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Modelo De Gestão De Ativos Da Via-Férrea Baseado Em Análise Probabilística De Custos Por Ciclo De Vida

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Modelo De Gestão De Ativos Da Via-Férrea Baseado Em Análise Probabilística De Custos Por Ciclo De Vida Modelo de Gestão de Ativos da via-férrea baseado em análise probabilística de Custos por Ciclo de Vida Aplicação ao caso da Rede Ferroviária Nacional Rui Filipe de Oliveira Dantas Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em: Engenharia Civil Orientador Professor Doutor Paulo Manuel da Fonseca Teixeira Júri Presidente: Professor Doutor João Torres de Quinhones Levy Orientador: Professor Doutor Paulo Manuel da Fonseca Teixeira Vogal: Professora Doutora Maria do Rosário Maurício Ribeiro Macário Outubro 2014 ii Agradecimentos Quero expressar o meu agradecimento a todos aqueles que me apoiaram, colaboraram e contribuíram, direta ou indiretamente, para a realização deste trabalho. Em primeiro lugar, expresso a minha gratidão ao Prof. Doutor Paulo Teixeira, por acreditar nas minhas capacidades, pela disponibilidade e contribuições ao longo desta dissertação e por me ter proporcionado a participação neste projeto. O meu agradecimento, também, à REFER, em especial ao Departamento de Gestão de Ativos e da Direção de Manutenção, por me ter possibilitado elaborar este trabalho a partir das suas instalações. Dentro da REFER, não posso deixar de mencionar e agradecer aos que mais contribuíram para esta dissertação: a começar pelo Eng.º Marco Baldeiras a quem agradeço a oportunidade, a disponibilidade e contributos; ao Dr. Rui Velez pela ajuda indispensável na interação com os diferentes departamentos da REFER para a obtenção de dados; ao Eng.º João Caldeira pelas informações relativas a aparelhos e práticas de manutenção da REFER; ao Eng.º Fernando Nunes pela colaboração relativa a contratos; ao Eng.º Nuno Lopes por todo o apoio durante a minha permanência na REFER e ao Eng.º André Santos pelos contributos para este trabalho. Quero deixar, também, o meu agradecimento ao projeto de investigação da Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) MODURAIL “Modelling Dynamic Uncertainty in Railway Track Life Cycle Costs” ref. PTDC/SEN-TRA/112975/2009 no âmbito do qual se insere a presente dissertação. Quero ainda agradecer aos investigadores, bolseiros e alunos de doutoramento do Núcleo de Infraestruturas, Sistemas, Políticas e Transportes do Instituto Superior Técnico (IST), com quem me cruzei durante a realização desta dissertação no IST, pela camaradagem, boa disposição, entreajuda e pelo excelente ambiente de trabalho que me proporcionaram. Agradeço, também, aos meus amigos o estímulo e a amizade neste período em que pouco tempo lhes dediquei. Agradeço, ainda, à minha família o apoio incondicional ao longo de todo o meu percurso académico. E por fim, à Patrícia, minha namorada, pelo carinho e incentivo entusiasta. Espero não me ter esquecido de ninguém, se o fiz, ficam aqui as minhas desculpas e o meu obrigado. iii Resumo O aumento da eficiência com os custos em operações de manutenção e renovação (M&R) foi sempre uma preocupação por parte dos gestores ferroviários. Atualmente, esta é uma necessidade ainda maior tendo em conta a situação económico-financeira do país e da REFER. De entre os gastos anuais, a maior fatia dos custos das operações de M&R diz respeito à superestrutura de via, cujos componentes mais se degradam em função da circulação ferroviária. Os princípios da Gestão de Ativos e da análise de Custos por Ciclo de Vida (CCV) desempenham, para um gestor de infraestruturas, um papel fulcral na otimização e redução dos custos, ao permitirem uma tomada de decisão mais fundamentada do ponto de vista técnico e financeiro. Com esta dissertação pretendeu-se construir um modelo de gestão de ativos por CCV aplicado à superestrutura de via instalada na rede ferroviária nacional de via-larga que, ao receber os inputs definidos pelo utilizador relativos às atividades de M&R e das características da superestrutura de via instalada, efetua a calendarização das renovações isoladas de carril, travessas, balastro e aparelhos de via. Quando as três primeiras renovações cumprem o critério de proximidade definido pelo utilizador, é determinada a realização de uma renovação integral de via. Seguidamente, o modelo calcula o volume e os custos das operações de M&R da superestrutura e aparelhos de via ao longo do período em análise. Finalmente, alia-se à abordagem determinística, a realização de uma abordagem estocástica recorrendo à simulação do modelo pelo método de Monte Carlo, reduzindo assim a incerteza. Palavras-chave: Via-férrea, Superestrutura de Via, Gestão de Ativos, Custos por Ciclo de Vida, Manutenção e Renovação, Simulação de Monte Carlo. iv Abstract The improvement of efficiency related to costs with maintenance and renewal activities (M&R) has always been a major objective by rail administrators. Nowadays, this has become a larger concern due to the Portuguese financial and economical situation, including the Portuguese rail administrator REFER. Concerning the annual costing with M&R operations, the largest part is related with the track superstructure, whose assets suffer the most with circulation effects. The asset management and Life Cycle Costing (LCC) principals perform a vital role in the reduction and optimization of the costs of an infrastructure manager, providing a better decision support technically and financially. Furthermore, with this dissertation it was intended to create an asset management LCC model to rail track superstructure of the Portuguese rail network assembled with the Iberian gauge. This model is able to receive the inputs defined by the user related to the M&R activities and to the characteristics of the track superstructure. As a result, depending on the inputs it performs the scheduling of the individual renewals of the rail, sleepers, ballast and the Switches and Crosses (S&C). When the first three renewals of these accomplish the proximity criteria defined by the user, it is appointed a whole track renewal. Moreover, the model calculates the needs and costs of the M&R operations related with the track superstructure and S&C through the analyses period. Finally, the model combines the deterministic approach with a stochastic approach employing the Monte Carlo simulation in order to handle with the uncertainty. Keywords: Railway, Rail Track Superstructure, Asset Management, Life Cycle Cost, Maintenance and Renewal, Monte Carlo Simulation. v Índice Agradecimentos ....................................................................................................................................... iii Resumo ................................................................................................................................................... iv Abstract.....................................................................................................................................................v Índice de Quadros ................................................................................................................................. viii Índice de Figuras ................................................................................................................................... viii Abreviaturas .............................................................................................................................................x Simbologia ............................................................................................................................................. xiii 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 1 1.1 Enquadramento ............................................................................................................................. 1 1.2 Objetivos ........................................................................................................................................ 2 1.3 Estrutura da dissertação ................................................................................................................ 2 2 INFRAESTRUTURA FERROVIÁRIA ................................................................................................... 4 2.1 Constituintes da infraestrutura ferroviária ...................................................................................... 4 2.1.1 Sistemas integrantes ............................................................................................................... 4 2.1.2 Elementos constituintes da via-férrea ..................................................................................... 4 2.2 Degradação da superestrutura de via ........................................................................................... 7 2.2.1 Princípios da degradação da via-férrea .................................................................................. 7 2.2.2 Geometria de Via .................................................................................................................... 8 2.2.3 Defeitos de carril ..................................................................................................................... 9 2.2.4 Modelos de degradação ........................................................................................................ 11 2.3 Principais operações de inspeção, manutenção e renovação da superestrutura de via ............ 14 3 GESTÃO DE ATIVOS APLICADA À VIA-FÉRREA BASEADA EM ANÁLISE POR CUSTOS CICLO DE VIDA ................................................................................................................................................ 17 3.1 Princípios da gestão de ativos aplicáveis à infraestrutura ferroviária
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