Aula 07 Introducao aos equipamentos de terraplenagem

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Aula 07
Introdução aos Equipamentos de Terraplenagem
Prof. Danilo Bernardes Lourenço
Disciplina: Complementos de Mecânica dos Solos e Fundações
Introdução aos Equipamentos de Terraplenagem
Para executar a movimentação de terra existem no mercado os mais diversos tipos de equipamento a disposição dos empreiteiros.
Unidades de tração (tratores).		Unidades escavo-empurradoras.
Unidades escavo-transportadoras.	Unidades escavo-carregadoras.
Unidades aplainadoras.				Unidades de transporte.
Unidades compactadoras.				Unidades escavo-elevadoras.
Generalidades sobre as unidades de tração (tratores)
A unidades de tração é a máquina básica da terraplenagem, pois todos os equipamentos a nossa disposição para executar a terraplenagem são tratores devidamente modificados ou adaptados a realizar as operações básicas da terraplenagem.
Trator é a unidade autônoma que executa a tração ou empurra outras máquinas e pode receber diversos implementos destinados a diferentes tarefas.
Podem ser montados em esteiras ou pneumáticos, recebendo a denominação genérica de trator de esteiras ou trator de rodas (ou pneus).
Generalidades sobre as unidades de tração (tratores)
Essas máquinas possuem características comuns que devem ser definidas:
Esforço trator: é a força que o trator possuí na barra de tração (no caso de esteiras), ou nas rodas motrizes (no caso de pneus), para executar as funções de rebocar ou de empurrar outros equipamentos ou implementos. 
Generalidades sobre as unidades de tração (tratores)
Velocidade: é a velocidade de deslocamento da máquina. (depende do dispositivo de montagem).
Aderência: é a maior ou menor capacidade do trator de deslocar-se sobre os diversos terrenos ou superfícies revestidas, sem haver o patinamento da esteira (ou pneus), sobre o solo (ou revestimento), que o suporta.
Generalidades sobre as unidades de tração (tratores)
Flutuação: é a característica que permite o trator deslocar-se sobre terrenos de baixa capacidade de suporte, sem o afundamento excessivo da esteira ou dos pneus, na superfície que o sustém.
Generalidades sobre as unidades de tração (tratores)
Balanceamento: é a qualidade que deve possuir o trator, proveniente de uma boa distribuição de massa e de um centro de gravidade a pequena altura do chão, dando lhe boas condições de equilíbrio, sob as mais diversas condições de trabalho.
Comparação entre trator de esteiras e de pneus.
Comparação entre trator de esteiras e de pneus.
Os tratores de esteiras apresentam elevado esforço trator, conjugado com uma boa aderência sobre o terreno, o que lhes permite rebocar ou empurrar grandes cargas sem haver o perigo de patinamento, mesmo com rampas de forte declividade.
Eles podem deslocar-se sobre solos de baixa capacidade de suporte, devido a boa característica de flutuação que possuem, permitindo o trabalho onde nenhum outro veículo poderia fazê-lo.
Comparação entre trator de esteiras e de pneus.
A maior desvantagem do trator de esteiras é a sua baixa velocidade (máximo 10km/h). A principal característica do trator de pneus é a sua elevada velocidade (60 a 70km/h). Favorece em distâncias longas e redução no tempo de ciclo, aumentando a produção.
Outras desvantagens do trator de pneus, aderência entre os pneus e os diferentes solos e revestimentos são sempre mais baixos do que as esteiras. Tendem a sofre patinamentos principalmente em solos argilosos-úmidos e nos arenosos, quando muito secos.
Comparação entre trator de esteiras e de pneus.
Em consequência o esforço trator disponível no trem propulsor fica limitado pela aderência, restringindo suas aplicações.
Além disso, como a pressão de contado da superfície com os pneus é elevada resulta em tendências ao afundamento em terrenos fracos ocorrendo até o encalhe da máquina, tudo provido da flutuação deficiente do trator de rodas.
Quanto ao balanceamento não existe diferenças significantes entre as esteiras e o de pneus.
 
Trator de esteiras
Trator de rodas
Esforço trator
Elevado
Elevado, mas limitado pela aderência
Aderência
Boa
Sofrível
Flutuação
Boa
Regular a má
Balanceamento
Boa
Bom
Velocidade
Baixa <10km/h
Alta (<70km/h)
Comparação entre trator de esteiras e de pneus.
Campos de Aplicação
O trator de esteiras e de pneus tem seus campos de aplicação bem distintos em razão de suas características diferentes.
Os trabalhos que requerem esforços elevados, com rampas de grande declividade, resultante da topografia acidentada, ou quando executas em terrenos de baixa capacidade de suporte, não importando o fator velocidade, constituem o campo de aplicação ideal para os tratores de esteiras.
Quando a topografias é favorável, isto é, as declividades das rampas não são fortes e as condições de suporte a aderência do solo são boas, as máquinas de pneus são insuperáveis. Portando sua maior vantagem é a velocidade.
Generalidades sobre as unidades escavo-empurradoras.
O trator de esteiras ou pneus é a unidade básica da terraplenagem mas podem receber a adaptação de um implemento que o transforma em uma unidade capaz de escavar e empurrar a terra.
Este implemento é denominado lâmina e o equipamento passa a chamar-se trator d lâmina ou “bulldozer”.
Unidades escavo-empurradoras.
Generalidades sobre as unidades escavo-transportadoras.
As unidades escavo transportadoras são as que escavam carregam e transportam matérias de consistência média a distâncias médias.
São representados por dois tipos básicos, “scraper” rebocador e “scraper” automotriz ou “motoscraper”.
Unidades escavo-transportadoras
Generalidades sobre unidades escavo carregadeiras
São as que escavam e carregam o material sobre um outro equipamento que o transporta até o local de descarga, de modo que o ciclo completo da terraplenagem, compreendendo as quatro operações básicas, é executado por duas máquinas distintas.
As máquinas assim denominadas são representadas pelas carregadeiras e escavadeiras que, embora de construção bastante diferentes executam as mesmas operações de escavação e carga.
Generalidades sobre unidades escavo carregadeiras
Generalidades sobre unidades carregadeiras
São também denominadas pás-carregadeiras e podem ser montadas sobre esteiras ou rodas com pneumáticos.
Na terraplenagem normalmente utilizam-se carregadeiras com caçamba frontal, isto é, instaladas na parte dianteira da unidade.
Uma carregadeira de pneus moderna tem as seguintes características que objetivam a sua melhor utilização, quando as condições vigentes são desfavoráveis:
Generalidades sobre unidades carregadeiras
Tração nas quatro rodas, com dois eixos motrizes e dois diferenciais, melhorando substancialmente as condições de operação quanto a falta de tração (patinamento).
Direção articulada, pela montagem de um eixo dianteiro rígido, mas pivoltante em relação a superestrutura da máquina, o que diminui substancialmente o raio de giro, permitindo manobras mais fáceis em locais de dimensões reduzidas.
Peso próprio elevado o peso aderente sobre as rodas motrizes e melhorando, portanto a tração.
Generalidades sobre unidades carregadeiras
Motor colocado sobre eixo traseiro, para aumentar a aderência da maquina no solo e fazendo contra peso a caçamba carregada, melhorando as suas condições de balanceamento.
Generalidades sobre unidades escavadeiras
A escavadeira também chamada pá-mecânica, é um equipamento que trabalha parado, isto é, a sua estrutura portante destina-se apenas a lhe permitir o deslocamento sem, participar do ciclo de trabalho.
Escavadeiras hidráulicas: atualmente muitos fabricantes optaram pelo acionamento hidrostático por adaptar-se a baixa velocidade de deslocamento da máquina. 
Generalidades sobre unidades escavadeiras
O movimento das esteiras, a mudança de direção e as curvas, o levantamento da lança, os movimentos do braço móvel e da caçamba são feitos através de circuitos secundários do conjunto motor bomba hidráulico.
Estes movimentos sãoexecutados com precisão, o que facilita a operação e o bom acabamento quanto as condições da escavação.
Generalidades sobre unidades escavadeiras
Generalidades sobre unidades escavadeiras
Estas máquinas podem ser de três tipos:
“Shovel” ou caçamba frontal;
Retroescavadeira;
“Clam-shell” ou mandíbulas.
“Drag-line”
Generalidades sobre unidades escavadeiras
“Shovel” ou caçamba frontal: estas escavadeiras são usadas em taludes, pois o alcance máximo para o corte é elevado, podendo também escavar em profundidades reduzidas. A caçamba movimenta-se no sentido de baixo para cima, sendo articulada no braço móvel e acionada por cilindro hidrostático próprio. O levantamento da lança e o movimento do braço são feitos por circuitos independentes.
Generalidades sobre unidades escavadeiras
Generalidades sobre unidades escavadeiras
Retroescavadeira: estas caçambas são voltadas para baixo, o que permite a escavação abaixo do nível em que a máquina se encontra, proporcionando a abertura de valas ou corte de altura elevada, do que resulta grande versatilidade desses equipamento.
Generalidades sobre unidades escavadeiras
Generalidades sobre unidades escavadeiras
“Clam-shell” ou mandíbulas: esta caçamba, suspensa por cabo vertical, é usada em valas escoradas através de poços de acesso onde o escoramento é reduzido
Generalidades sobre unidades escavadeiras
“Drag-line”
As escavadeiras do tipo “drag-line” objetivam escavar em níveis situados abaixo do terreno de apoio da máquina, sendo sua grande aplicação estendida a uma ampla gama de materiais pouco consistentes, mesmo quando possuidores de elevados teores de umidade. Sua superestrutura é composta por uma lança em treliça metálica, a qual aciona uma caçamba por um sistema de cabos e roldanas. A operação de escavação é feita pelo arrastamento da caçamba, devidamente posicionada pelo operador. Para efetuar a descarga, a plataforma pode ser girada e a caçamba voltada para a posição de despejo pelo alívio do cabo de arrasto. 
“Drag-line”
Escavadeira com Rompedor
Unidades Recicladoras
Unidades Recicladoras
Unidades Recicladoras
Generalidades sobre unidades aplainadoras.
As unidades aplainadoras são especialmente indicadas ao acabamento da terraplenagem, isto é, as operações para conformar o terreno aos greides finais do projeto. Como principais características estes equipamentos apresentam grande mobilidade da lâmina de corte e precisão de movimentos, o que possibilita seu posicionamento nas situações mais diversas.
Generalidades sobre unidades aplainadoras.
Generalidades sobre unidades de transporte
As unidades de transporte são utilizadas na terraplenagem quando as distâncias são de tal grandeza que o emprego de “motoescraper” ou “escraper” rebocado se torna antieconômico.
Assim para grandes distâncias devemos optar pelo uso de equipamentos mais rápidos e de baixo custo, que tenham maior produção, ainda que com emprego de número elevado de unidades.
Generalidades sobre unidades de transporte
Caminhão basculante comum.
O acionamento do pistão hidráulico se faz através de tomada de força do motor e de um eixo cardã de transmissão, ligado a uma bomba hidráulica.
Generalidades sobre unidades de transporte
Vagões:
São unidades de grande capacidade, geralmente rebocado por tratores de pneus semelhantes aos utilizados nos “scrapers”. Executam apenas as operações de transporte e descarga, sendo carregados por unidades escavo carregadoras.
Os vagões diferenciam se entre si apenas pelo modo de descarga. Fundo móvel, traseira por basculagem da caçamba e lateral.
Generalidades sobre unidades de transporte
Generalidades sobre unidades de transporte
“Drumpers”.
Os “drumpers” são transportadores que se assemelham ao basculante normal, porém apresentam diferenças na sua estrutura, que é muito reforçada para suportar os esforços surgidos na sua operação. A descarga é feita por basculagem. Para eliminar manobras na carga e na descarga, o “drumper” possibilita ao veículo se deslocar para frete ou para trás indiferentemente, com o operador sempre olhando para frente. Isto é conseguido pela existência de comandos duplos e de um assento e volante de direção giratório, com ângulos de 180°. Atingem velocidades de até 30km/h quando vazios.
Generalidades sobre unidades de transporte
Generalidades sobre unidades de transporte
Caminhões “fora de estrada”
São veículos constituídos e dimensionados para os serviços pesados de construção. Por esse motivo, são de grande tonelagem e com dimensões que fogem ao normal, impedindo o seu uso em estradas de tráfego normal e restringindo a sua utilização aos canteiros de obras.
Generalidades sobre unidades de transporte
Apresentam características de fabricação que os tornam resistentes e especialmente adaptados a trabalhos pesados. O volume de suas caçambas são superiores a 10m3 podendo transportar 100ton.
São equipamentos de elevado custo de aquisição resultando seu emprego apenas em obras de grandes movimentos de terra.
Generalidades sobre unidades de transporte
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Estas unidades destinam-se a efetuar a operação denominada compactação, isto é, o processo mecânico de adensamento dos solos, resultando num volume de vazios menor.
Existem os seguintes tipos de equipamentos para compactação:
Rolo pé-de-carneiro;
Rolo vibratório;
Rolo pneumático;
Rolos combinados;
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Rolo “Pé de Carneiro”.
É um dos mais antigos equipamentos empregados na compactação dos aterros porque a sua concepção é das mais simples e, por outro lado, obtém-se boa compactação em grande parte dos solos que é empregada.
Consta de um tambor oco no qual se inserem saliências de comprimentos de 20 a 25 cm (ou mais), denominado “patas”, e que ficam em fileiras desconcentradas.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Estas patas, penetrando na camada solta do solo, executam a compactação do fundo para o topo da camada, isto é, de baixo para cima, até que completado o adensamento, praticamente não há mais penetração das patas.
A energia de compactação é obtida pela pressão de contato de uma fileira de patas, pois na condição antes descrita, ao fim da compactação, o peso total do equipamento se distribui sobre essa fileira. Há, pois o efeito de punção das patas ao penetrar na camada do solo.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Essas preções atingem de 10 a 30 kg/cm2, dependendo do tipo de solo, da superfície de contato das patas, da presença ou não de lastro etc.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Rolo vibratório:
Nos solos não coesivos, isto é, que disponham de baixas porcentagens de argila (solos arenosos), os rolos pé-de-carneiro mostram-se totalmente inadequados para efetuar a compactação, pois apenas conseguem revolver o terreno, sem nenhum adensamento.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Nesse tipo de solo, o efeito de vibrações provocadas mecanicamente tem como consequência o adensamento rápido, pela aproximação das partículas, de sorte que os rolos lisos, com dispositivo de vibração, revelam-se altamente adequados para a compactação de solos arenosos.
O princípio de funcionamento de um rolo vibratório consiste no acionamento da massa móvel colocada com excentricidade em relação a um eixo, provocando vibrações de certa frequência e amplitude que se propagam do tambor até o solo.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
As frequências empregadas oscilam entre 1.000 e 4.800 ciclos por minuto, empregando geralmente as mais baixas.
Os rolos vibratórios tem maior rendimento empregados em velocidades mais baixas, pois a compactação depende do tempo total em que as oscilações são aplicadas sobre a superfície.
Quanto maior a velocidade maior o número de passadas.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Rolo pneumático:São constituídos de uma plataforma metálica apoiada em dois eixos com pneumáticos. O número de pneumáticos em cada eixo é variável com no mínimo três, até seis ou mais.
Para melhor cobertura do terreno as rodas dos eixos são desencontradas em seu alinhamento, de maneira que as do eixo traseiro correm nos espaços deixados pelas dianteiras. Isto significa o emprego de número ímpar de pneus e par no outro.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
De modo geral, quanto maior for a pressão, maior facilidade haverá na obtenção de densidades elevadas. Todavia, há uma limitação imposta pela própria resistência oferecida pela camada de solo a ação das cargas, pois haverá o risco de ruptura, desde que pressões de contato muito elevadas sejam utilizadas.
Como a pressão de contato depende da pressão interna dos pneus, fica evidente que os rolos de alta pressão são mais eficientes. Pois conseguirão atingir as densidades em menos passadas e a altura da camada poderá ser maior também.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Chegamos a conclusão de que o emprego de lastros externamente pesados não é vantajoso, já que o benefício obtido na compactação é contrabalanceado por outros fatores negativos, especialmente o aumento da resistência ao rolamento, diminuindo a velocidade de rolagem.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Rolo combinado:
Há alguns anos os fabricantes de equipamentos de compactação apresentam tipos de rolos que são empregados na maior faixa possível de solos, desde os coesivos até os arenosos.
Isto consegue pela combinação dos tipos básicos, utilizando-se simultaneamente a aplicação de carga estática, do amassamento e da vibração.
Generalidades sobre unidades compactadoras.
Assim, há rolos pé-de-carneiro com dispositivo vibratório, notando-se, porém que as patas são curtas, com formas arredondadas, e sem arestas vivas.
Rolo Liso Vibratório
Os rolos lisos vibratórios, por outro lado, aplicam-se à compactação de solos não coesivos. As vibrações, provocadas pelo acionamento de uma massa excêntrica em relação ao eixo do tambor, proporcionam o adensamento rápido e uniforme de solos arenosos, pela aproximação de suas partículas. Melhores resultados são obtidos quando as vibrações produzidas entram em ressonância com o solo, o que pode ser obtido pela regulagem da frequência aplicada. 
Rolo Liso
Rolo Tandem
Generalidades sobre unidades escavo-elevadoras:
Estes equipamentos constituem uma variante dos escavocarregadores, pois executam as mesmas funções de escavar e carregar as unidades de transporte.
A diferença entre essas máquinas reside no fato de os equipamentos escavocarregadores convencionais possuírem o ciclo de produção descontínuo, isto é haverá vários tempos elementares não produtivos, enquanto o tempo realmente produtivo refere-se a uma pequena parte do ciclo.
Generalidades sobre unidades escavo-elevadoras:
Por esta razão estes equipamentos tem elevada produção e contínua, que é a característica principal dos equipamentos não-convencionais.
A elevação é feita através de esteira transportadora de movimento contínuo, e a característica do corte por meio de lâmina semelhante às das unidades escavo-empurradas. O equipamento adapta-se bem aos terrenos de topografia favorável, com rampas suaves e que permitem longos trechos de trabalho contínuo.
Generalidades sobre unidades escavo-elevadoras:
Existem dois tipos principais de escavo-elevadores. Um é rebocado por um ou dois tratores de esteiras, enquanto o outro é autopropelido, sendo o trator parte integrante da máquina completa.
Este é um equipamento não convencional, o que pode pesar na seleção destes equipamentos é:
Grandes volumes a serem removidos;
Prazos reduzidos;
Condições topográficas muito favoráveis;
Condições de compacidade e umidade do solo;
Grandes distâncias de transporte;
Generalidades sobre unidades escavo-elevadoras:
Generalidades sobre unidades escavo-elevadoras:
Valetadeiras adaptadas e mini carregadeiras
Valetadeiras