Sabesp
MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS - PRODUTIVIDADE
Construção Pesada
Fonte/Material de Apoio:
Aulas e material disponibilizado pelo professor Ricardo Bonfim
“Equipamentos para Escavação – Compactação e Transporte” –
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
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 – 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;
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.
Cálculo do volume de terra: 𝑄 = 𝐿 . ℎ 2 . 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;
Tabelas:
Taxa de empolamento:
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
Para constar:
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.
• 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;
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);
Tabelas:
Tempos de parada, descarga e partida:
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;
Aplainadora:
Cálculo do rendimento de unidades aplainadoras
Cálculo do rendimento:
𝑇 = 𝑃 . 𝑑𝑚 𝑉 . 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
• 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.
