Produção de Máq. e Equip. nos Serviços de Terraplenagem

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MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS NOS SERVIÇOS DE TERRAPLENAGEM
Definição
Define-se terraplenagem como sendo um conjunto de operações como escavação, carga, transporte, descarga, espalhamento, compactação e acabamento necessário à realização de uma obra. A terraplenagem ou terraplanagem também é chamada movimento de terras.
Escavação
A escavação é uma operação necessária para desmontar ou desagregar o material. A escavação pode ser manual ou mecânica.
A escavação manual é feita através da utilização de ferramentas como pá, enxada, enxadeco ou picareta.
A escavação mecanizada é realizada com o uso de equipamentos adequados a essa finalidade, como lâminas, ou dentes escarificadores.
Os equipamentos de escavação mecanizada podem ser classificados em unidades escavo - empurradoras, escavo - transportadoras e escava-carregadoras.
As unidades escavo-empurradoras são aquelas capazes de escavar e empurrar a terra, tais como o trator de esteira ou de pneus com lâmina (trator de lâmina ou bulldozer).
Fig. 01 Trator de Esteira
As unidades escavo – transportadoras são as que escavam o material e em seguida os carregam e os transportam, tais como o motoscraper.
Fig. 02 Motoscraper
Fig. 02.01 Motoscraper com Trator de Esteira
As unidades escavo–carregadoras escavam e em seguida carregam o material sobre um equipamento de transporte (caminhão basculante), compreende as carregadeiras (pás-carregadeiras) e as escavadeiras.
Fig. 03 Escavadeira Hidráulica
Têm-se ainda as unidades carregadoras que carregam o material sobre um equipamento de transporte (caminhão basculante) e compreende as carregadeiras (pás-carregadeiras). 
Fig. 04 Pá-carregadeira
Classificação do material
Os materiais de escavação são classificados em 1ª, 2ª e 3ª categoria, em função da menor ou maior dificuldade que oferecem ao desmonte.
Os materiais de 1ª categoria são os de fácil escavação e compreendem os solos como 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 lâminas tipo bulldozer e motoscraper rebocado ou motorizado.
Os materiais de 2ª categoria são os que oferecem média dificuldade de escavação. São os solos com elevado grau de compacidade e as rochas alteradas. Esses materiais são desagregados com o emprego de dentes escarificadores, implementos adaptados nas motoniveladoras e nos tratores de esteiras.
Os materiais de 3ª categoria compreende as rochas sãs e são aqueles cujo desmonte é realizado com o emprego de explosivos.
Transporte de material mecanizado
Na terraplenagem mecanizada, são usados os seguintes tipos de equipamentos:
Motoscraper rebocado ou motorizado, quando a distância média de transporte é de até 600 m. Acima dessa distância, o transporte com esse equipamento torna-se antieconômico.
Caminhão Basculante (caçambas) com capacidade de 6 m3 a 12 m3.
Caminhão Fora-de-estrada. Utilizado na execução de serviços pesados de construção. As suas dimensões por ser superiores às dos caminhões convencionais, os impede de circular nas estradas de trafego normal. Esse tipo de equipamento é empregado em obras de grande volume de cortes e aterros. Capacidade de até 63,43 m3.
Tratores de Esteiras ou de Pneus (escavo-empurradores) ou Escavadeiras (escavo-carregadoras) para distância média de transporte de até 50 m.
Execução de aterros
Nos serviços de execução de aterros são empregados motoniveladoras, grade de disco, tratores industriais, caminhões pipas (irrigadeiras) e rolos compactadores.
Procedimentos:
O material terroso é descarregado no local através de equipamentos de transporte como caminhão basculante, motoscraper e etc;
A motoniveladora (patrol) espalha e homogeneíza o solo com o auxílio do caminhão pipa (irrigadeira), seguido pela grade de disco rebocada pelo trator industrial, em um processo contínuo até que o mesmo atinja a umidade ótima;
Ao se atingir a umidade ótima, a motoniveladora conforma a camada de aterro na cota especificada de acordo o off-set de projeto e seguida são empregados os rolos compactadores. 
Os serviços de homogeneização e acabamento das camadas de aterros ou regularização de cortes são empregadas as motoniveladoras (patrol), consideradas a máquina mais versátil utilizadas nos serviços de terraplenagem. A mesma é provida de lâmina e permite conformar as camadas do material terroso às cotas do greide de projeto de terraplenagem.
As motoniveladoras ainda atuam nos serviços de conservação e manutenção de estradas implantadas ou em leito natural.
Fig. 05 Motoniveladora (Patrol)
São empregados ainda nos serviços de homogeneização dos solos, além das motoniveladoras, os caminhões pipas (irrigadeiras) e as grades de discos rebocados pelos tratores industriais.
Fig. 06 Trator Industrial e Grade de Disco
Fig. 07 Caminhão Pipa (irrigadeiras)
Emprega-se também nos serviços de terraplenagem o conjunto moto-bomba, equipamento destinado a abastecer os caminhões pipa (irrigadeiras) de água proveniente de mananciais como açudes, barragens, lagoas, rios e etc.
Compactação
A compactação é uma operação que visa reduzir os vazios do solo e, conseqüência, aumentar a sua resistência. O aumento da densidade de um solo, por efeito de compactação, depende do teor de umidade do solo e da energia despendida. Em função da energia empregada, são utilizados os ensaios AASHTO Normal ou Proctor Normal, AASHTO Intermediario ou Proctor Intermediário, AASHTO Modificado ou Proctor Modificado.
Fig. 08 Curva de compactação ɣs x h
Fig. 09 Curvas de compactação ɣs x h
Os ensaios são realizados com a utilização da seguinte aparelhagem: cilindro pequeno ou cilindro de Proctor, cilindro grande ou cilindro CBR, soquete pequeno ou soquete de Proctor, soquete grande ou soquete de CBR, disco espaçador de 2” e disco espaçador de 2,5”. As características desses aparelhos são as seguintes:
	CILINDRO
	PEQUENO OU PROCTOR
	GRANDE OU CBR
	ALTURA
	12,7 cm ou 5”
	17,8cm ou 7”
	DIÂMETRO INTERNO
	10,6 cm ou 4”
	15,2 cm ou 6”
	VOLUME
	1.000cm³
	-
	VOLUME DO CORPO DE PROVA COM DISCOS COM ESPAÇADOR DE 2”
	-
	2.085cm³
	VOLUME DO CORPO DE PROVA COM DISCOS COM ESPAÇADOR DE 2¹/2”
	-
	2.085cm³
	SOQUETE
	PEQUENO OU PROCTOR
	GRANDE OU CBR
	ALTURA DE QUEDA
	30,5 cm ou 12”
	45,7 cm ou 18”
	PESO
	2.495 g cm ou 5,5lb
	4.536 g ou 10 lb
Quadro 01 Cilindros e Soquetes de Proctor e CBR
	ENSAIO
	CILINDRO
	SOQUETE
	DISCO ESPAÇADOR
	NÚMERO DE CAMADAS
	NÚMERO DE GOLPES POR CAMADA
	AASHTO OU PROCTOR NORMAL
	PEQUENO
	PEQUENO
	-
	3
	25
	
	PEQUENO
	GRANDE
	-
	3
	9
	
	GRANDE
	GRANDE
	2”
	5
	13
	
	GRANDE
	GRANDE
	2¹/2
	5
	12
	AASHTO INTERMEDIÁRIO
	PEQUENO
	PEQUENO
	-
	5
	34
	
	PEQUENO
	GRANDE
	-
	5
	12
	
	GRANDE
	GRANDE
	2”
	5
	29
	
	GRANDE
	GRANDE
	2¹/2
	5
	26
	AASHTO OU PROCTOR MODIFICADO
	PEQUENO
	PEQUENO
	-
	5
	68
	
	PEQUENO
	GRANDE
	-
	5
	25
	
	GRANDE
	GRANDE
	2”
	5
	58
	
	GRANDE
	GRANDE
	2¹/2
	5
	52
Quadro 02 Ensaios de compactação
Sendo P o peso do soquete, h a altura de queda, N o número de golpes por camada, n o número de camadas e V o volume do corpo de prova, a energia de compactação por unidade de volume “E” é calculada pela seguinte expressão:
E = P . h . N . n / V
“Calcular a energia de compactação do Proctor Normal, utilizando cilindro e soquete grandes e disco espaçador de 2,5”. Sendo P = 4,536 kg; h = 45,7 cm; N = 12, n = 5 e V = 2.085 cm3.
E = 4,536 x 45,7 x 12 x 5 / 2.085 = 5,97 kg . cm / cm3
Define-se o Grau de Compactação “GC” como sendo a relação entre a densidade do material compactado e a densidade máxima obtida em laboratório para a energia de compactação especificada. Ou seja, sendo ɣc a densidade seca do material compactado e ɣl a densidade máxima obtida em laboratório, tem-se que:
GC = ( ɣc / ɣl) x 100%
Rolos compactadores utilizados nos de terraplenagem
São indicados para a compactação de solos pedregulhosos, arenosos e siltosos (não coesivos) os rolos compactadores vibratórios lisos e os pneumáticos e para os argilosos (coesivos) os rolos compactadores pé-de-carneiro.
Rolo compactador liso vibratório
Os rolos compactadores lisos vibratórios possuem tambores de aço liso e um dispositivo vibratório que provoca a aproximação das partículas dos solos e redução dos vazios. Esses rolos são indicados para a compactação das camadas de base, por deixar a sua superfície bem acabada, sem sulcos, situação ideal para
recebimento do revestimento asfáltico.
Fig. 10 Rolo Compactador Vibratório Liso
Rolo compactador pé-de-carneiro
Os rolos compactadores pé-de-carneiro são recomendados para compactação de solos coesivos, não sendo indicados para compactação de solos arenosos, pois apenas revolvem o material sem compactá-lo.
O tambor do rolo possui diâmetro de 1,0 a 2,0 m e pode ser enchido com água, areia ou pó-de-pedra, visando aumentar o seu peso e, consequentemente, a pressão de contato e a energia de compactação transmitida.
Quando se faz a compactação com o rolo pé-de-carneiro, aparecem inicialmente sulcos profundos e, com as passadas sucessivas, a profundidade desses sucos vai diminuindo.
Fig. 11 Rolo Compactador Pé-de-carneiro
Rolo compactador pneumático
Os rolos compactadores pneumáticos são apoiados em dois eixos que possuem de três a até mais de seis pneumáticos, cada. A compactação depende da pressão de contato entre os pneus e o solo. 
Os rolos pneumáticos são muito utilizados nos serviços de acabamento, quando na compactação das camadas de base para recebimento de revestimentos asfálticos.
Fig. 12 Rolo Compactador Pneumático
Patrulha mecanizada
Define-se como patrulha mecanizada o conjunto de equipamentos destinados a execução ou conservação de obras de terraplenagem, a saber:
Tratores de esteira ou de pneus;
Escavadeiras (escavadeira hidráulica);
Pás-carregadeiras;
Motoniveladoras (patrol);
Motoscraper;
Caminhão basculante;
Caminhão fora-de-estrada;
Trator industrial;
Grade de disco
Caminhão pipa (irrigadeira);
Rolos compactadores (pé-de-carneiro, liso vibratório e pneumático);
Conjunto moto-bomba.
Dimensionamento de equipamentos de terraplenagem
A determinação da quantidade necessária de equipamentos para a realização de um serviço de terraplenagem depende de alguns fatores, tais como a produtividade de cada equipamento e o cronograma de execução da obra.
Os serviços de terraplenagem envolvem um conjunto de operações, a saber, escavação, carga, transporte, descarga, espalhamento, compactação e acabamento. Essas operações podem ser realizadas em sequência ou com simultaneidade.
Qualquer que seja o equipamento e o conjunto de operações que ele seja capaz de executar, o trabalho é repetido ao longo do tempo de forma cíclica, ou seja, ao ser terminada uma sequência de operações, inicia-se a seguinte na mesma ordem anterior.
Ricardo & Catelani definem ciclo como sendo o conjunto de operações que um equipamento executa num certo tempo, voltando, em seguida, à posição inicial para recomeçá-las. O tempo de ciclo é o intervalo de tempo decorrido entre duas passagens consecutivas da máquina por qualquer ponto do ciclo.
O tempo de ciclo mínimo ou teórico (Tc min) é o somatório de todos os tempos elementares em que o ciclo pode ser decomposto. Esses tempos elementares podem ser divididos em tempos fixos (Tf) e tempos variáveis (Tv). Os tempos fixos são aqueles que se mantêm aproximadamente constantes para um determinado tipo de equipamento e os tempos variáveis são os que dependem diretamente das distâncias percorridas.
Então, no ciclo, Tf = carga, descarga, e manobra, enquanto que o Tv = tempo de percurso do equipamento.
Podemos citar como exemplo, o transporte realizado por um caminhão basculante comum. O ciclo desse serviço compreende, na ordem seqüencial, as seguintes operações elementares: a carga da unidade ( ou seja, o carregamento do caminhão), o transporte propriamente dito ( ou seja, o deslocamento com o caminhão carregado desde a origem até o destino do material), a manobra e a descarga, o retorno vazio do caminhão para a origem e o posicionamento do veículo para a carga seguinte. Essas operações elementares se repetem na mesma sequência nos ciclos seguintes. O tempo de ciclo mínimo (Tc min) é dado por Tc min = Σtf + Σtv. No caso exemplificado, os tempos fixos correspondem ao tempo de carga da unidade, ao tempo de manobra e descarga e ao tempo de posicionamento para a carga. São considerados tempos variáveis os referentes ao o transporte com o caminhão carregado e o retorno vazio, posto que dependem das distâncias percorridas.
Define-se como tempo efetivo (Tc ef) como sendo aquele gasto pelo equipamento para executar o ciclo de operação, incluídos os tempos de paradas (Tp) que costumam ocorrer no transcorrer de alguns ciclos. Deve-se procurar eliminar ou minimizar esses tempos de parada, tendo em vista que os mesmos aumentam o tempo de ciclo efetivo e reduzem, em conseqüência, a produtividade. Tem-se que:
Tc ef = Tc min + Σtp = Σtf + Σtv + Σtp.
A produção de um equipamento (Q), por exemplo, para um determinado equipamento escavo - transportadora é o volume escavado, transportado e descarregado na unidade de tempo, representado pelo produto do volume solto da caçamba (C) pelo número de ciclos (F) efetuados na unidade de tempo (freqüência):
Q = C . F
Mas a freqüência, sendo o inverso do período-tempo de ciclo, no caso, temos:
F = 1 / Tc, onde Q = C . 1 / Tc, 
 
A Produção Máxima ou Teórica do equipamento seria:
Qmáx. = Cmáx. . 1 / Tcmin. 
 A Produção Efetiva seria: Qef = Cmáx. . 1 / Tcef.
O Rendimento da Operação ou Fator de Eficiência é a relação entre a Produção Efetiva e a Produção Máxima, temos:
R = Qef. / Qmáx. = (Cmáx. . 1 / Tcef.) / (Cmáx. . 1 / Tcmin.) = Tcmin. / Tcef.
Portanto o Rendimento da Operação seria a relação sempre inferior a unidade, entre o templo de ciclo mínimo e o tempo de ciclo efetivo.
R = Tcmin. / Tcef. = Tcmin. / (Tcmin. + Σtp) = 1 / (1 + Σtp/ Tcmin.).
Assim, o rendimento dependerá dos valores assumidos pelos tempos de parada Σtp.
Se Σtp = 0, teremos R = 1 ou 100% e o tempo de ciclo seria mínimo (Tcmin.);
Se Σtp ≠ 0, teremos R < 1 ou 100% e o tempo de ciclo seria o efetivo (Tcef.)
A Produção Efetiva é expressa em volume medido no corte:
Qef. = C . φ . 1 / Tcef.
Mas R = Tcmin. / Tcef. ou 1 / Tcef. = R / Tcmin., teremos então:
Qef. = C . φ . (1 / Tcmin.) . R, expressão que indica a produção de qualquer Máquina de Terraplenagem.
Onde:
Qef. – produção efetiva medida no corte;
C – capacidade da caçamba em volume solto
φ – fator de empolamento;
Tcmin – tempo de ciclo mínimo;
R – coeficiente de rendimento da operação.
Para declives, devido à assistência de rampa, haverá os acréscimos de produção seguinte:
	Rampa Média (%)
	Incremento da Produção
	0
	1,00
	5
	1,06
	10
	1,12
	15
	1,18
	20
	1,22
	25
	1,25
	30
	1,26 
Produção de Carregadeiras
	Tempo de ciclo para Carregadeiras de Pneus (D1 = D2 = 4,5m)
	Condições de Trabalho
	Tempo de Ciclo (min)
	Material solto
	0,35
	Material de compacidade média
	0,40
	Material compacto no talude
	0,50
	Material
	Fator de carga
	Agregado Uniforme
	0,85/0,90
	Agregado Misto e Molhado
	0,95/1,00
	Terra de Limo Molhada
	1,00/1,10
	Terra com Pedras e Raízes
	0,80/1,00
	Materiais Aglutinados
	0,85/0,95
Fórmulas:
Produção do Equipamento: Qef. = C . φ . (1 / Tcmin.) . R
Lâmina 8U: C = 0,6 . H2 . L
Tempo Variável: Percurso de ida (m) x 0,06 + Percurso de volta(m) x 0,06
 Velocidade de ida (km/h) Velocidade de volta (km/h)
Normalmente os fabricantes de equipamentos indicam a produção dos mesmos através de ábacos ou tabelas.
Exemplos:
 Calcular a produção de um “Motoscraper” sabendo-se que sua capacidade solta é C = 20 m3, e o tempo de ciclo mínimo Tcmin. = 5 min, admitindo-se R = 0,75 e φ = 0,80.
 Q = 20 x 0,80 x (60/5) x 0,75 = 144 m3/h (no corte) 
 Calcular a produção de uma escavadeira cuja capacidade é C = 1,0 j3 solta e tempo de ciclo mínimo Tcmin. = 30 seg. Admite-se R = 0,75 e φ = 0,80.
(1 j3 = 0,76 m3)
Q = 1 x 0,76 x 0,80 x (3600/30) x 0,75 = 54,72 m3/h 
 Calcular a produção de um trator de esteiras D6-C, com lâmina reta com servo-transmissão. A distância de transporte é 50m, sendo a operação diurna. Admitir o material argila molhada.
V ida em 1ª marcha = 4 km/h
V volta em 3ª marcha = 10 km/h
Capacidade solta da lamina = 3,2 m3
φ = 0,70
R = 0,83
Tf = 0 min.
Temos:
Tciclo = Tfixo + Tvariável = Tcmin. + Σtp
Trator com Power-shift = Tfixo = 0
Tempo variável = (50 x 0,06)/4 + (50 x 0,06)/10 = 1,05 min.
Tciclo = 0 + 1,05 = 1,05 min.
Q = 3,2 x 0,70 x (60/1,05) x 0,83 = 106,24 m3/h 
 Estimar a produção de um trator de esteira de Lâmina D8-h (transmissão direta) com as características abaixo, sabendo-se que a distância média de transporte é 50m, e admitindo-se o coeficiente de rendimento 50/60. O solo é argiloso, com φ = 0,80 e o terreno é regular e horizontal.
D8-h, temos H = 1,11m e L = 4,60m.
C = 0,6 x 1,112 x 4,60 = 3,40 m3 (solto)
V ida em 1ª marcha = 2,6 km/h (à frente)
V volta em 6ª marcha = 11,0 km/h (à ré)
φ = 0,80
R = 50/60
Tfixo = 0,3 min.
Tcmin = 0,3 + (50 x 0,06/2,6) + (50 x 0,06/11,0) = 1,72 min.
Q = 3,4 x 0,80 x (60/1,72) x (50/60) = 79,07 m3/h (i = 0%)
 Calcular a produção de um trator de esteira D8-h (Power-shift) com lâmina 8U, operando num terreno irregular, com rampa média (declive) im = 10%. (1,12)
Dados:
Lâmina 8U, L = 4,20m e H = 1,36m, então C = 0,6 x 1,362 x 4,20 = 4,66 m3
φ = 0,80
R = 50/60
D ida = D volta = 50,0m
V ida em 1ª marcha = 2,0 km/h (à frente)
V volta em 2ª marcha = 4,0 km/h (à ré)
Tfixo = 0,05 min.
Tcmin. = 0,05 + (50 x 0,06/2,0) + (50 x 0,06/4,0) = 2,30 min.
Q = 4,66 x 0,80 x (60/2,30) x (50/60) x 1,12 = 90,77 m3/h
Produção de carregadeiras
	Tempo de Ciclo para Carregadeiras de Pneus
d1 = d2 = 4,50m
	Condições de trabalho
	Tempo de ciclo
	Material solto
	0,35
	Material de compacidade média
	0,40
	Material compacto no talude
	0,50
	Material
	Fator de carga
	Agregado uniforme
	0,85/0,90
	Agregado misto e molhado
	0,95/1,00
	Terra de limo molhada
	1,00/1,10
	Terra com pedras e raízes
	0,80/1,00
	Materiais aglutinados
	0,85/0,95
 Determinar a produção de uma carregadeira de pneus CAT-966 de 3 jardas cúbicas, que percorre no ciclo, a distância de 50m entre o local de carga e o de descarga, em 2ª marcha à frente e à ré. O tempo de ciclo básico é 0,40 min. 
Dados adicionais:
φ = 0,80
R = 50/60
Fator de carga = 1
Tempo de percurso de ida (2ª marcha frente): 0,25 min.
Tempo de percurso de volta (2ª marcha ré): 0,20 min.
Tempo Fixo = 0,40 min.
Temos:
Tcmin. = 0,40 + 0,25 + 0,20 = 0,85 min.
Q = 3 x 0,76 x 1,00 x 0,80 x (60/0,85) x (50/60) = 107,29 m3/h (em corte)