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Engenharia

Ferrovias, um breve histórico

By 20 de dezembro de 2018 No Comments

1. Ferrovias no Mundo

A utilização de guias para as rodas dos carros começa no império romano, tendo sido encontrados vestígios de sulcos  em rocha nas antigas estradas abertas na Europa no início da era cristã.

No século XVI, já havia vagonetes com rodas flangeadas de madeira deslizando sobre trilhos também de madeira,  tracionados por homens ou animais (bois e cavalos).

A origem das modernas estradas de ferro está intimamente ligada ao trabalho das minas subterrâneas de carvão da Inglaterra. Por volta de 1630, foram aperfeiçoados os vagonetes nas  minas inglesas de New Castle e, no início do século XVIII, começaram a ser utilizadas chapas de ferro para o revestimento dos trilhos de madeira.

Em 1770 James Watt inventou a máquina a vapor. A seguir várias tentativas foram feitas para construir um veículo que se locomovesse em uma estrada sendo movimentada a vapor d’água, por exemplo, Cugnot (França), Olivier Evans (EUA) etc.

Em 1804, após várias tentativas fracassadas, Richard Trevithick, engenheiro inglês, construiu uma locomotiva a vapor  que conseguiu puxar cinco vagões com dez toneladas de carga e setenta passageiros à velocidade de 8 km por hora usando para o efeito trilhos fabricados em ferro-fundido, no País de Gales, sendo essa considerada a primeira  aplicação de um carro a vapor sobre trilhos, na realidade a primeira locomotiva;

Em 1814, o engenheiro inglês George Stephenson conseguiu arrastar alguns vagões com sua máquina a vapor d’água, denominada “The ‘Blucher”.

Em setembro de 1825 realizou-se a viagem inaugural de transporte público ferroviário de passageiros, entre Stockton e Darlington utilizando o invento de Stephenson, a locomotiva “Active” (mais tarde renomeada “Locomotion”), transportando 450 passageiros. Foram percorridos 25 km a 25 km/h.

Em 1829, George Stephenson venceu uma competição com sua nova locomotiva chamada “The Rocket”, que performou uma velocidade de 58 km/h. A locomotiva The Rocket, de George Stephenson, foi a primeira  que adotou a forma moderna das atuais, sendo considerada o ponto de partida para as de hoje.

Foi também George Stephenson quem primeiro identificou a necessidade de que as ferrovias de um país possuíssem uma bitola (distância entre os trilhos assentados na via) padronizada. A bitola adotada nas ferrovias por ele construídas (1,435 m), correspondia ao comprimento dos eixos das diligências tracionadas por cavalos existentes na época (4’ 8 ½”), não havendo, ao que se saiba, outra justificativa técnica, para sua adoção.

Em 1907, na Conferência Internacional de Berna (Suiça), esta bitola foi consagrada como “Bitola Internacional” e hoje é adotada na maioria das ferrovias europeias, norte-americanas e canadenses;

Na América do Norte, especificamente nos EUA, a primeira  linha ferroviária teve êxito em 1826, sendo que no início do século XX, já possuíam uma malha de 400.000 km de vias férreas que interligavam os dois oceanos e o Canadá ao México;

Na América Latina, a primeira  ferrovia foi inaugurada em Cuba, em 1837.

Na América do Sul, as primeiras ferrovias foram inauguradas na Guiana Inglesa, em novembro de 1948, entre Georgetown e Plaisance, com 8 km de extensão. No Peru, em abril de 1851, entre Callao e Lima, e no Chile, em janeiro de 1852, entre Copiapó e Caldeira.

2. Ferrovias no Brasil

A primeira tentativa de implantação de uma estrada de ferro no Brasil  ocorreu em 1835, através da promulgação de uma lei de concessão promulgada pelo então regente Diogo Antônio Feijó,  para construção e exploração de uma ferrovia ligando o Rio de Janeiro às províncias de Minas Gerais, Rio Grande do Sul e Bahia. Não apareceu, na ocasião, interessado nesta empreitada.

Em 1836, o Estado de São Paulo desenvolveu um Plano de Viação e concedeu o direito de construção e exploração a uma companhia, tentativa que também fracassou.

Em 1840, o médico inglês Tomaz Cockrane recebeu a concessão para  realizar a ligação ferroviária entre o Rio de Janeiro e São Paulo. Malogrou  também esta tentativa, porquanto, os capitalistas ingleses convidados a participar do empreendimento, não se dispuseram a investir nesta empresa  de êxito duvidoso.

A primeira estrada de ferro do Brasil foi construída em 1854, ligando o Porto  de Mauá na Baía de Guanabara ao pé da Serra de Petrópolis. O pioneiro responsável por esta empreitada foi Irineu Evangelista de Souza, o Barão de  Mauá.

A Estrada de Ferro Mauá era constituída por bitola de 1,676 m e tinha  extensão de 14,5 quilômetros. A primeira locomotiva brasileira foi batizada de  “A Baronesa” (homenagem à esposa do Barão de Mauá) que tracionava uma composição ferroviária a uma velocidade de até 38 km/h.

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

Após 1953, a rede alcançou 37.200 km ficando por muitos anos estacionada a sua extensão ferroviária.

Em 1957 criou-se a Rede Ferroviária Federal Sociedade Anônima (RFFSA) para tornar a exploração das ferrovias a mais econômica possível a fim de diminuir gradativamente os déficits operacionais.

a) Fases das Ferrovias no Brasil

Fase I: 1835 – 1873: durante a Regência e o Segundo Reinado teve início a implantação de ferrovias e o desenvolvimento lento desse modo de transporte através de empresas privadas.

Fase II: 1873 – 1889: abrange o Segundo Reinado e caracteriza-se por uma expansão acelerada da malha ferroviária mediante empreendimentos privados, estimulados pelo instituto da garantia de juros.

Fase III: 1889 – 1930: engloba a República Velha, observando-se ainda uma expansão acelerada da malha, porém o Estado passa a assumir o controle de várias empresas em dificuldades financeiras.

Fase IV: 1930 – 1960: abrange a era Vargas e o pós-guerra, observando-se ritmo de expansão decrescente e amplo controle estatal de empresas antes privadas.

Fase V: 1960 – 1990: a malha está consolidada em poucas empresas públicas havendo erradicação de ramais antieconômicos e implantação de projetos seletivos de caráter estratégico.

Fase VI: 1990 ~ : Nova República, marcado pelo início das concessões do sistema ferroviário nacional.

b) Expansão e evolução das vias férreas

O crescimento das vias férreas no Brasil teve seu ápice no final do século XIX e início do século XX, chegando-se a inaugurar em uma só década, mais de 8.000 km de vias:

As ferrovias brasileiras entraram em declínio devido a diversos fatores, dentre os quais, destacam-se:

  • A redução de produção em diversas regiões, diminuindo o volume de mercadorias a serem transportadas.
  • Traçados curvilíneos e obsolescência de equipamentos inibiram a competitividade do transporte ferroviário com outros modais de transporte;
  • O advento da popularização do transporte público rodoviário (ônibus e veículos leves), mais rápido e flexível, levou à redução gradativa do transporte intermunicipal e interestadual de passageiros, inviabilizando a manutenção de diversos trechos;
  • Governo Federal, por anos detentor da gestão operacional da malha, não evitou o sucateamento e altos déficits financeiros da estatal RFFSA;
  • Redução drástica dos investimentos em novas ferrovias e na modernização da antiga malha ferroviária.

3. Concessão do Setor Ferroviário no Brasil

Em 1996, foram concedidas à iniciativa privada, mediante leilão, as malhas centro-leste, sudeste e oeste da RFFSA:

  • Concessionária malha centro-leste: Ferrovia Centro –Atlântica (FCA) – atualmente VLI;
  • Concessionária malha sudeste: MRS Logística;
  • Concessionária malha oeste: Ferrovia Novoeste- atualmente Rumo Malha Oeste.

Em 1997, concederam-se à iniciativa privada, também mediante leilão, a malha sul da RFFSA e a ferrovia Tereza Cristina, assim como parte da ferrovia estadual do Paraná (Ferroeste):

  • Concessionária  malha sul: Ferrovia  Sul Atlântico – FSA, atualmente  Rumo Malha Sul;
  • Concessionária Tereza Cristina: Ferrovia Tereza Cristina (FTC);
  • Concessionária da Ferroeste: Ferrovia Paraná-Oeste.

Finalmente em 1998, foram concedidas à iniciativa privada, mediante leilão, as malhas nordeste e paulista da RFFSA:

  • Concessionária malha nordeste: Cia. Ferroviária do Nordeste (CFN) – atualmente FTL – Ferrovia Transnordestina Logística S.A.;
  • Concessionária ferrovias paulistas: Ferrovia Bandeirantes – Ferroban – atualmente Rumo Malha Paulista.

O período de concessões foi estabelecido em 30 anos, sendo possível a renovação do contrato por igual período após o final da concessão.

Atualmente a extensão da malha concedida é de 29.075 km e está discriminada no quadro abaixo:

Em 28/06/97, o Governo Federal outorgou à Companhia Vale do Rio Doce – CVRD, no processo de sua privatização, a exploração por 30 anos, prorrogáveis por mais 30, das Estrada de Ferro Vitória a Minas e Estrada de Ferro Carajás, utilizadas basicamente no transporte de minério dessa companhia.

Atualmente a extensão da malha concedida é de 29.075 km e está discriminada no quadro abaixo:

Sistema Ferroviário Brasileiro – 2016.

 

  • Atuais empresas detentoras das concessões ferroviárias:

4. Noções de Vias Férreas

Assim como as rodovias, as vias férreas brasileiras são divididas em 05 (cinco) categorias:

 

  • Radiais (partem de Brasília, em qualquer direção, destinadas a conexão com capitais estaduais ou pontos periféricos importantes)
  • Longitudinais (se orientam segundo a direção norte-sul)
  • Transversais (se orientam segundo a direção leste-oeste)
  • Diagonais (se orientam segundo as direções nordeste-sudoeste e noroeste-sudeste)
  • Ligações (vias em qualquer direção, que não se enquadram nas categorias anteriores, conectando diferentes ferrovias ou pontos importantes ou ainda constituindo ramais coletores regionais).

As ferrovias são designadas segundo a seguinte codificação:  EF – X Y Y

A sigla “EF”, sinônimo de “Estrada de Ferro”, representa qualquer ferrovia do Plano Nacional de Viação (PNV).

Na codificação , o primeiro algarismo (X) indica a categoria da ferrovia, tendo-se:

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

Os algarismos YY indicam a posição relativa do traçado da ferrovia. Desta forma:

  • Ferrovias radiais: de 00 a 99 pela porcentagem do ângulo medido a partir da parte norte do meridiano de Brasília, localizado no sentido horário, com a ferrovia considerada
  • Ferrovias longitudinais: de 00 a 99, crescendo de leste para oeste (Brasília = 50)
  • Ferrovias transversais: de 00 a 99, crescendo de norte para sul (Brasília = 50)
  • Ferrovias diagonais pares: de 00 a 98, crescendo de nordeste para sudoeste (Brasília = 50)
  • Ferrovias diagonais ímpares: de 01 a 99, crescendo de noroeste para sudeste (Brasília = 51)
  • Ferrovias de ligação: de 00 a 50 se a ferrovia estiver ao norte do paralelo de Brasília e entre 50 e 99 se estiver ao sul.

a) Classificação das Estradas de Ferro

As estradas de ferro podem ser classificadas segundo:

1) Importância da via:

  • Vias Tronco:  São as mais importantes, especialmente do ponto de vista do volume de tráfego e da carga transportada pelas mesmas.
  • Vias secundárias: São vias de volume médio de tráfego.
  • Vias de ligação: São aquelas que servem de ligações diversas, por exemplo, a terminais marítimos.

2) Bitola da via:

  • Bitola larga (distância entre faces laterais interiores dos boletos superior a 1,435 m  – no Brasil igual a 1,600 m)
  • Bitola standard (padrão) ou internacional (distância entre faces laterais interiores dos boletos igual a 1,435 m)
  • Bitola estreita (distância entre faces laterais interiores dos boletos inferior a 1,435 m – no Brasil igual a 1,000 m)

3) Classe da via férrea:

Conforme atual nomenclatura e a norma ABNT NBR 16387, do ano de 2016, as ferrovias são classificadas de acordo com a velocidade operacional correspondente máxima permitida para trens, bem como nas previsões de transportes, representada por uma letra e dois algarismos a seguir:

sendo que:

X é a indicação se o trecho da via possui predominância de circulação de trens de passageiros (devendo ser adotada a letra “P”) ou predominância de circulação de trens de carga (devendo assim ser adotada a letra “C”)

NA é a indicação da velocidade máxima autorizada baseada em características técnicas do trecho a ser classificado.  O algarismo é um número inteiro variando entre 1 e 5, conforme a velocidade máxima autorizada (vide tabela):

NB é a indicação da previsão de transportes em toneladas brutas anuais (milhões) para o trecho a ser classificado. O algarismo é um número inteiro variando entre 1 e 6, conforme o número total de passageiros anuais ou a tonelagem bruta anual prevista (vide tabela).

Previsões anuais de transporte:

 

b) Densidade Ferroviária

É o produto da extensão total da malha ferroviária de uma nação (em metros) pela sua área territorial (km2).

O Brasil apresenta baixa densidade da malha, se comparado a países de dimensões continentais como Canadá, Índia e China, e mesmo diante de seus pares na América Latina como México e Argentina.

Transporte Ferroviário: Vantagens e Desvantagens

Vantagens:

  • Adequado para longas distâncias e grandes quantidades;
  • Adequado para produtos de baixo valor e alta densidade;
  • Pouca influência das condições climáticas;
  • Menor custo de seguro;
  • Menor custo de frete.

Desvantagens:

  • Serviços e horários pouco flexíveis;
  • Diferença de bitolas no Brasil;
  • Exigência de transbordo constante de cargas (entre modais e entre bitolas);
  • Elevado custo de operação e manutenção;
  • Pouco competitivo para distâncias curtas (menor que 200 km) e cargas pequenas.

Comparativamente a outros modais de transporte, verifica-se que em países mais desenvolvidos, há um equilíbrio na matriz de transportes ou até mesmo uma predominância do transporte ferroviário em relação ao rodoviário e o aquaviário. No Brasil ainda há, por diversas razões, grande predominância do transporte rodoviário.  Abaixo quadro comparativo:

6. Constituição das Estradas de Ferro

A via permanente ferroviária pode ser definida como “o sistema de sustentação e rolamento dos trens em circulação” (Amaral apud Lima,1998). Ela é normalmente separada em duas partes que são a superestrutura e a infraestrutura ferroviária, que são, consequentemente subdivididas em diversos componentes, conforme figura:

A Superestrutura Ferroviária é a parte superior da  estrutura da via permanente, que é a superfície de  rolamento da ferrovia e que se constitui de: Lastro e Sub-lastro, Dormentes, Trilhos e Acessórios (fixações e apoios) e AMV’s  (Aparelhos de Mudança de Via).

a) Seções típicas das estradas de ferro:

 

Linha Singela: ferrovias que possuem somente uma única linha, que interliga dois pátios adjacentes. É utilizada para circulação de trens nos dois sentidos

Linha Dupla: ferrovias que possuem duas linhas paralelas interligando dois pátios adjacentes, podendo ser utilizadas para a circulação de trens em sentidos opostos.

b) A geometria ferroviária ou geometria de via:

A geometria  ferroviária é o traçado propriamente dito e constitui-se de curvas, rampas  e tangentes.

O estudo da geometria divide-se em relação a:

  • Traçado: em planta e em perfil
  • Circulação de composições ferroviárias – Superelevação, espirais de transição, raios de curvatura e entrevia.
  • Superfície de rolamento: bitola, nivelamento e alinhamento longitudinal.

c) Bitola ferroviária:

Consiste da distância entre as faces internas de duas filas de trilhos, medida a 12 mm abaixo do plano de rodagem (plano constituído pela face superior do trilho) para bitola métrica.  Para bitolas de 1,435 m e 1,60 m, a medição é realizada a 14 mm e a 16 mm, respectivamente, do plano de rodagem.

Existem 03 tipos de bitolas que são mais usadas no Brasil e no mundo:

  • Bitola Larga (Irlandesa)……………….. 1,60 m, exemplo: Estrada de Ferro Carajás –  EFC
  • Bitola Estreita ou Métrica …………… 1,00 m, exemplo: Estrada de Ferro Vitória-Minas – EFVM
  • Bitola Standard ou padrão…………….1,435 m, exemplo: Estrada de Ferro do Amapá – EFA. Trata-se também da bitola mais utilizada no mundo, como nos EUA, países da Europa, Austrália etc.  Na conferência internacional de ferrovias, em Berna, Suíça, em 1907, a bitola de 1435 mm foi oficializada como padrão internacional.

Conforme abordado acima, as diferenças entre as bitolas tornaram necessário, em alguns trechos estratégicos, a adoção pelo Brasil, da bitola mista, que se define uma ferrovia com a capacidade de operar simultaneamente comboios ou trens com diferentes bitolas.

  • Bitola simples:

  • Bitola mista:

Bitola mista na Ferrovia Norte Sul – FNS:

Demonstração do conceito de bitola mista:

d) Infraestrutura ferroviária:

A infraestrutura de uma via terrestre (rodoviária ou ferroviária) é constituída pela terraplenagem e por todas as estruturas situadas abaixo do greide (perfil que corresponde ao nível de plataforma terraplanada da ferrovia). A superfície final de terraplenagem é denominada leito ou plataforma da estrada.

Dentre as estruturas diretamente associadas à infraestrutura podem ser destacados:

  • Aterros e Cortes: obras de terraplenagem;
  • Obras de Arte Especiais (Pontes, viadutos, túneis, contenções, aterros estaqueados e passarelas): OAE’S;
  • Obras de Arte Correntes – OAC’S: bueiros e galerias;
  • Dispositivos de Drenagem Superficial e Profunda.

 

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