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Dissertação de Mestrado
METODOLOGIA PARA ANÁLISE E GESTÃO
DE RISCOS EM PROJETOS DE
PAVIMENTOS FERROVIÁRIOS
AUTOR: JOHANNA ANDREA RODRÍGUEZ PARDO
ORIENTADOR: Prof. Dr. Romero César Gomes (UFOP)
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOTECNIA DA UFOP
OURO PRETO – DEZEMBRO DE 2009
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Catalogação: [email protected]p.br
5.1.
5.2.
P226M PARDO, JOHANNA ANDREA RODRIGUEZ.
Metodologia para análise e gestão de riscos em pavimentos ferroviários
[manuscrito] /Johanna Andrea Rodriguez Pardo - 2009.
xx, 187f.: il. color., grafs., tabs., mapas.
Orientador: Prof. Dr. Romero César Gomes.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de
Minas. NUGEO.
Área de concentração: Geotecnia.
1. Administração de risco - Teses. 2. Pavimentos - Teses. 3. Ferrovias -Teses.
I. Universidade Federal de Ouro Preto. II. Título.
CDU:
625.1
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ii
iii
“... Erros são, no final das contas
fundamentos da verdade. Se um
homem não sabe o que uma coisa é, já
é um avanço do conhecimento saber o
que ela não é.”
Carl Gustav Jung (1875 – 1961)
iv
v
AGRADECIMENTOS
A Deus, por ser meu refúgio em todos os momentos da minha vida e por me dar a
inteligência e a paciência necessárias para concluir com êxito este desafio.
À minha mãe, pelo amor e apoio incondicional, pelas palavras de conforto e por sempre
ter acreditado no meu potencial.
Ao meu pai, irmãos e sobrinhos por acreditarem em mim.
Ao meu tio Victor, pelo incentivo para me tornar Engenheira Civil.
A toda minha família, pelo estímulo e amor.
Ao Paulo, pela paciência e ajuda ao longo desta caminhada.
Ao professor e orientador Romero César Gomes, pelo aprendizado, incentivo, por me
dar a primeira oportunidade de pesquisar e despertar meu amor pela geotecnia.
Aos professores do DECIV e em especial aos professores do NUGEO, pelos
ensinamentos.
Às amigas Tatiane e Carol, que sempre entenderam meu amor pela Geotecnia.
Aos amigos Marínis, Shirlei e Rodolfo, pelos bons momentos, apoio e horas
intermináveis de estudo.
Aos amigos Luiz Heleno e Deilton que me deram muito apoio no começo desta
caminhada.
Ao Riad Chammas, pela compreensão, ajuda, ensinamentos e por todas as
oportunidades.
Ao Naim Lopes Cançado, pelo aprendizado e por ser exemplo de paciência.
vi
A todos os amigos da Geolabor pela compreensão e pelo estímulo.
À VALE pela parceria e informações disponibilizadas.
À UFOP, à EM e ao NUGEO pelo aprendizado durante todos estes anos e pela
oportunidade de ser mestre.
À CAPES pela ajuda financeira.
Ao Brasil e a Ouro Preto por ter me acolhido.
À Colômbia por ter me ensinado que devemos ser valentes para conseguir alcançar
nossos sonhos.
vii
RESUMO
As análises de risco proporcionam um melhor entendimento dos processos de ruptura
associados às estruturas geotécnicas. É indicado utilizar técnicas de análises de risco
semi-quantitativas para modelar problemas geotécnicos e, principalmente, de
pavimentos ferroviários que permitam a quantificação das observações qualitativas de
campo tornando os valores comparáveis para definir a hierarquização dos riscos. Os
projetos de pavimentos ferroviários seguem normas e regulamentos técnicos que
fornecem uma indicação do nível de confiança, mas não garantem a segurança da
estrutura. Por outro lado, os projetos de vias ferroviárias baseados na análise de riscos
focam-se no funcionamento das obras, de forma a minimizar a ocorrência de eventos e
suas possíveis conseqüências; no entanto, observa-se a falta de estudos voltados ao
gerenciamento de riscos que auxiliem na concepção do projeto e no planejamento das
vistorias técnicas e da manutenção da via. Nesse sentido, justifica-se a relevância da
proposição de uma metodologia de análise que avalie as causas, efeitos e conseqüências
dos riscos em pavimentos ferroviários, escopo desta dissertação de mestrado. Entre
todas as técnicas de gestão dos riscos, optou-se pela aplicação de análises centradas na
confiabilidade, envolvendo os métodos FMEA (Failure Mode and Effects Analysis),
FMECA (Failure Mode, Effects and Criticality Analysis) e FTA (Fault Tree Analysis).
As análises centradas na confiabilidade identificam as funções e o desempenho dos
elementos que compõem o sistema, os modos e causas das falhas, detalham as
conseqüências da ocorrência do evento e ajudam na definição da criticidade dos eventos
e da relevância das conseqüências na operação ou funcionamento do sistema, por meio
dos índices de criticidade definidos (ocorrência, severidade e detecção). Como resultado
da aplicação da gestão de riscos em pavimentos ferroviários é possível determinar a
hierarquização dos riscos. Foi proposta uma ficha de campo para auxiliar as vistorias
técnicas da via e estabelecida uma escala de valores dos índices de criticidade para
subsidiar a quantificação das observações qualitativas efetuadas em campo. A definição
dos valores dos índices de criticidade baseou-se em um trecho de referência da Estrada
de Ferro Carajás, uma das ferrovias que transporta minério para o mundo.
viii
ABSTRACT
The risk analysis provides a better understanding of the processes of rupture associated
with geotechnical structures. It is appropriate to use semi-quantitative risk analysis
techniques to model geotechnical problems, and especially floors of railroads to allow
the quantification of qualitative observations of field transform the data to comparable
values to define a hierarchy of risks. Railways designs follow standards and technical
regulations that provide an indication of the level of confidence, but do not guarantee
the safety of the structure. Moreover, projects of railway based on risk analysis focuses
on the operation of the works to minimize the occurrence of events and their possible
consequences, however, there is a deficiency of studies about risk management that help
in project design and planning of surveys and maintenance of the road. This justifies the
relevance of the proposition of a methodology to assess the causes, effects and
consequences of the risks that are the scope of this dissertation. Among all the
techniques of risk management, was chosen the application the reliability centered
maintenance techniques involving the procedures of FMEA (Failure Mode and Effects
Analysis), FMECA (Failure Mode, Effects and Criticality Analysis) and FTA (Fault
Tree Analysis) methods. The analysis focused on reliability, identifying the functions
and performance of the components of the system, the modes and causes of failures,
detailing the consequences of the occurrence of the event and help in defining the
criticality of the events and the relevance of the consequences on the performance or
operation of the system through the criticality indexes (occurrence, severity and
detection). As a result of the implementation of risk management in railroads is possible
to determine the ranking of risks. A form field was proposed to assist the technical
survey of the road and established a range of indexes of the criticality values to support
the quantification of qualitative observations made in the field. The definition of the
criticality indexes was based on a reference section of the Estrada de Ferro Carajás, this
railroad transports ore to the world.
ix
SUMÁRIO
CAPITULO 1: INTRODUÇÃO........................................................ 1
1.1.
CONSIDERAÇÕES INICIAIS................................................................... 1
1.2.
OBJETIVOS E CONTEXTO DA DISSERTAÇÃO................................... 3
1.3.
ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO.......................................................... 4
CAPITULO 2: CONCEITOS GERAIS ASSOCIADOS À
GESTÃO DE RISCOS....................................................................... 7
2.1.
INTRODUÇÃO........................................................................................... 7
2.2.
DEFINIÇÃO DE RISCO............................................................................. 8
2.2.1. Tipos de Riscos................................................................................... 11
2.3.
DEFINIÇÃO DE PERIGO E VULNERABILIDADE................................ 12
2.4.
DEFINIÇÃO DE PROBABILIDADE E INCERTEZA.............................. 14
2.4.1. Tipos de Incertezas............................................................................. 15
2.5.
DEFINIÇÃO DE GESTÃO DE RISCOS.................................................... 17
CAPITULO 3: ESTRUTURA DA GESTÃO DE RISCOS............ 22
3.1.
INTRODUÇÃO........................................................................................... 22
3.2.
AVALIAÇÃO DE RISCOS VERSUS GESTÃO DE RISCOS.................. 23
3.3.
PLANEJAMENTO DA GESTÃO DE RISCOS......................................... 24
3.4.
ANÁLISES DE RISCOS............................................................................. 26
3.4.1. Origem e Evolução das Análises de Risco......................................... 27
3.4.2. Critérios para a Realização das Análises de Riscos........................... 29
3.4.3. Conseqüências da Ocorrência do Evento........................................... 30
3.5.
AVALIAÇÃO DOS RISCOS..................................................................... 31
3.6.
PRINCIPAIS ETAPAS DE UMA ANÁLISE DE RISCOS....................... 33
3.6.1. Percepção Inicial do Problema........................................................... 34
3.6.1.1. Definição do Sistema e dos Subsistemas............................... 34
3.6.1.2. Identificação do Perigo.......................................................... 35
x
3.6.2. Avaliação de Riscos............................................................................ 35
3.6.2.1. Definição dos Objetivos das Análises de Riscos................... 36
3.6.2.2. Identificação dos Riscos.........................................................
36
3.6.2.3. Estimativa da Probabilidade e da Freqüência dos Eventos.... 39
3.6.2.4. Identificação das Conseqüências............................................
39
3.6.2.5. Caracterização dos Riscos...................................................... 40
3.6.3. APRECIAÇÃO DOS RISCOS.......................................................... 40
3.7.
MEDIDAS DE MITIGAÇÃO DOS RISCOS............................................. 41
CAPITULO 4: TÉCNICAS E MÉTODOS DE ANÁLISES DE
RISCOS...............................................................................................
44
4.1.
INTRODUÇÃO........................................................................................... 44
4.2.
ANÁLISES DE RISCO QUALITATITAS E QUANTITATIVAS............ 45
4.3.
ANÁLISES DE RISCO QUANTITATIVAS.............................................. 47
4.4.
ANÁLISES DE RISCO QUALITATIVAS................................................. 49
4.5.
PRINCIPAIS TÉCNICAS DE ANÁLISES DE RISCOS............................ 51
4.5.1. Análise por Listas de Verificações (Checklist Analysis).................... 52
4.5.2. Análise Preliminar de Riscos (PRA)................................................... 52
4.5.3. Análise de Perigos e Operacionalidade (HAZOP).............................. 53
4.5.4. Índices de Risco (IR)...........................................................................
54
4.5.5. Análise por Árvore de Eventos (ETA)................................................ 54
4.6.
MANUTENÇÃO CENTRADA NA CONFIABILIDADE (RCM)............. 56
4.6.1. Padrões das Falhas.............................................................................. 57
4.6.2. Falha dos Sistemas.............................................................................. 58
4.6.3. Metodologia para a Aplicação da Técnica RCM................................ 59
4.7.
ANÁLISE DOS MODOS DE RUPTURA POR SEUS EFEITOS (FMEA)
E POR SUA CRITICIDADE (FMECA) 62
4.7.1. Definição do Método...........................................................................
62
4.7.2. Objetivos do Método........................................................................... 65
4.7.3. Estimativa do Índice de Criticidade.................................................... 66
4.7.3.1. Índices de Ocorrência............................................................. 66
xi
4.7.3.2. Índices de Severidade.............................................................
67
4.7.3.3. Índices de Detecção................................................................
68
4.7.3.4. Matriz de Criticidade..............................................................
68
4.7.4. Etapas da FMEA / FMECA................................................................ 71
4.8.
ANÁLISE POR ÁRVORE DE FALHAS (FTA)......................................... 73
4.8.1. Simbologia dos Eventos...................................................................... 74
4.8.2. Operadores Lógicos............................................................................ 75
4.8.2.1. Análise Qualitativa................................................................. 76
4.8.2.2. Análise Quantitativa............................................................... 77
4.8.3. Etapas de uma Análise de Riscos FTA............................................... 78
CAPITULO 5: PAVIMENTOS FERROVIÁRIOS..........................
79
5.1.
INTRODUÇÃO............................................................................................ 79
5.2.
MECÂNICA DOS PAVIMENTOS FERROVIÁRIOS............................... 88
5.2.1 Viga Contínua Sustentada sobre Apoios Elásticos.............................. 89
5.2.2. Sistema em Camadas...........................................................................
93
5.3
COMPONENTES DA VIA FERROVIÁRIA.............................................. 94
5.3.1. Trilhos................................................................................................. 95
5.3.1.1. Defeitos de Fabricação........................................................... 97
5.3.1.2. Defeitos Originados em Serviço............................................ 98
5.3.2. Acessórios dos Trilhos........................................................................ 100
5.3.3. Dormentes........................................................................................... 103
5.3.3.1. Fixações Rígidas.................................................................... 101
5.3.3.2. Fixações Flexíveis.................................................................. 102
5.3.4. Lastro...................................................................................................
107
5.3.5. Sublastro e Subleito.............................................................................
111
CAPITULO 6: METODOLOGIA DE PROJETO DE
PAVIMENTOS FERROVIÁRIOS – CASO DA FERROVIA
EFC...................................................................................................... 114
6.1.
INTRODUÇÃO............................................................................................ 114
xii
6.2.
ESTRADA DE FERRO CARAJÁS............................................................. 115
6.3.
BASES CONCEITUAIS DA METODOLOGIA TMD APLICADA A
PAVIMENTOS FERROVIÁRIOS............................................................... 118
6.4.
SETORIZAÇÃO DA VIA E ESCOLHA DO TRECHO DE
REFERÊNCIA.............................................................................................. 120
6.5.
PRINCÍPIOS GERAOS DO MÉTODO MECANICISTA........................... 122
6.6.
ANÁLISES DE DESEMPENHO DA METODOLOGIA TMD.................. 126
6.7.
PROJETO DE DUPLICAÇÃO DA VIA......................................................
127
CAPITULO 7: ANÁLISE DE RISCOS APLICADA À
FERROVIA EFC................................................................................. 133
7.1.
IDENTIFICAÇÃO E OBJETIVOS DA ANÁLISE..................................... 133
7.2.
SISTEMA ANALISADO E COMPONENTES DOS SUBSISTEMAS...... 134
7.3.
ANÁLISE DAS FUNÇÕES E FALHAS FUNCIONAIS............................ 134
7.4.
ÍNDICES DE CRITICIDADE...................................................................... 146
7.5.
HIERARQUIZAÇÃO DE RISCOS..............................................................
149
7.6.
PLANILHA FINAL...................................................................................... 150
CAPITULO 8: CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA
PESQUISAS......................................................................................... 152
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...............................................
156
ANEXO I: FICHA DE CAMPO E DE VISTORIA TÉCNICA...... 165
ANEXO II: INSTRUÇÕES PARA PREENCHIMENTO DA
FICHA DE CAMPO E DE VISTORIA TÉCNICA......................... 173
ANEXO III: PLANILHA FMEA / FMECA..................................... 183
xiii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 - Matriz de transporte de carga no Brasil............................................ 2
Figura 2.1 - Movimentos de terra associados a perigos....................................... 13
Figura 2.2 - Fatores que influenciam as ações e procedimentos do
gerenciamento de riscos.................................................................... 18
Figura 2.3 - Processos de gerenciamento de riscos............................................... 20
Figura 3.1 - Estrutura geral da gestão de riscos.................................................... 22
Figura 3.2 - Exemplo de uma árvore hierárquica das conseqüências................... 31
Figura 3.3 - Etapas das análises dos riscos........................................................... 33
Figura 3.4 - Exemplo de matriz de riscos............................................................. 40
Figura 3.5 - Acceptable risk bubble..................................................................... 41
Figura 4.1 - Estrutura das análises dedutivas....................................................... 48
Figura 4.2 - Estrutura das análises indutivas........................................................ 49
Figura 4.3 - Exemplo de uma análise por árvore de eventos (ETA).................... 55
Figura 4.4 - Interligação entre função, modo de falha, causas e
conseqüências................................................................................... 56
Figura 4.5 - Conseqüências das falhas................................................................. 57
Figura 4.6 - Tipos de manutenção associados à manutenção centrada na
confiabilidade................................................................................... 57
Figura 4.7 - Taxas de falhas versus tempos.......................................................... 58
Figura 4.8 - Procedimentos para aplicação da manutenção centrada na
confiabilidade................................................................................... 60
Figura 4.9 - Exemplo de bloco funcional............................................................. 62
Figura 4.10 - Representação gráfica da matriz de criticidade................................ 69
Figura 4.11 - Índices de criticidade para cada par C
r
(o, s).................................... 70
Figura 4.12 - Faixas de criticidade e tolerabilidade – Matriz de criticidade.......... 70
Figura 4.13 - Etapas para o desenvolvimento de uma FMEA/FMECA................. 72
Figura 4.14 - Etapas para o desenvolvimento de uma análise por árvore de
falhas................................................................................................. 78
Figura 5.1 -
Mapa ferroviário brasileiro...............................................................
85
xiv
Figura 5.2 -
Comparação entre matrizes de transportes.......................................
85
Figura 5.3 -
Sistema de (a) pavimento rodoviário; (b) pavimento ferroviário.....
88
Figura 5.4 -
Modelo estrutural da via ferroviária.................................................
93
Figura 5.5 -
Perfil típico de uma via ferroviária – Vista lateral............................
94
Figura 5.6 -
Perfil típico de uma via ferroviária – Vista transversal....................
94
Figura 5.7 -
Desenho esquemático do trilho Vignole...........................................
95
Figura 5.8 -
Distribuições das tensões normais do trilho.....................................
96
Figura 5.9 -
Posição da tala da junção com relação aos dormentes......................
100
Figura 5.10 -
Parafuso para fixação da tala de junção............................................
101
Figura 5.11-
Placa de apoio...................................................................................
101
Figura 5.12-
Fixações rígidas................................................................................
102
Figura 5.13-
Fixações flexíveis.............................................................................
103
Figura 5.14-
Via permanente com dormentes de madeira.....................................
104
Figura 5.15-
Dormente metálico............................................................................
105
Figura 5.16-
Dormentes de concreto – Monobloco...............................................
106
Figura 5.17-
Dormentes de concreto – Bi-bloco...................................................
106
Figura 5.18-
Probabilidade de ocorrência de contaminação em função da
origem do contaminante...................................................................
109
Figura 6.1 -
Distribuição percentual das causas dos acidentes.............................
114
Figura 6.2 -
Localização da Estrada de Ferro de Carajás (EFC)..........................
116
Figura 6.3 -
Distribuição percentual das causas de acidentes da ferrovia (EFC)..
116
Figura 6.4 -
Expansão de pátios de cruzamento da EFC (Locação 43)................
117
Figura 6.5 -
Pátios de minério – Terminal de Ponta de Madeiro/MA..................
117
Figura 6.6 -
Localização do trecho de referência TR3541 da EFC......................
120
Figura 6.7 -
Mecanismos de transferência de tensões em pavimentos
ferroviários........................................................................................
122
Figura 6.8 -
Fixação de parâmetros mecânicos para aferição da via....................
123
Figura 6.9 -
Formação de bolsões de lastro em solos moles (ex. km 487 da
EFC)..................................................................................................
124
xv
Figura 6.10 -
Ensaios in situ para avaliação de desempenho de pavimentos
ferroviários........................................................................................
126
Figura 7.1 -
Descrição do sistema e dos subsistemas analisados.........................
134
Figura 7.2 -
Estrutura hierárquica do sistema associado aos pavimentos
ferroviários........................................................................................
135
Figura 7.3 -
Diagrama de blocos funcionais.........................................................
138
Figura 7.4 - Seqüência de eventos – Descarrilamento de veículos ferroviários
(FTA – Fault Tree
Analysis
)................................................................................... 141
Figura 7.5 - Associação dos itens físicos, funções, falhas / defeitos e
alternativas de manutenção – I.1. Trilhos..........................................
142
Figura 7.6 - Associação dos itens físicos, funções, falhas / defeitos e
alternativas de manutenção – I.2. Dormentes e I.3. Acessórios para
Fixação.............................................................................................. 143
Figura 7.7 - Associação dos itens físicos, funções, falhas / defeitos e
alternativas de manutenção – II.1. Lastro..........................................
144
Figura 7.8 - Associação dos itens físicos, funções, falhas / defeitos e
alternativas de manutenção – II.2. Sublastro e II.3. Subleito............ 145
Figura 7.9 -
Matriz de criticidade proposta...........................................................
149
xvi
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 - Fatores de âmbito estratégico e tático para metodologias de
projetos............................................................................................. 26
Tabela 4.1 - Vantagens e desvantagens das análises qualitativas e quantitativas. 47
Tabela 4.2 - Resumo das características das principais técnicas de análises de
riscos................................................................................................. 51
Tabela 4.3 - Exemplo de uma análise por listas de verificação............................ 52
Tabela 4.4 - Classes e índices de ocorrência.........................................................
67
Tabela 4.5 - Classes e índices de severidade........................................................ 67
Tabela 4.6 - Índices de probabilidade de detecção............................................... 68
Tabela 4.7 - Símbolos usados na representação gráfica dos eventos.................... 74
Tabela 4.8 - Símbolos usados na representação gráfica dos eventos.................... 76
Tabela 4.9 - Comparação entre os operadores lógicos e os utilizados na
simbologia booleana e na simbologia da teoria de conjuntos...........
77
Tabela 4.10 - Relações básicas da probabilidade aplicadas a uma FTA.................
77
Tabela 5.1 - Divisão da RFFSA – Malhas regionais 82
Tabela 5.2 - Malha ferroviária brasileira.............................................................. 86
Tabela 5.3 - Características da carga transportada................................................
87
Tabela 5.4 - Valores do módulo da via................................................................. 92
Tabela 5.5 - Relações: propriedades mecânicas e densidades da madeira............
105
Tabela 5.6 - Vantagens e desvantagens dos tipos de dormentes...........................
107
Tabela 5.7 - Condutividade hidráulica do lastro................................................... 110
Tabela 5.8 - Propriedades físicas do lastro – NBR 5564...................................... 111
Tabela 5.9 - Tolerâncias no lastro – NBR 5564....................................................
111
Tabela 6.1 - Causas dos acidentes dos veículos ferroviários de carga em
2007.................................................................................................. 115
Tabela 6.2 - Princípios gerais da metodologia TMD aplicada a pavimentos
ferroviários........................................................................................ 119
Tabela 6.3 - Valores de referência e de controle propostos para o projeto de
duplicação da EFC............................................................................ 125
xvii
Tabela 6.4 - Granulometria do Lastro 130
Tabela 6.5 - Granulometria do Sublastro 131
Tabela 7.1 - Funções dos elementos básicos que compõem o sistema em estudo
136
Tabela 7.2 - Falhas funcionais do pavimento ferroviário..................................... 139
Tabela 7.3 - Escala dos índices de detecção......................................................... 146
Tabela 7.4 - Classes e índices de ocorrência.........................................................
147
Tabela 7.5 - Classes e índices de severidade........................................................ 148
Tabela 7.6 - Critérios para a hierarquização dos riscos........................................ 150
xviii
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIAÇÕES
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ALL – América Latina Logística do Brasil S.A.
ANTF – Agência Nacional de Transportadores Ferroviários
ANTT – Agência Nacional de Transportes Terrestres
AREA – American Railway Engineering Association
ASTM – American Section of the International Association for Testing Materials
BNDES – Banco Nacional do Desenvolvimento Econômico e Social
CBR – Índice de Suporte Califórnia
CBTU – Companhia Brasileira de Trens Urbanos
CENTRAL – Companhia Estadual de Engenharia de Transportes e Logística
CFN – Companhia Ferroviária do Nordeste S.A.
COFER – Comissão Federal de Transportes Ferroviários
CPTM – Companhia Paulista de Trens Metropolitanos
CVRD – Companhia Vale do Rio Doce
D – Valor Total de Danos Associados
d – Índice de Detecção
DB – Dureza Brinell
DE – Valor monetário resultante da soma de danos estimados das perdas de valores
econômicos
DH – Número esperado de vidas humanas
DNIT – Departamento Nacional de Infra-Estrutura Terrestre
EFC – Estrada de Ferro Carajás
EFVM – Estrada de Ferro Vitória – Minas
ETA – Event Tree Analysis (Análise por Árvore de Falhas)
FCA – Ferrovia Centro – Atlântica S.A.
FEPASA – Ferrovia Paulista S.A.
FERROBAN – Ferrovia Bandeirantes S.A.
FERROESTE – Ferrovia Este
FERRONORTE – Ferrovias Norte do Brasil
xix
FMEA – Failure Mode, Effects Analysis
FMECA – Failure Mode, Effects and Criticality Analysis
FTA – Fault Tree Analysis
FTC – Ferrovia Tereza Cristina S.A.
GC – Grau de Compactação
GEIPOT – Empresa Brasileira de Planejamento de Transportes
HAZOP – Hazard and Operability Analysis
ICOLD – International Committee on Large Dams
IEC – International Electrotechnical Comision
IG – Índice de Grupo
IP – Índice de Plasticidade
IQA – Instituto da Qualidade Automotiva
IR – Índice de Risco
LL – Limite de Liquidez
MRS – Minas, Rio e São Paulo
NBR – Normas Brasileiras
NOVOESTE – Ferrovia Novoeste S.A.
o – Índice de Ocorrência
OSHA – Occupational Safety and Health Analysis
P – Probabilidade de Ocorrência do Evento
PMI – Project Management Institute
PND – Programa Nacional de Desestatização
PRA – Preliminary Risk Analysis (Análise Preliminar de Riscos)
QL – Análises Qualitativas
QS – Requerimento de qualidade
QT – Análises Quantitativas
R – Risco associado à estrutura
RBS – Risk Breakdown Structure
RCM – Reliability Centred Maintenance
RE – Valor Monetário dos danos estimados
RFFSA – Rede Ferroviária Federal S.A.
RH – Número esperado de perdas de vidas humanas
xx
RPN – Risk Priority Number
s – Índice de Severidade
SQT – Análises Semi-quantitativas
SR – Superintendência Regional
SRA – Society for Risk Analysis
SWOT – Strengths, Weakness, Opportunities, Threaths
TMD – Trecho, Mecanicista, Desempenho
TR – Trecho de Referência
VALEC – Engenharia, Construções e Ferrovias S.A.
WBS – Working Breakdown Structure
1
CAPÍTULO 1:
INTRODUÇÃO
1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Similarmente às demais obras de engenharia, as estruturas geotécnicas possuem um
risco associado devido às muitas incertezas relacionadas às condições de projeto,
construção, comportamento da estrutura e ao próprio local de implantação da obra. Em
geotecnia, as análises de risco quantitativas são de difícil caracterização devido às
inúmeras incertezas envolvidas no processo.
Por outro lado, as análises de risco qualitativas tendem a ser subjetivas, já que a
definição da probabilidade de ocorrência do evento está intimamente ligada aos
conceitos e experiências anteriores do analista.
Os métodos qualitativos e quantitativos não se excluem, mas podem ser
complementares, de forma a integrar as duas técnicas, a partir do reconhecimento das
especificidades e particularidades de cada uma. Os métodos qualitativos contribuem
com a melhor compreensão dos fenômenos, uma vez que as hipóteses e as variáveis do
problema estão claramente definidas por meio de dados quantitativos, e as análises
quantitativas dão uma ordem de grandeza do risco vinculado ao fenômeno.
A definição do tipo de análise a ser utilizada está intimamente relacionada à quantidade
de informações disponíveis e à própria natureza do problema. Quando a disponibilidade
de informação for escassa, é aconselhável fazer uma análise qualitativa ou semi-
quantitativa por meio da observação e da avaliação direta dos itens do sistema em
estudo; por outro lado, se existir informação suficiente que permita uma modelagem
próxima da realidade, é recomendável fazer análises quantitativas. As análises de riscos
devem ser executadas de forma organizada e sistemática e a escolha do método depende
2
da natureza da obra e do nível de detalhamento requerido na análise; assim, é possível
aplicar técnicas diferentes em cada fase de um projeto.
No contexto no qual programas de gestão de riscos são ainda muito incipientes para a
engenharia geotécnica de maneira geral, persiste uma quase absoluta falta de estudos de
gerenciamento de riscos voltados a pavimentos ferroviários. Estes estudos, entretanto,
são amplamente justificados quando se considera as grandes distorções da matriz de
transportes no Brasil em termos do atendimento às demandas do crescimento
econômico e social do país nas últimas décadas. A malha ferroviária, em particular, tem
sido direcionada primariamente para formar corredores de escoamento produtivo na
direção dos portos e representa ainda uma porcentagem muito pequena do transporte de
carga no Brasil (Figura 1.1).
Figura 1.1 – Matriz de transporte de carga no Brasil (Fonte: ANTT, 2009)
* Não inclui o minério de Ferro
Em geral, o dimensionamento das estruturas geotécnicas, e de pavimentos ferroviários
em particular, é baseado em normas e regulamentos técnicos que fornecem uma
indicação do nível de confiança, mas não garantem a segurança da estrutura. As análises
de riscos desempenham, assim, uma função muito importante na avaliação da segurança
das obras e proporcionam um melhor entendimento dos processos de instabilidade /
ruptura das estruturas, bem como das freqüências com que ocorrem esses eventos.
Os projetos de pavimentos ferroviários baseados na análise dos riscos focam-se na
previsão do funcionamento das obras e na incerteza associada a essas previsões e tentam
3
minimizar a ocorrência dos eventos e a severidade dos impactos / conseqüências; além
disso, as análises de riscos auxiliam na tomada de decisões para a prevenção dos riscos
e o planejamento da manutenção da estrutura.
Nesse sentido, justifica-se a relevância de proposição de uma metodologia de análise
que avalie as causas, efeitos e conseqüências dos riscos em pavimentos ferroviários. A
metodologia de análise proposta neste trabalho considera as duas técnicas de análises
descritas anteriormente, tendo, portanto, natureza semi - quantitativa. As análises semi -
quantitativas traduzem as observações de campo em números que indicam a criticidade
da estrutura, e usam ferramentas de análises quantitativas como, por exemplo,
resultados de ensaios de laboratório e de campo. Entre todas as técnicas de gestão dos
riscos, optou-se por aplicar as técnicas de análise centrada na confiabilidade da
estrutura, por conjugar as análises subjetivas e as de quantificação dos riscos.
1.2. OBJETIVOS E CONTEXTO DA DISSERTAÇÃO
Este trabalho tem como objetivo principal elaborar uma metodologia para análise de
riscos, em pavimentos ferroviários, centrada no conceito de confiabilidade. A
metodologia proposta envolve as técnicas de análise FMEA (Failure Mode and Effects
Analysis), FMECA (Failure Mode, Effects and Criticality Analysis) e FTA (Fault Tree
Analysis), que serão detalhadas no Capitulo 4.
No processo FMEA / FMECA foram identificados os elementos componentes do
sistema, as funções, as falhas funcionais (modos de ruptura), os efeitos dos modos de
ruptura e foram determinados os critérios para definir os índices de criticidade e, dessa
forma, a hierarquização dos riscos, associados a sistema ferroviário real, no caso um
trecho de referência adotado da Estrada de Ferro Carajás.
A técnica FTA foi usada para descrever uma seqüência de eventos que levam a diversos
modos de ruptura associados ao descarrilamento dos veículos ferroviários de transporte
de minério.
4
No contexto da proposição desta metodologia, foram definidos os seguintes objetivos
específicos:
− Proceder a uma ampla revisão bibliográfica das técnicas de análise e de gestão
de riscos aplicadas em obras de engenharia em geral e em obras geotécnicas, em
particular;
− Apresentar os conceitos fundamentais relacionados às análises e aos programas
de gestão de riscos;
− Identificar os objetivos das análises de riscos;
− Apresentar os diversos métodos, qualitativos e quantitativos, existentes para
identificar e / ou avaliar os riscos;
− Desenvolver uma metodologia de análise de riscos específica para pavimentos
ferroviários, adotando-se como referência o trecho TR3541 da EFC;
− Elaborar uma ficha de campo e de vistoria técnica para coleta e sistematização
das observações de campo;
− Elaborar uma planilha FMEA / FMECA que resuma e apresente, de forma clara
e simples, todos os elementos que compõem o sistema estudado, funções dos
elementos, falhas funcionais (modos de ruptura), efeitos, medidas de controle e
de detecção de problemas da estrutura, índices de criticidade, hierarquização dos
riscos e medidas de manutenção a serem tomadas para reduzir a ocorrência e o
impacto dos riscos potenciais detectados.
1.3. ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
O presente trabalho foi dividido em 8 capítulos e três anexos, com a seguinte
formatação:
No Capítulo 1, expõe-se a natureza e os objetivos do trabalho, justificando-se a
importância de se aplicar uma metodologia de análise de riscos a pavimentos
ferroviários, sendo apresentada também a estruturação do trabalho.
5
No Capítulo 2, são apresentados os conceitos fundamentais associados às análises de
riscos, incluindo-se os tipos de incertezas e as premissas gerais que subsidiam um
programa de gestão de riscos.
No Capítulo 3, é apresentada a estrutura básica dos programas de gestão dos riscos, a
diferença entre avaliação e gestão de riscos, as etapas e o processo de planejamento da
gestão de riscos, e ainda as técnicas de identificação e análise dos riscos.
No capítulo 4, são expostos os princípios gerais das principais técnicas de análises de
riscos (qualitativas e quantitativas), além de se caracterizar as metodologias de análises
centradas na confiabilidade. As técnicas de análise FMEA (Failure Mode and Effects
Analysis), FMECA (Failure Mode, Effects and Criticality Analysis) e FTA (Fault Tree
Analysis) são descritas detalhadamente neste capítulo.
No capítulo 5, faz-se a contextualização da malha ferroviária no Brasil, apresentam-se
as bases da mecânica dos pavimentos ferroviários e descrevem-se os componentes das
vias;
O Capitulo 6 consiste na exposição da chamada Metodologia TMD de projeto de
pavimentos ferroviários, em cujo âmbito estão inseridas as ‘análises de desempenho’
que compreendem basicamente a elaboração de análises de risco e a execução de
ensaios de controle para as condições da via em operação;
No Capitulo 7, apresenta-se a proposta das metodologias FMEA/FMECA e FTA
aplicadas a pavimentos ferroviários, com referência ao Trecho TR3541 da Estrada de
Ferro Carajás;
No Capitulo 8, são apresentadas as conclusões deste trabalho e algumas sugestões para
pesquisas futuras que possam complementar os estudos inseridos no escopo desta
dissertação.
6
No Anexo I é apresentada a Ficha de Campo e de Vistoria Técnica a ser seguida nas
observações de campo; no Anexo II, são detalhadas as instruções para preenchimento da
ficha e os critérios a serem seguidos nas análises. No Anexo III, é apresentada a planilha
do FMEA / FMECA que deve resultar das observações de campo e das análises de
riscos, bem como da hierarquização dos riscos, incluindo-se as instruções para o seu
completo preenchimento.
7
CAPÍTULO 2:
CONCEITOS GERAIS ASSOCIADOS À GESTÃO DE
RISCOS
2.1. INTRODUÇÃO
Todas as estruturas geotécnicas têm um risco associado devido às muitas incertezas
relacionadas às condições de projeto, construção, comportamento da estrutura e ao
próprio local de implantação da obra. Em geral, as obras civis são consideradas seguras,
uma vez que sua concepção e execução seguem normas técnicas específicas de
engenharia para cada caso. No entanto, a sociedade preocupa-se com os riscos inerentes
às estruturas civis como resultado da ocorrência de grandes desastres nos últimos anos e
exige transparência na tomada de decisões para garantir um grau de segurança adequado
a cada estrutura.
Nesse sentido, devido às potenciais possibilidades de ocorrência de acidentes ou
comportamentos não previstos em obras geotécnicas, surgiu a necessidade de se criar
padrões nacionais e internacionais para se avaliar o risco inerente a cada estrutura. No
entanto, essa gestão de riscos aplicada à geotecnia encontra-se ainda em fase preliminar
quando comparada às indústrias aeronáutica e nuclear, por exemplo, que foram as
primeiras a desenvolver esse tipo de análise e têm avançado na definição dos
parâmetros a serem adotados; neste contexto, a geotecnia assume estes princípios e os
adapta à sua própria realidade, centrando-se nos seguintes aspectos:
Classificação dos componentes do sistema em análise;
Estimativa da segurança estrutural do sistema;
Elaboração de metodologias para análise de riscos;
Estudos de custo – benefício, ou seja, determinação da hierarquia da necessidade
de investimentos na segurança de cada componente do sistema;
Implementação do plano de segurança.
8
Na elaboração de uma metodologia de análise de riscos, torna-se necessário definir
previamente alguns conceitos fundamentais. Nos itens subseqüentes, são definidos os
termos risco, perigo, vulnerabilidade, incerteza, probabilidade e gestão de riscos.
2.2. DEFINIÇÃO DE RISCO
O risco sempre foi uma parte vital no gerenciamento da informação financeira de
investimentos e seguros. Riscos tecnológicos, por sua vez, passaram a ser analisados,
durante a segunda guerra mundial, em pesquisas envolvendo operações militares e, mais
adiante, foram associados a experimentos nas áreas de energia nuclear e de exploração
espacial (Carpenter, 1995).
Apesar de não haver uma definição geral e definitiva, o risco pode ser considerado
como a medida da probabilidade e da severidade de um efeito adverso para a vida, para
a saúde, para os bens materiais ou para o ambiente. Em geral, o risco é estimado através
da conjugação de três elementos básicos: (i) cenário, (ii) probabilidade de ocorrência do
evento e (iii) pelas conseqüências associadas. Assim, o risco depende da probabilidade
de ruptura, bem como das suas conseqüências (ICOLD, 1998).
Berger (1982) define o risco como a medida da probabilidade e severidade de efeitos
adversos e como função da probabilidade de um evento acontecer e a magnitude ou
severidade causada por esse evento. Allen et al. (1992) definem risco como a
probabilidade de eventos indesejados acontecerem em um período de tempo específico
ou em circunstâncias específicas, causadas pela realização de um determinado perigo,
podendo ser expresso como uma freqüência ou uma probabilidade, dependendo da
circunstância.
Suter (1993), por sua vez, define o risco em termos de uma probabilidade de um efeito
danoso específico acontecer, ou como a relação entre a magnitude do efeito e sua
probabilidade de ocorrência.
9
Segundo a SRA (2008), o risco representa uma conseqüência adversa e indesejada à
vida humana, saúde, propriedade ou ao meio ambiente. Para Adams (1995), risco é a
probabilidade de um evento adverso em particular ocorrer durante um período de tempo
específico, ou como resultado de um desafio.
Para Kerzner (1998), o risco é a combinação da probabilidade e da conseqüência de não
se atingir os objetivos propostos ou previstos no projeto; nesse sentido, o risco constitui
a incerteza dos eventos que possam ocorrer no futuro. Além disso, para o autor o risco
tem três componentes: (i) evento; (ii) probabilidade de ocorrência do evento e
(iii) impacto/conseqüência. Miguel (2002) caracteriza o risco como sendo composto por
causa e efeito. A causa é relacionada à incerteza da ocorrência do evento e o efeito é
associado às conseqüências ou impactos.
O risco contempla diferentes níveis de segurança (graus de confiabilidade) das obras,
em função das conseqüências dos acidentes. Os graus de confiabilidade são resultado
das causas e/ou modos de atingir o estado limite, de utilização ou último, das possíveis
conseqüências do acidente em termos de perda de vidas humanas e de perdas
econômicas potenciais (Caldeira, 2003).
Nesse sentido, o risco é variável com o tempo em função da alteração da probabilidade,
ou seja, da variação das condições de vulnerabilidade da estrutura. Ao definir o valor da
probabilidade, é possível avaliar as incertezas relacionadas às estruturas e formular um
sistema lógico para a tomada de decisões. No entanto, o valor da probabilidade é de
difícil definição, uma vez que se trata da interpretação dos valores de eventos
relativamente raros como são as situações de acidentes e/ou falhas de obras geotécnicas.
Em geral, os âmbitos técnico–científicos aceitam que o conceito risco está associado à
probabilidade de ocorrência de acontecimentos de acidente ou falha operacional no
sistema, e apóiam a teoria dos graus de fiabilidade dos sistemas tecnológicos e a análise
estatística dos eventos relacionados às obras geotécnicas.
10
Dessa forma, na avaliação da segurança, torna-se necessário associar ao risco as
possíveis conseqüências decorrentes dos eventos identificados na análise de risco e cuja
probabilidade é passível de quantificação.
Usualmente o risco (R) é considerado como a combinação da probabilidade (P) e das
conseqüências / danos (D) e pode ser definido através da seguinte expressão:
(2.1)
sendo:
Risco associado à estrutura;
Probabilidade de ocorrência do evento;
Valor total de danos associados.
O risco pode ser traduzido em função de perdas econômicas e, dessa forma, associar o
conceito do valor econômico do risco. Nesse sentido, a definição do risco é muito
importante para definir os locais mais críticos e que precisam de maior investimento
para monitoramento, reparo e, conseqüentemente, aumento da segurança. No entanto,
tem-se que tomar muito cuidado ao se definir a hierarquia dos riscos, já que, a uma
probabilidade baixa pode ser associada uma conseqüência alta e, a uma probabilidade
alta, pode ser associada uma conseqüência baixa, obtendo-se, assim, valores similares,
mas que implicam resultados e avaliações inconsistentes.
Neste trabalho, o risco será considerado como a probabilidade de ocorrência de um
evento inesperado e de sua conseqüência associada, sendo composto por três elementos
fundamentais: evento; probabilidade e conseqüência.
Segundo Raz et al. (2002), os riscos não poder ser totalmente evitados, mas através dos
sistemas de gerenciamento dos riscos, é possível caracterizá-los previamente, preveni-
los, estabelecer mecanismos de controle e adotar procedimentos de intervenção no caso
do evento ocorrer.
11
2.2.1. TIPOS DE RISCOS
Segundo Santos (2007), os riscos podem ser divididos em três grupos gerais, em função
da sua natureza, da sua incidência e da possibilidade de medição, caracterizados da
seguinte forma:
Natureza: podem ser classificados em risco voluntário e risco involuntário. O
risco voluntário é aquele que um indivíduo assume voluntariamente, de modo a
obter algum benefício e o risco involuntário é aquele imposto a indivíduos por
uma entidade de controle, não sendo uma escolha da população em risco;
Incidência: podem ser classificados em risco individual e risco coletivo. O risco
individual é definido como o incremento de risco imposto a um indivíduo pela
existência de uma obra potencialmente perigosa. Por outro lado, o risco coletivo
tem conseqüências de grande abrangência que implicam uma resposta do meio
social e político, através de discussão pública e de mecanismos de regulação;
Possibilidade de Medição: podem ser classificados em risco tangível e risco
intangível. Os riscos tangíveis são aqueles que, se ocorrerem, terão
conseqüências detectáveis e, em geral, mensuráveis. Os riscos intangíveis são
aqueles que não podem ser medidos como, por exemplo, os traumas
psicológicos causados pela ocorrência dos eventos.
Em função da classificação dos riscos, é possível identificar as perdas potenciais e
estimar sua magnitude mediante a probabilidade de ocorrência e determinar a hierarquia
dos riscos, considerando as mudanças nas características da área potencialmente afetada
em função do tempo.
A estimativa de danos deve ser baseada em estudos específicos sobre as formas de
ruptura ou de falha, considerando as variáveis espaciais e temporais e estabelecendo
critérios de risco e segurança para cada componente do sistema em análise.
12
2.3. DEFINIÇÃO DE PERIGO E VULNERABILIDADE
Os conceitos de perigo e vulnerabilidade estão intimamente ligados à definição de risco.
Sendo assim, a conexão existente entre risco e perigo é chamada de evento, ou seja, uma
situação em que alguém, ou algo, fica exposto ao perigo. A definição do evento pode
levar à estimativa da probabilidade e, conseqüentemente, à estimativa de risco.
Na área de geotecnia, em geral, o perigo é relacionado aos movimentos de terra e as
conseqüentes rupturas das estruturas; dessa maneira, o perigo corresponde à condição
potencial de causar um evento indesejado (ruptura da estrutura).
No momento de fazer a análise de risco e descrever o perigo de acontecer o evento (por
exemplo: movimento de terra), impõe-se incluir o local do evento, o volume de material
deslocado, o tipo de ruptura e sua velocidade, além da necessidade de se avaliar a
probabilidade do evento acontecer para um período de tempo definido.
Nesse sentido, o perigo pode ser definido como a fonte principal de eventos adversos
(Vrouwenvelder et al., 2001). Assim, o perigo é uma situação que pode resultar de uma
causa externa (sismo, precipitação, ação antrópica, etc.) ou pode resultar de mudanças
nas condições internas dos maciços e na própria geometria da estrutura.
Segundo Santos (2007), nos movimentos de terra, um perigo está associado à própria
descrição do acontecimento em si ou de uma situação que possa originar danos,
enquanto que, nas estruturas em geral, um perigo está relacionado com as potenciais
causas ou condições que conduzem a um evento adverso.
No exemplo citado, para estimar a probabilidade do perigo nos movimentos de terra, é
necessário avaliar as condições de drenagem superficial, drenagem interna, relação entre
o nível piezométrico e a precipitação, volume deslocado, características favoráveis à
instabilização, estruturas geológicas, etc. Na Figura 2.1, apresentam-se diversas
situações de movimentos de terra que representam perigo.
Figura 2.1 – Movimentos de terra associados a perigos: (a) Queda de blocos de rocha;
(b) Corridas e (c) Escorregamentos de solo (ANPC, 2008)
Por outro lado, a vulnerabilidade corresponde aos fatores físicos, sociais, econômicos e
ambientais que determinam a probabilidade de ocorrência de um evento adverso e as
suas conseqüências. No caso especifico de obras geotécnicas, a vulnerabilidade
corresponde à suscetibilidade dos componentes do sistema de serem afetados pelos
perigos e é contabilizada explicitamente na estimativa de riscos, com base em dados
estatísticos dos eventos ocorridos na zona em análise. Normalmente, a vulnerabilidade é
definida em uma escala de 0 (sem perda) a 1 (perda total) para a sua quantificação.
Segundo Santos (2007), independentemente do fato de uma área ser perigosa em relação
a um determinado evento adverso, a vulnerabilidade depende de muitos outros fatores
como, por exemplo, a densidade de população, a hora do evento (dia ou noite) e a
existência ou não de sistemas de aviso e alerta.
(b)
(c)
(a)
14
A combinação de perigos e vulnerabilidades em uma área específica pode resultar no
evento associado a um determinado risco. Em geral, nas obras geotécnicas, a ruptura
inclui o movimento total ou parcial da estrutura. Porém, nas análises de risco, a ruptura
é considerada como a diminuição da capacidade de um sistema, ou de um dos seus
componentes, de funcionar como previsto em projeto.
Alem dos conceitos de perigo e de vulnerabilidade, existem dois outros conceitos,
também relacionados com a ruptura, que são acidente e incidente. O acidente
corresponde ao comportamento não controlado e suscetível de ruptura do sistema ou
dos seus componentes estruturais, provocado por um agente externo e condicionado por
múltiplos fenômenos de caráter imprevisível e incontrolável. Por outro lado, o incidente
é relacionado com a operacionalidade do sistema e implica a tomada de medidas de
conservação, para minimizar a ocorrência de eventos a curto ou longo prazo.
2.4. DEFINIÇÃO DE PROBABILIDADE E INCERTEZA
Em geral, a probabilidade pode ser definida como o número positivo e menor que a
unidade, que se associa a um evento aleatório, e que é quantificado pela freqüência
relativa da sua ocorrência numa sucessão de eventos, que conduzem a um resultado,
dentre todos os possíveis eventos (universo de eventos).
A probabilidade pode ser considerada
objetiva
quando é calculada de modo direto e
preciso, baseando-se nas propriedades do universo de eventos e obtida por meio da
quantificação dos perigos e
subjetiva
, quando sua definição é feita através de
observações qualitativas, considerando toda a informação disponível dos eventos de
forma a atingir o mínimo de desvio. Nesse sentido, o cálculo da probabilidade é afetado
pela quantidade de informação existente e pela capacidade de quantificação dos eventos.
Por outro lado, a incerteza é um conceito que representa dúvida e inclui a variabilidade
dos fatores que podem desencadear a ocorrência dos eventos. A incerteza pode ser
causada pela variação natural do sistema, falta de conhecimento ou insuficiência de
15
dados e modelos mal caracterizados, o que dificulta a definição do problema e a
identificação de soluções alternativas.
Segundo Pedroso (2007), a incerteza é uma característica inerente a todo risco. Um
risco poderá ou não ocorrer durante a vida do projeto e somente existirá certeza, quando
ele ocorrer ou deixar de ser um risco. As incertezas de um projeto não podem ser
eliminadas completamente, somente reduzidas a um grau considerado tolerável ou
admissível, ou seja, o gerenciamento de riscos não pode garantir que não haverá
surpresas durante a vida do projeto, mas pode, freqüentemente, reduzir as incertezas
mediante as seguintes ações:
Estimar a probabilidade de ocorrência do risco;
Avaliar as conseqüências e identificar alternativas caso o risco ocorra;
Determinar quais são as causas que podem fazer o risco ocorrer, isto é, os
fatores que influenciam o montante arriscado e/ou a probabilidade de ocorrência
do risco.
Essa última ação de determinação das causas que poderão fazer com que o risco ocorra
tem uma importância fundamental no processo de gerenciamento de riscos, pois, é
atuando sobre elas, que se podem aumentar as chances de sucesso do projeto.
Todas as análises de risco são baseadas em previsões e estimativas de probabilidades e,
portanto, os seus resultados são inerentemente incertos. Nesse sentido, as análises de
riscos devem ser assumidas apenas como uma ferramenta para estimar os riscos e suas
possíveis conseqüências e não como uma certeza do risco acontecer da forma esperada.
2.4.1. TIPOS DE INCERTEZAS
Na avaliação da segurança de obras geotécnicas, a incerteza pode ser dividida em
fenomenológica, física, de modelação, estatística e associadas a erros humanos segundo
as seguintes concepções (Santos, 2007):
16
Incertezas fenomenológicas:
consideram o comportamento da obra, durante a
construção, durante o serviço ou em condições extremas, e são associadas à
forma de projeto, ao método de dimensionamento, aos materiais utilizados e às
técnicas de construção usadas. Têm particular importância em projetos
inovadores ou naqueles que constituem uma extensão dos conhecimentos
adquiridos; pela sua natureza, as estimativas deste tipo de incertezas são de
caráter subjetivo:
Incertezas físicas:
estão associadas à incerteza das variáveis (ações físicas,
propriedades dos materiais e dados geométricos);
Incerteza na modelação:
reflete a inabilidade de caracterizar, de um modo
preciso, o comportamento real de uma estrutura ou a modelação de fenômenos
atípicos e/ou complexos que podem variar no tempo de formas não totalmente
conhecidas;
Erros humanos:
consideram as incertezas relacionadas ao projeto, aquisição de
informações, construção e observação das obras. Esses erros podem ser
classificados em:
∗
Erros de causa natural: são aqueles em que as condições do local de
implantação da obra mudam sem interferência de fatores externos;
∗
Erros grosseiros: são aqueles decorrentes de falhas no projeto e/ou na sua
execução e por não obedecer aos requisitos básicos de segurança impostos
pelas normas técnicas.
No entanto, nestes processos existe ainda a incerteza estatística, que resulta da
insuficiência de dados disponíveis, de amostras não homogêneas e da falta de
representatividade dos dados obtidos. De fato, conjuntos de diferentes amostras poderão
produzir diferentes indicadores estatísticos.
17
2.5. DEFINIÇÃO DE GESTÃO DE RISCOS
A Gestão de Riscos pode ser definida como o conjunto de procedimentos que visa
controlar, monitorar e hierarquizar os riscos associados aos projetos e obras. Nesse
sentido, a gestão de riscos identifica e quantifica os riscos e conseqüências. O resultado
do gerenciamento de riscos depende dos níveis de tolerância pré-definidos, podendo ser
aceitáveis ou inaceitáveis.
Kerzner (1998) define a Gestão de Riscos como um processo de identificação e
mensuração dos riscos, desenvolvimento e seleção das opções de gerenciamento para
controle destes riscos. Para Hall e Hulett (2002), a Gestão de Riscos é a arte e a ciência
de planejamento, avaliação (identificação e análise), desenvolvimento e monitoração de
ações sobre os eventos futuros para assegurar resultados favoráveis ao projeto.
Assim, a gestão de riscos do projeto inclui os processos que tratam da identificação,
análise, respostas, monitoramento e controle do gerenciamento de riscos. Nesse sentido,
o gerenciamento de riscos deve ser visto como um meio de desenvolvimento e aplicação
de uma filosofia, acrescida de uma estrutura associada a ferramentas e sistemas que
possibilitam avaliação e otimização dos objetivos estratégicos dos projetos / obras
(PMI, 2004; Jaafari, 2001).
Para Jaafari (2001), a realidade é que os projetos estão sujeitos a constantes mudanças
devido a fatores externos, mudanças de objetivos e métodos ineficientes para realização
do projeto.
Os objetivos da gestão de riscos são de reduzir os impactos dos eventos adversos ou
inesperados e não previstos em projeto (Kutsch e Hall, 2005). No entanto, Raz
et al.
(2002) afirmam que os projetos tendem a sofrer resultados indesejados. Nesse sentido, é
necessário aprender a aceitar esses resultados como parte da realidade e preparar-se para
reduzir os riscos, sempre que possível, de forma sistemática e metodológica, por meio
das técnicas do gerenciamento de riscos.
18
Em geral, a gestão de riscos é aplicada a projetos de alto risco; no entanto, todos os
projetos se beneficiam com a aplicação rotineira das técnicas e procedimentos da gestão
de riscos e, por esse motivo, deveria ser aplicado a todo tipo de projetos (Raz
et al.
,
2002). Os riscos não gerenciados e mitigados são algumas das principais causas do
fracasso em projetos (Royer, 2000). Assim, o sucesso de um projeto é conseqüência do
gerenciamento de riscos, ou seja, se os riscos forem gerenciados, o projeto terá mais
chances de sucesso.
Ward (1999) sugeriu que, para se alcançar todos os benefícios do gerenciamento de
riscos, deve ser planejada uma metodologia para o gerenciamento. A Figura 2.2. lista os
principais fatores que influenciam as ações e procedimentos do gerenciamento de riscos
e mostra métodos úteis para garantir a segurança do projeto. Por meio destes métodos,
é possível explorar os elementos necessários para uma adequada gestão de riscos, que
auxilie efetivamente a detecção e a mitigação dos riscos.
Figura 2.2 – Fatores que influenciam as ações e procedimentos do gerenciamento de
riscos (adaptado de Ward, 1999)
A gestão de riscos é uma contribuição importante para o controle, monitoramento e
mitigação dos riscos de projetos. No entanto, Ward e Chapman (2003) mostram que a
visão atual da Gestão de Riscos está centrada na atenção a áreas importantes do projeto,
relacionadas com a incerteza da variabilidade resultante da falta de conhecimento dos
eventos que podem ocorrer.
Responsabilidades
Percebidas
Tipo de Projeto
Ambiente de
Trabalho
Partes Envolvidas
Progresso do
Projeto
Capacidade e
Experiência
Ações e
Procedimentos
Motivação Objetivos Resultados Esperados
19
Desta forma, Stoneburner
et al.
(2001) definem o risco como um impacto negativo
resultante de uma vulnerabilidade, considerando a probabilidade e o impacto do evento.
O Gerenciamento de Riscos é o processo de identificação, avaliação e desenvolvimento
de ações para reduzir os riscos a um nível aceitável.
Smith e Merritt (2002) consideram que o processo de gerenciamento de riscos possui os
seguintes cinco passos fundamentais:
1.
Identificação dos Riscos
– identifica todos os possíveis riscos que poderiam
ocorrer;
2.
Análise dos Riscos
– determina quais as causas dos riscos, qual o montante
arriscado e as probabilidades de ocorrências;
3.
Mapear e Priorizar os Riscos
– determina quais riscos são prioritários no
processo;
4.
Solucionar os Riscos
– desenvolve respostas aos riscos prioritários;
5.
Monitorar os Riscos
– regularmente monitora o que ocorre no projeto em termos
de riscos, se as respostas foram adequadas, se novos riscos surgiram, etc.
Nesse sentido, Wideman (1992) define a Gestão de Riscos como um processo
sistemático de identificação, análise, desenvolvimento de respostas e controle dos riscos
de projeto, durante o seu ciclo de vida e nos interesses de seus objetivos (de escopo,
custo, prazo e qualidade), compreendendo as seguintes fases ou processos:
1.
Identificação dos Riscos:
examinar a situação, identificar e classificar os riscos e
suas causas;
2.
Análise dos Riscos (Qualitativa e Quantitativa):
efetuar a Análise Qualitativa
dos Riscos para determinar os prioritários; calcular (Análise Quantitativa) a
probabilidade de ocorrência, a conseqüência e o impacto dos riscos;
3.
Desenvolvimento de Respostas aos Riscos:
desenvolver, avaliar e implementar
medidas para reduzir a probabilidade ou controlar os riscos, principalmente
atuando sobre as causas;
20
4.
Controle dos Riscos:
monitorar as causas e os riscos, assegurar a execução do
plano de gerenciamento dos riscos e documentar as lições aprendidas.
Dentre os processos listados, a identificação e a análise qualitativa são fundamentais,
pois é, através da observação, que, inicialmente, os riscos podem ser avaliados. A
Figura 2.3. apresenta uma concepção geral dos processos de gerenciamento de riscos, de
acordo com a abordagem de Wideman (1992).
Figura 2.3 – Processos do gerenciamento de riscos (adaptado de Wideman, 1992)
Para Smith e Merrit (2002), a chave do sucesso na Gestão de Riscos é não gerenciar os
riscos em si, mas as causas que provocam os riscos. Assim, segundo Wideman (1992), o
processo de gestão de riscos depende do modelo matemático dos atributos críticos do
risco, principalmente as causas, e deve atender a dois objetivos importantes:
Quantificação do impacto do risco sobre os objetivos do projeto para que seja
possível comparar os impactos e, assim, definir quais merecem mais atenção;
Mostrar todas as causas prioritárias que podem ocasionar os riscos para formular
os planos de ação.
O PMI (2004) define dois processos fundamentais para a elaboração da metodologia do
Gerenciamento de Riscos:
21
WBS
(
Working Breakdown Structure
) /
EAP
(Estrutura Analítica do Projeto): é a
decomposição hierárquica dos riscos orientada a atingir os objetivos do projeto,
definindo o escopo total do projeto;
RBS
(
Risk Breakdown Structure
) /
EAR
(Estrutura Analítica dos Riscos):
representação organizada hierarquicamente dos riscos identificados do projeto,
ordenados por categoria e subcategoria de risco, que identificam as diversas
áreas e causas dos riscos potenciais.
O PMI (2004) considerou que os riscos de projeto estão relacionados com a
probabilidade de ocorrência de eventos favoráveis ou adversos que afetam os objetivos
do projeto. A forma de decomposição da WBS ajuda na identificação e mitigação dos
riscos.
Para Hillson (2002), é necessário o uso de ferramentas para ajudar na identificação dos
riscos na WBS. As ferramentas para a Gestão de Riscos serão expostas no Capítulo 4
deste trabalho. No capitulo seguinte, são apresentados os processos que compõem a
estrutura geral da gestão de riscos e se apresentam as suas características fundamentais.
22
CAPÍTULO 3:
ESTRUTURA DA GESTÃO DE RISCOS
3.1. INTRODUÇÃO
Nos sistemas tecnológicos, a segurança
1
absoluta das estruturas não pode ser garantida;
assim, para tentar minimizar os potenciais de risco, adotam-se margens de segurança
consideradas “confortáveis” pela comunidade técnico–científica e regularizadas pelas
normas técnicas específicas em cada país. Nesse sentido, a gestão de riscos é uma
ferramenta que ajuda a classificar os riscos e a tomar decisões que minimizem seus
efeitos. A Figura 3.1 apresenta a estrutura geral dos processos de gestão de riscos.
Figura 3.1 – Estrutura geral da gestão dos riscos
1
A segurança pressupõe a continuidade da existência do que nos rodeia, ou da realidade tal como é
considerada no presente ou é prevista no futuro, sem perturbações que provoquem prejuízos ou danos
relativamente significativos, de ordem material ou imaterial, incluindo a perda de vidas.
GESTÃO DE RISCOS
ANÁLISE DE RISCOS
MITIGAÇÃO DE RISCOS
Determinação dos eventos
perigosos (ações perigosas que
podem ocorrer e colocar em perigo
a segurança das estruturas)
Redução do risco (seleção e
implementação de medidas
estruturais e não-estruturais de
segurança de forma a reduzir a
exposição ao perigo e os
conseqüentes danos ao sistema)
Determinação de cenários e
avaliação de probabilidades de
ruptura ou danos das estruturas
Resposta do risco (preparação da
assistência adequada em caso de um
acidente)
23
Nesse sentido, o gerenciamento dos riscos envolve, também, conceitos importantes
como a
avaliação de riscos
, a
declaração dos riscos
, a
estimativa de riscos
e a
análise
de riscos.
3.2. AVALIAÇÃO DE RISCOS VERSUS GESTÃO DE RISCOS
Muitas vezes, os conceitos de Análise de Risco e de Avaliação de Risco são vistos e
usados como sinônimos. No entanto, neste estudo, a análise de riscos será usada como
um conceito mais abrangente dos riscos e mais relacionado à gestão de riscos e à
avaliação de riscos como uma etapa das análises de riscos.
Segundo Carpenter (1995), a avaliação de riscos é o processo que estima forma,
dimensão e característica do risco e gestão do risco é o uso dos resultados da análise de
risco para mitigar, diminuir, reduzir ou eliminar riscos aceitáveis e procurar ações
alternativas de redução de riscos e implementações mais efetivas quanto ao custo.
Mohamed e Antia (1998) afirmam que a fase de Avaliação do Risco providencia uma
estimativa numérica do ferimento ou dano causado por uma situação perigosa, enquanto
que a fase de Análise de Riscos combina a Avaliação de Risco com a legislação
regulatória, junto com as considerações sócio-econômicas, técnicas, políticas, entre
outras, para se alcançar uma decisão ecológica e socialmente desejável. Kolluru (1994)
afirma que, para complementar a etapa de caracterização do risco, é necessário saber
quais opções políticas podem ser usadas para calcular alternativas de exposições
projetadas, além de novas opções poderem ser geradas enquanto acontece o processo de
Gerenciamento de Risco.
Nesta contextualização, entende-se a Declaração de Risco como sendo o processo
mediante o qual se decide, por um lado, se os riscos existentes são toleráveis e, por
outro lado, se as medidas de controle resultam adequadas. Por outro lado, a Estimativa
de Risco é o processo pelo qual são quantificadas as componentes do risco, ou seja, são
expressas a probabilidade de falha e as conseqüências associadas à mesma.
24
Para Pyra e Trask (2002), a Gestão de Risco pode ser subdividida em três etapas
principais: (i) Identificação e Avaliação dos Riscos; (ii) Quantificação dos Riscos e (iii)
Monitoramento e Controle. Por outro lado, o PMI (2004) divide o Gerenciamento de
Riscos em seis etapas distintas:
1.
Planejamento da Gerência de Riscos;
2.
Identificação dos Riscos:
3.
Análise Qualitativa dos Riscos;
4.
Análise Quantitativa dos Riscos;
5.
Planejamento e Resposta aos Riscos;
6.
Controle e Monitoramento de Riscos.
Este trabalho seguirá uma linha de contextualização do Gerenciamento de Riscos
próxima à apresentada pelo PMI (2004) e suas etapas serão abordadas e explicadas mais
detalhadamente nos itens a seguir.
3.3. PLANEJAMENTO DA GESTÃO DE RISCOS
O planejamento da Gestão de Riscos começa pela revisão dos documentos existentes,
normalmente, aqueles que incluem a informação sobre a ocorrência de eventos e de
perigos já identificados. Dessa forma, o planejamento dos riscos deve ser proposto de
acordo com as hipóteses, objetivos e limites de aceitabilidade e tolerabilidade adotadas
no projeto, de maneira a minimizar as conseqüências e impactos.
A metodologia de Gestão de Riscos determina os métodos do planejamento, controle e
informação que serão posteriormente utilizadas, além de atribuições e responsabilidades
das partes envolvidas e critérios e padrões para medição e avaliação de risco, assim
como sua documentação e registro. De acordo com Kendrick (2003), o planejamento da
Gestão de Riscos envolve muita atenção porque ele irá servir como base e direção para
os procedimentos a serem seguidos na Análise dos Riscos. Projetos bem planejados são
viabilizados rapidamente e evitam retrabalhos e/ou revisões desnecessárias.
25
Uma análise de riscos bem feita revela situações que poderiam levar a falhas de projeto
e faz com que a execução do projeto seja mais eficiente, fornecendo discernimento mais
rápido, o que auxilia na tomada de decisões. O planejamento da gestão dos riscos
fornece o tempo e os recursos suficientes para desenvolver as atividades de avaliação
dos riscos e considerar as medidas corretivas dos possíveis modos de falha no projeto;
por esse motivo, a metodologia para a gestão de riscos deve ser terminada e aplicada
antes do início da elaboração do projeto.
Para a elaboração da metodologia das Análises de Riscos, devem ser identificados os
possíveis modos de ruptura, os tipos de riscos que podem ocorrer no sistema e o nível
de detalhamento requerido pela análise; com esses dados, torna-se possível determinar
qual técnica de análise de riscos irá se adaptar melhor a cada caso. A definição da
técnica a ser usada deve ser definida, antes de se iniciar a análise de riscos, pela equipe
técnica que irá desenvolver e aplicar a metodologia.
Para Kerzner (2002), há muitas vantagens ao se utilizar uma metodologia padronizada
para o Gerenciamento de Riscos. Algumas dessas vantagens são: (i) diminuição do
tempo de execução; (ii) planejamento realista para atingir o cronograma previsto e
(iii) melhor comunicação entre os grupos envolvidos. Nesse sentido, as metodologias de
gestão possibilitam o bom desenvolvimento e execução das fases previstas no projeto.
Rabechini
et al.
(2002) expõem alguns fatores relevantes para a implantação de uma
metodologia de análises de riscos antes da elaboração do projeto. Esses fatores podem
ser estratégicos, ou seja, consideram a implementação da metodologia como uma nova
opção de gerenciamento ou táticos, pois relacionam os elementos a serem considerados
na implementação da metodologia (Tabela 3.1).
Estes autores constataram que, por meio da inserção da metodologia de gerenciamento,
os recursos e as etapas do projeto são facilmente adequadas às reais condições do
campo. Além disso, no desenvolvimento dos processos previstos no projeto podem
aparecer situações não esperadas que podem ser facilmente corrigidas e diagnosticadas
através da metodologia de gestão.
26
Tabela 3.1 – Fatores de âmbito estratégico e tático para metodologias de projetos
(adaptado de Rabechini
et al.
, 2002)
Fatores de Ordem Estratégica Fatores de Ordem Tática
(i) Vontade política dos envolvidos (i) Recursos
(ii) Adequação da estrutura organizacional (ii) Custo
(iii) Aproveitamento das abordagens existentes (iii) Prazo
(iv) Implementações frustradas (iv) Habilidades pessoais
(v) Objetivos e planejamento de projetos (v) Cliente / Equipe
(vi) Comunicação
(vii) Sistematização das atividades
No entanto, a implantação de metodologias de Gestão não garante o sucesso do projeto,
uma vez que o processo pode ser afetado por fatores externos não considerados ou não
previstos em projeto. Assim, torna-se necessário que, ao longo da vida útil do projeto, a
metodologia seja alterada e adaptada às novas condições vigentes, mediante a revisão
dos indicadores de desempenho e das recomendações de todos os envolvidos.
3.4. ANÁLISES DE RISCOS
A análise de risco pode ser definida como a combinação de um processo qualitativo que
fornece informações a respeito de eventos indesejados e de um processo quantitativo
das probabilidades e conseqüências esperadas dos riscos identificados, cujo objetivo é
entender a natureza das conseqüências negativas e indesejadas.
Nesse sentido, o conceito de risco tem duas aplicações operacionais relevantes:
1.
Teoria da fiabilidade: o risco é definido como a probabilidade de ocorrência de
uma falha na operacionalidade do sistema;
2.
Análise da segurança: associado ao valor dos danos resultantes de uma
condição não operacional grave ou por acidentes.
27
Assim, as análises de riscos consistem no exame de como os diferentes fatores
envolvidos podem interagir, quais os cenários que podem resultar dessa interação, que
prejuízos esses cenários podem provocar. Portanto, este processo proporciona a
possibilidade de identificar o modo como as incertezas podem ser combinadas e como
dessas combinações podem resultar cenários desfavoráveis, mesmo que o grau de
conhecimento não seja completo (Maranha das Neves, 2002).
Em estruturas em que haja possibilidade de ruptura, acidente, perda de funcionalidade
ou qualquer outro evento indesejado, há a necessidade de monitorar a estrutura e
planejar o programa de observação e de manutenção.
Na engenharia geotécnica, a existência das incertezas e dos riscos tem uma grande
influência nas decisões a serem tomadas nas fases de projeto, monitoramento e
manutenção dos sistemas. Em geral, para determinar esses riscos é necessário:
(i) obter o conjunto de informação; (ii) incluir essa informação em modelos geotécnicos
(fase determinística) e (iii) incluir as incertezas num modelo de previsão, que constitui a
chamada fase probabilística (Einstein, 2002).
Em geral, nos processos de decisão, a análise de risco está associada a análises
econômicas do tipo custo-benefício. Na geotecnia e, especificamente, no âmbito das
ferrovias, a aplicação de metodologias de análises de risco deve-se basicamente:
1.
à falta de experiência em projeto e construção das estruturas, por parte das novas
gerações de engenheiros;
2.
ao desenvolvimento de tecnologias e
3.
à necessidade de avaliação da segurança dos componentes do sistema em estudo.
3.4.1. ORIGEM E EVOLUÇÃO DAS ANÁLISES DE RISCO
Conforme exposto anteriormente, as análises de risco começaram a ser desenvolvidas
na área financeira e nas indústrias aeroespacial e nuclear, para facilitar e/ou dar
orientações na tomada de decisões relativas a incertezas envolvidas nos processos.
28
As decisões relacionadas a riscos financeiros normalmente envolvem eventos de
elevada freqüência e de reduzidas conseqüências; assim, as decisões sobre incertezas
são tomadas baseando-se em valores esperados, obtidos estatisticamente através de um
processo de ocorrências. No entanto, esses critérios são discutíveis quando as análises
de risco são aplicadas a obras geotécnicas, que, normalmente, envolvem eventos de
baixa probabilidade e elevada conseqüência. Em geral, as análises de risco são baseadas
nos princípios da manutenção e seguem a evolução das técnicas de planejamento e
controle da manutenção; pode-se dizer, neste contexto, que as análises de risco
evoluíram por três gerações distintas:
1ª Geração (
antes da II Guerra Mundial): o controle da manutenção não era
planejada; tratava-se apenas de uma manutenção corretiva e, nesse sentido, a
análise de riscos não era relevante já que a produção era pouco mecanizada e
não era a prioridade do mercado;
2ª Geração (
entre a II Guerra Mundial e os anos 60): devido ao aumento da
demanda de produtos, houve a necessidade de se aumentar a confiabilidade e a
disponibilidade dos produtos. A manutenção começou a ser planejada e
realizada em um intervalo fixo de tempo, mesmo que não houvesse necessidade
de manutenção nesse momento (manutenção preventiva). Assim, as análises de
risco ainda não eram consideradas relevantes, mas já começaram a ser usadas
para definir os intervalos de tempo da manutenção;
3ª Geração
(após os anos 60): a produção passou a ser o foco principal do
mercado e começou a aparecer a automatização e mecanização dos processos,
exigindo-se maior confiabilidade e maior disponibilidade do produto. Nestes
termos, as conseqüências na segurança e no meio ambiente tomaram proporções
maiores e a manutenção começou a ser planejada (manutenção preditiva).
Assim, as análises de riscos ganharam importância no planejamento da manutenção
devido à sua capacidade de hierarquização e classificação dos riscos, bem como da
tomada de decisões para a mitigação dos riscos.
29
3.4.2. CRITÉRIOS PARA A REALIZAÇÃO DAS ANÁLISES DE RISCOS
As abordagens baseadas em riscos focam-se na previsão do funcionamento das obras e
na confiança (ou incerteza) associada a essas previsões. Por outro lado, as abordagens
tradicionais usam os fatores de segurança, recomendados pelas normas técnicas, que
fornecem indicações do nível de confiança obtido para se alcançar um desempenho
satisfatório da obra; porém, não é claro se esses níveis de confiabilidade são excessivos
ou limitados.
Nesse sentido, é indispensável entender os critérios que levam à aplicação de uma
análise de riscos (Stewart, 2000):
1.
Reconhecimento da falta de experiência anterior relativa a determinadas opções
de projeto (ou projetos inovadores);
2.
Constatação de que a experiência que apóia as práticas correntes não
acompanhou a evolução técnica ou é de qualidade duvidosa, de acordo com os
novos procedimentos de análise de desempenho;
3.
Identificação de critérios de dimensionamento ou de especificações construtivas
desajustadas, dando especial destaque a algumas áreas e desprezando outras;
4.
Observação de que os critérios de aceitabilidade dos riscos são muito exigentes
em face das expectativas da sociedade atual;
5.
Enquadramento estruturado para examinar, explicitar e debater todos os riscos, a
sua importância relativa e as opções de controle do risco;
6.
Processo de decisão aberto e transparente para debate com as autoridades
reguladoras e o público sobre a natureza e a tolerabilidade dos riscos.
Além disso, nos projetos de obras geotécnicas, impõe-se considerar os aspectos
operacionais de longo prazo e as incertezas devido à falta de informação das condições
do subsolo, dos materiais de construção e do seu comportamento durante o processo
construtivo e a fase de execução. Dessa forma, é necessário garantir que os requisitos
associados à vida útil da estrutura sejam conhecidos pelo projetista e sejam
considerados no processo de gestão de riscos.
30
3.4.3. CONSEQÜÊNCIAS DA OCORRENCIA DO EVENTO
As conseqüências / danos são o resultado da ocorrência dos eventos indesejados e
podem ser expressas de forma quantitativa ou qualitativa, considerando as perdas
econômicas ou a perda de vidas humanas. Os danos podem ser classificados como
diretos, que são os que normalmente recebem mais atenção, porque resultam mais
evidentes e em indiretos, que são aqueles que serão observados em um intervalo de
tempo maior.
Em obras geotécnicas, após a ocorrência de um evento indesejado, as conseqüências
mais importantes são as seguintes (adaptado de Santos, 2007):
1.
Conseqüências Econômicas:
são as únicas que podem ser quantificadas em
termos monetários de forma objetiva e precisa;
2.
Conseqüências Ambientais:
não podem ser expressas em termos quantitativos,
porém são avaliados de forma qualitativa;
3.
Conseqüências Sociais:
relacionadas com o risco coletivo, ou seja, são os riscos
que a sociedade passa a sofrer após a construção de alguma obra geotécnica;
4.
Conseqüências para a Saúde e para a Segurança:
relacionadas com o risco
individual, e normalmente são quantificadas em termos de número de pessoas
afetadas.
Os dois últimos grupos de conseqüências dependem de diversos aspectos, tais como:
(a) conhecimento sobre os riscos a que as pessoas estão expostas; (b) grau de controle
sobre esse risco, ou seja, existência de sistemas de aviso e alerta e capacidade de reação
das pessoas e das comunidades potencialmente em risco e (c) rapidez e intensidade dos
mecanismos de ruptura.
Em Geotecnia, a modelagem das conseqüências limita-se ao estudo dos efeitos
resultantes da ocorrência dos eventos. A complexidade dos modelos utilizados é função
da extensão da área afetada e, em geral, o estudo das conseqüências inicia-se com
modelos pouco detalhados, mas que devem seguir pelo menos as seguintes etapas:
31
1.
Fazer uma lista das conseqüências previsíveis;
2.
Caracterizar a geografia e as condições socioeconômicas da área a ser afetada;
3.
Modelar o comportamento e as características dos eventos (p.e., movimentos de
terra);
4.
Estabelecer uma análise das conseqüências, através de:
(a)
Checklists: lista de conseqüências estabelecidas para a situação concreta da
obra;
(b)
Matrizes de impactos: gráficos de natureza diversa visando a correlação
entre os riscos e as probabilidades de ocorrer um dado evento, que auxiliam
a classificação das conseqüências;
(c)
Árvores hierárquicas das conseqüências em cada área de interesse, como
ilustrado na Figura 3.2.
Figura 3.2 – Exemplo de uma árvore hierárquica das conseqüências (adaptado de
Santos, 2007)
A hierarquia das conseqüências varia em função do cenário de ruptura em análise e deve
ajudar na tomada de decisões específicas do projeto, da construção e da obra.
3.5. AVALIAÇÃO DOS RISCOS
A avaliação de riscos é uma ferramenta usada para quantificar os riscos associados à
segurança e serve para identificar, simultaneamente, a extensão e a possibilidade de se
viabilizar as conseqüências associadas aos acidentes (hierarquia de probabilidades).
Conjunto de conseqüências devido à
ocorrência de um evento de ruptura
em obras geotécnicas
Conseqüências para a
segurança pública
Conseqüências
económicas e financeiras
Conseqüências
ambientais
Perda de
Vidas
Danos
Físicos
Danos
Psicológicos
Instalações
Propriedade
Infra-
estruturas
Extinção de
Espécies
Habitats
Zonas
Recreativas
32
As avaliações de risco utilizam a informação disponível para estimar a probabilidade de
ocorrência de um evento e seu potencial para causar danos. Nesse sentido, é necessário
definir o alcance das análises, identificar os eventos ou cenários suscetíveis de provocar
danos e estimar o risco. Segundo Allen
et al.
(1992), a avaliação do risco descreve o
estudo de decisões sujeitas a conseqüências incertas. Para Berger (1982), a avaliação de
risco inclui a identificação dos perigos potenciais, estimativa da probabilidade do dano
resultante e o balanço entre danos e benefícios causados pelo empreendimento
estudado.
O risco global pode ser calculado através do produto da probabilidade de ocorrência do
acidente na estrutura pelos danos estimados em função da área de influência e do grau
de operacionalidade dos sistemas de alerta e de proteção civil existentes (relação 2.1).
Na avaliação de danos
, há que considerar os seguintes tipos de danos:
: Perdas de vidas humanas (residentes, trabalhadores ou turistas e viajantes),
conjunto definido genericamente pela população em risco;
: Danos econômicos, aqueles que podem ter uma expressão direta da base
monetária. Estes danos podem ser perdas de bens agrícolas; perdas de áreas
florestais e perdas de estruturas (infra-estruturas e serviços públicos).
Na avaliação de risco, deve ser identificado o conjunto de pessoas com uma elevada
probabilidade de estarem presentes no momento do evento. Após o levantamento dos
danos diretos para a aplicação da definição de risco em um determinado sistema, é
possível estimar o número esperado de perdas de vidas humanas (
DH
) e o valor
monetário resultante da soma de danos estimados das perdas de valores econômicos
(
DE
). Dessa forma, a aplicação da definição de risco resulta nos seguintes valores:
(3.1)
(3.2)
sendo:
RH
: número esperado de perdas de vidas humanas (p.e., vítimas por ano);
RE
: valor monetário dos danos estimados (p.e., valor anual dos prejuízos).
33
Após a determinação da probabilidade de ocorrência de um evento, devem ser definidas
as medidas mitigadoras do risco a serem adotadas. Em geral, o primeiro tipo de ações
depende da aplicação das normas e critérios de segurança do projeto, construção e
execução. O segundo tipo de ações corresponde a medidas não estruturais, que tendem a
diminuir o alcance dos danos; por exemplo, demarcação das zonas mais críticas e
definição das prováveis conseqüências e impactos.
3.6. PRINCIPAIS ETAPAS DE UMA ANÁLISE DE RISCOS
As análises de risco são realizadas com o objetivo principal de se determinar a
probabilidade de ocorrência dos eventos e definir a magnitude das conseqüências,
através de um conjunto de informações sobre os riscos associados a indivíduos, bens e
ao meio ambiente e, assim, tornar os sistemas mais fiáveis.
Na Figura 3.3, são apresentadas as principais etapas que devem ser seguidas no
desenvolvimento das análises de risco, cujos princípios são expostos nos itens seguintes.
Figura 3.3 – Etapas das análises dos riscos
ANÁLISE DE RISCOS
Percepção Inicial do
Problema
Avaliação dos Riscos
Apreciação dos Riscos
- Definir o Sistema e os
Subsistemas;
- Identificar o Perigo.
- Definir os Objetivos
das Análises de Risco;
- Identificação dos Riscos;
- Estimar a Probabilidade e
Freqüência dos Eventos;
- Identificar as Conseqüências;
- Caracterizar os Riscos.
- Matriz de Riscos;
- Limites de Admissibilidade
e Tolerabilidade dos Riscos.
34
3.6.1. PERCEPÇÃO INICIAL DO PROBLEMA
Em geral, as análises de risco são iniciadas pela necessidade de se avaliar a segurança, a
funcionalidade e/ou desempenho de uma determinada obra; nesse sentido, é necessário
definir os eventos que podem ocorrer na estrutura e a freqüência de ocorrência. Segundo
Santos (2007), esta etapa inclui os seguintes aspectos:
1.
Definição do problema que se pretende analisar;
2.
Identificação genérica dos perigos;
3.
Identificação das zonas e áreas que se encontram em risco;
4.
Identificação das possíveis dificuldades na resolução do problema;
5.
Identificação das opções em estudo (caso se pretenda efetuar uma análise das
várias soluções alternativas do projeto de uma obra).
3.6.1.1. Definição do Sistema e dos Subsistemas
Ao começar a fazer uma análise de risco, deve-se determinar o sistema em estudo, a
natureza dos perigos e as vulnerabilidades associadas. Um sistema é definido pelo grupo
de elementos interligados e coordenados entre si que funcionam como uma estrutura
organizada. Os elementos que compõem o sistema se denominam subsistemas (e.g, área
em estudo, estruturas e equipamentos), sendo definidos com o intuito de se avaliar e/ou
analisar o desempenho parcial ou total do sistema. Por sua vez, estes diversos sub-
sistemas devem ser capazes de modelar as zonas que podem sofrer impactos devido às
falhas do sistema.
Dessa forma, os sistemas devem considerar o tipo da obra geotécnica, a zona de
influência e os modos ou mecanismos de ruptura. Os modos de ruptura podem ser
traduzidos como os processos pelos quais o sistema ou os subsistemas perdem a sua
funcionalidade. Um elemento pode ter vários modos de ruptura e cada um deles pode,
por sua vez, apresentarem diferentes causas.
35
3.6.1.2. Identificação do Perigo
Nesta etapa, é importante identificar e listar o máximo de perigos possíveis, bem como
de todos os potenciais eventos associados. Segundo Kolluru (1994), para se identificar
os perigos, é necessário:
Definir os limites analíticos;
Identificar os perigos geralmente associados ao empreendimento, e sua
operação;
Determinar inventários de materiais perigosos, localização, transporte e
manuseio;
Identificar eventos iniciantes; nesta etapa, elabora-se uma lista de eventos
considerados anormais dentro do sistema em análise, que podem resultar em
exposição ao perigo se tais eventos não forem remediados corretamente;
Revisar procedimentos de segurança de engenharia e administrativos;
Identificar potencial de vazamentos repentinos e catastróficos, baseado em
cenários de falha plausíveis.
3.6.2. AVALIAÇÃO DE RISCOS
A avaliação de riscos é uma etapa muito importante no gerenciamento do risco já que
define os objetivos das análises de risco, os modos e causas de ruptura, as
conseqüências permitindo, assim, o reconhecimento dos riscos. Após a definição dos
perigos associados ao risco, pode-se determinar o método através do qual vai ser feita a
análise de risco.
O conceito de avaliação do risco pode ser aplicado em todas as etapas de
desenvolvimento de uma obra (planejamento, estudos de viabilidade, estudo das
alternativas de solução de projeto, elaboração do projeto, construção da obra,
planejamento do controle da qualidade e da manutenção, etc.). Nesse sentido, podem ser
feitas diversas avaliações de risco (Caldeira, 2005):
36
Avaliações globais de risco
: são aquelas que determinam a grandeza do
problema e a contribuição dos diferentes componentes do risco, para facilitar a
formulação de ações para o gerenciamento dos riscos e a utilização dos recursos;
Avaliações relativas de riscos
: são aquelas que hierarquizam as ações a
desenvolver;
Avaliações de risco de um local
: são aquelas que avaliam os perigos e o nível de
riscos em termos de fatalidades e/ou de perdas econômicas ou outras, num dado
local, devidos à construção ou exploração de uma obra (avaliação do risco
incremental
2
);
Elaboração de mapas de riscos
: é a definição de zonas segundo o nível de
criticidade das mesmas, com a finalidade de controlar o uso de uma determinada
região ou área.
3.6.2.1. Definição dos Objetivos das Análises de Riscos
O objetivo das análises de risco é relacionado com a avaliação das condições de
segurança das estruturas e com a ordem de grandeza das conseqüências. Nesse sentido,
as análises de riscos têm por objetivo determinar a probabilidade da ocorrência dos
eventos indesejados e estimar a magnitude das conseqüências, visando definir um plano
de ação para tornar o sistema mais seguro e fiável.
3.6.2.2. Identificação dos Riscos
Os eventos que ainda não ocorreram são considerados riscos e podem ser gerenciados
atuando-se sobre as causas; os eventos que, com certeza irão ocorrer, são considerados
problemas e têm que ser resolvidos. O processo de identificação dos riscos determina
quais riscos afetam o sistema e documenta as suas características. Em geral, após a
identificação dos riscos, eles são classificados segundo suas causas, uma vez que,
controlando as causas, torna-se possível controlar os riscos.
2
Corresponde ao aumento (incremento) do nível de risco, relativamente a uma situação anterior,
provocada pela construção de uma obra.
37
Para Miguel (2002), somente pelo reconhecimento e pela apreciação total dos riscos
existentes, seria possível compreender e tratar os riscos. Segundo Pedroso (2007), a
atividade de identificação de riscos envolve a consideração e o registro das condições
que podem deflagrar o risco, bem como uma descrição breve das conseqüências
prováveis. O processo de identificação dos riscos pode ser feito através de técnicas
como:
Brainstorming:
A meta do
brainstorming
é obter uma lista abrangente dos riscos
existentes, na qual as categorias de riscos são identificadas e classificadas por
tipo das causas;
Técnica Delphi:
A técnica Delphi é um meio de alcançar uma uniformização dos
conceitos entre os analistas. Nesta técnica os analistas participam anonimamente
e dão idéias sobre os riscos e essas informações são resumidas e redistribuídas
para comentários finais. Esta técnica ajuda a reduzir a parcialidade na
identificação dos riscos por parte dos analistas envolvidos;
Identificação da Causa – Raiz:
Esta técnica identifica as causas essenciais dos
riscos e permite a classificação dos riscos dependendo do tipo de causa,
ajudando na tomada de decisões;
Análise SWOT:
Esta técnica visa estabelecer os pontos fortes (
Strengths)
, os
pontos fracos (
Weakness
), as oportunidades (
Opportunities
) e as ameaças
(
Threaths
) associadas ao projeto.
No processo de identificação dos eventos de risco, a equipe deve manter o foco na
obtenção do seguinte conjunto de informações, estabelecido para cada evento em
particular (adaptado de Pedroso, 2007):
1.
Descrição sucinta e clara do risco;
2.
Identificação das causas;
3.
Identificação da forma de quantificação do risco;
4.
Identificação das conseqüências do evento;
5.
Avaliação da possibilidade de quantificação das conseqüências;
6.
Identificação da freqüência de ocorrência do evento.
38
O resultado do processo de identificação dos riscos é uma lista com todas as
características e descrições dos riscos e isso pode demandar uma lista com centenas ou
milhares de itens; para resolver este problema, usa-se a análise qualitativa que consiste
na observação do sistema em estudo para se definir quais os riscos relevantes. Para
identificar os riscos, citam-se as seguintes técnicas de identificação (OSHA
3
apud
Kirchhoff, 2004):
1.
Análise “What If”
Serve de revisão do processo desde os materiais primários até o produto final. Em cada
etapa, questões do tipo
“e se”
são formuladas e respondidas para se avaliar os efeitos de
falhas de determinadas componentes ou erros no processo;
2.
Checklists
Para processos mais complexos, o estudo “What If” pode ser mais bem organizado
através do uso de “checklists”, ou seja, listas detalhadas dos requerimentos ou etapas
para se avaliar o estado de um sistema ou operação e assegurar a conformidade com os
padrões dos procedimentos de operação;
3.
Failure Mode and Effect Analysis (FMEA)
É um estudo metódico de falhas em componentes. A revisão começa com um diagrama
de operação e inclui todos os componentes que poderiam falhar e, com isso, afetar a
segurança da operação. Estes componentes são listados em uma tabela de dados e
analisados individualmente considerando os seguintes aspectos:
Modo de falha potencial;
Conseqüências da falha: efeitos em outros componentes e efeitos em todo o
sistema;
3
OSHA: Occupational Safety and Health Administration é uma agência federal dos Estados Unidos. As
técnicas listadas acima foram coletadas do seguinte documento: OSHA 3133 – Process Safety
Management – Guidelines for Compliance.
39
Classe de Perigo: alta, moderada, baixa;
Probabilidade de falha;
Métodos de detecção.
4.
Hazard and Operability Analysis (HAZOP)
Consiste em um método estruturado de investigar sistematicamente problemas
potenciais de operação, que podem causar um desvio nos parâmetros com relação às
condições de projeto, levando à criação de perigos e problemas nas operações;
5.
Árvore de Evento e Árvore de Falha
Uma ferramenta que providencia uma maneira estruturada para a quantificação do risco
é a árvore de evento, que possibilita a investigação das conseqüências dos eventos
iniciantes. Uma árvore de falha é um diagrama que descreve todas as conseqüências
possíveis de um evento iniciante.
3.6.2.3. Estimativa da Probabilidade e da Freqüência dos Eventos
Nesta etapa, são determinadas a probabilidade e freqüência de ocorrência dos eventos
identificados na etapa anterior. Para determinar estes parâmetros, é necessário ter dados
de eventos anteriores, da forma de ruptura, das causas e laudos técnicos. Em posse
desses dados, podem ser determinados os cenários dos acidentes, quantificadas as
freqüências dos vários cenários e definidas as causas e conseqüências.
3.6.2.4. Identificação das Conseqüências
Segundo Kirchhoff (2004), a identificação das conseqüências envolve a caracterização
das fontes quanto à forma e quantidade, a avaliação dos efeitos na segurança das
pessoas e saúde, a identificação dos impactos ambientais e a estimativa das perdas e
danos à propriedade e outros impactos econômicos.
40
3.6.2.5. Caracterização dos Riscos
Na etapa final deste processo, as análises de probabilidade e das conseqüências são
integradas com a finalidade de caracterizar os riscos.
3.6.3. APRECIAÇÃO DOS RISCOS
Segundo Santos (2007), a apreciação de riscos é o processo mediante o qual se
ponderam os riscos avaliados nas análises, em conformidade aos valores sociais, e
prescritos na legislação, nos regulamentos e em normas técnicas, caracterizando-se uma
escala relativa de relevância dos riscos.
Usualmente, são usados indicadores para se determinar os critérios de aceitabilidade dos
riscos. Os indicadores de riscos servem para associar os riscos com as conseqüências
e/ou com a probabilidade de ocorrência. Uma forma de representar a relação entre os
indicadores de riscos são as matrizes de riscos, nas quais são definidas áreas de
criticidade, que envolvem a tolerabilidade dos riscos e que dependem do julgamento
subjetivo e pessoal do analista (Figura 3.4).
Figura 3.4 – Exemplo de matriz de riscos
(Alta)
(Baixa) (Alta)
E
D
C
B
A
I II III
IV V
C
r
iticidade
Cres
ce
nt
e
CLASSES DE OCORRÊNCIA
Aumento do Nível de Ocorrência
CLASSES DE SEVERIDADE
Aumento do Nível de Severidade
41
Os critérios de aceitabilidade dos riscos auxiliam na definição de limites de
aceitabilidade e limites de tolerabilidade. O limite de aceitabilidade de riscos define a
fronteira entre os riscos aceitáveis e os riscos toleráveis. Por outro lado, o limite de
tolerabilidade define os valores, acima dos quais, o risco associado a um acontecimento
adverso é considerado inaceitável (Santos, 2007).
Na Figura 3.5, mostra-se, através do chamado gráfico ARB (
Acceptable Risk Bubble
), o
processo de aceitabilidade dos riscos, atendendo a múltiplas áreas de interesse para a
apreciação dos riscos (Mockett
et al.
, 2002). A figura é formada por três camadas: a
primeira representa os riscos aceitáveis, a segunda, os riscos toleráveis e a terceira, os
riscos intoleráveis; adicionalmente, o gráfico é dividido por eixos que limitam uma área
particular de interesse, que pode ser objeto de análise qualitativa ou quantitativa, por
diferentes especialistas.
Figura 3.5 –
Acceptable risk bubble
(adaptado de Mockett
et al.
, 2004)
3.7. MEDIDAS DE MITIGAÇÃO DOS RISCOS
Finalizada a verificação dos critérios de aceitabilidade e/ou tolerabilidade dos riscos do
sistema em análise, deve-se prosseguir com a elaboração do plano de ação, ou seja, o
conjunto de procedimentos para controlar, mitigar, reduzir ou eliminar os riscos. Sendo
Zona Intolerável
Zona Tolerável
Zona Aceitável
Meio Ambiente
Sustentabilidade
Patrimônio
Cultural
Saúde
Segurança
Perdas
Econômicas
42
assim, as análises de risco podem ser utilizadas para comparar as soluções e alternativas
mais adequadas para cada situação.
Segundo Maff (2000), existem três fatores principais que influenciam a seleção das
opções: (i) viabilidade e sustentabilidade técnica das soluções; (ii) aceitabilidade
ambiental e, quando necessário, aceitabilidade social e (iii) justificações econômicas. A
incorporação dos riscos na seleção das opções permite uma escolha mais consciente,
considerando os objetivos que se pretendem alcançar com a obra no seu período de vida
útil.
Na tomada de decisões para a mitigação dos riscos, podem ser levados em conta ou
desprezadas as alterações que cada ação provocará, uma vez que o plano de ação é
simplesmente um guia dos procedimentos que devem ser adotados em cada situação. No
entanto, espera-se que esse conjunto de procedimentos resolva os problemas; dessa
forma, a concepção do plano de ações não é uma tarefa fácil, uma vez que todas as
alternativas disponíveis devem ser avaliadas com a finalidade de escolher a melhor
opção.
Para Anderson
et al.
(2003), o processo de tomada de decisão envolve normalmente os
seguintes passos:
1.
Identificar e definir o problema / decisão a ser tomada;
2.
Determinar as alternativas;
3.
Determinar o critério ou critérios que serão usados para avaliar as alternativas;
4.
Avaliar as alternativas;
5.
Escolher uma alternativa.
Segundo Ragsdale (2001), todos os problemas de análise de decisão possuem algumas
características comuns:
43
1.
A decisão envolve sempre, no mínimo, duas alternativas;
2.
As alternativas são avaliadas com base no valor que elas adicionam a um ou
mais critérios de decisão; critérios de decisão representam fatores que são
importantes para o tomador de decisão e são influenciados pelas alternativas
escolhidas;
3.
valor assumido pelos vários critérios de decisão, sob cada alternativa, depende
dos comportamentos futuros dos eventos que não estão sob controle do tomador
de decisão.
Por outro lado, o autor afirma que boas decisões não implicam necessariamente em
bons resultados; as técnicas ajudam a tomada de decisões consistentes, mas não
garantem, por si só, a obtenção de bons resultados.
44
CAPÍTULO 4:
TÉCNICAS E MÉTODOS DE ANÁLISES DE RISCOS
4.1 INTRODUÇÃO
Neste capítulo, apresentam-se as principais abordagens de análises de riscos (qualitativa
e quantitativa), assim como suas principais características, vantagens, desvantagens e o
enquadramento das principais técnicas e métodos de análise de risco ao tipo de sistema
em estudo.
Em geotecnia, as análises de risco quantitativas são de difícil definição devido às
incertezas envolvidas no processo. No entanto, pode-se calcular a probabilidade de
ocorrência do evento usando variáveis fundamentais como, por exemplo, a geometria,
os parâmetros geotécnicos, a influência da água, etc. Por outro lado, as análises de risco
qualitativas tendem a ser subjetivas, já que a definição da probabilidade de ocorrência
do evento está intimamente ligada aos conceitos e experiências anteriores do analista.
Sendo assim, em uma área de conhecimento como a engenharia geotécnica, nenhuma
das duas abordagens é totalmente adequada, no sentido de modelar completamente a
realidade. Um bom método de análise é aquele que consegue representar a realidade do
evento, com aquisição correta dos dados, refletindo-se em uma avaliação adequada dos
eventos e, conseqüentemente, em resultados coerentes. Dessa forma, a escolha do
método de análise é de grande importância e deve oferecer suporte teórico e facilidade
de execução.
Porém, os métodos de análises de riscos somente são eficazes quando são usados dentro
dos limites e critérios específicos de cada um. Nesse sentido, observa-se que as duas
abordagens de análise, qualitativa e quantitativa, são necessárias, mas insuficientes e
devem ser usadas de forma simultânea. A seguir, são expostos os principais conceitos
associados às análises de risco qualitativas e quantitativas.
45
No desenvolvimento deste trabalho, será aplicada a combinação de três tipos de análises
semi – quantitativas, que auxiliam a modelação das análises de riscos em obras
geotécnicas: (i) FTA (
Fault Tree Analysis
); (ii) FMEA (
Failure Mode and Effect
Analysis
) e (iii) FMECA (
Failure Mode, Effect and Criticality Analysis
); é importante
ressaltar que as metodologias FMEA e a FTA são parte do desenvolvimento da
FMECA. Esses métodos serão explicitados detalhadamente nos itens 4.5 e 4.6.
4.2 ANÁLISES DE RISCO QUALITATIVAS E QUANTITATIVAS
Os métodos de análise de risco dos sistemas podem ser classificados, em qualitativos ou
quantitativos, segundo a metodologia utilizada na execução da análise. Em geotecnia, é
usual utilizar uma metodologia conjunta dessas abordagens no processo de identificação
e de estimação dos riscos do sistema em estudo e, neste contexto, essa metodologia é
denominada de análise semi-quantitativa.
Nesse sentido, os métodos qualitativos e quantitativos não se excluem, mas podem ser
complementares, de forma a integrar as duas técnicas, a partir do reconhecimento das
especificidades e particularidades de cada uma. Os métodos qualitativos contribuem
com a melhor compreensão dos fenômenos e as análises quantitativas dão uma ordem
de grandeza do risco vinculado ao fenômeno.
As técnicas quantitativas de análise seguem procedimentos padronizados e objetivos
nos quais as hipóteses e as variáveis do problema estão claramente definidas por meio
de dados quantitativos. Para a aplicação de uma análise quantitativa, torna-se necessário
especificar quais os conceitos e métodos serão usados para definir as hipóteses a serem
propostas e as variáveis a serem adotadas.Se o objeto em estudo estiver bem definido, e
houver informações suficientes sobre o tema, então, torna-se viável a aplicação da
metodologia proposta a situações similares. No entanto, a abordagem quantitativa
baseia-se em métodos estatísticos e probabilísticos, não podendo ser considerada uma
técnica infalível que resulte em verdades absolutas pela dificuldade de se modelar
fielmente a realidade dos eventos.
46
Por outro lado, as análises qualitativas são direcionadas à obtenção subjetiva de dados
descritivos, mediante a interação direta do analista com o problema em estudo, com a
finalidade de entender os fenômenos atuantes segundo a experiência e conhecimentos
prévios dos participantes das análises. Caso as hipóteses não estejam definidas e não
haja clareza nos objetivos da pesquisa, os métodos qualitativos ajudam no trabalho de
construção do objeto estudado, facilitam a descoberta de dimensões não conhecidas do
problema e permitem também formular e comprovar novas hipóteses.
Nas análises qualitativas, é necessário caracterizar quais são os potenciais modos,
cenários e mecanismos de falha do sistema, bem como prever quais as conseqüências
dos eventos. No entanto, não é possível determinar a importância do evento, quando
comparado a outros, devido à falta de resultados quantificáveis. Assim, ao se integrar as
duas técnicas de análise de riscos, é possível quantificar as observações meramente
qualitativas e definir uma hierarquia dos riscos.
A definição do tipo de análise a ser utilizada está intimamente relacionada à quantidade
de informações disponíveis e à própria natureza do problema. Quando a disponibilidade
de informação for escassa, é aconselhável fazer uma análise qualitativa ou semi-
quantitativa por meio da observação e da avaliação direta dos itens do sistema em
estudo; por outro lado, se existir informação suficiente que permita uma modelagem
próxima da realidade, seria recomendável fazer análises quantitativas.
Assim, para garantir que uma dada metodologia é mais adequada, devem ser analisadas
três questões básicas (Tanaka e Melo, 2001):
1.
Qual é o objeto da avaliação?
a.
Destacar, descrever e analisar um fenômeno? (Análise quantitativa);
b.
Explicar e interpretar o significado e a intenção do fenômeno produzido?
(Análise qualitativa),
c.
Ambas as respostas (Análise semi-quantitativa).
2.
Quais são os dados disponíveis?
3.
Qual é o tempo disponível para se realizar a avaliação?
47
Na Tabela 4.1, apresentam-se as principais vantagens e desvantagens das análises
qualitativas e quantitativas e, nos itens 4.2.1 e 4.2.2, são apresentados e discutidos os
principais relacionados às duas abordagens de análise.
Tabela 4.1 – Vantagens e desvantagens das análises qualitativas e quantitativas
(modificado de Tanaka e Melo, 2001)
ANÁLISE QUALITATIVA ANÁLISE QUANTITATIVA
VANTAGENS
Permite interação entre o objeto de estudo
e o analista;
Considera a subjetividade dos integrantes
da equipe;
Permite a compreensão de resultados
individualizados;
Permite compreender os múltiplos
aspectos dos sistemas;
Permite avaliar resultados difusos e não-
específicos.
Possibilita a análise direta dos dados;
Tem força demonstrativa;
Permite a generalização com base na
representividade;
Permite a aplicação da metodologia para
outros contextos.
DESVANTAGENS
Pode conduzir a uma excessiva coleta de
dados;
Depende de uma capacidade maior de
análise por parte do avaliador;
Exige maior uso do recurso tempo.
Significado é sempre sacrificado em
detrimento do rigor matemático exigido;
Não permite análise das relações;
Os resultados podem ser considerados
como verdade absoluta por parte dos
analistas de risco desconsiderando outras
variáveis.
4.3 ANÁLISES DE RISCO QUANTITATIVAS
As análises quantitativas são baseadas em princípios probabilísticos e estatísticos, sendo
possível expandi-las a situações similares. As análises de risco quantitativas são de
natureza dedutiva, ou seja, partem de uma hipótese estruturada e chegam à confirmação
da teoria (Figura 4.1).
48
Figura 4.1 – Estrutura das análises dedutivas (modificado de Santos, 2007)
Nesse tipo de análises, começa-se com o cenário de ruptura do sistema e tenta-se chegar
às causas que provocaram a ruptura, ou seja, inicia-se o processo pelas situações gerais
e direcionam-se as análises a situações específicas que representam as suas causas
potenciais.
Conforme exposto previamente, as análises de riscos quantitativos aplicadas a obras
geotécnicas são dificilmente modelados, mas é possível caracterizar estatisticamente
algumas das variáveis fundamentais (geometria, características dos materiais e ações
desencadeadoras das rupturas, por exemplo) e realizar o cálculo das probabilidades de
ocorrência dos modos de ruptura.
Na aplicação de análises de risco quantitativas, devem ser consideradas as seguintes
incertezas:
1.
Caracterização da ocorrência dos eventos naturais;
2.
Deficiência do conhecimento físico dos sistemas naturais e artificiais (sistemas
complexos);
3.
Incerteza da calibração dos modelos utilizados nas análises de risco;
4.
Probabilidades estimadas para a ocorrência de eventos nos componentes do
sistema, com base em valores subjetivos;
5.
Previsão dos danos (estimativa do número de vítimas afetadas e das possíveis
perdas econômicas).
CONFIRMAÇÃO
OBSERVAÇÃO
HIPÓTESE
TEORIA
49
4.4 ANÁLISES DE RISCO QUALITATIVAS
Os métodos qualitativos de análise têm a capacidade de descobrir, revelar e explicar os
fenômenos e eventos que podem ocorrer nos sistemas, além de definir novas relações
entre as variáveis envolvidas no processo de análise e tentar prever comportamentos do
sistema, não previstos em projeto. Nesse sentido, nas fases preliminares e iniciais da
pesquisa, os métodos de análise qualitativos são de grande ajuda e, comumente,
utilizados. Porém, segundo Cavalli (1996), a fase preliminar de um projeto pode ser
legitimamente considerada o ponto de chegada da pesquisa.
Em geral, as análises de risco qualitativas são de natureza indutiva (Figura 4.2), de tal
forma que o processo de observação conduz à formulação das hipóteses, das variáveis,
dos objetivos da pesquisa e, conseqüentemente, da teoria que explica os fenômenos e os
eventos que já ocorreram ou que podem vir a ocorrer. A análise começa com a
observação do sistema e com a identificação dos riscos e, assim, define a hipótese a ser
estudada, a influência do risco para o desempenho do sistema e as conseqüências
associadas à ocorrência do evento.
Figura 4.2 – Estrutura das análises indutivas (modificado de Santos, 2007)
Segundo Godoy (1995a), as metodologias básicas para se estabelecer uma abordagem
qualitativa são: (i) a pesquisa documental; (ii) o estudo de caso e (iii) a etnografia. No
caso de análises de risco em geotecnia, somente as duas primeiras são aplicáveis, já que
a etnografia é usada em antropologia e voltada ao estudo de comunidades.
TEORIA
HIPÓTESE
OBSERVAÇÃO
MODELO
50
A pesquisa documental é o estudo das informações disponíveis, mas que ainda não
foram estudadas de forma analítica ou que podem ser reexaminadas, com a finalidade
de reinterpretar ou complementar as análises realizadas. Esse tipo de análise requer
longos períodos de tempo para estudo, mas oferece a facilidade de estudar situações ou
sistemas aos quais não se tenha acesso facilmente.
O objeto de estudo de caso, como seu nome indica, refere-se à análise profunda de um
determinado sistema. Esse tipo de análise exige um exame detalhado do ambiente, das
situações e dos fenômenos que podem por em risco a segurança do sistema em estudo.
Essa modalidade de observação permite reconstruir a história do sistema, registrando as
cicatrizes e marcas deixadas pela ocorrência dos eventos indesejados, além de fornecer
informações sobre os fenômenos que podem ocorrer. Neste trabalho, será realizada uma
análise semi-qualitativa de estudo de caso, aplicada a pavimentos ferroviários e cuja
metodologia será apresentada no Capítulo 7.
Apesar das várias vantagens de aplicação das análises qualitativas, existem algumas
dificuldades relacionadas com a sua essência. As análises qualitativas são de natureza
subjetiva, já que dependem da experiência e conhecimento dos pesquisadores e
analistas. A principal limitação nesse tipo de análise é a divergência dos conceitos entre
os membros da equipe e o fato de codificar e compilar os critérios dos analistas para
realizar a análise. Os critérios e conceitos usados na observação do sistema podem
afetar o resultado da análise. Por esse motivo, é aconselhável reunir a equipe antes de
começar a fase de observação, com o intuito de padronizar os conceitos envolvidos na
análise e produzir um texto com o resumo das definições dos conceitos acordadas na
reunião e que ajude a resolver as dúvidas que possam surgir na coleta de dados, com a
finalidade de diminuir a subjetividade do processo e facilitar a coleta de informações.
Por outro lado, a coleta e análise de dados são extremamente trabalhosas e é necessário
definir um método de registro e análise dos dados que os torne comparáveis. Neste
trabalho, a coleta de dados será feita por meio de formulários específicos (Anexos I e II)
e a análise dessas informações será feita por matrizes de criticidade (item 4.5.3.4), além
da utilização de ferramentas de análise semi-qualitativa.
51
Outra dificuldade associada às análises qualitativas refere-se à falta de confiabilidade
nos dados coletados e, conseqüentemente, à validação dos resultados. Neste sentido,
Bradley (1993, citado por Neves, 1996) recomenda o uso de quatro critérios para
atenuação destes impactos: (i) conferir a credibilidade do material investigado; (ii) zelar
pela fidelidade no processo de transcrição que antecede a análise; (iii) considerar os
elementos que compõem o sistema; (iv) assegurar a possibilidade de confirmação
posterior dos dados pesquisados.
4.5 PRINCIPAIS TÉCNICAS DE ANÁLISES DE RISCOS
As análises de riscos devem ser executadas de forma organizada e sistemática e a
escolha do método depende da natureza da obra e do nível de detalhamento requerido
na análise; assim, é possível aplicar técnicas diferentes em cada fase do projeto. A
Tabela 4.2 apresenta um resumo das características das principais técnicas de análises
de riscos comumente utilizadas.
Tabela 4.2. – Resumo das características das principais técnicas de análises de riscos
(modificado de Santos, 2007)
Tipo de Análise*
Métodos de Análise de Riscos QL SQT QT
Análise por Listas de Verificações (Checklist Analysis) X
Análise Preliminar de Riscos (PRA – Preliminary Risk Analysis) X
Análise de Perigos e Operacionalidade (HAZOP – Hazard and
Operability Analysis)
X
Índices de Risco X
Análise por Árvore de Eventos (ETA – Event Tree Analysis) X X
Manutenção Centrada
na Confiabilidade
Análise dos Modos de Ruptura e seus Efeitos
(FMEA – Failure Modes and Effects Analysis)
X
Análise dos Modos de Ruptura, seus Efeitos e sua
Criticidade (FMECA– Failure Modes, Effects and
Criticality Analysis)
X
Análise por Árvore de Falhas (FTA – Fault Tree
Analysis)
X X
* QL: análises qualitativas; SQT: análises semi - quantitativas; QT: análises quantitativas.
52
4.5.1. ANÁLISE POR LISTAS DE VERIFICAÇÕES (CHECKLIST
ANALYSIS)
As análises por listas de verificações baseiam-se no conhecimento da história da obra,
ou de obras similares, por meio de documentos e/ou inspeções de campo, resultando em
uma lista de verificação (Tabela 4.3). Este tipo de análise auxilia na identificação de
todos os elementos da cadeia de eventos que induzem à falha do sistema.
Tabela 4.3 – Exemplo de uma análise por listas de verificação
Itens do Sistema a Analisar
Ocorrência
Observações
Sim Não
Item 1
Componente 1.1
Componente 1.2
Item 2
Componente 2.1
Componente 2.2
Item 3
A qualidade da aplicação deste tipo de análise depende, principalmente, da experiência
das pessoas que criam e usam as listas de verificação. Por outro lado, esta técnica pode
ser aplicada a qualquer tipo de sistema, processo ou atividade, especialmente em
projetos para prevenção de acidentes.
4.5.2. ANÁLISE PRELIMINAR DE RISCOS (PRA)
A análise preliminar de riscos é uma técnica qualitativa usada na primeira fase do
projeto, quando existe pouca informação sobre o sistema, com o objetivo de identificar
53
os riscos associados ao sistema ou, no caso de verificação de funcionamento dos
sistemas, caracterizar os potenciais riscos existentes.
Este método é comumente utilizado com as listas de verificações, para identificar os
riscos associados e analisá-los separadamente para descrever as causas, conseqüências e
a probabilidade de ocorrência do evento. As conseqüências podem ser classificadas de
acordo com os impactos decorrentes das mesmas, permitindo a hierarquização dos
riscos segundo a gravidade que representam para os sistemas.
A análise preliminar dos riscos fornece as fragilidades do sistema na fase inicial da sua
vida útil e, dessa forma, permitem o gerenciamento dos riscos desde a fase inicial do
projeto, evitando a reformulação das soluções em face da ocorrência dos riscos. Em
resumo, essa técnica é usada para: (i) definir os perigos; (ii) estimar as possíveis
conseqüências dos perigos e (iii) propor medidas para reduzir os riscos. Em geral,
constitui a primeira etapa de uma análise de riscos e seus resultados podem ser usados
em outras técnicas de análise mais detalhadas como a FMEA, a FMECA e a HAZOP.
4.5.3. ANÁLISE DE PERIGOS E OPERACIONALIDADE (HAZOP)
A análise de perigos e operacionalidade é uma técnica indutiva baseada na premissa de
que os riscos, os acidentes e os problemas de operacionalidade são produzidos como
conseqüência do desvio das variáveis do processo, em relação aos parâmetros normais
de operação em um sistema ou subsistema, sendo, portanto, aplicável numa etapa de
projeto ou em sua plena operação. Esta técnica consiste em analisar sistematicamente as
causas e as conseqüências dos desvios das variáveis do processo, em todos os itens do
sistema, através de palavras-chave. A realização de uma análise HAZOP consta das
etapas descritas a seguir:
1.
Definição da área de estudo: consiste em delimitar as áreas às quais serão
aplicados os princípios da técnica,
2.
Definição dos itens a analisar: caracterização dos os itens dos subsistemas que
serão analisados;
54
3.
Aplicação das palavras-chave: as palavras-chave são utilizadas para indicar o
conceito que representam a cada um dos itens definidos na etapa anterior; estas
palavras-chave podem ser
não
,
mais que
,
menos que
,
também
,
ao contrário de
e
à exceção de
;
4.
Definição dos desvios a estudar: para cada item são formulados, de forma
sistemática, os desvios que implicam a aplicação de cada palavra-chave.
4.5.4. ÍNDICES DE RISCO (IR)
Este método utiliza uma abordagem semi-quantitativa para determinar o valor de risco
associado a uma determinada obra. O índice de risco é determinado com base em
valores resultantes de uma classificação de fatores devidamente selecionados, que
permitem estabelecer o grau de segurança da estrutura.
Para sua aplicação é necessário um conjunto de fatores agrupados em classes, que
considerem as condições externas, as características da estrutura e as conseqüências
potenciais associadas ao risco. Cada fator recebe uma classificação, considerando uma
escala de valores, de acordo com a importância relativa do risco.
Os índices de risco são métodos de avaliação de perigos semi-quantitativos diretos e
relativamente simples que resultam em uma classificação relativa do risco associado a
um evento. Esse tipo de análise não é empregada para estimar riscos individuais, mas
fornece valores numéricos que permitem identificar os riscos potenciais de um sistema e
hierarquizá-los adequadamente.
4.5.5. ANÁLISE POR ÁRVORE DE EVENTOS (ETA)
A ETA é uma técnica de análise quantitativa que permite modelar os possíveis
resultados de um evento inicial. A análise por árvore de eventos é iniciada com um
evento, sendo identificadas todas as possíveis conseqüências desse evento, bem como a
sua probabilidade de ocorrência. Os eventos, as conseqüências e as probabilidades são
55
representados na forma de uma árvore de eventos (Figura 4.3); dessa forma, é possível
desagregar as seqüências de ruptura de um modo lógico e coerente e, assim, com base
nos resultados obtidos, calcular a fiabilidade do sistema.
Figura 4.3 - Exemplo de uma análise por árvore de eventos (ETA)
Nas aplicações de análise de risco, o evento inicial da árvore de eventos é, em geral, a
falha de um componente ou subsistema, sendo os eventos subseqüentes determinados
pelas características do sistema. Para o traçado da árvore de eventos, as seguintes etapas
devem ser seguidas:
1.
Definir o evento inicial que pode conduzir ao acidente;
2.
Definir os sistemas de segurança (ações) que podem minimizar o efeito do
evento inicial;
3.
Representar, em uma árvore lógica de decisões, as seqüências de acontecimentos
que podem surgir a partir do evento inicial;
4.
A partir da árvore de eventos, calcular a probabilidade de ocorrência de
acidentes associada à seqüências de eventos.
OCORRÊNCIA DO
EVENTO INICIAL
OCORRÊNCIA DO
EVENTO I
OCORRÊNCIA DO
EVENTO II
OCORRÊNCIA DO
EVENTO III
PROBABILIDADE DE
OCORRÊNCIA DE ACIDENTE
PROBABILIDADE DE
OCORRÊNCIA DE ACIDENTE
PROBABILIDADE DE
OCORRÊNCIA DE ACIDENTE
PROBABILIDADE DE
OCORRÊNCIA DE ACIDENTE
0,857
0,045
0,002
0,002
0,002
0,001
0,001
NÃO
0,050
SIM
0,950
SIM
0,999
NÃO
0,001
SIM
0,950
SIM
0,950
SIM
0,950
SIM
0,950
SIM
0,950
SIM
0,950
NÃO
0,050
NÃO
0,050
NÃO
0,050
NÃO
0,050
NÃO
0,050
NÃO
0,050
0,045
0,045
56
4.6 MANUTENÇÃO CENTRADA NA CONFIABILIDADE (RCM)
A Manutenção Centrada na Confiabilidade (RCM –
Reliability Centred Maintenance
)
originou-se na década de 50, quando foram criadas técnicas para avaliar a
confiabilidade de componentes de sistemas mecânicos e elétricos; nos últimos 20 anos,
porém, a técnica disseminou-se em outras áreas da engenharia e, na atualidade, trata-se
da aplicação de um método estruturado e sistemático para estabelecer a melhor
estratégia de manutenção para um dado sistema ou equipamento.
A manutenção centrada na confiabilidade tem início mediante a identificação das
funções ou do desempenho requerido pelos itens que compõem o sistema, os modos de
falha e as causas prováveis e, então, detalha os efeitos e conseqüências da falha. Dessa
forma, pode-se avaliar a criticidade das falhas e serem identificadas as conseqüências
relevantes que afetam a segurança, a disponibilidade ou custo do sistema em estudo.
Assim, as tarefas de manutenção para cada modo de falha podem ser adequadamente
selecionadas; a Figura 4.4 esquematiza a interligação entre função, modo de falha, causa
e conseqüências.
Figura 4.4 – Interligação entre função, modo de falha, causas e conseqüências
(modificado de Brito, 2007)
As conseqüências das falhas são mais importantes do que suas características técnicas;
assim, as decisões sobre o tratamento das falhas devem focalizar as conseqüências das
falhas e as formas de evitá-las. As conseqüências podem ser divididas em falhas
operacionais, não-operacionais e na segurança humana e ambiental. A Figura 4.5 ilustra
os diferentes impactos de cada tipo de conseqüência.
Causas
MODO DE
FALHA
FUNÇÃO
Afeta
Efeitos
57
Figura 4.5 – Conseqüências das falhas (modificado de Brito, 2007)
Existem várias formas de se propor uma metodologia de manutenção centrada na
confiabilidade, que podem ser baseadas na manutenção reativa, preventiva, preditiva e
proativa. A Figura 4.6 apresenta os componentes associados a cada tipo de manutenção
e como as diferentes técnicas podem ser integradas, e não aplicadas independentemente,
para aproveitar as vantagens de cada uma dela de modo a otimizar a operacionalidade e
a eficiência do sistema. Neste trabalho, será usado um processo de manutenção proativa,
usando técnicas de análises de risco detalhadas como o FMEA/FMECA e FTA.
Figura 4.6 – Tipos de manutenção associados à manutenção centrada na confiabilidade
4.6.1. PADRÕES DAS FALHAS
Os padrões das falhas representam a freqüência de ocorrências das falhas em função do
tempo. A manutenção centrada na confiabilidade usa seis tipos básicos de padrões de
falha para representar a curva da taxa de falhas, com as taxas de falhas sendo lançadas
no eixo vertical e os tempos no eixo horizontal (Figura 4.7).
Não Operacionais:
(i) Perdas de Operacionalidade
(ii) Problemas Econômicos
Operacionais:
(i) Tempo Parado
(ii) Custos Operacionais
Segurança Humana e
Ambiental:
(i) Morte
(ii) Ferimentos
(iii) Poluição
CONSEQÜÊNCIAS DA
FALHA
Preditiva ProativaPreventivaReativa
- Pequenos itens não
críticos;
- Pouca probabilidade
de falhar;
- Sem conseqüências.
- Itens sujeitos a
desgaste;
- Modelo de Falha
conhecido;
- Vida útil definida.
- Itens não sujeitos a
desgaste;
- Modelo de Falha
randômico;
- FMEA;
- FMECA;
- FTA;
- Exploração da
Idade (EI).
RCM
58
Figura 4.7 – Taxas de falhas
versus
tempos
As curvas
A
e
B
são típicas de itens simples e partes estruturais, enquanto itens mais
complexos têm as curvas de probabilidade condicional dos tipos
C
,
D
,
E
e
F
. A curva
A
representa uma elevada ocorrência de falhas no início de operação do item físico,
seguido de uma ocorrência constante de falhas e, posteriormente, um aumento na
freqüência devido à degradação do item e a fatores externos. A curva
B
apresenta a
probabilidade constante de falha e um aumento da freqüência no fim da sua vida útil. A
curva
C
apresenta um aumento gradual da freqüência sem nenhuma zona mais crítica. A
curva
D
mostra um rápido aumento da taxa de falha no início da vida útil e a
manutenção posterior para um nível constante. A curva
E
mostra uma taxa de falha
constante ao longo de toda a vida útil do sistema. A curva
F
de falhas indica uma maior
probabilidade de falhas no começo da vida útil ou após a restauração tendendo a ter uma
taxa de falha constante ao atingir a estabilização do sistema.
4.6.2. FALHA DOS SISTEMAS
As falhas podem ser definidas como a incapacidade do item físico de desempenhar a
função para a qual foi projetado. Assim sendo, a combinação de uma ou mais falhas de
um equipamento e/ou erros humanos causa a perda da funcionalidade do sistema. Em
geral, os seguintes fatores influenciam a falha dos itens componentes de um sistema
geotécnico:
Taxa de
Falha
Tempo
Curva A
Taxa de
Falha
Tempo
Curva B
Taxa de
Falha
Tempo
Curva C
Tempo
Curva D
Tempo
Tempo
Taxa de
Falha
Taxa de
Falha
Taxa de
Falha
Curva E
Curva F
59
1.
Erro de Projeto;
2.
Problemas de Execução / Construção;
3.
Uso Inadequado;
4.
Manutenção Inadequada ou Erros na Manutenção (Erro Humano).
No entanto, embora a manutenção não tenha muita influência na ocorrência de falhas
nos sistemas, ajuda a aumentar a confiabilidade da estrutura. Quando a RCM é aplicada
a projetos pode gerar modificações no projeto e/ou melhoramentos operacionais. Assim,
pode-se concluir que uma metodologia de gerenciamento das falhas, como a RCM, é
baseada no entendimento dos mecanismos de falha.
4.6.3. METODOLOGIA PARA A APLICAÇÃO DA TÉCNICA RCM
Uma metodologia de manutenção eficaz e adequada deve responder a sete perguntas
básicas (Brito, 2007):
1.
Quais as funções do sistema / equipamento e os padrões de desempenho
associados?
2.
Como o sistema pode falhar ao realizar essas funções?
3.
O que pode causar a falha funcional?
4.
O que acontece quando uma falha ocorre?
5.
Quais podem ser as conseqüências quando a falha ocorre?
6.
O que pode ser feito para detectar e prevenir a ocorrência da falha?
7.
O que deverá ser feito se uma tarefa de manutenção não puder ser identificada?
Respondendo a estas perguntas, é possível: (i) selecionar a melhor política de
manutenção; (ii) reduzir a probabilidade da falha; (iii) analisar o modo de falha e não o
efeito da falha; (iv) analisar o custo-benefício; (v) propor procedimentos voltados à
confiabilidade e (vi) propor alterações no projeto visando a confiabilidade. A
metodologia para implementação é uma seqüência de procedimentos que serve como
base para a aplicação da manutenção centrada na confiabilidade (Figura 4.8),
cujos
princípios são expostos em seguida.
60
Figura 4.8 – Procedimentos para aplicação da manutenção centrada na confiabilidade
RCM (modificado de Brito, 2007)
Preparação do Estudo
Seleção do Sistema e
Subsistema Funcional
Determinação da
Equipe Técnica
Definição dos
Objetivos e Escopo da
Análise
Equipe
Técnica
Seleção dos Itens
Críticos
Análise dos Modos de
Falha, Efeitos e Criticidade
Seleção da Tarefas de
Manutenção
Árvore Lógica da
Decisão
Planilha de
Identificação
das Fronteiras
do Sistema
Planilha de
Descrição do
Sistema
Planilha do
Diagrama de
Blocos
Funcionais
Planilha de
Falhas
Funcionais
Planilha de
Descrição dos
Itens Físicos
Planilha do
Històrico dos
Itens Físicos
Planilha de
Associação dos
Itens Físicos ,
das Funções,
das Falhas
Funcionais e
das Medidas
Mitigadoras
Planilha do
FMEA /
FMECA
Plano de
Manutenção
RCM
Análise das Funções e
Falhas Funcionais
Árvore Lógica da
Decisão
Análise de Riscos
Gestão de Riscos
61
1.
Preparação do Estudo
: estabelecer e definir os objetivos e o escopo da análise;
2.
Seleção do Sistema
: esta etapa compreende a determinação do que será analisado e
em qual nível de detalhe;
3.
Análise das Funções e Falhas Funcionais
: os objetivos dessa etapa podem ser
expressos da seguinte forma:
(a)
Definição das fronteiras do sistema e sua descrição;
(b)
Identificação das interfaces de entrada e saída do sistema;
(c)
Identificação e descrição das funções do sistema;
(d)
Identificação das formas como o sistema pode falhar.
É imperativo coletar informações que sejam suficientes para determinar as funções e as
falhas funcionais do sistema (Brito, 2007):
(a)
Definições das fronteiras do sistema: essa etapa permite identificar as fronteiras
entre os sub-sistemas componentes, garantindo que nenhuma função importante
seja negligenciada;
(b)
Descrição do sistema: essa etapa permite identificar e documentar os detalhes
essenciais para continuação da implementação da RCM;
(c)
Funções e falhas funcionais: essa etapa permite identificar as funções e falhas
funcionais dos itens que compõem o sistema; em geral, é utilizada uma planilha
para a descrição das falhas funcionais.
4.
Seleção dos Itens
Críticos: o objetivo desta etapa é identificar os itens físicos
críticos com relação às falhas identificadas na etapa anterior;
5.
Coleta e Análise de Informações
: as informações sobre os itens componentes do
sistema são fundamentais para a implementação do processo de RCM já que
subsidiam informações para a tomada de decisões;
6.
Análise de Modos de Efeitos de Falha (FMEA/FMECA e FTA)
: consiste em
identificar os modos de falha principais dos itens críticos do sistema;
7.
Seleção de Tarefas Preventivas
: essa etapa compreende a seleção das tarefas a
serem aplicadas na prevenção das falhas funcionais.
62
Os blocos funcionais servem para ilustrar as relações entre os itens componentes de um
subsistema. Cada bloco representa a função que o item deve desempenhar e as setas
relacionam as funções na seqüência de funcionamento do sistema. Na Figura 4.9
apresenta-se um exemplo de bloco funcional.
Figura 4.9 – Exemplo de bloco funcional
Após a implementação da metodologia RCM, deve-se proceder ao registro de resultados
de cada etapa através de formulários específicos (Anexos I e II), com a finalidade de
tornar a metodologia em um sistema efetivo para assegurar operações confiáveis e
seguras do sistema.
4.7 ANÁLISE DOS MODOS DE RUPTURA POR SEUS EFEITOS
(FMEA) E POR SUA CRITICIDADE (FMECA)
4.7.1. DEFINIÇÃO DO MÉTODO
Segundo Nogueira e Toledo (1999), dentro da estratégia de aumento da confiabilidade,
a adoção de medidas preventivas tornou-se indispensável e, como suporte a esta ação, o
uso do FMEA foi considerado o mais adequado, dada a sua característica em adotar
ações preventivas baseadas em prioridades.
O método FMECA originou-se em 1949 com o desenvolvimento da norma militar MIL-
STD-1629 do Departamento de Defesa dos EUA, utilizada para o controle e a melhoria
ID - Componente
Inputs
Outputs
Próximas Funções
(dos itens do sistema em
análise)
Funções Anteriores
(dos itens do sistema em
análise)
Título da Função
63
da qualidade das armas e do equipamento militar. Essa norma estabelece exigências e
procedimentos para executar uma FMECA no intuito de avaliar e documentar de forma
sistemática as eventuais falhas num sistema, os impactos potenciais de cada falha e
classificar a severidade das conseqüências, de forma a tomar medidas corretivas que
eliminem ou controlem os itens com maior risco.
Na década de 60, a metodologia FMECA começou a ser usada com propósitos
industriais e, principalmente, no estudo de sistemas elétricos e/ou mecânicos. Em 1985,
a
International Electrotechnical Comission (
IEC) publicou um procedimento para
realizar uma FMECA nesse tipo de sistemas.
A FMEA (
Failure Modes and Effects Analysis
) é um método de análise usado para
definir e identificar os possíveis modos potenciais de falha e identificar as causas de
cada modo de falha e os efeitos sobre o desempenho do sistema. O método permite
organizar e classificar os riscos de forma a identificar a relevância de cada um e
identificar as soluções mais eficientes em termos de custos, a fim de prevenir problemas
potenciais.
A metodologia FMECA (
Failure Modes, Effects and Criticality Analysis
) complementa
e completa a FMEA. A FMECA, além de analisar os modos de falha e os seus efeitos,
analisa a criticidade e caracteriza a importância no funcionamento do sistema de cada
um dos modos de falha, o impacto que eles têm sobre o desempenho do sistema e a
dimensão das conseqüências.
O manual complementar da FMEA da QS 9000 define a técnica como um grupo de
atividades sistêmicas com objetivo de (IQA, 1997):
1.
Reconhecer e a avaliar as falhas potenciais de um produto / processo e seus
efeitos;
2.
Identificar as ações que podem eliminar ou reduzir a chance do modo de falha
potencial vir a ocorrer;
3.
Documentar o processo da análise.
64
Segundo Slack
et al.
(1996), o objetivo da FMEA é identificar as características críticas
do sistema para vários modos de falha e é um método de análise que permite identificar
as falhas antes que elas aconteçam, por meio de uma lista de verificação (
checklist
),
com a finalidade de responder a três perguntas-chave:
1.
Qual a probabilidade da falha ocorrer?
2.
Qual a conseqüência da falha?
3.
Com qual probabilidade essa falha pode ser detectada antes que afete o processo
de produção?
A aplicação da FMEA em obras geotécnicas e, principalmente, em pavimentos
ferroviários, é muito limitada por fatores diversos, devido à dimensão das estruturas, à
variação da geometria, à heterogeneidade dos materiais, à não-linearidade dos
componentes dos terrenos, à natureza discreta dos maciços rochosos e à interação com
outras estruturas.
Segundo Santos (2007), dada à complexidade das obras geotécnicas, a eficácia da
FMEA depende da intervenção de especialistas com o conhecimento e experiência
adequados à identificação dos modos de ruptura e à capacidade de propor medidas de
mitigação apropriadas. Para tal, é essencial que a equipe inclua pessoas capazes de
avaliar e lidar, entre outros, com os aspectos geotécnicos, geológicos, hidrológicos,
sismológicos e ambientais, assim como, se aplicável, serem conhecedores do histórico e
da seqüência de eventos da própria obra.
Dessa forma, a análise tem de ser realizada em termos da funcionalidade de cada item
componente do sistema e das causas dos modos de falha, que podem resultar em
diferentes tipos de conseqüência sobre o desempenho do sistema principal. A FMEA é
uma técnica iterativa e sistemática que garante que os modos de ruptura possíveis sejam
analisados em termos de:
−
Causas potenciais;
−
Possíveis conseqüências;
65
−
Efeitos sobre o desempenho do sistema;
−
Formas de detecção das causas do modo de falha;
−
Formas disponíveis para controlar ou minimizar os efeitos no sistema.
No entanto, é preciso considerar que a perda de funcionalidade isolada de um dado
componente do sistema não é, necessariamente, suficiente para afetar o desempenho do
sistema. Em geral, nas análises de riscos, os modos de ruptura associados aos
componentes do sistema são estudados de forma individual e sem variação no tempo.
Em obras geotécnicas, como as rupturas resultam da combinação de eventos ao longo
do tempo, para realizar as análises de risco, as variáveis devem ser definidas e
analisadas de modo a representar o sistema na situação mais desfavorável possível.
4.7.2. OBJETIVOS DO MÉTODO
Os objetivos principais de uma FMEA / FMECA são (modificado de Brito, 2007):
1.
Assegurar que todos os modos de falha possíveis, seus efeitos e causas sejam
considerados;
2.
Desenvolver uma lista de falhas potenciais, classificadas de acordo com seus
efeitos, estabelecer o sistema e priorizar as melhorias do projeto e os ensaios de
desenvolvimento;
3.
Auxiliar na seleção de alternativas de projeto com alta confiabilidade e
qualidade;
4.
Identificar itens críticos de segurança;
5.
Determinar quais os itens do sistema que necessitam de controles adicionais;
6.
Proporcionar informações adicionais para ajudar no planejamento de programas
de desenvolvimento e de ensaios eficientes e completos;
7.
Proporcionar uma forma de documentação aberta para recomendar ações de
redução do risco;
8.
Proporcionar informações para ajudar na análise de problemas de campo,
avaliando modificações no projeto e desenvolvimento de projetos avançados;
9.
Rever controles atuais.
66
4.7.3. ESTIMATIVA DO ÍNDICE DE CRITICIDADE
Em geral, em sistemas geotécnicos não existem dados suficientes para realizar análises
quantitativas; por esse motivo, utilizam-se métodos semi-quantitativos que coletam a
informação necessária e permitem determinar a probabilidade de ocorrência dos eventos
e a severidade das suas conseqüências. No sentido de hierarquizar o impacto dos riscos
sobre o desempenho do sistema, a FMECA oferece a possibilidade de determinar a
criticidade do risco mediante a combinação de três índices:
(i) Ocorrência:
o
,
(ii) Severidade:
s
;
(iii) Detecção:
d
.
A criticidade de cada modo de ruptura é definida através do cálculo do fator RPN (
Risk
Priority Number
). O RPN pode ser definido em função de duas abordagens distintas. A
primeira relaciona os índices de ocorrência (o), severidade (s) e detecção (d) através da
expressão 4.1 e a segunda abordagem é a representação dos modos de ruptura através de
uma matriz bidimensional chamada
matriz de criticidade
, que relaciona ocorrência (o)
versus
severidade (s).
(4.1)
sendo:
- índice atribuído à possibilidade de ocorrência de um dado modo de ruptura;
- índice atribuído à severidade das conseqüências dos seus efeitos finais.
- índice atribuído à detecção dos eventos.
4.7.3.1. Índices de Ocorrência
A ocorrência está relacionada com a freqüência em que ocorrem as causas / mecanismos
de falha. Sempre que possível, a falha deve ser estimada aplicando-se procedimentos
estatísticos aos dados históricos coletados em processos similares. A Tabela 4.4 mostra
as classes de ocorrência e um exemplo de escala para os índices de ocorrência.
67
Tabela 4.4 – Classes e índices de ocorrência
Classe de
Ocorrência
Ocorrência Valor Critérios
A Quase nunca / Mínima 1 – 2
Falha improvável, nenhuma
ocorrência histórica.
B Falhas raramente ocorrem / Baixa 3 – 4
Muito poucas falhas podem
ocorrer.
C Falhas ocasionais / Moderada 5 – 6
Algumas falhas podem
ocorrer.
D
Falhas ocorrem com freqüência /
Alta / Muito Alta
7 – 9
Alto número de falhas
ocorre com freqüência.
E Quase certa 10
Falhas historicamente
quase certas.
4.7.3.2. Índices de Severidade
A severidade é definida como o impacto das conseqüências sobre o desempenho do
sistema. Os índices de severidade têm que refletir um conjunto de situações, desde a
condição mais catastrófica à mais insignificante. A descrição dos índices de severidade
deve ser clara, objetiva e bem definida com o intuito de não criar polêmica no uso dos
critérios. A Tabela 4.5 mostra as classes de severidade e um exemplo da escala para os
índices de severidade.
Tabela 4.5 – Classes e índices de severidade
Classes de
Severidade
Severidade Valor Critérios
I Nenhum / Mínima 1 – 2
Nenhum efeito sobre os produtos
ou processos.
II Muito pequena / Pequena 3 – 4
Causa pequeno incomodo à
segurança do sistema
III Moderada / Significativa 5 – 6
Resulta em falha sobre o
componente não-vital que demanda
reparo.
IV Grande / Extrema / Séria 7 – 9
Estrutura fortemente afetada, mas
ainda operacional e com critérios
mínimos de segurança.
V Catastrófica 10
Não atende a critérios mínimos de
segurança.
68
4.7.3.3. Índices de Detecção
A detecção é a estimativa da habilidade do controle e monitoramento da estrutura em
detectar os modos potenciais de falha considerados, antes de o evento ocorrer. A
Tabela 4.6 apresenta as escalas usualmente usadas para avaliar a capacidade de detecção
dos eventos nos sistemas. O índice de detecção considera a influência indireta que o
controle e o monitoramento desempenham na probabilidade de ocorrência dos eventos
e/ou na severidade das conseqüências.
Tabela 4.6 – Índices de probabilidade de detecção
Detecção Valor Critérios
Quase certa / Muito Alta 1 – 2
Controles atuais detectam a falha quase
sempre.
Alta / Moderadamente Alta 3 – 4 Grandes chances de detecção.
Média / Baixa 5 – 6 Média chance de detecção.
Muito baixa / Mínima / Rara 7 – 9 Chance muita baixa de detecção.
Quase impossível 10
Não existem controles que detectem esta
falha.
4.7.3.4. Matriz de Criticidade
Na matriz de criticidade, as linhas estão associadas às classes de ocorrência e as colunas
às classes de severidade e, desta forma, os índices da matriz são obtidos por meio da
seguinte relação:
(4.2)
sendo
- índice de severidade (Tabela 4.5) e
- índice de ocorrência (Tabela 4.4).
Com base nas classes de severidade e ocorrência anteriormente definidas, pode-se
estabelecer a correspondente matriz de criticidade
(relação 4.3):
69
!
!
!
!
!
"
#
#
#
$
(4.3)
Na Figura 4.10, é indicada uma outra forma de representar a matriz de criticidade e que
expressa, de forma mais simples, o índice de criticidade obtido por meio da combinação
das classes de severidade e classes de ocorrência. Nesse sentido, a matriz de criticidade
proporciona uma representação gráfica dos modos de falha mais relevantes e que
precisam de ações corretivas ou preventivas mais urgentes para minimizar os riscos.
Figura 4.10 – Representação gráfica da matriz de criticidade
No entanto, na representação gráfica da matriz de criticidade, modos de ruptura de alta
ocorrência e baixa severidade
e modos de ruptura de baixa ocorrência e alta
severidade
!
ficam eqüidistantes da linha de criticidade e este fato dificulta a
hierarquização dos riscos. Por esse motivo, é necessário criar faixas de criticidade e
tolerabilidade dentro da matriz (Figuras 4.11 e 4.12).
(Alta)
(Baixa) (Alta)
E
D
C
B
A
I II III
IV V
Crit
i
cidade Crescente
CLASSES DE OCORRÊNCIA
Aumento do Nível de Ocorrência
CLASSES DE SEVERIDADE
Aumento do Nível de Severidade
70
Figura 4.11 – Índices de criticidade para cada par
(modificado de Santos, 2007)
Figura 4.12 – Faixas de criticidade e tolerabilidade – Matriz de criticidade
I
II
III
IV
V
A
B
C
D
E
C
L
A
S
S
E
S
D
E
S
E
V
E
R
I
D
A
D
E
C
L
A
S
S
E
S
D
E
O
C
O
R
R
Ê
N
C
I
A
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
(Alta)
(Baixa) (Alta)
E
D
C
B
A
I II III IV V
Criticidade
Crescente
CLASSES DE OCORRÊNCIA
Aumento do Nível de Ocorrência
CLASSES DE SEVERIDADE
Aumento do Nível de Severidade
Risco Aceitável
Risco Tolerável
Risco
Intolerável
71
4.7.4. ETAPAS DA FMEA / FMECA
A análise de riscos, desenvolvida através da metodologia FMEA / FMECA, deve ser
apresentada de forma detalhada e cuidadosa, ao longo de todas as suas etapas (Figura
4.13), por meio de uma tabela que inclua, no mínimo, as seguintes informações básicas:
1.
Identificação e Fase da Obra;
2.
Objetivos da análise;
3.
Componentes do sistema analisados;
4.
Função de cada componente do sistema;
5.
Falhas Funcionais de cada componente;
6.
Causas desencadeadoras das Falhas Funcionais;
7.
Efeitos dos modos de ruptura sobre o desempenho do sistema;
8.
Índice de severidade (s);
9.
Índice de ocorrência (o);
10.
Medidas de detecção e controle disponíveis;
11.
Índice de detecção (d);
12.
Índice de criticidade (RPN);
13.
Matriz de criticidade;
14.
Comentários e observações.
Além da tabela resultante da análise, é aconselhável incluir um conjunto de documentos
que facilite a compreensão dos resultados da análise, tais como:
−
Tabelas da escala de valores adotados para determinar os índices de criticidade;
−
Desenhos ilustrativos dos modos e mecanismos de ruptura (croquis);
−
Diagrama dos blocos funcionais para entender a ligação existente entre os itens
que compõem o sistema;
−
Esquema lógico do sistema, que inclua o sistema principal, os subsistemas, os
modos de ruptura e as possíveis conseqüências de evento;
−
Outros documentos que complementem a informação, por exemplo, dados
históricos, estudos, ensaios de laboratório e de campo, relatórios de observação,
fotografias, etc.
72
Figura 4.13 – Etapas para o desenvolvimento de uma FMEA / FMECA
Identificar os Componentes
do Sistema
Definir as Funções dos
Componentes do Sistema
Identifir os Modos
Potenciais de Ruptura
Associados às Funções de
cada Componente
Identificar as Causas
Associadas a cada Modo de
Ruptura
Identificar os Efeitos dos
Modos de Ruptura sobre o
Desempenho do Sistema
Definição do Sistema
Documentar
Resultados
Índice de Severidade (s)
Definição da Freqüência de
Ocorrência dos Eventos
Índice de Ocorrência (o)
Identificar as Medidas de
Detecção e Controle
Índice de Detecção (d)
FMEA
Matriz de Criticidade
Definir RPN
Hierarquização dos Riscos
FMECA
73
Os resultados obtidos de uma análise FMEA / FMECA podem ser usados em análises
mais detalhadas como, por exemplo, nas análises por árvores de falhas (FTA –
Fault
Tree Analysis
). Através da FTA, analisa-se a seqüência de falhas que levam a
ocorrência do evento e, por conseguinte, pode-se estabelecer o impacto de cada modo
de ruptura. No item a seguir, será detalhada a técnica de análise de riscos por árvores de
falhas.
4.8 ANÁLISE POR ÁRVORE DE FALHAS (FTA)
A técnica de análises de risco por árvore de falhas (FTA –
Fault Tree Analysis
) foi
desenvolvida em 1961 por H. A. Watson, dos laboratórios da companhia de telefones
Bell, com o intuito de avaliar a fiabilidade do sistema de controle de lançamento de
mísseis e, posteriormente, foi adotada pela indústria aeroespacial para avaliar os
sistemas de dimensionamento de aviões. Atualmente, as análises por árvores de falhas
integram as técnicas de gestão de riscos em várias áreas.
A FTA é uma das principais técnicas dedutivas de avaliação da confiabilidade dos
sistemas e consiste na construção de um diagrama lógico chamado de árvore de falhas
que, partindo de um evento (evento topo), identifica as possíveis causas do evento e as
combina até atingir as causas raízes que originaram o evento em estudo.
As árvores de eventos e de falha podem ser utilizadas para identificar áreas
problemáticas e/ou conseqüências que levem resultados adversos. Isso pode ser usado
para direcionar a Gestão dos Riscos, como por exemplo, avaliar os efeitos de ações
alternativas para reduzir a probabilidade de ocorrência do evento adverso.
Nas análises por árvores de falhas, descreve-se o evento de topo, em função da
ocorrência de eventos intermediários e eventos primários ou causas raízes dos modos
potenciais de falha do sistema. Nesse sentido, é possível determinar a probabilidade de
ocorrência do evento topo e identificar as causas dos modos de ruptura. A FTA traduz o
sistema físico em um diagrama lógico que, através de simbologia específica, aponta e
identifica as combinações das causas que levam à ocorrência do evento.
74
Essa forma de representação da seqüência lógica da ocorrência de eventos permite a
identificação e modelação dos modos de ruptura dos sistemas, de forma a avaliar a
confiabilidade dos sistemas e dos seus componentes. A análise dos riscos por árvores de
falhas permite a avaliação qualitativa e quantitativa dos resultados e, dessa forma,
permite estabelecer quais os eventos que precisam de um plano de ações para reduzir os
impactos da ocorrência de eventos.
4.8.1. SIMBOLOGIA DOS EVENTOS
A Tabela 4.7 apresenta os símbolos usados na representação gráfica dos eventos através
de análises por árvores de falhas.
Tabela 4.7 – Símbolos Usados na representação gráfica dos eventos
Evento Símbolo Descrição
Primário
Básico
Constitui o início do modo de ruptura de uma
componente básica do sistema; constitui a base das
árvores de falha.
Condicionante
Condição ou restrição imposta a qualquer operador
lógico.
Não
Desenvolvido
Evento de falha que não foi desenvolvido devido à
falta de informações, mas pode vir a ser desenvolvido
no futuro.
De Ativação
A ocorrência deste evento altera as condições de
operação do sistema. Pode ser ativado quando o
evento já ocorreu (probabilidade = 1) ou desativado
quando o evento não ocorreu (probabilidade = 0).
Intermediário
Ocorrem quando uma ou mais causas antecedentes
agem através de operadores lógicos.
De Transferência
De
Transferência
Interior
Indica que a árvore será desenvolvida posteriormente
no correspondente símbolo de transferência exterior.
De
Transferência
Exterior
Indica que essa parte da árvore deverá ser anexada ao
correspondente símbolo de Transferência Interior
75
Na definição dos eventos de topo, devem ser consideradas as condições que definem a
perda de funcionalidade ou ruptura do sistema; neste sentido, um sistema pode ter mais
do que um evento de topo. Na representação gráfica das árvores de falha, os eventos de
topo são facilmente identificados, uma vez que são apresentados sempre na parte
superior da árvore de falhas, sendo que a simbologia utilizada para sua representação é
igual à usada nos eventos intermediários.
Os eventos intermediários correspondem à ligação entre os eventos básicos e os eventos
de topo e podem corresponder a modos de ruptura ou a estados do sistema que
contribuem para a ocorrência do evento. Os eventos primários constituem a base da
árvore de falhas, pois se referem a eventos que não podem ser mais decompostos na
análise, seja por falta de informação ou porque as conseqüências do evento não são
relevantes para a segurança do sistema.
Os eventos de transferência são usados para indicar que a análise do evento em questão
continua em outra parte da árvore; assim, pode ser considerado como um símbolo
indicativo de continuidade da análise, sendo normalmente usado para indicar que a
árvore continua na página seguinte (evento de transferência interior) ou que é a
continuação da página anterior (evento de transferência exterior).
4.8.2. OPERADORES LÓGICOS
Os operadores lógicos definem a relação entre os eventos de saída e os eventos de
entrada, além de indicar o fluxo lógico na ocorrência dos eventos primários,
intermediários e de topo. A Tabela 4.8 apresenta os operadores lógicos que podem ser
utilizados na representação gráfica dos eventos através de análises por árvores de falhas.
Embora existam vários tipos de combinações lógicas conceitualmente possíveis, a
grande maioria dos sistemas pode ser adequadamente modelada, utilizando-se apenas os
dois tipos principais de operadores lógicos, o operador
OU
e o operador
E
(Simões,
2006). A partir dos operadores lógicos, as árvores de falha podem ser analisadas de
76
forma qualitativa e/ou quantitativa, de forma a auxiliar no plano de ações para
minimizar os impactos dos eventos.
Tabela 4.8 – Símbolos Usados na representação gráfica dos eventos
Tipo de Operador
Lógico
Símbolo Descrição
OU
Indica que o evento de saída somente ocorre se
pelo menos um dos eventos de entrada ocorrer.
OU EXCLUSIVO
Operador lógico especial que indica que um
evento de saída somente ocorre se um
determinado evento de entrada ocorrer
VOTO
O evento de saída acontece se ocorrerem
m
de
n
eventos de entrada (
m
<
n
). Quando
m
=1 o
operador se comporta como um operador
OU
.
E
O evento de saída somente ocorre se todos os
eventos de entrada ocorrem.
E PRIORIDADE
O evento de saída somente ocorre se todos os
eventos de entrada ocorrem em uma seqüência
específica.
RESTRIÇÃO
O evento de saída somente ocorre se os eventos
de entrada cumprirem uma condição pré-
determinada.
NEGAÇÃO
Indica que o evento de entrada não ocorreu e, por
conseqüência, o evento de saída não ocorreu.
4.8.2.1. Análise Qualitativa
A análise qualitativa das árvores de falha fornece informação sobre os eventos
primários e suas contribuições para a ocorrência dos eventos de topo. Para isso, a
representação gráfica da árvore de falhas deve ser traduzida para uma equação de
álgebra booleana, ou seja, cada variável pode tomar os valores binários correspondentes
V=n
m
77
aos conceitos de verdadeiro (1) ou falso (0). A Tabela 4.9 apresenta uma comparação
entre os operadores lógicos utilizados na FTA, a simbologia booleana e a simbologia
utilizada na teoria de conjuntos.
Tabela 4.9 – Comparação entre os operadores lógicos e os utilizados na simbologia
booleana e na simbologia da teoria de conjuntos (Santos, 2007)
Operador Lógico Símbolos Booleanos
Símbolos da Teoria de
Conjuntos
X E Y
%
&
'
%
(
'
X OU Y
%
)
'
%
*
'
NEGAÇÃO de X
%
+
%
,
4.8.2.2. Análise Quantitativa
Para fazer a análise quantitativa dos resultados das árvores de falha, utiliza-se a teoria
da probabilidade para estimar a probabilidade de ocorrência do evento de topo de uma
árvore de falhas. Na tabela 4.10, são apresentadas as relações básicas da probabilidade
aplicadas às análises por árvores de falhas.
Tabela 4.10 – Relações básicas da probabilidade aplicadas a uma FTA (Santos, 2007)
Relações entre
Conjuntos
Probabilidade Observações
União de Eventos
%
-
*
%
.
%
-
)
%
.
%
-
/
%
.
aplicado somente
para 2 eventos
%
-
*
%
.
%
-
)
%
.
%
-
/
%
.
%
-
e
%
.
independentes
%
-
*
0
*
%
1
%
-
)
/
/
/
)
%
1
%
-
0
%
1
mutuamente
exclusivos
Interseção de
Eventos
%
-
/
%
.
0
%
1
%
-
%
.
0
%
1
%
-
0
%
1
independentes
Evento
Complementar
%
-
,
,
,
2
%
-
Evento
Condicionado
3
%
-
4
%
.
%
-
/
%
.
%
.
3
%
-
4
%
.
%
-
%
-
e
%
.
independentes
78
4.8.3. ETAPAS DE UMA ANÁLISE DE RISCOS FTA
As etapas e a seqüência de passos necessários para o desenvolvimento de uma análise
de riscos por árvores de falhas (FTA) são apresentadas na Figura 4.14.
Figura 4.14 – Etapas para o desenvolvimento de uma análise por árvore de falhas
Uma vez identificados os riscos mais relevantes por meio das análises dos modos de
falha, seus efeitos (FMEA) e sua criticidade (FMECA), pode-se aplicar uma análise por
árvores de falha aos riscos mais críticos, com o intuito de identificar os eventos
primários e intermediários que levam à ocorrência do evento de topo.
Definição do Sistema
Construção da Árvore de
Falhas
Identificar os Eventos
Necessários para a
Ocorrência do evento de
topo
Operadores Lógicos
Identificar os Eventos
Intermediários
Operadores Lógicos
Identificar os Eventos
Primários
Representação Gráfica da
Sequência de Eventos
Avaliação Qualitativa das
Árvores de Falha
Avaliação Quantitativa das
Árvores de Falha
Análise dos Resultados
- Definição das Fronteiras e Interfaces;
- Diagrama de Blocos Funcionais.
Documentar a
Árvore de
Falhas
Seleção do Evento de Topo
Levantamento dos Dados de
Falha dos Eventos
79
CAPÍTULO 5:
PAVIMENTOS FERROVIÁRIOS
5.1.
INTRODUÇÃO
No início do século XIX, com a Revolução Industrial, ocorreram grandes mudanças nos
meios de transporte terrestre que, até essa época, era feito exclusivamente por animais,
o que não atendia à crescente necessidade de transportar grandes quantidades de cargas
(matérias – primas) para locais distantes.
Em 1804, o engenheiro inglês Richard Trevithick construiu a primeira locomotiva a
vapor capaz de tracionar 10 vagões sobre trilhos em minas de carvão com velocidade de
8 km/h. Em 1825, George Stephenson inaugurou a primeira ferrovia que utilizou uma
locomotiva a vapor e percorreu 15 km em 2 horas e que atingia uma velocidade máxima
de 39 km/h, com uma carga de 80 toneladas de carvão (ANTT, 2009). Em 1870, o
transporte ferroviário já se havia difundido por toda a Europa.
Em 1957, foi criada uma sociedade vinculada ao ministério de transportes, com o
objetivo principal de promover e gerir os interesses da União no setor de transportes
ferroviários. A RFFSA (Rede Ferroviária Federal S.A.) é uma sociedade mista federal
criada pela Lei 3.115 de 16 de março de 1957 para consolidar 18 ferrovias regionais,
durante 40 anos operou uma malha que, em 1996, compreendia cerca de 22.000 km de
linhas (73% do total nacional).
Em 1992, com o intuito de se promover um aumento da malha ferroviária no país e de
se subsidiar uma melhoria geral das estruturas e dos serviços prestados pelas ferrovias,
o BNDES (Banco Nacional do Desenvolvimento Econômico e Social) promoveu o
Programa Nacional de Desestatização (PND), dessa forma, a entidade federal (RFFSA)
foi transferida para o setor privado.
80
Segundo o BNDES (2010), os principais condicionantes de caráter financeiro, técnico e
jurídico para a desestatização eram:
−
As projeções preliminares de resultados indicavam que o potencial de geração de
caixa dos ativos da RFFSA era reduzido em face do valor do investimento neles
realizado, devido à carência de recursos para a sua manutenção e modernização, o
que comprometia o desempenho operacional da empresa;
−
O valor econômico da RFFSA era negativo, pois as projeções de recursos gerados
pela operação eram inferiores ao montante estimado da divida de aproximadamente
R$ 3 bilhões e não havia possibilidade de pagar essa divida a médio prazo, para
melhorar a estrutura de capital da empresa e viabilizar um valor econômico positivo
para sua privatização;
−
A configuração operacional da malha ferroviária da RFFSA, que se estendia por 22
mil quilômetros, do Maranhão até o Rio Grande do Sul, dificultava uma
administração eficiente e integrada, resultando em permanente conflito entre
interesses e peculiaridades locais os com os interesses da administração central da
empresa. Além disso, o resultado da privatização poderia ser potencializado com a
licitação independente de diversos trechos ferroviários, tanto para atrair os
interessados apenas em determinados trechos, quanto para melhorar sua atratividade
comercial, explorando as sinergias existentes;
−
A RFFSA era estruturada em 12 superintendências regionais (SR), sendo que cada
uma operava, na pratica, como uma empresa independente, visto que tinha
estruturas administrativa, comercial, operacional, jurídica e de manutenção próprias;
−
A malha da RFFSA é interrompida no Estado de São Paulo, onde também opera a
FEPASA. Apesar de a RFFSA ter firmado convênios de trafego mutuo com essa
empresa, o acesso às linhas de ambas não se dava de maneira eficiente, o que
causava insegurança aos potenciais interessados;
−
O uso de duas bitolas (métrica e larga) na malha da RFFSA era considerado uma
dificuldade adicional para o intercambio de cargas já que tem impacto direto na
eficiência do transporte;
81
Considerando esses fatores foi proposto o modelo da desestatização, aprovado em
novembro de 1993 pela Comissão Diretora do Programa Nacional de Desestatização.
Esse modelo consiste, basicamente em:
−
Licitação da concessão do serviço público de transporte ferroviário de carga
prestado pela RFFSA, pelo prazo de 30 anos, do arrendamento dos ativos
operacionais e da venda de bens de pequeno valor de propriedade da empresa;
−
Agrupamento das 12 superintendências regionais (SR) em 6 malhas ferroviárias a
serem desestatizadas, as quais representariam a melhor configuração operacional
para se constituírem em unidades de negócio independente e auto-suficiente. A
RFFSA foi dividida em 6 (seis) malhas regionais (Nordeste, Sudeste, Sul, Oeste,
Centro-Leste e Tereza Cristina), além da Malha Paulista (antiga FEPASA). Dessa
forma, foram transferidas as seis malhas ao setor privado, através de leilões
públicos, pelo valor global de R$ 1,5 bilhão. O primeiro leilão, o da Malha Oeste,
ocorreu em 5 de março de 1995. E o último trecho, denominado Malha Nordeste, foi
leiloado em 18 de julho de 1997 (BNDES, 2010).
−
Manutenção da empresa como estatal, encarregada de administrar seus ativos não-
operacionais de modo a auferir receita sobre eles e amortizar o seu endividamento,
que não seria repassado à iniciativa privada;
−
Criar uma entidade encarregada de resolver, em caráter administrativo, eventuais
conflitos entre concessionários, usuários e o poder concedente.
Segundo o BNDES (2010), Para a formação das seis malhas, o primeiro fator
considerado foi a existência da FEPASA, que ainda não era privatizada. Essa restrição
levou à primeira divisão da malha da RFFSA em trechos que não se conectavam entre
si, mas apenas com a FEPASA, dessa forma a malha ferroviária brasileira foi dividida
conforme tabela 5.1.
A prioridade do governo Federal nesse processo de privatização foi melhorar a
qualidade do serviço público de transporte ferroviário de carga, de modo a otimizar a
matriz de transportes do país. O aumento previsto da participação da ferrovia na matriz
82
de transporte do país trará reflexos diretos na economia de combustível, redução no
número de acidentes e descongestionamento das rodovias.
Tabela 5.1. – Divisão da RFFSA – Malhas Regionais (fonte: BNDES, 2010)
Segundo o Ministério de Planejamento, Orçamento e Gestão (2010), a Atuação da
RFFSA passou a ser estritamente voltada para:
1.
Fiscalização do uso de bens arrendados às concessionárias;
2.
Administração dos passivos judiciais;
MALHA
BITOLA
(m)
EXTENSÃ
O (km)
ÁREA DE ATUAÇÃO
(Estados)
Maranhão (MA)
Piauí (PI)
Ceará (CE)
Rio Grande do Norte (RN)
Paraíba (PB)
Pernambuco (PE)
Alagoas (AL)
Rio de Janeiro (RJ)
São Paulo (SP)
Minas Gerais (MG)
Rio Grande do Sul (RS)
Santa Catarina (SC)
Paraná (PR)
São Paulo (SP)
Mato Grosso do Sul (MS)
Sergipe (SE)
Bahia (BA)
Minas Gerais (MG)
Goiás (GO)
Espírito Santo (ES)
Rio de Janeiro (RJ)
Distrito Federal (DF)
Tereza Cristina 1,0 169 Santa Catarina (SC)
22.089 -
Total
Nordeste 1,0 4.629
Sudeste 1,6 1.633
Sul 1,0 6.830
Centro-Leste 1,0 7.207
Oeste 1,0 1.621
83
3.
Exploração e alienação do patrimônio não-operacional;
4.
Tentativa de saneamento de sua situação financeira;
5.
Implementação de ações que assegurassem a preservação do patrimônio
histórico, artístico e cultural ferroviário;
No entanto, em 7 de dezembro de 1999, a RFFSA foi dissolvida e entrou em processo
de liquidação segundo o decreto 3.277/99, com o objetivo de transferir os ativos
operacionais arrendados para o Departamento Nacional de Infra-Estrutura Terrestre
(DNIT), visando à reorganização do setor ferroviário.
O processo de desestatização das ferrovias no Brasil seguiu o seguinte histórico de
eventos (ANTF, 2009):
−
03 de outubro de 1988: a Estrada de Ferro Paraná – Oeste S.A. (FERROESTE)
obteve da União a concessão para construir e operar uma estrada de ferro na
direção leste-noroeste;
−
12 de maio de 1989: a Ferrovia Norte Brasil (FERRONORTE) obteve a
concessão para estabelecer um sistema de transporte ferroviário de carga,
abrangendo a construção, operação, exploração e conservação da estrada de
ferro;
−
26 de agosto de 1996: a Ferrovia Centro – Atlântica S.A. (FCA) obteve a
concessão da Malha Centro-Leste; a empresa iniciou a operação dos serviços
públicos de transporte ferroviário de cargas em setembro de 1996;
−
26 de novembro de 1996: a MRS Logística S.A. obteve a concessão da Malha
Sudeste; a empresa iniciou a operação dos serviços públicos de transporte
ferroviário de cargas em dezembro de 1996;
−
26 de junho de 1996: A Ferrovia Novoeste S.A. obteve a concessão da Malha
Oeste, pertencente à Rede Ferroviária; a empresa iniciou a operação dos serviços
públicos de transporte ferroviário de cargas em julho de 1996;
84
−
24 de janeiro de 1997: A Ferrovia Tereza Cristina S.A. obteve a concessão da
Malha Tereza Cristina; a empresa iniciou a operação dos serviços públicos de
transporte ferroviário de cargas em fevereiro de 1997;
−
21 de fevereiro de 1997: a América Latina Logística do Brasil S.A. (ALL)
obteve a concessão da Malha Sul; a empresa iniciou a operação da malha em
março de 1997;
−
28 de junho de 1997: o Governo Federal outorgou à Companhia Vale do Rio
Doce (CVRD), atual VALE, por 30 anos prorrogáveis, a exploração da Estrada
de Ferro Vitória - Minas (EFVM) e da Estrada de Ferro Carajás (EFC), ferrovias
que são destinadas basicamente ao transporte de minério dessa companhia,
oriundos das duas principais províncias minerais do país e são os únicos ramais
regionais de transporte de passageiros;
−
30 de dezembro 1997: A Companhia Ferroviária do Nordeste (CFN) obteve a
concessão da Malha Nordeste; a empresa iniciou a operação dos serviços
públicos de transporte ferroviário de cargas em janeiro de 1998;
−
22 de dezembro de1998: a Ferrovia Bandeirantes S.A. (FERROBAN) obteve a
concessão da Malha Paulista; a empresa iniciou a operação dos serviços públicos
de transporte ferroviário de cargas em janeiro de 1999.
Em 1996, foi criada a Comissão Federal de Transportes Ferroviários (COFER), entidade
vinculada ao Ministério dos Transportes que tem como atribuição decidir as
controvérsias que surgirem entre o Poder Concedente, Concessionárias e Usuários,
atuando de forma decisória ou opinativa sempre que solicitado.
A Figura 5.1 apresenta o mapa ferroviário brasileiro com 29.817 km de extensão e a
Figura 5.2 apresenta correlações percentuais entre diferentes sistemas de transporte de
carga para o caso do Brasil e de outros países. As Tabelas 5.2 e 5.3 apresentam a
divisão da malha ferroviária brasileira e as características de suas cargas.
85
Figura 5.1 – Mapa ferroviário brasileiro (fonte: Ministério de Transporte, 2009)
Figura 5.2 – Comparação entre matrizes de transportes (fonte: Anuário Estatístico
GEIPOT (2000), ANTT e ANTF (2009)):
(* não incluído o transporte de minério de ferro)
! "
#
$$
#
#
$
%
86
Tabela 5.2. – Malha ferroviária brasileira (fonte: ANTT, 2009)
LARGA
(1,60m)
MÉTRICA
(1,00 m)
1,435 m MISTA
ALLMO - América Latina Logìstica Malha Oeste RFFSA - 1.945 - - 1.945 6,6
FCA - Ferrovia Centro-Atlântica S.A. RFFSA - 7.910 - 156 8.066 27,4
MRS - MRS Logística S.A. RFFSA 1.632 - - 42 1.674 5,7
FTC - Ferrovia Tereza Cristina S.A. RFFSA - 164 - - 164 0,6
ALLMS - América Latina Logística Malha Sul RFFSA - 7.293 - 11 7.304 24,8
FERROESTE - Estrada de Ferro Paraná Oeste - - 248 - - 248 0,8
EFVM - Estrada de Ferro Vitória-Minas - - 905 - - 905 3,1
EFC - Estrada de ferro Carajás - 892 - - - 892 3,0
TNL - Transnordestina Logìstica RFFSA - 4.189 - 18 4.207 14,3
ALLMP - América Latina Logística Malha Paulista RFFSA 1.463 243 - 283 1.989 6,7
ALLMN - América Latina Logìstica Malha Norte - 500 - - - 500 1,7
VALEC / Subconcessão: Ferrovia Norte-Sul - 420 - - - 420 1,4
4.907 22.897 - 510 28.314 96,0
LARGA
(1,60m)
MÉTRICA
(1,00 m)
1,435 m MISTA
- 63 149 - - 212 0,7
- 537 75 - - 612 2,1
- 68 35 - - 103 0,3
- - 51 - - 51 -
- - - 194 - 194 0,7
668 310 194 - 1.172 3,8
5.575 23.207 194 510 29.486 100,0
Subtotal
TOTAL
CBTU
CPTM/Supervia/Trensurb/CENTRAL
Trombetas / Jarí
E.F. Amapá
Corcovado / Campos do Jordão
Subtotal
%
CONCESSÃO
OPERADORAS ORIGEM
EXTENSÃO (km) / BITOLA
TOTAL %
ORIGEM
EXTENSÃO (km) / BITOLA
TOTALOPERADORAS
87
Tabela 5.3 – Características da carga transportada (fonte: ANTT, 2009)
2.003 2.004 2.005 2.006 2.007 2.008 2009*
ALLMO (NOVOESTE)
Minério de ferro, soja e farelo, açúcar, manganês,
derivados de petróleo e álcool e celulose.
2,2 2,7 3,5 3,4 2,7 3,2 2,1
FCA
Soja e farelo, calcário siderúrgico, minério de ferro,
fosfato, açúcar, milho e adubos e fertilizantes.
21,6 25,4 27,6 15,2 19,0 19,3 14,8
MRS
Minério de ferro, carvão mineral, produtos
siderúrgicos, ferro gusa, cimento, soja.
86,2 98,0 108,1 102,0 114,1 119,8 90,0
FTC Carvão mineral. 2,3 2,5 2,4 2,6 2,6 3,0 2,4
ALLMS (ALL)
Soja e farelo, açúcar, derivados de petróleo e álcool,
milho, cimento.
19,6 20,1 21,7 28,9 26,5 26,8 22,6
FERROESTE Soja e farelo, milho, contêiner, trigo. 1,8 1,5 1,5 1,5 0,9 1,0 0,6
EFVM
Minério de ferro, carvão mineral, coque, produtos
siderúrgicos, celulose.
118,5 126,1 131,0 131,6 136,6 133,2 85,2
EFC
Minério, ferro gusa, manganês, cobre, combustíveis
derivados do petróleo e álcool.
63,3 74,3 80,6 92,6 100,4 103,7 79,0
TNL S.A. (CFN)
Cimento, derivados de petróleo, alumínio, calcário,
coque.
1,3 1,3 1,4 1,5 1,8 1,6 1,2
ALLMP (FERROBAN)
Açúcar, cloreto de potássio, adubo, calcário e
derivados de petróleo e álcool.
23,4 20,5 4,4 4,2 3,5 5,2 4,0
ALLMN (FERRONORTE) Soja e farelo, milho, óleo vegetal, adubo, combustível. 5 5,6 6,6 5,6 6,9 8,2 8,7
345,2 378,0 388,8 389,1 415,0 425,0 310,6
* Até outubro de 2009
TOTAL
CONCESSIONÁRIAS PRINCIPAIS PRODUTOS TRANSPORTADOS
CARGA TRANSPORTADA (Valores em milhões de t úteis)
88
5.2.
MECÂNICA DOS PAVIMENTOS FERROVIÁRIOS
O pavimento ferroviário, sistema composto por trilhos, dormentes, fixações, lastro e
sublastro tem correlação direta com os pavimentos rodoviários (Medina, 1988), tais como a
estrutura em camadas, com características diferentes, apoiada em solo de fundação e a
capacidade de distribuir as cargas provenientes do tráfego de veículos (Figura 5.3).
Figura 5.3 – Sistemas de (a) pavimento rodoviário; (b) pavimento ferroviário
O sistema ferroviário deve ser projetado de forma a suportar as solicitações impostas pelo
tráfego dos veículos ferroviários, de forma a não induzir rupturas locais ou globais e
manter controladas as deformações do pavimento. Os elementos resistentes à tração, trilhos
e dormentes, sofrem ruptura por fadiga, já que o contato direto das rodas metálicas dos
veículos ferroviários provoca um desgaste considerável dos trilhos, devido à magnitude de
solicitação das rodas, e os lastros sofrem ruptura e desgaste por esmagamento, choque e
cisalhamento.
As vias sofrem deformações de duas naturezas: elásticas ou resilientes (deflexões) e
permanentes (recalques); a interação entre esses dois tipos de deformações é responsável
pelas modificações ocorridas na geometria inicial das vias. Segundo Hay (1982), a
velocidade de degradação das vias é proporcional à magnitude das deformações; nesse
CARREGAMENTO RODA-PNEUS
REVESTIMENTO DE ROLAMENTO
BASE
SUB-BASE
FUNDAÇÃO
(a)
CARREGAMENTO RODA-AÇO
TRILHOS SOBRE DORMENTES
(b)
FUNDAÇÃO
SUBLASTRO
LASTRO
89
sentido, a magnitude da deflexão vertical indica a resistência à compressão, a vida útil e a
qualidade da via. A avaliação dos impactos devido às deformações constitui a base do
programa e da metodologia de manutenção das vias.
No entanto, determinar os limites aceitáveis para as deformações é motivo de discussão e
de preocupação ao se analisar o comportamento das vias ferroviárias. Por um lado, as
deformações não devem ser muito altas, no sentido de causar desconforto aos usuários ou
descarrilamento do veículo ferroviário, ocasionado por vibrações excessivas; além disso,
sabe-se que, quando a taxa de deformação é muito alta, há maior tendência a ocorrerem
recalques diferenciais e desgastes dos componentes da via. Por outro lado, as deformações
não podem ser muito baixas, de forma a causar altos níveis de tensão no contato roda-
trilho, provocando impactos que induzam desgastes excessivos nos componentes do
pavimento ferroviário reduzindo, conseqüentemente, a sua vida útil (Muniz, 2002).
A via permanente ferroviária está sujeita a esforços tridimensionais (verticais, laterais e
longitudinais); no entanto, a modelagem das análises do comportamento dos pavimentos
ferroviários segue duas abordagens que consideram o problema como unidimensional
(vertical). A primeira abordagem considera o trilho como uma viga contínua sustentada por
apoios elásticos de rigidez constante (dormentes) e a segunda considera que o pavimento
ferroviário é um sistema constituído de múltiplas camadas, capaz de transferir e dissipar os
esforços ao longo da infra-estrutura da via. Essas duas teorias são analisadas com maiores
detalhes nos itens a seguir.
5.2.1. VIGA CONTÍNUA SUSTENTADA SOBRE APOIOS ELÁSTICOS
O modelo para análises dos sistemas ferroviários que se constitui de trilhos eqüidistantes e
de comprimentos infinitos, apoiados continuamente sobre molas com módulos de rigidez
constantes foi apresentado pioneiramente por Winkler em 1867 (Hay, 1982). Nesta
concepção, a hipótese de Winkler implica em uma proporcionalidade entre tensões e
deformações (recalques) expressa por:
5
(5.1)
90
sendo:
Tensão exercida pelo dormente no lastro;
Fator de proporcionalidade
5
Deformação unitária do lastro na posição correspondente ao dormente considerado.
O fator de proporcionalidade é definido como coeficiente de recalque, coeficiente de
Winkler ou coeficiente de lastro.
O modelo de Winkler pode ser utilizado na análise de deformação de diversos tipos de
obras geotécnicas, inclusive pavimentos ferroviários, porém existem algumas limitações
para a aplicação dessa modelagem: (i) as pressões em cada ponto dependem unicamente
das deformações no próprio ponto; (ii) a proporcionalidade entre tensões e deformações só
é válida para tensões muito baixas e (iii) o coeficiente do lastro
depende das condições
geométricas da viga considerada. Além dessas considerações Kerr (1997) aponta duas
situações nas que a teoria de Winkler não é válida: (i) numa determinada distância à frente
do veículo ferroviário, o trilho muitas vezes é levantado e (ii) na flexão do trilho, os
dormentes tendem a rotacionar em torno do próprio eixo , sendo este efeito restrito na
proposição de Winkler.
Em 1918, a
AREA (American Railway Engineering Association)
coordenada por N.A.
Talbot publicou o atualmente denominado ‘modelo de Talbot’ baseado na proposta de
Zimmermann. Esse modelo propõe um novo coeficiente para o carregamento linearmente
distribuído, denominado módulo da via e definido como a reação do lastro às cargas do
tráfego que implicam em uma deflexão unitária no trilho.
O módulo da via é um parâmetro global que representa o comportamento total da via e
que, considerando os efeitos do espaçamento, natureza e dimensões dos dormentes, a
espessura do lastro e a rigidez do subleito, individualiza a contribuição de cada camada do
pavimento ferroviário. A proposta de Talbot compensa os efeitos das descontinuidades da
via e é representada pelas seguintes expressões:
91
65
(5.2)
sendo:
Carregamento linear uniformemente distribuído, reação do lastro às cargas
de tráfego;
6
Módulo da via;
5
Deformação unitária do trilho.
e
7
8
9
7:
8
)65 ;
(5.3)
sendo:
Módulo de elasticidade do trilho;
Momento de Inércia do Trilho;
6
Módulo de elasticidade da via;
5
Deflexão do trilho.
A solução da equação (5.3) considera a deflexão do trilho para um carregamento simples a
qualquer distância e é dada pela expressão:
5
<
=>?@A
B
C 8
D
EF
G
&
HIJG)EKG
(5.4)
sendo:
Carga simples (por roda);
G
6LM
-L>
Fator de amortecimento;
Distância para qualquer ponto a partir do carregamento ao longo do trilho.
Por outro lado, a deflexão máxima
'
N
, o momento fletor máximo
O
N
e a força máxima
por metro de trilho
N
ocorrem no ponto de aplicação do carregamento (debaixo da
roda), onde
;
, e podem ser estimadas pelas seguintes expressões:
'
N
<
=>?@A
B
C 8
D
(5.5)
92
O
N
P
?@
=>A
Q
-L>
(5.6)
N
P
A
=>?@
Q
-L>
(5.7)
É possível medir, em campo, o valor da deflexão máxima e, assim, obter o coeficiente da
via. Substituindo o valor da deflexão na equação 5.5 obtém-se:
6
R
<
8
=>?@S
T
8
B
(5.8)
Segundo Zarembski e Choros (1979), o valor do módulo da via varia com a carga da roda e
com o tempo de duração da carga; os autores sugerem que a magnitude da deflexão
máxima seja medida, no campo, com cargas próximas às que são usadas em serviço, de tal
forma a se obter um valor do módulo da via coerente com as condições reais de campo.
Selig e Li (1994) observaram que, quando há mudanças nas condições do subleito ou na
espessura do material granular, a rigidez da fixação e os dormentes influenciam no módulo
da via. O módulo da via para pavimentos com dormentes de concreto é mais alta do que
para pavimentos com dormentes de madeira devido à sua elasticidade. A Tabela 5.4mostra
alguns valores propostos para o módulo da via por diferentes autores.
Tabela 5.4 – Valores do módulo da via
AUTOR
VALOR
(MPa)
DESCRIÇÃO
Hay (1982)
AREA (1991)
14
Valor mínimo para garantir um desempenho
satisfatório da via.
14 - 28 Desempenho satisfatório da via
28
Valor mínimo para garantir um desempenho
satisfatório da via.
Raymond et al. (1985) 34 - 69
Intervalo representativo do desenpenho
satisfatório da via
Selig e Li (1994) < 28 Deflexões Significativas maiores
Ahlf (1975)
93
5.2.2. SISTEMA EM CAMADAS
Na década de 70, as teorias que utilizavam um único módulo como representante do
pavimento ferroviário foram reavaliadas e, assim, as linhas férreas começaram a ser
estudadas como sistemas em camadas, compostas por elementos com diferentes
propriedades mecânicas.
Em geral, os pavimentos ferroviários são compostos por quatro camadas (Figura 5.4), com
módulos de resiliência e coeficientes de Poisson diferentes, não sendo permitido nenhum
deslizamento nas interfaces das mesmas:
(i)
O subleito tem como função proporcionar a capacidade de suporte da plataforma
ferroviária, aumentar a resistência do leito à erosão e à penetração de água e
permitir relativa elasticidade ao apoio do lastro;
(ii)
O sublastro, camada de proteção do subleito, tem a função de reduzir as tensões
sobre o mesmo, fornecer uma estrutura de amortecimento ao sistema e impedir a
interpenetração de finos da plataforma para o lastro;
(iii)O lastro é o material granular britado que tem por função resistir os esforços
verticais, laterais e longitudinais impostos à via;
(iv)
A camada de rolamento, composta pelos trilhos, dormentes e acessórios de fixação.
Figura 5.4 – Modelo estrutural da via ferroviária (modificado de Fernandes, 2005)
94
5.3.
COMPONENTES DA VIA FERROVIÁRIA
As plataformas ferroviárias são sistemas extremamente complexos de transporte,
compostos por diversas áreas que envolvem a operação dos veículos ferroviários e a
manutenção da via ferroviária, visando à condução segura e eficiente das cargas e/ou
passageiros. O conjunto de elementos que formam as vias férreas podem ser subdivididos
em dois sistemas: (i) infra-estrutura e (ii) superestrutura.
Segundo Selig e Waters (1994), os dormentes, os trilhos e os acessórios de fixação do
trilho ao dormente são elementos da superestrutura; conseqüentemente, a infra-estrutura
refere-se ao lastro, sublastro e subleito (Figuras 5.5 e 5.6).
Figura 5.5 – Perfil típico de uma via ferroviária – Vista lateral (Selig e Waters, 1994)
Figura 5.6 – Perfil típico de uma via ferroviária – Vista transversal (Selig e Waters, 1994)
95
A superestrutura de uma ferrovia consiste em um conjunto de elementos que formam a via
permanente e constitui a superfície de apoio e de rolamento para os veículos ferroviários
(Fernandes, 2005). A superestrutura recebe, através dos trilhos, os impactos diretos das
cargas concentradas provenientes das rodas e estas cargas são distribuídas aos dormentes,
às placas de apoio e aos elementos de fixação, e daí, transmitidas ao lastro, ao sublastro e
ao subleito (à infraestrutura). A infra-estrutura de uma ferrovia é o conjunto de obras
destinadas a formar a plataforma da via, que consiste de todas as obras civis situadas
abaixo do greide de terraplenagem.
5.3.1. TRILHOS
Os trilhos são elementos longitudinais de aço que servem como superfície de rolamento e
de suporte às cargas transportadas pelos veículos. Segundo Pita e Puente (1977), o trilho é
o fundamento da via, sendo o elemento ativo da superestrutura ferroviária submetido a
diversas ações procedentes do material rodante. A seção transversal dos trilhos tem sido
motivo de grande preocupação desde o começo das construções dos pavimentos
ferroviários. Depois de estudar diversas formas na seção transversal, evoluiu-se até se
chegar aos trilhos de base plana compostos por boleto, alma e patim (Figura 5.7), que
recebem o nome de Trilho Vignole devido ao seu idealizador o inglês Carlos Vignole.
Figura 5.7 – Desenho esquemático do trilho Vignole
Esta geometria aumenta a resistência à flexão já que concentra a maior parte da massa do
trilho nos locais onde as solicitações normais são maiores, otimizando o desempenho do
componente (Figura 5.8). Os trilhos devem possuir rigidez suficiente para receber e
Patim
Alma
Boleto
96
transmitir aos dormentes os carregamentos verticais, laterais e longitudinais, bem como
limitar as deflexões entre os apoios.
Figura 5.8 – Distribuições das tensões normais no trilho
Em geral, os trilhos são fabricados com ligas de aço devido à (i) elevada tensão de
escoamento e ruptura (
U
V
e
U
); (ii) composição química uniforme e (iii) isenção, garantida
pelo processo de fabricação, de inclusões não metálicas, vazios e trincas térmicas. Os
trilhos de aço são mais resistentes e são produzidos com ligas que combinam, em geral, o
ferro com Vanádio (V), Cromo (Cr), Molibdênio (Mo), Titânio (Ti), Nióbio (Nb).
Os trilhos têm diversos comprimentos, em geral, os de comprimento maior são os mais
usados para reduzir o número de juntas e aumentar a resistência ao deslizamento
longitudinal e aos esforços transversais. As juntas dos trilhos são consideradas como
pontos de fraqueza e convém que seu número seja o menor possível.
Defeitos nos trilhos e descontinuidades, como as juntas, podem causar grandes cargas de
impacto, as quais têm efeitos prejudiciais nos componentes inferiores da via (Marçal,
2007). Por esse motivo, a solda é o tipo de ligação entre trilhos mais recomendada, desde
que bem
Os defeitos nos trilhos e a conseqüente fratura constituem um assunto de grande
importância na operação ferroviária, por afetarem não só a economia como sua segurança.
O desgaste ou avarias prematuras podem repercutir negativamente no funcionamento da
via afetando a economia e/ou podem acarretar acidentes de graves proporções, colocando
Solicitação da Roda
σ
97
em risco a integridade dos passageiros e das cargas. Existem dois tipos de defeitos nos
trilhos: (i) defeitos de fabricação e (ii) defeitos originados em serviço (Brina, 1988):
5.3.1.1. Defeitos de Fabricação:
1.
Vazios:
na solidificação do lingote pode aparecer um pequeno vazio na parte
superior criando uma trinca ou fenda diminuindo, assim, a resistência da peça;
2.
Segregações:
as segregações são impurezas que se acumulam principalmente no
centro do lingote e destroem a homogeneidade química do lingote. Em geral, as
segregações são resíduos tipicamente duros e quebradiços que prejudicam as
qualidades mecânicas do lingote. O acumulo de impurezas pode causar fissuras ou
fendas, principalmente no tratamento mecânico da peça.
3.
Inclusões:
os produtos de oxidação, escória do forno, do revestimento da soleira e
do revestimento da panela são denominadas inclusões não metálicas e podem
provocar fendas internas na peça. Existem também as inclusões gasosas, devidas
aos gases que ficam na massa do lingote e formam, ao passar pelos laminadores,
bolhas alongadas que podem dar lugar a trincas.
Fissuras transversais:
são
pequenas cavidades formadas no final da laminação, que podem originar uma
fratura quando o trilho estiver sob carga.
Para verificar a qualidade do lote dos trilhos recebidos, existem diferentes especificações a
serem atendidas e ensaios a serem realizados, comentados a seguir:
−
Segundo a ASTM e a AREA, a tolerância no comprimento do trilho é de
WXYY
e
;YY
na seção transversal. A tolerância na pesagem de cada lote, 50 trilhos, é de
WZ[
, mas não pode ultrapassar
2[
na totalidade;
−
Prova de choque: através da queda livre de um peso de 907 kg aproximadamente,
a uma altura especificada, verifica-se a formação de trincas;
−
Ensaio de tração: este ensaio analisa a carga de ruptura (70 a 85 kg/mm
2
); o limite
de elasticidade (35 a 40 kg/mm
2
) e o alongamento em 200 mm (10 a 12%);
98
−
Ensaio de resiliência: determina-se o índice de fragilidade do aço, em função da sua
textura cristalina; a resiliência é determinada por meio da seguinte relação:
\
]
^
(5.9)
sendo:
\
Módulo de Resiliência (
\ _
3 kgm/mm
2
).;
`
Trabalho de choque (kgm);
a
Seção da fratura (cm
2
).
−
Ensaio de dureza
Brinell
: determina o índice de resistência à ruptura através da
seguinte expressão:
;X
(kg/mm
2
) (5.10)
sendo:
Resistência à ruptura;
<Vbcdefghd7cbciVdVbjVd7V-Nk k
lVdgk egkg7d1dbAeVjmhgV7cngfoc
<
^
p/NNNqr
^
_
210 kg/mm
2
−
Ensaio de entalhe e fratura: verifica-se a presença de trincas, esfoliações, cavidades,
matéria estranha, estrutura brilhante e/ou granulação muito fina.
5.3.1.2. Defeitos Originados em Serviço:
1.
Deformações das pontas:
com o desnivelamento dos dormentes e as flexões nas
juntas as pontas dos trilhos sofrem uma deformação permanente fazendo que elas se
desgastem mais e fiquem mais baixas. Se a manutenção da via não mantiver os
dormentes nas juntas bem nivelados, além do defeito apontado, pode ocorrer a
fadiga do metal e fraturas junto aos furos onde são colocados os parafusos.
2.
Autotêmpera Superficial:
é um fenômeno provocado pela patinação das rodas das
locomotivas e, às vezes, pelo efeito da fricção enérgica provocada pela frenagem
dos veículos; a camada superficial do metal se aquece e depois, em contato com o
99
ar, esfria-se rapidamente produzindo uma têmpera superficial, que produz pequenas
fissuras superficiais, dando um aspecto de “pele de cobra”. Essas trincas,
eventualmente, podem se propagar para o interior do trilho.
3.
Escoamento do Metal na Superfície do Boleto:
é uma deformação permanente,
produzida por um trabalho mecânico a frio, devido às cargas solicitantes
provenientes das rodas. Esse escoamento acarreta um aumento aparente na
dimensão do boleto do trilho e um afinamento numa das extremidades.
4.
Desgaste da Alma e do Patim por Ação Química:
o transporte de mercadorias
compostas por agentes químicos agressivos, por exemplo, enxofre, sal, salitre, etc.
podem provocar o desgaste do aço. Além disso, nas proximidades do mar e no
interior de túneis úmidos observa-se um ataque químico por oxidação devido à
maresia e à umidade.
5.
Desgaste dos Trilhos por Atrito:
este desgaste se dá principalmente nas curvas,
principalmente nas de pequeno raio, devido ao atrito dos frisos das rodas. Nas
estradas de ferro com transportes pesados (minérios especialmente), tem sido a
principal causa de desgaste dos trilhos, obrigando a freqüentes substituições dos
trilhos.
6.
Desgaste Ondulatório:
o trilho adquire ondulações de frações de milímetro,
atingindo até alguns milímetros. A causa desse desgaste é pouco conhecida, mas
parece ser originada pelas vibrações produzidas nos trilhos, durante a passagem das
rodas dos veículos, fazendo variar o grau de aderência e pressão nos pontos de
contato. Isto acarreta uma variação na velocidade angular da roda e em
conseqüência, uma serie de deslizamentos elementares, que produzem no trilho o
desgaste ondulatório. Este tipo de desgaste, não acarreta perigo ao tráfego, mas
torna o trilho excessivamente ruidoso, na passagem dos trens, diminuindo o
conforto dos passageiros.
7.
Fratura dos Trilhos:
as fraturas dos trilhos são originadas normalmente por defeitos
internos de fabricação, já mencionados, principalmente as fissuras, mas podem
originar-se também em virtude do envelhecimento do trilho por “fadiga” do metal.
100
A fadiga é o fenômeno que leva o trilho à ruptura mesmo quando solicitado por
uma tensão menor à de ruptura, devido ao acumulo de rearranjos dos cristais do
metal que ocorrem a cada ciclo de solicitação.
Uma questão que sempre preocupa os engenheiros ferroviários é a referente ao limite de
uso dos trilhos, isto é, decidir o limite de desgaste confortável dos trilhos sem afetar a
segurança da circulação. Para avaliar os limites de desgaste, considera-se o efeito que
(i) a tensão que as rodas exercem no trilho, principalmente nas curvas; (ii) os esforços
longitudinais devido â frenagem; (iii) os impactos das rodas; (iv) as descontinuidades e (v)
os agentes atmosféricos tem sobre o boleto do trilho.
De modo geral, o limite estabelecido antes da renovação da linha é de 25% de redução na
área do boleto, ou seja, 15 a 18 mm para trilhos de peso médio e 20 a 25 mm para trilhos
de peso elevado.
5.3.2. ACESSÓRIOS DOS TRILHOS
As talas de junção são elementos metálicos com inércia elevada que atuam na emenda
mecânica dos trilhos. A junta é feita por duas talas de junção justapostas, montadas na
alma do trilho e apertadas com parafusos de alta resistência com um torque pré-
estabelecido. Estas peças introduzem esforços adicionais como, por exemplo, vibrações,
solicitações dinâmicas e defeitos nas extremidades dos trilhos. Dependendo da sua posição,
com relação aos dormentes, podem ser apoiadas ou em balanço (Figura 5.9) e são fixadas
com parafusos (Figura 5.10).
Figura 5.9 – Posição da tala de junção com relação aos dormentes
Tala de Junção Apoiada
Trilho
Dormente
Tala de Junção em Balanço
Dormentes
Trilho
101
Figura 5.10 – Parafuso para fixação da tala de junção
Para impedir que o parafuso se afrouxe com a trepidação na passagem dos veículos
ferroviários, deve-se colocar entre a tala e a porca do parafuso uma arruela, que dará maior
pressão à porca. A arruela mais usada é a de
Grower
por absorver melhor as vibrações e
por manter o aperto desejado (Brina, 1988). Por outro lado, as placas de apoio são chapas
de aço com furos, colocadas entre os trilhos e os dormentes, com o objetivo de se aumentar
a área de apoio e permitir a fixação do trilho ao dormente. Além disso, as placas de apoio
proporcionam uma melhor distribuição das cargas sobre o dormente e evitam que o patim
do trilho corte o dormente nas arestas do patim (ver Figura 5.11).
Figura 5.11 – Placa de apoio (ALL, 2007)
Os acessórios de fixação do trilho ao dormente de madeira podem ser do tipo rígido ou
flexível. As fixações flexíveis se comportam melhor do que as fixações rígidas, devido à
sua propriedade de absorver os choques e as vibrações provenientes da passagem dos
veículos.
5.3.2.1. Fixações rígidas:
−
Prego de linha ou grampo de linha: é o tipo mais comum de fixação do trilho. Tem
seção retangular, a ponta ter formato de cunha e cravado a golpes com marreta. A
102
cabeça do prego de linha apresenta uma saliência, que se apóia no patim do trilho e
tem na parte inferior a mesma inclinação do patim (Figura 5.11);
−
Tirefond: a cabeça do tirefond tem uma base alargada, na face inferior tem a
mesma inclinação do patim do trilho, de modo a adaptar-se ao mesmo. O tirefond é
um tipo de fixação superior ao prego, pois sendo aparafusado, fica mais solidário
com a madeira do dormente, sacrifica menos as fibras desta e oferece uma
resistência ao arrancamento bem superior (aproximadamente 7.000 kg). O furo do
dormente fica hermeticamente fechado pelo tirefond, impedindo a entrada de água,
o que nem sempre acontece com o prego (Figura 5.12).
Figura 5.12 – Fixações rígidas (ALL, 2007)
5.3.2.2 Fixações flexíveis:
−
Fixação tipo K ou GEO: consiste em uma placa de aço fixada ao dormente através
de tirefonds e composta por nervuras nas quais se encaixam as cabeças dos
parafusos e colocam-se uma ou mais arruelas tornando a fixação elástica
(Figura 5.13);
−
Grampo elástico duplo: o grampo elástico possui duas hastes cravadas no dormente
ou encaixadas na placa de apoio (Figura 5.13);
−
Grampo elástico simples: é um grampo fabricado com aço de mola, tendo uma
haste que penetra na madeira, de seção quadrada e a parte superior formando uma
mola que fixa o patim do trilho (Figura 5.13);
−
Fixação Pandrol: é um grampo fabricado com aço de mola que se encaixa nos furos
da placa de apoio (Figura 5.13).
103
Figura 5.13 – Fixações flexíveis (ALL, 2007)
5.3.3. DORMENTES
Os dormentes são elementos transversais ao eixo da via ferroviária que têm por função
principal receber as cargas verticais e horizontais transmitidas pelos trilhos e distribuí-las
ao lastro através da superfície de apoio. Além disso, esses elementos servem de suporte
para os trilhos, permitindo a sua fixação com a finalidade de manter a geometria inicial do
traçado e o espaçamento entre eles (bitola). São analisados como vigas elásticas lineares já
que restringem os movimentos dos trilhos e amortecem as vibrações provocadas pela
passagem dos veículos.
Dessa forma, as principais funções que um dormente deve desempenhar são:
(a)
Servir como suporte aos trilhos, fixando e mantendo sua cota de projeto, separação e
inclinação;
(b)
Receber as cargas verticais e horizontais transmitidas pelos trilhos e distribuí-las ao
lastro/sublastro através de sua superfície de apoio;
(c)
Conseguir e manter a estabilidade da via no plano horizontal e no vertical frente aos
esforços estáticos (procedentes do peso próprio e as variações de temperatura) e aos
esforços dinâmicos (devidos ao tráfego dos veículos ferroviários);
(d)
Manter, sempre que possível, o isolamento elétrico entre os trilhos quando a linha
esteja dotada de circuitos de sinalização.
104
Segundo Brina (1988), os dormentes são parte fundamental do desempenho do pavimento
ferroviário, por esse motivo, eles ter as seguintes características: (a) a espessura deve dar a
necessária rigidez, permitindo, entretanto, alguma elasticidade; (b) deve ter suficiente
resistência aos esforços solicitantes; (c) durabilidade; (d) permitir, com relativa facilidade,
o nivelamento do lastro (socaria), na sua base; (e) deve opor-se eficazmente aos
deslocamentos longitudinais e transversais da via e (f) permitir uma boa fixação do trilho,
isto é, uma fixação firme, sem ser excessivamente rígida.
Os principais materiais utilizados na fabricação de dormentes são madeira, concreto e aço.
Uma síntese das principais características destes dormentes, bem como das potenciais
vantagens e limitações da aplicabilidade de cada um, é dada a seguir.
Os dormentes de madeira são os mais usados, por atender a quase todas as funções que os
dormentes devem cumprir (Figura 5.14). Seu uso tende a ser cada vez mais restrito face às
novas leis ambientais e ao seu alto custo, devido à escassa disponibilidade de madeira de
lei, ao reflorestamento deficiente e à necessidade de proporcionar um tratamento químico
aos dormentes, caso seja usada madeira comum.
Figura 5.14 – Via Permanente com Dormentes de Madeira (Alvarez e Claros, 2001)
A resistência da madeira é dada pela substância lenhosa que a compõe; por isso, quando o
teor de umidade aumenta há mudanças na resistência da peça. A Tabela 5.5 apresenta as
relações entre as propriedades mecânicas e a densidade (D) da madeira (Brina, 1988).
105
Tabela 5.5 – Relações: propriedades mecânicas e densidades de madeira (Brina, 1988).
Madeira verde
30% umidade
Seca ao ar
12% de umidade
Flexão Estática
- Tensão no limite de proporcionalidade
st
L
uY
.
- Tensão de Ruptura
st
L
uY
.
v2v
-.w
2
/
ZM;
-
.w
2
/
2v;
-.w
2
/
x;;
-
.w
Flexão Dinâmica
- Altura de queda do martelo para causar ruptura
uY
M
-
yw
Xv
X
-
yw
Compressão Paralela às Fibras
- Tensão no limite de proporcionalidade
st
L
uY
.
- Tensão de Ruptura
st
L
uY
.
Xv;
Mv;
z2
x;
Compressão Perpendicular às Fibras
- Tensão no limite de proporcionalidade
st
L
uY
.
Z2;
.
.w
XZz
.
.w
Dureza
- No topo (kg)
- lateral (kg)
2
/
Xz;
..w
2
/
;
.
.w
Z
/
2x;
..w
2
/
v2;
.
.w
Devido à escassez e ao alto valor dos dormentes de madeira, nos países mais
industrializados começaram a ser usados dormentes metálicos. Os dormentes metálicos são
chapas laminadas com as extremidades dobradas, em forma de U invertido; dessa forma, o
dormente penetra no lastro e os deslocamentos transversais e longitudinais são impedidos
(Figura 5.15). Suas principais limitações são o custo elevado e os ruídos produzidos pela
passagem dos veículos ferroviários.
Figura 5.15 – Dormente metálico (Alvarez e Claros, 2001)
106
Os dormentes de concreto foram idealizados com a finalidade de substituir a madeira,
utilizada nos dormentes, por materiais mais abundantes e baratos, mas os dormentes de
concreto apresentam trincas e fissuras (provenientes de choques e vibrações produzidas
pelas cargas dinâmicas) e rupturas (originada pela rigidez dos dormentes e pelo apoio
irregular no lastro). Inicialmente, os dormentes de concreto tinham forma prismática e
eram sumamente robustos e pesados (dormentes de concreto monobloco, Figura 5.16), mas
com o intuito de melhorar as propriedades mecânicas de resistência dos dormentes de
concreto, têm sido criadas diversas combinações de partes metálicas e partes de concreto
(dormentes bi-blocos, Figura 5.17).
Figura 5.16 – Via ferroviária sobre dormentes de concreto monobloco (TBA, 2010)
Figura 5.17 – Dormentes de concreto bi-bloco (Alvarez e Claros, 2001)
107
Tabela 5.6 – Vantagens e Desvantagens dos Tipos de Dormentes (modificado de Porto,
2004)
5.3.4. LASTRO
Segundo Stopatto (1987), o desempenho satisfatório da via férrea está diretamente ligado à
qualidade do lastro e ao correto dimensionamento de sua espessura, já que, em geral, é o
responsável pelos recalques do pavimento ferroviário. O lastro é a camada de topo da
infra-estrutura situada entre os dormentes e o sublastro e deve atender às seguintes funções
e especificações:
−
Formar uma superfície contínua e uniforme para os dormentes e trilhos, suprimindo
as pequenas irregularidades na superfície da plataforma;
TIPO DE DORMENTE VANTAGENS DESVANTAGENS
- Menor massa (fácil manuseio); - Baixa vida útil;
- Fácilmente trabalhaveis; - Ataque de fungos e insetos;
- Isolante elétrico; - Dormentes AMV - difíceis de obter;
- Fixação simples; - Exige manter estoque;
- Suportam bem a supersolicitação; - Redução da oferta;
- Aproveitamento dos dormentes usados e - Perda da resistência ao deslocamento das
descartados; fixaçoes rígidas (correção da bitola);
- Elasticidade da via; - Possibilidade de queima;
- Flexibilidade; - Necessidade de reflorestamento constante;
- Uso de todo tipo de fixação; - Escassez de matéria prima.
- Menor custo inicial;
- Nível de ruído baixo.
- Maior massa (resistência a esforços laterais): - Manuseio e substituição onerosos;
300 - 400 kg; - Destruído em descarrilamentos;
- Manutenção da bitola; - A construção de dormentes especiais AMV
- Isolante elétrico; é dispendiosa;
- Invulnerável a fungos e fogo; - Vulnerável a solicitações excepcionais;
- Possibilidade de fabricação próxima ao local - Custo elevado do investimento inicial.
de instalação,
- Possibilidade ilimitada de fabricação;
- Facilidade de inspeção e controle;
- Admite várias opções de fixação elástica;
- Vida útil longa;
- Menor armazenagem.
- Fácil confecção de dormentes especiais; - Massa reduzida - falta de inércia;
- Manutenção da bitola; - Custo elevado de assentamento e manuten-
- Recondicionável; ção - dificulta a socaria;
- Insensível ao ataque de fungos; - Vulnerável a ambiente agressivo;
- Relativamente resistente a supersolicitação. - Tráfego ruidoso;
- Gasto adicional com isolamento elétrico;
- Custo de aquisição elevado.
Madeira
Concreto
Metálicos
108
−
Distribuir uniformemente, sobre o sublastro, os esforços resultantes das cargas dos
veículos e reduzir as tensões de forma a torná-las compatíveis com a capacidade de
carga do subleito, principalmente, na região de apoio dos dormentes;
−
Atenuar as vibrações provocadas pela passagem dos veículos (elasticidade
limitada);
−
Impedir os deslocamentos longitudinais, verticais e laterais da via;
−
Drenar e proteger a plataforma;
−
Resistir à ruptura, aos desgastes e aos agentes atmosféricos;
−
Permitir a conservação, remodelação e renovação da via mediante operações de
alinhamento e nivelamento;
−
Não permitir o crescimento de vegetação;
−
Proteger a plataforma das variações de umidade devidas ao meio ambiente.
Para atender a essas especificações, o lastro deve ser constituído de material granular
pesado e durável, sem contaminação e sem presença de finos
4
. Em geral, o lastro é
executado em pedra britada, devido à elevada permeabilidade e à elevada resistência aos
agentes atmosféricos, além de não produzir poeira que danifique o material rodante e / ou
cause desconforto aos passageiros. No entanto, outros materiais também podem ser usados,
por exemplo, cascalho e escórias de aciaria, desde que assegurem uma resistência
suficiente para cumprir todas as funções do lastro.
Segundo Lim (2004), o lastro está submetido a dois tipos principais de esforços: (i) as
forças verticais
5
induzidas pelo veículo ferroviário em movimento e (ii) as forças de
esmagamento da socaria, provenientes das operações de manutenção. As elevadas forças
da socaria durante as obras de manutenção podem provocar esmagamento de grãos devido
às elevadas energias de choque (Selig e Waters, 1994).
Os efeitos das cargas sobre a granulometria do lastro, em termos de quebras e das
variações granulométricas do material pela contaminação por finos, podem ser mensurados
com base no parâmetro Índice de Quebra (
Breakage Index
) B
g
, definido por Marsal (1973),
4
Finos: partículas com granulometria inferior à do lastro e não, necessariamente, com dimensões menores do
que as aberturas da peneira #200.
5
As forças verticais são resultantes da combinação das cargas estáticas (peso do veículo ferroviário) e
dinâmicas (função da velocidade do veículo ferroviário e das condições da via).
109
a partir da correlação entre as diferenças dos pesos retidos (
∆
W) em cada peneira e suas
respectivas aberturas, obtidas em ensaios convencionais de peneiramento realizados em
amostras do lastro, antes e após a aplicação de determinada tensão de confinamento. O
Índice de Quebra B
g
é expresso pela soma dos valores positivos de
∆
W, expressa em %.
Adicionalmente, o Índice de Quebra B
g
do lastro pode ser obtido por meio da correlação
dos valores definidos para diferentes tensões confinantes iniciais, por meio da seguinte
relação:
r
{U
h
)|
(5.11)
sendo:
σ
c
a tensão de confinamento inicial aplicada;
a
e
b
constantes experimentais específicas para o caso do lastro analisado.
A presença de finos, por outro lado, constitui uma das principais causas de contaminação
do lastro, diminuindo a capacidade de suporte da via. Num estudo amplo do problema,
Selig e Waters (1994) mostraram que 76% do peso dos componentes dos materiais finos
causadores da contaminação dos lastros provêm da quebra do próprio lastro, 13% vêm de
camadas granulares inferiores (sublastro e lastros antigos), 7% provêm da superfície (brita
nova, carregamento do veículo ferroviário, vento e / ou chuva, etc.), 3% se originam do
subleito e 1% da abrasão dos dormentes de concreto (Figura 5.18).
Figura 5.18 – Probabilidade de ocorrência da contaminação em função da origem do
contaminante (fonte: Selig e Waters, 1994)
&'$
()'#
("*+,'$
()'#
- . '
110
No caso da camada ser contaminada por materiais finos (argilosos e siltosos) de baixa
umidade, o lastro pode perder sua capacidade drenante devido à cimentação das partículas;
por outro lado, se o material estiver saturado, tende a induzir maiores deformações,
aumento das poropressões e lubrificação das partículas granulares que compõem a camada.
Selig
et al
(1993) quantificaram os efeitos da contaminação sobre a permeabilidade através
da seguinte expressão:
} M)Z;;
(5.12)
sendo:
}
Índice de contaminação;
M
Material passante na peneira #4 (4,75 mm);
Z;;
Material passante na peneira #200 (0,075 mm).
Dessa maneira, Selig
et al
(1993) estabeleceram uma relação entre o grau de contaminação,
o índice de contaminação e a condutividade hidráulica. Os autores verificaram que a
condutividade hidráulica tende a diminuir consideravelmente com a contaminação do
lastro (Tabela 5.7). A norma brasileira NBR-5564 (ABNT, 1991) determina as
propriedades físicas que o lastro deve atender como material de construção da
infraestrutura de pavimentos ferroviários e as porcentagens aceitáveis de partículas
contaminantes dos diferentes materiais, podendo estas especificações serem obrigatórias ou
meras recomendações (Tabelas 5.8 e 5.9).
Tabela 5.7. – Condutividade hidráulica do lastro (Selig et al, 1993)
GRAU DE
CONTAMINAÇÃO
ÍNDICE DE
CONTAMINAÇÃO
CONDUTIVIDADE
HIDRÁULICA (mm/s)
Limpo < 1 25 - 50
Moderadamente Limpo 1 - 9 2,5 - 25
Moderadamente
Contaminado
10 - 19 1,5 - 2,5
Contaminado 20 - 39 0,005 - 1,5
Altamente Contaminado > 39 < 0,005
111
Tabela 5.8 – Propriedades físicas do lastro – NBR 5564 (ABNT, 1991)
Tabela 5.9 – Tolerâncias no lastro – NBR 5564 (ABNT, 1991)
5.3.5. SUBLASTRO E SUBLEITO
O sublastro é o elemento da infra-estrutura cuja utilização depende do solo da plataforma,
sendo aplicado para evitar a penetração do solo da plataforma no interior do lastro
(transição). Tal condição pode ocorrer em condições do tráfego muito severas ou quando a
altura do lastro superar 40 cm de altura por razões econômicas, uma vez que o material do
lastro é freqüentemente mais caro do que a do sublastro (Paiva, 1999). Assim, o sublastro é
a camada da infra-estrutura situada entre a camada de lastro e o subleito e cujo
comportamento é fortemente relacionado ao desempenho da superestrutura, tendo as
seguintes finalidades:
SIM NÃO
Massa específica aparente mínima
2,4 g/cm
3
x
Absorção de água máxima 1% x
Porosidade aparente máxima 1% x
Resistência ao desgaste - Abrasão Los
Angeles
40% x
Resistência ao choque - Índice de
tenacidade Treton máximo
20% x
Formato da partícula Cúbica x
Resistência à intempérie - x
OBRIGATORIEDADE
PROPRIEDADE FÍSICA ESPECIFICAÇÃO
SIM NÃO
Partículas Lamelares 10% x
Material Pulverulento 1% x
Torrões de Argila 1% x
Fragmentos Macios e Friáveis 5% x
TOLERÂNCIA ESPECIFICAÇÃO
OBRIGATORIEDADE
112
−
Dissipar as tensões provenientes do tráfego dos veículos e transmiti-las pela
camada de lastro, tornando-as toleráveis ao subleito; dessa forma, o sublastro é a
principal camada de proteção do subleito;
−
Aumentar a capacidade de suporte da plataforma;
−
Evitar a penetração do material granular do lastro na plataforma (subleito);
−
Proporcionar uma boa drenagem à via, aumentando a resistência à erosão e a
penetração da água no leito;
−
Fornecer elasticidade ao apoio do lastro.
Neste contexto, o sublastro implica na redução da espessura da camada de lastro. Por outro
lado, a espessura do sublastro
6
deverá ser suficiente para distribuir as pressões ao subleito e
proporcionar uma capacidade de suporte proporcional às solicitações às que será
submetido.
Em geral, o sublastro é composto por misturas de areia e pedregulho, agregados naturais
esmagados ou escórias; esses materiais devem ter partículas duráveis e têm que satisfazer
as exigências de filtro para lastro e subleito (Wessen, 2006).
Brina (1988) quantifica os seguintes parâmetros geotécnicos para materiais de sublastro:
−
IG – Índice de Grupo – igual a 0 (zero);
−
LL – Limite de Liquidez – máximo 35;
−
IP – Índice de Plasticidade – máximo 6;
−
Material que se enquadre, de preferência, no grupo A1 de classificação de solos
HRB;
−
Expansão Máxima 1%;
−
CBR – Índice de Suporte Califórnia – mínimo de 30;
−
GC – Grau de Compactação (Energia Proctor) – igual a 100%.
6 Em geral, um subleito com espessura
de 20 cm é suficiente (Brina, 1988)
113
O subleito é representado pela camada de fundação propriamente dita para a estrutura da
via férrea, podendo ser representado pelo terreno natural ou por solo de aterro. A função
principal do subleito, tal como aplicável em qualquer obra geotécnica, é prover uma
fundação estável para a estrutura da via, evitando o colapso da estrutura por perda de
capacidade de carga ou por recalques excessivos (Marçal, 2007).
A função primordial do subleito é absorver as cargas transmitidas pelo pavimento
ferroviário, portanto, a capacidade de carga da fundação é um dos fatores que merece
maior atenção, deve-se garantir que o material usado esteja seco e bem drenado. Após ser
escavado até a cota estabelecida em projeto, é necessário retirar todo o material orgânico e
terreno deve ser compactado antes de executar a camada de lastro e a superestrutura da via,
nesse sentido, pode-se dizer que o subleito é uma fundação “trabalhada”, ou seja, que ajuda
a economizar no material do lastro e deve atender às seguintes especificações:
−
Regularização com compactação;
−
O material selecionado para constituição do subleito;
−
CBR
12%;
−
Grau de Compactação (GC)
98%;
−
Expansão = 2%;
114
CAPÍTULO 6:
METODOLOGIA DE PROJETO DE PAVIMENTOS
FERROVIÁRIOS – CASO DA FERROVIA EFC
6.1. INTRODUÇÃO
A Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) fiscaliza e regula o transporte
ferroviário de cargas e passageiros através de inspeções nas concessionárias com o
intuito de avaliar os aspectos de segurança e as condições de qualidade operacionais
oferecidas. Essas inspeções têm centrado na qualidade dos serviços prestados e na
segurança das vias, não somente quanto aos passageiros e a carga transportada, mas
também ao meio ambiente, à comunidade e à economia das empresas envolvidas.
A premissa básica deste controle consiste na redução de acidentes e a mitigação de suas
potenciais conseqüências, uma vez que é ainda muito elevado o número de acidentes,
quase 39% deles devido a problemas inerentes à via permanente (Figura 6.1). Na Tabela
6.1, estes percentuais são discriminados por ferrovia, correspondendo a um total de
1.086 ocorrências no país em 2007. Nesse sentido, verifica-se uma enorme necessidade
de se implantar uma metodologia apropriada ao controle da tomada de decisões e à
definição de procedimentos de manutenção dos pavimentos ferroviários, de forma a
hierarquizar as áreas de risco e, assim, planejar de forma adequada as medidas de
manutenção.
Figura 6.1 – Distribuição percentual das causas dos acidentes (ANTT, 2009)
/'
0. '#
1'
2. '''''''
#3%3
4 '
'%
(567''''''''''
8,. ,67
9,,''''''
'
!'$$
115
Tabela 6.1 – Causas dos acidentes dos veículos ferroviários de carga em 2007 (ANTT,
2008)
Uma proposta de metodologia de análise de riscos aplicada a pavimentos ferroviários,
no contexto desta abordagem, será explicitada a seguir, adotando-se como referência o
projeto de duplicação da Estrada de Ferro Carajás.
6.2. ESTRADA DE FERRO CARAJÁS
A Estrada de Ferro Carajás (EFC), com extensão total de 892 km, destina-se ao
transporte de minério produzido na província mineral de Carajás (PA) até o porto de
Itaqui, em São Luís – MA. A EFC é interligada à Ferrovia Norte Sul em Açailândia e à
Companhia Ferroviária do Nordeste nas proximidades de São Luís (Figura 6.2).
A ferrovia foi inaugurada em 1985, sendo operada pela Estrada de Ferro Carajás. Em
1997, a VALE obteve a concessão para operar os serviços de transporte de cargas e de
passageiros, que foram efetivamente iniciados em 01 de julho de 1997. A EFC destaca-
se como uma das ferrovias mais produtivas da América Latina devido ao grande volume
de cargas transportadas; segundo a ANTT, foram transportadas 100.361.000 toneladas
de carga no ano de 2007, com maciça predominância de transporte de minério de ferro
(93.150.800 toneladas).
A Figura 6.3 apresenta a distribuição das causas dos acidentes ocorridos na EFC no ano
de 2007, 20% deles devido a problemas inerentes à via permanente.
ALLMO FCA MRS FTC ALLMS
FERRO
ESTE
EFVM EFC TNL ALLMP ALLMN
Falha Humana 19 19 11 0 4 0 21 11 34 21 16
156
Via Permanente 84 69 6 1 55 1 22 8 91 80 2
419
Material Rodante 26 36 16 0 17 1 10 8 37 23 38
212
Sinalização,
Telecomunicação,
Eletrotécnica
0 0 1 0 0 0 0 0 3 0 1
5
Outras Causas 4 67 66 2 69 0 20 13 28 15 10
294
TOTAL 133 191 100 3 145 2 73 40 193 139 67 1086
2007
CAUSAS DOS
ACIDENTES
TOTAL
116
Figura 6.2 – Localização da Estrada de Ferro Carajás (EFC)
Figura 6.3 – Distribuição percentual das causas dos acidentes da ferrovia EFC
(ANTT, 2008)
Atualmente, encontra-se em projeto a duplicação de mais da metade da extensão da
ferrovia existente, incluindo-se a expansão de todos os 56 pátios de cruzamento (Figura
6.4), visando possibilitar a manobra e a circulação de composições maiores para atender
o crescimento previsto para a produção de minério de ferro da empresa na mina de
Carajás (aumento da produção de Carajás para 110 milhões de toneladas por ano e
início de produção do sistema Carajás Serra Sul, com mais 100 milhões de toneladas
por ano). Somente com as obras de extensão dos pátios, serão duplicados entre 150km e
/'0 . '
$%
1'2. '
4 '
'
(567'''''''
8,. :'
9,,'
'!'
#%
117
200km da ferrovia, valor expressivo no total de 546km previstos para a fase de
duplicação da via.
Figura 6.4 – Expansão de pátios de cruzamento da EFC (Locação 43)
Esta enorme reestruturação da logística do transporte ferroviário inclui a implantação de
um novo ramal ferroviário no sudeste do Pará (110 km) e de um novo porto em Ponta
da Madeira, na ilha de São Luís, no Maranhão, por onde a companhia escoa o minério
destinado à exportação. Isto significa mais que dobrar a capacidade atual do terminal
marítimo de Ponta da Madeira (Figura 6.5), quando este deverá atender uma demanda
de 210 milhões de toneladas de minério de ferro por ano, num prazo de apenas 4 anos
(até 2011).
Figura 6.5 – Pátios de Minério – Terminal de Ponta da Madeira/MA
118
6.3. BASES CONCEITUAIS DA METODOLOGIA TMD
APLICADA A PAVIMENTOS FERROVIÁRIOS
Para a realização das análises de risco, é necessário pré-estabelecer as especificações e
os critérios de projeto para, posteriormente, proceder-se à verificação ou não dos
mesmos. Em projetos de pavimentos ferroviários, a metodologia convencionalmente
adotada consiste em uma abordagem essencialmente empírica e fundamentada em
proposições algo simplificadas para o comportamento tensão-deformação dos materiais
de construção envolvidos, não considerando efeitos de sobreposição e/ou de
interferências de um típico e complexo sistema de multicamadas que caracteriza a
estrutura de um pavimento ferroviário (cada camada do pavimento é analisada de forma
individualizada e estanque das demais, no contexto do corpo estrutural do pavimento).
Esta abordagem foi aplicada na elaboração do Projeto Básico de duplicação da Estrada
de Ferro Carajás (EFC).
O projeto de duplicação da EFC, entretanto, pela natureza, porte e condicionantes
geológico-geotécnicos envolvidos, exige uma abordagem analítica muito mais
sofisticada que os modelos empíricos convencionalmente adotados, mediante um
entendimento pleno e iterativo dos mecanismos de transferência e das redistribuições
das tensões e deformações ao longo das diferentes camadas que constituem o corpo
estrutural do pavimento ferroviário; tal concepção constitui domínio explícito de
aplicação do chamado método mecanicista. Nesta concepção, os princípios de
modelação analítica do comportamento tensão-deformação de um pavimento
ferroviário, avaliado como um sistema constituído por múltiplas camadas que se
interagem continuamente sob a ação de carregamentos externos, implicam a adoção de
mecanismos prévios e pós-construção para avaliação de desempenho da via. Estes
instrumentos de avaliação do desempenho previsto e futuro da via constituem, portanto,
critérios do próprio projeto da ferrovia. Em termos gerais, tal abordagem está centrada
nos princípios gerais sistematizados na Tabela 6.2, que definem a chamada Metodologia
TMD – Trecho, Mecanicista, Desempenho (Gomes, 2009).
119
Tabela 6.2 – Princípios gerais da metodologia TMD aplicada a pavimentos ferroviários
(Gomes, 2009)
T
(Trecho)
• prévia subdivisão da via em setores ou trechos de referência, a
partir da demarcação de segmentos com o subleito caracterizado
por um mesmo domínio geológico-geotécnico.
M
(Mecanicista)
• especificações das características mecânicas desejáveis ou
admissíveis para os materiais ou estruturas;
• necessidade de cadernos de encargos com especificações de
valores mínimos, valores médios e critérios de aceitação com
base no tipo e na quantidade de ensaios realizados.
D
(Desempenho)
• necessidade de estabelecer procedimentos e técnicas de
controle e monitoramento da via para a aferição das
características pré-estabelecidas;
• necessidade de elaboração de análises de risco para a
hierarquização das áreas de risco e conseqüente planejamento
das medidas de manutenção.
Nos tópicos seguintes, são apresentados e discutidos os princípios da Metodologia TMD
para o caso do projeto da duplicação da Estrada de Ferro Carajás (EFC), com ênfase nas
análises de avaliação de desempenho em termos das análises de risco, escopo desta
dissertação.
Neste contexto, são analisadas e discutidas as especificações de procedimentos de
hierarquização dos riscos como ferramenta para identificar as possíveis causas das
falhas e, assim, viabilizar um planejamento adequado dos serviços de manutenção,
visando-se obter uma redução significativa dos acidentes causados por falhas na via
permanente.
Embora a abordagem exposta a seguir seja aplicável ao projeto total da Estrada de Ferro
Carajás, a aplicação será restrita a um trecho específico da ferrovia, de forma a
caracterizar a inserção da análise de riscos no âmbito da fase das análises de
desempenho de um pavimento ferroviário pela metodologia TMD.
120
6.4. SETORIZAÇÃO DA VIA E ESCOLHA DO TRECHO DE
REFERÊNCIA
A fase inicial da Metodologia TMD consiste na subdivisão da ferrovia em setores ou
trechos de referência (TR), a partir da demarcação de segmentos estabelecidos com base
em domínios geológico-geotécnicos regionais atravessados pelo pavimento. Este
processo é formalizado a partir dos levantamentos disponíveis em escala regional, por
meio de consulta a trabalhos e/ou mapeamentos desenvolvidos no âmbito da obra. No
caso específico da duplicação da EFC, estes estudos incluíram um exaustivo programa
de consolidação dos dados disponíveis no Projeto Básico da via e do mapeamento
geológico-geotécnico de toda a via na escala 1:2000.
Os Trechos de Referência delimitados serão objeto de arranjos e projetos específicos de
dimensionamento pelo método mecanicista, acoplado a análises de desempenho por
controle e monitoramento da via e por análises e gestão de riscos no âmbito do trecho
analisado. Neste contexto geral, o trecho de referência considerado no escopo desta
dissertação (Figura 6.6) está compreendido entre o km 542,850 (Locação 35) e o km
619,986 (Locação 41), sendo designado como TR3541.
Figura 6.6 – Localização do trecho de referência TR3541 da EFC
121
O trecho, com cerca de 77 km de extensão, está situado entre os municípios de
Açailândia/MA e Marabá/PA, atravessando, em sua maior parte, os arenitos
conglomeráticos estratificados com intercalações de pelitos da Formação Itapecuru,
incluídos na Bacia Sedimentar do Parnaíba de idade Paleozóica. Estas intercalações
pelíticas são compostas por solos silto – arenosos e argilo – arenosos que, além de
friáveis, tendem a sofrer expansões que induzem potenciais mecanismos de
instabilizações dos taludes ferroviários. Localmente, estão presentes também xistos e
filitos da Formação Couto Magalhães, incluídos no Cinturão de Dobramentos Araguaia
de idade arqueana a proterozóica. Próximo à cidade de Marabá /PA, nas margens do Rio
Tocantins, ocorrem sedimentos aluvionares de idade quaternária.
O relevo local é caracterizado por colinas e morrotes amplos, de topo plano a ondulado,
dissecados por rios perenes, que deságuam nas bacias dos rios Tocantins e Araguaia.
Em direção a São Luís, na região compreendida entre as cidades de Cidelândia/MA e
Açailândia/MA, dá-se lugar a um extenso planalto dissecado, com amplitudes médias da
ordem de 400 m, denominado ‘Serra Tiracambu’. As coberturas detríticas e lateríticas
de idade terciária apresentam pequenas espessuras, tendendo a ocupar os altos
topográficos, constituindo pequenos corpos isolados.
Segundo a classificação climática de Köppen, a região encontra-se sob a influência do
clima tropical úmido, ou seja, verão chuvoso e inverno seco. O período chuvoso ocorre
de novembro a maio e a estiagem, de junho a outubro. As precipitações médias são
elevadas, da ordem de 2.090 mm/ano. A umidade relativa apresenta valores elevados,
oscilando entre 77% (dezembro a abril) e 87% (junho a setembro). A temperatura média
anual está em torno de 27ºC, com máxima média anual de 31ºC e mínima média anual
de 23ºC.
A vegetação regional, característica de clima quente a tropical, é formada
principalmente por florestas, compostas em sua maioria de árvores de porte elevado e
de grande diâmetro, como castanheira do Pará, macaúba e ingazeira e por cerrados,
compostos por árvores de porte médio a baixo, com cobertura vegetal mais espalhada,
como andiroba e babaçu.
122
6.5. PRINCÍPIOS GERAIS DO MÉTODO MECANICISTA
No método mecanicista, o pavimento ferroviário é caracterizado como uma estrutura em
multicamadas, composto por diferentes unidades que são os trilhos, dormentes,
fixações, lastro, sub-lastro e sub-leito (Capítulo 5). A avaliação estrutural do pavimento
ferroviário é baseada numa análise iterativa do comportamento tensão-deformação da
via permanente, camada a camada, com base na fixação prévia de critérios admissíveis
para todos os materiais utilizados. Esta metodologia está centrada em princípios da
Mecânica dos Pavimentos e na Teoria da Elasticidade de Meios Estratificados e sua
formulação é baseada no conhecimento da geometria da via e em simulações numéricas
do comportamento tensão – deformação dos materiais por meio de programas
computacionais.
Nesta concepção, a modelação numérica visa estabelecer a inter-relação entre as
diferentes unidades estruturais, determinando os efeitos e os processos internos de
transferência das tensões e das deformações decorrentes dos carregamentos impostos
pelas solicitações estáticas e dinâmicas do tráfego (Figura 6.7). Esta modelação permite
ainda estabelecer procedimentos para inferir o desempenho da via sob diferentes
condições, além de permitir a definição de alternativas técnicas e econômicas de projeto
para a obra em implantação.
Figura 6.7 – Mecanismos de transferência de tensões em pavimentos ferroviários (Selig
e Waters, 1994)
123
As premissas de projeto propostas estão centradas na fixação de valores mínimos e
admissíveis para determinadas grandezas (Figura 6.8) que se interagem no
comportamento mecânico de cada unidade estrutural da via permite a avaliação da
qualidade do pavimento ferroviário por análises de desempenho. Estas grandezas são
comumente tensões, deformações ou deslocamentos, associadas a um dado arranjo
estrutural e a um dado domínio de carregamento.
Figura 6.8 – Fixação de parâmetros mecânicos para aferição do desempenho da via
(Selig e Water, 1994)
Estes valores limites de controle visam garantir adequados padrões de rigidez e
estabilidade ao pavimento ferroviário, permitindo uma redistribuição de tensões e
deformações compatíveis com a natureza e a geometria de cada camada, evitando,
assim, a mobilização de potenciais mecanismos de degradação da via, tais como
contaminação do lastro por finos (deposição de minérios dos vagões ou por efeitos de
intrusão sub-superficial), formação de bolsões de lastro em solos moles, comuns na
região do traçado da ferrovia e que podem gerar rupturas progressivas da fundação,
induzidas por elevados esforços de cisalhamento e/ou desconfinamento lateral (Figura
6.9). A fixação destes valores limites e dos critérios de projeto abrange as solicitações
da via e os diferentes elementos estruturais do pavimento ferroviário.
124
Figura 6.9 – Formação de bolsões de lastro em solos moles (ex.: km 487 da EFC)
A Tabela 6.3 sistematiza os valores de referência (ou valores limites) estabelecidos para
o dimensionamento estrutural do pavimento ferroviário da duplicação da EFC, no
contexto da metodologia TMD (Gomes, 2009). Estes valores foram fixados com base
nos parâmetros obtidos a partir de ensaios de laboratório realizados simulando as
condições reais de carregamento e considerando as especificidades da via, nos valores
de referência do dimensionamento estrutural do pavimento ferroviário e nos parâmetros
de controle passíveis de serem confrontados com resultados de ensaios
in situ
,
executados para a via já em operação.
Assim, o dimensionamento estrutural do pavimento ferroviário deve ser implementado
com base nestes padrões de referência pré-fixados. Os programas computacionais
comumente adotados nestas análises são tridimensionais, admitem um arranjo do
pavimento em multicamadas e fornecem a resposta elástica da estrutura da via, sob
dadas condições de carregamento, a partir da geometria da grade ferroviária (trilhos,
dormentes e fixações) e do conhecimento dos módulos de resiliência das camadas de
lastro, sublastro e subleito (incluindo a possibilidade de assumir relações tensões –
deformações não lineares para estes materiais). Exemplos destes programas são:
GEOTRACK
(Chang, Hagedoke e Selig, 1980);
KENTRACK
(Huang, 1993) e
FERROVIA
(Rodrigues, 1994).
125
Tabela 6.3 – Valores de referência e de controle propostos para o projeto de duplicação da EFC (Gomes, 2009).
ITEM
PARÂMETRO DE
PROJETO
VALORES DE REFERÊNCIA
PARA PROJETO
PARÂMETROS DE
CONTROLE
VALORES DE
CONTROLE
1. SOLICITAÇÕES DA VIA
Composição (27/dia)
Velocidade
Carga por eixo
Espaçamento entre eixos
Período do projeto
4 locomotivas Dash-9 e 330 vagões GDT
80 km/h
40tf (6 por locomotiva e 4 por vagão)
1,83m (vagões)
25 anos
Número N de Repetições
de Eixos
331 x 10
6
eixos
2. TRILHOS
Bitola
Tipo
Peso linear
Comprimento x área transversal
Módulo do aço
Momento de inércia da seção
Módulos de resist. Patim/boleto
1,60 m
TR-68 (novos)
67,6 kg/m
240m x 86,1 cm
2
2,1 x 10
6
kg/cm
2
3.954,20 cm
4
463,8 cm
3
; 391,6 cm
3
Tensão de flexão
Deflexão máxima
Módulo de via
≤ 150 MPa
3,2 mm
≥ 41 MPa
3. DORMENTES
Espaçamento
Tipo
Peso
Dimensões
Rigidez (EI)
Momento de inércia da seção
Rigidez da fixação TD
0,61m
monobloco de concreto protendido
?
280 x 26 (20,5) x 30 cm
6,5 MN.m
?
200
Momento fletor
Deflexões
34,56 kN.m (sob o trilho)
± 3,0 mm
4. LASTRO
Espessura
Forma
% de finos
Classe
Índice de quebra
Índice de contaminação
Módulo de resiliência
35 cm
cúbica
≤ 5
1 - 2
≤ 10%
≤ 1
≥ 70 MPa
Tensão de interface
Deflexão máxima
≤ 600 kPa
4,08 mm
5. SUBLASTRO
CBR
Abrasão LA
LL; IP
γ
d
Módulo de resiliência
≥
30
≤ 15
≤ 25% e ≤ 6%
≥ 103%
≥ 120 MPa
Tensão de interface
Deflexão máxima
≤ 300 kPa
0,97 mm
6. SUBLEITO
CBR
Tensão admissível
γ
d
Módulo de resiliência
10 ≤ CBR ≤ 15
≥ 150 kPa
≥ 100%
≥ 80 MPa
Tensão de interface
Deflexão máxima
≤ 150 kPa
1,28 mm
126
6.6. ANÁLISES DE DESEMPENHO DA METODOLOGIA TMD
A metodologia TMD prevê ainda a proposição de determinados procedimentos para se
garantir uma avaliação criteriosa do desempenho do pavimento ferroviário face às
concepções e parâmetros adotados em projeto. Estas ‘análises de desempenho’
compreendem basicamente a elaboração de análises de risco e a execução de ensaios de
controle para as condições da via em operação.
Em termos dos ensaios de controle de desempenho da via em operação, propõe-se a
aplicação de ensaios não destrutivos que se caracterizam por uma baixa interferência
com as condições de tráfego (Figura 6.10), bem como a implantação de trechos
experimentais instrumentados, para aquisição direta das medidas das tensões e
deformações induzidas no pavimento ferroviário pelos carregamentos reais.
Figura 6.10 - Ensaios
in situ
para avaliação de desempenho de pavimentos ferroviários
O primeiro passo para a aplicação de qualquer metodologia de análise de risco é a
formação da equipe responsável pela aplicação da metodologia e a definição do
coordenador do trabalho. Recomenda-se que, no caso em questão, o responsável pela
coordenação seja um engenheiro ferroviário cuja equipe de apoio conte com, no
mínimo, um engenheiro geotécnico para a análise dos materiais do lastro, sublastro e
subleito e que, quando necessário, faça a programação da coleta de amostras e das
127
campanhas de ensaios de campo e/ou laboratório. A equipe técnica deverá ser
complementada com pessoal de topografia, técnicos e operários da linha, além de outros
profissionais que possam contribuir na redução da subjetividade envolvida no processo.
É muito comum ter mais de uma equipe para desenvolver o trabalho, com o intuito de
realizar os trabalhos de forma mais rápida, devendo ser indicados coordenadores
responsáveis por cada equipe, além do coordenador geral. Os coordenadores devem ser
engenheiros experientes, tanto em termos técnicos como no domínio dos princípios das
análises de riscos, para possibilitar uma efetiva aplicação da técnica e obter impactos
consistentes da sua aplicação.
Antes da fase de observações propriamente dita, deve ser realizada uma reunião geral
entre os profissionais que irão desenvolver o trabalho com o intuito de discutir os itens a
serem analisados, os conceitos e a forma de avaliação a ser empregada no
desenvolvimento do processo, visando padronizar os parâmetros da análise e tornar
comparáveis os resultados obtidos.
Esses critérios podem ser especificados através de experiências anteriores dos
envolvidos ou por orientação prescrita com base em literatura técnica especializada.
Após a reunião, deve ser produzido um texto com as diretrizes, conceitos e
especificações formalizadas. Esse texto deve ser elaborado de forma criteriosa e
cuidadosa para não propiciar dúvidas ou questionamentos de interpretação, sendo uma
cópia do texto final disponibilizada para cada equipe técnica envolvida no projeto.
6.7. PROJETO DE DUPLICAÇÃO DA VIA
O projeto de duplicação da via para o trecho de referência (TR3541) foi definido,
conforme os Relatórios Técnicos disponibilizados pela VALE de Nº RL-251K-G-7085,
RL-251K-G-7040, RL-251K-G-7130, RL-251K-G-7179, RL-251K-G-7220 e
RL-251K-G-7310. As principais características da duplicação da via, relacionadas ao
pavimento ferroviário, estão resumidas a seguir:
128
−
Regularização / Reforço do Subleito: Corresponde à regularização do subleito das vias
ferroviárias após conclusão do corpo de aterro e do rebaixo dos cortes. Os materiais
empregados na regularização do subleito devem ser avaliados através de controle
geotécnico com ensaios de compactação, granulometria, limites de consistência e CBR
(13
≤
CBR < 25);
−
Execução do Sublastro: O sublastro é a camada constituinte da superestrutura da via
com a finalidade de absorver parte das pressões recebidas do lastro, transmitindo ao
terreno subjacente na taxa adequada à capacidade de suporte deste. Ao sublastro cabe
também impedir a penetração dos agregados situados na parte inferior do lastro, e
proporcionar a drenagem das águas dele provenientes. Os materiais a serem utilizados
serão obtidos
in natura
(brita, laterita, cascalho, solos arenosos, etc.), ou obtidos pela
mistura de dois ou mais materiais atendendo às especificações aplicáveis a esse
material. Sobre a camada de sublastro está prevista a aplicação de uma imprimação,
visando melhor impermeabilizar essa camada (CBR
≥
25).
−
Materiais do Pavimento Ferroviário: A superestrutura das novas linhas da Estrada de
Ferro Carajás (EFC) será constituída por:
Trilho TR-68 longo soldado: O trilho TR-68 deverá ser fornecido atendendo
as especificações e exigências do Manual AREMA – “
American Railway
Engineering and Maintenance-of-way Association
”, Capitulo 4, Parte 2. O
aço do trilho devera apresentar as seguintes propriedades mecânicas:
∗
Resistência mínima à tração: 982 MPa;
∗
Dureza mínima: 300 HB.
Soldagem dos trilhos: Os trilhos TR-68, em barras de 24 metros, serão
soldados para formação de barras longas com comprimento de 264 metros
por meio de solda elétrica de topo. As soldas serão executadas em estaleiro e
as barras longas transportadas ao local de instalação. As barras de trilho
devem ser soldadas obedecendo ao seu sentido de laminação. A união das
barras longas, no local de instalação, para formação do trilho longo soldado
129
poderá ser realizada com solda aluminotérmica ou com o emprego de
máquina de solda elétrica móvel adequada para esta finalidade.
Dormente monobloco de concreto protendido: O dormente de concreto
protendido para as novas linhas deve ser projetado para a carga de 40
toneladas por eixo e velocidade de 80 km/h. O fornecimento e controle de
qualidade dos seus componentes e da fabricação devem atender as normas da
ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), onde aplicáveis.
O dormente monobloco deve apresentar as seguintes dimensões:
∗
Comprimento: 80 cm;
∗
Largura mínima: 26 cm;
∗
Altura mínima: 22,5 cm
O inserto (ombreira) da fixação de trilho Pandrol tipo "Fast Clip" é parte
integrante do dormente e deverá ser embutido no concreto no processo de
fabricação. O inserto deve ser fabricado em ferro fundido nodular, Classe FE
50007.
Fixação elástica do tipo Pandrol “Fast Clip”: A fixação a ser empregada no
dormente de concreto é a Pandrol tipo "Fast Clip" composta pelos seguintes
componentes:
∗
Grampo elástico Fast Clip;
∗
Isolador lateral;
∗
Isolador do grampo Fast Clip;
∗
Palmilha sob o trilho.
O conjunto de fixação deverá ser projetado para o trilho TR-68 e ser capaz
de resistir aos esforços provenientes do trilho longo soldado, considerando a
faixa de variação de temperatura nos estados do Maranhão e Pará.
A sua capacidade de retenção lateral deverá ser capaz de impedir a abertura
dinâmica de bitola além dos limites admissíveis e especificados pela VALE.
130
O clip deve ser fabricado por dobramento em aço mola e receber
beneficiamento de têmpera e revestimento. O fornecimento e controle de
qualidade dos seus componentes e da fabricação devem atender as normas da
ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), onde aplicáveis.
Lastro de pedra britada (h = 35 cm): O lastro a ser empregado na via
permanente deve ser de pedra britada e deverá atender às especificações das
normas da ABNT, descritas a seguir:
∗
Apresentar forma cúbica;
∗
Massa específica aparente maior que 2,5 t/m³;
∗
A abrasão Los Angeles não deve exceder a 30%.
A granulometria do lastro deve atender aos valores da tabela a seguir.
Tabela 6.4 – Granulometria do Lastro
Sublastro de material selecionado: O material para sublastro deverá atender
as características físicas e mecânicas especificadas a seguir:
∗
Limite de liquidez: a fração de material passante na peneira nº 40
deverá ser maior ou igual a 25;
∗
Limite de plasticidade: a fração de material passante na peneira nº 40
deverá ser maior ou igual a 6;
∗
Abrasão "Los Angeles": o material retido nas peneiras nº 10 e
anteriores deverá apresentar uma abrasão inferior a 40% do peso da
amostra.
LASTRO
Graduação 76,2 63,5 50,8 38,1 25,4 19,1 12,7 9,5
Faixa 0 0 - 12 10 - 26 28 - 48 53 - 95 72 - 95 95 - 100 100
PORCENTAGENS ACUMULADAS DE MATERIAL RETIDO
EM PESO NAS PENEIRAS DE ABERTURAS NOMINAIS (mm)
131
A granulometria do sublastro deve atender aos valores da tabela a seguir.
Tabela 6.5 – Granulometria do Sublastro
Montagem da superestrutura ferroviária: A implantação da superestrutura
ferroviária poderá ser executada com emprego de equipamentos
mecanizados individuais ou de equipamentos mecanizados de grande porte.
A escolha do equipamento deverá levar em consideração o prazo e o custo
da montagem.
Os serviços de nivelamento, alinhamento e socaria devem ser executados no
sistema "absoluto" com máquinas apropriadas, de grande porte,
computadorizadas e acompanhadas de equipe de topografia para locação da
via de acordo com o projeto geométrico executivo e devem garantir a
espessura mínima de lastro de 35 cm.
A soldagem de fechamento deve ser precedida pelo alívio de tensões das
barras longas de trilho e executada estritamente dentro da faixa de
temperatura neutra e de preferência com a temperatura em elevação.
O espaçamento dos dormentes deve ser constante e de 61 cm. Nas curvas o
espaçamento deve ser medido no eixo da via e os dormentes assentados de
forma radial. As fixações de trilho devem ser montadas cuidadosamente para
não danificar seus componentes, principalmente os isoladores e a palmilha.
As barras longas de trilho devem ser assentadas obedecendo ao sentido de
laminação das mesmas. O lastro deve ser bem conformado e a sua seção
transversal atender ao projeto geométrico do local.
SUBLASTRO
Graduação 50 25 9,5 4,75 Nº 10 Nº 40 Nº 200
Faixa 100 95 - 100 80 - 95 40 - 85 0 - 15 0 - 15 0 - 5
PORCENTAGENS ACUMULADAS DE MATERIAL QUE
PASSA EM PESO NAS PENEIRAS DE ABERTURAS
NOMINAIS (mm)
132
Os marcos topográficos e de segurança devem ser instalados de acordo com
o especificado no projeto geométrico.
Todos os materiais da via permanente, antes da aplicação, devem ser
inspecionados para verificar a sua conformidade com o projeto executivo e a
garantia da sua qualidade.
Aceitação da via permanente: Ao final da implantação da via permanente
deverão ser procedidas inspeções para verificar se os serviços foram
executados de acordo com o projeto executivo.
A inspeção para verificação da geometria da via permanente deverá ser
realizada por medições topográficas. As tolerâncias dimensionais
admissíveis na montagem da via são as seguintes:
∗
Bitola: ± 2 mm em relação ao projeto;
∗
Superelevação: + 2 mm em relação ao projeto;
∗
Torção: ± 2 mm em relação ao projeto e medido numa base de 4,0 m;
∗
Nivelamento transversal: ± 2 mm em relação ao projeto;
∗
Nivelamento longitudinal: 2 mm em relação ao projeto e medido
numa base de 5m;
∗
Posição angular dos dormentes: ± 10 mm em relação ao projeto;
∗
Distância entre dormentes: ± 20 mm em relação ao projeto;
∗
Alinhamento das retas (tangentes): ± 2 mm em relação ao projeto;
∗
Curvatura: ± 4 mm em relação à flecha de projeto.
∗
Os desvios eventualmente constatados deverão ser corrigidos e
eliminados.
133
CAPÍTULO 7:
ANÁLISE DE RISCOS APLICADA À FERROVIA EFC
7.1. IDENTIFICAÇÃO E OBJETIVOS DA ANÁLISE
No contexto da técnica de projeto TMD aplicada a pavimentos ferroviários, propõe-se a
implementação de técnicas de análise de riscos centrada no domínio de influência da via
e baseada na metodologia FMEA/FMECA. Neste sentido, a proposta da metodologia
FMEA/FMECA será apresentada de acordo com a seqüência das etapas sistematizadas
na Figura 4.13 e discutidas previamente no Capítulo 4 desta dissertação.
A estrutura a ser analisada é a Estrada de Ferro Carajás, com extensão total de 892 km e
destinada ao escoamento e transporte de minério produzido pela VALE na província
mineral de Carajás (PA) e atualmente em fase de duplicação. Em função da natureza,
porte, condicionantes geológico-geotécnicos e aumento de produção de minério previsto
para o período 2008 – 2011 (dos atuais 100 milhões de toneladas anuais para 210
milhões de toneladas anuais), foi proposta uma metodologia de projeto (TMD) que
incluiu também a proposição de técnicas de análise de risco para a avaliação do
desempenho operacional da via. No intuito de especificar a contextualização da técnica
de análise TMD, adotou-se como referência o trecho TR3541 da EFC (77 km de
extensão), situado entre os municípios de Açailândia/MA e Marabá/PA. Em termos da
identificação e objetivos das análises, tem-se o seguinte resumo:
−
Identificação da Obra: EFC – Trecho TR3541
−
Fase da Obra: duplicação da EFC
−
Objetivos: análise de desempenho para aplicação da Metodologia TMD para
pavimentos ferroviários
−
Justificativa: estratégia de aumento da confiabilidade de operação da via, mediante a
adoção de medidas preventivas por meio da metodologia FMEA/FMECA, dada as
características destas técnicas de formular ações preventivas baseadas em
prioridades.
134
7.2. SISTEMA ANALISADO E COMPONENTES DOS
SUBSISTEMAS
Para a consecução das análises de risco, impõe-se, como princípio geral, definir e
conhecer o sistema analisado e os subsistemas que o compõem. Como exposto no
Capítulo 5, os pavimentos ferroviários são compostos por camadas apoiadas em terreno
de fundação, divididas em dois subsistemas: (i) superestrutura e (ii) infra-estrutura. A
Figura 7.1 mostra a relação entre estes subsistemas e o sistema principal que está sendo
estudado.
Figura 7.1 – Descrição do sistema e dos subsistemas analisados
Para a análise dos subsistemas considerados, a metodologia proposta prevê dois tipos
diferentes de procedimentos: observação direta do comportamento operacional da via e
realização de ensaios de controle e de monitoramento complementares a outros ensaios
de controle de qualidade, que devem ser executados nas camadas de subleito, na camada
final de terraplenagem e no sublastro, durante a execução da via.
7.3. ANÁLISE DAS FUNÇÕES E FALHAS FUNCIONAIS
Uma vez definido o sistema e os subsistemas a serem estudados, torna-se necessário
estabelecer os elementos componentes dos subsistemas e definir a sua estrutura
hierárquica, considerando a função de cada elemento, as possíveis falhas e sua
importância no desempenho global do sistema (Figura 7.2). As informações relativas
aos diferentes elementos dos subsistemas são obtidas por meio de relatórios técnicos,
cartas de risco, processos de manutenção realizados, registro de falhas anteriores e, se
necessário, dados da bibliografia técnica disponível.
PAVIMENTO
FERROVIÁRIO
Sistema Principal
Superestrutura da via
Subsistema I
Infra-estrutura da via
Sistema II
135
Figura 7.2 – Estrutura hierárquica do sistema associado aos pavimentos ferroviários
Na Tabela 7.1, encontram-se resumidas as principais funções ou requisitos de operação
dos diversos elementos componentes do sistema associado aos Pavimentos Ferroviários,
e caracterizados para a superestrutura e a infra-estrutura da via. A Figura 7.3 apresenta
as ligações existentes entre as funções destes diferentes elementos, por meio de um
diagrama de blocos funcionais. Uma vez definidas as funções e a relação entre os
elementos componentes do sistema, devem ser definidas as falhas funcionais, ou seja, as
falhas associadas às funções de cada elemento do sistema (Tabela 7.2).
Conforme exposto previamente, a perda de funcionalidade isolada de um dado
componente do sistema não compromete, necessariamente, o desempenho do sistema
como um todo. As funções de cada elemento do sistema e as potenciais falhas são
indicadas nas tabelas e figura seguintes, admitindo-se como referência uma condição de
via para o trecho adotado (TR3541), sem quaisquer considerações relativas aos pátios
para manobras dos veículos ferroviários e para sistemas de mudanças de via, que
implicariam a necessidade de formulação de novos componentes e falhas funcionais.
SISTEMA PRINCIPAL: PAVIMENTO FERROVIÁRIO
I. Superestrutura da Via
I.1 Trilhos
I.2. Dormentes
I.3. Acessórios de Fixação dos Dormentes aos Trilhos
II. Infra-estrutura da Via
II.1. Lastro
II.2. Sublastro
II.3. Subleito
136
Tabela 7.1 – Funções dos elementos básicos que compõem o sistema em estudo
IDENTIFICAÇÃO DO
COMPONENTE
DESCRIÇÃO DO
COMPONENTE
FUNÇÃO OU REQUISITO DE OPERAÇÃO
(1) Servir como superfície de apoio e de rolamento para os veículos ferroviários;
(2) Receber os impactos diretos das cargas concentradas provenientes das rodas e distribuí-las à infra-estrutura.
(1) Servir como superfície de rolamento dos veículos ferroviários;
(2) Oferecer suporte às cargas transportadas.
(1) Receber as cargas verticais e horizontais transmitidas pelos trilhos.
(2) Transmitir as cargas ao lastro através da superfície de apoio
(3) Servir de suporte aos trilhos, permitindo a sua fixação com a finalidade de manter a geometria inicial, o espaçamento
entre eles (bitola) e a inclinação;
(4) Dar estabilidade à via no plano horizontal e no vertical frente aos esforços estáticos (peso próprio e variações de
temperatura) e dinâmicos (passagem dos trens).
(1) Fixar os trilhos ao dormente ou à placa de apoio do trilho.
I.3.
Acessórios de fixação dos
dormentes aos trilhos
I. SUPERESTRUTURA
I.1. Trilhos
I.2. Dormentes
137
Tabela 7.1 – Funções dos elementos básicos que compõem o sistema em estudo (continuação)
IDENTIFICAÇÃO DO
COMPONENTE
DESCRIÇÃO DO
COMPONENTE
FUNÇÃO OU REQUISITO DE OPERAÇÃO
(1) Formar a plataforma da via.
(1) Formar uma superfície contínua e uniforme para os dormentes e trilhos suprimindo as pequenas irregularidades na
superfície da plataforma;
(2) Distribuir uniformemente, sobre o sublastro, os esforços resultantes das cargas dos veículos;
(3) Reduzir as cargas tornando-as compatíveis com a capacidade de carga do subleito;
(4) Atenuar as vibrações provocadas pela passagem dos veículos;
(5) Impedir os deslocamentos longitudinais, verticais e laterais da via;
(6) Drenar e proteger a plataforma;
(7) Resistir à ruptura, aos desgastes e aos agentes atmosféricos;
(8) Permitir a conservação, remodelação e renovação da via mediante operações de alinhamento e nivelamento;
(9) Não permitir o crescimento da vegetação;
(10) Proteger a plataforma das variações de umidade devido ao meio ambiente.
(1) Dissipar as tensões provenientes do tráfego dos veìculos,
(2) Proteger o subleito;
(3) Aumentar a capacidade de suporte da plataforma (Subleito);
(4) Evitar a penetração do material granular do lastro na plataforma (Subleito);
(5) Proporcionar uma boa drenagem à via aumentando a resistência à erosão e a penetração da água no leito;
(6) Fornecer elasticidade ao apoio do lastro.
(1) Servir como fundação para a estrutura da via férrea.
(2) Evitar o colapso da estrutura por perda de capacidade de carga ou por recalques excessivos.
INFRA-ESTRUTURAII
II.2. Sublastro
II.3. Subleito
II.1. Lastro
138
Figura 7.3 – Diagrama de blocos funcionais
Sistema Principal
Subsistema I
Subsistema II
LEGENDA
Pavimento Ferroviário
I. - Superestrutura
(1) Servir como superfície de apoio e de rolamen-
to para os veículos ferroviários.
(2) Receber os impactos diretos das cargas con-
centradas provenientes das rodas e distribuí-
las à infra-estrutura.
II. - Infra-estrutura
(1) Formar a plataforma da via.
I.1. - Trilhos
(1) Servir como superfície de rolamento dos veí-
culos ferroviários.
(2) Oferecer suporte às cargas transportadas.
II.1. - Lastro
(1) Distribuir uniformemente, sobre o sublastro,
os esforços resultantes das rodas dos veículos.
(2) Formar uma superfície contínua e uniforme
para os dormentes e trilhos.
(3) Reduzir as cargas tornando-as compatíveis
com a capacidade de carga do subleito.
(4) Impedir os deslocamentos longitudinais, ver-
ticais e laterais da via.
(5) Drenar e proteger a plataforma.
(6) Resistir à ruptura, aos desgastes e aos agentes
atmosféricos.
(7) Permitir a conservação, remodelação e reno-
vação da via.
(8) Atenuar as vibrações provocadas pela passa-
gem dos veículos.
II.2. - Sublastro
(1) Dissipar as tensões provenientes do tráfego
dos veículos.
(2) Proteger o subleito.
(3) Aumentar a capacidade de suporte da plata-
forma (subleito).
(4) Evitar a penetração do material granular do
lastro na plataforma (subleito).
(5) Propocionar uma boa drenagem à via, aumen-
tando a resistência à erosão e a penetração da
água no leito.
(6) Fornecer elasticidade ao apoio do lastro.
I.2. - Dormentes
(1)- Receber cargas verticais e horizontais trans-
mitidas pelos trilhos.
I.3. - Acessórios de Fixação
(1) Fixar o trilho ao dormente ou placa de apoio.
(2) Transmitir as cargas ao lastro através da su-
perfície de apoio.
(3) Servir de suporte aos trilhos e manter a geo-
metria inicial da via.
(4) Dar estabilidade à via frente aos esforços
estáticos e dinâmicos.
(9) Não permitir o crescimento da vegetação.
(10) Proteger a plataforma das variações de umi-
dade.
II.3. - Subleito
(1) Servir como fundação para a estrutura da via
férrea.
(2) Evitar o colapso da estrutura por perda de ca-
pacidade de carga ou por recalques excessivos.
139
Tabela 7.2 – Falhas funcionais do pavimento ferroviário
IDENTIFICAÇÃO
COMPONENTE
DESCRIÇÃO
COMPONENTE
(a) Vazios;
(b) Segregações;
(c) Inclusões.
(d) Deformações nas pontas;
(e) Autotêmpera superficial;
(f) Escoamento do metal na superfície do boleto;
(g) Desgaste da alma e do patim por ação química;
(h) Desgaste dos trilhos por atrito;
(i) Desgaste ondulatório;
(j) Fratura dos trilhos.
(k) Deslocamento transversal das tangentes;
(l) Deslocamento das curvas;
(m) Arrastamento dos trilhos;
(n) Desgaste ou fratura dos trilhos.
(a) Destruição mecânica provocada pela circulação dos trens;
(b) Modificação no espaçamento entre os dormentes;
(c) Diferenças na bitola;
(d) Deslocamento transversal das tangentes;
(e) Deslocamento dos dormentes;
(f) Deslocamento das curvas;
(g)
Alargamento dos furos dos dormentes
;
Impossibilidade
de nova pregação do trilho;
(h) Apodrecimento dos dormentes de madeira;
(i) Ruptura dos dormentes de concreto;
(j) Desgaste ou fratura dos dormentes metálicos.
(a) Afrouxamento da fixação;
(b) Desgaste ou ruptura das talas de junção;
(c)
Desgaste dos parafusos
;
perda da "rosca";
(d) Afrouxamento dos parafusos das juntas;
(e)
Alargamento dos furos dos dormentes Impossibilidade
de nova pregação do trilho.
FALHA FUNCIONAL
Defeitos na Fabricação:
Defeitos Originados em Serviço:
Defeitos / Desconformidades pela Passagem do Trem:
I. SUPERESTRUTURA
I.3.
Acessórios de
Fixação
I.1. Trilhos
I.2. Dormentes
140
Tabela 7.2 – Falhas funcionais do pavimento ferroviário (continuação)
A Figura 7.4, por sua vez, apresenta, como exemplo, um encadeamento de falhas
funcionais que tendem a levar ao colapso o desempenho operacional da via, em termos
da ocorrência do descarrilamento de veículos ferroviários. Adotou-se no exemplo uma
análise por árvore de falhas (
FTA – Fault Tree Analysis
). Ao analisar esse conjunto de
dados, é possível enfatizar os itens que serão críticos e focalizar a gestão e/ou análise de
riscos naqueles que apresentam maior criticidade, que serão definidos de forma
diferenciada para cada trecho específico da ferrovia.
Após a definição das falhas funcionais dos elementos componentes do sistema, a fase
subseqüente da aplicação da técnica envolve a associação dos itens físicos, com as
funções, as falhas funcionais e, no mínimo, com as alternativas de manutenção mais
utilizadas (Figuras 7.5 a 7.8). Entretanto, enfatiza-se que tais correlações devem ser
complementadas e atualizadas após inspeções de campo com uma conseqüente
identificação de novos mecanismos de falhas, observações, recomendações e, se
necessário, com alternativas de manutenção mais sofisticadas e/ou readaptadas ás
condições reais de operação (por exemplo, considerando alternativas de acesso à
ferrovia não previamente estabelecidas; este elemento possui elevado fator de impacto
no caso da Estrada de Ferro Carajás).
IDENTIFICAÇÃO
COMPONENTE
DESCRIÇÃO
COMPONENTE
(a) Esmagamento das partículas do lastro;
(b)
Contaminação do lastro;
(c) Diminuição da drenabilidade;
(d) Recalques excessivos;
(e)
Perda de elasticidade.
(a) Perda da capacidade de suporte;
(b) Recalques excessivos;
(c) Perda de elasticidade.
(a) Perda da capacidade de suporte;
(b) Recalques excessivos.
II.3. Subleito
II. INFRA - ESTRUTURA
II.1. Lastro
II.2. Sublastro
FALHA FUNCIONAL
141
Figura 7.4 – Seqüência de eventos – Descarrilamento de veículos ferroviários (FTA – Fault Tree Analysis)
DESCARRILAMENTO DE TRENS
FLAMBAGEM DA
LINHA
CISALHAMENTO DOS
PARAFUSOS DAS
JUNTAS DOS TRILHOS
RUPTURA DO TRILHO
DEFORMAÇÃO NAS
PONTAS DO TRILHO
Arrastamento dos trilhos
Deslocamento dos trilhos se
a resistência oferecida é
superior à resistência
oferecida pelo lastro
As juntas dos
trilhos perdem a
folga de um lado
e aumenta do
outro lad
o
Alteração na distância entre
os dormentes
Arrastamento
dos dormentes
Fissuramento do trilho
Criação de pontos fracosFragilidade do trilho
Desgaste dos trilhos por
atrito
Desgaste
do aço
Defeito de
fabricação
Envelheci-
mento
do trilho
Aparecimento de pequenas
trincas superficiais
Autotêmpera superficial
Aquecimento e esfriamento
rápido do metal do trilho
Patinação
das rodas
das
locomotivas
Fricção
enérgica
provocada
pela
frenagem
Aumento da seçãodo boleto
e afinamento das
extremidades
Deformação permanente do
boleto
Martelamento
das cargas
Oxidação
do metal
do trilho
(corrosão)
Desgaste
da alma e
do patim
por ação
química
Atrito dos
frisos das
rodas nas
curvas
Desnivelamento dos trilhos
Choques e
flexões nas
juntas
Fadiga do metal das juntas
Fraturas junto aos furos
onde são colocados os
parafusos
Problemas na fixação do
trilho
Desnivelamento dos
dormentes
Afrouxamento
da fixação
Destruição
mecânica
dos
dormentes
Falta de
manutenção
Desnivelamento do lastro
Contaminação
do lastro
Perda da
capacidade
suporte do
sublastro
Recalque
Recalques
excessivos
do Subleito
Esmagamento
partículas
Desgaste ondulatório
Autotêmpera superficial
Variação na velocidade
angular da roda
Variação do grau de
aderência nas pontas de
contato
Vibrações
pela passagem
do trem
ou
ou
ou
ou
ou
ou
ou
ou
ou
ou
ou
ou
ou ou ou
ou
ou
Perda de
elasticidade
sublastro
ou
ou
ou
ou
ou
ou
ou
142
Figura 7.5 – Associação dos itens físicos, funções, falhas/defeitos e alternativas de manutenção – I.1. Trilhos
(1) Superfície de
Rolamento
(2) Suportar cargas
transportadas
I.1. - Trilhos
Defeitos de Fabricação:
(a) Vazios;
(b) Segregações;
(c) Inclusões.
Defeitos Originados em
Serviço:
(a) Deformações nas Pontas;
(b) Autotêmpera Superficial;
(c) Escoamento do Metal na
Superfície do Boleto;
(d) Desgaste da Alma e do
Patim por Ação Química;
(e) Desgaste Ondulatório;
(f) Fratura dos Trilhos.
Defeitos / Desconformidades
pela Passagem do Trem:
(a) Deslocamento Transver-
sal das Tangentes;
(b) Deslocamento das curvas;
(c) Arrastamento dos trilhos;
(d) Desgaste ou fratura dos
trilhos.
Não aceitar o lote de trilhos
após a verificação através
dos ensaios de recebimento:
- Tolerância no comprimento;
- Prova de Choque;
- Ensaio de Tração;
- Ensaio de Resiliência;
- Ensaio ao Entalhe e Fratura.
Fazer vistorias visuais para
determinar possíveis defeitos
de fabricação não identificados
nos ensaios de recebimento.
Substituir o Trilho
Maior exigência nos
ensaios de
recebimento
Substituição do Trilho.
- Manutenção da Via;
- Puxamento da Linha.
Elemento do Subsistema
Funções do Elemento
Falhas/Defeitos do Elemento
Alternativas de Manutenção
LEGENDA
143
Figura 7.6 – Associação dos itens físicos, funções, falhas/defeitos e alternativas de manutenção – I.2. Dormentes e
I.3. Acessórios para Fixação
Elemento do Subsistema
Funções do Elemento
Falhas/Defeitos do Elemento
Alternativas de Manutenção
LEGENDA
(b) Modificação no Espaça-
mento entre os Dormentes.
Substituir Quando:
- Dormente de Madeira:
* Apodrecimento da Madeira;
* Rachaduras ou fendas que tornen inefi-
cazes as fixações ou a socaria (grande
número de furos).
- Dormente de Concreto:
* Não oferecem apoio suficiente ao trilho;
* Não podem segurar a bitola em seu nível
de segurança
Nivelamento quando:
- Falta de pedra no lastro;
- Alta taxa de dormentes
inservíveis.
Correção da Bitola quando:
Grande quantidade de dor-
mentes inservóveis.
Defeitos e Soluções
associadas aos Trilhos e
Dormentes
Manutenção da Via.
I.3. - Acessórios
para Fixação
Dormente de Madeira:
Apodrecimento.
Dormente de Concreto:
- Fissuras e Trincas;
- Ruptura.
Dormente Metálico:
Desgaste ou fratura.
(1) Receber Cargas
(2) Transmitir as
cargas ao Lastro
(3)Soporte para os
Trilhos
(4)Dar Estabilida-
de à Via
I.2. - Dormentes
(a) Afrouxamento Fixação.
(b) Desgaste ou Ruptura das
Talas de Junção.
(c) Desgaste dos Parafusos
perda da "Rosca".
(d) Afrouxamento dos Parafu-
sos das Juntas.
(e) Alargamento dos Furos
dos Dormentes Dificuldade
de Nova Pregação do Trilho.
(1) Fixar os Trilhos
ao Dormente ou à
placa de apoio do
trilho.
144
Figura 7.7 – Associação dos itens físicos, funções, falhas/defeitos e alternativas de manutenção – II.1. Lastro
(c) Diminuição da Drenagem
(d) Recalques Excessivos
(e) Perda de Elasticidade
Limpeza da faixa manual ou
quimicamente.
Limpeza e recomposição do
lastro.
Socaria
(a) Esmagamento das partí-
culas do lastro.
(b) Contaminação do Lastro
(1) Superfície
contínua-uniforme
(2) Distribuir os
esforços
(3) Tornar as car-
gas compatíveis
com a capacidade
de carga subleito
II.1. - Lastro
Elemento do Subsistema
Funções do Elemento
Falhas/Defeitos do Elemento
Alternativas de Manutenção
LEGENDA
(4) Atenuar as
vibrações
(5)Impedir o des-
locamento da via
(6)Drenar e prote-
ger a plataforma
(7) Permitir a
manutenção
(8) Resistir à rup-
tura, aos desgastes
e aos agentes
atmosféricos
(9) Não permitir o
crescimento da
vegetação
(10) Proteger a
plataforma das
variações de
umidade
145
Figura 7.8 – Associação dos itens físicos, funções, falhas/defeitos e alternativas de manutenção – II.2. Sublastro e II.3. Subleito
Grau de compactação
inferior ao projetado
(a) Perda da capacidade de
suporte
II.2. - Sublastro
Elemento do Subsistema
Funções do Elemento
Falhas/Defeitos do Elemento
Alternativas de Manutenção
LEGENDA
(1) Dissipar os
esforços
(2) Proteger o
Subleito
(3) Aumentar a
capacidade de
suporte do subleito
(b) Recalques excessivos
(c) Perda de elasticidade
Limpeza e recomposição do
sublastro
(4) Evitar a pene-
tração de materiais
granulares
(5)Evitar a erosão
e a penetração da
água no subleito
(6)Fornecer
elasticidade de
apoio ao lastro
(a) Perda de capacidade de
carga
(b) Recalques excessivos
II.3. - Subleito
(1)Fundação da
estrutura da via
férrea
Solos moles h < 3 m
Solos moles h > 3 m
Tratamento fisico/químico da
camada de solo
(2) Evitar a perda
de capacidade de
carga e recalques
Remoção da camada de solo
mole
146
7.4. ÍNDICES DE CRITICIDADE
Os índices de detecção estão relacionados à influência indireta que o controle e
monitoramento têm sobre a probabilidade de ocorrência dos eventos e/ou na severidade
das conseqüências, variando em função da qualidade e do tipo de monitoramento
instalado ao longo da via (essencialmente por vistorias locais e/ou instrumentação). A
Tabela 7.3 apresenta a proposta de uma escala para os índices de detecção.
Tabela 7.3 – Escala de índices de detecção
Os índices de ocorrência estão relacionados com a freqüência com que ocorrem os
eventos, e sempre que possível, devem ser usados procedimentos estatísticos baseados
em dados históricos. A Tabela 7.4 define as classes de ocorrência em função dos
impactos na segurança, impactos ambientais e outros impactos na via. Conforme
exposto previamente, as conseqüências das ocorrências do evento podem ser
classificadas em econômicas, ambientais, sociais e para a saúde e segurança; nesse
sentido, os índices de severidade estão relacionados às conseqüências dos impactos
previstos (Tabela 7.5).
Quase Certa
1
Muito Alta
2
Alta
3
Moderadamente Alta
4
Média
5
Baixa
6
Muito Baixa
7
Mínima
8
Rara
9
Não existem controles que
detectem esta falha
Quase Impossível
10
Média Chance de Detecção
Chance muito baixa de
detecção
Controles atuais detectam a
falha quase sempre
Grandes chances de detecção
CRITÉRIOS DETECÇÃO
ÍNDICE DE
DETECÇÃO
DETECÇÃO DOS EVENTOS
147
Tabela 7.4 – Classes e índices de ocorrência
Quase Nunca
1
Mínima
2
Falhas raramente
ocorrem
3
Baixa
4
Falhas ocasionais
5
Moderada
6
Falhas ocorrem com
frequência
7
Alta
8
Muito Alta
9
E
Possibilidade de Ocorrência
> 10,0%
Possibilidade de Ocorrência
> 50,0%
Falhas historicamente quase
certas
Quase Certa
10
OCORRÊNCIA DOS EVENTOS
CLASSE DE
OCORRÊNCIA
CRITÉRIOS
OCORRÊNCIA
ÍNDICE DE
OCORRÊNCIA
Impacto na Segurança Impacto Ambiental Outros Impactos
B
Possibilidade de Ocorrência
0,01% a 0,1%
Possibilidade de Ocorrência
0,1% a 1,0%
Muito poucas falhas podem
ocorrer
A
Possibilidade de Ocorrência
< 0,01%
Possibilidade de Ocorrência
< 0,1%
Falha improvável, nenhuma
ocorrência histórica
D
Possibilidade de Ocorrência
1,0% a 10,0%
Possibilidade de Ocorrência
10,0% a 50,0%
Alto número de falhas ocorre
com frequência
C
Possibilidade de Ocorrência
0,1% a 1,0%
Possibilidade de Ocorrência
1,0% a 10,0 %
Algumas falhas podem
ocorrer
148
Tabela 7.5 – Classes e índices de severidade
Impactos Sobre Órgãos
Reguladores e Censura
Inquietação Pública e Perda de
Imagem
Nenhuma
1
Mínima
2
Muito Pequena
3
Pequena
4
Moderada
5
Significativa
6
Grande
7
Extrema
8
Séria
9
V
Extremo
(> U$10 M)
Impacto Catastrófico
sobre o Habitat
(Grande e
Irreversível)
Incapacidade Total de atender
às Exigências Regulatórias.
Paralização ou Restrição
Severa de Operação
Grande Manifestação de ONG's
Locais e Internacionais com
grande perda de valor de
Mercado
Numerosas Mortes Esperadas Catastrófico
10
Impacto Pequeno
sobre o Habitat
CRITÉRIOS
Pequenos socorros requeridos.
Pequeno risco de ferimentos
graves
Ferimentos Graves com
provável Incapacitação.
Algum potencial de mortes
III
Moderado
(U$0,1 - U$1 M)
Impacto
Significativo,
Reversível sobre o
Habitat
Falha Moderada (menos de 1
vez por ano). Expectativas de
Multas ou Censuras
Atenção Ocasional de ONG's
requerendo pequenas mudanças
de procedimentos
Perda de tempo ou prováveis
ferimentos. Algum potencial
para ferimentos graves.
Pequenos riscos de mortes
IV
Alto
(U$1 - U$10 M)
Impacto
Significativo,
Irreversível sobre o
Habitat ou Grande
Reversível
Falha Severa (mais de 1 vez por
ano). Multas crescentes e
grandes. Perda da confiança
dos Reguladores
Ativismos de ONG's Locais e
Internacionais resultando em
Impacto Político e Financeiro e
sobre a liberdade de negócios
da Companhia
II
Baixo
(U$0,01 - U$0,1 M)
Não Mensurável
Deixa de atender às Exigências
ou Expectativas Regulatórias.
Aumento da freqüência de
Fiscalização
Manifestações pouco
freqüentes de ONG's atendidas
por ações de Relações Pùblicas
e Comunicação
SEVERIDADE DE EFEITOS (Conseqüencias)
SEVERIDADE
ÍNDICE DE
SEVERIDADE
I
Desprezível
( < U$0,01 M)
Impacto Não
Mensurável
Impacto Não Mensurável
Nenhuma atenção de ONG's
locais ou Internacionais
Impacto Econômico Impacto Ambiental
Impacto Social
Saúde e Segurança
CLASSE DE
SEVERIDADE
149
7.5. HIERARQUIZAÇÃO DE RISCOS
Quanto à hierarquização dos riscos, foram aplicadas as técnicas de Matriz de Criticidade
e pela definição do Número de Priorização do Risco RPN (
Risk Priority Number
),
ambas passíveis de obtenção de bons resultados, desde que se leve em conta todas as
especificidades do trecho adotado.
Em geral, a matriz de criticidade é mais usada para se determinar a hierarquização dos
riscos, já que envolve apenas dois dos índices de criticidade (ocorrência e severidade),
além de ser mais fácil visualizar os resultados. Na matriz de criticidade proposta, foram
definidas 3 (três) faixas de criticidade e tolerabilidade (Figura 7.9).
Figura 7.9 – Matriz de criticidade proposta
(Alta)
(Baixa) (Alta)
E
D
C
B
A
I II III IV V
Criticidade
Crescente
CLASSES DE OCORRÊNCIA
Aumento do Nível de Ocorrência
CLASSES DE SEVERIDADE
Aumento do Nível de Severidade
Risco Aceitável
Risco Tolerável
Risco
Intolerável
150
Quando se tem um monitoramento adequado e atualizado das estruturas, torna-se
possível aplicar o conceito do índice RPN que fornece, de forma rápida, o critério de
hierarquização. Uma vez que os índices de detecção são determinados de forma
subjetiva e podem mascarar os resultados da análise, é recomendável usar este critério
somente quando houver confiabilidade em termos dos critérios adotados para a
obtenção dos índices de detecção para a análise realizada.
Para o caso em análise nesta dissertação, foram estabelecidos os critérios indicados na
Tabela 7.6 para fins de estimativa da aceitabilidade e tolerabilidade do risco no projeto
de duplicação da EFC, incluindo-se os procedimentos de controle / redução dos riscos
associados aos critérios propostos.
Tabela 7.6 – Critérios para a hierarquização dos riscos
7.6. PLANILHA FINAL
O resultado final das análises de risco por meio da aplicação da metodologia
FMEA/FMECA é expresso sob a forma de uma planilha, na qual são sistematizados
todos os dados obtidos em escritório, no campo e no laboratório (Anexo III). Essa
planilha deve conter, além de todas as informações relevantes relacionadas às
observações de campo e aos critérios de análise estabelecidos nas reuniões das equipes,
a especificação, de forma clara e sucinta, de todos os elementos constituintes dos
subsistemas que possam necessitar de intervenções emergenciais ou periódicas.
CLASSIFICAÇÃO DO
RISCO
ÍNDICE DE
CRITICIDADE
(IC = O x S)
NÚMERO DE
PRORITICIDADE
(RPN = O x S x D)
P4: Não há necessidade de nenhum tipo
de intervenção na via
P3: Serviços de Manutenção Periódica
P3: Serviços de Manutenção Periódica
P2: Obras de Reparo Emergencial
P2:
Obras de Reparo Emergencial
P1: Interrupção da Via e Paralização
Completa da via
RISCO INTOLERÁVEL
IC
> 40
RPN
> 110
PROCEDIMENTOS PARA
CONTROLE/REDUÇÃO DOS RISCOS
OU
OU
OU
RISCO ACEITÁVEL
IC 16 RPN 50
RISCO TOLERÁVEL
16 < IC 50 < RPN 110
151
Em geral, é útil complementar essa planilha com dados considerados relevantes durante
a realização das análises, tais como:
−
Esquema lógico do sistema, que inclua o sistema principal, os subsistemas, os modos
de ruptura e as possíveis conseqüências de evento;
−
Desenhos ilustrativos dos modos e mecanismos de ruptura (croquis);
−
Tabelas da escala de valores adotados para a determinação dos índices de criticidade;
−
Diagrama dos blocos funcionais para indicar a ligação existente entre os itens que
compõem o sistema;
−
Ensaios de laboratório e de campo;
−
Fotografias;
−
Fichas de campo e de vistoria técnica (Anexos I e II).
152
CAPÍTULO 8:
CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS
Neste trabalho, realizou-se um estudo das técnicas de análise de riscos aplicadas a obras
geotécnicas e elaborou-se uma metodologia de análise centrada na confiabilidade,
envolvendo as ferramentas de análise semi – quantitativas FMEA (
Failure Modes and
Effects Analysis
), FMECA (
Failure Modes, Effects and Criticality Analysis
) e FTA
(
Fault Tree Analysis
), aplicadas a pavimentos ferroviários e, especificamente, à Estada
de Ferro Carajás.
Na metodologia proposta, foram explicitadas as atividades fundamentais necessárias
para se determinar as funções e os modos de ruptura dos elementos que compõem o
sistema, as causas que provocam as falhas funcionais e o impacto da ocorrência dos
eventos. Além disso, elaborou-se uma ficha de campo para se proceder às observações
técnicas das estruturas em campo e avaliar as suas condições. A ficha de campo inclui
um item destinado à programação de campanhas de ensaios de laboratório e / ou campo
e, assim, à determinação das propriedades dos elementos da infra – estrutura da via.
Essas fichas de campo devem ser guardadas para futuras comparações com dados de
vistorias técnicas e avaliar o desempenho da estrutura. Elaborou-se também uma
planilha FMEA / FMECA para sistematizar a apresentação, de forma clara e resumida,
dos resultados oriundos das observações de campo.
O desenvolvimento dos estudos propostos no escopo desta dissertação possibilitou a
caracterização das seguintes premissas e/ou conclusões:
−
Constatou-se,
a priori
, uma quase absoluta falta de estudos de gerenciamento de
riscos voltados a pavimentos ferroviários, além de uma grande carência de
aplicações e análises específicas para a área da geotecnia; por esse motivo, para
o desenvolvimento deste trabalho, foram introduzidas adaptações/especificações
às ferramentas de análise de riscos para outras áreas;
153
−
Verificou-se também que, no Brasil, ainda é muito incipiente a utilização das
análises de risco aplicadas a estruturas geotécnicas, mesmo sendo obras que
precisam ser monitoradas para evitar conseqüências catastróficas se os riscos se
concretizarem. O que se observa, na realidade, é que há uma prática de
monitoramento ineficaz das estruturas, ou seja, as estruturas geotécnicas são
instrumentadas, mas não há pessoal capacitado no campo para ler e interpretar
os resultados obtidos e fazer as análises devidas para prever o potencial da
ocorrência de eventos. Além disso, cabe ressaltar que a instrumentação das
estruturas fornece apenas o índice de detecção das estruturas e nenhum outro
dado adicional;
−
É de grande utilidade aplicar uma técnica de analise de riscos que forneça dados
reais da estrutura e que auxilie no planejamento de serviços de manutenção e
obras de melhoria da estrutura;
−
Uma análise de riscos bem desenvolvida e analisada, além de reduzir o risco
associado à estrutura e mitigar os impactos da ocorrência dos riscos, ajuda a
planejar os serviços de manutenção de forma adequada, sem perda de tempo e
nem de paralisações da produção, sem quaisquer investimentos na manutenção;
−
Os elementos que deverão receber manutenção são aqueles que, por meio dos
resultados da aplicação dos critérios de hierarquização (RPN
– Risk Priority
Number
, Matriz de Criticidade), forem considerados críticos;
−
Para realizar uma análise de riscos, impõe-se a preparação de uma equipe
multidisciplinar de forma a identificar e analisar previamente os possíveis riscos
associados à obra, além de minimizar a subjetividade envolvida no processo;
−
Os dados históricos sobre a ocorrência dos eventos é de grande ajuda para
determinar a freqüência da ocorrência dos eventos e existe uma relação direta
entre os resultados das observações com a identificação das causas dos modos
de ruptura, permitindo a sua detecção antecipada;
154
−
É possível hierarquizar os riscos associados a pavimentos ferroviários e definir
quais as medidas de mitigação e redução dos riscos; a ficha de campo e a
planilha FMEA / FMECA propostas devem ser atualizadas de acordo com a
experiência dos membros da equipe e às reais condições de campo;
−
A aplicação apropriada das análises de riscos ajuda na operação, manutenção
programada, inspeções de rotina, monitoramento da estrutura e a revisão
periódica da segurança, além de desenvolver, na equipe de campo, sensibilidade
para identificar qualquer mudança no comportamento da estrutura;
−
O dimensionamento tradicional das estruturas pode ser complementado com as
análises de risco de forma a otimizar o projeto, a construção da obra, a operação
e o monitoramento da estrutura visando aumentar a segurança das estruturas
geotécnicas.
Como limitações óbvias destas técnicas, foram constatadas grandes dificuldades para se
correlacionar todas as causas de ocorrência do evento e suas potenciais conseqüências.
Por outro lado, o envolvimento contínuo das pessoas, o tempo demandado para a
realização dos trabalhos e os custos de manutenção associados às análises constituem
elementos restritivos à aplicação generalizada das metodologias de análises de risco.
Como sugestões de trabalhos complementares para subsidiar e dar continuidade ao
estudo desenvolvido, são propostas as seguintes abordagens:
−
Aplicar a metodologia proposta à Estrada de Ferro Carajás como um todo, no
âmbito da técnica de Projeto TMD, avaliando-se as influências relativas de cada
trecho delimitado pelos condicionantes geológico-geotécnicos locais, incluindo-
se as zonas dos pátios de manobra e de mudanças de vias;
−
Elaborar e implementar metodologias de análise de risco para as estruturas
complementares ao pavimento ferroviário (obras de arte correntes, taludes de
corte e aterro, túneis, etc.);
155
−
Elaborar e implementar metodologias de análise de risco para o material rodante
ou para subsistemas isolados da ferrovia (dormentes, por exemplo,
caracterizando influências específicas tais como natureza, rigidez, elementos de
ligação com os trilhos, etc);
−
Comparar os resultados da classificação dos riscos obtidos através da FMEA /
FMECA com outras técnicas de análise;
−
Fazer uma comparação detalhada das análises de risco implementadas com a
variabilidade das condições operacionais da ferrovia de campo ao longo do
tempo.
156
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162
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30/01/09.
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(km 565,800 a km 570,050) elaborado pela PLANSERVI ENGENHARIA, emitido em
30/01/09.
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(km 572,750 a km 576,706) elaborado pela PLANSERVI ENGENHARIA, emitido em
30/01/09.
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165
ANEXO I
FICHA DE CAMPO E DE VISTORIA
TÉCNICA
166
/ /
/ / / /
10.
Código de Identificação da Vistoria:
Folha: 1/7
Equipe:
Data Última Vistoria:
Data Início:
Data Fim:
Identificação da Obra:
Fase da Obra:
Descrição da Obra:
Trecho da Ferrovia:
Coordenadas X:
Fotos:
Nome Função Assinatura
Coordenadas Y:
Nome Arquivo
6.
7.
8.
9.
11.
Descrição Nome Arquivo Descrição
FICHA DE CAMPO E DE VISTORIA TÉCNICA
1.
2.
3.
4.
5.
Início Fim
167
Existente
Duplicação
Sentido Importação Sentido Exportação
Declividade:
/
/
Nivelamento entre os Trilhos:
26.
Comentários:
25. Reclamações dos Clientes: Averia nas cargas transportadas
Outra:
Outra:
24. Reclamações dos Passageiros: Ruído Excessivo Desconforto
23. Há evidências de arrastamento dos trilhos? Sim Não
das suas extremidades? Sim Não
d.
Houve aumento da dimensão do boleto dos trilhos e afinamento em uma
OxidaçãoDesgaste
Fratura junto aos furos parafusosFadiga Ruptura
c. Fissuramento Trincas
Bajaa. Deformação nas Pontas: Alta Média
b. mmDesniveladoNivelado
c.b.
d.
Outros:
22.
Defeitos Originados em Serviço:
21.
Defeitos de Fabricação:
a. Vazios Segregações Inclusões
20.
Tipo de Trilho:
I.1. TRILHO
Data da Última Substituição:
19.
I. SUPERESTRUTURA
18.
m
Bitola:
17.
Comentários:
b.
c.
%
16.
Rampa:
a.
15.
Largura Total da Plataforma:
m
Raio da Curva:
PLATAFORMA
12.
Via:
Distância entre as Vias:
m
13.
FICHA DE CAMPO E DE VISTORIA TÉCNICA
Folha: 2/7
14.
168
/
/
-
-
-
-
35.
Comentários:
Dormentes
Desgaste dos Parafusos
Há evidências de fissuras ou outros
problemas na soldagem dos trilhos?
Sim
Não
Afrouxamento da Fixação
Alargamento dos furos dos
Desgaste ou Ruptura da
tala de junção
Talas de Junção Soldagema. b.
I.3. ACESSÓRIOS DE FIXAÇÃO E JUNÇÃO DOS TRILHOS
34. Tipo de Junção:
33.
Comentários:
Há problemas de nivelamento da via devido à falta de material de lastro?
32. Dimensões:
31.
Sim Não
b. Largura: a. Comprim:m ma. Altura: m
Sim Não
29.
Espaçamento entre os dormentes:
m
MetálicoMadeira
- Outro:
- Desgaste do Metal
- Fratura/Ruptura
- Outro:
- Apodrecimento
- Grande número de
- Fendas
- Rachaduras
furos (fixação)
Tipo de Dormente:
Folha: 3/7
Há evidências de arrastamento dos trilhos?
- Trincas
- Fissuras
- Ruptura
I.2. DORMENTES
27.
Data da Última Substituição:
30.
- Outro:
c. b.
FICHA DE CAMPO E DE VISTORIA TÉCNICA
a. Concreto
28.
169
Presença de Finos
c. Presença de Vegetação na via? Sim Não
47.
Análise dos Resultados:
19,1
12,7
9,5
(contaminação ou esmagamento de partículas)
a.
b.
Diminuição da Permeabilidade? Sim Não
Sim Não
Porcentagens Acumuladas de Material
Retido nas Peneiras (%)
Abertura Nominal das Peneiras (mm)
76,2
63,5
46. Granulometria:
50,8
38,1
25,4
45.
%
Resistência ao choque (Índice de Tenacidade Treton):
44.
%
Permeabilidade:
43.
Absorção de Água:
%
42.
Porosidade Aparente:
%
41.
Abrasão:
%
g/cm
3
Espessura:
m
39.
II.1. LASTRO
38.
40.
Forma: Cúbica Arredondada
Infra-estrutura?
37.
Sim Não
c. Subleito
Coleta de Amostras:
Item
Folha: 4/7
b. Sublastro
Hà evidências de recalques na Superestrutura devido a problemas/falhas na
Lastroa.
Data
Identificação da
Amostra
FICHA DE CAMPO E DE VISTORIA TÉCNICA
II. INFRA - ESTRUTURA
36.
Massa Específica Aparente:
Coordenadas Amostra
x y
Tipo Amostra
Def. Indef.
170
m
64.
Índice de Plasticidade (IP):
63.
Permeabilidade:
%
Perda de Elasticidade? Sim Não
58.
Análise dos Resultados:
a. Diminuição da Permeabilidade? Sim Não
n
o
. 40
n
o
. 200
9,5
4,75
b.
c. Diminuição da Capacidade de Carga (CBR)? Sim Não
Sim Não
b. Perda de Elasticidade? Sim Não
65
Análise dos Resultados:
m
60.
61.
c. Diminuição da Capacidade de Carga (CBR)?
Presença de Solos Moles?
Não
m
Limite de Liquidez (LL):
Índice de Plasticidade (IP):
53.
Permeabilidade:
%
52.
Compactação:
Espessura do Reforço do Subleito:
Sim Não
Espessura:
Índice de Grupo (IG):
Folha: 5/7
II.3. SUBLEITO
59.
62.
Capacidade de Suporte de Carga (CBR):
%
Espessura:
m
a. Aumento da Permeabilidade? Sim
n
o
. 10
Abertura Nominal das Peneiras (mm)
Porcentagens Acumuladas de Material que
Passa nas Peneiras (%)
50
25
54.
%
57. Granulometria:
Capacidade de Suporte de Carga (CBR):
55.
56.
%
Expansão:
FICHA DE CAMPO E DE VISTORIA TÉCNICA
49.
Espessura:
II.2. SUBLASTRO
48.
%
51.
Abrasão:
%
50.
171
III.
IV.
Falha Moderada
Catastrófico
Baixo Falha Severa
Impacto sobre Órgãos Reguladoras e Censuras:
Pequeño
Baixo
II. V.
C5.
C6.
IV.
V.
Quase Certa
ÍNDICE DE SEVERIDADE
E10.
Baixa Muito AltaD9.
Freqüentemente
Raramente Alta
D7.
D8.
Quase Nunca Moderada
Mínima
A1.
A2.
B3.
Muito Baixa
Mínima
Rara
Quase Impossível
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Alta
Média
Muito Alta
Significativo Irreversível
Quase Certa
Possibilidade de detectar os modos potenciais de falha, antes do evento ocorrer:
Moderadamente Alta
I.
Impacto Ambiental:
III.
II.
B4.
Baixa
III. Moderado
II. V.
I. Desprezível Alto
Baixo Extremo
Folha: 6/7
Impacto Econômico:
I.
Significativo Reversível
Necessidade de Fiscalização Paralização ou Restrição de
II. V.
III.
Impacto Social:
I. IV.
Operação
Inquietação Pública e Perda de Imagem:
Desprezível
Baixo
Moderado
Alto
Extremo
Falhas Ocasionais
IV.
AVALIAÇÃO DOS RISCOS
ÍNDICE DE DETECÇÃO
Freqüência com que ocorrem os eventos:
ÌNDICE DE OCORRÊNCIA
172
/ /
;
P4
P3
P2
Data Prevista para a Próxima Vistoria:
Nome do responsável:
Assinatura do responsável:
;
;
Ocorrência (O): Severidade (S):
P3
P2
P1
Risco Intolerável
Risco Aceitável
Risco Tolerável
Hierarquização dos Riscos:
Impacto Econômico:
Impacto Ambiental:
Impacto sobre Órgãos Reguladoras e Censuras
Inquietação Pública e Perda de Imagem
Saúde e Segurança:
;
Se RPN
<'
50
;
Se RPN
='
110
Detecção (D):
Ocorrência (O):
MATRIZ DE CRITICIDADE
ou
P1
;
Se 110
>
RPN
<'
50
ou
P2
Risco Intolerável
;
P2
Risco Tolerável
;
P3
P4
ou
P3
RPN = D x O x S =
Risco Aceitável
;
CÁLCULO DO RPN
(ii)
(iii)
(iv)
(iii) = (S1 + S2)/2 =
S1.
Impacto Social:
Pequeno risco de
ferimentos graves
II.
III.
Pequeno risco de morte
Numerosas Mortes
esperadas
Folha: 7/7
Índice de Severidade = ((i) + (ii) + (iii) + (iv)) / 4 =
S2.
(i)
AVALIAÇÃO DOS RISCOS
Descrição
Pontuação
V.
ÍNDICE DE SEVERIDADE (Cont.)
Saúde e Segurança:
I.
Não Mensurável
IV.
Potencial de morte
RESULTADO DO ÍNDICE DE SEVERIDADE
Severidade (S):
173
ANEXO II
INSTRUÇÕES PARA PREENCHIMENTO DA
FICHA DE CAMPO E DE VISTORIA
TÉCNICA
174
ITEM DESCRIÇÃO
1.
Identificação da Obra: Nome da Obra.
2.
Fase da Obra: Fase em que se encontra a obra, por exemplo, construção,
remodelação, exploração, etc.
3.
Descrição da Obra: Descrever o tipo de obra que está sendo analisado.
4.
Trecho da Ferrovia: Escrever a localização do trecho a ser analisado, por exemplo,
locação 35 a locação 41, ou, km 542,850 a km 619,986.
5.
Coordenadas: Escrever as coordenadas de início e fim do trecho, caso se esteja
estudando um local específico do trecho, escrever as coordenadas do local.
6.
Fotos: Descrever a foto e escrever o nome (número) do arquivo na máquina para
facilitar a identificação.
7.
Equipe: Escrever o nome e função dos profissionais que compõem a equipe;
somente devem assinar os membros da equipe que fizeram parte da análise, para
que, caso haja necessidade de esclarecimentos, recorrer aos profissionais que
estiveram presentes nas observações de campo.
8.
Data da Última Vistoria: Informar a data da última vistoria realizada.
9.
Data Início: Data de início da análise.
10.
Data Fim: Data de finalização da análise.
11.
Código de Identificação da Vistoria: As vistorias devem receber um código de
identificação, relacionado à Planilha FMEA / FMECA (Anexo II), ese código deve
ter uma seqüencia lógica que deve ser definida pelo coordenador das análises.
12.
Via: Indicar se o trecho analisado é de via existente ou de duplicação.
13.
Distância entre as Vias: Caso a linha seja dupla, registrar a distância entre as vias.
14.
Largura Total da Plataforma: Medir a largura total da plataforma.
15.
Raio da curva: Se houver curva, escrever o raio da curva.
16.
Rampa: Se houverem rampas, indicar o sentido e a declividade.
17.
Coméntarios: Se necessário, escrever comentários adicionais da visita ao campo.
18.
Bitola: Registrar bitola, se possível, com precisão milimétrica.
19.
Data da Última Substituição: Escrever a data da última substituição do trilho.
20.
Tipo de Trilho: Descrever o tipo de trilho.
Defeitos de Fabricação:
a. Vazios: Pequeno vazio na parte superior do trilho que pode causar uma trinca ou
fenda.
b. Segregações: Acúmulo de impurezas na superfície do trilho que pode causar
fendas ou trincas
c. Inclusões: Presença de materiais diferentes ao trilho que podem provocar fendas
internas no trilho.
21.
175
ITEM DESCRIÇÃO
Defeitos Originados em Serviço: Verificar os defeitos que os trilhos apresentam
decorrentes da passagem dos trens.
a. Deformação nas Pontas: Verificar a grandeza das deformações nas pontas dos
trilhos.
b. Nivelamento dos Trilhos: Se o trilho estiver desnivelado, indicar a grandeza, em
mm, do desnivelamento.
c. Indicar a pressença de fissuras, trincas, desgaste do metal do trilho, oxidação,
fadiga, fratura ou ruptura.o
d. Verificar se houve aumento da dimensão do boleto dos trilhos e afinamento em
uma das suas extremidades.o
23.
Verificar se há evidências de arratamento dos trilhos.
24.
Reclamação dos Passageiros: Registrar reclamações dos passageiros.
25.
Reclamação dos Clientes: Registrar reclamações dos clientes.
26.
Coméntarios: Se necessário, escrever comentários adicionais da visita ao campo.
27.
Data da Última Substituição: Escrever a data da última substituição do dormente.
28.
Tipo de Dormente: Indicar o tipo de dormente e os defeitos que eles apresentam.
29.
Espaçamento entre os Dormentes: Verificar o espaçamento entre os dormentes.
30.
Verificar se há evidências de arratamento dos trilhos.
31.
Verificar se ha problemas de desnivelamento da via à falta de material do lastro.
32.
Dimensões: Indicar as dimensões do dormente.
33.
Coméntarios: Se necessário, escrever comentários adicionais da visita ao campo.
34.
Tipo de Junção: Indicar o tipo de junção.
35.
Coméntarios: Se necessário, escrever comentários adicionais da visita ao campo.
36.
Coleta de Amostras: Registrar as amostras retiradas para campanha de ensaios de
laboratório/campo
37.
Verificar se há evidências de recalques na Superestrutura devido a problemas/falhas
na Infra - estrutura.
38.
Forma: Descrever a forma das partículas que compõem o lastro.
39.
Espessura: Espessura do lastro.
40. a 46.
Após receber os resultados dos ensaios realizados nas amostras descritas no item 36,
completar os itens 40 a 46.
a. Verificar se houve diminuição da permeabilidade, comparar com resultados
anteriores.
b. Verificar, atraves da granulometria (item 46), a presença de finos.
c. Verificar a presença de vegetação na via.
22.
47.
176
ITEM DESCRIÇÃO
48.
Espessura: Espessura do sublastro.
49. a 57.
Após receber os resultados dos ensaios realizados nas amostras descritas no item 36,
completar os itens 49 a 57.
a. Verificar se houve diminuição da permeabilidade, comparar com resultados
anteriores.
b. Verificar se houve perda de elasticidade (relacionada ao IP, item 50), comparar
com resultados anteriores
c. Verificar se houve diminuição da Capacidade de Carga (CBR - item 54),
comparar com resultados anteriores
59.
Espessura: Espessura do subleito.
60.
Espessura do Reforço do Subleito: Espessura do reforço do subleito.
61.
Presença de Solos Moles: Registrar se há solos moles no subleito e a sua espessura.
62. e 64.
Após receber os resultados dos ensaios realizados nas amostras descritas no item 36,
completar os itens 62 e 63.
a. Verificar se houve aumento da permeabilidade, comparar com resultados
anteriores.
b. Verificar se houve perda de elasticidade (relacionada ao IP, item 64), comparar
com resultados anteriores
c. Verificar se houve diminuição da Capacidade de Carga (CBR - item 62),
comparar com resultados anteriores
Ver registros de dados anteriores e verificar a freqüência com que ocorrem os eventos. A letra (A
a E ) que acompanha a resposta é a Classe de Ocorrência e o número (1 a 10) é o Índice de
Ocorrência (O ).
58.
65.
ÍNDICE DE DETECÇÃO
Verificar a existência e eficácia do monitoramento e controle da estruturas e determinar a
possibilidade de detectar os modos potenciais de falha, antes do evento ocorrer. O número
(1 a 10) que acompanha a resposta é o Índice de Detecção (D ).
ÍNDICE DE OCORRÊNCIA
177
ITEM DESCRIÇÃO
Escrever o nome do Responsável / Coordenador da equipe e sugerir uma data para a próxima
vistoria.
RPN
MATRIZ DE CRITICIDADE
HIERARQUIZAÇÃO DOS RISCOS
P1: Interrupção da Via e Paralização Completa da via.
P2: Obras de Reparo Emergencial
Hierarquização dos Riscos: Se a Classe de Risco obtida pelo RPN for diferente da Classe de
Risco obtida pela Matriz de Criticidade, analisar qual resultado representa melhor às reais
condições de campo; essa decisão deve ser tomada por todos os profissionais envolvidos na
análise.
P3: Serviços de Manutenção Periódica
P4: Não há necessidade de nenhum tipo de intervenção na via
ÍNDICE DE SEVERIDADE
Caso haja dúvida sobre os critérios para estabelecer os índices de D, O e S ver as Tabelas I.1 a
I.3.
Determinar o valor de RPN , de acordo com os índice de criticidade, e classificar o risco
(aceitável, tolerável e intolerável) e de acordo com as observações de campo definir a medida a
adotar (P1 a P4 ).
Para analisar o Índice de Severidade (S ) devem ser analisados 4 (quatro) critérios: (i)
Econômico; (ii) Ambiental; (iii) Social e (iv) Saúde e Segurança. Os números (I a V ) que
acompanha a resposta correspondem à classe de severidade, para determinar a pontuação, ou
índice de severidade devem ser seguidos os critérios mostrados na Tabela I.3.
O impacto social tem duas componentes (S1 e S2 ) e seu índice de severidade corresponde à
média dos índices de severidade dos seus componentes.
O índice de severidade se obtém da média de seus componentes ((i) , (ii) , (iii) e (iv) ) .
De acordo com os índice de criticidade (Severidade e Ocorrência) classificar o risco (aceitável,
tolerável e intolerável) e de acordo com as observações de campo definir a medida a adotar (P1
a P4 ):
178
II.1. CRITÉRIOS PARA DEFINIR OS ÍNDICES DE
CRITICIDADE
Tabela II.1 – Índice de Detecção
Quase Certa
1
Muito Alta
2
Alta
3
Moderadamente Alta
4
Média
5
Baixa
6
Muito Baixa
7
Mínima
8
Rara
9
Não existem controles que
detectem esta falha
Quase Impossível
10
Média Chance de Detecção
Chance muito baixa de
detecção
Controles atuais detectam a
falha quase sempre
Grandes chances de detecção
CRITÉRIOS DETECÇÃO
ÍNDICE DE
DETECÇÃO
DETECÇÃO DOS EVENTOS
179
Tabela II.2 – Classes e Índices de Ocorrência
Quase Nunca
1
Mínima
2
Falhas raramente
ocorrem
3
Baixa
4
Falhas ocasionais
5
Moderada
6
Falhas ocorrem com
frequência
7
Alta
8
Muito Alta
9
E
Possibilidade de Ocorrência
> 10,0%
Possibilidade de Ocorrência
> 50,0%
Falhas historicamente quase
certas
Quase Certa
10
OCORRÊNCIA DOS EVENTOS
CLASSE DE
OCORRÊNCIA
CRITÉRIOS
OCORRÊNCIA
ÍNDICE DE
OCORRÊNCIA
Impacto na Segurança Impacto Ambiental Outros Impactos
B
Possibilidade de Ocorrência
0,01% a 0,1%
Possibilidade de Ocorrência
0,1% a 1,0%
Muito poucas falhas podem
ocorrer
A
Possibilidade de Ocorrência
< 0,01%
Possibilidade de Ocorrência
< 0,1%
Falha improvável, nenhuma
ocorrência histórica
D
Possibilidade de Ocorrência
1,0% a 10,0%
Possibilidade de Ocorrência
10,0% a 50,0%
Alto número de falhas ocorre
com frequência
C
Possibilidade de Ocorrência
0,1% a 1,0%
Possibilidade de Ocorrência
1,0% a 10,0 %
Algumas falhas podem
ocorrer
180
Tabela II.3 – Classes e Índices de Severidade
Impactos Sobre Órgãos
Reguladores e Censura
Inquietação Pública e Perda de
Imagem
Nenhuma
1
Mínima
2
Muito Pequena
3
Pequena
4
Moderada
5
Significativa
6
Grande
7
Extrema
8
Séria
9
V
Extremo
(> U$10 M)
Impacto Catastrófico
sobre o Habitat
(Grande e
Irreversível)
Incapacidade Total de atender
às Exigências Regulatórias.
Paralização ou Restrição
Severa de Operação
Grande Manifestação de ONG's
Locais e Internacionais com
grande perda de valor de
Mercado
Numerosas Mortes Esperadas Catastrófico
10
Impacto Pequeno
sobre o Habitat
CRITÉRIOS
Pequenos socorros requeridos.
Pequeno risco de ferimentos
graves
Ferimentos Graves com
provável Incapacitação.
Algum potencial de mortes
III
Moderado
(U$0,1 - U$1 M)
Impacto
Significativo,
Reversível sobre o
Habitat
Falha Moderada (menos de 1
vez por ano). Expectativas de
Multas ou Censuras
Atenção Ocasional de ONG's
requerendo pequenas mudanças
de procedimentos
Perda de tempo ou prováveis
ferimentos. Algum potencial
para ferimentos graves.
Pequenos riscos de mortes
IV
Alto
(U$1 - U$10 M)
Impacto
Significativo,
Irreversível sobre o
Habitat ou Grande
Reversível
Falha Severa (mais de 1 vez por
ano). Multas crescentes e
grandes. Perda da confiança
dos Reguladores
Ativismos de ONG's Locais e
Internacionais resultando em
Impacto Político e Financeiro e
sobre a liberdade de negócios
da Companhia
II
Baixo
(U$0,01 - U$0,1 M)
Não Mensurável
Deixa de atender às Exigências
ou Expectativas Regulatórias.
Aumento da freqüência de
Fiscalização
Manifestações pouco
freqüentes de ONG's atendidas
por ações de Relações Pùblicas
e Comunicação
SEVERIDADE DE EFEITOS (Conseqüencias)
SEVERIDADE
ÍNDICE DE
SEVERIDADE
I
Desprezível
( < U$0,01 M)
Impacto Não
Mensurável
Impacto Não Mensurável
Nenhuma atenção de ONG's
locais ou Internacionais
Impacto Econômico Impacto Ambiental
Impacto Social
Saúde e Segurança
CLASSE DE
SEVERIDADE
181
II.2. OBSERVAÇÕES COMPLEMENTARES
−
Os itens 19 e 27 podem ser usados para se determinar a vida útil dos trilhos e
dormentes em um local específico; quando necessário, devem ser propostas
medidas de controle, de monitoramento e de manutenção específicas para cada
trecho;
−
A distância mínima entre as vias (item 13) é de 5,0 m;
−
Se o raio da curva (item 15) for inferior a 859,456 m; torna-se necessário
corrigir o traçado da via;
−
Se a declividade da via (item 16) for maior que 1% no sentido São Luís –
Marabá ou maior que 0,4% no sentido Marabá – São Luís; torna-se necessário
corrigir o traçado da via;
−
A tolerância da bitola (item 18) é de
W
2 mm;
−
Se houver evidências de defeitos nos trilhos (itens 21 e 22), é necessário
substituir o trilho;
−
Se houver evidências de arrastamento dos trilhos (itens 23 e 30), é necessário
corrigir o traçado e nivelar a via;
−
Se tiverem sido registradas reclamações constantes dos passageiros e/ou
clientes, verificar, de forma detalhada, se o trilho apresenta algum defeito não
identificado pelas observações e, se necessário, corrigir o defeito/falha;
−
Se os dormentes apresentares fissuras, trincas, rachaduras, fraturas ou rupturas
(item 28), substituir o dormente;
−
Se o espaçamento entre dormentes (item 29) for maior ou menor ao especificado
no projeto, corrigir o espaçamento;
182
−
Se as dimensões dos dormentes não obedecerem às especificações de projeto
(item 32), substituir o dormente;
−
Se houver desnivelamento da superestrutura devido a problemas na infra–
estrutura (itens 31 e 37), proceder ao nivelamento da via;
−
Se o lastro apresentar diminuição da permeabilidade (item 47.a), presença de
finos (item 47.b) ou vegetação (item 47.c), fazer limpeza do lastro;
−
Se houver diminuição da permeabilidade (item 58.a), perda de elasticidade (item
58.b) ou diminuição da capacidade da carga (CBR) do sublastro (item 58.c);
torna-se necessária a realização de estudos mais detalhados para determinar os
procedimentos de manutenção/reforço necessários;
−
Se houver aumento da permeabilidade (item 65.a), perda de elasticidade (item
65.b) ou diminuição da capacidade da carga (CBR) do sublastro (item 65.c);
torna-se se necessária a realização de estudos mais detalhados para determinar
os procedimentos de manutenção/reforço necessários.
183
ANEXO III
PLANILHA FMEA / FMECA
184
10. MEDIDAS DE CONTROLE E
DETECÇÃO
6.ELEMENTOS DO
SUBSISTEMA
a. ID b. Nome
Folha: 1/3
2. Fase da Obra:
4.
a. ID b. Nome
5. SUBSISTEMA
PLANILHA FMEA / FMECA
Identificação da Obra:
Objetivo da Análise: Código da Análise de Riscos:
1.
3.
7. FUNÇÃO
8. FALHAS
FUNCIONAIS
9. CAUSAS
185
13. RPN
14.CLASSE
DE RISCO
15. COMENTÁRIOS E
OBSERVAÇÕES
D S O
12. CRITICIDADE
Folha: 2/3
5. SUBSISTEMA
6.ELEMENTOS DO
SUBSISTEMA
11. EFEITOS
a. ID b. Nome a. ID b. Nome
PLANILHA FMEA / FMECA
1. Identificação da Obra: 2. Fase da Obra:
3. Objetivo da Análise: 4. Código da Análise de Riscos:
186
P1:
Interrupção da Via e Paralização Completa da via
3. Objetivo da Análise:
4.
Fase da Obra:
Código da Análise de Riscos:
P2: Obras de Reparo Emergencial
P2:
Obras de Reparo Emergencial
Folha: 3/3
P4:
Não há necessidade de nenhum tipo de intervenção na via
P3: Serviços de Manutenção Periódica
P3: Serviços de Manutenção Periódica
2.
PLANILHA FMEA / FMECA
1. Identificação da Obra:
17. CLASSE DE RISCO
16. MATRIZ DE CRITICIDADE
Risco Intolerável
Risco Tolerável
Risco Aceitável
187
III.1. INSTRUÇÕES DE PREENCHIMENTO
ITEM DESCRIÇÃO
1.
Identificação da Obra: Nome da Obra.
2.
Fase da Obra: Fase em que se encontra a obra, por exemplo, construção,
remodelação, exploração, etc.
3.
Objetivo da Análise: Descrever o objetivo da análise.
4.
Código de Identificação da Vistoria: As vistorias devem receber um código de
identificação, relacionado à Ficha de Campo e Vistoria Técnica (Anexo I), ese
código deve ter uma seqüencia lógica que deve ser definida pelo coordenador das
análises.
Subsistema:
a. ID: Escrever a identificação do subsistema.
b. Nome: Escrever o nome do subsistema.
Elementos do Subsistema:
a. ID: Escrever a identificação dos elementos do subsistema.
b. Nome: Escrever o nome dos elementos do subsistema.
7.
Funções: Escrever as funções do elemento do subsistema.
8.
Falhas Funcionais: Escrever as falhas funcionais do elemento do subsistema.
9.
Causas: Descrever as causas que podem ocasionar as falhas funcionais.
10.
Medidas de Controle e Detecção: Descrever os mecanismos de controle e detecção
das falhas das estruturas que compõem os subsistemas.
11.
Efeitos: Efeitos da ocorrência dos eventos.
12.
Criticidade: Escrever o Índice de Detecção (D ), Índice de Ocorrência (O ), Índice de
Severidade (S )
13.
RPN: Calcular o RPN = D x O x S
14.
Classe de Risco:
Definir a Classe de Risco (Aceitável, Tolerável, Intolerável).
15.
Comentários e Observações: Comentários e Observações complementares.
16.
Matriz de Criticidade: De acordo com os índice de criticidade (Severidade e
Ocorrência), classificar o risco (aceitável, tolerável e intolerável).
Classe de Risco: Indicar qual o tipo de risco resultante da análise e definir a medida
a tomar (P1 a P4 ):
P1:
Interrupção da Via e Paralização Completa da via.
P2: Obras de Reparo Emergencial
P3:
Serviços de Manutenção Periódica
P4: Não há necessidade de nenhum tipo de intervenção na via
5.
6.
17.
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
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