. Figura 13 – Exemplo de Bitola Carregada Bitola Nominal Limite (mm) Métrica (1.000 mm) 1.040 Larga (1.600 mm) 1.640 21 b) Bitola Fechada Limites de Segurança para Bitola Fechada: Figura 14 – Bitola Fechada da Via Tabela 3 – Limite de Segurança para Bitola Fechada c) Variação de Bitola Por fim, temos a variação de bitola, emque o ponto de contato da roda varia rapidamente em função de defeitos de desgaste do trilho ou mesmo por deficiência da fixação nos dormentes. O grande problema da variação da bitola é que ela coloca o rodeiro em situações em que os raios das mesmas rodas de um rodeiro são expostas a valores de raios diferentes da via. Sabemos que, para a maioria das ferrovias, o perfil da roda tem uma inclinação de 1:20 e que faz a concordância com os valores de 1:20 do trilho (em algumas ferrovias pode ser encontrada a inclinação de 1:40, dependendo da planimetria da linha), tornando indispensável o papel da conicidade no rolamento de veículos ferroviários. Assim, havendo a inclinação da roda conforme a taxa mencionada, e dependendo do jogo da via, pode haver grandes diferenças entre os raios das rodas que fazem contato com o trilho. Figura 15 – Diferença de raio de rolamento Perceba na figura acima que R2 é maior que R1, sendo assim, sua circunferência também é maior, pois para um mesmo giro do eixo teremos uma distância percorrida menor de R2 em relação a R1. A consequência disso é a tendência de giro do rodeiro, neste exemplo, no sentido anti-horário. Movimentos cíclicos onde as rodas alternam raios maiores e menores existem e são estudados há muito tempo, e seu comportamento é mais conhecido hoje como efeito Hunting (pela caçada do friso das rodas no trilho). Bitola Nominal Limite (mm) Métrica (1.000 mm) 984 Larga (1.600 mm) 1584 22 Figura 16 – Efeito Hunting Assim, a variação da bitola poderá ter dois efeitos maiores: 1. Quando passa de uma bitola menor para uma maior: conforme relatado, neste caso acontece a torção do rodeiro, aumentando-se seu ângulo de ataque, podendo ocasionar a escalada do friso ao trilho, provocando o descarrilamento; 2. Quando passa de uma bitola maior para menor: o aperto neste caso pode resultar no estrangulamento da bitola do rodeiro, fazendo com que se projete para fora da via. Qualquer que seja o caso existe um limite de variação que deve ser respeitado para ambos os sentidos da variação. Em uma corda de 5 m devem ser obedecidos os limites conforme velocidades do trecho e tipo do transporte utilizado. Limites de Segurança para Variação de Bitola: Tabela 4 – Velocidade Máxima Permitida A variação máxima de bitola entre dormentes adjacentes será: Tabela 5 – Limites de variação de bitola entre dormentes adjacentes 4.1.2. Empeno em Curvas O empeno será avaliado pela comparação da variação das medidas de nivelamento transversal entre pontos adjacentes tomadas por régua de superelevação. Figura 17 – Empeno 23 Para a base de medição (distância entre pontos de medição) e altura do centro de gravidade serão considerados os valores correspondentes aos dos vagões mais críticos em circulação. Os limites últimos das variações de nivelamento transversal entre pontos adjacentes são obtidos através da fórmula abaixo, considerando-se a velocidade máxima estabelecida para cada trecho da ferrovia. Bitola Larga: Bitola Métrica: Sendo: D = distância entre seções de medição em m; V = velocidade da composição em km/h; H = altura do centro de gravidade do vagão em metros; E = empeno em mm. No entanto, a manutenção deve considerar como limite valores equivalente a 80% em relação ao valor máximo calculado para o vagão mais crítico: Exemplo de Empeno Máximo admissível adotado para vagões HFT e GDT: Tabela 6 – Limites de empeno em curvas para bitola larga Tabela 7 – Limites de empeno em curvas para bitola métrica 24 4.1.3. Empeno em Tangente Considerando-se as mesmas premissas de vagões e velocidades utilizadas para as curvas, teremos os valores máximos admissíveis para empeno em tangente aplicando a seguinte fórmula: Bitola Larga: Bitola Métrica: Sendo: D = distância entre seções de medição em m; V = velocidade da composição em km/h; H = altura do centro de gravidade do vagão em metros; E = empeno em mm. No entanto, a manutenção deve considerar como limite, valores equivalentes a 80% em relação ao valor máximo calculado para o vagão mais crítico: Tabela 7 – Limites de empeno em tangente para bitola larga Tabela 8 – Limites de empeno em tangente para bitola métrica 25 4.1.4. Torção A torção, ou empeno numa base rígida maior, é uma das medições mais aceitas tanto no Brasil como internacionalmente, sendo amplamente divulgada em normas técnicas dos Estados Unidos, como a FRA (Federal Railway Association). A torção procura entender como as variações de superelevação da grade afetam o vagão como um todo, e não somente no truque. A prática nos ensina que os limites de torção levam mais facilmente a um descarrilamento apesar de que, teoricamente, chegar a um cálculo de dedução matemática é mais complexo do que foi feito para o truque. Isso porque existe uma quantidade maior de variáveis envolvendo, principalmente, tipos de vagões com os centros de gravidade de alturas diferentes, folgas de tamanhos diversos e comprimento de caixas variáveis. Mesmo assim, na prática, é possível perceber que para uma determinada faixa de velocidade e para uma mesma bitola, um grande grupo de vagões se comporta de forma similar, o que tornou possível a construção de uma tabela prática, muito usada, sobre limites de torção em bases normatizadas de 10 e 20 m, cujos valores devem ser mantidos rigorosamente. Na sequência, a Tabela 9 a seguir demonstra a tabela de torções limites entre vagões, conforme faixas de velocidade padronizadas. Na prática, para entendermos a torção, devemos entender sua dinâmica de funcionamento. Ela nada mais é que a transferência dos esforços de um truque para outro do mesmo vagão, ocasionada pelo empeno da grade nesta base. Isso significa que para que eles tenham influência um sobre o outro, devem ser consumidas todas as folgas inerentes até o ponto em que de fato possam causar alívio direto nos rodeiros. Imagine um vagão circulando numa curva com raio apertado: é possível, principalmente em linhas métricas de regiões serranas, que o truque dianteiro esteja entrando na curva circular (já com superelevação total), enquanto o truque de trás ainda está saindo da tangente e entrando na curva em espiral (superelevação ainda em zero). Isso provoca uma grande torção no comprimento do vagão, que terá suas folgas consumidas na ordem: 1. Compressão do rodeiro origem no trilho; 2. Compressão total das molas no truque origem; 3. Fechamento das folgas dos ampara-balanços da cabeceira de origem dos esforços; 4. Torção absorvida pela caixa do vagão; 5. Fechamento das folgas do ampara-balanços da cabeceira que recebe o alívio (destino); 6. Compressão das molas do truque destino; 7. Inicio do alívio no rodeiro destino. Veja a quantidade de folgas que são consumidas até que se chegue, de fato, no alívio do rodeiro destino. Leve em consideração ainda a quantidade de tipos de caixas de vagões que existem, se está vazio ou carregado, o tipo de ampara balanços do vagão etc. Estaticamente, todos esses dados afetam o resultado, porém, na prática, os resultados da tabela FRA são muito bem aceitos.26 Tabela 9 – Tabela completa de parâmetros geométricos da FRA 27 4.1.5. Limites de Superelevação em Curvas na Manutenção Para a definição da superelevação a ser adotada nas curvas ferroviárias será utilizado o critério da superelevação prática onde: Sendo: Sp = Superelevação prática em mm; B = Bitola da via tomada de eixo a eixo de boleto de trilho em mm; V = Velocidade máxima de circulação na curva em Km/h; R = Raio da curva em m. ATENÇÂO: como superelevação mínima sugere-se adotar 5mm. A utilização de valores inferiores a 5mm, mesmo em curvas com grandes raios, pode ocasionar inversão da superelevação. A superelevação normativa máxima admissível em linha de bitola métrica será de 100mm e 180mm em linhas de bitola larga. Nas regiões dos aparelhos de mudança de via não deverá ser utilizada superelevação. 4.1.6. Alinhamento O alinhamento deverá ser avaliado pela comparação de variações das medidas de flechas entre pontos adjacentes. Para medições deverá ser utilizada corda de 10 metros. A aferição dos dados será realizada no centro da corda, sempre 16 mm abaixo da superfície de rolamento do trilho externo de curvas, da mesma maneira que nas medições de bitola. Os pontos consecutivos de medição deverão ser tomados em intervalos de 2,50 m. Os limites últimos das variações de flecha entre pontos adjacentes são obtidos através da fórmula abaixo, considerando-se a velocidade máxima estabelecida para cada trecho da ferrovia: Sendo: f = Variação de flecha admissível em mm, entre dois pontos consecutivos; c = comprimento da corda em metros; V = velocidade do trem em km/h. No entanto, a manutenção deve considerar como limite valores equivalente a 80% em relação ao valor máximo calculado: Tabela 10 – Variação Máxima das medidas de flecha entre pontos adjacentes – Corda de medição com 10 m 28 4.2. Limites da Relação L/V Nas inspeções com rodeiro instrumentado deverão ser considerados os limites da relação L/V no eixo e na roda para gerar relatório de exceções que servirão de referência para programação das manutenções corretivas e preventivas. Figura 18 – Esforço Lateral (L) e Vertical (V) Foto 14: Rodeiro Instrumentado Tabela 11 – Rodeiro instrumentado 4.3. Inspeções de Geometria da Via Permanente Para avaliação das condições da via permanente existem algumas ferramentas que auxiliam na detecção dos defeitos e ajudam na programação e planejamento das manutenções ferroviárias. Além da inspeção visual e utilização de ferramentas manuais de medição, existem atualmente no mercado novas tecnologias em instrumentações que possibilitam maior detecção e avaliação mais precisa dos defeitos em ativos da via permanente, entre essas, estão os carros controles. Foto 15: Carro Controle para análise de geometria de via Nas inspeções com carro controle deverão ser considerados os limites de geometria para gerar relatório de exceções que servirão de referência para a programação das manutenções corretivas e preventivas da Via. Os parâmetros utilizados se baseiam em normativas técnicas praticadas por cada operadora ferroviária, a exemplo da Tabela 9 da FRA, apresentada na página 25, utilizada pela maioria das ferrovias brasileiras. 29 4.4. Limites Gerais de Manutenção em AMV 4.4.1. Tolerâncias de Alinhamento em AMV As tolerâncias de alinhamento serão definidas conforme realizado na linha comum, observando- se que o ponto inicial de posicionamento do centro da corda para a medição de flechas de AMV deverá estar localizado no coice da agulha. As medições deverão ser efetuadas na linha reversa, devendo as agulhas estar posicionadas para a respectiva linha no ato das medições. Deverão ser medidas as flechas em 10 pontos no sentido do coice para a ponta da agulha e em 15 pontos do coice da agulha no sentido do jacaré. Após concluídas as medições, a partir do coice da agulha, deverão ser medidas flechas posicionando o centro da corda na ponta real do jacaré, medindo a flecha na ponta do jacaré e em 5 pontos no sentido da agulha e 5 pontos no sentido do marco de entrevia. No entanto, a manutenção deve considerar como limite valores equivalente a 80% em relação ao valor máximo calculado. 4.4.2. Tolerâncias de Empeno em AMV As tolerâncias de empeno serão definidas conforme linha comum, adotando para os levantamentos de campo e cálculos a base de medição (D) correspondente à distância entre os rodeiros do truque do vagão. Para a altura do centro de gravidade serão adotados os parâmetros dos vagões carregados. As medições de empeno deverão iniciar pelo coice da agulha, instalando a régua de superelevação no coice, medindo o nivelamento transversal. Posteriormente deslocar a régua sempre na distancia D e coletando dados de nivelamento transversal em 20 pontos no sentido do coice para a ponta de agulha e em 30 pontos no sentido do coice para o marco de entrevia. Após concluídas as medições, a partir do coice da agulha, instalar a régua a 381m, para bitola métrica, ou 254m, para bitola larga, da ponta real do jacaré no sentido do núcleo, medindo o nivelamento transversal. Deslocar a régua 1727mm no sentido da ponta de agulha e no sentido do marco de entrevia efetuando as medidas nos respectivos pontos. As medições deverão ser efetuadas tanto na linha principal quanto na reversa. Os valores medidos deverão atender aos seguintes limites, calculados considerando valores equivalentes a 80% em relação ao valor máximo calculado. 4.4.3. Cotas de Salvaguarda do AMV Trataremos agora das cotas de um AMV, medidas fundamentais estabelecidas para garantir a correta funcionalidade do aparelho de mudança de via, sem dúvida um dos assuntos mais importantes quando nos referimos a questões de segurança. Cotas de salvaguarda são as faixas dimensionais em que o AMV deve ser mantido. O descuido com qualquer uma dessas cotas é fatal na manutenção, colocando o aparelho em circunstâncias de degradação violenta e iminência de descarrilamentos. Para entendermos as cotas de salvaguarda precisamos compreender o rodeiro ferroviário. Todos os dimensionais do aparelho surgem em decorrência da necessidade de atender um passeio livre e seguro dos truques, e a relação de suas cotas é diretamente proporcional ao dimensional dos rodeiros. Algumas ferrovias causam grandes problemas na manutenção de AMV’s quando modificam as faixas de manutenção dos rodeiros, utilizando eixamentos diferentes do normatizado ou modificando a variação aceitável de desgastes dos frisos. Na medida em que são implementados novos procedimentos de manutenção de vagões ou locomotivas, automaticamente são afetados todos os AMV’s instalados na via permanente. 30 Seu tráfego em condições de cotas não concordantes terá pouco efeito nos vagões, mas será extremamente destrutivo nos aparelhos em função óbvia da quantidade diária dos eixos circulantes em cada um. Tabela 12 – Características técnicas dos rodeiros de veículos ferroviários Cota de salvaguarda na região da chave - AMV simples Bitola: A medida da bitola é uma cota universal e, de forma simples, mede a distância entreas faces internas dos boletos de qualquer via permanente. Apesar de em outras circunstâncias a faixa de tolerância da bitola ser mais flexível para uso em AMV’s, ela é bastante rigorosa, uma vez que sua variação afeta uma série de fatores sobre a forma de inscrição dos truques em sua passagem. Para a região da chave procura-se sempre manter os valores nominais da bitola, motivo pelo qual se utiliza a placa bitoladora. Mesmo nessas condições, entretanto, é necessária uma faixa de tolerância. Assim, são aceito são 5 mm somente para mais em torno do valor nominal: a) Bitola na chave para bitola métrica: 1000 mm + 5 mm b) Bitola na chave para bitola larga: 1600 mm + 5 mm Proteção de ponta e livre passagem: A dinâmica de origem desta cota vem do fato de que sua abertura não pode ser inferior ao ponto em que os limites inferiores de fabricação de um eixo somados a menor medida de manutenção permitida para circulação de um friso façam com que exista possibilidade de o rodeiro entrar no AMV por entre as agulhas, ocorrendo o chamado engolimento de agulha. Assim, a determinação do valor será feita pela adição da espessura do friso fino mais aceito na manutenção ao valor da menor dimensão de eixamento do rodeiro, conforme bitola. PPC > B – (Ff + Emln) Sendo: PPC : proteção de ponta na chave, em mm; B : valor da bitola da linha, em mm; Ff : valor do friso fino, em mm; Emln : valor de eixamento mínimo, em mm. 31 Para bitolas métricas o cálculo é: PPC = 1.000mm – (17mm + 914mm) = 69 mm ou PP > 70mm Para bitola: largas o cálculo é: PPC = 1.600mm – (21mm + 1.511mm) = 68 mm ou PP > 70mm Percebemos que o valor final para ambas as bitolas é praticamente o mesmo 70mm. Na prática, porém, para não incidirmos em falhas em função de eventuais problemas de manutenção (tanto de via como de vagões), assume-se como número final PP > 80mm como limite mínimo inferior. Em função do valor da proteção de ponta estar associado necessariamente à cota da bitola, para proteção desta cota de salvaguarda é mais comum utilizar a livre passagem na chave, cujo atingimento é a segurança direta da entrada no AMV, independentemente do valor da bitola (que deve ser controlado por outros motivos). Figura 19 – Proteção de ponta na chave Figura 20 – Cota de livre passagem, proteção e bitola Assim, a livre passagem na chave é definida por: LPc < Ff + Emin Sendo: LPc : livre passagem na chave, em mm. Para bitolas métricas o cálculo é: LPc = 17mm + 914 mm = 931 mm, ou LP < 930 mm Para bitolas largas o cálculo é: LPc = 21mm + 1511 = 1532mm, ou LP < 1530 mm Utilizando o coeficiente de segurança da mesma forma que para proteção de ponta, o valor prático utilizado na manutenção a bitola métrica é de LP < 920mm e para bitola larga é de LP < 1520mm. O ponto de medição para cada uma delas muda em função do objetivo. Enquanto a medição de PP é feita exatamente na ponta da agulha, a LP deve ser medida a 20cm da ponta em direção ao couce. 32 Cotas de salvaguarda na região do cruzamento: Nessa região, as cotas de salvaguarda se espelham para a via principal e via desviada. O importante na manutenção é que suas medidas ocorram sempre em ambas as vias, conforme as dimensões que elencaremos a seguir. Bitola no cruzamento: da mesma forma que na chave, a medida da bitola no cruzamento é extraída da distância entre os trilhos de apoio para as rodas, com o cuidado de se considerar a ponta prática do jacaré como um dos trilhos. O local da medição não deve ser exatamente na ponta do jacaré, mas na face de sua calha a 50mm. Figura 21 – Bitola no cruzamento Proteção de ponta: a intenção dessa proteção é garantir que as rodas ao passarem pelo jacaré não atinjam sua ponta prática. Quando isso ocorre existe o risco de o friso dos rodeiros se encaixar na calha contrária, provocando o descarrilamento do vagão. Além disso, choques sucessivos na ponta do jacaré a deformam, provocando danos severos a uma das peças com maior dificuldade de manutenção/substituição, sem falar nos fatores envolvendo seus custos. Figura 22 - Tendência de agressão do rodeiro à ponta do jacaré Para que isso não aconteça, é fundamental o correto funcionamento do contratrilho. Conforme já mostrado anteriormente, o contratrilho é uma peça usinada de aço presa a fila paralela de trilhos em que está o jacaré. Sua função é obrigar a roda a manter seu curso, evitando que o rodeiro siga o caminho da calha errada do jacaré por meio da sustentação do atrito com a face interior da roda. Assim, a dimensão de proteção para a ponta prática do jacaré é a soma do friso mais espesso (novo) a um eixamento com a tolerância mais larga, conforme expressa a fórmula a seguir. PPz = Fe + Emax Sendo: PPz : proteção de ponta no cruzamento, em mm; Fe : friso espesso, em mm; Emax : eixamento de tolerâncias máximas, em mm. Para bitolas métricas o cálculo é: PPz > 36mm + 920mm = 956mm ou PPz > 956mm 33 Para bitolas largas o cálculo é: PPz > 32 mm +1.520 =1.552 mm ou PPz > 1.552 mm Figura 23 – Bitola e proteção de ponta na região do cruzamento Livre passagem: a livre passagem no cruzamento é necessária porque, ao mesmo tempo em que existe a proteção da ponta pela distância entre a face interna do jacaré é sua ponta prática, ela não pode se tornar tão grande que eixamentos mínimos façam com que a face interna de ambas as rodas atritem e desgastam simultaneamente a face do contratrilho e a face do jacaré. Determinamos sua cota de controle como sempre menor que a menor dimensão assumida para o eixamento mínimo, conforme indicado na fórmula que segue. LPz < Emin Para bitolas métricas esse valor será de: LPz < 914mm Para bitolas largas esse valor será de: LPz < 1511 mm Figura 24 - Tendência de agressão do rodeiro nas calhas internas do jacaré e contratrilho Figura 25 – Bitola, proteção de ponta e livre passagem na região do cruzamento Largura da calha do jacaré e contratrilho: para que a concordância entre a proteção de ponta e a livre passagem aconteça de forma tranquila, elas devem obedecer aos requisitos construtivos das peças em que circulam. Assim, além de dependerem dos valores, também dependem dos limites de desgastes das peças, como jacarés e contratrilho. Para ambas as bitolas estes serão: 34 Largura da calha do jacaré: Lcj (valor ideal) = 50,5 mm Lcj (cota salvaguarda): < 58 mm Largura da calha do contratrilho: Lcc (valor ideal): 48 mm Lcc (cota de salvaguarda): < 58 mm Figura 26 – Largura das calhas de jacaré e contratrilho 4.4.4. Dormentes Inservíveis em AMV Nos AMV’s não serão tolerados dormentes inservíveis na junta / solda do avanço das agulhas, sob as agulhas, nas máquinas de chave ou aparelhos de manobra, nas juntas / soldas do coice de agulha, nas juntas / soldas do jacaré, na ponta do jacaré, nas extremidades e no centro dos contratrilhos. Nos demais locais será tolerado no máximo um dormente inservível entre dois dormentes bons. 4.4.5. Manutenção em Trilhos 4.4.5.1. Identificação, Mapeamento de Defeitos e Priorização Identificação dos Defeitos Os defeitos internos são visíveis somente depois que surgem no boleto, alma ou patim. Tais defeitos progridem com o tráfego, já que aumentam seu tamanho com um maior número de toneladas transportadas.A maioria dos defeitos internos somente é detectada através de ultrasom. Dividem-se em: Trinca Longitudinal Horizontal; Trinca Longitudinal Vertical; Trinca Transversal Bolha ou Vazio; Defeitos nas soldas. Os defeitos externos são aqueles visíveis, permitindo o acompanhamento de sua degradação ao longo do tempo. 35 Foto 16: Carro de UltraSon para análise de trilho Gestão de Defeitos Detectados por Ultrasom Serão consideradas fraturas as situações em que houver ruptura total da seção transversal do trilho ou casos em que houver fragmentação da seção com perda de material. Para as demais situações, deve-se considerar a ocorrência trinca. Nomenclatura dos Defeitos A nomenclatura dos defeitos deverá seguir as orientações do manual de defeitos de ultrasom (VSH, HSH, HWS, TDC, EBF, SWO, TDD, BHJ, BHO, PRJ, PRO, TDT, DWF, DWP, LOC e INC). O defeito de ultrasom será classificado partindo de seu tamanho, que pode ser expresso em determinadas unidades, de acordo com a especificação do tipo de defeito. Segue abaixo a tabela guia para cada tamanho. Tabela 13 – Tabela de Classificação dos Tamanhos de Defeitos de Ultrasom Isto significa que um defeito pode ser classificado por pequeno (P), médio (M) ou grande (G), de acordo com suas dimensões. A partir daí, é possível se fazer, com base em critérios pré-definidos, a conceituação de sua criticidade. Estes critérios são expressos de maneira simplificada da seguinte forma: Todo defeito de tamanho grande (G) recebe classificação A; Defeitos médios (M) e pequenos (P) em: viadutos, pontes, área urbana, AMV, trilhos externos de curvas, aproximações (200m antes e depois de obras de arte especiais) recebem classificação B; Defeitos médios (M) em trilhos internos de curvas e tangentes recebem classificação C; Defeitos pequenos (P) em trilhos internos de curvas e tangentes recebem classificação D. Caracterização dos Defeitos Detectados por Ultrasom VSH – Trinca Vertical no Boleto Este tipo de descontinuidade, quando evoluída, faz quebrar o boleto em uma das suas metades longitudinalmente. Esta fratura forma um dente na superfície de rolamento, fornecendo alto risco de descarrilamento pelo impacto do friso. Estas características impossibilitam o entalamento deste defeito por não resolver o problema. 36 Foto 17: – Trinca vertical no boleto HSH – Trinca Horizontal no Boleto Em estágio avançado é facilmente visualizada numa ronda a pé ou até mesmo em inspeções de auto de linha. O defeito causa a fragmentação do boleto. Não se deve entalar este tipo de defeito, uma vez que a propagação da trinca ocasionará o descolamento completo do boleto, podendo atingir grandes comprimentos. Foto 18 – Trinca horizontal no boleto EBF - trinca de Patinagem de Roda Trinca no plano transversal, produzida por fissuração interna, logo abaixo da marca de patinação, que se encaminha em direção à alma do trilho de modo rápido e no sentido da parte externa do boleto. Não se permite o entalamento destes defeitos, devendo conforme sua gravidade, ser o trilho retirado da linha. Foto 20 – Trinca de patinagem de roda HWS - Trinca no Filete Normalmente de comprimento grande, pode ser encontrado mais em PN’s, principalmente devido ao esforço lateral continuo originado das rodas dos carros sobre o boleto. De difícil identificação a olho nu, pode ser visualizado quando em estagio avançado. Este defeito não é entalável, devendo ser substituído todo o comprimento comprometido. 37 Foto 21 – Trinca no filete SWO - Trinca na Alma Trinca no plano horizontal, se desenvolve de modo progressivo, rápido e longitudinalmente, no meio da alma. Foto 22 - Trinca na alma TDT - Trinca Transversal Sua propagação acarreta rompimento repentino da seção transversal do trilho em forma de junta. Mais do que para outros defeitos, a detecção deste, torna imprescindível o reforço da dormentação, fixação e lastro no local. Este é um defeito onde o entalamento pode ser considerado uma solução. Foto 23 – Trinca transversal TDD - Trinca de Fragamentação Trinca no plano transversal, progressiva, que se inicia em uma trinca interna junto ao canto de bitola do trilho externo. Possui ângulo reto em relação à superfície de rolamento, ocorre no canto do boleto. 38 Foto 24 – Trinca de fragmentação DWF/DWP - Trinca em Solda Aluminotérmica/Elétrica São defeitos de rápida evolução, sendo que o entalamento neste caso, diferentemente da maioria dos demais, pode ser considerada uma solução de segurança satisfatória. Todos os defeitos DWF e DWP, devem então, ser entalados. Foto 25 – Trinca em solda aluminotérmica/elétrica PRJ/PRO - Trinca Vertical na Alma em Junta/Fora da Junta Caracteriza-se pela descontinuidade na altura do corpo da alma que algumas vezes pode se propagar por vários metros no trilho. Não é possível o entalamento deste defeito, devendo a solução de substituição ser aplicada. Foto 26 – Trinca vertical na alma em junta/fora da junta BHJ - Trinca nos Furos da Junta Por já estar ligado através de tala, este tipo de defeito torna-se perigoso uma vez que o defeito encontrado está escondido, e sua revisão visual poderá ser feita somente quando da abertura das talas. Todo defeito deste tipo deve ser desentalado para revisão visual, independentemente da situação. 39 Foto 27 – Trinca nos furos da junta BHO - Trinca Nos Furos Fora da Junta Este defeito caracteriza-se pela propagação de trincas ligando furos em diversas circunstâncias. Não se deve proceder o entalamento deste tipo de defeito, pois a descontinuidade se propagaria de forma aleatória no restante do perfil. Deve ser retirado da linha através da substituição da barra. Foto 28 – Trinca próximo aos furos da junta TDC - Trinca Composta A trinca composta forma normalmente, fraturas de grandes proporções, com soltura de fragmentos com tamanhos consideráveis, tornando praticamente inevitável o acidente quando ocorrido em sua circunstância. Trincas compostas têm, como solução padrão, a substituição do trilho, visto que devido a sua extensão e característica, seu crescimento não possui regra de direção. O entalamento não é suficiente para acabar com o risco de evolução do problema. Foto 29 – Trinca composta INC - Inclusão É caracterizado por uma massa de características diferentes que acaba causando uma espécie de porosidade. Neste local a resistência é bastante inferior, sendo que a concentração de esforços propicia o surgimento de trincas longitudinais (quando a descontinuidade for significativa neste sentido), ou mesmo transversais (quando a descontinuidade for pontual, mas atingindo uma área representativa 40 no total da seção) Não é permitido que se faça o entalamento deste tipo de defeito, visto que a propagação da fratura não apresenta regra geral, podendo evoluir em quaisquer eixos da barra. Foto 30 – Fratura por inclusão Criticidade A criticidade é um parâmetro de priorização dos defeitos encontrados e também um guia de tempo médio para atendimento dos defeitos. Conforme a variabilidade deste item, teremos um tempo de atendimento específico. Sua conceituação está ligada à gravidade do defeito, às condições de via em que ele está sujeito, às características de traçado da linha, à presença de obras de arte e a circunstâncias externas como regiõesurbanas nas proximidades. A criticidade é classificada da seguinte maneira: A: engloba as descontinuidades de gravidade alta; B: engloba as descontinuidades de gravidade média-alta; C: engloba as descontinuidades de gravidade média-baixa; D: engloba as descontinuidades de gravidade baixa. Entalar apenas os defeitos identificados como TDT, DWF e DWP, porém para DWF e DWP; Os corredores devem instruir suas equipes, principalmente os rondas, para aumentarem a atenção nas inspeções visuais nos locais com defeitos detectados, locais com não acoplamento e segregações. Caso sejam verificados indícios de evolução dos defeitos ou afloramento, interditar a via e fazer a retirada conforme defeitos A. O atendimento dos defeitos deve ser executado conforme tabela a seguir: 41 Tabela 14 – Tabela Identificações de Defeitos Entalamento O entalamento só é permitido em caso de defeitos transversais em trilhos (TDT) ou defeitos transversais em soldas (DWF e DWP). Todos os outros devem ser retirados; Recomenda-se somente o uso do entalamento caso o desgaste vertical do trilho não ultrapasse 16 m; Para os defeitos A utilizar apenas o sargento, sem realizar furos e colocar parafusos; Para os defeitos B, C e D que sejam TDT, utilizar tala de 6 furos apenas com 4 parafusos, sendo 2 de cada lado nas extremidades das talas. Não furar no primeiro furo próximo ao topo do trilho; Para DWF e DWP (solda aluminotérmica e solda elétrica) utilizar somente as talas especiais; Recomenda-se que o entalamento seja considerado como medida provisória e deve-se retirar a tala no prazo proporcional ao do defeito, ou seja, caso o prazo de retirada do defeito seja de 3 dias, permitindo o entalamento, a tala deverá ser retirada após 3 dias da sua colocação; Essa tala não deve permanecer na via por período prolongado por dificultar a visualização do defeito e nem é possível prever com efetividade a direção do crescimento do defeito. 42 Ciclo da Inspeção por Ultrasom Os ciclos de inspeção serão compatíveis com a tonelagem bruta trafegada (TBT), adequando- se anualmente em função da necessidade de redução de fraturas de trilhos. Os defeitos externos são vistos com mais facilidade e permitem um acompanhamento de sua formação. O tráfego das rodas dos veículos ferroviários também pode acarretar defeitos no trilho, exacerbando eventuais defeitos de fabricação e propiciando o aparecimento de outros. Durante o processo de fabricação do trilho, podem ocorrer anomalias que acarretam o aparecimento de defeitos, principalmente internos. Os principais defeitos oriundos do processo são: Inclusão de materiais nocivos ao processo (impurezas: escória, metais, etc.); Formação de bolhas; Porosidade. Patinados (Wheel Burn ou Engine Burn). O patinado é o defeito ocasionado pelo contato da roda com o trilho quando esta, devido à falta de aderência, gira no mesmo ponto do trilho, sem movimentar o trem. O patinado pode provocar uma fratura no plano transversal, devido à patinação de roda que se desenvolve logo abaixo da marca de patinação e se encaminha em direção à alma do trilho de modo rápido e no sentido da parte externa do boleto. Como este defeito é causado pela patinação da locomotiva, deve-se encontrar marcas dos dois lados da linha. Este defeito é identificado através de: Achatamento do trilho; Escoamento de material (aço) na superfície e lateral do boleto; Sinal de queima (cor azulada quando recente). Foto 31 – Patinado 4.4.5.2. Defeito de Trilhos Defeitos Superficiais e Longitudinais Os defeitos de Fadiga por Contato (Rolling Contact Fatigue-RCF) são considerados como defeitos superficiais e geralmente provenientes de colapso ou fadiga de material. Os principais defeitos superficiais ou de Fadiga por Contato são: Head-Checks; Cracks; Shelling; Corrugação; Dark spot; Spalling; Center Cracks. 43 ATENÇÃO: em obras de arte especiais, como pontes túneis e viadutos, não serão admitidos trilhos com defeitos superficiais. Head Checks São trincas capilares de pequena extensão que se apresentam transversalmente ao boleto, próximas ao canto superior da bitola. Ocorre devido à grande pressão das rodas sobre o trilho em ferrovias de alta carga por eixo. Foto 32 – Head Check leve Foto 33 - Head Check severo Crack na Superfície do Trilho (Cracking) Foto 34 - Cracking Head Checking - Fissuração do Canto da Bitola Foto 35 – Head Checking Flaking - Escamação do Boleto Flaking é uma perda leve de material do boleto. 44 Figura 38 - Flaking Spalling - Estilhaçamento Do Canto da Bitola Quando o trajeto do desenvolvimento da rachadura é cruzado por outras rachaduras rasas similares na área da cabeça do trilho, uma micro-plaqueta rasa do material do trilho cai para fora. Isto é sabido como Spalling. Spalling é mais freqüente em climas frios porque a rigidez do material do trilho aumenta. Foto 39 - Spalliing Shelling - Despedaçamento do Canto da Bitola Shelling é um defeito causado pela perda do material, iniciada pela fadiga subsuperficial. Ocorre, normalmente, no canto da bitola dos trilhos externos, nas curvas. Quando estas rachaduras emergem na superfície, fazem com que o metal venha para fora da área da rachadura. Às vezes, estas rachaduras movem-se também em um sentido descendente, conduzindo a uma fratura transversal provável do trilho. Foto 40 – Shelling Corrugação Foto 41 - Corrugação 45 Escoamento (Metal Flow) O escoamento ocorre na área do topo do trilho, em uma profundidade que pode ser de até 15 m. O defeito ocorre no lado de bitola do trilho interno, devido à sobrecarga. A lingüeta dá uma indicação da presença das rachaduras. Este defeito poderia ser eliminado esmerilhando o trilho, que restauraria também o perfil original. Foto 42 – Escoamento Esmagamento Foto 43 – Esmagamento Defeito de Trinca da Concordância do Boleto com a Alma É uma fratura no filamento boleto / alma, que se desenvolve, inicialmente, no plano horizontal de modo progressivo, podendo atingir até 25 cm de extensão, e então se encaminha rapidamente para baixo, em direção ao patim. Foto 44 – Trinca na concordância do boleto com a alma Defeito de Trinca na Região da Alma com Patim É uma fratura no filamento alma / patim, que se desenvolve no plano horizontal de modo progressivo, podendo atingir até 25 cm de extensão, e então se encaminha rapidamente para cima, em direção a alma. 46 Foto 45 – Trinca na região da alma com o patim Broken Out Deep Seated Shell É uma fratura composta, que se inicia por fadiga de contato, e se propaga. Só podemos caracterizar o defeito como tal após a retirada do pedaço de trilho. Dark Spot Apresenta-se como uma sombra escura devido a uma trinca horizontal próxima à superfície de rolamento. Foto 46 – Dark spot Trincas nos furos (Bold Hole Crack) São trincas que ocorrem no plano longitudinal, se iniciam nos furos, e sua propagação tende a ocorrer diagonalmente para o boleto ou para o patim, ou em direção ao outro furo. Foto 47 – Trinca no furo 4.4.5.3. Fraturas em Soldas (Broken Welds) Trinca em Solda Elétrica (Defective Weld Plant Cracks Out) É uma trinca que se desenvolve no plano transversal ou horizontal, a partir de algum defeitointerno da solda (inclusão, incrustação e/ou colapso de material). 47 Foto 48 – Trinca em solda elétrica Trinca em Solda Aluminotérmica (Defective Weld Field Cracks Out) É uma trinca que se desenvolve no plano transversal ou horizontal, a partir de algum defeito interno da solda (inclusão, incrustação e/ou colapso de material). Foto 49 – Trinca em solda aluminotérmica 4.4.5.4. Desgaste Admissível De forma geral, o limite de desgaste em função da área consumida do boleto será dada de acordo com perfil do trilho, posição do trilho na via (tangente ou curva e em curva o lado mais crítico é o do rodo) e carga por eixo submetida, ou seja pela análise do módulo de resistência do boleto. Geralmente o limite de desgaste admissível da área do boleto do trilho está entre 25 a 35%, podendo em situações específicas até 45%. O desgaste vertical máximo (C) deve ser tal que o friso mais alto admissível não venha a tocar a tala das juntas. Figura 27 – Desgaste vertical máximo Tabela 14 – Valores de limites de desgaste vertical máximo 48 5. Considerações finais Portanto, as informações apresentadas nesta apostila vêm contribuir para os estudantes e profissionais de áreas afins, agregando métodos e experiências, capaz de aplicá-las como boas práticas de engenharia ferroviária. Informo que parte do conteúdo foi compilada das que considero excelentes Manuais Técnicos e Literaturas disponíveis de aprendizagem, trabalhos e pesquisas sobre os temas abordados, além da vivência e experiência pessoal em que possa contribuir para os novos aprendizes ferroviários. 49 Referências Bibliográficas Fábio Stefler , Via Permanente Aplicada - Guia Prático e Teórico, 2011. Manual Técnico de Via Permanente, VALE, 2009. American Railway Engeneering and Maintenace of Way Association – AREMA, 2009. Especificação Técnica - 80-ES-050A-18-8001 Rev1 - Construção da superestrutura - VALEC Engenharia, Construções e Ferrovias S.A. – 2012. Pesquisas em sites http://www.railway-technical.com - Acesso em 18 de maio de 2016 http://www.mrs.com.br – Acesso em 18 de maio de 2016 http://www.vale.com.br/ - Acesso em 18 de maio de 2016. http://www. robel.info.com/ - Acesso em 18 de maio de 2016. http://www.revistaferroviaria.com.br/ - Acesso em 18 de maio de 2016. http://www. www.plassertheurer.comr/ - Acesso em 18 de maio de 2016.