TRANSPORTE FERROVIÁRIO - História e técnicas by Cengage Brasil

Esta obra mostra sua visão do transporte ferroviário de cargas e das companhias ferroviárias brasileiras, da América do Norte e da Europa para, em seguida, discutir os modelos de melhorias operacionais, e mostra os modernos conceitos do transporte intermodal e os acordos que recuperaram o sistema ferroviário europeu. Trata-se, assim, de uma importante contribuição para a academia e para o mercado da engenharia ferroviária. Estudantes e profissionais da área passam a dispor de uma valiosa publicação, que em muito os ajudará em pesquisas e trabalhos profissionais.

Aplicações

ISBN 13 978-85-221-1159-6 ISBN 10 85-221-1159-6

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HISTÓRIA E TÉCNICAS

Obra dedicada a estudantes de graduação em Engenharia, pesquisadores e profissionais da área de ferrovias, logística e transportes.

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A obra Transporte ferroviário: história e técnicas inicia discorrendo sobre o surgimento da estrada de ferro em uma abordagem histórica, para, em seguida, comentar as locomotivas a vapor, elétricas e movidas a diesel, além da criação e do desenvolvimento das estradas de ferro nacionais. Mais adiante, apresenta valiosas informações sobre os vagões de carga e os trens de alta velocidade.

SÍLVIO DOS SANTOS

Sílvio dos Santos é engenheiro civil formado pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Foi gerente da área de portos e ferrovias na Secretaria de Infraestrutura do Estado de Santa Catarina e conselheiro nos Conselhos de Autoridade Portuária dos portos de Imbituba, Itajaí e São Francisco do Sul. Mestre em Engenharia pela Universidade Federal de Santa Catarina, iniciou sua carreira profissional como engenheiro da Cia. do Metropolitano de São Paulo (Metrô) e trabalhou também na Ferrovias Paulistas S.A. (Fepasa), na Secretaria dos Transportes do Estado de São Paulo, na Ferrovia Norte Brasil (Ferronorte) e no escritório técnico Figueiredo Ferraz. Seus cursos de especialização em navegação fluvial, portos e ferrovias foram realizados na França com bolsa da Agência de Cooperação Técnica, Econômica e Industrial (ACTIM) do Ministério de Relações Internacionais da França, hoje denominada Agência Pública Francesa para o Desenvolvimento Internacional das Empresas (UBIFRANCE). Professor de “Planejamento de transportes” na Escola Politécnica e no Instituto de Matemática e Estatística (ambas da USP), e na Universidade Católica de Santos lecionou as disciplinas “Portos” e “Navegação fluvial”. Na UFSC foi professor das disciplinas “Ferrovias” e “Portos, rios e canais”, durante o estágio de docência. Na Única, em Florianópolis, lecionou a disciplina “Transportes e seguros” do curso de Administração em Comércio Exterior. Atualmente é pesquisador do Laboratório de Transportes e Logística (LabTrans), no convênio da Secretaria de Portos (SEP) com a UFSC. Escreve desde 2005 as colunas “Navegação fluvial” e “Transporte modal” para o site http://www.portogente.com.br.

MATERIAL DE APOIO

para alunos e professores que comprovadamente adotam a obra

Outras obras Gerenciamento de transportes e frotas – 2ª edição revista Amir Mattar Valente, Antonio Galvão Novaes, Eunice Passaglia e Heitor Vieira

Introdução à economia da engenharia: uma visão do processo de gerenciamento de ativos de engenharia José Guilherme Pinheiro Côrtes

Introdução à engenharia mecânica – Tradução da 2ª edição norte-americana Jonathan Wickert

Logística e gerenciamento da cadeia de suprimentos: criando redes que agregam valor – 2ª edição Martin Christopher

Logística reversa e sustentabilidade André Luiz Pereira, Cláudio Bruzzi Boechat, Hugo Ferreira Braga Tadeu, Jersone Tasso Moreira Silva e Paulo Március Silva Campos

Qualidade e produtividade nos transportes Amir Mattar Valente, Eunice Passaglia, Jorge Alcides Cruz, José Carlos Mello, Névio Antônio Carvalho, Sérgio Mayerle e Sílvio dos Santos

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Sílvio dos Santos

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Austrália : Brasil : Japão : Coreia : México : Cingapura : Espanha : Reino Unido : Estados Unidos

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Dedico este livro à minha família: minha mãe Dona Aracy meu pai Seu Vergílio meus filhos Raphael, Paola, Bruno e Victor meus irmãos Rachel, Adelino e Wanda meus netos Giancarlo, Gustavo e aos gêmeos que nascerão em 2012 e Ivanda Masson, que muito me incentivou.

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SUMÁRIO

Agradecimentos

Apresentação

Prefácio

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Capítulo 1 – O surgimento da estrada de ferro

Capítulo 2 – A locomotiva a vapor

Capítulo 3 – A locomotiva elétrica

Capítulo 4 – A locomotiva a diesel

Capítulo 5 – Os vagões de carga

Capítulo 6 – O trem de alta velocidade

Capítulo 7 – A bitola do trem

Capítulo 8 – Os sinais e a sinalização ferroviária

Capítulo 9 – A via permanente da estrada de ferro

109

Capítulo 10 – Os terminais de carga

133

Capítulo 11 – Os trens de carga das ferrovias brasileiras

143

Capítulo 12 – O transporte ferroviário de carga na América do Norte

155

Capítulo 13 – As companhias ferroviárias da América do Norte

165

Capítulo 14 – Os trens de carga nas ferrovias europeias

185

Capítulo 15 – Conceitos do transporte intermodal

197

Capítulo 16 – Os acordos que recuperaram a ferrovia na Europa

215

Capítulo 17 – Modelos de melhorias operacionais

223

Capítulo 18 – Conclusões

235

Referências

241 vii

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AGRADECIMENTOS

ste livro é resultado de cinco anos de artigos publicados no site Portogente, na coluna Transporte Modal, a pedido do amigo fraternal José Antônio Marques de Almeida, o popular Jama. Nesse canal importante de divulgação e debate dos temas portuários e de transporte, eu pude difundir os conhecimentos aprendidos ao longo de 40 anos de engenharia, iniciados no Metrô de São Paulo, na Figueiredo Ferraz, na Fepasa, na Actim, nas Secretarias de Transportes de São Paulo e Santa Catarina, na Ferronorte e no Laboratório de Transportes e Logística da Universidade Federal de Santa Catarina. Nesse importante centro de pesquisas e estudos tive o privilégio de conviver e aprender com os professores Amir Mattar Valente e Antônio Galvão Novaes. Na elaboração do livro contei com o auxílio de colegas do mestrado e estagiários da UFSC, os quais se tornaram meus amigos, como Brunno Santos Gonçalves, Edésio Elias Lopes, André Macan e Samuel Haverlhuk. Minhas dúvidas foram tiradas pelos ex-companheiros da Ferronorte Evandro França Madeira e Dalmo Ribeiro do Val Marques. Para a edição do livro contei com as fotografias do amigo Milton Ostetto, da Ferrovia Tereza Cristina e do Museu Ferroviário de Tubarão; do meu filho Raphael Colello dos Santos, da Irlanda e da França; somadas às que registrei em minhas viagens ferroviárias. As ilustrações feitas por meu filho caçula ix

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Victor Thives dos Santos, realizadas com esmero nas aulas do professor Telmo Giolito Porto, da nossa querida Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, a quem eu agradeço. Agradeço também ao Laboratório de Transportes e Logística da UFSC pelas oportunidades das pesquisas, a Ferrovia Tereza Cristina e o Museu Ferroviário de Tubarão, pela permissão das fotos, a Associação Nacional de Transportes Terrestres pelo mapa ferroviário, e a Associação Nacional de Transportes Ferroviários e a Revista Ferroviária pela difusão do tema ferroviário. Sílvio dos Santos

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APRESENTAÇÃO

onheço o engenheiro Sílvio dos Santos desde o início da década de 1970, quando eu era professor titular de transporte e logística na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Assistiu às minhas aulas na Poli como aluno de pós-graduação, e criamos uma relação de amizade e respeito profissional que atravessou incólume todos esses anos. Depois, aqui em Florianópolis, foi também aluno de pós-graduação em minhas disciplinas de Logística. Trabalhamos juntos várias vezes em projetos de consultoria em São Paulo e em Santa Catarina. Nesse período em que nos encontramos profissionalmente, observei sua dedicação e conhecimento nas atividades profissionais ligadas aos transportes. Em particular, o eng. Sílvio dos Santos sempre mostrou um profundo interesse pelo transporte ferroviário. E a vida profissional lhe deu excelentes oportunidades de se aprofundar nesse campo técnico, tanto aqui no Brasil como no exterior. Já tendo acumulado um vasto cabedal de conhecimento sobre ferrovias, chegou a hora de transmiti-lo à sociedade, principalmente aos jovens, cujo bom preparo técnico é cada vez mais necessário nesta atual fase de expansão econômica e tecnológica de nosso país. Há muito o que escrever sobre ferrovias no Brasil, em termos técnicos, operacionais, econômicos, institucionais. É muito possível que o colega Sílvio xi

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se anime a continuar investigando essa área, e produza outros textos de qualidade como este. Antonio Galvão Novaes Professor titular de transporte e logística Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis, SC

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PREFÁCIO

o se observar a evolução da matriz de transportes no Brasil, do final do século XX ao início do século XXI, percebe-se uma tendência ao equilíbrio entre os modais. Em 1996 a modalidade modal ferroviário era responsável por aproximadamente 20% da movimentação de cargas; já em 2005, respondia por 25%. Estima-se que em 2025, havendo a equalização da matriz de transportes, poderemos ter por volta de 35% das cargas transportadas pelo modal ferroviário. Atento a cenários como este, neste livro, o autor, o engenheiro Silvio dos Santos, emérito pesquisador do Laboratório de Transportes e Logística – LabTrans, da Universidade Federal de Santa Catarina, e possuidor de vasto conhecimento sobre transportes, nos presenteia com um conteúdo rico e de extrema importância. Ele inicia seu texto com o surgimento da estrada de ferro, em uma abordagem histórica, para em seguida discorrer sobre as locomotivas a vapor, elétricas e movidas a diesel. Mais adiante, apresenta valiosas informações sobre os vagões de carga e os trens de alta velocidade. Prossegue com uma abordagem sobre diferentes bitolas, com cuidado sobre a sinalização ferroviária. Depois de descrever sobre a via permanente da estrada de ferro, chega aos terminais, e na sequência aborda os trens de carga das ferrovias brasileiras. xiii

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A parte seguinte traz ao leitor sua visão do transporte ferroviário de cargas e das companhias ferroviárias da América do Norte e Europa. Em seguida discute os modelos de melhorias operacionais e nos mostra os modernos conceitos do transporte intermodal e os acordos que recuperaram o sistema ferroviário na Europa. Trata-se, assim, de uma importante contribuição para a academia e para o mercado da engenharia ferroviária. Estudantes, pesquisadores, engenheiros e outros profissionais e interessados no tema passam a dispor de uma valiosa publicação, que em muito os ajudará nas pesquisas e nos seus trabalhos práticos e de cunho profissional. Amir Mattar Valente Coordenador Geral – LabTrans/UFSC Professor do Departamento de Engenharia Civil Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis, SC

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O SURGIMENTO DA ESTRADA DE FERRO

esde o início do século XVI, diversos países europeus já utilizavam transporte sobre trilhos. No entanto, esses caminhos de trilhos destinavam-se exclusivamente ao transporte de carvão e minério de ferro, extraídos de minas subterrâneas. Esse meio de transporte consistia em dois trilhos de madeira que penetravam o interior das minas. Homens ou cavalos puxavam carroças munidas de rodas ao longo dos trilhos, onde elas se moviam com mais facilidade do que sobre a terra cheia de sulcos e enlameada ou sobre o chão das minas. No início do século XVIII, algumas empresas de mineração de carvão da Inglaterra começaram a revestir os trilhos de madeira com tiras metálicas a fim de torná-los mais duráveis. Com isso, descobriram que o deslocamento se tornava mais fácil, possibilitando transportar mais carvão do subsolo para a superfície. Os cavalos agora podiam tracionar uma série de vagões sobre os trilhos e não mais apenas uma carroça. Posteriormente, os ferreiros ingleses

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deram início à fabricação de trilhos feitos inteiramente de ferro, os quais eram munidos de bordas para conduzir vagões com rodas comuns. No final do século XVIII, esses trilhos passaram a ser fabricados inteiramente de ferro e sem bordas, para conduzir vagões com rodas munidas de bordas. Desde James Watt, engenheiro escocês que, em 1769, aperfeiçoou o invento de Thomas Newcomen e patenteou a máquina a vapor, ocorreu o início da substituição da força bruta humana. A produção em massa de manufaturados tornou imperativo o estabelecimento de formas novas e mais rápidas de transporte de mercadorias para os novos mercados consumidores. No início do século XIX, o inventor inglês Richard Trevithick construiu o primeiro veículo capaz de aproveitar a alta pressão do vapor. Montou-o sobre uma estrutura de quatro rodas projetada para se deslocar sobre trilhos. Em 1804, Trevithick fez uma experiência com esse veículo, puxando um vagão carregado com nove toneladas de carvão por uma extensão de 15 km de trilhos em uma mina no País de Gales. Era a primeira locomotiva bem-sucedida do mundo e, logo, outros inventores seguiram seu exemplo.

Locomotiva a vapor estacionária. Museu Ferroviário de Tubarão (SC). Foto de Milton Ostetto, 2011.

É da natureza humana reagir a tudo o que é novo, principalmente quando a novidade implica risco para o trabalho de uma numerosa categoria

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profissional. Assim, ocorreram protestos, organizados por cocheiros receosos de que o novo “cavalo mecânico” roubasse seus empregos. Pelas mesmas razões, no início dos anos 1800, teares de Jacquard foram queimados em Lyon por tecelões que se rebelaram contra a novidade. A construção de ferrovias difundiu-se rapidamente da Inglaterra para todo o continente europeu. Por volta de 1870, a estrutura atual da rede ferroviária da Europa já havia sido construída. As linhas principais e as auxiliares adicionais foram construídas entre o final do século XIX e o início do século XX. Algumas dessas linhas exigiram a construção de túneis através dos Alpes para ligar a França à Suíça e à Itália. O túnel Simplon, que liga Itália e Suíça, foi concluído em 1906. É um dos maiores túneis ferroviários do mundo, com 20 km de extensão. As ferrovias abriram as portas do mundo ao comércio e à colonização. Em meados do século XIX, o Oeste norte-americano, a Argentina e o Brasil experimentaram uma fase de acelerado desenvolvimento.

Mesmo após a construção da primeira estrada de ferro, em 1825, na Inglaterra, ainda havia descrédito e dúvidas quanto ao uso do novo meio de transporte para passageiros e cargas. O Brasil, com sua imensidão continental, via na nova invenção uma possibilidade de ligar as províncias à capital (a cidade do Rio de Janeiro), principalmente aquelas sem possibilidade de navegação fluvial e cabotagem, como Minas Gerais, São Paulo, Goiás e parte da Bahia. A primeira ação do Império em 1935, por meio da Lei Feijó, foi estabelecer condições para possibilitar a construção de ferrovias a diversas capitais provinciais por meio de concessões para construção e operação à iniciativa privada.

Essas concessões, com prazos de até 80 anos, previam a isenção de impostos para importação de locomotivas e vagões durante os cinco primeiros anos, além de cessão da faixa de domínio das terras pertencentes ao império e direito de desapropriação. Posteriormente, em 1852, incentivos de ordem O su r gi men t o d a e s t ra d a d e f e rro

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financeira também foram oferecidos aos futuros empreendedores, assim como restrições à utilização de escravos e dispensa do serviço militar dos empregados civis que trabalhassem na construção civil. Tais incentivos possibilitaram, ainda em 1852, que Irineu Evangelista de Souza, posteriormente barão de Mauá, construísse uma ligação entre o Rio de Janeiro e a cidade de Petrópolis, no alto da serra do Mar. Essa ligação bimodal utilizava barcas do Rio de Janeiro até Mauá, no fundo da baía de Guanabara, e ferrovia no trecho de serra. O mesmo barão de Mauá, em 1857, em parceria com os ingleses, construiria a primeira estrada de ferro na Província de São Paulo, que ligava Jundiaí ao porto de Santos pela São Paulo Railway, denominada Inglesa, para o escoamento das crescentes safras de café. Diversas ferrovias cortaram a América do Sul, inclusive na montanhosa região dos Andes. Uma dessas ferrovias, a Central Railway do Peru, começou a ser construída em 1870. Essa ferrovia é a mais alta do mundo a possuir uma bitola de 1,435 m, elevando-se a 5 mil metros acima do nível do mar. No final do século XIX, Inglaterra, França e Alemanha construíram ferrovias em suas colônias africanas e asiáticas. A Inglaterra, por exemplo, promoveu, nessa época, a construção de quase 40.200 km de linhas férreas na Índia. A antiga União Soviética iniciou, em 1891, os trabalhos de construção dos 9 mil km de linhas da Transiberiana; a ferrovia foi concluída em 1916, sendo a linha férrea contínua mais extensa do mundo. A Austrália deu início, em 1912, aos trabalhos de construção de uma ferrovia através das planícies do sul. A linha, concluída em 1917, estende-se por 1.783 km, ligando Port Pírie, na Austrália do Sul, a Kalgoorlie, na Austrália Ocidental. Gradativamente, os engenheiros foram aumentando a potência e a velocidade das locomotivas a vapor. No final do século XIX, muitos trens já atingiam facilmente velocidades entre 80 km/h e 100 km/h, e a potência das locomotivas a vapor passava dos 2.000 cavalos-vapor (CV). Os engenheiros, ainda nesse mesmo período, projetaram as locomotivas elétricas. Robert Davidson, por exemplo, realizou, em 1842, um experimento com locomotivas utilizando baterias. Em 1895, a Baltimore & Ohio Railroad colocou em operação um trem elétrico através de um túnel de 5.600 m sob a cidade de Baltimore. Essa ferrovia foi, portanto, a primeira a empregar a locomotiva elétrica em serviços ferroviários. Em 1896, Hornsby construiu a primeira locomotiva movida a óleo diesel.

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Locomotiva a diesel com bitola de 1,435 m. Museu do Porto de Roterdã, Holanda. Foto de Sílvio dos Santos, 2010.

A partir da metade do século XIX, as ferrovias introduziram o uso do aço na fabricação de trilhos e vagões. Os trilhos de aço têm duração 20 vezes superior à dos trilhos de ferro, e foram, por isso, substituindo aos poucos estes últimos. As primeiras ferrovias apresentavam índices de acidente muito elevados. Em meados do século XIX, porém, importantes inovações melhoraram o grau de segurança das estradas de ferro. Em 1869, o inventor norte-americano George Westinghouse patenteou o freio a ar. Com esse tipo de freio, os trens poderiam parar ou diminuir a velocidade muito mais rapidamente do que com os freios manuais utilizados até então. Em 1873, um inventor amador norte-americano, Eli Janney, patenteou o dispositivo de engate automático de vagões. Antes da invenção de Janney, a operação de engate era realizada manualmente. Muitos empregados encarregados da operação de freios e chaves perderam os dedos ou as mãos enquanto engatavam vagões. A construção de linhas de telégrafos elétricos na metade do século XIX tornou possível o sistema de sinalização por zona. Os sistemas de controle manual já eram comuns antes do final desse século. Em 1872, o engenheiro norte-americano William Robinson patenteou o circuito de linha, utilizado em sistemas de sinalização automática. Os circuitos de linha, porém, só foram amplamente empregados depois de 1900. O su r gi men t o d a e s t ra d a d e f e rro

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Engate antigo manual. Museu Ferroviário de Tubarão (SC). Foto de Milton Ostetto, 2011.

Carro de passageiros construído com madeira. Ferrovia Tereza Cristina (SC). Foto de Milton Ostetto, 2011.

As primeiras viaturas para passageiros foram construídas pelos fabricantes de diligências, que simplesmente fixavam-na sobre um vagão plano.

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Introdução à engenharia mecânica – Tradução da 2ª edição norte-americana Jonathan Wickert

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Logística reversa e sustentabilidade André Luiz Pereira, Cláudio Bruzzi Boechat, Hugo Ferreira Braga Tadeu, Jersone Tasso Moreira Silva e Paulo Március Silva Campos

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