Aula 5 - maquinas e equipamentos para construção de drenagem

Máquinas e Equipamentos

para Construção de

Drenagem

MOVIMENTO DE TERRA (TERRAPLENAGEM)

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Movimento de terra

Definido como sendo o conjunto de operações de

escavação, carga, transporte e descarga,

com eventual

compactação e acabamento executados a fim de

passar-se de um terreno em passar-seu estado natural para uma nova

conformação topográfica desejada

Terraplenagem

Terraplenagem manual.

Terraplenagem mecanizada.

Terraplanagem mecanizada

Grandes investimentos: alto custo;

Exige serviços bem planejados e executados;

◦

Reduz a mão de obra, porém exige mão de obra especializada;

◦

Permite que as operações sejam de grande volume de material

Características das máquinas

.

Esforço trator – e a força que a máquina possui na barra de tração (esteira) ou numa roda motriz (pneus) para executar as funções de rebocar ou empurrar outros equipamentos.

Velocidade –é aquela que a máquina desenvolve quando está executando suas tarefas normais. Depende do dispositivo de montagem (sobre esteiras ou dos pneus) sobre o solo que o apóia.

Aderência – é a maior ou a menor capacidade que uma máquina tem de se deslocar sobre uma superfície sem que ocorra a patinação das esteiras ou dos pneus sobre o solo que o apóia.

Flutuação – permite o trator se deslocar sobre terrenos de baixa capacidade de suporte sem que haja o afundamento das esteiras ou dos pneus na superfície que o apóia.

Balanceamento –e resultante de uma boa distribuição do peso das partes constituintes da máquina e do centro de gravidade a pequena altura do chão de forma a reduzir o perigo de tombamento sobre as variadas condições de trabalho.

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Características das máquinas

Resistência a Rolamento;

Resistência a Rampa;

Resistência à Inércia;

Resistência do ar

.

Ciclo de operação:

- Posionamento

- Escavação;

- Carga do material escavado;

- Transporte;

Terraplenagem

Existe

grande

diversidade de solos

.

Logo, há necessidade de uma classificação específica dos solos

para os trabalhos de terraplenagem.

Classificação dos materiais de superfície - conceitos

Rochas

: materiais da crosta terrestre. Provenientes da

solidificação do magma ou da consolidação de depósitos

sedimentares;

Solos:

Materiais

constituintes

da

crosta

terrestre

provenientes da decomposição “in situ” das rochas pelos

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Rochas

As rochas podem apresentar Grau de compacidade diferente em conta seu estado de

alteração, provocado por agentes naturais (intemperismo).

Esse aspecto altera suas características originais de resistência mecânica.

Desmonte de rochas:

•Rocha branda – constituída por materiais compactos que exigem o emprego de explosivos de baixa potência.

•Rocha dura– rocha cujo desmonte só se torna possível com emprego de explosivos de alta potência.

Rochas

Bloco de rocha: pedaço isolado de rocha com  médio

superior a 1 m.

Matacão: pedaço de rocha com  médio superior a 25 cm e

inferior a 1 m.

Pedra: pedaço de rocha com  médio compreendido entre

7,6 cm e 25 cm.

Solos -

classificação

1. Pedregulho: solos com  superiores a 4,8 mm e inferiores a 76 mm. 2. Areia: com  máximos superiores a 0,05 mm e inferiores a 4,8 mm.

3. Silte: solo que apresenta coesão para formar quando seco torrões facilmente desagregáveis, com  máximo superiores a 0,005 mm e inferiores a 0,05 mm.

4. Argila: solo que apresenta característica marcante de plasticidade, quando úmido apresenta fácil moldagem, quando seco apresenta coesão com difícil desagregação por pressão dos dedos, apresenta  máximos inferiores a 0,005 mm.

5) Solos que não apresentam predominância de propriedades caracterizadas anteriormente são designados pelo nome composto.

Exemplo: argila arenosa, silto-argiloso, etc.

6. Solos com matéria orgânica: apresentam teor apreciável de material orgânico.

7. Turfas: grandes porcentagem de partículas fibrosas de material carbonoso ao lado de matéria orgânica do estado coloidal.

Critério para a classificação em relação à escavação.

O principal critério consiste na maior ou menor dificuldade ou resistência ao

desmonte, seja manual ou mecanizado.

Obs.: Em relação a classificação geológica, não há uma relação entre a

classificação e a dificuldade de desmonte. Ou seja, uma rocha classificada na

mesma categoria pode ter diversos graus de compacidade.

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Fatores que influenciam a escavação

1.

Tamanho e forma das partículas

.

o Quanto maior o tamanho das partículas individuais de um solo, mais difícil será o desmonte pelas bordas das lâminas e das caçambas.

o Partículas com arestas vivas resistem mais ao corte e requerem maior potência para efetuá-lo do que as com formas arredondadas.

2.

Vazios

oQuanto menor o volume de vazios, as partículas individuais terão maior área de contato com as outras que as circundam, o que implica aumento do atrito de partícula a partícula.

oUm solo bem compactado, que tem pequeno volume de vazios oferece maior resistência ao corte.

3.

Teor de umidade

oOs baixos teores de umidade aumentam o atrito entre os grãos, desta forma temos maior dificuldade no desmonte dos solos mais secos.

oSolos muito úmidos que possuem grande quantidade de água nos interstícios têm densidades maiores, o que significa maior potência da máquina a ser utilizadas

Classificação dos solos

Com a mecanização, a classificação passou a ser definida pelo equipamento capaz de

realizar as atividades de desmonte economicamente, sendo definida a classificação em

categorias de materiais de escavação.

1ª Categoria

– Terra em geral, piçarra ou argila, rocha em adiantado estado de

decomposição, seixos rolados ou não, com diâmetro inferior a 15 cm, qualquer que seja

o teor de umidade, compatíveis com a utilização de dozer, scraper rebocado ou

motorizado

o

Facilmente escaváveis com equipamentos normais, mesmo que apresentem-se rijos

em função de baixo teor de umidade;

o

Ainda que estejam misturados com pedras, seixos rolados ou matacões, desde que

sejam escaváveis com o equipamento indicados;

Classificação dos solos

2ª Categoria

– Rocha com resistência à penetração mecânica inferior ao granito, blocos

de pedra de volume inferior a 1 m

_{, matacões e pedras de diâmetro médio inferior a 15}

cm, cuja extração se processa com emprego de explosivos, máquinas de terraplanagem

e ferramentas manuais comuns.

o

São resistentes ao desmonte e não admitem uso de equipamentos comuns, porém com

um tratamento prévio.

o

Tratamento prévio: com o emprego de escarificadores (rippers), acionados hidraulicamente

e montados na parte posterior dos tratores de esteiras – cuja função é rasgar as superfícies

compacta – com várias passadas.

o

Há necessidade de uso de explosivos de baixa potência;

Classificação dos solos

3ª Categoria

– rocha com resistência à penetração mecânica superior ou igual à do

granito e blocos de rocha de volume igual ou superior a 1 m

_{, cuja extração e redução,}

para tornar possível o carregamento, se processam com o emprego contínuo de

explosivo.

◦

A rocha viva, é a melhor caracterizada, porque só a ela pertencem os materiais que apenas

admitem o desmonte pelo o emprego contínuo e exclusivo de explosivos de média e alta

potência, e apresenta dureza igual ou superior à do granito.

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Sondagem

O resultado da prospecção de solos define informações

relevantes para definir as camadas dos perfis do solos e rochas

encontradas no subsolo a serem removidos.

Processos de sondagem:

Trado manual: este equipamento permite a perfuração até 3 m em solos de pouca consistência e classificáveis na 1ª Categoria.

Obs.: os materiais atingem certa compacidade e se apresentam com baixos teores de umidade, o trado podem encontrar dificuldades.

Trado portátil acionado por motor: neste caso o trado é acionado por motor auxiliar de gasolina, o que permite a penetração em solos mais consistentes até 15 m de profundidade.

Trado rotativo montado sobre caminhão:utilizado para a sondagem de reconhecimento em materiais de pouca ou média consistência, incluindo-se rocha alterada, atingindo até 60 m de profundidade. É provido de extremidade com broca o que permite a perfuração de materiais mais compactos, como rocha em processo de alteração – inadequado para o corte de rocha dura.

Classificação para escavação

A velocidade da perfuração pode ser relacionada com a consistência do material, de acordo com as tabelas

Trado portátil acionado por motor

Tipo de material Velocidade média m/h

Classificação provável

Solos residuais pouco

consistentes 18 – 27 1ª Categoria Solos residuais de

consistência média 09 – 18

2ª Categoria c/pré-escarificação

Trado montado em caminhão

Tipo de material Velocidade média m/h

Classificação provável

Solos residuais pouco

consistentes 18 – 36 1ª Categoria Solos residuais de consistência média 0 – 18 2ª Categoria c/pré-escarificação Martelete a ar comprimido

Tipo de material Velocidade média m/h

Classificação provável

Rocha bem alterada 4,2 a 6 2ª Categoria c/pré-escarificação Rocha medianamente alterada – consistência média 2,4 a 4,2 2ª Categoria c/pré-escarificação e explosivos Rocha dura 0 a 2,4 3ª Categoria

Perfuratriz Rotativa

Tipo de material Velocidade média m/h

Classificação provável

Rocha bem alterada 15 a 22 2ª Categoria c/pré-escarificação Rocha medianamente alterada – consistência média 7,5 a 22 2ª Categoria c/pré-escarificação e explosivos Rocha dura 0 a 7,5 3ª Categoria

Método sísmico

Método mais preciso para a determinação dos perfis das camadas de solo e rocha no subsolo.

◦ Este método baseia-se no fato que as ondas de choque provocadas por explosivos atravessam as camadas de diferentes rochas com velocidade proporcionais ao grua de compacidade que elas apresentam.

◦ Estas ondas obedecem à lei de refração de Snell e são refratadas da direção inicial de propagação. Podendo variar da direção vertical até a horizontal, dependendo das velocidades de propagação

Pode-se calcular as velocidades de ondas de choque através das camadas sucessivas de diferentes densidades, bem como as espessuras correspondentes.

Importante: Sabe-se que os custos de escavação aumentam substancialmente com a compacidade dos materiais. A velocidade é proporcional a compacidade.

Conhecendo-se as velocidades é possível conhecer a natureza das camadas das rochas existentes no subsolo e suas espessuras, podendo ser estimado o custo da escavação e melhor planejar a seleção de equipamentos.

Solo natural Alteração de Rocha

Rocha sã

Sondagem

Correlação entre as velocidades de propagação e a escarificabilidade dos materiais.

Trator com ripper (escarificador) na faixa de 200/300HP, com peso de 30 a 45 t Velocidade de Escarificação Equipamento Classificação propagação (m/s) provável

0 – 450 não necessita equipamentos normais 1ª Categoria 450 – 900 escarificação leve trator com ripper transição 900 –1200 escarificação média trator com ripper 2ª Categoria 1200 – 1500 escarificação pesada trator com ripper 2ª Categoria 1500 – 1800 escarificação muito pesada ripper e/ou explosivo 2ª Categoria

c/ explosivo > 1800 não escariável p/ desmonte de rocha 3ª Categoria

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Equipamentos para limpeza –

bulldozer ou trator

de lâmina

Equipamentos para limpeza

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Acessórios

Estimativa do tempo de corte de

arvores

Utilização do bulldozer

Posição reta Angle dozer

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Execução de valas

Corte mecanizado

Jazidas de argila e silte-argiloso;

Remoção da camada superficial de solo orgânico (pá-carregadeira)

Escavação da jazida com motoscrapper, trator de lâmina (bulldozer) ou pá carregadeira

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Execução de valas

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Transporte com motoscrapper

Descarga com MS

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Carregamento push-pull

Técnicas de carregamento

Usar pusher sempre que scrapers tenham mais de 10 m³. Equipamento com potência adequada, no auxílio do carregamento, paga-se por si mesmo;

Evitar congestionamento no corte. Área ampla.

É preferível excesso de pusher que atrasos;

Escavar no sentido do transporte, rampas inclinadas nesse sentido (descendo);

começar corte sem o pusher, até patinar. (reduz até 40% do tempo de carga);

cortar em faixas alternadas;

não usar velocidades elevadas no transporte: segurança;

sempre que possível, atacar dois aterros (e/ou cortes) ao mesmo tempo, para evitar retornos e

manobras; ver "combinação de ciclos" mais adiante, em "transporte";

aproveitar ociosidade do pusher, escarificando (principalmente com material argiloso) ou

fazendo a manutenção do piso da área de carregamento;

Tecnicas de carregamento

coroar (encher até o limite máximo) o motoscraper não significa aumentar a produtividade, pelo tempo que gasta;

espessura de corte: por experimentação, verificar com qual o tempo de carregamento é mais breve; em terrenos muito compactos, deixar o motoscraper no neutro, e a força para o pusher.

só fazer o pusher em linha reta, jamais em curva;

ao final da carga, elevar lentamente a caçamba, para evitar degraus;

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Unidades escavo-elevadoras

Escavam e carregam a unidade transportadora;

Possuem ciclo contínuo – diferente das escavo carregadoras que tem o cilco descontinuo. Rampas devem ser favoraveis.

Uso em condições especiais

Ciclo combinado

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Calculo dos volumes

O projeto de uma estrada deve ser escolhido de forma a harmonizar os elementos geométricos da planta e do perfil. O custo do movimento de terra é significativo em relação ao custo total de uma barragem , por isso, sempre que possível deve ser feito o equilíbrio entre volumes de cortes e aterros, evitando-se empréstimos e/ou bota-foras.

Admite-se que o terreno varia de forma linear entre duas seções consecutivas, o que de certa forma para distância entre seções de 20 m não gera erros significativos. O processo consiste no levantamento das seções transversais em cada estaca inteira do traçado (estaca de 20 m).

Escavadeiras com caçamba "shovel"

Revendo Shovel

Escavadeiras de arrasto, ou dragas

(drag-line)

Abertura de grandes valas sem escoramento; Abertura de canais de drenagem, corta-rios, limpeza de cursos d’água

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Escavadeiras de mandíbulas (clam-shell)

Mesma utilização das dragas de arraste, com alcance mais reduzido, profundidades maiores. Podem levantar a carga enquanto giram. Escavação de paredes-diafragma

Escavadeira hidráulica

Equipamento mais versátil da construção civil atual Usadas na

abertura de canais, remoção de solos ruins, limpeza de rios, cortes,

taludamentos...

carregamento

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Especificações

Big float excavator

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Carregadeiras (de esteira ou de

pneus):

Vantagem de poder deslocar-se até as

unidades de transporte.Isto reduz tempo de

espera e posicionamento, aumentando a

produção

Scraper

. Os motoscrapers podem ter motores apenas no cavalo

ou serem "push-pull", com tração em todas as rodas.

Scraper

Scraper

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Motoniveladoras: (plaina ou "patrol")

Para acabamento, trabalham por raspagem, fazendo pequenos cortes e espalhamento, conformando as cotas finas, acerto de taludes, manutenção de estradas de terra , pequenas valetas, escarificação e trabalho final de limpeza da faixa.

CARROS TANQUE

Usos: umidificação ou umedecimento de aterros antes de

compactação, controle de poeira no ambiente de trabalho,

transporte de água.

Escavação de materiais de 1ª categoria

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Escavação de materiais de 1ª categoria

Equipamentos utilizados

◦ Trator de lâmina

◦ Motoscraper

◦ Carregadeiras e caminhões.

ESCARIFICAÇÃO

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ESCARIFICAÇÃO

Tecnicas de operação com o

escarificador

escarificar sempre em primeira marcha, e baixa velocidade ;

se possível, morro abaixo;

se o material apresentar camadas inclinadas, na direção da inclinação;

quando usado na carga por scraper, na direção de carga;

escarificar em profundidade uniforme;

Escarificação

Usados na escavação de materiais de segunda categoria, em rochas

brandas, abrandando materiais de primeira categoria, etc.

São mais eficientes nos materiais muito consistentes que nos materiais

brandos. Os de comando hidráulico são mais precisos porém sofrem maior

desgaste.

Escavação em solos brejosos e

turfosos

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Solos brejosos

Solos brejosos

e) Após sua retirada acumula elevada quantidade de água.

f) Pode-se tentar o rebaixamento do lençol freático através dos métodos usuais; g) Eventualmente esses solos permitem a passagem de trator de esteiras somente.

Solos brejosos

Equipamentos indicados:

◦

Escavadeiras sobre esteiras;

◦

Retroescavadeiras com lança do tipo “drag line”; São

lentas mas tem longo alcance.

Metodo de escavação - brejos

Retirada do material de forma ordenada, através da abertura de caixas

alternadas. Isso limita a quantidade de água e lodo a ser retirada;

Retirada de água com bombas;

Retirar lodo restante;

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Calculo de volumes

Vc = (Aci + Aci+1)xL/2

Va = (Aai + Aai+1) xL/2

para L = 20 m Vc = (Aci + Aci+1) x1

Va = (Aai + Aai+1)x10

Vc = volume de corte (m3)

Va = volume de aterro (m3)

Ac = área de corte da seção i (m2)

Ac = área de corte da seção i (m2)

L = distância entre seções (m)

Vc > Va

Se a diferença puder ser compensada lateralmente não haverá necessidade de transporte. V=Va

Se V = Vc – Va = volume de corte do trecho entre seções que será escavado no corte e transportado para um aterro

conveniente, estando, portanto, sujeito a transporte longitudinal.

Quando o volume de aterro é maior que o do corte: Va

> Vc

Se a diferença puder ser compensada lateralmente não haverá necessidade de transporte. V=Vc V = Va – Vc = volume de aterro do trecho com transporte longitudinal.

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Observações

Custo de compensação dos volumes = custo de escavação + custo de transporte

Custo de não compensação = custo de escavação + custo de transporte para bota-fora + custo de

escavação do material de empréstimo + custo de transporte de empréstimo.

Calculo dos volumes acumulados

Convenção para medida de volumes:

• positiva para medida dos volumes de corte (+Vc) • negativa para os volumes de aterros (- Va)

Tabela de volumes

Esta ca

_Área

_VOLUME

CORTE ATERRO CORTE ATERRO ATERRO CORR. COMP. LATERAL Transporte longitudinal Acum. corte aterro + - fr + - Σ (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)

Obs: PP = Ponto de passagem, onde terminam os cortes e começam os aterros.

Tabela

(1) estacas nos pontos onde foram levantados as seções transversais (estacas inteiras) estacas fracionárias quando o terreno é muito irregular, estacas do PP

(2) áreas de corte, medidas nas seções (m2) (3) áreas de aterro, medidas nas seções (m2) (4) = (Ai(corte) + Ai+1(corte))x10

(5) = (Ai(aterro) + Ai+1(aterro))x10

(6) produto da coluna (5) pelo fator de redução = (5) x (fr)

(7) volumes compensados lateralmente, que não estão sujeitos a transporte longitudinal = menor volume entre Va(corrigido) e Vc

(8) e (9) volumes sujeitos ao transporte longitudinal, compensação entre cortes e aterros = (Vc–Va(corrigido)) ou (Va(corrigido) – Vc)

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Diagrama de massas

Representação gráfica dos volumes acumulados • estudo da compensação cortes-aterros • programação de bota-foras e empréstimos • programação dos equipamentos

Custo total de terraplenagem

CT = [(Ce.V + Ct.V.dm + V.Ccomp)+(Ce.Vbf + Ct.Vbf. dbf + Vbf.Ccomp)+(Ce.Vemp + Ct.Vemp.demp + +Vemp.Ccomp)]

onde: e = escavação t = transporte

V: volume compensado longitudinalmente bf = bota-fora

emp = empréstimo Ce = custo de escavação = U$ Ccomp = custo de compactação = U$ Ct = custo de transporte

Vbf = volume de bota-fora Vemp = volume de empréstimo dm = distância média de transporte demp = distância de empréstimo det = distância econômica de transporte