EQUIPAMENTOS PARA ESCAVAO COMPACTAO E TRANSPORTE

TADEO JAWORSKI_____________________________________________________________________ Reviso e digitalizao: Prof. Camilo Borges Neto, Ms.C.Eng. Civil; Out/2011.1

PREFCIO

A pretenso deste trabalho a de difundir informaes que foram obtidas ao longo de vrios anos e, que dizem respeito a equipamentos mecanizados. Parte da coleta de dados ocorreu nos estgios realizados, em visitas a fbricas e na em cursos tcnicos de operao e manuteno de equipamentos. Outros conhecimentos foram conseguidos atravs de estudos em publicaes tcnicas, estudos que se fizeram necessrios para serem aplicados na forma de aulas ministradas na disciplina Equipamentos de Construo e Conservao, do Curso de Engenharia Civil, cdigo TT 407, da UFPR. Os temas expostos atendem ao programa da disciplina citada, quanto ao emprego e rendimento dos equipamentos de escavao, compactao e transporte horizontal de materiais. De uma maneira condensada so apresentadas definies, conceitos, indicao de uso, recomendaes de fabricantes, usurios, entidade normativas e a forma de obteno da produo horria dos equipamentos analisados. O autor recomenda uma consulta s fontes citadas nas referncias bibliogrficas se for necessrio um exame mais aprofundado da matria.

Curitiba, 20 de maro de 1997. Eng. Civil Tadeo Jaworski

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SUMRIOI. 1.0. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6 1.7 2.0. 2.1. 2.2 2.3 2.4. 2.5 2.6 2.7. 3.0. 3.1. 3.2. 4.0. 4.1. 4.2 4.3. 4.4. 4.5. 5.0. 6.0. 7.0. 7.1. 7.2. 7.3. 8.0. 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 8.8. 8.9. 9.0. 9.1. 9.2. 9.3. 10.0. II. II.1. II.2. III. PREFCIO ...................................................................................................................... CONSIDERAES GERAIS ........................................................................................ DEFINIES .................................................................................................................... CLASSIFICAO ............................................................................................................ POTNCIA DE UM MOTOR .......................................................................................... FORA DE TRAO....................................................................................................... MOTORES DE COMBUSTO INTERNA ..................................................................... COMBUSTVIEIS ............................................................................................................ LUBRIFICANTES ............................................................................................................ PRODUO DE UM EQUIPAMENTO ...................................................................... EMPOLAMENTO E COMPACTAO ......................................................................... RESISTNCIA AO ROLAMENTO ................................................................................ RESISTNCIA DE RAMPA ............................................................................................ INFLUNCIA DA ALTITUDE ....................................................................................... ADERNCIA .................................................................................................................... EFICINCIA DE TRABALHO ........................................................................................ TEMPO DE CICLO .......................................................................................................... MQUINAS TRATORAS ............................................................................................. TRATORES DE ESTEIRA .............................................................................................. TRATORES DE RODAS.................................................................................................. EQUIPAMENTO DE ESCAVAO ........................................................................... EQUIPAMENTO ESCAVADOR DESLOCADOR ......................................................... EQUIPAMENTO ESCAVADOR TRANSPORTADOR ................................................. EQUIPAMENTO NIVELADOR NIVELADORAS ..................................................... EQUIPAMENTO ESCAVADOR ELEVADOR ESCAVADEIRAS ............................ EQUIPAMENTO ESCAVADOR CARREGADOR - P CARREGADEIRA. .............. ASSOCIAO DE UNIDADES .................................................................................... ESCARIFICADORES .................................................................................................... ORGANIZAO DE EQUIPAMENTOS EM GRUPOS .......................................... TERRAPLENAGEM COM BOTA FORA ESTUDO DE CASO 1 .............................. DRAGAGEM COM BOTA FORA ESTUDO DE CASO 2 ......................................... COMPARAO DE EQUIPAMENTOS CONGNERES ............................................. EQUIPAMENTOS DE COMPACTAO .................................................................. INTRODUO ................................................................................................................ COMPACTAO DE SOLOS ........................................................................................ TCNICAS DE COMPACTAO ................................................................................. PROCESSOS DE COMPACTAO .............................................................................. EQUIPAMENTOSUTILIZADOS .................................................................................... PRODUO HORRIA DE COMPACTADORES ....................................................... NMERO DE PASSADAS EM PISTA TESTE .............................................................. CONCRETO COMPACTADO A ROLO ......................................................................... ESTUDO DE UMA COMPACTAO ........................................................................... EQUIPAMENTOS PARA TRANSPORTE ................................................................. CONSIDERAES GERAIS .......................................................................................... CLASSIFICAO ............................................................................................................ CAMINHES COMUNS ................................................................................................. CONCLUSES ............................................................................................................... ANEXOS .......................................................................................................................... FATORES DE CONVERSO ......................................................................................... PROGRAMAS .................................................................................................................. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................................... 2 4 4 4 5 6 7 13 15 17 18 20 21 22 24 26 26 28 28 30 30 30 37 44 47 57 62 66 67 67 78 83 84 84 85 85 88 89 89 100 102 103 106 106 107 108 120 121 121 121 124

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EQUIPAMENTOS DE CONSTRUO CIVIL 1.0. CONSIDERAES GERAIS 1.1. DEFINIESMquina: todo o aparelho que pode produzir um movimento ou por em ao uma forma de energia; Implemento: qualquer conjunto que complete uma mquina para a execuo de um servio especfico; Equipamento: mquina ou agrupamento formado por duas ou mais mquinas ou mquina(s) e implemento(s) destinado(s) execuo de um determinado servio; Acessrio: pea ou conjunto de peas, no essencial operao do equipamento e que contribui para ao maior conforto segurana ou rendimento operacional do mesmo; Ferramenta de ataque: conjunto de peas que entram em contato direto com o material trabalhado, na execuo de um servio especfico; Pea: parte ou elemento unitrio de mquina, de implemento, ferramenta de ataque ou acessrio; Conjunto: agrupamento integrado de peas com funo especfica; Instrumento: aparelho de medio e/ou controle; Sistema: agrupamento de conjuntos para fins especficos, podendo ou no, Observao: as definies acima foram extradas da terminologia brasileira TB -51.

1.2. CLASSIFICAOQuanto a sua finalidade, a mquina e o equipamento destinado a construo civil, pose ser classificado em dois grupos: motriz e operatriz. Mquina motriz: toda a mquina que produz a energia necessria produo do trabalho. Como exemplos, podem ser citados: o trator, o compressor de ar, o gerador eltrico e outros equipamentos. Equipamento operatriz: aquele que acionado pela mquina motriz, possui implemento(s) que realiza(m) o servio desejado. Como exemplo, podem ser mencionados: a motoniveladora, o trator de esteira dotado de lmina frontal, a p carregadeira e outros equipamentos do gnero. De acordo como emprego, as mquinas e os equipamentos podem ser classificados da seguinte forma:4

- Tratores; - Equipamentos de escavao; - Equipamentos de transporte; - Equipamentos de compactao; - Equipamentos de desagregao de solos; - Equipamentos de esgotamento de lquidos; - Equipamentos de fragmentao de rochas; - Mquinas e equipamentos auxiliares.

1.3. POTNCIA DE UM MOTORComo definio, potncia de um motor o trabalho por ele realizado em um determinado intervalo de tempo. A potncia pode ainda ser definida de outras formas pelos fabricantes de motores e instituies normativas, em funo de vrios fatores intervenientes em sua determinao, como sejam as condies ambientais, colocao ou no de acessrios e outros. No quadro abaixo so apresentadas as condies ambientais estabelecidas com padro, na determinao de potncias: Mtodo/condies Presso atmosfrica Temperatura do ar Umidade relativa do ar PMB - 749 736 mm Hg 20 C 60% SAE JS 816 746 mm Hg 29 C 64% DIN 6270 736 mm Hg 20 C 60%

Potncia mxima do motor: (maximum engine horse power) a potncia mxima que um motor bsico capaz de produzir em condies ambientais adotadas com padro. Potncia lquida do motor: (net horse power) a potncia que um motor instalado em uma mquina pode produzir, nas condies normais de trabalho e ambientais adotadas como padro, estando deduzida a potncia absorvida pelos acessrios. Potncia ao freio: (brake horse power) a potncia desenvolvida no eixo motor (volante), nas condies ambientais adotadas como padro, determinada pelo freio de Prony ou outro dispositivo similar de prova. conhecida tambm, como Potncia Efetiva. Se na determinao da potncia ao freio forem consideradas as perdas causadas pelos acessrios normais do motor obtida a Potncia Lquida. Potncia na barra de trao: (drawbar horse power) fornece a potncia disponvel na barra de trao dos equipamentos que possuem movimento de deslocamento prprio. Mxima potncia efetiva lquida (ABNT): deve ser entendida como a maior potncia disponvel na tomada de potncia (volante), para a produo dos5

componentes necessrios ao seu funcionamento autnomo, conforme a sua aplicao. Potncia efetiva mxima (ABNT): deve ser entendida com a maior potncia bruta do motor bsico, de srie, com apenas os componentes essenciais a sua operao. Potncia disponvel: a potncia que um equipamento tem para execuo de trabalho e corresponde a potncia que se dispe na barra de trao. Potncia necessria: , como o nome indica, a potncia necessria para a execuo de um servio. Deve ser inferior disponvel. Os principais fatores que determinam esta potncia so: resistncia ao rolamento e resistncia de rampa. Potncia til: a potncia que vai ser absorvida, efetivamente, na execuo de um trabalho. Deve ser verificada em funo de fatores tais, como: aderncia ao terreno e altitude de trabalho. A Figura 1 mostra como podem variar as grandezas da potncia de um trator do tipo agrcola.

Figura 1 Variao de potncias para um trator agrcola

1.4. FORA DE TRAOPara se saber, se um equipamento pode se locomover em um terreno em funo das condies de servio, como so resistncia ao rolamento, resistncia de rampa, altitude do local e aderncia ao terreno, devem ser conhecidas as foras opostas ao movimento e comparadas estas, s foras de trao disponveis nas diversas marchas do sistema de trao. Pode-se assim determinar a maior velocidade de trabalho possvel, para fins de obteno do tempo de ciclo do equipamento em exame. Grficos fornecidos pelos fabricantes de equipamentos indicam nas ordenadas as foras de trao e nas abcissas as velocidades correspondentes em cada marcha. Figura 2. Na falta de grficos, a fora de trao pode ser determinada em funo da potncia na barra de trao e a velocidade de deslocamento da mquina, da forma como segue.

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Figura 2 - Exemplo de grfico fornecendo as curvas de marchas, velocidades e foras de trao

1.5. MOTORES DE COMBUSTO INTERNAMotor: denomina-se o motor ou a mquina motriz, a todo o aparelho destinado a transformar uma energia de certa espcie em energia mecnica. Os motores que transformam energia calorfica em energia mecnica so chamados de motores ou mquinas trmicas. Classificao dos motores trmicos: a) Motores de combusto externa a.1. Mquinas a vapor; a.2. Turbinas a vapor. b) Motores de combusto interna b.1. Motores de combusto interna, propriamente ditos; b.2. Motores a exploso; b.3. Turbinas a gs; b.4. Motores a reao. Motores de combusto externa: aproveitam o vapor da gua como fonte de energia secundria. A primria vem do calor necessrio ao aquecimento da gua e conseqente produo do vapor. Motores de combusto interna: so aqueles que utilizam a combusto rpida ou gradual de um combustvel como processo de produo de energia mecnica.7

Motores de combusto interna, propriamente ditos: (tipo diesel) nesses motores o combustvel pulverizado sob grandes presses dentro da cmara de combusto, onde entra em ignio ao ficar em contato com o ar comprimido que atingiu elevada temperatura. Motores a exploso: (tipo a gasolina ou lcool etanol) nesses motores a mistura (ar + combustvel) , moderadamente, levada a compresso e inflamada por uma fasca eltrica, de uma forma rpida ou explosiva. Os motores diesel e gasolina (ou lcool etanol) so assemelhados no seu formato externo, em peas como mbolos, bielas, rvores de manivela e em outras partes. Em ambos os tipos de motores, a presso que resulta da ignio do combustvel com o ar, atuando na parte superior do mbolo, provoca seu deslocamento de uma posio extrema superior (ponto morto superior ou PMS) at outra posio extrema inferior (ponto morto inferior ou PMI). Esse movimento transmite uma fora ao pino do mbolo e este biela e esta rvore de manivelas. A diferena bsica entre os motores de combusto interna (diesel) e os eu motores a exploso (gasolina e lcool etanol) reside na forma com que o ar e introduzido para o interior da cmara de combusto no tempo de admisso. Nos motores tipo diesel, somente o ar admitido nesse tempo e nos motores a exploso admitida uma mistura de ar e combustvel. Taxa de compresso A relao entre o volume total da cmara de combusto, quando o mbolo encontra-se no PMI e o volume da cmara ao ficar o mbolo no PMS, fornece a taxa de compresso. Nos motores a gasolina a taxa de compresso igual ou inferior a 8:1 e nos motores a diesel pode estar com as taxas entre 16:1 a 22:1.

Figura 3 Corte esquemtico do pisto

Nos motores a lcool etanol a taxa de compresso superior a de motores a gasolina, tendo em vista ser o lcool menos detonante que a gasolina.

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Exemplo numrico: Qual a taxa de compresso de um motor a gasolina, sabendo-se que o mbolo acha-se no ponto morto inferior, o volume da cmara de 6 000 cm3 e quando o mbolo atinge o ponto morto superior o volume da cmara se reduz para 1 000 cm3. Resposta: 6 000 : 1 000 = 6:1

Elementos essenciais de um motor No desenho em corte de um motor a gasolina podem ser vistos os seus elementos essenciais, a saber: Cilindro: situado no corpo do bloco, pode ser usinado no prprio bloco ou ser inserido nele (camisa removvel). Apresenta o cilindro uma superfcie interna finamente acabada, lisa e sua seo transversal perfeitamente circular. mbolo e anis: o mbolo alojado no interior do cilindro e possui entalhes onde so alojados anis de ao que tm duas finalidades bsicas. Primeira: evitar a fuga dos gases produzidos no tempo motor (anis de compresso). Segunda: impedir a penetrao do leo lubrificante no interior da cmara de combusto (anis de leo). Outras denominaes dadas ao mbolo: pisto e pistom.

Figura 4 Desenho, em corte, de um motor a gasolina

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Biela: a biela estabelece a ligao entre o mbolo e a rvore de manivelas, permitindo que o mbolo execute um movimento alternado. rvore de manivelas: (tambm chamada de virabrequim e girabrequim), pea que recebe a fora de presso do tempo motor pela biela e transforma o movimento de alternado em circular. Volante: regulariza o movimento circular da rvore de manivelas, absorvendo Hastes vlvulas: foradas pelo eixo comando (eixo de ressaltos), abrem as vlvulas de admisso e exausto em instantes sincronizados. Eixo comando: (eixo de vlvulas ou eixo de ressaltos), ligado a rvore de manivelas atravs de engrenagens (ou correntes ou ainda atravs de correias dentadas de borracha). Cada ressalto do eixo comando aciona uma vlvula por intermdio de uma haste e um balancim. Molas de vlvulas: pressionam as vlvulas contra suas sedes, para proporcionar o fechamento da cmara de combusto. Cabeote: no faz parte integrante do bloco, porm a ele ligado por intermdio de parafusos e porcas. A vedao entre peas, bloco e cabeote feita com a chamada junta do cabeote. Crter do motor: um compartimento metlico que torna estanque a parte inferior do bloco, sendo usado como reservatrio de leo lubrificante do motor. Bloco do motor: a pea na qual so montadas as demais, formando assim o conjunto do motor. Poderiam ser citados ainda os condutos de entrada de ar e os de sada de gases, o sistema de lubrificao, o sistema de refrigerao, no motor a gasolina o sistema de ignio e carburao; nos motores diesel o sistema de alimentao, composto pela bomba injetora e bicos injetores. Cilindrada de um motor: o volume em centmetros cbicos deslocado por um mbolo (do PMI ao PMS), multiplicado pelo nmero de cilindros de que dispes este motor. Exemplo: se um motor de quatro cilindros desloca um volume de 450 cm3 em cada cilindro, esse motor tem uma cilindrada correspondente a 1.800 cm3 e vulgarmente conhecido como um motor 1.8. A comparao de cilindradas entre motores uma forma de comparao de potncias porquanto a maior cilindrada corresponde, em geral, a uma maior potncia.

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Comparao entre motores: Motores a exploso Motores de combusto interna Queima de combustvel por exploso Por combusto gradual Menor relao peso/potncia Maior relao Menor taxa de compresso Maior taxa Mais rpida acelerao Menos rpida Menos robustos Mais robustos Menor aproveitamento calorfico do Maior aproveitamento (28%) combustvel (22%) Mais fcil manuteno Mais difcil Maior consumo de combustvel Menor consumo Observao: a comparao vlida em todos os itens, para motores de mesma potncia. Ciclo de Fora A seqncia completa de quatro operaes ou tempos (com admisso, compresso, tempo motor e exausto) que se verificam no interior de um cilindro do motor, para se obter um impulso de fora, proveniente da expanso dos gases da combusto, denomina-se: ciclo de fora. Ver fig. 5.

Figura 5 Ciclo de fora em motor de 4 tempos.

Dependendo do princpio de funcionamento do motor, o ciclo de fora pode ser realizado de duas maneiras: a) Um impulso de fora para cada quatro passeios completos do mbolo (referidos entre os pontos PMS e PMI), ou seja, a correspondncia a duas voltas completas da rvore de manivelas, sendo nesse caso o motor denominado de motor quatro tempos; b) Um impulso de fora para cada dois cursos completos do mbolo, correspondendo a uma volta completa da rvore de manivelas, sendo nesse caso o motor de nominado de motor dois tempos. Ver fig. 6.

A figura 6-a mostra o incio do tempo motor, aps meia volta da rvore de manivelas e um passeio do mbolo, se processa o tempo de admisso e o tempo de exausto. Fig. 6-b. O tempo de compresso visualizado na fig. 6-c, quando a rvore de manivelas completa outra meia volta.

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Os motores de dois tempos quando comparados com os de quatro tempos e de mesma cilindrada, apresentam maior potncia, menor nmero de peas e menor peso. Tem uma menor vida til devido ao fato de trabalharem com maiores rotaes. O seu sistema de lubrificao de menor eficincia porquanto quase todos os motores de dois tempos utilizam o leo lubrificante em mistura direta com o combustvel.

Figura 6 Funcionamento do motor de dois tempos

Torque Motor O torque de um motor diretamente relacionado com a potncia que o mesmo desenvolve e inversamente com a rotao de sua rvore de manivelas. um fator de qualidade na comparao de motores de mesma potncia, pois so preferidos os motores que possuam maior torque e menor RPM. Motores de menor RPM apresentam uma vida mais longa de seus componentes internos. O torque do motor obtido em kg.m, pela seguinte expresso:

Outra forma de comparao de motores conseguida com o exame das curvas de torque, de potncia e consumo, obtidas no ensaio em um dinammetro. Nota-se nesses ensaios que quanto maior a rotao do motor, maior ser a potncia. O torque mximo do motor porm obtido a uma rotao inferior a rotao mxima. Ver Fig. 7.12

Figura 7 Curvas de torque, potncia e consumo

Obs.: BHP potncia ao freio RPM rotaes por minuto

1.6. COMBUSTVEISOs combustveis usados nos motores de combusto interna em sua maioria so derivados do petrleo. Os componentes principais de todo o petrleo so compostos de elementos como o hidrognio e o carbono, razo pela qual esses combustveis recebem a denominao de hidrocarbonetos. Impurezas dos combustveis Os combustveis contm porcentagens pequenas e variveis do elemento enxofre, o qual no inteiramente eliminado no processo de refinao. O enxofre combinado com oxignio e o vapor dgua e o calor do motor, d origem a formao de compostos sulfurosos como o cido sulfrico. O combustvel pode estar contaminado com a presena de gua. A gua tendo maior densidade que o combustvel separa-se, ocupando a parte inferior do reservatrio. A gua prejudica o funcionamento do motor, alm de oxidar as superfcies metlicas a ela expostas. Pode a gua estar presente no combustvel ao entrar, acidentalmente, nos reservatrios, vasilhames ou ainda pelo processo de condensao. Nesse ltimo processo a gua presente no ar atmosfrico, condensa-se e escorre pelas partes internas do reservatrio, se este estiver parcialmente ocupado pelo combustvel. Impurezas slidas podem, igualmente, ser encontradas como exemplos, partculas de areia, argila, fios de estopa, placas de ferrugem; essas impurezas obstruem os condutos de combustvel e os filtros, provocando falhas de funcionamento e desgastes prematuros.

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A gasolina usada nos motores atuais, a exploso, deve ter caractersticas antidetonantes. Essas caractersticas que no permitem uma ignio do combustvel antes que se conclua o tempo de compresso. A detonao do motor de forma vulgar, chamada de batida do motor e sempre acompanhada de uma perda de potncia. Nmero de Octanas da gasolina Nos laboratrios especializados, atravs de testes especficos, com motores padres, a gasolina submetida a teste comparada com uma gasolina constituda por dois tipos de hidrocarbonetos que so, respectivamente, denominados de isooctana e heptana normal. A gasolina constituda somente de iso-octana queima de forma regular no motor padro sob todas as condies de funcionamento, ao passo que a constituda pala heptana normal altamente detonante. Uma gasolina submetida a testes, gasolina com aditivos e que d resultados iguais, por exemplo, a uma gasolina composta de 80% de iso-octana e 20% de heptana normal, ser especificada como sendo de 80 octanas. Aditivos O chumbo tetra-etila adicionado em propores adequadas, deixa a gasolina menos detonante. O lcool anidro adicionado numa proporo de at 20%, em volume, faz com que a gasolina possa ser classificada como de maior octanagem. O lcool no torna o combustvel poluente aps a queima como ocorre com o chumbo tetra-etila. Poder calorfico Uma parte do calor gerado pelo combustvel aproveitada para obter o trabalho til, a maior parte se perde no aquecimento do motor. Os motores detentores de maiores taxas de compresso aproveitam melhor o poder calorfico do combustvel. Nos motores a exploso, no se pode aumentar a taxa de compresso acima de determinados limites sob pena de ocorrer o fenmeno da detonao. Esses motores comprimem uma mistura de ar e combustvel que por siso, os torna mais sujeitos detonao. Nmero de cetanas no leo diesel O combustvel obtido do petrleo para uso dos motores diesel, possui em sua composio hidrocarbonetos que so denominados de n-cetanas e alfa-metil nafteno.

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O nmero percentual de n-cetanas tem influncia na forma de funcionamento do motor diesel, razo pela qual esse combustvel elaborado com propores especficas de cetanas. Consumos de combustvel Os consumos de combustvel variam em funo de fatores como, taxa de compresso, altitude de trabalho do motor, estado dos filtros de ar e outros. Para avaliaes prvias, quando no se dispes de curvas de consumo e nem do regime de trabalho do motor, podem ser adotados os consumos mdios seguintes: motores a gasolina.................. motores a diesel...................... motores lcool......................... 0,225 l/HP hora 0,150 l/HP hora 0,270 l/HP hora

Observaes: - potncia (HP) referida barra de trao; - caso no se conhea a potncia na barra de trao, a mesma poder ser obtida de forma aproximada em funo da potncia lquida do motor multiplicada pelo fator 0,75.

1.7. LUBRIFICANTESOs lubrificantes so utilizados nos compartimentos dos motores, nos sistemas de transmisso e nas peas mveis dos equipamentos mecanizados. Proporcionam uma melhor conservao, maior vida til, mais adequado desempenho e menores custos de manuteno desses equipamentos. Podem os lubrificantes se apresentar sob diversos estados, como o slido (grafite), lquido (como os leos minerais), pastoso (como as graxas). Quanto origem, os lubrificantes podem ser de fonte animal, vegetal ou mineral. Os leos de origem animal e vegetal foram muito usados no passado, mas perderam sua importncia para os leos minerais devido ao fato de no possurem estabilidade qumica como estes ltimos. Alguns leos de origem animal e vegetal tm poder de reduo de atrito, superior aos leos minerais. Os leos minerais so obtidos do petrleo e do carvo mineral. So leos de uma composio qumica complexa e portanto do origem propriedades particulares de acordo com a sua constituio. Os leos obtidos do petrleo podem ter hidrocarbonetos naftnicos e parafnicos. Os naftnicos evaporam com mais facilidade pela ao do calor e com a reduo da temperatura aumentam muito de viscosidade.

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Os parafnicos so mais empregados em locais mais frios por manterem sem grande alterao, sua viscosidade. Os leos minerais puros apresentam propriedades naturais, como: - resistncia formao de depsitos; - possuir estabilidade qumica; - ser um detergente natural; - formar uma pelcula de grande resistncia; - ter poder de separao com gua. Se adicionados de certos produtos qumicos (aditivos), os leos minerais passam a ter melhores propriedades, como serem mais inibidores de corroso, menos espumantes quando agitados e mais detergentes. A funo dos lubrificantes nos motores trmicos de elevada importncia para o funcionamento destes, razo pela qual devem ser examinados com freqncia quanto ao volume contido, quanto ao estado do leo e outros. Quando ficar constatado que est contaminado com gua, com resduos slidos, ou com o combustvel, deve ser trocado, independentemente, do intervalo de troca que realizado em funo do tempo de uso do motor. Funes dos lubrificantes nos motores de combusto a) Lubrificao das superfcies de atrito e choque, reduzindo assim o desgaste; b) Vedao de gases no cilindro do motor durante o tempo motor; c) Resfriamento de peas internas como mbolos, paredes do cilindro, anis, mancais e outras; d) Limpeza de orifcios internos e compartimentos, com a conduo de detritos para serem retidos pelos filtros; e) Proteo contra a corroso das superfcies metlicas, provocada pela ao de gases corrosivos, formados pela combusto. Viscosidade dos leos lubrificantes A viscosidade de um leo tem influncia na lubrificao de motores e sistemas de transmisso. Maior viscosidade necessria quando se trabalha com grandes cargas ou elevada temperatura e menor viscosidade quando o lubrificante deve envolver peas que se movimentam em altas velocidades. A viscosidade alterada nos leos coma a variao da temperatura, sendo maior nas baixas temperaturas e menor nas altas. A viscosidade pode ser medida pelo viscosmetro de Saybolt. (**) A viscosidade dos leos recebem numeraes como 10, 20, 30, 40, 50, ..., 150, seguidas da sigla SAE, indicativa do processo de ensaio.

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Os leos minerais puros podem conter aditivos ou serem compostos com diversos tipos de leos, para que tenham uma mnima variao de viscosidade com a mudana de temperatura. Esses leos so denominados como de mltipla viscosidade ou multi-viscosos. Classificao API, para leos de motores (*): Designao SE SF SG CC CD CE Motores em que so utilizados A gasolina em modelos a partir de 1.972 A gasolina em modelos a partir de 1.980 A gasolina em modelos a partir de 1.989 A diesel e a gasolina quando em servio moderado A diesel em servio severo (super alimentados) A diesel em servio severo (turbo alimentados)

Observaes: (*) API a sigla do American Petrleum Institute. (**) O viscosmetro de Saybolt baseia-se na determinao do segundos, que leva para escoar, 60 ml de um leo submetido a teste, atravs de um orifcio de 1,765 mm. O escoamento feito sob gravidade, com recipientes e condies ambientais padronizadas. Os segundos, so arredondados para mltiplos de 10.

tempo, em para passar a ao da tempos, em

2.0. PRODUO DE UM EQUIPAMENTOA produo horria de um equipamento de escavao, na maioria dos casos a simples relao entre o volume de material (em metros cbicos) que ele movimenta em uma hora de trabalho. Teoricamente pode ser determinado em funo da capacidade volumtrica do dispositivo de escavao C, pelo produto do nmero de ciclos de trabalho efetuados em uma hora nc. A produo horria pode ser assim expressa:

O nmero de ciclos de trabalho por sua vez, pode ser obtido dividindo-se o tempo de uma hora (60 minutos), pelo de ciclo de trabalho em minutos.

A frmula da produo horria assume a seguinte composio:

No clculo da produo horria de cada equipamento de escavao, a frmula da produo horria terica recebe novos fatores corretivos que propiciam resultados17

mais exatos, proporcionando assim a obteno de frmulas prprias para cada equipamento. Fatores que podem ser considerados: a) Empolamento e compactao dos materiais do solo; b) Resistncia ao rolamento; c) Resistncia de rampa; d) Altitude (geogrfica) do local de trabalho; e) Fator de eficincia do equipamento; f) Componentes do tempo de ciclo.

2.1. EMPOLAMENTO E COMPACTAOVariao de volume dos materiais, ocorrem durante a execuo de uma escavao ou de uma terraplenagem. Essas variaes volumtricas devem ser conhecidas para fins de controle e determinao de volumes trabalhados. A experincia em obras de terraplenagem mostra que um determinado volume de material no corte (ou jazida) ao ser desagregado sofrer um aumento de volume e ao ser compactado ter uma reduo de volume. Devido a essas mudanas h necessidade de ser procedido o estudo do empolamento e da compactao dos materiais do solo. Fig. 8.

Figura 8 Representao esquemtica dos volumes de solo movimentados

Um volume V de material extrado da jazida aps a sua desagregao (ou no estado solto) ter um incremento de volume v ou o volume total V + v porm continua tendo a mesma massa m. A densidade desse material no estado natural representada por dn superior a densidade do material no estado solto ds. V = volume do material na jazida; v = incremento de volume ao ficar solto; m = massa do volume V; dn = densidade na jazida = m/V; ds = densidade quando solto = m/(V +v); Vs = volume solto = V + v.

Logo:

e

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O fator de converso de volumes f pode ser obtido como mostrado a seguir (figuras 9 e 10):

Figura 9 - Volume na jazida

Figura 10 Volume solto

Volume na jazida = f . volume solto

, ou seja

O fator de converso f sempre inferior a unidade, se multiplicado com o volume de material no estado solto, converte esse volume para o estado de compactao natural, ou seja, o volume que teria na jazida. Empolamento o aumento de volume do material de escavao que passa do estado de compactao natural ao estado solto ou desagregado. O resultado do ensaio de empolamento dado em porcentagem. A porcentagem de empolamento de um material pode ser obtida de forma imediata pela seguinte equao:

(resultado em porcentagem). Pode-se ainda expressar o empolamento e em funo de f: Como ou ainda , ento

. 100, sendo que

ou =

Assim:

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A Tabela 1 fornece as densidades, o fator de converso e o empolamento de alguns materiais do solo. Serve como referncia nos clculos prvios. Valores mais especficos podem ser obtidos conhecendo-se os resultados dos ensaios de massa, densidade e volume nos estados, solto ou no corte e referentes ao material estudado.

TABELA I Pesos especficos, fator de converso e empolamento de materiais: MATERIAL Solto Corte f e% 3 3 kgf/m kgf/m Argila natural 1 661,0 2 017,0 0,82 21 Argila seca 1 483,0 1 839,0 0,80 25 Argila molhada 1 661,0 2 076,0 0,80 25 Terra mida 1 602,0 2 017,0 0,79 26 Terra seca 1 513,0 1 899,0 0,79 26 Arenito 1 513,0 2 522,0 0,59 69 Areia seca solta 1 424,0 1 602,0 0,88 13 Areia molhada 1 839,0 2 077,0 0,88 13 Pedra britada 1 602,0 2 670,0 0,60 66 Terra mida 50% rocha 50% 1 721,0 2 284,0 0,75 33 Pedras soltas at 20 cm 1 340,0 2 670,0 0,50 100

Compactao A compactao caracterizada pela diminuio de volume que sofre o material de escavao quando adensado atravs de um processo qualquer. Com uma compactao mecnica pode ser obtida uma grande reduo de volume, se comparado o volume compactado com o volume do material solto. Para alguns materiais o volume compactado, mecanicamente, inferior ao volume no estado natural, como pode ser observado na comparao de coeficientes da Tabela II:

TABELA II Coeficientes de compactao Material Ao natural Areia 1,0 Terra comum 1,0 Argila 1,0 Rocha britada 1,0

Solto 1,13 1,26 1,25 1,60

Compactado 0,95 0,90 0,90 1,30

2.2. RESISTNCIA AO ROLAMENTOResistncia ao rolamento a fora paralela ao terreno que se ope ao rolamento das rodas de um equipamento, sobre a superfcie de um terreno ou pavimento.20

Essa resistncia conseqncia dos atritos internos, associada a flexo dos pneus e a penetrao dos pneus no solo. Fig. 11.

Figura 11 Resistncia ao rolamento

A resistncia ao rolamento obtida em funo do peso do equipamento, em toneladas, multiplicado pelo fator de resistncia ao rolamento extrado da Tabela III. O resultado dado em quilogramas. TABELA III Resistncia mdia ao rolamento Tipos de solos

Fator kgf/t Estrada compactada (dura), pavimento de concreto ou macadame 20 betuminoso Estrada em macadame hidrulico (piso sob o peso do pneu cede 30 levemente Estrada de terra estabilizada (penetrao dos pneus de 2 a 3 cm) 50 Estrada de terra no estabilizada (penetrao dos pneus de 10 a 15 75 cm) Estrada de terra solta, barrenta ou arenosa 150 Observao: A resistncia ao rolamento no aplicada aos tratores de esteiras. A esteira funciona como uma superfcie contnua sem deformaes, sobre a qual se desloca o equipamento. Considera-se ainda que nos tratores de esteiras, trabalha-se com a potncia na barra de trao, o que significa que as resistncias internas, opostas ao movimento j foram deduzidas. A resistncia ao rolamento pode ser designada pela sigla RRo.

2.3. RESISTNCIA DE RAMPAResistncia de rampa a fora paralela ao terreno que se ope a locomoo dos veculos e equipamentos nos aclives. Essa resistncia deve ser considerada para os equipamentos de rodas e de esteiras. Nos declives essa fora se soma a fora de trao e denominada de assistncia de rampa. A resistncia de rampa pode ser designada pela sigla RRa.

21

Figura 12 Resistncia de rampa

RRa = P . sen Para valores pequenos do ngulo , tem-se sen = tg , porm tg = i/100, onde i o aclive em porcentagem. Substituindo-se na frmula inicial sen por tg , teremos: RRa = P . tg RRa = P . i/100

Para se obter a fora RRa em kgf usando o valor de P em toneladas, deve-se multiplicar o numerador da equao por 1 000,0 kg, resultando: RRa = P . i . 1 000 / 100 RRa = 10 . P . i

2.4. INFLUNCIA DA ALTITUDENos motores de combusto interna a queima do combustvel se faz com o oxignio do ar atmosfrico e a expanso do gs resultante gera a fora motora. Rarefazendo-se o ar atmosfrico com o aumento da altitude poder ocorrer uma queima incompleta de combustvel face falta de oxignio, no interior do motor e como conseqncia haver uma perda de potncia. Essa perda de potncia se refletir no desempenho de trabalho de um equipamento se comparado o trabalho ao nvel do mar. A altitude afeta a todos o motores com aspirao natural do ar, no tendo efeitos apreciveis para os motores que possuem uma aspirao forada por compressores (turbinados). A literatura tcnica sobre o assunto, indica que se deve considerar uma perda de potncia da ordem de 3%, para cada 1 000 ps de altitude e somente ser considerada aps os primeiros 1 000 ps. A influncia de altitude pode ser designada pela sigla Ia. Seja Ap a altitude do local, em ps. Considerando a perda de potncia indicada, anteriormente, se tem:

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Considerando que 1 000 ps = 305 metros 300 m, pode-se obter a influncia da altitude, em metros (A): Ia =

, (para motores de 4 tempos).

Observao: a frmula vlida para motores de quatro tempos. Para os de dois tempos a perda de 1%, em cada 300 metros, no sendo considerados os primeiros 300 metros. Logo: Ia = , para motores de 2 tempos.

Exemplo de aplicao: Determinar a resistncia de rampa e rolamento oferecida ao deslocamento de um equipamento, composto por um trator de esteiras acoplado a um escreiper de rodas pneumticas. A operao se processa em um trecho de estrada estabilizada. Verificar a perda de potncia uma vez que o trabalho realizado a 1 200,0 metros de altitude. Dados: - peso do trator..................................................... 15,0 t; - potncia na barra de trao................................. 240 cv; - peso do escreiper............................................... 15,8 t; - peso do material transportado................................ 30,0 t; - rampa a vencer....................................................... 8 %. Resoluo: a) Resistncia ao rolamento: RRo = (15,8 + 30) x Fator de resistncia ao rolamento; RRo = 45,8 x 50 = 2 290,0 kgf b) Resistncia de rampa: RRa = 10 x 60,8 x 8 = 4 864,0 kgf c) Resistncia ao movimento: RRo + RRa = 2 290,0 + 4 864,0 = 7 154,0 kgf d) Influncia da altitude: Ia = (A 300) / 100 = (1 200,0 300) / 100 = 9 %

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Concluso: A potncia na barra de trao fica reduzida de 9 %, ou seja, passar de 240 cv, para 218 cv.

Figura 13 Ilustrao da composio de foras

2.5. ADERNCIAA aderncia a capacidade que tem as rodas motrizes (ou esteiras) de um equipamento de aderirem ao terreno. A aderncia varia de acordo com o peso aplicado pelas rodas motoras (ou esteiras), pelo desenho e da forma da banda de rodagem (ou forma e dimenses das garras da esteira), tipo e condies da superfcie do terreno. Quando as rodas ou esteiras giram em falso (patinam) a aderncia insuficiente.

Figura 14 Aderncia insuficiente (patinao)

A Tabela IV fornece os coeficientes de aderncia mais usuais. O produto resultante do peso transmitido pelo conjunto propulsor de um equipamento (rodas motrizes ou esteiras), pelo coeficiente de aderncia, fornece no sistema de unidades adotado, a mxima fora de trao possvel nesse terreno. Se for exigida uma maior trao, o equipamento patinar. TABELA IV Coeficientes de aderncia Terreno (superfcie) Concreto Terreno argiloso seco terra firme Terreno argiloso molhado Argila estrada mal conservada Areia solta Pedra Estrada de cascalho Terra solta

Pneus 0,90 0,55 0,45 0,40 0,30 0,65 0,36 0,45

Esteiras 0,45 0,90 0,70 0,70 0,30 0,65 0,50 0,6024

Maneiras usadas para aumentara a aderncia: a) Aumentar o peso sobre as rodas de trao; b) Aumentar o nmero de rodas de trao; c) Melhorar as condies do terreno; d) Colocar correntes nas rodas de trao. Peso transmitido ao solo por alguns tipos de propulsores: a) Escreiper rebocado por trator de esteiras. Fig. 15. Considera-se somente o peso total do trator

Figura 15 Escreiper rebocado por trator de esteiras

b) Escreiper rebocado por trator de rodas. Fig.16. Somente considerado o peso que transmitido pelas rodas de traoFigura 16 Escreiper rebocado por trator de rodas

c) Escreiper apoiado no trator de rodas. Fig. 17. Aproximadamente 40 % do peso do trator + escreiper +cargaFigura 17 Escreiper apoiado no trator de rodas

d) Moto escreiper com trao em duas rodas. Fig. 18. Aproximadamente 60 % do peso do moto escreiper + cargaFigura 18 Moto escreiper com trao em duas rodas

e) Moto escreiper com trao em quatro rodas. Fig. 19. Considera-se o peso total do conjunto moto escreiper + carga

Figura 19 Moto escreiper com trao em quatro rodas

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2.6. EFICINCIA DE TRABALHOEficincia de trabalho, tambm conhecida como fator de eficincia representada pela notao E. Se no houvesse perda de tempo na jornada diria de trabalho, a eficincia seria de cem por cento (100 %) e o valor do fator E, alcanaria a unidade (1,0). Esse valor s obtido em casos excepcionais. Em uma hora de trabalho dirio devem ser descontados os minutos perdidos por razes tais, como: a) Espera de unidades auxiliares; b) Pequenos reparos mecnicos e a manuteno preventiva; c) Breves pausas causadas pela fadiga do operador; d) Recebimento ou transmisso de instrues.

Um valor de E, igual a 0,75, exemplificando, que considerado um valor mdio, equivale a trabalhar, efetivamente, 45 minutos em 60 minutos de uma hora.

2.7. TEMPO DE CICLOTempo de ciclo de um equipamento o intervalo de tempo necessrio para a execuo de uma operao completa de uma srie de operaes repetitivas. Assim, o tempo de ciclo de um trator de lmina que empurra uma certa quantidade de terra, corresponde ao intervalo de tempo que o mesmo consome em, iniciar o movimento de empurrar a terra, parar, voltar, parar de novo e iniciar o movimento de empurrar uma nova carga. O tempo de ciclo pode ser decomposto em duas parcelas denominadas de tempo fixo e tempo varivel. - Tempo fixo: o necessrio para que um equipamento possa carregar (ou ser carregado), descarregar, fazer a volta, parar e iniciar um novo ciclo, tempo esse mais ou menos igual em um dado servio; - Tempo varivel: o necessrio para que um equipamento se locomova do local de carregamento, at o local onde efetua a descarga e retorne ao local de carregamento. Os tempos fixos podem ser obtidos de tabelas fornecidas pelos fabricantes de equipamentos, tabelas que indicam os tempos gastos em condies normais de trabalho. Essas tabelas auxiliam na elaborao de clculos de produo. aconselhvel determinar o tempo varivel com maior preciso no campo, registrando os tempos, efetivamente, gastos pelos equipamentos, em condies reais de servio.26

Notaes: - Tempo de ciclo............T; - Tempo fixo.................. tf; - Tempo varivel.............tv.

Obteno do tempo varivel em funo da velocidade de deslocamento v e a distncia mdia de transporte para um determinado percurso AB. e ,

Sendo: - t (tempo) em horas, porm t = tv; - e (distncia) em km; - v (velocidade) em km/h. Para obter no trecho AB, o tempo tv em minutos, continuando a velocidade de deslocamento ser expressa em km/h, o numerador da expresso deve ser multiplicado por 60 minutos:

conveniente trabalhar com a distncia de transporte no trecho AB, em metros, (e = d), para isso multiplica-se o denominador por 1 000,0 metros, redundando a expresso em:

Um circuito de trabalho percorrido pelo equipamento com velocidade varivel nos diversos trechos (AB, BC, CD, ..., MN), isto devido a rampas, declives, curvas, tipos de pistas, condies do terreno e outras. Considerando todos os (n) trechos do circuito, tem-se a seguinte equao que permite obter o tempo varivel do circuito:

tv = S.

0,06 .

Onde: n = n de trechos; dn= distncia em m, no trecho n; vn = Velocidade em km/h, no trecho n; tv = tempo varivel total, em minutos.

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Explicao grfica da influncia da altitude, resistncia ao rolamento e rampa, influncia da aderncia, marchas, velocidades possveis relacionadas com as foras de trao disponveis para um trator com transmisso mecnica e outro com conversor de torque. Fig. 20.

Figura 20 Grficos das influncias sobre o rendimento dos equipamentos

Interpretao: Os tratores, nesse exemplo, s podem dispor de uma fora de trao de 3 500,0 kgf, em funo da aderncia e da altitude. Ambos os tratores tm que vencer 2 000,0 kgf de resistncias provocadas pelo rolamento e rampa. O trator de transmisso mecnica poder usar a primeira marcha e a segunda marcha e sua maior velocidade de trabalho na segunda marcha corresponde a 4 km/hora. O trator com conversor de torque poder usar a 1 e a 2 marcha. Possuindo a maior velocidade de trabalho na 2 marcha que corresponde mais ou menos 6,4 km/hora.

3.0. MQUINAS TRATORAS 3.1. TRATORES DE ESTEIRASTrator a mquina automotora especialmente construda para empurrar outra(s) mquina(s). e/ou acionar implemento(s) a ela adaptado(s), podendo ser: a) De esteiras trator que se movimenta por meio de esteiras; b) De roda trator que se movimenta sobre rodas, podendo ter chassis rgido ou articulado; c) De trao combinada trator que se movimenta sobre rodas e esteiras, podendo ter chassis rgido ou articulado. Observao: definies de acordo com a TB 51. A caracterstica mais importante dos tratores de esteiras a prpria esteira. A esteira em si constituda pelo conjunto de pinos, buchas, elos e sapatas.28

Esse conjunto fechado atravs de um pino mestre que possui a caracterstica de ser removvel em relao aos outros pinos que so fixados com maior presso. A esteira se desloca no mesmo sentido do movimento do trator, de forma a proporcionar um trilho para a roda guia e roletes. Assemelha-se este movimento ao deslocamento de uma locomotiva sobre uma cremalheira. O trator possui uma roda dentada (motriz) que se engrena nas buchas da esteira proporcionando a fora de trao que impele os roletes a se deslocarem sobre os elos fixos das sapatas. As sapatas normais (standard) dos tratores so dimensionadas para distribuir ao solo uma presso de 0,5 kgf/cm2, referente ao peso total do trator. Vantagens do trator de esteiras: - Maior capacidade de trao em terrenos pouco aderentes; - trabalha em qualquer condio topogrfica; - Prescinde de pistas ou estradas para trabalhar; - Opera em terrenos de baixo suporte; - tem grande versatilidade de uso. Desvantagens: - Possui pequena velocidade de trabalho; - No pode ser usado para deslocamentos longos; - exige cuidados especiais ao se deslocar em superfcies acabadas ou duras.

Figura 21 Trator de esteiras

Emprego dos tratores de esteiras Os tratores de esteiras so indicados para os trabalhos seguintes: a) Gerais de reboque; b) Como unidades de trao de equipamentos de escavao que operam em velocidades baixas e em rampas fortes, em terrenos pouco consistentes; c) Como unidade escavadora quando dotado de lmina frontal; d) Como unidade carregadora, em terrenos imprprios para mquinas sobre rodas, quando dotado de concha frontal; e) De trao de escarificadores e rolos de compactao.

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3.2. TRATORES DE RODAS.

Figura 22 - Trator de rodas

Vantagens: - Fcil manobra, conduo e operao; - Tem boas velocidades de deslocamento em estradas e superfcies regularizadas, alcanando velocidade de 40 km/h; - Podem ser usados para longos deslocamentos Desvantagens: - Necessitam de pistas regularizadas; - Os terrenos devem estar secos para sua operao; - Possuem pouca aderncia em terrenos argilosos.

4.0. EQUIPAMENTOS DE ESCAVAOOs equipamentos de escavao podem ser subdivididos nos seguintes grupos, em funo do tipo de servio de escavao a que se destinam; 1) Equipamento escavador deslocador; 2) Equipamento escavador transportador (scraper); 3) Equipamento nivelador; 4) Equipamento escavador elevador; 5) Equipamento escavador carregador.

Figura 23 Equipamentos de escavao

4.1. EQUIPAMENTO ESCAVADOR DESLOCADORSo equipamentos que executam inmeros servios em obras de escavao, constituindo-se na base fundamental da mecanizao na terraplenagem. As

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mquinas (tratores) se completam como equipamentos de escavao e transporte, pela colocao do implemento denominado de lmina. em funo do tipo de lmina esses equipamentos escavadores podem ser subdivididos em tratores com lmina: a) Reta; b) Angulada; c) Ajustvel; d) Inclinvel. Trator com lmina reta Tem esse equipamento outras denominaes, como: trator de lmina reta, ou trator de queixo duro. (bulldozer). O implemento colocado no trator um robusto suporte metlico que tem sua frente uma lmina de ao montada perpendicularmente ao eixo longitudinal do trator. A lmina tem apenas dois movimentos, um de elevao e outro de abaixamento, ambos executados atravs de cilindros hidrulicos. O extremo inferior da lmina e suas laterais tm as bordas constitudas com ao extremamente duro, para melhor resistir abraso. (So bordas substituveis). o equipamento indicado para escavao e transporte dos materiais em linha reta, desmonte de materiais e rochas pouco duras, deslocamento de blocos de pedra. Isto tudo, devido slida construo oferecida pelo conjunto mquina/lmina. Fig. 24.

Figura 24 Trator de lmina reta (buldozer)

Observao: bulldozer a denominao em lngua inglesa; buldozer a denominao adotada para o Brasil pela ABNT, na TB-51. Trator com lmina angulada Outras designaes atribudas a esse equipamento: trator de lmina oblqua, angledozer. A sua lmina de construo semelhante do bulldozer. A diferena est no sistema de suporte da lmina o qual permite, alm dos movimentos de elevao e abaixamento, o posicionamento da lmina de forma perpendicular (reta) ou formando ngulos com o eixo longitudinal do trator (O usual de at 25, esquerda ou direita).

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Uma lmina do tipo angulvel, comparada com a do bulldozer, apresenta menor altura, porm tem maior comprimento. Fig. 25.

Figura 25 Trator com lmina angulvel.

Trator com lmina ajustvel Tambm chamado de tipedozer (tipdozer). O ajuste da lmina obtido atravs de um conjunto de peas adaptadas ao bulldozer ou ao angledozer o qual d um novo posicionamento para a lmina. A lmina poder ser movida e fixada em uma nova posio em relao a um eixo horizontal, aumentando ou diminuindo o seu ngulo de ataque, em relao ao terreno. Essa montagem permite rolar a terra na frente da lmina, com melhor aproveitamento no transporte do material. Fig. 26.

Figura 26 Trator com lmina ajustvel

Trator com lmina inclinvel Tambm chamado de tiltedozer (tiltdozer), outra forma de dar outra fixao para a lmina em relao a um plano de apoio do conjunto de esteiras. O equipamento efetua com essa nova disposio, cortes a meia encosta e abertura de valetas. Fig. 27.

Figura 27 Trator com lmina inclinvel

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Emprego dos tratores com lmina frontal - Abertura de caminhos de servio e preparo da plataforma de rodagem para outros equipamentos; - Desmatamento, limpeza e destocamento; - Construo de aterros com emprstimo lateral a curtas distncias e pouca altura; - Cortes com bota-fora, em terrenos com forte inclinao lateral ou longitudinal, cortes altos e com pequena extenso; - Cortes com pequena distncia de transporte; - Regularizao de terrenos (grosseiro nivelamento); Remoo de troncos ou blocos de pedra; Espalhamento de materiais depositados pelos caminhes basculantes e escreipers; Operao de trao como deslocador de escreipers. O transporte de materiais de escavao, com os tratores com lmina s econmico at as seguintes distncias mximas: - tratores de esteiras .............................................. 100 metros; - tratores de rodas .................................................. 150 metros. Observaes: 1) Existem outros tipos de lminas para trabalhos especficos, como: remoo de neve; desmatamentos; empurramento de outros equipamentos (pusher). 2) Entre parnteses ( ), a denominao em ingls. Produo horria A produo horria dos equipamentos escavadores deslocadores de rodas ou esteiras ode ser obtida diretamente de grficos fornecidos pelos fabricantes desses equipamentos. Os grficos so elaborados para as condies timas de operao, sendo movimentado o material de escavao em terreno plano. Fig. 28.

Figura 28 Grfico de produo horria

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Na falta de grficos de produo ou no caso em que o trabalho se faa em declives (ou aclives), a produo ser calculada em funo da capacidade de corte da lmina, do tempo de ciclo, do tipo de terreno e da porcentagem do declive.

Figura 29 Capacidade de corte da lmina

Capacidade de corte da lmina: - C = capacidade de corte, em m3; - = ngulo de talude do material; - h = altura da lmina, em metros; - c = comprimento da lmina, em metros; - b = base do tringulo = h/tg ; rea da seo: S = b . h/2 = h2/2.tg Caso a seo fosse constante em todo o comprimento da lmina, o volume arrastado de material, em terreno plano seria: (C, em metros cbicos). Porm, a seo no constante para alguns ipos de materiais, razo pela qual aplicado um coeficiente corretivo na frmula que fornece a produo horria, conforme a Tabela V.

TABELA V Valores de Material Terra comum, argila seca solta Areia, cascalho, terra molhada Rocha escarificada ou dinamitada

1,0 0,8 0,6

O ngulo de talude do material de escavao () depende da composio do terreno, do teor de umidade, ngulo que poder ser determinado no local de trabalho, aps o trator ter iniciado a escavao e parado em terreno plano. Esse ngulo, em clculos prvios , praticamente, igual a 45, ficando a tg = 1.

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Operaes em declives (ou aclives) A capacidade de transporte da lmina em declives maior do que a capacidade da lmina ao trabalhar no plano. (caso oposto ocorrer quando o equipamento operar em aclive).

Figura 30 Operao em declive (ou aclive)

Da figura 30, se obtm as seguintes relaes: - em declives: tg = tg ( - ) - em aclives: tg = tg ( + ) A Tabela VI, fornece diretamente os valores de tg para declives ou aclives em funo da porcentagem desses declives (ou aclives). Nessa tabela considerou-se o ngulo = 45. Aplicam-se esses fatores na frmula da capacidade de corte da lmina. TABELA VI Valores de tg Declives em % 0 5 10 15 20 25

tg 1,00 0,90 0,81 0,74 0,66 0,60

Aclives em % 0 5 10 15 20

tg 1,00 1,10 1,22 1,35 1,50

Valores intermedirios podem ser obtidos atravs de interpolao. Frmula de produo horria dos tratores com lmina:

Onde: Ph = produo horria, em metros cbicos/hora; T = tempo de ciclo, em minutos; C = capacidade de corte da lmina,em m3; E = eficincia do trabalho; f = fator de empolamento (Tabela I); = fator de correo obtido na Tabela V.35

Produo em servios de desmatamento obtida em funo da potncia da barra de trao e do dimetro das rvores, conforme a Tabela VII:

TABELA VII Produo em desmatamentos Dimetro da rvore Potncia na barra de Potncia na barra de em cm trao, at 115 cv trao, acima de 115 cv 2 At 15 835 m /h 1 000 m2/h 15 a 30 3 a 9 min/rvore 2 a 6 min/rvore 30 a 90 5 a 20 min/rvore 5 a 20 min/rvore Observaes: No clculo da produo horria de tratores com lmina frontal, podem ser usados alguns valores mdios que auxiliam na determinao da produo horria: a) Fator de eficincia do trator - E = 0,8 (para trator de esteiras); - E = 0,7 (para trator de rodas). b) Velocidade de trabalho (tratores de esteiras), quando no conhecidas, podem ser utilizadas as seguintes: - escavao pesada, 1 marcha............... 3,5 km/h; - escavao leve, 2 marcha.................... 6,2 km/h; - retorno a r, 3 marcha.......................... 11,0 km/h. c) Tempo fixo (tf) - Mudana de cada marcha (frente r ou r frente), na mesma velocidade, adotar: tf = 0,10 minutos; - Mudana de cada marcha (frente r ou r frente), usando velocidades diferentes, adotar: tf = 0,20 minutos. Exerccio de aplicao Determinar a produo horria provvel de um trator com lmina reta em um servio de escavao de terra comum seca, conhecendo-se os seguintes dados: - Velocidade de trabalho frente.................... 6,0 km/h (obtida no local); - Velocidade de trabalho r.......................... 10,5 km/h (obtida no local); - Distncia mdia de transporte...................... 90,0 metros; - Comprimento x altura da lmina................... 4,5 x 1,2 metros; - Tempo fixo, obtido no local de trabalho........ 0,36 minutos. O trabalho se desenvolve em terreno plano. Pergunta-se: Qual seria a produo horria se o trator fosse operado com declive de 10 %?

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Soluo: a) Capacidade de transporte da lmina, em terreno plano (C): C = c . h2/2 tg ; Substituindo: c = 4,5; h = 1,2; = 45; C = 4,5 x 1,2 x 1,2/2 = 3,24 m3, no plano. b) Capacidade de transporte, com declive de 10%: (Tabela VI) C = 4,5 x 1.2 x 1,2/2 x tg = 4,5 x 1,44 x / 2 x 0,81 = 4,0 m3 c) O fator de correo devido ao empolamento (f), retirado da Tabela I igual a 0,79. d) O tempo varivel deve ser obtido pela expresso: tv = ; - dn = 90 metros, na ida e na volta. - a velocidade na ida de 6,0 km/h; - a velocidade na volta de 10,5 km/h; tv = 0,06 x 90 / 6,0 + 0,06 x 90 / 10,5 = 0,9 + 0,51 = 1,41 minutos e) Determinao do tempo de ciclo (T) = tempo fixo (t f) + tempo varivel (tv) T = 0,36 + 1,41 = 1,77 minutos Observao: outros dados podem ser obtidos pelos valores mdios, como E = 0,8 e = 1,0; f) Determinao da produo horria Ph = (60 . C . E . f . ) / T = (60 x 3,24 x 0,8 x 0,79 x 1,0) / 1,77 = 69,4 m3/h (no plano). Para a determinao da produo horria com o trator trabalhando em um declive de 10%, o valor de C deve ser alterado de 3,24 m3 para 4,00 m3. Ph = (60 x 4,0 x 0,8 x 0,79 x 1,0) / 1,77 = 85,679 = 85,7 m3/h.

4.2. EQUIPAMENTO ESCAVADOR TRANSPORTADOR o equipamento capaz de executar a escavao do material, recolhe-lo em uma caamba, efetuar o transporte desse material ao local conveniente e promover a sua descarga. As mais antigas escavadoras transportadoras eram as rudimentares ps de arrasto de trao animal que operavam em terrenos j desagregados atravs de arados (escarificadores). Fig. 31.

Figura 31 P de arrasto

A seguir foram utilizados os cilindros escavadores de trao motorizada, usados para curtas distncias, em torno de 35 metros e com capacidade de at 2 metros cbicos.37

Os escreipers atuais podem ser rebocados ou auto propulsados e so constitudos por uma caamba, em cujo fundo, so fixadas lminas cortantes responsveis pela escavao do material. A trao a que submetido o escreiper produz, simultaneamente, a escavao e o enchimento da caamba na operao de carregamento. Esse equipamento responsvel pela grande revoluo dos servios de escavao transporte descarga e espalhamento de materiais, pelo fato de executar todas essas operaes com um nico operador. Vantagens: a) Economia de tempo na execuo dos servios; b) Baixo custo de operao; c) Simplicidade de operao; d) Elevada produo. Desvantagens: a) Equipamento de grande porte; b) Custo elevado de aquisio; c) Custo elevado de manuteno; d) Somente apresentam vantagens financeiras se usados de forma contnua. Partes principais de um moto-escreiper:

Figura 32 Moto-escreiper

1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

Caamba; Lmina; Avental; Ejetor; Rodas; Lmina para trao; Apoio para trao.

Caamba: o recipiente de recebimento e depsito do material escavado, composto pelo fundo e lados construdos em chapas de ao, podendo, atravs de comandos dados pelo operador, ser levantada ou abaixada e para o transporte do material e sua descarga, ficar levantada. Lminas: situadas na parte inferior da caamba, so responsveis pelo corte do material de escavao. Nos escreipers de grande e mdio porte, so trs em nmero, podendo ser substitudas (quando desgastadas pela abraso).

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Avental: se constitui na parede dianteira da caamba, tendo a particularidade de ser mvel. Levantado, proporciona a abertura da caamba para o carregamento (ou descarga). Abaixado, fecha a caamba. Ejetor: a parede traseira da caamba, tem um movimento para frente ou para traz. A finalidade do ejetor mover o material no interior da caamba para esvazila durante a descarga. Rodas: com pneumticos de grande dimetro e grande rea de contato com o solo, auxiliam na compactao do material durante a descarga. Lmina de auxlio para a trao: uma lmina reforada e de tamanho reduzido que se destina a auxiliar no esforo de trao a outro moto-escreiper. Apoio para a trao: uma armao metlica de grande resistncia que tem a finalidade de receber o esforo adicional de trao de outro trator ou de outro motoescreiper. O movimento da caamba, avental e ejetor, dependendo do modelo do escreiper e do sistema adotado pelo fabricante, podero ser acionados atravs de cabos de ao, mbolos hidrulicos ou motores eltricos. Capacidades dos escreipers: a) Nominal ou rasa: indica o volume interno da caamba; b) Coroada, mxima ou empolada: a designao do volume mximo que se pode colocar em um escreiper e transportar no havendo perdas no trajeto de transporte. Tipos de trao para escreipers: a) Trator de esteiras: um sistema ainda usado, devendo a distncia de transporte ser compatvel ao seu emprego. O trator de esteiras desenvolve velocidades de deslocamento muito inferiores ao de pneus (de 6 a 12 km/h), embora tenha uma maior fora de trao. A distncia mxima preconizada para tratores de esteiras corresponde a 300 metros. b) Trator de rodas pneumticas: Pode ser de duas e de quatro rodas. O trator de duas rodas acoplado, diretamente, ao escreiper. Os tratores de rodas chegam a desenvolver velocidades de transporte de at 50 km/h. Os equipamentos escavadores carregadores tracionados pelos tratores de rodas operam, economicamente, at um limite de 3 000 metros. De modo geral os escreipers de rodas, necessitam do auxlio de um trator de empurrador (pusher) com lmina frontal adaptada, para o trabalho de carregamento.

39

Formas de carregamento dos escreipers: 1) Carga pela trao de um trator de esteiras: nesse caso o equipamento por si s executa a escavao, a carga, o transporte e a descarga do material. Fig. 33.

Figura 33 Escreiper tracionado por trator de esteiras

2) Carga com auxlio de outro trator: Aplica-se ao escreiper que tracionado pelo trator de rodas que no disponha de suficiente fora de trao. Fig. 34.

Figura 34 Carga com trator auxiliar

3) Moto-escreiper auto carregvel: o equipamento que por inovaes introduzidas pelos fabricantes carrega a caamba sem necessidade de um trator auxiliar. Podem ser citados os moto-escreipers com trao em todas as rodas (de dois motores), os dotados de esteiras elevadoras e os moto-escreipers que operam em tandem. 3.1) Moto-escreiper com dois motores: Possui dois motores tendo todas as suas quatro rodas motoras com fora de trao suficiente para efetuar o seu prprio carregamento. Fig. 35.

Figura 35 Moto-escreiper com dois motores

3.2)

Moto-escreiper com esteira elevadora: Nessas unidades a carga da caamba executada por uma esteira que eleva o a material escavado lanando-o no interior da mesma. Fig. 36.

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Figura 36 Moto-escreiper com esteira elevadora

3.3)

Moto-escreiper com operao em tandem: Denomina-se o trabalho em tandem quando os moto-escreipers forem adaptados com dispositivos de engate entre si, na fase de carregamento. Engatados, o primeiro moto-escreiper executa a escavao e o enchimento de sua caamba auxiliado pela fora de trao do outro. Completada a carga, passa a auxiliar com sua fora de trao, na fase de escavao e carregamento do segundo. Completado o carregamento dos dois, se faz o desengate e as unidades se dirigem, isoladamente, ao local de descarga. Fig.37.

Figura 37 Moto-escreipers em tandem

Observao: Essa forma de operao conhecida tambm como arranjo em push-pull, segundo o Manual de Produo da Caterpillar. Frmula da Produo Horria A produo horria do equipamento escavador transportador pode ser calculada pela expresso:

Sendo: Ph = Produo horria em m3, de material escavado; C = Capacidade nominal ou rasa do escreiper, em m3; E = Eficincia do trabalho. Usar: E = 0,8 (trator de esteiras); E = 0,7 (trator de rodas). = Fator corretivo para a obteno do volume escavado obtido na Tabela VIII. T = Tempo de ciclo. O fator leva em conta a compactao que o material escavado sofre ao se na caamba. Esse valor multiplicado pelo volume interno da caamba (ou nominal) fornece o volume, realmente, escavado.41

Outra forma de obter o volume escavado (menos exata, no caso) poderia ser obtida pelo produto do volume empolado da caamba com o fator f, porm no se est, ento, considerando a compresso do material na caamba. Tempo de ciclo: T = tf + tv

O tempo fixo (tf) pode ser obtido como segue: tf = 2,5 minutos, para C 11,7 m3; tf = 3,0 minutos, para C 11,7 m3; tv = 0,06 (dn/vn)

TABELA VIII Fator de enchimento da caamba = 0,95 = 0,85 Argila calcrea Argila Argila arenosa Terra vegetal Terra negra Rocha argilosa Terra comum compacta

= 0,75 Areia limpa Pedregulho fino e solto Argila mida Solo de dunas Pedregulho com argila

Potncia necessria a um trator para auxiliar um escreiper de rodas: Considerar de 8 a 10 cv, para cada metro cbico da capacidade rasa do escreiper de rodas para que o carregamento se processe a uma distncia de 20 a 30 metros. Nmero de escreipers servido por um trator auxiliar (pusher): Conhecendo-se o tempo de ciclo e o tempo de ciclo dos escreipers (T c) que devem ser de modelos semelhantes, para terem o mesmo tempo de ciclo e i tempo de ciclo do trator empurrador (T t), em servio de pusher, o nmero de escreipers (N), atendidos pelo trator ser:

O tempo de ciclo do trator auxiliar em mdia de 1,5 a 2,0 minutos. Exerccio: Um escreiper tracionado por um trator de esteiras e efetua um corte em terra comum, lanando o material de escavao em um aterro, cuja distncia mdia de transporte de 200 metros. Determinar a produo horria sabendo-se que o transporte se faz em aclive de 3%, em estrada de terra no estabilizada, em um local que est a uma altitude de 1 100,0 metros.42

Especificaes: Peso do trator ....................................... Tempo fixo ............................................ Peso vazio do escreiper ....................... Capacidade rasa da caamba .............. Capacidade coroada ............................ Caractersticas do trator: Marcha 1 2 3 4 5 6 Resoluo: a) Resistncia ao rolamento (ida): RRo = (peso do escreiper + carga) x (Fator de resistncia ao rolamento). Tabela III. Adotar: 75 kgf/t. Peso da carga: pode ser obtido multiplicando o volume da caamba coroada pelo peso especfico da terra comum seca. Tabela I. Adotar: 1,513 tf/m3. Peso da carga = 14,0 x 1,513 = 21,182 tf. RRo = (9,100 + 21,182) x 75 = 2 271,0 kgf (na ida); b) Resistncia ao rolamento (volta): RRo = (peso do escreiper) x (Fator de RRo); RRo = 9,100 x 75 = 682 kgf; c) Resistncia de rampa (ida): RRa = 10 . P . i = 10 . (14,3 + 21,182 + 9,1) x 3 + 10 x 44,582 x 3 = = 1 337,0 kgf; Observao: Resistncia de rampa, na volta, se torna uma assistncia e passa a ajudar na trao (muda de sinal). RRa = 10 x (14,3 + 9,1) x 3 = 10 x 23,4 x3 = 702 kgf (-); d) Resistncias oferecidas, ao deslocamento: Velocidade (km/h) 2,3 3,4 4,8 6,3 7,2 9,3 Fora de trao (kgf) 17 000,0 11 525,0 7 777,0 5 998,0 5 100,0 3 300,0 14 300 kgf 2,5 minutos 9 100 kgf 10,7 m3 14,0 m3

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- Ida .............. 2 271,0 + 1 337,0 = 3 608,0 kgf; - Volta .............. 682,0 + (- 702,0) = - 20,0 kgf. e) Influncia da altitude: Ia = (A 300) / 100 = (1 100 300) / 100 = 8,0 %; A influncia da altitude se refletir em todas as marchas como perda na foras de trao. Ser calculada a perda, na 5 e na 6 marcha: - 5 marcha .... 5 100 x 0,92 = 4 592,0 kgf (com perda de 8 %); - 6 marcha .... 3 300 x 0,92 = 3 036,0 kgf (com perda de 8 %). Pode-se afirmar que a maior velocidade na ida, em funo da resistncia ao movimento, s pode ser feita na quinta marcha ou a 7,2 km/h e na volta na sexta marcha ou a 9,3 km/h. f) Determinao do tempo varivel: Tempo varivel (tv) = [(0,06 x 200) / 7,2] + [(0,06 x 200) / 9,3] = 1,66 + 1,29 = 2,95 minutos; g) Determinao do tempo de ciclo (T): T = (tempo fixo) + (tempo varivel) = 2,5 + 2,95 = 5,45 minutos; h) Produo horria: Com todos os elementos disponveis, torna-se possvel, calcular a produo horria do escreiper considerado. Ph = (60 . C . E . ) / T = (60 x 10,7 x 0,8 x 0,95) / 5,45 = 89,52 m3/h; Ph = 89,52 m3/h.

4.3. EQUIPAMENTO NIVELADOR (NIVELADORAS)So mquinas equipadas com lmina dotada de uma variada movimentao, pois pode ser levantada ou abaixada, girar em torno de um eixo e ter o movimento de translao provocado pelo deslocamento do seu conjunto. um equipamento adequado para nivelar, conformar superfcies e taludes, abrir valetas de pouca profundidade e espalhar materiais sobre superfcies. Podem ser as niveladoras denominadas de: a) Motoniveladora, quando a unidade propulsora parte integrante da mquina; b) Niveladora rebocvel, quando a unidade propulsora no parte integrante da mquina. (TB-51, 1978).

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Figura 38 Motoniveladora partes principais

Partes principais de uma motoniveladora: 1) Rodas motrizes: geralmente em nmero de quatro e em tandem, proporcionam elevada trao e permitem ultrapassar desnveis; 2) Eixo dianteiro arcado e oscilante: permite excelente adaptabilidade das rodas dianteiras com as irregularidades da superfcie do terreno devido possibilidade de girar (oscilar) e ultrapassar sem tocar na leiva do material lanado sobre o solo; 3) Rodas dianteiras inclinveis: facilitam, com a inclinao, as manobras e contrape as foras inclinadas ao eixo longitudinal, quando a lmina utilizada em posio diferente da posio reta; 4) Escarificador: esse implemento permite uma desagregao do material do solo, muitas vezes necessria na recomposio de estradas de terra; 5) Lmina: montada em um aro metlico giratrio, pode assumir inmeras posies de trabalho e tem um giro de 360, no plano horizontal e um giro de at 90, no plano vertical. O aro metlico que sustenta a lmina permite ainda que esta seja abaixada ou levantada no todo ou em um de seus cantos. Em algumas motoniveladoras modernas, a lmina pode ainda ser alongada direita ou esquerda. Servios usuais da motoniveladora: a) Capina da vegetao rasteira, com um corte leve; b) Corte do terreno; c) Acabamento de taludes; d) Abertura de valetas pouco profundas; e) Acabamento de superfcies, nivelamento; f) Mistura e espalhamento de materiais; g) Escarificao leve (quando tem o implemento escarificador); h) Como equipamento escavador deslocador (se dotada de lmina frontal). Um dos mais importantes servios executados pelas motoniveladoras vem a ser o nivelamento de estradas de terra ou com um revestimento primrio. Com cinco passadas no leito da via, regularizada a pista. Duas passadas, uma de cada lado, regularizam as valetas e o acostamento deixando duas leivas de material na pista. Seguem mais duas passadas que executam meia pista de cada lado e na quinta passada, regularizado o centro da pista. A Fig. 39 ilustra melhor os procedimentos descritos.

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Figura 39 Regularizao de estradas de terra.

Observaes: a) Alm dos implementos normais adicionados com os j mencionados, existe outro que consiste em um conjunto de conchas que recolhem o material escavado, o elevam e o despejam de certa altura, sobre uma unidade de transporte. Neste caso a motoniveladora chamada de niveladora elevadora ou elevating grader. b) A capacidade de escavao e a fora de trao so muito dependentes do ngulo de ataque da lmina em relao ao plano do terreno. O material escavado deve rolar em frente da lmina, quando ela estiver devidamente regulada, para atender as presses exercidas pelo material de escavao.

Figura 40 Rolagem do material na frente da lmina.

Produo de motoniveladoras Como as motoniveladoras so empregadas, na maioria dos casos, na regularizao de superfcies e o volume de material escavado logo revolvido, procura-se conhecer qual o tempo total em horas, despendido na execuo de um determinado servio.

Sendo: th = Tempo total, em horas; N = Nmero de passadas, para completar um tipo de operao; d = distncia percorrida, em cada passada, em km; v = velocidade de cada passada, em km/h; E = Fator de eficincia, igual a 0,60.46

Exerccio: Determinar o tempo de utilizao de uma motoniveladora no servio nivelamento de 18,0 km de estrada, admitindo-se a necessidade de cinco passadas, sobre a pista, assim distribudas: Para a execuo das valetas de drenagem so previstas duas passadas a 6,0 km/h e duas passadas, cada uma para regularizao de meia pista, feitas a 9,0 km/h. A regularizao do centro da pista feita com uma passada, a 15,0 km/h. Soluo:

a) thv = (2 x 18,0) / (6,0 x 0,60) = 10,0 h; b) thp = (2 x 18,0) / 9,0 x 0,60) = 6,7 h; c) thcp = (1 x 18,0) / 15,0 x 0,60) = 2,0 h. th =

4.4. EQUIPAMENTO ESCAVADOR ELEVADOR (ESCAVADEIRAS)As escavadeiras possuem a caracterstica de executar a escavao com a mquina estacionada, isto , sem se deslocarem na fase do carregamento de sua concha ou caamba. Escavam em terrenos brandos e em alguns casos duros, descarregam ao lado o material e podem proceder a descarga em unidades de transporte, se forem do tipo ps mecnicas. Quando efetuam o carregamento de rochas, essas so desagregadas com explosivos. Neste caso a escavadeira, somente, movimenta o material. Partes principais de uma escavadeira: 1) Cabine de comando; 2) Base; 3) Lana; 4) Brao; 5) Caamba ou concha.

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Figura 41 Partes de uma escavadeira.

As escavadeiras podem ser construdas, quanto sua base de apoio, sobre: Esteiras; Rodas pneumticas; Chassi ferrovirio; Chassi rodovirio; Patins; Barcaas. Base de esteiras: Tem emprego em terrenos de baixa consistncia. As esteiras possibilitam o deslocamento em rampas de ate 30 %. As escavadeiras de esteiras devem, na escavao, operar com a sua base em terreno plano devido a razes de segurana. Base de pneus: Utilizada em escavadeiras de porte relativamente pequeno. O equipamento no tem condies de operar em todo o tipo de terreno. Para dar maior segurana na fase de escavao e giro, tem a escavadeira, apoios de ps metlicos (sapatas) retrteis. Base sobre chassi ferrovirio: Uso muito restrito e com limitao da rea de trabalho. Base sobre chassi de caminho: Para essa base so fabricadas escavadeiras de pequeno porte. Sua principal vantagem a facilidade de deslocamento de uma frente de trabalho, para outra. Tem limitaes de emprego em funo do tipo de terreno, exigindo o uso de ps metlicos (sapatas) retrteis. Base sobre patins: Uso limitado para escavadeiras de porte descomunal (para servios de minerao, por exemplo). Possui patins que permitem o posicionamento da escavadeira e o seu deslocamento no local da escavao. Base sobre barcaas: Tem o equipamento, facilidade de deslocamento em meio lquido. Utilizam caambas de arraste (drag-line) ou mandbulas (clam-shell).

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Lana: Estrutura metlica de comprimento varivel conforme o tipo de escavadeira e fica apoiada sobre a plataforma da estrutura giratria, podendo ter um movimento de levantamento ou abaixamento, para o atendimento de condies de servio. A lana sustenta o brao. Brao: Estrutura metlica que completa a escavadeira de caamba frontal (shovel). Caamba: o recipiente que alm de escavar o material, serve de depsito do mesmo, durante a manobra, at o seqente descarregamento. Embora no se tenha dado destaque cabine de comando esta, como nome indica, contm os elementos de comando da escavadeira, assim como tambm o motor. O motor pode ser de combusto interna ou mesmo eltrico. A cabine de comando montada em uma plataforma dotada de movimento de giro horizontal sobre a base. Tipos de escavadeiras: As escavadeiras, segundo a maneira de proceder a escavao e devido forma construtiva do implemento escavador, podem ser agrupadas com segue: 1) Com caamba frontal (shovel); 2) Com caamba invertida (retro-escavadeira); 3) Com caamba de arrasto (drag-line); 4) Com caamba de mandbula (clam-shell); 5) Com caamba de articulao mltipla (orange peel); 6) Com caamba de garra. Escavadeira com caamba frontal (shovel): uma mquina automotora ou estacionria, provida de lana articulada, (tambm chamada de torre, em algumas publicaes), com brao igualmente articulado, tendo na sua extremidade uma caamba de fundo mvel. A combinao do movimento da lana e do brao giratrio, permite que a escavao se faa no sentido de baixo para cima e para frente e que a caamba seja levantada. O giro da lana permite que a caamba seja deslocada no plano horizontal para uma posio de descarga que executada com a abertura do fundo da caamba. O shovel o equipamento ideal para ser empregado em servios pesados devido grande fora de escavao obtida na borda cortante da caamba e segurana que possui, em seus movimentos. Fig. 42.

Figura 42 Escavadeira com caamba frontal (shovel).

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Ciclo de trabalho: Um ciclo de trabalho completo do shovel compreende as seguintes operaes: escavao, giro, descarga e giro de retorno. Assim: Escavao: Na escavao o brao movimentado frente at a caamba encontrar o talude a escavar. A seguir a caamba elevada pelo brao, nessa operao raspado o talude e o material assim escavado vai preenchendo o bojo da caamba. O talude deve ter um metro e meio de altura, para que o preenchimento da caamba se faa em uma nica operao, isto para os equipamentos de pequeno e mdio porte. Se o talude for baixo e no permitir o preenchimento da caamba em uma nica operao, o material ser depositado ao p do alude e reiniciada uma nova escavao. Giro: Ao ser completada a carga da caamba, a escavadeira deve girar at o ponto de descarga do material. O ponto de descarga pode se no terreno ao lado da escavadeira ou sobre unidades de transporte. Se em unidades de transporte, estas devem ser posicionadas de um modo que ofeream um menor giro da lana. Descarga: A caamba deve ser abaixada sobre o terreno (ou veculo de transporte) e atravs de um meio mecnico ou hidrulico aberta a parte inferior da caamba (fundo), para a descarga. Retorno: a fase improdutiva, quanto menor o giro, menor ser o tempo de retorno para o incio de novo ciclo de trabalho. Observao: O shovel escava o material situado, de preferncia, um pouco acima do nvel de sua base e em certos casos, em um nvel um pouco inferior. O carregamento das unidades de transporte pode ser feito em planos diferentes daquele em que operar o shovel. Empregos do shovel: a) Escavao de taludes; b) Deslocamento, carregamento e descarga de blocos de rocha; c) Escavao em reas restritas; d) Carregamento de unidades de transporte; e) Carregamento de bocas de alimentao de correias transportadoras; f) Formao de depsitos a cu aberto (montes) de materiais. Escavadeira de caamba invertida: Conhecida, tambm, com retro-escavadeira equipada com implemento frontal, constitudo de lana segmentada que articula na sua extremidade uma caamba, em posio inversa do shovel. Fig. 43.

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Figura 43 Escavadeira de caamba invertida (retro-escavadeira).

Esse implemento tem sua maior eficincia quando escava em um nvel inferior ao de apoio de sua base. Fig. 44.

Figura 44 Operao em nvel inferior ao da base.

O funcionamento da retro-escavadeira semelhante ao do shovel, diferindo quanto descarga da caamba. O carregamento feito pela boca e a descarga , igualmente, pela boca da caamba. Escavadeira com caamba de arrasto (drag-line) As escavadeiras do tipo drag-line tm uma longa lana acoplada a polias e cabos de ao que arrastam a caamba (p de arrasto) sobre o material que est sendo escavado. Quando cheia a caamba, esta levantada e girada no ar at o ponto de descarga. Nesse ponto, pela ao de um cabo de controle, a caamba invertida, ficando com sua boca para baixo, despejando assim do seu interior, o material. A Fig.45 ilustra o formato da caamba.

Figura 45 Caamba ou p de arrasto.

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Emprego da escavadeira com caamba de arrasto: a) Desmonte de capas de jazidas e pedreiras; b) Abertura de valas e canais; c) Desobstruo de rios; d) Extrao de areia e pedregulho de cavas. Vantagens: Escava em nveis bem inferiores em relao ao plano de apoio de sua base; Escava e deposita o material a uma distncia longa (30 a 75 metros) em funo do comprimento da lana; Deposita, caso se queira, em montes de altura elevada. Desvantagens: A superfcie escavada no fica com bom acabamento; Apresenta dificuldades de descarga em unidades de transporte; Tem risco de tombar, se for mal posicionada; Apresenta dificuldade de locomoo. Escavadeira com caamba de mandbula (clam-shell) Esse tipo de escavadeira semelhante escavadeira com caamba com p de arrasto, diferenciando-se pelo tipo de caamba e pelo seu modo de operao. Escava pelo impacto de queda da caamba sobre o solo e segura a carga com o fechamento de suas mandbulas. Depois, a caamba levantada e deslocada ao ponto de descarga com giro da lana e com a abertura de suas mandbulas, controlada por cabos de ao, se procede a descarga. Fig. 46.

Figura 46 Caamba de mandbula ou clam-shell.

Emprego: Escavao em nveis inferiores ao nvel de apoio de sua base; Escavao de fossos profundos e verticais; carregamento de materiais em unidades de transporte; Formao de depsitos a cu aberto; Quanto s vantagens e desvantagens, podemos dizer que so idnticas s da escavadeira com p de arrasto possuindo, porm, maior controle na posio de descarga. As escavadeiras clam-shell e drag-line so facilmente transformveis em guindastes. Escavadeira com caamba de articulao mltipla uma escavadeira semelhante s duas anteriores. Tem como diferena a caamba que dotada de dispositivos que permitem o movimento de abertura e52

fechamento de seus setores em forma de gomos, justificando assim a designao inglesa de orange peel (casca de laranja). Fig. 47.

Figura 47 Caamba com dispositivo tipo orange peel.

Escavadeira com caamba de garras O implemento colocado em lugar da caamba de articulao mltipla formado por elementos articulados metlicos que se fecham como um torqus. Esse equipamento tem aplicao quando se quer retirar blocos de pedra de rios, canais ou portos ou tambm para o manuseio de perfis e vigas metlicas de grande porte. Fig. 48.

Figura 48 Implemento com garras.

Rendimento das escavadeiras: O rendimento das escavadeiras dos tipos shovel e drag-line, pode ser obtido pela expresso:

Sendo: Ph = Produo horria, em metros cbicos; Q = capacidade rasa da caamba, em metros cbicos; f = Fator de empolamento (Tabela I); E = Eficincia de trabalho (adotar 0,5, para as escavadeiras); K = fator de eficincia da caamba (Tabela IX); T = tempo de ciclo, em segundos (retirado de tabela).

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TABELA IX Fator de eficincia da caamba (K)Corte em terreno fcil Corte em terreno mdio Corte em terreno meio duro Corte em terreno duro

K = 0,95 shovel K = 0,95 drag-line Material macio, solto, permitindo cargas coroadas. Areia seca. Cascalho mido. Argila arenosa. TABELA X Tempo de ciclo giro de 90) Capacidade da caamba, em m3 Shovel 0,38 0,53 1,90 2,30 3,00 Drag-line 0,38 0,57 1,15 1,53 2,30 3,06

K = 0,85 shovel K = 0,80 drag-line Material mais duro e que no exige emprego de explosivos. Provoca vazios na caamba. Argila mida. Cascalho grado.

K = 0,70 shovel K = 0,65 drag-line Calcrios e arenitos bem fracionados por explosivos. Cascalho com aglomerado. Cascalho com mataces

K = 0,50 shovel K = 0,40 drag-line Rocha extrada a explosivos e outros materiais que deixam grandes vazios. Rochas duras. Calcrios. Arenitos.

do shovel e do drag-line (em segundos e para um Argila ou barro mido Argila barro pegajoso 18 20 22 24 26 24 26 28 34 35 36 ou Argila ou barro compacto

15 18 20 22 24 20 22 24 28 30 32

24 26 28 30 32 30 32 35 41 42 45

Observaes: a) Para cada acrscimo de giro de 10, somam-se 2 segundos, ao tempo de ciclo e para cada decrscimo de 10, subtraem-se 2 segundos; b) Se o volume da caamba estiver entre os volumes da tabela, adota-se o tempo de ciclo correspondente ao volume mais prximo daquele do implemento em questo, para o giro de 90.

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Exerccio: Determinar a produo horria da escavadeira tipo shovel, nas condies seguintes: capacidade rasa da caamba corresponde a 0,76 m 3; a escavao se processa em argila dura e mida; o ngulo de giro para descarga do material igual a 110. dada a frmula de Produo Horria para escavadeiras:

Resoluo: Da Tabela X, obtemos o tempo de ciclo (T) que ser igual a 26 segundos, em argila dura (compacta), para um giro de 90. Esse tempo ser acrescido de 4 segundos, para completar o giro de 110. T = 26 + 4 = 30 segundos; Q = 0,76 m3; f = 0,8 (tabela I, argila mida); E = 0,5 (valor usual para escavadeiras); K = 0,85 (Tabela IX, argila mida). Substituindo na frmula dada:

Ph = 31,00 m3/h. Nota: Atualmente os fabricantes de tratores de rodas do tipo agrcola, tm colocado dois implementos nesses tratores, com inteiro xito. Os implementos so: uma caamba retro-escavadeira na parte traseira do trator e uma caamba frontal, tipo usado nas ps carregadeiras. Esse equipamento se enquadra como sendo um escavador e elevador, porquanto o uso como retro escavadeira na ordem de 70 % e como p apenas 30 %.

Figura 49 Retro-escavadeira com caamba frontal.

Valetadeira A valetadeira, como indica o nome um equipamento cuja finalidade especfica a de escavar o solo na abertura de valetas.55

O sistema de deslocamento das valetadeiras , na maioria das vezes, sobre esteiras, existindo, porm, alguns modelos sobre rodas. Funcionamento: em uma corrente fechada so fixadas, de forma espaada, pequenas conchas. A corrente gira em torno de suas engrenagens extremas, paralelas entre si e no mesmo plano vertical. As conchas so pressionadas contra o solo, escavando-o, abrindo assim a vala. O material escavado recolhido pelas conchas levantado pelo movimento ascendente da corrente e no ponto mais alto, com a mudana de sentido da corrente, cai por gravidade sobre uma correia transportadora. A correia transportadora leva o material para o lado e o lana sobre o prprio terreno ou sobre uma unidade transportadora.

Figura 50 Valetadeira.

Vantagens: a) Apresentam um bom rendimento; b) Deixam o fundo nivelado e as bordas limpas; c) Dependendo do terreno, escava de a 3 metros, por minuto; d) A largura da vala uniforme; e) Executam curvas (raio mnimo de 25 m). Desvantagens: a) S trabalham em terreno uniforme e pouco duro; b) A superfcie do terreno deve ser, previamente, regularizada; c) A largura da vala pequena (no mximo de 0,6 m); d) A profundidade mxima da vala inferior a 2 m; e) No pode alargar a vala com uma segunda passada. Produo horria da valetadeira: A frmula da produo horria das valetadeiras de fcil aplicao e fornece o volume escavado em m3/h.

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Sendo: Ph = Produo horria, em m3/h; S = rea da seo transversal da valeta, em m3; v = de deslocamento, em metros por minuto; E = Eficincia de trabalho (adota-se 0,90, para a valetadeira).

4.5. EQUIPAMENTO ESCAVADOR CARREGADOR (P CARREGADEIRA)So constitudas pelos tratores de rodas ou esteiras equipados com caamba frontal a qual acionada atravs de um sistema de braos articulados. A caamba permite a elevao do material nela depositado para um posterior despejo em unidades de transporte. Apresentam essas unidades, a caracterstica de preencher a sua caamba, com o deslocamento do trator. Servios executados pelas ps carregadeiras: a) Escavao limitado a ps de esteira. Se de rodas, todas devem possuir trao; b) Carga - corresponde ao preenchimento da caamba; c) Transporte mximo de 30 metros, para p de esteira e 50 metros, para p de rodas; d) Descarga pela ao da gravidade, em unidades de transporte ou sobre o terreno. Vantagens da p carregadeira sobre rodas: a) Grande facilidade de deslocamento entre frentes de servio; b) O tempo de ciclo bem curto; c) Exige pouca regularizao da pista de servio; d) Opera em superfcies rochosas lisas e arenosas, com pouco desgaste dos pneus; Desvantagens da p carregadeira de pneus: a) Requerem terrenos firmes e planos, para operao; b) A pista de operao deve estar seca; c) Os pneus exigem mais ateno e manuteno que as esteiras. Vantagens da p carregadeira sobre esteiras: a) Opera em terrenos pouco consistentes; b) Possui maior aderncia que os pneus, em terrenos lisos (argilosos); c) Tem maior poder de escavao. Desvantagens da p carregadeira sobre esteiras: a) As manobras so lentas; b) Tem elevado desgaste da parte rodante, quando opera em terrenos arenosos; c) Exige o uso de carretas, para deslocamento entre diferentes frentes de trabalho. Classificao das ps carregadeiras: 1) P carregadeira com trao em duas rodas; 2) P carregadeira de chassi rgido, com trao em 4 rodas; 3) P carregadeira articulada, com trao em 4 rodas;57

4) P carregadeira de esteiras. P carregadeira com trao em duas rodas A adio da caamba articulada com os seus dispositivos de movimento em um trator do tipo agrcola transforma esse trator em uma pequena p carregadeira. Esse equipamento muito verstil, gil e de fcil operao. A fora de trao desenvolvida por esses tratores no suficiente para escavao de materiais duros. Eventualmente escava, caso o material