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INTRODUÇÃO À FERROVIA INTRODUÇÃO À FERROVIA No fim do século XVIII e começo do século XIX foram dados os primeiros passos para a implantação da estrada de ferro, como meio de transporte terrestre. A estrada de ferro nasceu quando se combinou o emprego da via dotada de trilhos de ferro com o veículo motorizado. 2 Histórico do Surgimento da Ferrovia INTRODUÇÃO À FERROVIA A origem das estradas de ferro está intimamente ligada ao trabalho das minas de carvão na Inglaterra. Na usina de Killingswarth, foi experimentado o primeiro veículo impulsionado pela força expansiva do vapor d´água. Entretanto só em 1814, na Inglaterra, é que as primeiras tentativas de construção de uma máquina tratora, a vapor, obtiveram êxito. Assim, em julho de 1814 o inventor George Stephenson conseguiu finalmente arrastar alguns vagões, com sua máquina utilizando o vapor d´água. Essa primeira locomotiva a vapor recebeu o nome de The Rocket. 3 Histórico do Surgimento da Ferrovia INTRODUÇÃO À FERROVIA Em 27 de setembro de 1825 foi feita a primeira viagem, em caráter inaugural, entre Stokton e Darlington, no interior da Inglaterra, utilizando o invento de Stephenson. Foram percorridos 25 Km com a velocidade de 25 Km/h. Desta data em diante , ficou consagrada definitivamente a Estrada de Ferro, como meio de transporte terrestre, tendo progredido rapidamente em todo o mundo. 4 Histórico do Surgimento da Ferrovia INTRODUÇÃO À FERROVIA No Brasil, a primeira tentativa para implantação de uma Estrada de Ferro, deu-se em 1835, quando o regente Diogo Antônio Feijó promulgou uma lei, concedendo favores a quem quisesse construir e explorar uma estrada de ferro ligando o Rio de Janeiro às capitais de Minas Gerais, Rio Grande do Sul e Bahia. Não houve interesse na ocasião, em tão arriscada empreitada. Em 1836, o estado de São Paulo programou um “Plano de Viação” e concedeu o direito de construção e exploração a uma companhia, tentativa esta, também frustrada. 5 Histórico do Surgimento da Ferrovia INTRODUÇÃO À FERROVIA Em 1840, o médico inglês, Tomaz Cochrane, obteve concessão para fazer a ligação ferroviária Rio de Janeiro-São Paulo, com diversos privilégios. Também esta tentativa falhou, pois os capitalistas ingleses, convidados a participar do empreendimento, não se animaram a investir capital numa empresa de êxito duvidoso. Em 1852, surgiu a figura intrépida de IRINEU EVANGELISTA DE SOUZA, mais tarde Barão de Mauá, que, quase exclusivamente por sua conta, pois subscreveu a quase totalidade do capital necessário, construiu a ligação entre o Porto de Mauá (no interior da Baía de Guanabara) e a raiz da Serra (Petropólis). 1813 - 1889 6 Histórico do Surgimento da Ferrovia INTRODUÇÃO À FERROVIA Em 30 de abril de 1854, foi inaugurada a primeira Estrada de Ferro no Brasil, com 14,5 Km de extensão, percorridos em 23 minutos, ou seja, com a velocidade média de 38 Km/h. Esse trem foi rebocado pela locomotiva “Baronesa”, cujo nome constituiu uma homenagem a esposa do então Barão de Mauá. Em 1855 foi organizada a Estrada de Ferro D. Pedro II, que deu origem a Estrada de Ferro Central do Brasil. 7 Histórico do Surgimento da Ferrovia INTRODUÇÃO À FERROVIA As atividades de transporte ferroviário de carga no Brasil podem ser divididas historicamente em três principais fases. A primeira fase foi a da instalação das primeiras ferrovias em território nacional, ocorrida em meados do século XIX. Essa fase foi caracterizada por um alto grau de investimento de empresas internacionais – com garantias de taxas atraentes de retorno por parte do governo brasileiro. Neste mesmo período ocorreu a instalação da malha ferroviária paulista, financiada pelos cafeicultores desse estado. 8 Histórico do Surgimento da Ferrovia INTRODUÇÃO À FERROVIA A segunda fase histórica pode ser entendida como a fase da nacionalização gradual das ferrovias brasileiras, processo este que se iniciou no século XX e que teve como marcos a: Constituição da Rede Ferroviária Federal S.A. (RFFSA) pela lei nº. 3.115, de 1.957; Criação da Ferrovia Paulista S.A. (FEPASA) pela lei estadual nº. 10.410, de 1.971. Por fim, a terceira fase é aquela em que se devolve a malha e a operação ferroviárias aos investidores privados, mediante o processo de arrendamento por 30 anos. Histórico do Surgimento da Ferrovia 9 INTRODUÇÃO À FERROVIA O transporte ferroviário tem algumas características-chave que o diferenciam do rodoviário: Estrada guiada, ou seja, o trilho (o veículo não pode ir onde quer); Contato metal-metal - normalmente as rodas e a estrada são de aço; Rodas e eixo formam um conjunto solidário, fundido numa única peça; Carga concentrada nas pontas do eixo; Flanges (bordas) na parte interior das rodas, para não escapar do trilho; O trilho é levemente arredondado Conceitos básicos sobre ferrovia 10 INTRODUÇÃO À FERROVIA Vias Planas aos Trilhos Conceitos básicos sobre ferrovia 11 INTRODUÇÃO À FERROVIA Introdução do Perfil alinhado da Roda Conceitos básicos sobre ferrovia 12 INTRODUÇÃO À FERROVIA 1896 – A Fórmula de Nadal Relacionando L/V ou Y/Q Conceitos básicos sobre ferrovia 13 O campo geral de tensão de contato é muito complexo As tensões compressivas, elásticas e cisalhantes estão presentes A tensão de interesse especial é a tensão cisalhante zx: a tensão sobre o plano z na direção x Isto causa cisalhamento na superfície do trilho (roda) que leva ao desgaste e ao RCF (Fadiga de contato de rolamento) INTRODUÇÃO À FERROVIA As rodas têm conicidade, vão afinando de dentro para fora devido à geometria do trilho e das rodas, o ponto de contato entre eles é bem menor do que se imagina, mesmo que o trilho ceda sob o peso. Veja o primeiro desenho da Railway Technical, que mostra a roda cônica e o trilho (exageradamente) redondo. Conceitos básicos sobre ferrovia 14 INTRODUÇÃO À FERROVIA Quando o trem enfrenta uma curva, ele tende a sair pela tangente. No lado de fora da curva, uma parte mais larga da roda entra em contato com o trilho. No lado de dentro, uma parte mais estreita faz o mesmo. Assim, mesmo estando as duas rodas presas no mesmo eixo, a roda de fora percorre uma distância maior, fazendo o trem andar em curva. Conceitos básicos sobre ferrovia 15 INTRODUÇÃO À FERROVIA Num trem real, não é fácil ver a conicidade das rodas a olho nu, pois é muito suave, na proporção de 1:20 a 1:40. As curvas ferroviárias são sempre muito abertas, de modo que essa pequena conicidade é suficiente. Conceitos básicos sobre ferrovia 16 INTRODUÇÃO À FERROVIA As flanges (bordas) das rodas não deveriam nunca tocar os trilhos, mesmo em curvas. Isso só acontece em casos "extremos", como um vagão que balança muito ou trilhos em mau estado de conservação. O barulho de "esmeril" que se ouve intermitentemente quando o trem passa, são as flanges tendo de trabalhar, não são os freios como muita gente acredita. Conceitos básicos sobre ferrovia 17 INTRODUÇÃO À FERROVIA Parece perfeito na teoria, mas na prática sempre há um pouco de "escorregamento", ou seja, a roda esfrega um pouco o trilho para conseguir fazer a curva. O fato é que trens odeiam curvas. Existirá sempre um desgaste natural nas curvas, e as peças envolvidas não durarão para sempre. Uma roda dura algo em torno de 1 milhão de km, após o que ela tende a ficar "reta" (sem conicidade), e tem de ser retificada para voltar a ficar cônica. Conceitos básicos sobre ferrovia 18 y x INTRODUÇÃO À FERROVIA Material rodante – Dinâmica de via Conceito: Todo veículo que se locomove ao longo da estrada de ferro. Estes veículos podem ser: . Locomotivas . Vagões . Autos de Linha . Máquinas de grande porte (manutenção)Dinâmica do contato roda/trilho Dinâmica Ferroviária 19 INTRODUÇÃO À FERROVIA Contato Roda/trilho É definido pelo contato do friso e da bandagem da roda com o trilho. 20 Dinâmica Ferroviária INTRODUÇÃO À FERROVIA Contato Roda/trilho 21 Dinâmica Ferroviária INTRODUÇÃO À FERROVIA A locomotiva é o veículo ferroviário que fornece a energia necessária para a colocação de um comboio ou trem em movimento; as locomotivas não têm capacidade de transporte própria, quer de passageiros, quer de carga. No entanto, alguns comboios, possuem unidades (carruagens) mistas auto-alimentadas que também servem principalmente, para o transporte de pessoas; a esses veículos, no entanto, não se dá normalmente o nome de locomotiva, mas trem unidade. ELEMENTOS PRINCIPAIS (Locomotivas, vagão, via permanente) 22 INTRODUÇÃO À FERROVIA Assim como as locomotivas, os vagões ferroviários também evoluíram durante os últimos 182 anos da utilização da ferrovia. Se no início do século XIX, havia praticamente um só tipo de vagão para todas as cargas, atualmente tem-se um tipo específico de vagão para cada um dos grupos de mercadorias. Entretanto, a especialização que permite o transporte adequado de cada tipo de produto apresenta a desvantagem do retorno vazio caso não haja o mesmo tipo de mercadoria no fluxo contrário. VAGÕES 23 INTRODUÇÃO À FERROVIA De um modo geral os diversos tipos de vagões têm a mesma características técnicas e operacionais nos diversos países do mundo, havendo entretanto algumas diferenças específicas para um ou outro vagão como é o caso da cobertura telescópica utilizada na Europa para o transporte de bobinas de aço para a indústria automotiva, que não podem sofrer as intempéries. VAGÕES 24 INTRODUÇÃO À FERROVIA Vagões tipo fechado - para granéis sólidos, ensacados, caixarias, cargas unitizadas e transporte de produtos em geral que não podem ser expostos as intempéries: VAGÕES 25 FR - Convencional, caixa metálica com revestimento FS - Convencional, caixa metálica sem revestimento FM - Convencional, caixa de madeira FE - Com escotilhas e portas plug FH - Com escotilhas, tremonhas no assoalho e portas plug FL - Com laterais corrediças (all-door) FP - Com escotilhas, portas basculantes, fundo em lombo de camelo FV - Ventilado FQ - Outros tipos INTRODUÇÃO À FERROVIA Vagões tipo hopper - fechados para granéis corrosivos e granéis sólidos que não podem ser expostos ao tempo e abertos para os granéis que podem ser expostos ao tempo: VAGÕES 26 HF - Fechado convencional HP - Fechado com proteção anti-corrosiva HE - Tanque (center-flow) com proteção anti-corrosiva HT - Tanque (center-flow) convencional HA - Aberto HQ - outros tipos INTRODUÇÃO À FERROVIA Vagões tipo gôndola - para granéis sólidos e produtos diversos que podem ser expostos ao tempo: VAGÕES 27 GD - Para descarga em giradores de vagão GP - Com bordas fixas e portas laterais GF - Com bordas fixas e fundo móvel (drop - bottom) GM - Com bordas fixas e cobertura móvel GT - Com bordas tombantes GS - Com semi-bordas tombantes GH - Com bordas Basculantes ou semi-tombantes com fundo em lombo de camelo GC - Com bordas tombantes e cobertura móvel GB - Basculante GQ - Outros tipos INTRODUÇÃO À FERROVIA Vagões tipo isotérmico - produtos congelados em geral: VAGÕES 28 IC - Convencional com bancos de gelo IF - com unidade frigorífica IQ - Outros tipos INTRODUÇÃO À FERROVIA Vagões tipo plataforma - contêineres, produtos siderúrgicos, grandes volumes, madeira, peças de grandes dimensões: VAGÕES 29 PM - Convencional com piso de madeira PE - Convencional com piso metálico PD - Convencional com dispositivo para contêineres PC - Para contêineres PR - Com estrado rebaixado PG - Para serviço piggyback PP - Com cabeceira (bulkhead) PB - Para bobinas PA - Com dois pavimentos para automóveis PH - Com abertura telescópica PQ - Outros tipos de vagão plataforma INTRODUÇÃO À FERROVIA Vagões tipo tanque - cimento a granel, derivados de petróleo claros e líquidos não corrosivos em geral: VAGÕES 30 TC - Convencional TS - Com serpentinas para aquecimento TP - Para produtos pulverulentos TF - Para fertilizantes TA - para ácidos e líquidos corrosivos TG - para gás liquefeito de petróleo TQ - Outros tipos INTRODUÇÃO À FERROVIA Vagões especiais - produtos com características de transporte bem distintas das anteriores: VAGÕES 31 ST - Torpedo (produtos siderúrgicos de alta temperatura) SB - Basculante SP - Plataforma para lingotes, placas de aço, etc. SG - Gôndolas para sucata, escórias, etc. SQ - Outros tipos INTRODUÇÃO À FERROVIA Como sabemos, a infraestrutura das estradas é constituída pela terraplanagem e todas as obras situadas abaixo do greide de terraplanagem. A superestrutura das estradas de ferro é constituída pela via permanente, que está sujeita à ação de desgaste das rodas dos veículos e do meio(intempéries) e é construída de modo a ser renovada, quando o seu desgaste atingir o limite de tolerância exigido pela segurança ou comodidade da circulação e a ser mesmo substituída em seus principais componentes, quando assim exigir a intensidade do tráfego ou o aumento da carga por eixo do material rodante. Os três elementos principais da via permanente, são: O lastro, os dormentes e os trilhos, estes últimos constituindo o apoio e ao mesmo tempo a superfície de rolamento para os veículos ferroviários. Função e Reconstituição da Superestrutura 32 INTRODUÇÃO À FERROVIA Representação da Infra e Super 33 INTRODUÇÃO À FERROVIA Trilho: Conceito: É uma peça longa metálica que tem por função guiar e absorver as cargas oriundas do material rodante, e são fabricados em aço carbono ou ligas, com tamanho padrão de 24(vinte e quatro) m, e são classificados como: TR-37 , TR-45, TR 57 e TR-68 kg/m, estes ultimos mais comuns nas ferrovias brasileiras. Podem ser soldados em estaleiros, podendo atingir 240 m, e são chamados de TLS (Trilho Longo Soldado). Componentes da Superestrutura 34 INTRODUÇÃO À FERROVIA Divisão do trilho BOLETO ALMA PATIM O que é boleto? É parte superior do trilho onde se apoiam e deslocam-se as rodas dos veículos ferroviários. O que é alma? É a parte estreita e vertical da secção transversal do trilho compreendida entre o boleto e o patim. O que é patim? É a parte mais longa do trilho e que se apoio e se fixa no dormente. 35 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Como identificar o trilho Os trilhos são identificados para controle do fabricante, e para acompanhamento da performance quando assentado na via. CORRIDA LINGOTE LETRA P.S No exemplo o trilho é de fabricação polonesa, e se chama Huta Katowice. 36 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Substituição de trilhos Quais os motivos que levam à substituição dos trilhos? Os trilhos podem ser substituídos por desgaste natural, por fratura ou trinca e por defeitos superficiais. Pode-se substituir os trilhos em qualquer temperatura? Não. A temperatura deve está dentro da faixa conhecida como neutra, ou seja, 39 +/- 5 ºC (34 a 44º C). Quais são os tipos de defeitos em trilhos mais comuns? Head check/Shelling Desgaste no canto bitola Shelling profundo 37 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Defeito transversal resultante de shelling na bitola Inclusão Squat Trinca no furo Trinca horizontal no boleto Trinca vertical no boleto 38 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Tipo de trilhos Não Tratado (Carbono) Trilho que não sofre nenhum tratamento na sua produção, e é utilizado/aplicado sempre nas tangentes (retas) Trilho Tratado Trilho que agrega na sua fabricação, outrosmateriais que visam aumentar a resistência do trilho ao desgaste. Na tabela abaixo podemos ver a composição utilizada por vários fabricantes de trilho no mundo. Estes trilhos são aplicados nas curvas e são utilizados para fabricação de componentes para AMV (jacarés, agulhas e contratrilhos). 39 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Propriedades mecânicas dos trilhos São características que os trilhos possuem, que garantem a trabalhabilidade destes quando assentados na via. Cada país fabricante na tentativa de melhorar o desempenho dos trilhos, mudam constantemente as composições químicas, na intenção de oferecer aos seus clientes produtos com melhor desempenho. Para que uma ferrovia adote um novo modelo de trilho, é necessário que o fornecedor realize testes do material em laboratório, e posteriormente na via, para que suas propriedades sejam avaliadas dentro das normas internacionais, e só assim podem ser aprovadas ou não. Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Lubrificador de trilho Definição: É um equipamento mecânico munido de graxa geralmente grafitada, adequado e instalado no trilho para promover por meio do friso da roda a lubrificação da face interna do boleto dos trilhos. Em geral É usado para diminuir o desgaste dos trilhos em curvas muito apertadas. 41 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Soldagem dos trilhos Os trilhos podem ser soldados de duas maneiras, ou seja, pela soldagem elétrica (flash butt), ou soldagem aluminotérmica (óxido de alumínio). A soldagem elétrica é feita no estaleiro de soldas utilizando uma máquina chamada Schlatter, onde as extremidades dos trilhos são aquecidas há uma temperatura de aprox. 1000º C, e o processo ocorre pela fusão dos materiais. 42 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA A soldagem aluminotérmica é feita no campo (via) utilizando um kit de materiais contendo: formas, porção, cadinho, pasta de vedação e acendedor. Assim como na solda elétrica, as extremidades dos trilhos são aquecidas há uma temperatura de aprox. 1000º C, e o processo ocorre pela reação exotérmica do óxido de ferro com o alumínio. 1. Alinhamento/ Nivelamento dos trilhos 3. Montagem e ajuste das formas 2. Pré-aquecimento 4. Reação Solda Pronta E T A P A S D O P R O C E S S O D E F A B R I C A Ç Ã O 43 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Bitola da Via Conceito: Denomina-se bitola a distância entre as faces internas das duas filas de trilhos, medida a 14mm do topo do boleto. As bitolas são chamadas de métricas (1000mm), e largas(1600mm) Tipos de bitola existentes: Europa e USA – 1435mm (Europa e USA), porém existem outras, como: Itália – 1445mm França – 1440mm Espanha – 1674mm Brasil – 1000mm e 1600mm 44 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Dormentes Conceito: É o elemento da superestrutura ferroviária que tem por função receber e transmitir ao lastro os esforços produzidos pelas cargas dos veículos, servindo de suporte para os trilhos, permitindo a sua fixação e mantendo invariável a distância entre eles(bitola) Tipos de Dormentes existentes: Madeira Concreto(Monobloco e bibloco) Aço Reciclado(Borracha e Plástico) 45 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Lastro Conceito: É o elemento da superestrutura da estrada de ferro situado entre os dormentes e o sublastro e que tem por funções principais: a) distribuir convenientemente sobre a plataforma os esforços resultantes das cargas dos veículos; b) formar um suporte, até certo limite elástico, atenuando as trepidações resultantes da passagem dos veículos; c) impedir os deslocamentos dos dormentes, quer no sentido longitudinal, quer no transversal, e d) Facilitar a drenagem da superestrutura Materiais usados como lastro: -Terra -Areia -Cascalho -Escória de aciaria -Brita 46 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Aparelho de Mudança de Via - AMV Conceito: São mecanismos utilizados nas vias férreas, com o objetivo de permitir a passagem dos trens por linhas adjacente ou secundárias. Os aparelhos de mudança de via, se dividem em várias partes, que são: . Agulhas . Trilhos de ligação ou intermediários . Cruzamento ou jacaré . Contra trilhos . Aparelho de manobra 47 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Classificação dos AMV´s Os amv´s são classificados por tipo, sendo: 1:20 TR-68, 1:12 TR-68, 1:12 TR-57, 1:10 TR 57, etc... Padrão AREMA Padrão UIC Caracteristicas: Fabricado em aço fundido Fabricação Nacional Performance Média: 300 MTBT Ponta fixa Valor: R$ 26.000,00 Caracteristicas: Fabricado em aço tratado Importado Performance Média: 400 MTBT Ponta móvel Valor: R$ 170.000,00 Ponta móvel Ponta Fixa 48 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Fixação e Acessórios Conceito: São os elementos responsáveis pela fixação dos trilhos aos dormentes, que são: . Placa de apoio . Tirefond . Arruela de pressão . Grampo ou clip elástico Tirefond Placa de apoio Grampo ou clip 49 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Componentes da Geometria da Via Conceito:São todos os elementos de planta que compõe o traçado da ferrovia, que sâo: . Tangente . Curva horizontal e vertical . Espiral . Raio . Superelevação 50 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA Controle da Ferrovia - CCO - Centro de Controle Operacional Tecnologia utilizada para o controle de tráfego: - Sistema de Sinalização Centralizado baseado em comunicações. - Sistema de Gestão Ferroviária - Telemetria - Identificador Automático de Vagões - Hot Box/Hot Wheel - ATC/CabSignal CONTROLE DE TRÁFEGO 51 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA OPERAÇÃO DE PÁTIOS Operação dos Pátios de Manobras Gestão dos Entrepostos. 52 Componentes da Superestrutura INTRODUÇÃO À FERROVIA 53 INTRODUÇÃO À FERROVIA 54 INTRODUÇÃO À FERROVIA 55 INTRODUÇÃO À FERROVIA 56 INTRODUÇÃO À FERROVIA Noções Básicas sobre Ferrovia 57
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