Por Anderson Santos, Fabiano Heitor de Aguiar, Gláuco Corlaite, José Loriano Cardoso Filho sob orientação de Claudia Saraiva
Introdução
Atualmente o momento que o país vive no ramo de logística, mais especificamente o modal ferroviário, está como a muito não se via, as empresas privadas e o governo federal perceberam que esse tipo de solução é o mais adequado, pois é o meio mais barato e rápido para o transporte, tanto de cargas quanto de passageiro.
Segundo a Revista Ferroviária (setembro 2012, pg. 12), “Serão investido R$ 91 bilhões em novas ferrovias brasileiras, para os próximos 25 anos. Serão investidos R$ 56 bilhões nos primeiros cinco anos e mais R$ 35 bilhões do 6º ao 25º ano. O montante será usado na construção de 10 mil km de ferrovias brasileiras”.
Em consequência, de imediato, faltará profissional qualificado, pois a muito as obras ferroviárias no Brasil, ficaram estagnadas. Portanto o referido trabalho é de fundamental importância para nortear profissionais de engenharia e topografia que almejam atuar nessa área.
Metodologia
A metodologia descreve os métodos empregados para conferencia da geometria de uma ferrovia, desde a parte de infraestrutura até a superestrutura da mesma e para tal devem ser seguidas as atividades de:
• Levantamento da poligonal de apoio
• Nivelamento dos pontos da poligonal
• Locação do eixo
• Marcação dos offsets
• Conferencia da plataforma de terraplenagem
• Locação da superestrutura
• Aplicação da superelevação
Levantamento da poligonal de apoio
Atualmente o uso da estação total praticamente aboliu a utilização dos teodolitos mecânicos, devido a sua praticidade e precisão nas medidas realizadas. Portanto os equipamentos topográficos mais recomendados para esse tipo de serviço são Estação Total e Nível. Como complemento a estes equipamentos são utilizados também bastões com prismas, trenas de aço, mira, umbrela, estacas e piquetes ambos de madeira de boa qualidade.
Com os dados do projeto devem-se primeiramente: analisar a área de influencia do mesmo, localizar o marcos implantado na época da sua elaboração e traçar uma metodologia para a execução do levantamento da poligonal passando pelos marcos e implantando os pontos auxiliares entre eles, tomando o cuidado de não implantar os pontos dentro da área de interferência do projeto, para que não corra o risco de perder os mesmos no momento da execução da terraplenagem.
Observando-se as normas da ABNT 13133/94, é necessário utilizar o método das direções, para implantação da poligonal, pois oferece uma maior precisão quando há a necessidade de implantação da poligonal aberta enquadrada em pontos conhecidos, porém cabe ao profissional analisar a especificação técnica do projeto para observar se há alguma recomendação com relação à utilização do método para realização de tal serviço. Caso não haja, é recomendado que se utilize a metodologia informada anteriormente.
Após o levantamento, os dados são processados em programas específicos de topografia, onde estes são analisados conforme a tolerância exigida pelo cliente. É necessário salientar que para tal serviço é de fundamental importância que a estação total esteja calibrada e aferida, para que não comprometa a precisão do serviço.
Nivelamentos dos pontos da poligonal
Embora a estação total ofereça uma boa precisão principalmente utilizando o método das direções é necessário que seja feito o nivelamento geométrico dos pontos auxiliares implantados na poligonal de apoio. Isso permite aumentar a precisão vertical, principalmente no momento de execução dos serviços de superestrutura, onde cada milímetro é importante. Para tal serviço é utilizado, nível aferido, calibrado e de boa precisão, mira, nível de cantoneira e umbrela.
Assim, inicia-se o nivelamento no marco do projeto, passando pelos pontos auxiliares, chegando até o próximo par de marcos do projeto, repetindo esse procedimento até o ultimo marco da poligonal. Caso as distâncias entre os pontos auxiliares sejam superiores a 300m (trezentos metros), é aconselhável que sejam implantados Pontos de Segurança (P.S.´s) entre os pontos, para que a refração da luz do sol não interfira na precisão do nivelamento, vale salientar que para esse tipo de serviço é aconselhável que seja realizado nos horários de temperaturas mais amenas (inicio da manhã e final da tarde).
Locações do eixo
Depois de realizados os serviços de implantação da poligonal de apoio e nivelamento dos pontos auxiliares têm-se recursos para locação do eixo do projeto. Atualmente quase que na totalidade o método para locação do eixo é, inserindo as coordenadas das estacas na estação total e locando cada estaca dispostas dentro da concepção do projeto. Essas coordenadas são adquiridas nos programas computacionais de topografia onde, informando os dados do projeto é possível obter diversos dados, sendo um deles as coordenadas das estacas do eixo do projeto. Esse método facilita bastante no momento da locação em campo, evitando que o profissional tenha que fazer diversos cálculos, principalmente no momento de locação das curvas. Outra facilidade advinda desse método é a locação das estacas de qualquer ponto seja esse dentro ou fora do eixo do projeto. Um dos objetivos da locação é materializar os dados do projeto em campo, nessa etapa é possível analisar se há alguma interferência que não foi identificada na época de elaboração do projeto.
Marcações dos offsets
Para que se iniciarem as obras de terraplenagem, são importantes que sejam marcados os offsets. Essa marcação indica onde começa a crista do corte ou o pé do aterro. Para tal é necessário que se tenha em mãos dados como: largura da plataforma, rampa dos taludes de corte e aterro e altura máxima das banquetas. Em seguida, através de cálculos cuja formula é:
offset=(cp-ct)*i ± sp
onde:
cp = cota de projeto;
ct = cota do terreno;
i = inclinação da rampa em m/m;
sp = semi-plataforma.
É possível determinar em campo a largura e altura dos cortes e aterros, é importante observar que a marcação do offset deve ser feito pelo método das tentativas onde é calculada a localização do ponto do offset realizando diversas leituras e cálculos. Existem alguns programas para cálculo de offset que podem ser instalados em calculadoras programáveis, para facilitar a marcação em campo.
Conferência da plataforma de terraplenagem
Ao final da execução do terraplenagem é necessário garantir que a plataforma seguiu os mesmos parâmetros impostos pelo projeto, larguras, inclinações verticais (abaulamento) e longitudinais (greide de terraplenagem), pois assim é garantido o escoamento das águas pluviais tanto nos sentidos transversais quanto longitudinais, para tal utiliza-se a estação total para locar os pontos de eixo e bordo da plataforma. A diferença entre a cota do projeto e a cota encontrada em campo determina a precisão do serviço de terraplenagem. É importante observar os parâmetros de tolerância adotado pelo projeto, geralmente em terraplenagem é utilizado mais ou menos 2cm.
Locação da superestrutura
Alguns pontos são de fundamental importância na locação (e posteriormente na conferencia) da superestrutura, portanto é necessário garantir que tais pontos sejam implantados de forma precisa para não acarretar em prejuízos à linha férrea. Eles são: alinhamento da linha, nivelamento do greide do topo do trilho, bitola, e superelevação, sendo que a superelevação será abordada adiante de forma mais detalhada.
Como já dito anteriormente a estação total é a ferramenta utilizada para locação do eixo da via, comumente o método utilizado para a locação do eixo é inserindo os pontos do estaqueamento dentro da estação total e locando a mesma utilizando o programa para locar as estacas. Vale salientar que é importante observar as especificações técnicas do cliente referentes ao intervalo que será locada a via, geralmente é locada de 10 em 10 metros, pois é necessário garantir tanto o alinhamento em trechos em tangente como o desenvolvimento nos trechos em curva. Vale salientar que para facilitar os trabalhos de implantação dos dormentes e trilhos é necessário deixar amarrações nos bordos da plataforma, de tal forma que elas não sejam perdidas e nem atrapalhem os trabalhos da implantação da via. As amarrações são colocadas perpendicularmente ao eixo de forma que medindo a distancia da amarração com uma trena, de preferência de aço, seja possível materializar o eixo exato da via em determinada estaca.
No nivelamento do topo do trilho recomenda-se utilizar o nível, pois o mesmo garante uma precisão maior ao serviço, para tal é necessário visar a ré em um marco de RN, de preferencia os implantados na poligonal de apoio. A leitura da ré é somada com a cota do ponto da ré, onde é obtido o valor do plano de referencia, a cota do plano de referencia menos a cota do topo do trilho do projeto de determinada estaca, é o valor da leitura que será lida na mira quando a mesma estiver no topo do trilho da referida estaca. A diferença da leitura no topo do trilho pela leitura calculada é o quanto a linha deverá subir (ou descer), para chegar à cota do projeto. Em tangente essa leitura poderá ser feita em qualquer dos trilhos desde que esteja na direção perpendicular da estaca, porém em curvas é importante salientar que o trilho a ser nivelado é o de dentro da curva, pois no trilho de fora será aplicada a superelevação.
Para garantir a bitola da via é utilizada a régua de superelevação e bitola (figuras 4 e 5). Como o próprio nome já diz é possível aferir a bitola e superelevação da via, para utilização da mesma é necessário o profissional observar as especificações técnicas de cada modelo e marca, pois a maneira de medir pode variar dependendo do fabricante. Com a régua é possível também observar se a linha está com a superelevação adequada para aquela curva ou se nas tangentes os trilhos estão nivelados transversalmente.
Aplicação da superelevação
A superelevação é aplicada nos trechos em curva, a mesma é calculada pela fórmula da superelevação prática, pela formula:
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.
Desta forma, é realizado o cálculo para cada curva, pois o valor irá variar de acordo com o raio das curvas, o valor encontrado é a superelevação máxima de cada curva. Para aplicar a superelevação inicia-se o TE/TS com o valor zero para superelevação e vai crescendo dentro do ramo de espiral até chegar no EC/SC onde o valor será a superelevação máxima calculada. Esse valor irá permanecer constante dentro da circular que vai até o CE/CS, e a partir dai vai decrescendo até alcançar o valor zero no ET/ST.
Para marcação em campo utiliza-se o nível para o nivelamento do trilho acrescido do valor da superelevação, ou a régua de superelevação, desde que o trilho de referencia de nivelamento, esteja na cota de projeto, no caso o trilho do lado de dentro da curva. Para isso coloca-se a régua na estaca tomando o cuidado de deixá-la perpendicular ao eixo da via, o trilho de fora é levantado até chegar ao valor da superelevação desejada.
Caso a curva não seja com espiral de transição, isto é, a curva é circular simples, para distribuição da superelevação podem-se adotar os seguintes métodos: distribuir a superelevação toda no trecho em circular ou distribuir metade no trecho em tangente e metade no trecho em curva.
Aferição da via com equipamentos mecânico motorizado
Depois de realizado os serviços manuais na via, são aconselháveis que se utilizem equipamentos mecânico motorizados para aferição da mesma. Tais equipamentos têm a função de tirar as irregularidades que porventura ficaram na linha relacionada à geometria e ao serviço de socaria. Nesse processo é utilizado a alinhadora-niveladora socadora (cuja empresa Plasser&Theurer é a principal fabricante de tais equipamentos, figura 2), que possuem sensores que coletam as informações da via e partir dai obtêm-se as informações necessárias para o aferimento da mesmo.
Ao final dos serviços da alinhadora-niveladora socadora utilizam-se equipamentos capazes de registrar graficamente, a situação do alinhamento, nivelamento e bitolamento da via. Esses equipamentos são: o carro controle (figura 3) e o trole (figura 4), tais equipamentos geram o relatório das condições da via tais como: alinhamento, nivelamento dos trilhos, empeno e superelevação. Caso haja alguma imperfeição na linha, é informado o local e quanto essa imperfeição está fora dos padrões. A seguir são feitas as correções necessárias na via e esta é entregue para circulação.
Conclusão
O presente trabalho apresentou de forma geral o conhecimento técnico no controle geométrico de uma ferrovia buscando associar o conhecimento prático às suas principais etapas.
Assim, as etapas de execução de uma ferrovia foram descritas na seqüência de execução da obra, o que fornece ao leitor conhecimento metodológico para replicar em outras.
Desta forma neste trabalho foram apresentados os elementos que compõem a estrutura de uma ferrovia buscando promover a utilização das melhores práticas na execução do projeto geométrico ferroviário.
Assim, no que diz respeito ao controle geométrico de uma ferrovia, espera-se ser uma fonte de consulta para profissionais do ramo de engenharia e topografia, a fim de melhorar e refinar os conhecimentos, pois o mesmo apresentou a estrutura de uma ferrovia bem como o detalhamento dos passos e métodos, onde inclui, alinhamento, nivelamento, superelevação entre outros. Desta forma, tenta-se suprir a necessidade de material referente a esse assunto, portanto ampliando a bibliografia existente quando se refere ao controle geométrico em obras ferroviárias.
Referências
ABNT (NBR 13133:1994 p. 16),
CARVALHO, M. Pacheco de. Curso de estradas: estudos, projetos e locação de ferrovias e rodovias – CARVALHO. 4. ed. Rio de Janeiro: Cientifica, 1966. v1.
AMARAL, Attilado..Manual de engenharia ferroviária. Rio de Janeiro: Globo, 1957. 673p.
BRINA, H. L. (1983) – “Estradas de Ferro” vol. 1 – Via Permanente – Editora UFMG
MEDEIROS, JOICE , Dimensionamento de ferrovia- Estudo de caso, Criciúma, dezembro de 2010 – Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção do Grau de Engenheiro Civil, no Curso de Engenharia Civil da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC.
MANUAL TÉCNICO DA VIA PERMANENTE – Vale – revisão 2009
http://www.geismar.com/en/traditional-measurement/214-rca.html, acessado em 28/10/2012
http://www.plassertheurer.com acessado em 27/10/2012
http://www.rumo.eng.br/carrovia.htm acessado em 28/10/2012