6. TERRAPLENAGEM. ... 3
6.1 Classificação dos materiais de terraplenagem. ... 3
6.1.1 Caracterização dos materiais de terraplenagem ... 3
6.2 Serviços de terraplenagem. ... 5
6.3 Princípios básicos da terraplenagem. ... 6
6.3.1 Características dos equipamentos de terraplenagem. ... 6
6.3.1.1 Potência dos equipamentos ... 7
6.3.2 Condição das vias ... 8
6.3.2.1 Resistência ao Rolamento ... 9
6.3.2.2 Resistência de Rampa ... 9
6.3.2.3 Influência da Altitude ... 10
6.3.2.4 Aderência ... 11
6.3.3 Influência do material a ser transportado ... 12
6.3.4 Eficiência de Trabalho ... 13
6.4 Equipamentos de terraplenagem ... 13
6.4.1 Descrição dos equipamentos ... 14
6.4.1.1 Unidades escavo-empurradoras ... 14 6.4.1.2 Unidades escavo-transportadoras ... 15 6.4.1.3 Unidades escavo-carregadoras ... 16 6.4.1.4 Unidades aplainadoras ... 17 6.4.1.5 Unidades transportadoras ... 17 6.4.1.6 Unidades compactadoras ... 17 6.4.1.7 Unidades escavo-elevadoras ... 19 6.4.1.8 Outros equipamentos ... 19
6.4.2 Escolha dos equipamentos ... 19
6.4.3 Associação de Unidades ... 20
6.4.4 Manutenção do Equipamento ... 24
6.4.5 Operação do Equipamento ... 25
6.5 Produção dos equipamentos. ... 25
6.5.1 Tempo de Ciclo ... 26
6.6 Seleção dos equipamentos de terraplenagem ... 30
6.6.1 Produções Mecânicas ... 31
6.7 Terraplenagem em solos moles ... 31
6.7.1 Ruptura dos aterros sobre solos moles ... 32
6.7.2 Substituição ou Deslocamento de Material Compressível ... 34
6.7.2.1 Escavação mecânica ... 36
6.7.2.2 Remoção por sucção ... 37
6.7.2.3 Expulsão do material pelo peso do aterro ... 37
6.7.2.4 Recalque com uso de jatos de água ... 37
6.7.2.5 Utilização de sobrecargas ... 37
6.7.2.6 Expulsão pelo uso de explosivos... 38
6.7.4 Aterro direto ... 41
6.7.4.1 Aterro Convencional ... 41
6.7.4.2 Adensamento normal ... 41
6.7.4.3 Adensamento acelerado ... 42
6.7.5 Fundações profundas dos aterros ... 45
6.7.6 Aterro sobre Solo Reforçado ... 47
6.7.6.1 Aterro sobre Drenos Verticais ... 48
6.7.6.3 Aterro sobre Laje de Concreto Armado e Estacas ... 50
6.7.6.4 Colunas de Brita ... 50
6.7.7 Aterros Leves ... 51
6.7.8 Estabilização química ... 52
6.8 Desmonte de rochas ... 52
6.8.1 Histórico do desmonte de rochas ... 53
6.8.2 Desmonte mecânico ... 53
6.8.2.1 Desmonte de rocha mecânico por percussão ... 54
6.8.2.2 Desmonte de rocha mecânico por escarificação ... 54
6.8.3 Desmonte com o uso de explosivos ... 55
6.8.3.1Explosivos ... 56
6.8.4 Equipamentos de perfuração de rochas ... 62
6.8.4.1 Perfuratrizes ... 63
6.8.4.2 Brocas ... 64
6.8.5 Execução do desmonte de rochas ... 64
6.9 Compactação ... 66
6.9.1 Caracterização do estado de compactação ... 66
6.9.1.1 Ensaios de compactação em laboratório ... 67
6.9.1.2 Controle da compactação no campo ... 70
6.9.1.3 Avaliação estrutural durante a execução da obra... 72
6.9.2 Fatores que influem na compactação de solos ... 73
6.9.2.1 Energia de compactação ... 73
6.9.2.2 Número de passadas ... 73
6.9.2.3 Espessura da camada ... 74
6.9.2.4 Umidade do solo ... 75
6.9.2.5 Especificações para compactação ... 76
6.9.2.6 Tipo de energia aplicada aos solos ... 77
6.9.2.7 Processo de compactação em campo ... 77
6.9.3 Execução dos aterros ... 79
6.9.3.1 Sequencia construtiva ... 80
6.9.3.2 Aterros com material de rocha... 81
6.9.3.3 Aterros experimentais ... 81
6.9.4 Seleção dos equipamentos de compactação ... 81
6.10 Uso de geogrelhas em obras rodoviárias. ... 82
6.10.1 Propriedades desejáveis das geogrelhas ... 83
6.10.2 Aplicações das geogrelhas ... 84
6.10.2.1 Muros de contenção e taludes íngremes ... 84
6.10.2.2 Reforço de aterros sobre solos moles ... 86
6.10.2.3 Reforço de base de pavimentos ... 87
6.11 Fontes de consulta sugeridas ... 88
6.11.1 Bibliografia do capítulo ... 88
6.11.2 Normas Técnicas aplicáveis ao capítulo. ... 88
6. TERRAPLENAGEM.
A terraplenagem ou terraplanagem pode ser definida como todo ato intencional de configuração de um terreno consistindo basicamente no movimento de material encontrado no local das obras como solos e rochas sendo que para tanto pode-se faze uso dos seguintes processos: escavação, carga, transporte, descarga e, compactação. É ela que dá a forma da estrada através dos cortes e aterros.
Historicamente o homem evoluiu da terraplenagem com a utilização de ferramentas e equipamentos manuais e tração animal até as modernas máquinas hoje encontradas, que embora em sua maioria muito se pareçam com seus “avós” a vapor para equipamentos que utilizam grandes motores diesel e/ou hidráulicos muito mais fáceis de operar e que permitem grande produtividade.
As normas do DNER pertinentes a este tema são:
DNER-PRO 2777/97 – Metodologia para controle estatístico de obras e serviços
DNER-ES 278/97 – Serviços preliminares DNER-ES 279/97 – Caminhos de serviço DNER-ES 280/97 – Cortes
DNER-ES 281/97 – Empréstimos DNER-ES 282/97 – Aterros
O DER/PR possui o “Manual de Execução de Serviços Rodoviários” um capítulo dedicado a terraplenagem as “Especificações de Serviços Rodoviários”.
6.1 Classificação dos materiais de terraplenagem.
Com a finalidade de uma justa remuneração aos empreiteiros das obras de terraplenagem, classificam-se os materiais, visto que a maior dificuldade nos serviços corresponde a um maior número de horas trabalhadas, equipamentos mais pesados e, por conseguinte mais caros, maior custo de operação e conservação dos equipamentos, uso de explosivos e, portanto maior cuidado com a segurança, armazenamento e manuseio, etc..
Os materiais, para fins de terraplenagem são classificados em:
o Materiais de 1ª categoria são os solos em geral, materiais com diâmetro máximo das partículas até 15 cm, podendo ser trabalhos com certa facilidade por equipamentos usuais;
o Materiais de 2ª categoria correspondem a materiais como rochas com dureza média ou baixa, inferiores à do granito, blocos com diâmetro máximo de 1 metro cuja extração pode ser feita apenas com equipamentos tradicionais, mas pesados ou ainda com uso de explosivos;
o Materiais de 3ª categoria materiais de alta dureza e grande dificuldade de extração exigindo o uso de explosivos para sua redução.
6.1.1 Caracterização dos materiais de terraplenagem
O reconhecimento dos materiais pode ser feito através de furos de onde retiramos amostras para posterior classificação, ou modernamente, com a utilização de metodologias oriundas da prospecção de petróleo onde se utilizam ondas sísmicas
resultantes de abalos provocados por explosões e captados por sensores apropriados. Para abertura dos furos podemos utilizar pá e picareta, trados manuais ou mecânicos, ou ainda perfuratrizes rotativas.
Para qualquer processo de terraplenagem faz-se importante saber seu peso, sua expansão volumétrica ou empolamento, e a compactabilidade, que são:
Umidade: Todo material contém certo grau de umidade, que pode e deve ser inclusive controlado durante a execução dos serviços. Materiais granulares tem suas propriedades químicas e físicas menos influenciadas pela presença da água, a argila e o silte são mais sensíveis à água.
Peso: O peso do material é muito importante para a escolha adequada dos equipamentos de terraplenagem. Dele dependerá a capacidade do equipamento, sua potência, rendimento, etc..
Expansão volumétrica ou empolamento1: É o aumento volumétrico do material
após ser retirado de sua situação inicial de compactação natural. Quando escavamos o material, soltamos suas partículas, aumentando o volume de vazios. Quando o compactamos posteriormente, podemos alcançar um grau de compactação superior à sua condição inicial. Assim, normalmente encontramos o caso onde 1 m3 de solo natural, ao ser transportado, devido ao empolamento, passa a ter um volume de superior a 1 m3, ao ser compactado vem a apresentar um volume inferior a 1 m3 mas sempre com o mesmo peso inicial.
O Quadro 6.1, a seguir, nos dá algumas características aproximadas de diversos materiais:
Quadro 6.1: Características típicas de alguns materiais de uso rodoviário
Material Kg/m3 corte Empolamento % Fator de Conversão Kg/m3 solto Argila 1.720 40 0,72 1.240
Argila com pedregulho, seca. 1.780 40 0,72 1.300
Argila com pedregulho, molhada. 2.200 40 0,72 1.580
Terra comum, seca. 1.550 25 0,80 1.250
Terra comum, molhada. 2.000 25 0,80 1.600
Pedregulho com 1 cm – 5cm, seco 1.840 12 0,89 1.640
Pedregulho com 1 cm – 5cm, molhado 2.000 12 0,89 1.780
Calcário 2.620 67 0,60 1.570
Areia solta, seca. 1.780 12 0,89 1.580
Areia molhada, compactada. 2.100 12 0,89 1.870
Arenito 2.420 54 0,65 1.520
Fonte: Caterpillar do Brasil S.A., Princípios Básicos de Terraplenagem.
Compactabilidade: A princípio, todo material possui um grau de compactação quando em seu estado natural, quando solto e após sua compactação mecânica. A compactabilidade é a capacidade de um material sofrer adensamento, com consequente aumento de seu peso específico e diminuição de seus volumes de vazios.
6.2 Serviços de terraplenagem.
A seguir, na Figura 6.1, temos a representação das tarefas efetuadas pela terraplenagem:
Locação
Serviços Preliminares Desmatamento e Limpeza Destocamento
Obras de Arte Corrente Bueiros Drenos Terraplenagem Escavação Terraplenagem Carga Transporte Descarga e Espalhamento Compactação Valetas de Proteção Serviços Complementares Sarjetas
Proteção de Corte
Figura 6.1 – Tarefas executadas pela terraplenagem. Onde:
Serviços preliminares são aqueles efetuados antes da terraplenagem propriamente dita, é a preparação do terreno para a terraplenagem;
Locação - é o primeiro serviço a executar. A partir da demarcação do eixo, através o uso de estacas se faz a determinação dos offsets e demais pontos importantes à terraplenagem. É através dos offsets que se determina o quanto cortar ou aterrar do terreno. Nas estacas são pintadas cotas do terreno também chamadas de cotas vermelhas.
Desmatamento e limpeza - correspondem à limpeza da camada superior do terreno, a uma profundidade até 20 cm de profundidade e destocamento de árvores e arbustos com diâmetro até 30 cm.
Obras de Arte Corrente – é a terraplenagem necessária para a execução das obras de arte corrente como:
Bueiros diversos
Drenos longitudinais, transversais, em rocha, etc..
Obras de Arte Especial – é a terraplenagem necessária para a execução das obras de arte especiais.
Terraplenagem propriamente dita que é constituída das seguintes tarefas: Escavação é a preparação do material para a fase seguinte, que pode
possuir o afrouxamento por meios físicos (inclusive com escarificação), ou químicos (explosivos), pode ser feito na própria diretriz da estrada ou em caixas de empréstimo;
Carga é o carregamento do material escavado nos equipamentos de transporto;
Transporte é a movimentação do material de seu lugar de origem para o local de destino;
Descarga e Espalhamento correspondem à tarefa de depositar o material transportado até seu local de uso ou bota-fora2 e seu espalhamento
Compactação é o processo de elevar-se a densidade do material aos níveis máximos;
Serviços complementares são todos aqueles necessários mas não suficientes à execução de uma rodovia dais como:
Valetas de proteção são aquelas construídas para captar e retirar a água da parte superior do corte ou inferior dos aterros;
Sarjetas são as estruturas construídas ao longo das rodovias para captar e conduzir as águas das chuvas para locais convenientes Proteção de corte são os serviços executados para proteger a
estabilidade e integridade dos cortes.
6.3 Princípios básicos da terraplenagem.
Os equipamentos utilizados na terraplenagem compreendem uma categoria especial que se movimentam por simples aderência e possuem estabelecer-se suas curvas de desempenho, de forma que podemos conhecer seu tempo de ciclo e consumo de energia.
Devido à necessidade de obter-se alto desempenho estes equipamentos são de forma geral, grandes, pesados, caros, lentos e trabalham nas condições mais adversas.
6.3.1 Características dos equipamentos de terraplenagem.
Geralmente, os fatores importantes a serem conhecidos dos equipamentos são: seu peso, potência e capacidade, sendo fornecidos pelos fabricantes ou tabelados e disponíveis na literatura.
Com base na potência disponível (ver item 6.3.6, a seguir), e características mecânicas de cada equipamento teremos a força disponível na roda motriz dada por:
Onde: T = torque do motor
R = redução das engrenagens = rendimento das transmissões r = raio da roda
Sendo que o torque T está relacionado à potência P, através da seguinte expressão:
2 Bota-foras são locais onde são depositados os materiais resultantes da terraplenagem e sem uso. Um bom projeto de terraplenagem minimiza ao máximo esta “sobra” de material, restringindo-a aos materiais sem as características técnicas mínimas desejadas.
r
R
T
F
.
.
) . . ( 12 , 716 . v c T N P Onde:
N = número de rotações do motor
Como N está relacionado às velocidades desenvolvidas, devidos às reduções e dimensões das peças, então o fabricante nos fornece para cada marcha o esforço disponível e a velocidade a ele associada. Este valor é teórico e é influenciado pela aderência e a altitude onde opera o equipamento.
6.3.1.1 Potência dos equipamentos
Quando nos referimos ao termo potência pode-se encontrar várias diferenciações que são importantes. A seguir as estudaremos:
Potência é a energia em ação, o trabalho realizado em determinado período de tempo, sendo normalmente utilizada como unidade de medida o cavalo-força ou HP.
Potência disponível é aquela potência que o equipamento realmente pode fornecer para a execução do trabalho já descontando as resistências internas. Potência usável é aquela que o usuário pode utilizar na prática, dentro de
todas as limitações locais, como resistência de rampa e de rolamento.
A potência nominal do motor é que indica a capacidade de uma máquina executar trabalho a uma determinada velocidade, sendo medida em HP, ou cavalo-força. A força é disponibilizada ao equipamento através de engrenagens de transmissão de força, variando para cada velocidade desejada. Assim sendo a velocidade desejada para a locomoção é que determinará a força disponível.
Cada fabricante fornecerá uma tabela contendo a força disponível para cada marcha, ou no caso dos equipamentos com conversores de torque, e também com transmissão Power Shift; existem gráficos específicos.
O gráfico apresentado na Figura 6.2, abaixo, exemplifica a relação potência disponível e a velocidade dos equipamentos. Por exemplo, supondo-se que o total da resistência de rolamento e de rampa nos deu determinado valor R, portanto a força que deve estar disponível pelo equipamento deve ser igual ou superior a este valor, ou seja F R, procurando na tabela fornecida pelo fabricante encontramos que a primeira velocidade que disponibiliza forneça tratora nominal superior a esta é a 3ª marcha. Esta é então a marcha que deve ser utilizada para trafegar e que nos dará também a velocidade do equipamento, para estas condições.
Figura 6.2 – Exemplo da relação potência disponível e a velocidade dos equipamentos Velocidade Potência Disponível 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª Potência necessária
Caso quiséssemos utilizar a força tratora máxima e não a nominal, isto até poderia ser possível, mas à custa de um desgaste maior do equipamento e da diminuição da velocidade.
6.3.2 Condição das vias
Para os equipamentos de terraplenagem, o fator mais importante é o peso próprio do equipamento e o peso do material, pois são eles que definirão a potência necessária. Este peso será deslocado pelas vias de forma mais fácil ou custosa conforme sua conformação, sempre tendo que vencer as resistências advindas da via. Estas resistências são: resistência ao rolamento e resistência de rampa.
A resistência ao rolamento é aquele originado pelo contato da roda ou esteira com a superfície considerada em nível. Normalmente fala-se em resistência específica ao rolamento, que é expressa em quilogramas por tonelada força despendida pelo equipamento (kg/tf), sendo resultante de:
Atrito interno dos eixos; Velocidade do equipamento;
Flexibilidade das paredes dos pneus e;
Penetração dos pneus ou esteira no terreno (que é função da capacidade de suporte do terreno).
Os três primeiros fatores variam pouco e podem ser considerados, na prática, fixos com o valor de 20 kg/tf. O último fator pode ser resumido nos seguintes valores encontrados no Quadro 6.2:
Quadro 6.2 – Resistência ao rolamento
Material Resistência ao rolamento
Kg/tf Estrada rija sem penetração dos pneus ( estrada
pavimentada ou estabilizada)
20
Estrada firme cedendo levemente sob os pneus (macadames, estabilização, etc.)
30
Estrada em Terra não tratada com penetração dos pneus a razão de 2 ou 3 cm
50
Idem, com penetração entre 10 e 15 cm 70
Estrada de terra solta ou fofa, com barro ou areia 100 – 200
Esta resistência ao rolamento não se aplica aos tratores de esteira, já que eles trafegam sobre uma estrada de aço, que são suas esteiras, independentemente das condições dos materiais na pista. A resistência que deve ser considerada para este tipo de equipamento é a resistência interna, que já vem calculada pelo fabricante quando nos fornece a potência na barra de tração, ao contrário dos equipamentos com pneus onde a potência mencionada é a no volante. Na prática, para os tratores de esteira, se considera a resistência ao rolamento como sendo nula.
No caso de uma rampa existe uma componente do peso total do equipamento que se oporá ao rolamento quando este sobe ou ajudará o movimento, nas descidas. De maneira geral utilizamos o valor fixo de 10 kg/tf para cada 1,0% de rampa ascendente, quando se trata de rampas com pouca inclinação. Para o caso geral utilizamos a seguinte expressão:
Resistência ao rolamento = 10 kg/tf . cos por % de rampa ascendente e por tonelada
Sendo o ângulo de inclinação da rampa.
6.3.2.1 Resistência ao Rolamento
A Resistência ao Rolamento pode ser definida como sendo a força que age paralela ao terreno e que se opõe ao rolamento das rodas de um equipamento quando este se move sobre uma superfície. É consequência da flexão dos pneus, sua penetração no solo,além dos atritos internos, como pode ser visto na Figura 6.3,a seguir:
Figura 6.3 – Resistência ao rolamento
Fonte: Javorski, Tadeu, 1997.
O valor da resistência ao rolamento em quilogramas é obtida pela multiplicação do peso do equipamento, em toneladas, pela resistência ao rolamento conforme apresentado no Quadro 6.3
Quadro 6.3 - Resistência média ao rolamento em alguns pisos
Tipos de solos Fator
kgf/t Estrada compactada (dura), pavimento de concreto ou macadame
betuminoso
20
Estrada em macadame hidráulico (piso sob o peso do pneu cede levemente
30
Estrada de terra estabilizada (penetração dos pneus de 2 a 3 cm) 50 Estrada de terra não estabilizada (penetração dos pneus de 10 a 15 cm) 75
Estrada de terra solta, barrenta ou arenosa 150
Não se considera a resistência ao rolamento aos tratores de esteiras pois a esteira funciona como uma superfície contínua sem deformações, sobre a qual se desloca o equipamento.
6.3.2.2 Resistência de Rampa
Resistência de rampa é a força paralela ao terreno que interfere negativamente na locomoção dos veículos e equipamentos nas rampas ascendentes, sendo que nos declives se soma a força de tração e é denominada de assistência de rampa. Esta resistência deve ser considerada tanto para os equipamentos de rodas quanto de esteiras e é designada pela sigla RRa.
Figura 6.4 – Resistência de rampa
Fonte: Javorski, Tadeu, 1997.
RRa = P . sen α
Para valores pequenos do ângulo α, tem-se sen α = tg α,
tg α = i/100,
onde i é o aclive em porcentagem.
Substituindo-se na fórmula inicial sen α por tg α, teremos:
RRa = P . tg α RRa = P . i/100
Para se obter a força RRa em kgf usando o valor de P em toneladas, deve-se multiplicar o numerador da equação por 1 000,0 kg, resultando:
RRa = P . i . 1 000 / 100
RRa = 10 . P . i
6.3.2.3 Influência da Altitude
Também a altitude em que opera o equipamento é bastante importante. Sendo que devido à diminuição do teor de oxigênio a ser queimado na combustão do motor, com o aumento da altitude, existe um decréscimo de potência principalmente para altitudes superiores a 1000 metros.
Considera-se uma perda de potência da ordem de 3%, para cada 300 m de altitude após os primeiros 300 m para motores de quatro tempos. Para os de dois tempos a perda é de 1%, em cada 300 metros, não sendo considerados os primeiros 300 metros.
A altitude não tem efeitos apreciáveis para os motores que possuem uma aspiração forçada por compressores (turbinados).
Exemplo de aplicação:
Determinar a resistência de rampa e rolamento oferecida ao deslocamento de um equipamento, composto por um trator de esteiras acoplado a um escreiper de rodas pneumáticas. A operação se processa em um trecho de estrada estabilizada.
Verificar a perda de potência uma vez que o trabalho é realizado a 1 200,0 metros de altitude.
Dados:
- peso do trator... 15,0 t; - potência na barra de tração... 240 cv; - peso do escreiper... 15,8 t; - peso do material transportado... 30,0 t; - rampa a vencer... 8 %.
Resolução:
a) Resistência ao rolamento:
RRo = (15,8 + 30) x Fator de resistência ao rolamento; RRo = 45,8 x 50 = 2 290,0 kgf b) Resistência de rampa: RRa = 10 x 60,8 x 8 = 4 864,0 kgf c) Resistência ao movimento: RRo + RRa = 2 290,0 + 4 864,0 = 7 154,0 kgf d) Influência da altitude: Ia = (A – 300) / 100 = (1 200,0 – 300) / 100 = 9 % Conclusão:
A potência na barra de tração fica reduzida de 9 %, ou seja, passará de 240 cv, para 218 cv.
Figura 6.5 – Ilustração da composição de forças
Fonte: Javorski, Tadeu, 1997.
6.3.2.4 Aderência
A aderência é uma questão de atrito, referindo-se a habilidade do material rodante em fixar-se à superfície sobre a qual se desloca. A aderência depende do peso do equipamento, e do coeficiente de atrito entre a superfície e as rodas motrizes ou esteira que é função do desenho e da forma da banda de rodagem (ou forma e dimensões das garras da esteira), tipo e condições da superfície do terreno.
Estes coeficientes multiplicados pelo peso atuante na esteira ou pneus das rodas motrizes nos dão a força motriz máxima que pode ser utilizada sem que aja deslizamento ou patinagem do equipamento.
O Quadro 6.4, fornece os coeficientes de aderência mais usuais. O produto resultante do peso transmitido pelo conjunto propulsor de um equipamento (rodas motrizes ou esteiras), pelo coeficiente de aderência, fornece a máxima força de tração possível nesse terreno. Se for exigida uma maior tração, o equipamento “patinará”.
Quadro 6.4 – Coeficiente de aderência típicos para alguns materiais
Material Trator de esteira Trator de pneu
Concreto 0,45 0,90
Solo firme 0,85 – 0,90 0,50 – 0,60
Solo solto 0,60 0,40 – 0,50
Areia fofa 0,30 0,20 – 0,35
Terreno argiloso seco firme 0,90 0,55
Terreno argiloso molhado 0,70 0,45
Argila - estrada mal conservada 0,70 0,40
Pedra - 0,60 – 0,70
Estrada cascalhada - 0,35
Para se aumentar a aderência dos equipamentos e veículos, pode-se utilizar dos seguintes subterfúgios:
a) Aumentar o peso sobre as rodas de tração; b) Aumentar o número de rodas de tração; c) Melhorar as condições do terreno; d) Colocar correntes nas rodas de tração.
6.3.3 Influência do material a ser transportado
O material é o fator principal na escolha do equipamento de terraplenagem. Dele precisamos saber características como peso, volume, resistência a desagregação, umidade, etc..
Sabendo-se o peso específico e o volume encontramos facilmente o peso do material a ser transportado, tendo o peso específico e volume também. Daí a importância de conhecermos os peso específico dos materiais com os quais trabalharemos. O Quadro 6.5 a seguir nos dá um tabelamento disto:
Quadro 6.5 – Pesos específicos naturais de alguns materiais
Material Peso específico natural ( t/m3 )
Argila muito mole 1,10 – 1,40
Argila mole 1,40 – 1,60
Argila média 1,60 – 1,80
Argila rija 1,80 – 1,90
Argila dura 1,90 – 2,00
Areia fofa 1,40 – 1,60
Areia pouco compacta 1,60 – 1,80
Areia medianamente compacta 1,80 – 2,00
Areia compacta 2,00 – 2,20
Areia muito compacta 2,20
Pedregulho 1,40 – 2,34
Calcário 2,62
Arenito 2,30 – 2,40
Granito 2,73
6.3.4 Eficiência de Trabalho
A eficiência da produção de um equipamento de terraplenagem é definida pela razão entre o tempo realmente trabalhado e o tempo disponível. Esta razão não chega a 1,00, pois existe o cansaço do operador, a manutenção do equipamento, esperas, etc..
O Quadro 6.6 nos mostra o valor da eficiência para alguns equipamentos:
Quadro 6.6 – Eficiência de alguns tipos de equipamentos
Trabalho Trator Eficiência (min/hora) Fator em eficiência
Diurno Esteira 50 0,83
Pneus 45 0,75
Noturno Esteira 45 0,75
Pneus 40 0,67
Eficiência de trabalho, também é conhecida como “fator de eficiência” é representada pela notação E.
Se não houvesse perda de tempo na jornada diária de trabalho, a eficiência seria de cem por cento (100 %) e o valor do fator E, alcançaria a unidade (1,0), mas este valor só é obtido em casos excepcionais pois em uma hora de trabalho diário devem ser descontados os minutos perdidos em:
Espera de unidades auxiliares;
Pequenos reparos mecânicos e a manutenção preventiva; Breves pausas causadas pela fadiga do operador;
Recebimento ou transmissão de instruções.
Um valor de E, igual a 0,75, exemplificando, que é considerado um valor médio, equivale a trabalhar, efetivamente, 45 minutos em 60 minutos de uma hora.
6.4 Equipamentos de terraplenagem
Os equipamentos utilizados em terraplenagem são aqueles com capacidade de escavar, transportar, espalhar ou compactar os materiais, podendo ser analisados segundo as seguintes características:
Esforço trator que é a força disponível na barra de tração ou nas rodas motrizes;
Velocidade que vai influenciar diretamente na produção do equipamento; Aderência que vai permitir ao equipamento evitar que patine sobre os
terrenos, desperdiçando energia;
Flutuação que permite ao equipamento deslocar-se sobre terrenos de baixa capacidade de suporte sem afundar;
Balanceamento que permitirá ao equipamento boas condições de equilíbrio e distribuição do peso
Conforme o equipamento seja montado sobre esteiras, ou pneus suas características de operação serão diferenciadas. A grande vantagem dos equipamentos de esteiras é que suas rodas deslocam-se sobre uma “estrada” de
aço, com área suficiente para permitir baixa pressão sobre o solo, equivalente a exercida por uma pessoa e geralmente por volta de 0,5 a 0,8 kg/cm2.
As esteiras são constituídas por placas de aço rígidas, articuladas entre si possuem garras que asseguram também uma maior aderência ao solo. Estes equipamentos são capazes de deslocar-se em terrenos bastante acidentados e bastante íngremes.
Os equipamentos montados sobre rodas possuem mais agilidade, alcançando velocidades bem maiores, mas a força exercida sobre o solo situa-se entre 3 e 6 kg/cm2 não conseguindo movimentar-se seguramente sobre solos onde a esteira não encontra dificuldades. Também seu esforço trator é prejudicado pela baixa aderência ao solo.
O Quadro 6.7 nos mostra um resumo das principais diferenças entre as características de equipamentos de esteiras e de pneus :
Quadro 6.7 – Características das unidades de tração
Trator de esteiras Trator de pneus
Esforço trator Elevado Limitado pela aderência
Aderência Boa Sofrível
Flutuação Boa Regular a má
Balanceamento Bom Bom
Velocidade Baixa ( < 10 km/h) Alta ( < 70 km/h)
Fonte: RICARDO, Hélio de Souza & CATALANI, Guilherme. Manual Prático de Escavação. Terraplenagem e Escavação em Rocha. PINI, 2 ed. São Paulo, 1990.
6.4.1 Descrição dos equipamentos
A natureza das obras rodoviárias exige equipamentos adaptados às suas necessidades, considerando sempre a magnitude dos quantitativos envolvidos, as soluções adotadas pelo projeto, os tipos de materiais, a localização da obra, etc.. Assim os equipamentos são fabricados para otimizar sua capacidade em determinado serviço, contudo praticamente todos possuem alguma capacidade marginal que lhe permite maior versatilidade.
Os autores classificam os equipamentos de diversas maneiras, aqui apresentamos a forma proposta por Rego Chaves e também utilizada por Hélio de Souza Ricardo e Guilherme Catalani.
6.4.1.1 Unidades escavo-empurradoras
São aquelas que possuem uma lâmina, capaz de escavar e empurrar o material a curtas distâncias. Podem ser construídas sobre pneus, mas geralmente são montadas sobre tratores de esteiras. As lâminas possuem vários formatos e são geralmente móveis de forma a podermos variar seu angulo em relação ao eixo longitudinal do trator. Possuem também movimento vertical, de sobe e desce e de rotação em torno de um eixo transversal. Ver Figura 6.6
É comum o trator de esteira com lâminas, também chamado de “Bulldozer” possuírem em sua traseira o que chamamos de escarificador ou “Ripper”, que nada mais são do que “unhas” que penetram o solo rasgando-o e desagregando as partículas.
É de uso corrente tratores de esteiras fornecerem potência adicional aos Scrapers empurrando-os durante o processo de escavação.
6.4.1.2 Unidades escavo-transportadoras
Estes equipamentos são conhecidos usualmente por “Scrapers” podendo ser rebocados por outro equipamento ou possuírem sua própria fonte de potência, quando são chamados de “Motoscrapers”. Executam operações de escavação, carga, transporte e descarga de materiais de consistência mole ou média, em médias distâncias. Ver Figuras 6.7 e 6.8, a seguir.
Durante o processo de escavação é comum a utilização de um trator de esteira na operação de “Pusher”, onde este fornece potência e aderência adicional quando ela é mais necessária. Em alguns casos outro motoscraper pode substituir o trator de esteira e é denominada de “push-pull”, ou empurra-puxa.
Quando executando a operação de carga, a superfície inferior do recipiente de transporte é abaixada e por possuir uma lâmina afiada vai cortando o solo, carregando-se com o material. Após o carregamento a superfície inferior sobe, fechando o recipiente e o equipamento procede ao transporte. Ao chegar ao seu destino a superfície inferior desce um pouco e um pistão empurra a superfície posterior do recipiente para frente despejando o material.
Figura 6.6 – Tratores escavo-empurradores de esteira
Figura 6.7 – Unidade escavo-transportadora - Motoscraper
Figura 6.8 - Esquema de funcionamento de um scraper.
6.4.1.3 Unidades escavo-carregadoras
Estes equipamentos são aqueles que possuem como função principal a escavação e o carregamento do material em outro equipamento que então transporte e descarrega o material. Podem ser classificadas em duas categorias
Escavadeiras
As escavadeiras podem ser de esteira ou de pneus possuindo geralmente na frente, uma caçamba que escava e transporta o material. O braço que suporta a caçamba e a liga com o equipamento é predominantemente horizontal. Este braço é pequeno, não permitindo um distanciamento muito grande entre o equipamento e a caçamba, o que a inviabiliza, a princípio, o seu uso em solos moles.
Carregadeiras
São equipamentos de origem muito antiga que em meados do século passado funcionavam a vapor. Também possuem uma caçamba, mas os braços articulados são posicionados na vertical. A caçamba pode ainda estar presa por correntes a uma lança comprida, sendo arrastada durante o processo de carregamento. Ver Figura 6.9.
Este tipo de equipamento possui um alcance maior que as escavadeiras sendo por isso utilizadas em locais de acesso difícil como solos moles, já que enquanto o equipamento está sobre um local de suporte suficiente a lança leva a caçamba a uma distância razoável para a operação de escavação.
Figura 6.9 - Escavadeiras
Movimento do Scraper Movimento de fechamento para
transporte Movimento de fechamento
para expulsão do material
Pistão para empurrar a Lâmina interna na operação de descarregamento
6.4.1.4 Unidades aplainadoras
As unidades aplainadoras, mais conhecidas por motoniveladoras são equipamentos utilizados no acabamento da terraplenagem devido a sua grande mobilidade e precisão de sua lâmina de corte. Também é muito utilizada no espalhamento de material, e quando devidamente equipada com ripper pode ser utilizada para executar serviços de escavação superficial. Ver Figura 6.10.
6.4.1.5 Unidades transportadoras
Basicamente, a utilização das unidades transportadoras é feita para grandes distâncias, quando o uso de empurradores ou escavo-transportadores deixa de ser econômico.
Podemos encontrar os seguintes tipos de equipamentos de transportes: Caminhões fora-de-estrada, como pode ser
visto na Figura 6.11, que são caminhões dimensionados e construídos especialmente para o trabalho pesado (ver foto ao lado). Suas dimensões e a grande tonelagem restringem seu uso ao canteiro de obras impedindo-os de trafegar em estradas de tráfego normal.
Caminhões basculantes são caminhões com uma caçamba basculante como a dos caminhões fora-de-estrada, mas sua construção prevê seu uso em estradas de tráfego normal. Vagões são equipamentos de grande porte
composto por uma caçamba rebocada e um trator geralmente similar ao utilizado nos
motoscrapers, podendo fazer o descarregamento através de um fundo móvel, basculante traseira ou descarregamento lateral.
A literatura cita ainda o uso de “dumpers”, que são equipamentos parecidos com os caminhões fora-de-estrada. Seu uso é pouco comum.
6.4.1.6 Unidades compactadoras
A estes equipamentos cabe a tarefa de compactação dos solos através do uso de seu peso próprio ou de energia vibratório aplicada a materiais granulares, como pode ser visto na Figura 6.12.
A escolha do tipo de compactador é feita em função do material a ser adensado, que podem ser:
Rolo liso é aquele que possui o(s) cilindro(s) de compactação lisos, podendo ser encontrados modelos autopropelidos ou rebocados. Quando possuem dois cilindros lisos são chamados de rolos em tandem;
Figura 6.10 – Unidades aplainadoras “Motoniveladoras”
Figura 6.11 – Caminhão fora-de-estrada
Rolo pé de carneiro é o equipamento muito utilizado para solos coesivos, e compõe-se de um cilindro onde ficam inseridas saliências ou “patas” de 20 a 25 cm, dispostas em fileiras desencontradas. O processo de compactação faz-se de baixo para cima visto que as patas penetram na camada solta atingindo o fundo da camada de compactação. Podem ser autopropelidos ou rebocados;
Rolo de pneus são aqueles que utilizam pneumáticos para fazer o contato com o material a ser compactado. Possuem duas fileiras de rodas disposta de forma desencontrada permitido que a falha deixada entre pneus da fileira dianteira seja compactada pela fileira de pneus traseira. São muito utilizados para compactação e acabamento de materiais asfálticos. Geralmente são encontrados os modelos autopropelidos e possuem capacidade de alterar a pressão dos pneus, o que por sua vez corresponde a alteração da pressão exercida sobre o material;
Rolo vibratório é aquele que permite aos cilindros compactadores uma vibração, da ordem de 1.000 a 4.800 ciclos por segundo, o que é bastante útil para a compactação de materiais não coesivos. São encontrados modelos autopropelidos e modelos rebocados;
Rolos combinados são aqueles que utilizam duas ou mais características enumeradas acima. Usualmente encontramos os seguintes modelos:
Tandem vibratórios
Pneu e cilindro liso vibratório (ver foto ao lado) Pneu e pé-de-carneiro vibratório
Outros
Rolos especiais que são aqueles equipamentos compactadores cujas características não cabem nas acima citadas.
Figura 6.12 – Rolos compactadores Tandem (a), Pé-de-carneiro (b) e (d) , Pneus (c)
Foto do fabricante
(a) (b)
6.4.1.7 Unidades escavo-elevadoras
São equipamentos cujo ciclo de operação é contínuo, ao contrário do que acontece com equipamentos similares como os escavo carregadores. Neles enquanto o equipamento vai se deslocando existe a escavação e o material retirado é transportado por correias até o equipamento de transporte.
6.4.1.8 Outros equipamentos
Existem ainda muitos outros tipos de equipamentos de terraplenagem, geralmente de uso bastante restrito e por isso pouco comuns. Segue abaixo alguns exemplos: Retroescavadeira, como apresentado na Figura 6.13, é um equipamento
bastante utilizado devido a sua grande versatilidade para trabalhos de menor porte. Conjuga a capacidade de carregadeira frontal e escavadeira (disposta em sua traseira)
Escavadeiras rotativas: são equipamentos cuja escavação é feita por pequenas caçambas dispostas num roda giratória despejadas numa esteira que transportarás o material até o equipamento de transporte.
Valetadeiras: são equipamentos similares as escavadeiras rotativas, mas despejam o material ao lado, não o carregando em equipamentos de transporte. Ver Figura 6.14.
6.4.2 Escolha dos equipamentos
Embora não seja uma regra pode-se considerar como referência o proposto no Quadro 6.8 como sugestão para a escolha dos equipamentos para cada tipo dos principais serviços de terraplenagem.
.
Figura 6.13 - Retroescavadeira
A execução de uma determinada camada de pavimento, compreendendo, via de regra, vários itens de serviços, demandando, a utilização conjugada de diversos equipamentos cujo conjunto constitui a patrulha de equipamentos que é dimensionada de modo a atender a produção compatível com o cronograma de obra.
Quadro 6.8 – Quadro auxiliar na escola de equipamentos
Serviços Equipamentos Utilizados
Desmatamento e limpeza Tratores de esteira com lâmina.
Escavação de solos Escavadeiras e/ou tratores de esteira com lâminas
Extração de rocha Compressores de ar, marteletes ou perfuratrizes de
carreta e tratores de esteira para o transporte.
Extração de areia Bombas de sucção, escavadeiras com caçambas
tipo drag-line ou clam-shell, ou
Cargas de materiais Carregadeiras, escavadeiras.
Produção de brita Britadores de mandíbulas, girosféricos, peneiras e
correias transportadoras.
Transporte de materiais Caminhões diversos, carretas prancha, carretas
tanque, caminhões fora-de-estradas.
Espalhamento de materiais terrosos Motoniveladoras, tratores de esteira com lâmina.
Umedecimento de solos na pista Caminhões pipa
Misturas de solos e homogeneização de umidade na pista
Pulvi-misturadoras
Arados e grade de discos Motoniveladora, usinas.
Compactação propriamente dita Rolo pé-de-carneiro
Rolo de pneu (pressão variável) Rolo vibratório liso e/ou corrugado
Espalhamento/distribuição de
agregados e solos usinados
Distribuidor de agregados
Acabadora com controle eletrônico Motoniveladoras
Distribuição de materiais betuminosos Caminhão com tanque distribuidor de asfalto
Limpeza e varredura de pista Vassoura mecânica e trator de pneus
Estocagem de materiais betuminosos Tanques de asfalto com aquecimento a vapor Preparo de concreto betuminoso
usinado à quente e mistura asfáltica usinada
Usina de asfalto e carregadeira
Preparo do pré-misturado a frio Usina de solos e carregadeira
Espalhamento de concreto betuminoso usinado a quente
Vibroacabadora de asfalto, rolos de pneus de pressão variável. rolos lisos tandem vibratório Espalhamento de pré-misturado a frio Vibroacabadora de asfalto, rolos tandem, rolos lisos
tandem vibratório, rolos de pneus de pressão variável
Serviços auxiliares Tratores de pneus e retroescavadeiras
Preparo de concreto de cimento Betoneiras, central de concreto cimento, ou central
dosadora, e carregadeira.
Transporte do concreto de cimento Caminhões dumpers ou caminhões betoneiras
Espalhamento do concreto de cimento Acabadora de concreto cimento
Fonte: Desconhecida
6.4.3 Associação de Unidades
Fonte: Javorski, Tadeu, 1997. A associação de unidades de transporte, (caminhões basculantes) com unidades escavadoras carregadoras, exige a adoção de algumas medidas para o funcionamento das equipes a serem formadas. Figura 6.15.
Figura 6.15 – Associação de unidades. Fonte: Javorski, Tadeu, 1997.
Número de ciclos
É recomendável que o carregamento do caminhão basculante seja efetuado com três ou quatro ciclos da pá carregadeira. Se o número de ciclos for inferior a três, haverá um grande impacto, ao se descarregar o material sobre a caçamba do caminhão, pondo-se em risco a sua suspensão.
Caso o carregamento seja feito com um número de ciclos superior a quatro, via de regra, indica que a caçamba da pá carregadeira (ou ela própria) é inadequada ao caminhão, devido a ser de porte inferior ao necessário.
A inadequação dos equipamentos redunda em custos mais elevados de serviço.
Uniformidade da equipe
Para que haja sincronismo do conjunto [pá(s) x caminhões], tanto as pás como as unidades de transporte devem ser de mesmo modelo e capacidade. Dessa forma é possível executar uma programação de trabalho e diminuir tempos de espera. As unidades apresentarão sempre o mesmo tempo de ciclo.
Tempo de ciclo
A determinação do tempo de ciclo das unidades de transporte levantada no próprio local da obra torna mais exata a composição de custos.
Escala de trabalho
Uma escala de entrada em serviço (horário de trabalho) deve ser aplicada quando forem necessários muitos caminhões basculantes e grandes as distâncias de transporte. Dessa forma todas as unidades de transporte serão, adequadamente, utilizadas e farão igual número de ciclos na jornada diária.
Canteiro de obra
O canteiro de obra deverá ser objeto de muita atenção e deve ser preparado para evitar os obstáculos e sinalizado nos pontos perigosos. A área de manobras e os caminhos de serviço devem ser revestidos e drenados. Providências sobre o acima indicado proporcionam um aumento de produtividade e aumentam a segurança no trabalho.
Número de caminhões basculantes servidos por uma pá carregadeira
O número de caminhões basculantes servidos por uma pá carregadeira, para que não haja unidades paradas, pode ser determinado pela expressão seguinte:
Sendo:
n = Número de caminhões atendidos;
Tt = tempo de ciclo do caminhão basculante (todos do mesmo modelo);
tc =tempo total de carregamento do caminhão.
Determinação do tempo de ciclo do caminhão basculante
Para as unidades de transporte, na determinação do tempo de ciclo, devem ser consideradas duas novas parcelas no tempo fixo: o tempo de carregamento e o tempo gasto de parada, descarga e partida. De acordo com a fórmula geral, tem-se:
T = tf + tv
Para o caminhão basculante o tempo de ciclo será:
Tt = tc + tpdp + tv
O tempo de carregamento tc é obtido pelo produto correspondente ao número de
ciclos que a pá necessita para o carregamento da caçamba do caminhão, pelo tempo de ciclo da pá carregadeira (0,32 minutos, para a pá de esteiras e 0,40 minutos, para a pá de rodas).
O número de ciclos da pá pode ser determinado dividindo-se o volume coroado do caminhão basculante pelo volume coroado da caçamba da pá carregadeira. Será adotado um número inteiro caso o resultado seja fracionário.
O tempo de parada, descarga e partida (tpdp) varia com o volume da caçamba do caminhão basculante e pode ser extraído, diretamente do Quadro 6 9 - Tempo de parada, descarga e partida.
Quadro 6 9 -Tempo de parada, descarga e partida Volume da caçamba do caminhão (m3) tpdp (minutos) 4,0 0,8 5,0 1,0 6,0 1,2 7,0 1,4
O tempo variável, preferencialmente, deve ser obtido no local de trabalho. Se não for assim determinado tem que ser calculado pela fórmula geral, exigindo o conhecimento das velocidades de deslocamento do caminhão basculante que podem ser obtidas na Quadro 6.10 - Velocidades médias de trabalho de caminhões basculantes. Esta tabela foi utilizada pelo DER/PR,em composições de custo.
Quadro 6.10 - Velocidades médias de trabalho de caminhões basculantes Tipo do pavimento Com carga (km/h) Sem carga (km/h)
Estrada de terra 30,0 39,0
Estrada ensaibrada 35,0 45,5
Estrada asfaltada 40,0 52,0
1) Os valores das velocidades são aplicados a todos os tipos de caminhões basculantes, levando em consideração que as cargas movimentadas pelas unidades de transporte são sempre compatíveis coma as potências motoras desses veículos.
2) O retorno vazio ou sem carga proporciona um aumento de velocidade da ordem de 30 %.
3) É conveniente, após a quantificação das unidades que compões a equipe de pás e caminhões, analisar e determinar qual é o equipamento que “comanda” a tarefa (que determina o caminho crítico do cronograma).
A determinação do equipamento que “comanda” a tarefa é feita como segue: Produção horária da pá... A (m3/h)
Produção horária dos caminhões... B (m3/h)
O menor valor de produção (A ou B) indica qual é o equipamento que “ comanda” a tarefa.
Exercício:
Qual o prazo de execução de um serviço de transporte de 14 160,0 m3 de areia solta, empregando-se cinco caminhões basculantes e uma pá carregadeira de pneus.
Dados:
Tempo de ciclo da pá 0,40 minutos;
Volume coroado da caçamba da pá 0,96 m3 Volume coroado da caçamba dos caminhões 4,00 m3
Tempo de ciclo dos caminhões 11,00 minutos
Eficiência de trabalho dos caminhões 0,70
Jornada de trabalho 8,0 horas/dia
Resolução:
a) Número de ciclos necessários ao carregamento da unidade de transporte:
N = (volume da caçamba dos caminhões) / ( volume da caçamba da pá) N = 4,00 /0,96 = 4,166 (adota-se um número inteiro) = 4.
Com quatro ciclos o volume transportado pelo caminhão não será mais de 4,0 metros cúbicos e sim 4 x 0,96 = 3,84 m3;
b) Tempo de carregamento (tc):
O tempo de carregamento corresponde ao tempo de ciclo da pá, multiplicado pelo número de ciclos para o enchimento do caminhão basculante:
tc = 0,40 x 4 = 1,60 minutos;
c) Número de caminhões, necessário para o serviço contínuo da pá:
n = Tt x tc = 11,0 / 1,60 = 6,8 (adota-se um número inteiro); n = 7 caminhões.
No caso, necessita-se para o trabalho contínuo da pá, 7 caminhões porém, só estão disponíveis 5 unidades.
d.1) Da pá carregadeira:
Ph = (60 . C . E) / T = (60 x 0,96 x 0,70) / 0,40 = 100,8 m3/h;
d.2) De um caminhão basculante:
Ph = (60 . C . E) / T = (60 x 3,84 x 0,70) / 11,0 = 14,86 m3/h;
d.3) De cinco caminhões basculantes: Ph5 = 5 x 14,86 = 73,3 m3/h;
Observações:
1) Não foi considerado o fator de empolamento f na expressão de Produção Horária, devido tratar-se de areia solta. (f = 1, pois empolamento e = 0).
2) Como a produção dos cinco caminhões é inferior à produção da pá, serão as unidades de transporte que “comandarão” a tarefa.
e) Tempo de execução da tarefa: e.1) Tempo em horas:
T(em horas) = (volume de material) / (produção horária de cinco caminhões); T = 14 160 m3/ 73,3 m3/h = 193,178 horas ≈ 194 horas;
e.2) Tempo em dias (jornada de 8 horas/dia):
T(em dias) = T (em horas) / (jornada) = 193,178 horas / 8 (horas/dia) = 24,147 dias ≈ 24 dias, 1 hora e 11 minutos.
6.4.4 Manutenção do Equipamento
É importante que todos os equipamentos alocados à obra sejam mantidos sempre em boas condições de trabalho, já que eventuais paralisações de qualquer equipamento poderão acarretar a paralisação de toda uma equipe, com prejuízos para a programação físico-financeira de toda a obra.
Assim, evidencia-se a importância da implantação de uma manutenção adequada, que contemple todos os equipamentos, com intervenções de caráter preventivo e corretivo.
A manutenção preventiva é a intervenção deve ocorrer em horas e dias programados, e se destinada a prevenir defeitos, corrigir vazamentos ou substituir peças ou conjuntos, cuja vida útil está por vencer. Para manter-se uma eficiente manutenção preventiva faz-se necessário um controle efetivo das horas operadas pela máquina, por cada um dos seus conjuntos e da mensuração daquelas partes sujeitas ao desgaste. Aparentemente pode parecer uma intervenção onerosa, na verdade, ela permite a racionalização do uso do equipamento e um dimensionamento das suas horas operadas corretamente, porque ela reduz as paradas não administradas. Essas intervenções são feitas normalmente no campo, quando os serviços são de pequena monta ou na oficina quando implique na troca de conjuntos. Hoje em dia, com a permuta de conjuntos usados por reformados, com os "dealers", a manutenção preventiva é uma condicionante da racionalização na operação dos equipamentos.
A intervenção corretiva é aquela que ocorre quando da quebra do equipamento. A obra deve estar equipada para resolver com rapidez esta interrupção através da sua estrutura de oficina (pessoal e ferramental), do almoxarifado de peças, ou do setor de aprovisionamento.
6.4.5 Operação do Equipamento
Para uma operação eficiente do equipamento, torna-se indispensável sua adequação ao serviço que irá fazer. A adequação compreende o tipo de equipamento, sua potência, natureza do implemento acoplado e facilidade de manutenção e de assistência técnica.
Os serviços de pavimentação têm exigências técnicas que impõem uma seleção naqueles que operarão os equipamentos integrantes da patrulha executiva. Assim, operadores qualificados são uma exigência indispensável ao sucesso da camada do pavimento concluída.
As equipes para abastecimento de combustível e de lubrificação devem operar nos momentos em que cada equipamento esteja parado, evitando intervir nas horas de operação.
6.5 Produção dos equipamentos.
A produção de um equipamento de terraplenagem é definida pela quantidade de material que este pode trabalhar por hora, sendo função da quantidade de viagens ou movimentos por hora e do volume, em metros cúbicos, movimentados em cada viagem. O ideal é termos o máximo de volume transportado em cada viagem a um custo mínimo. A produção horária é calculada pela equação:
É importante que trabalhemos com volumes semelhantes, ou seja, se medirmos o volume transportado então tudo tem que ser medido com o volume já empolado, se medirmos o volume no corte, tudo tem que sem medido sem empolamento.
Cada equipamento, adequadamente escolhido, tem uma produção teórica dada pelo fabricante. Esta produção é considerada a produção máxima. É necessário, entretanto, dimensionar-se o número de cada equipamento que integra a equipe. Para isso é indispensável a pré-determinação dos tempos de ciclos despendidos na execução dos trabalhos. Estes tempos são o somatório dos tempos elementares gastos nas diversas tarefas que compõem o trabalho, necessitando para alguns equipamentos, o conhecimento prévio das extensões dos trechos a serem executados, das velocidades de operação, e das distâncias das fontes de materiais. Com estes dados, dimensiona-se a produção horária efetiva do equipamento para as condições de trabalho locais.
Função de produção total a ser feita, do número de dias operáveis, do número de horas dos turnos de trabalho, da produção horária e da eficiência mecânica, determina-se o número de equipamentos por equipe. Esse número pode variar ao longo dos meses de produção em função do cronograma de cada mês.
Como os serviços de pavimentação desenvolvem-se com a terraplenagem já concluída, fatores que condicionam a produtividade dos equipamentos de terraplenagem não interferem na dos equipamentos de pavimentação. No entanto, os caminhos de serviços bem conservados, e a transferência do tráfego de veículos que utilizam a estrada para variantes construídas, evitando a sua passagem nos trechos em execução, é uma providência que aumenta grandemente o rendimento operacional das equipes, principalmente em determinadas fases do processo
hora por viagens m em Volume m horária odução ( ) . Pr 3 3
construtivo. Há inclusive determinadas soluções técnicas para camadas do pavimento, que a possibilidade do desvio do tráfego comercial é uma condição imperativa para a racionalidade da solução e qualidade da camada executada.
6.5.1 Tempo de Ciclo
Tempo de ciclo de um equipamento é o intervalo de tempo necessário para a execução de uma operação completa de uma série de operações repetitivas. O tempo de ciclo é o tempo total que um equipamento consome para efetuar um ciclo completo de suas tarefas. É o tempo total necessário para carregar, transportar, despejar e retornar para novo carregamento. Este tempo é determinante, portanto, na produção de um equipamento, já que ele determina o número de viagens que podem ser alcançadas em uma hora e pode ser dividido em tempo fixo e tempo variável.
O tempo de ciclo pode ser decomposto em duas parcelas denominadas de tempo fixo e tempo variável.
Tempo fixo: é o necessário para que um equipamento possa carregar (ou ser carregado), descarregar, fazer a volta, parar e iniciar um novo ciclo, tempo esse mais ou menos igual em um dado serviço. É muito fácil de ser medido, possui pouca variação e já vem até tabelado para cada equipamento, conforme podemos ver no Quadro 6.11, a seguir:
Tempo variável: é o necessário para que um equipamento se locomova do local de carregamento, até o local onde efetua a descarga e retorne ao local de carregamento. É aconselhável determinar o tempo variável com maior precisão no campo, registrando os tempos, efetivamente, gastos pelos equipamentos, em condições reais de serviço. mais exatos, proporcionando assim a obtenção de fórmulas próprias para cada equipamento. Fatores que podem ser considerados:
Empolamento e compactação dos materiais do solo;
3 O pusher é o procedimento onde um trator de esteira empurra um scraper, acrescentando energia ao processo de carregamento do mesmo.
Quadro 6.11 – Tempo de ciclos fixo, em minutos.
Unidades trator de esteira - scraper
Movimento Carregamento sozinho Carregamento com “pusher3”
Carregamento 1,5 1,0
Descarga e volta 1,0 1,0
Total 2,5 2,0
Unidades trator de pneus - scraper
Movimento 16 km/h 24 km/h 40 km/h Carregamento 1,0 1,0 1,0 Descarga e volta 0,5 0,5 0,5 Aceleração e desaceleração 0,4 0,8 1,5 Total 1,9 2,3 3,0 Trator de esteira
Trabalho Tempo fixo total para um ciclo
Avanço e recuo na mesma velocidade usando apenas a alavanca de reversão (avante a ré)
0,15
Mudando para velocidade mais alta para o retorno em marcha a ré
Resistência ao rolamento; Resistência de rampa;
Altitude (geográfica) do local de trabalho; Fator de eficiência do equipamento; Componentes do tempo de ciclo.
Os tipos de equipamentos usualmente utilizados para a execução dos serviços mais comuns de pavimentação estão apresentados no Quadro 6.12 que se segue, onde constam ainda referências relativamente às Especificações Gerais do DNER - bem como à unidade de medição e a produção convencionalmente adotada.
DISCRIMINAÇÃO DOS SERVIÇOS ESPECIF ES – P UNID . DI S C R I M I N A C Ã O D O S E Q U I P A M E N T O S PROD. PADRÃO Mot o n iv e lad o ra C a mi n h ã o ta n q u e R o lo p é de c a rn e iro Gr a d e d e D is c o Tr a to r d e pneus R o lo pneus C a mi n h ã o c a rg a f ix a D is tr ibu id . d e a g re g . R o lo lis o v ibr a tó rio C a rr e g . d e r o d a s R o lo li s o v ibr a tó rio D is tr ibu iç ã o d e a s fa lt o V a s s o u ra mec â n ic a Tan q u e d e e s ta c . A q u e c e d o r d e f luí d o té rmi c o U s ina d e A s fa lt o V ibr o a c a b a d o ra d e a s fa lt o Gr u p o gerador Regularização do subleito 06/71 m2 302 1 1 1 1 2 Reforço do subleito 07/71 m3 98
Sub-base estabil, grânulos. 08/71 m3 98 1 2 1 1 1
Sub-base de solo melhorado 09/71 m3 74 1 1 1 1 1 1
com cimento
Base estabil. grânulos 10/71 m3 98 1 2 1 1 1
Base de solo melhorado 11/71 m3 74 1 1 1 1 1 1
com cimento
Base de solo cimento 12/71 m3 74 1 1 1 1 2
Base de macadame hidráulico
46/71 m3 74 1 2 1 1
Base estabilizada grânulos 47/74 m3 98 1 2 1 2 1 1
c/útil. de solos lateríticos
Sub-base estabil. grânulos 48/74 m3 98 1 2 c/util. de solos lateríticos
Macadame betuminoso 20/71 m3 62 1 1 6 Imprimação 14/71 m2 510 1 1 1 1 Pintura de ligação 15/71 m2 520 1 1 1 1 Tratamento superficial simples 16/71 m2 513 1 1 1 1 3 1 1
Tratamento superficial duplo 17/71 m2 342 1 1 1 1 3 1 1
Tratamento superficial triplo 18/71 m2 244 1 1 1 1 3 1 1
Concreto betuminoso usinado a quente
22/71 ton. 43 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Obs.: Fonte desconhecida. As produções consignadas estão vinculadas às características dos equipamentos discriminados. Comportam assim, alternativas - em função das mencionadas características das condições de execução dos serviços.
6.6 Seleção dos equipamentos de terraplenagem
No processo de escolha dos equipamentos de terraplenagem a serem utilizados em determinado serviço devemos considerar pelo menos os seguintes fatores:
o Fatores naturais - São aqueles fatores externos sobre os quais não se tem domínio direto, tais como:
Topografia (mais ou menos acidentada); Altitude;
Natureza dos solos,
Presença de lençol freático, Regime de chuvas.
o Fatores do projeto – São aqueles que provêm das definições de projeto, tais como:
Volume a ser movido, Distâncias de transporte, Rampas,
Dimensões das plataformas.
Fatores econômicos – obras de grande porte exigem equipamentos melhores e maiores, mesmo que a um custo maior, já que são mais produtivas. Obras menores podem não pagar altos investimentos.
Custo unitário (por m3 movimentado). Distância de transporte: dt
Custo de um serviço:
A produção de cada máquina é inversamente proporcional ao tempo de ciclo:
Q = f ( 1 / t c )
Se dt cresce tempo de ciclo cresce Qh diminui C cresce
Critério de custo em função da distância de transporte: (primeira aproximação)
O critério de custos pela distancia de transporte é o primeiro a ser considerado, mas outros fatores devem ser analisados.
Figura 6.16 – Critério das distancias de transporte para a escolha dos equipamentos de terraplenagem – primeira aproximação.
100
50
200
300
400
750
900
trator de esteiras
scraper rebocado por trator de esteiras
Motoscraper (1 eixo
)
Motoscraper convencional de grande
capacidade e 2 motores (twin)
Unidade escavo carregadora + unidades de transporteSeja como for, a ideia é sempre produzir o máximo com o mínimo de investimento, pois o lucro virá da diferença positiva entre o valor recebido pelo serviço executado pelo custo por metro cúbico produzido.
6.6.1 Produções Mecânicas
Nos catálogos dos fabricantes ou em pesquisas nos Órgãos do setor rodoviário podem ser encontradas as produções nominais dos equipamentos mas sobre elas deve-se aplicar pelo menos os seguintes fatores de correção relativos às condições de trabalho:
Fator de eficiência Fator de conversão Fator de carga
O Fator de Eficiência de um equipamento é a relação entre o tempo de produção efetiva e o tempo de produção nominal e para seu cálculo é preciso considerar que para cada hora do seu tempo total de trabalho, será estimada a produção efetiva de 50 minutos, considerando os tempos gastos em alterações de serviço ou deslocamentos, preparação da máquina para o trabalho e sua manutenção.
Fator de Eficiência = (50/60) x 1,00 = 0,83.
O Fator de Conversão é a relação entre o volume do material para o qual está sendo calculado o custo unitário e o volume do mesmo material que está sendo manuseado. Assim na terraplenagem, é a relação entre o volume do corte e o volume do material solto. Pode-se adotar os seguintes valores:
Material de 1a Categoria: FC = 1,0 / 1,30 = 0,77. Material de 2a Categoria; FC = 1,0 / 1,39 = 0,72. Material de 3a Categoria: FC = 1,0 / 1,75 = 0,57.
O Fator de Carga é a relação entre a capacidade efetiva do equipamento e a capacidade nominal, sendo que os fabricantes recomendam:
Material de 1a Categoria: 0,90 Material de 2a Categoria: 0,80 Material de 3a Categoria: 0,70 6.7 Terraplenagem em solos moles
Um problema de difícil e cara solução com que os engenheiros de estradas se defrontam são os chamados solos moles, aqueles que devido a suas características químicas e/ou físicas não se prestam ao uso em estradas por apresentarem baixa resistência e alta compressibilidade. Como regra geral possuem, além da elevada compressibilidade, baixa resistência ao cisalhamento, o que faz com que as escavações tenham que ser realizadas em taludes bastante suaves, aumentando muito o volume do solo a ser escavado.
Sua origem é sedimentar como as argilas moles e as turfas, materiais instáveis, encontrados normalmente em locais onde o lençol freático apresenta-se próximos à superfície ou está aflorante como nas baixadas junto a rios, lagos ou o mar. A construção de obras sobre estes materiais resulta em recalques indesejáveis.
Na execução destes aterros procura-se induzir uma aceleração em sua consolidação de forma a que o solo apresente um ganho de resistência e que a maior parte dos recalques aconteça antes do término da obra.
Caso não seja interessante aguardar até que o aterro ganhe resistência suficiente através de sua consolidação, pode-se reforçar a base do aterro com o objetivo de aumentar a estabilidade a curto prazo. Este reforço deve distribuir os esforços na base do aterro aumentando a estabilidade e reduzindo os deslocamentos horizontais e os recalques diferenciais, além de manter o equilíbrio até que ocorra a consolidação do solo mole e o consequente ganho de sua resistência.
6.7.1 Ruptura dos aterros sobre solos moles
A falência do aterro pode ocorrer tanto por problemas de estabilidade decorrentes de uma má compactação quanto de sua inapropriada fundação, o que leva a três ocorrências potenciais:
A ruptura pelo afundamento
Este é o caso em que a camada de solo mole cede sob a ação do peso do aterro, deslocando-o verticalmente e ocasionando um deslocamento proporcional do material natural para as laterais, como pode ser visto na Figura 6.172.
Rec alque por adensamento
O recalque por adensamento acontece devido ao peso próprio do aterro de das cargas que sobre ele atuam, obrigando a expulsão da água dos vazios do solo natural devido a um lento adensamento. Uma imagem do que acontece pode ser vista na Figura 6.18, a seguir.
Figura 6.17 – Ruptura por afundamento de aterro sobre solos moles
r = Recalque