Máquinas e Equipamentos de Construção

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MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS DE CONSTRUÇÃO
Obras Rodoviárias I
Data: 24/11/2020
Profº Douglas Couri Jr.
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
	Balanceamento	Bom	Bom
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
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;
Abrir cortes tanto para terraplenar como para abrir caminho.
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.
Este material pode ser tido como um triângulo retângulo.
Cálculo do volume de terra:
𝐿 . ℎ2 . 𝜇
𝑄 = 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; f – fator de correção dos volumes (empolamento).
Tabelas:
Taxa de empolamento:
Inclinação do terreno:
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
Tempo fixo – obtido no local de trabalho – 0,50 minutos
Para constar:
RENDIMENTO = PRODUÇÃO HORÁRIA
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.
Escavadeira:
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:
𝐶
𝑄 = 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:
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;
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;
Material a ser carregado – solo de argila úmida.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.
𝑐	𝑝𝑑𝑝
𝑉1	𝑉2
𝑡	= 𝑑	. 0,06 + 𝑡	+ 𝑑	. 0,06
Sendo:
d – distância média de transporte em m; V1 – Velocidade de ida carregado (km/h);
V2 – Velocidade de volta descarregado (km/h);
tpdp – Tempo para parada, descarga e partida (min);
Tabelas:
Tempos de parada, descarga e partida:
Velocidade média de trabalho:
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;
Capacidade para grandes deslocamentos para obras lineares.
Aplainadora:
Patrol:
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 espessura máxima da camada é de 15 cm.
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.