Profº Douglas Couri Jr. · E – eficiência, que deve ser igual ao da máquina escavadeira; C – capacidade da caçamba em m3; t c – templo de ciclo em minutos.

Sabesp

MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS - PRODUTIVIDADE

Construção Pesada

Profº Douglas Couri Jr.

Fonte/Material de Apoio:

Aulas e material disponibilizado pelo professor Ricardo Bonfim

“Equipamentos para Escavação – Compactação e Transporte” – Tadeo Jaworski

Equipamentos em construções de grande porte Nas construções de grande porte, é muito importante avaliar os equipamentos que serão utilizados, necessitando dimensionar o rendimento deles, em relação ao custo e à equipe disponível. As máquinas, em geral podem ser divididos em duas categorias que trabalham em conjunto: • Máquinas motrizes;

• Máquinas operatrizes.

Máquinas Motrizes • São as máquinas que servem como fonte de energia do equipamento; • Podem ser mutáveis ou definitivas;

• O acionamento pode ser elétrico (no caso de equipamentos menores), mas geralmente trata-se de um motor a diesel;

• Quando móveis, são instaladas sobre rodas ou esteiras;

• Exemplo: tratores, compressores, geradores...

Máquinas motrizes – Trator de Pneus Uma opção favorável quando: • Topografia é favorável, sem muitos taludes, ou com taludes brandos;

• As condições de aderência e suporte do solo são boas, de modo que o

equipamento não atole;

• O terreno pode sofrer as erosões que este equipamento causa com a passagem das rodas no mesmo local consecutivamente;

• Além disso, o trator sobre pneus possui um rendimento superior à opção de esteira.

Máquinas motrizes – Trator de Esteira Uma opção favorável quando: • Topografia é irregular, e é necessário fazer o transporte em fase anterior ou

durante a terraplanagem;

• As condições de aderência e suporte do solo não são boas, pois a esteira distribui o peso do equipamento + carga sobre uma área maior;

• O terreno está aplainado e não pode ser erodido para que não prejudique o serviço já executado;

• A esteira porém rende menos que o trator sobre rodas, pois é mais difícil de manobrar.

Máquinas motrizes – Rodas x Esteira

Características Trator de Esteira Trator de Pneus

Esforço Trator Elevado Limitado devido às condições de aderência

Velocidade Baixa (< 12km/h) Alta (< 60km/h)

Aderência Boa Limitada

Flutuação Boa Regular a má

Balanceamento Bom Bom

Onde: • Esforço trator: força máxima que a máquina pode exercer na barra de tração (esteira

ou rodas motrizes) para rebocar ou empurrar as máquinas operatrizes / carregamentos de trabalho;

• Velocidade: velocidade máxima que a máquina consegue exercer em suas atividades;

• Aderência: capacidade que a máquina tem de se deslocar sobre uma superfície sem patinar (esteiras) ou atolar (rodas);

• Flutuação: tensão da máquina sobre o solo – capacidade que ela tem de se movimentar sem afundar no terreno;

• Balanceamento: é a distribuição do seu peso em torno de seu centro de gravidade em relação à altura da máquina, de modo que se o balanceamento for bom, menor é a chance da máquina tombar.

Máquinas Operatrizes • São as máquinas tracionadas, empurradas ou manobradas pelas unidades

motrizes; • Podem ser mutáveis ou definitivas;

• Podem ser trocadas dentro de uma mesma máquina motriz;

• Possui diversas funcionalidades, dependendo de cada serviço.

Máquinas Operatrizes

Máquinas operatrizes – Unidades escavo-empurradoras Conhecidos também como “Dozers”, são máquinas resultantes da união de uma unidade de uma unidade de tração (trator) e um elemento tipo lâmina, que pode ser reta ou angulável. Entre diversas funções, estas máquinas podem ser utilizadas para:

• Escavação em geral;

• Rebocar outras máquinas;

• Derrubar árvores;

• Abrir cortes tanto para terraplenar como para abrir caminho.

Cálculo do rendimento de unidades escavo-empurradoras

Pode ser avaliado a partir de uma seção transversal do monte de material que se acumula na frente da lâmina. Este material pode ser tido como um triângulo retângulo.

Cálculo do volume de terra:

𝑄 =𝐿 . ℎ2 . 𝜇

2 . tan 𝑎

Sendo: Q – capacidade da lâmina L – comprimento da lâmina; h – altura da lâmina; μ – fator de correção que depende do material a ser carregado (areia, cascalho e rocha, μ = 0,8; terra comum, μ = 1,0). Cálculo do rendimento:

𝑅 =𝑄 . 𝑓 . 𝐸. 60

𝑇

Sendo:

R – rendimento da máquina em (m3/h)

L – comprimento da lâmina;

E – fator de eficiência do trator (E = 0,8 – esteira / E = 0,7 - rodas);

T – tempo que o equipamento leva para completar um ciclo;

f – fator de correção dos volumes (empolamento).

Tabelas: Taxa de empolamento: Inclinação do terreno:

Exercício: Para o Dozer que consta em catálogo anexo, calcula a produção horária dele em terreno plano, e em seguida, a produção horária dele em um terreno em aclive de 15 %. Dados: Modelo do Dozer – D155AX-6 - KOMATSU® - Sobre rodas Distância entre o monte e o local de terrapleno: 160 metros; Velocidade média de ida – carregado – 7,5 km/h; Velocidade média de volta – descarregado - 9,2 km/h; Taxa de empolamento – 0,80 Material a ser carregado - solo Tempo fixo – obtido no local de trabalho – 0,50 minutos

Para constar:

RENDIMENTO = PRODUÇÃO HORÁRIA

Máquinas operatrizes – Unidades escavo-carregadeiras As mais comuns são chamadas de “pás-carregadeiras”, “escavadeiras” e no caso de união de ambos, “retro-escavadeiras”. São máquinas projetadas para terraplenar e transportar o material até outro equipamento que possa fazer a descarga.

• Escavadeira:

• Lança: implemento que possibilita a escavadeira a realizar suas tarefas em outro plano.

• Lança com pá frontal (shovel): Para escavações de grande porte, passagem de canais, extração de minérios subsolos de edifícios e taludes.

• Lança com caçamba de arrasto (drag line): É formado por uma estrutura leve de treliça, com longo alcance. A caçamba, que geralmente é furada, é provida de dentes e aberturas na sua parte superior e na lateral voltada para a máquina onde se encontra sua parte cortante. Fica presa à lança por cabos isto lhe confere grande mobilidade, e faz com que a escavação ocorra quando é puxado na direção da máquina. Por permitirem que se escave a grandes distâncias (~ 20m). As escavadeiras quando equipadas com lanças deste tipo realizam: abertura de grandes valas sem escoramento, remoção de solos moles, restauração de calhas de canais de rios construídos por depósitos naturais ou artificiais; abertura de danais de drenagem; valetas; acabamento de taludes.

• Lança com mandíbulas (clamshell): Trata-se de uma caçamba que sobe e desce na vertical, realizando a escavação pela ação do seu peso próprio. Deve estar aberta ao final da descida e fechada no início da elevação. São utilizadas na abertura de valas cujas paredes devem ser contidas com escoramentos, desde que esteja convenientemente espaçada e dentre o pequeno alcance da máquina, inclusive abaixo do seu nível.

Cálculo do rendimento de unidades escavo-carregadoras Cálculo do volume de produção:

𝑄 =𝐶

𝑡𝑐

Sendo:

Q – volume de produção em m3 por s;

C – capacidade da caçamba em m3;

tc – templo de ciclo do equipamento, em segundos.

Cálculo do rendimento:

𝑅 =3600 . 𝐶 . 𝑓 . 𝐸 . 𝐾

𝑡𝑐

Sendo:

R – rendimento da máquina em (m3/h);

C – capacidade da caçamba em m3 (fornecedor informa);

K – fator de eficiência da caçamba pelo solo (tabela);

E – eficiência da escavação (usualmente E = 0,5);

tc – templo de ciclo do equipamento, em segundos.

f – fator de correção dos volumes (empolamento).

IMPORTANTE: o dimensionamento do rendimento das escavadeiras são semelhantes às pás-carregadeiras (mesmo procedimento)!!!

O método deste slide se aplica apenas para

shovel, clamshell e drag line.

Tabelas: Eficiência da caçamba: Tempo de ciclo do shovel: Observações: a) Para cada acréscimo de giro de 10, somam-se 2

segundos, ao tempo de ciclo e para cada decréscimo de 10, subtraem-se 2 segundos;

b) Se o volume da caçamba estiver entre os volumes da tabela, adota-se o tempo de ciclo correspondente ao volume mais próximo daquele do implemento em questão, para o giro de 90°.

Exercício: Para o Shovel que consta em catálogo anexo, (ilustrativo) calcular a produção horária dele. Dados: Modelo do Shovel – 6020B - CAT® - Sobre esteira – Shovel de 3,00 m3; Giro necessário – 120 graus; Taxa de empolamento – 0,90; Material a ser carregado – solo de argila úmida.

Máquinas operatrizes – Unidades de transporte São projetados para transportas o material escavado em grandes distâncias (acima de 1km).

• Caminhão basculante: Unidade resultante do chassi de um caminhão ligeiramente alterado ao

qual se aplica uma carroceria de chapas (básculas). Na prática, a báscula é conhecida por caçamba. Os basculantes têm capacidade, que em sua grande maioria, entre 4 e 6m³.

• Caminhão Off-road:

São caminhões especialmente fabricados para o serviço de terraplenagem pesada ou mineração. São feitos para trabalhar (carga e descarga) de forma semelhante ao basculante comum. Sua constituição traz limitações de mobilidade, vazão porque estas unidades, até de 100 t, geralmente são mantidos dentro do canteiro de obras. Capacidade sempre superior a 10m³.

• Dumpers:

São destinados ao transporte de material em blocos de volume ponderável, com capacidade maior que à dos basculantes comuns. Podem ser de pequeno porte, ou de grande porte (muito grande mesmo...)

• Reboques transportadores:

São unidades adaptadas a transporte de equipamentos especiais. Podem ser contínuos ou articulados (quando o material é capaz de auto sustentar-se).

Cálculo do rendimento de unidades transportadoras Cálculo do volume de produção:

𝑅 =60 . 𝐶 . 𝐸

𝑡𝑐

Sendo:

Q – volume de produção em m3/h;

E – eficiência, que deve ser igual ao da máquina escavadeira;

C – capacidade da caçamba em m3;

tc – templo de ciclo em minutos.

𝑡𝑐 =𝑑

𝑉1 . 0,06 + 𝑡𝑝𝑑𝑝 +

𝑑

𝑉2 . 0,06

Sendo:

d – distância média de transporte em m;

V1 – Velocidade de ida carregado (km/h);

V2 – Velocidade de volta descarregado (km/h);

tpdp – Tempo para parada, descarga e partida (min);

Tabelas: Tempos de parada, descarga e partida: Velocidade média de trabalho:

Exercício: Quanto tempo 3 caminhões devem levar para transportar 2000 m3? Dados: Distância entre o local de carga e o bota-fora – 7,5 km; Estrada a ser percorrida – de terra; Eficiência – 0,5 (caminhão abastecido por escavadeira tipo shovel); Capacidade da caçamba – 6,0 m3 (para os 3 caminhões).

Unidades Escavo-Transportadoras São equipamentos projetados para aprofundar os cortes iniciados pelos Dozers e executar as operações de escavação, transporte e descarga em materiais de consistência média (arenosos ou arenoso-siltosos) transportados a distâncias médias (entre 100 e 1000 m). São utilizados também para o preparo de leito e subleito em estradas, pois não possuem precisão de altura para o corte. Tipos: • Scraper rebocado: Consiste numa caçamba que se apoia sobre dois eixos

com pneumático.

• Motoscraper : São formados por uma caçamba que se apóia sobre um eixo em sua parte traseira e sobre um rebocador em sua parte dianteira.

Máquinas operatrizes – Unidades aplainadoras Conhecidos também como “moto-niveladores”, são máquinas projetadas para o serviço de acabamento, tombamento e espalhamento de um modo geral, conformando o terreno com cotas e greides finais do projeto geométrico de estradas, principalmente. São conhecidas no campo com o nome de motoniveladoras. Tem como principais características:

• Grande mobilidade da lâmina de corte;

• Alta precisão nos cortes;

• Capacidade para grandes deslocamentos para obras lineares.

Aplainadora: Patrol:

Cálculo do rendimento de unidades aplainadoras

Cálculo do rendimento:

𝑇 = 𝑃 . 𝑑𝑚𝑉 . 𝐸

Sendo:

T – tempo de a máquina leva para executar o serviço (em s);

P – número de passadas sobre a faixa para completar a operação;

dm – extensão de cada passada (em m);

V – velocidade da máquina em cada passada (em m/s);

E – fator de eficiência (geralmente, E=0,6).

Máquinas operatrizes – Unidades compactadoras Simplesmente são utilizadas para compactar o solo.

• Rolo pé-de-carneiro: É um tambor metálico com protuberâncias (patas) solidarizadas, em forma tronco-cônica e com altura de aproximadamente de 20 cm. Podem ser auto propulsivos ou arrastados por trator. É indicado na compactação de outros tipos de solo que não a areia e promove um grande entrosamento entre as camadas compactadas. A camada compactada possui geralmente 15 cm, com número de passadas variando entre 4 e 6 para solos finos e de 6 a 8 para os solos grossos.

• Rolo vibratório: Nos rolos vibratórios, a frequência da vibração é o que influi no processo de compactação do solo. São utilizados eficientemente na compactação de solos granulares (areias), onde os rolos pneumáticos ou Pé-de-Carneiro não atuam com eficiência. A espessura máxima da camada é de 15 cm.

• Rolos Pneumáticos Constam de eixos com rodas pneumáticas em número de 5 ou 7. No chassis, que se apoias obre os eixos, é colocado lastros para proporcionar pesos suficiente para a compactação. São muito eficientes na compactação de pavimentos de betume a frio, na compactação da base de pedra britada do pavimento e na compactação das camadas delgadas de material frouxo deixadas no topo dos aterros pelos rolos pés-de-carneiro.

Cálculo do rendimento de unidades compactadoras

𝑅 =𝐸 . 𝑉 .𝑊 . 𝐻

𝑁

Sendo:

V – velocidade que o rolo se desloca em operação, em m3/s;

E – eficiência (geralmente, E=0,80);

W – largura útil da faixa em cada passada;

N – número de passadas do rolo até se compactar em grau necessário;

H – Espessura da camada de terra solta.