Métodos e equipamentos de construção _ Notas de aula

UNIVERSIDADE FEDERAL DE RORAIMA – UFRR

DISCIPLINA: MÉTODOS E EQUIPAMENTOS DE CONSTRUÇÃO

NOTAS DE AULA DO PROFESSOR ROSINALDO MEDEIROS

POR: ADRIEL CARLOS BATISTA DOS SANTOS

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SUMÁRIO

1. Introdução à Terraplenagem................................................................................................ 4

1.1. Conceitos Gerais de Rochas e Solos ............................................................................ 4

1.2. Execução da Terraplenagem ........................................................................................ 4

1.3. Classificação da Terraplenagem .................................................................................. 4

1.4. Operações Básicas ....................................................................................................... 4

1.5. Materiais Envolvidos na Terraplenagem ..................................................................... 5

1.6. Variações Volumétricas ............................................................................................... 5

1.6.1. Estágios volumétricos ........................................................................................... 7

1.7. Fundamentos teóricos da compactação ........................................................................ 7

1.8. Objetivos da compactação ........................................................................................... 7

Exemplo 1) .............................................................................................................................. 8

1.9. Equipamentos de Terraplenagem ................................................................................. 9

2. Estudo das Unidades de Tração .......................................................................................... 9

2.1. Características das máquinas ..................................................................................... 10

3. Estudo das Unidades Escavo-Empurradoras ..................................................................... 10

4. Locomoção dos Equipamentos de Terraplenagem............................................................ 13

4.1. Resistência ao Rolamento (Rr) ................................................................................... 13

4.2. Resistência de Rampa (Rp) ........................................................................................ 14

4.3. Resistência a Inércia (Ri) ........................................................................................... 15

4.4. Resistência do Ar (Rar) .............................................................................................. 16

Exemplo 2) ............................................................................................................................ 16

4.5. Condições de Movimento .......................................................................................... 17

4.5.1. Primeira Condição de Movimento ...................................................................... 17





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4.5.2. Segunda Condição de Movimento ......................................................................... 18

4.5.3. Condições Gerais de Movimento ........................................................................... 18

5. Distribuição das cargas sobre os pneus ............................................................................. 20

Exemplo 3) ............................................................................................................................ 22

Exemplo 4) ............................................................................................................................ 22

6. Exercícios de Revisão dos capítulos (Parte 1) .................................................................. 23

Exercício 1) ........................................................................................................................... 23

Exercício 2) ........................................................................................................................... 24

7. Estudo das forças motrizes ................................................................................................ 24

7.1. Componentes básicos de tração mecânica ................................................................. 25

Exemplo 5) ............................................................................................................................ 27

Exemplo 6) ............................................................................................................................ 27

7.2. Tipos de transmissão .................................................................................................. 28

7.3. Diagramas tração x velocidade .................................................................................. 29

Exemplo 6) ............................................................................................................................ 30

Exemplo 7) ............................................................................................................................ 30

7.4. Estimativa de produção dos equipamentos de terraplenagem ................................... 30

7.5. Tempo e movimentos elementares ............................................................................ 30

8. Estudo das unidades escavo-carregadoras......................................................................... 31

8.2. Lanças ........................................................................................................................ 33

8.3. Estimativa de produção (Q) ....................................................................................... 34

Exemplo 8) ............................................................................................................................ 35

9. Estudo das unidades aplainadoras ..................................................................................... 36

Exemplo 9) ............................................................................................................................ 37





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9.1. Estimativa de produção .............................................................................................. 38

10. Estudo das unidades de transporte ................................................................................. 38

10.1. Estimativa de produção .......................................................................................... 40

10.2. Condição de sincronismo ....................................................................................... 40

11. Estudo das unidades escavo-transportadoras ................................................................. 41

11.1. Tarefas do Scraper .................................................................................................. 42

11.2. Scrapers autocarregáveis ........................................................................................ 43

11.3. Operação dos Scrapers ........................................................................................... 43

11.4. Otimização da produção do Motoscraper e do Pusher ........................................... 44

11.5. Estimativa de produção .......................................................................................... 45

12. Estudo das unidades compactação ................................................................................. 45

12.1. Rendimento das unidades compactadoras .............................................................. 46

12.2. Estimativa de Produção das unidades compactadoras ........................................... 46

13. Seleção dos equipamentos de terraplenagem ................................................................ 47

Exemplo 10) .......................................................................................................................... 47

14. Previsão de custo ........................................................................................................... 49

14.1. Custos fixos (custo de propriedade) ....................................................................... 50

14.3. Leis Sociais e BDI ....................................................................................................... 52

15. EXERCÍCIOS DE REVISÃO (PARTE 2) .................................................................... 55

Exercício 3) ........................................................................................................................... 55

Exercício 4) ........................................................................................................................... 56

Exercício 5) ........................................................................................................................... 57





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1. INTRODUÇÃO À TERRAPLENAGEM

1.1. Conceitos Gerais de Rochas e Solos

Rochas: são agregados naturais formados por um ou mais minerais que constitui uma

parte essencial da crosta terrestre. São provenientes da solidificação do magma e de lavas

vulcânicas tendo ou não sofrido transformações metamórficas.

Solos: são materiais constituintes da crosta terrestre, provenientes da decomposição das

rochas por agentes geológicos ou pela sedimentação não consolidada dos grãos elementares

constituintes das rochas, ou ainda, por detritos de formação animal e decomposição vegetal.

1.2. Execução da Terraplenagem

Objetivos das obras de terras - Implantar ou alargar caminhos, disciplinar os cursos

d’água, executar cortes e aterros, perfurar túneis.

Características das obras de terras - Grandes movimentos de materiais, altos

investimentos iniciais em equipamentos de custo elevado, poucas compras de materiais

clássicos da construção civil (Ferro e Cimento).

Terraplenagem - É o conjunto de atividades (Escavação, Carga, Transporte, Descarga,

Espalhamento e Compactação) realizadas com o objetivo de materializar plataformas

previamente projetadas dentro das especificações técnicas do projeto.

1.3. Classificação da Terraplenagem

Manual – É aquela resultante da potência do esforço humano ou de tração animal.

Mecanizada – É aquela resultante da potência dos motores das máquinas em geral, têm

larga aceitação na execução de obras.

Características da Terraplenagem Mecanizada - Requer altos investimentos iniciais em

equipamentos, requer um alto padrão de eficiência (tudo deve ser bem planejado e bem

executado), requer pouca mão de obra, mas altamente qualificada, permite grandes

movimentações de terras em um tempo relativamente curto.

1.4. Operações Básicas

Escavação – É a operação cuja finalidade é romper a compacidade do solo através do

emprego de ferramentas cortantes, possibilitando sua movimentação com maior

trabalhabilidade. A unidade que executa esse serviço é a escavo-transportadora.





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Carga – É a operação cuja finalidade é acomodar o material em condições de ser

deslocado pelo equipamento transportador desde o local de extração até o depósito.

Transporte – É a operação cuja finalidade é levar o material desde o local da extração

até o local de depósito, considera-se também a fase do transporte vazio, ou seja, o retorno para

o reinicio do ciclo de operação.

Descarga – É a operação cuja finalidade é fazer cessar as condições de transporte e o

corte ao material.

Espalhamento – É a operação cuja finalidade é distribuir o material em camadas de

espessura relativamente uniforme, tanto longitudinal como transversalmente.

Compactação – É a operação cuja finalidade é adensar o solo, reduzindo o seu índice

de vazios, e conseguir maior estabilidade na estrutura do solo sob qualquer condição climática

de modo que possa suportar os futuros esforços.

1.5. Materiais Envolvidos na Terraplenagem

Primeira Categoria – Terra em geral (piçarra ou argila), rochas em adiantado estado de

decomposição, seixos rolados ou não (dmáx = 15 cm) e demais materiais compatíveis com a

utilização do Dozer, Scraper, Moto Scraper, independente do teor de umidade.

Segunda Categoria – Rochas com resistência à penetração inferior ao granito, blocos de

rocha com volume inferior a 1m³, matacões e pedras de diâmetro médio superior a 15 cm que

necessitam do uso de explosivos ou escarificadores para sua extração.

Terceira Categoria – Rocha com resistência à penetração superior ou igual a do granito

e blocos de rocha de volume igual ou superior a 1m³ e que necessitam do uso contínuo de

explosivos para o seu desmonte. Relação importante - Custo de escavação 1:2:6

1.6. Variações Volumétricas

Empolamento do Solo: É a expansão volumétrica física sofrida pelo material em

decorrência da destruição de sua estrutura natural o que provoca um aumento no seu índice de

vazios pela separação ou quebra dos elementos componentes durante a operação de

escavação.

Fator de Empolamento - É a relação entre a densidade do material solto e o material no

estado natural, sempre menor que a unidade.





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Porcentagem de empolamento - É a medida da expansão volumétrica sofrida pelo

material em conseqüência da escavação e expressa em porcentagem de volume natural.

Material f(%) φ

Argila seca 45 0,69

Argila Molhada 40 0,71

Saibro (seco e molhado) 40 0,71

Carvão (de pedra e betuminoso) 35 0,74

Terra de limo (seca e molhada) 25 0,80

Pedregulho 12 0,89

Gesso 74 0,57

Calcário 67 0,60

Areia (seca e molhada) 12 0,89

Arenito 67 0,60

Redução: É a redução de volume do material em decorrência da compactação.

Redução Volumétrica: é a medida da redução experimentada pelo material em

conseqüência da compactação e expressa em porcentagem do volume natural.

Em relação às variações volumétricas, vale destacar:

Os solos mais usados na construção de rodovias apresentam uma porcentagem de

empolamento de 25%.

Os solos finos apresentam uma porcentagem de empolamento mais elevada que os

grossos.

A redução volumétrica é bastante variável, pois depende tanto do material compactado

como da energia de compactação aplicada.





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1.6.1. Estágios volumétricos

Volume Solto (Vs): É o volume assumido pelo material após a escavação.

Volume Natural (Vn): É o mesmo que volume de corte e pode ser definido como o

volume assumido pelo material na natureza ao longo do tempo devido à sua formação

geológica.

Volume Compactado (Vc): É o volume assumido pelo material no aterro, após ser

compactado.

Observações:

Vs>Vn>Vc e γc>γn>γs;

O volume solto é medido no transporte e não deve ser usado para efeito de pagamento

(seria burrice).

O volume de corte é medido no local da extração, é muito usado para efeito de

pagamento.

O volume compactado é medido no maciço pronto, é o ideal pra ser utilizado para

efeito de pagamento, pois nessa etapa, as camadas já apresentam elevada regularidade

geométrica.

Nos projetos, as especificações e os contratos de serviço devem definir as unidades

usadas para pagamento.

1.7. Fundamentos teóricos da compactação

Definição: É o processo manual ou mecânico que ocasiona maior aproximação e

entrosamento das partículas gerando um aumento da coesão e do atrito interno,

conseqüentemente da resistência ao cisalhamento, obtendo desta forma maior capacidade de

suporte e redução à absorção de água.

1.8. Objetivos da compactação

Aumento da resistência à ruptura do solo sob ação de cargas externas.

Redução de possíveis variações volumétricas quer pela ação de cargas, quer pela ação

da água.

Impermeabilização dos solos pela redução do coeficiente de permeabilidade

resultando do menor índice de vazios.





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O principio fundamental da compactação rege que todos os solos devem ser

compactados de maneira a se conseguir o peso específico aparente máximo obtido com a

umidade ótima.

Submetendo-se uma massa de solo a um determinado esforço de compactação e

aumentando-se gradativamente o seu teor de umidade, a sua densidade cresce a principio, até

um valor máximo, passando então a decrescer, há assim um ponto de densidade máximo, para

um determinado esforço de compactação. A porcentagem de água corresponde a esta

densidade máxima, recebe o nome de umidade ótima.

Exemplo 1)

Um caminhão basculante tem capacidade de 18m³, a que volume corresponderá no corte

esse volume solto? Sabendo-se que φ é 0,80.

Determinar quantas carradas serão necessárias para realizar o movimento de terra da

plataforma com volume compactado de 150.000m3. Dados: φ = 0,75; capacidade da caçamba

= 6m³; Z = N/C = 10%.

10 12 14 16 18 20 22

1200

1400

1600

1800

D ensidade M áxim a

U m idade Ó tim a

U m idade (% )

D ensidade (K g/m ³)





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1.9. Equipamentos de Terraplenagem

As máquinas agrupam-se em duas classes:

Máquinas Motrizes: São aquelas que produzem a energia para a execução de trabalhos.

São elas:

Unidades de tração;

Compressores de ar;

Geradores.

Máquinas Operatrizes: São aquelas que tracionadas ou empurradas pelas motrizes

realizam trabalho. São elas:

Unidades Escavo - empurradoras (tratores com lâmpada);

Unidades Escavo - transportadoras (Scrapers, Moto scrapers);

Unidades Escavo-carregadoras (Esteiras, Pneu, Carregadeiras);

Unidades Escavadeiras (Pá frontal ou Shovel, Caçamba de arrasto, Com mandíbulas

ou ClamShell, Retro ou Back-shovel);

Unidades Aplainadoras (Patrol ou Motoniveladoras);

Unidades de transporte (Caminhão Basculante, Dumpers, Vagões).

Unidades Compactadoras (Pé de carneiro, Rolos compressores).

2. ESTUDO DAS UNIDADES DE TRAÇÃO

São fontes de energia convenientemente instaladas que podem receber implementos

mutáveis ou permanentes e assim se capacitarem a realizar diferentes trabalhos. São quase

sempre acionadas por motores de combustão interna movidos a óleo diesel, fixados as

estruturas que quando móveis são montadas sobre esteiras ou sobre pneus.

Trator de pneus: são utilizados quando a topografia é favorável e as condições de

aderência e suporte dos solos são boas permitindo que seja explorada sua maior característica

que é a velocidade, gerando assim, maior produtividade.





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Trator de esteiras: são utilizados em trabalhos que requerem esforços tratores elevados

ou rampas de grande declividade ou quando executados em terrenos de baixa capacidade de

suporte não importando o fator velocidade.

2.1. Características das máquinas

Esforço trator – e a força que a máquina possui na barra de tração (esteira) ou numa

roda motriz (pneus) para executar as funções de rebocar ou empurrar outros equipamentos.

Velocidade – é aquela que a máquina desenvolve quando está executando suas tarefas

normais. Depende do dispositivo de montagem (sobre esteiras ou dos pneus) sobre o solo que

o apóia.

Aderência – é a maior ou a menor capacidade que uma máquina tem de se deslocar

sobre uma superfície sem que ocorra a patinação das esteiras ou dos pneus sobre o solo que o

apóia.

Flutuação – permite o trator se deslocar sobre terrenos de baixa capacidade de suporte

sem que haja o afundamento das esteiras ou dos pneus na superfície que o apóia.

Balanceamento – e resultante de uma boa distribuição do peso das partes constituintes

da máquina e do centro de gravidade a pequena altura do chão de forma a reduzir o perigo de

tombamento sobre as variadas condições de trabalho.

CARACTERÍSTICAS TRATOR

ESTEIRAS PNEUS

ESFORÇO TRATOR ELEVADO ELEVADO, LIMITADO ELAS

CONDIÇÕES DE ADERÊNCIA

VELOCIDADE BAIXA < 12 km/h ALTA < 60 km/h

ADERÊNCIA BOA LIMITADA

FLUTUAÇÃO BOA REGULAR A MÁ

BALANCEAMENTO BOM BOM

3. ESTUDO DAS UNIDADES ESCAVO-EMPURRADORAS

São máquinas que resultam da reunião de uma unidade de tração (trator) e um

implemento denominado lâmina quase sempre montados sob esteiras, são conhecidos como

tratores de esteira com lâmina.





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De acordo com o grau de liberdade que a lâmina tenha em relação ao trator podemos

ter:

Lâmina reta: é aquela que forma um ângulo invariável de 90° com o eixo longitudinal

da máquina, a lâmina recebe o nome de Bulldozer.

Lâmina angulável: é aquela que forma vários ângulos inclusive 90° com o eixo

longitudinal da máquina, a lâmina recebe o nome de Angledozer.

Outros casos:

Tiltdozer: lâmina que pode formar diferentes ângulos com o eixo vertical da máquina

(sobe e desce).

Tipdozer: lâmina que pode formar diferentes ângulos de ataque com o solo escavado.

O rendimento da máquina pode ser avaliado a partir da seção transversal do monte de

material que se acumula a frente da lamina, pode ser assemelhado a um triangulo como na

figura acima.

A parte inclinada faz com a horizontal um ângulo igual ao ângulo natural do talude,

sendo h a altura da lâmina, a base do triangulo será igual e a área será , se a

seção for constante ao longo de todo o comprimento L da lâmina, o volume será ,

como não e certa essa constância da seção, é necessário introduzir um fator de correção µ e a

capacidade da lâmina é dada por , pode se admitir para areia, cascalho e rocha

partida μ = 0,8, e para terra comum μ = 1.

O rendimento expresso em m3/h é calculado por: , onde:

a





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R é o rendimento da máquina no corte e transporte de material; Q é a capacidade da

lâmina em terra solta;

E é o fator de eficiência do dozer, devido ao fato de não se conseguir trabalhar os 60min

de uma hora, pode ser considerado igual a 0,1;

T é o tempo em que o dozer realiza um ciclo completo, em minutos;

f é o fator de conversão dos volumes.

Atividades do trator de esteira com lâmina:

Escavar solos em geral;

Empurrar ou puxar outras máquinas;

Funcionar com “Pusher” dos scrapers durante o carregamento;

Derrubar árvores de grande porte;

Limpar cortes em rocha após a detonação;

Fazer desmatamento, destocamento e limpeza da faixa de domínio da rodovia;

Abrir cortes notadamente em meia encosta usando a lâmina angulável;

Abrir caminhos de serviço;

Escarificar materiais mais consistentes;

Executar todas as fases da terraplanagem (exceto a compactação) para distâncias

curtas, como veremos a seguir:

Escava pressionando a lâmina contra o material;

Faz a carga acumulando o material escavado na frente da lâmina;

Transporta empurrando o material até o local de depósito;

Descarrega e espalha ao permitir a fuga do material por baixo da lâmina ainda

em deslocamento.

OBS.: Nestes trabalhos, as distâncias curtas têm um limite superior em torno de 70

metros.





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4. LOCOMOÇÃO DOS EQUIPAMENTOS DE

TERRAPLENAGEM

4.1. Resistência ao Rolamento (Rr)

É a menor força horizontal que deverá ser aplicada ao equipamento para iniciar o

movimento sob uma superfície próxima do ideal, horizontal e indeformável, esta força foi

estimada experimentalmente como sendo igual a 2% do peso do equipamento (vazio ou

carregado).

Em virtude do afundamento natural da superfície, ocasionado pelos pneus do

equipamento, existirá sempre uma rampa gerada pelo afundamento e este esforço resistente é

avaliado experimentalmente em 0,6% do peso total (P) para cada cm de afundamento. Logo:

Rr – Resistência ao rolamento em kg;

P – Peso do equipamento em t;

A – Afundamento em cm.

O valor de Rr é proporcional ao peso total da máquina. Como o peso total da máquina é

dado em toneladas e as resistências em quilogramas, têm-se:

Fazendo , temos:

, Onde:

k é o coeficiente de rolamento expresso em kg/t e expressa fisicamente as condições

apresentadas pela superfície de rolamento por onde a máquina deve trafegar e

matematicamente o n úmero de quilos por tonelada de peso da máquina opostas ao seu

deslocamento na superfície.





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SUPERFÍCIE DE ROLAMENTO

Máquina de pneus, coeficiente

de rolamento – k (kg/t)

Estrada dura, suave, estabilizada e pavimentada, que

não cede sob peso, com boa manutenção 20

Estrada firme e suave de terra ou macadame, cedendo

sob peso ou apresentando ondulações, com

manutenção razoável

35

Estrada de terra sulcada, cedendo sob peso com pouca

ou nenhuma manutenção, com 25 a 50 mm de

penetração dos pneus

50

Estrada de terra sulcada, cedendo sob peso, sem

manutenção e nem estabilização, com 100 a 150 mm

de penetração dos pneus

75

Areia solta ou cascalho 100

Estrada macia, lamacenta, sulcada e sem manutenção 100 a 200

4.2. Resistência de Rampa (Rp)

É a resistência que se opõe ao movimento do equipamento estabelecido a partir de duas

hipóteses:

A rampa se identifica com o plano inclinado no sentido de atrito;

Para pequenos ângulos, como rampas de estradas, o valor do seno pode ser confundido

com a tangente do mesmo arco.





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Onde:

Rp – resistência da rampa;

i% - inclinação.

Logo, , na prática as rampas giram em torno de 20%, assim

Expressando Rp em kg e p em t, temos:

i é positivo (+) quando em subida;

i é negativo (-) quando em descida.

Quando Rp estiver em aclive significa que está contrária ao peso, quando em declive a

componente do peso atua auxiliando o motor e se denomina assistência de rampa.

4.3. Resistência a Inércia (Ri)

A mecânica newtoniana diz que para movimentarmos uma massa precisamos aplicar

uma força, nesse caso, a força é Ri, que surge sempre que o equipamento sofre uma variação

de velocidade (Δv) em um intervalo de tempo (Δt).

a





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Contabilizando as unidades, temos:

Quando o sinal for positivo (+), o movimento é acelerado, quando o sinal for negativo

(-), ocorre desaceleração do equipamento.

4.4. Resistência do Ar (Rar)

Provém da pressão que o ar exerce na frente e na aspiração da parte traseira do

equipamento, é calculada pela expressão:

k' – constante, que depende do tipo de máquina, em geral adota-se 0,07;

S – área da seção perpendicular a direção do movimento (m²);

v – velocidade (km/h).

A tração necessária a uma dada velocidade deverá ser igual a soma das resistências

opostas ao movimento, e desprezando a Rar, temos:

Exemplo 2)

Qual o esforço trator mínimo que deve ser desenvolvido por uma máquina para manter

seu movimento uniforme numa estrada de terra sulcada com 4 cm de penetração dos pneus.

;

;

;

.

Qual o esforço trator necessário para fazer a máquina do exemplo anterior, nas mesmas

condições, acelerar de 0 a 20 km/h em 10s.





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;

;

;

;

; Esforço trator > 5611 kg.

4.5. Condições de Movimento

Pm – Peso aderente sobre a roda motriz;

∑R – Somatório das resistências opostas ao movimento (kg)

Er – Esforço trator atuante na roda motriz;

Cr – Torque (conjugado atuante na roda motriz);

r – Raio da roda motriz;

Fa – Reação tangencial (força de aderência).

4.5.1. Primeira Condição de Movimento

O movimento de uma máquina só é possível quando:

Er ≥ ∑R;

Se:

– O movimento não se inicia e caso a máquina já esteja em movimento

ocorre uma desaceleração;

– O movimento não se inicia e caso já esteja em movimento ocorre um

movimento uniforme (Velocidade constante);

– O movimento se inicia e caso já esteja em movimento ocorre uma

aceleração gradativa da máquina, sobre determinadas condições.





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4.5.2. Segunda Condição de Movimento

Leva-se em consideração a força de aderência (entre pneu e a superfície de rolamento).

A aderência ocorre da seguinte forma:

Os valores crescentes de ∑R fazem crescer o Er, para que seja atendida a primeira

condição;

Por se tratar de um binário, o crescimento de Er’ implica no crescimento de igual valor

de Er’’;

O valor de Er’’ a cada instante é igual e diretamente oposto à Fa;

Fa não pode crescer indefinidamente e quando é excedida ocorre patinamento;

O patinamento implica em cessar o movimento, mesmo que haja potência disponível,

logo, se Er > Fa ocorre o patinamento e se Er < Fa a máquina rola sobre a superfície, conclui-se

que para haver movimento, Er < Fa!

Mas

Logo, .

É possível resumir as duas condições de movimento na expressão:

4.5.3. Condições Gerais de Movimento

Equipamento Parado:

Inicia o movimento.

Não inicia o movimento.

Não inicia o movimento, pois ocorre patinação.

Equipamento em Movimento:

Movimento acelerado.

Velocidade constante – Movimento uniforme.





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Continua o movimento, mas com patinamento.

Frenagem do equipamento.

Frenagem do equipamento com patinação.

PNEUS ESTEIRAS

Pavimento de concreto 900 450

Terra seca firme 550 900

Terra solta 450 600

Terra úmida firme 450 700

Areia seca 200 300

Areia úmida 400 500

Argila seca 550 900

Argila úmida 450 700

Cascalho 360 500

Pedra 650 550

Neve 200 250

COEFICIENTE DE ADERÊNCIA (f) PARA MÁQUINAS

f (kg/t)NATUREZA DAS PISTAS

Análise dos efeitos das Resistências Sobre a Utilização de Máquinas

As condições de movimento de uma máquina possuem um grande Fator de limitação

que é a reação tangencial (Fa), para melhorar esta reação deve-se:

Aumentar a aderência – Melhorando a rugosidade da superfície de contato, e

aumentando o número de rodas motrizes;

Aumentar o peso aderente – Através de sobrecargas permanentes ou eventuais

(lastros) necessários em situações normais ou críticas.

Merecem destaque:

∑R pode ser positivo, negativo ou nulo;

Quando negativo, a máquina se deslocará sem necessidade da potência disponível do

motor, apenas por inércia e/ ou assistência de rampa;

Quando nulo, a máquina está parada;





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As acelerações geram demanda de potência e em conseqüência aumenta o custo

operacional;

Nas resistências de trabalho (raspagens, etc.) devem surgir declives para utilizar

assistência de rampa;

Os caminhos de serviço devem ter boas condições de rolamento, poucos aclives nas

idas, tangentes longas e boa visibilidade;

O aumento do peso aderente (lastro) poderá melhorar o desempenho da máquina;

Os grandes declives podem pelo efeito da gravidade compromete a aderência em geral

e o carregamento dos scrapers;

Para efeito de pagamento, as distâncias de transporte são todas na horizontal.

5. DISTRIBUIÇÃO DAS CARGAS SOBRE OS PNEUS

Os fabricantes de equipamentos fornecem em suas especificações técnicas a distribuição

de cargas sobre os pneus para máquinas carregadas e vazias.

Exemplo 1:

Motoscraper com rebocador de um eixo (CAT-651):

Vazio:

Carregado:

Exemplo 2:

Motoscraper com rebocador de um eixo (CAT-631)

Vazio:





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Carregado:

Exemplo 3:

Caminhão fora de estrada (CAT-769)

Vazio:

Carregado:

Exemplo 4:

Motoscraper com motor traseiro (CAT-627)

Vazio:

Carregado:

Exemplo 5:

Motoscraper com rebocador de dois eixos (CAT-660)

Vazio:





A

A

A

A

A

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Carregado:

Obs.: Na falta de dados do fabricante pode-se admitir:

Exemplo 3)

Determinar a rampa máxima que pode subir um Motoscraper com rebocador de um eixo

(CAT-651) com plena carga no terreno com coeficiente de aderência f = 450 kg/t e K = 20

kg/t, supondo velocidade constante e resistência do ar desprezível.

Dado:

Na condição limite de resistência, temos:

Exemplo 4)

Determinar o volume de solo medido no corte que deverá ser escavado para execução

de 1m3 de aterro, supondo-se redução volumétrica de 10%, em seguida determinar o volume

que devera ser transportado na execução, adotar φ = 0,8:





A

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A

A

A

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6. EXERCÍCIOS DE REVISÃO DOS CAPÍTULOS (PARTE 1)

Exercício 1)

Um trator D-8 está tracionando um scraper com uma carga de 30 t numa estrada de terra

empedrada com uma rampa de 5%, Pede-se :

Resistência de Rolamento;

Resistência de rampa;

Resistência total.

Dados: Peso do trator 23t;

Peso do Scraper 16t.

a) .

b) .

c) .

Determinar a rampa máxima que poderão subir os equipamentos quando plenamente

carregadas num terreno caracterizado por terra solta e 70 mm de penetração dos pneus.

Cálculos iniciais: ; ;

; ;

CAT660 – Pt = 107 t.

CAT651 – Pt = 96 t





A

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A

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CAT769 – Pt = 65 t

Exercício 2)

Determinar a rampa máxima que o equipamento abaixo caracterizado poderá subir

quando plenamente carregado:

Dados: Peso próprio: 35 t; Peso sobre a roda motriz: 0,45 Pt; Capacidade da caçamba:

22 m³;

Peso específico 1,68 t/m3; Coeficiente de rolamento: 42 kg/t; Fator de aderência: 430

kg/t;

Solução:

,

.

.

.

.

.

.

7. ESTUDO DAS FORÇAS MOTRIZES

São aquelas que impulsionam os equipamentos vencendo resistência que além de

grandes são muitos variáveis, visto que dependem do peso da superfície de rolamento, subidas

ou descidas, e de acelerações ou desacelerações.





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A

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Além da potência do motor, outros fatores devem estar facilmente disponíveis para que

a máquina possa realizar racionalmente suas tarefas. O motor apenas faz parte do sistema

maior, denominado, sistema de tração, assim, esse sistema deve ser capaz de proporcionar:

Variação de oferta de potência do motor;

Variações de velocidade;

Alternância rápida no sentido de deslocamento;

Diferentes tipos de montagem (esteiras e pneus).

Quanto à disponibilidade do sistema de tração, as máquinas podem ser:

Rebocadas - Quando não têm seu sistema próprio de tração;

Automotrizes - Quando tem seu sistema próprio de tração e são conhecidos com o

nome de auto-propelidas ou auto-propulsoras.

7.1. Componentes básicos de tração mecânica

Motor - É caracterizado pela potencia que é capaz de desenvolver. Os equipamentos em

sua grande maioria são dotados de motor à explosão a óleo diesel cuja potência varia de 70

HP a 1000 HP para os grandes caminhões fora de estrada. De acordo com as com condições

em que a potencia seja tomada podemos ter os seguintes tipos:

Potência Máxima ( ) - É a maior potência que o motor oferece em condições de

ensaio. É uma potência de laboratório.

Potência no Volante ( ) - É a potência determinada no volante de saída do motor. É

conhecida como potência de desempenho.

Potência Disponível ou Efetiva ( ) - É a potência que chega às rodas motrizes,

depois de sofrer as perdas mecânicas no subsistema de transmissão. Ela depende da potência

no volante ( ) e do rendimento mecânico ( ) com quem é transmitida. É dada pela

expressão:

Para máquinas novas, geralmente, utiliza-se e para as usadas, .

A transmissão tem a finalidade de fazer chegar às rodas motrizes, a potência gerada pelo

motor sob a forma de rotação conhecida pela denominação torque. A transmissão reduz o

número de rotações do motor para um número bem menor nas rodas motrizes e compatíveis

com a velocidade de deslocamento da máquina em certa marcha. É traduzida pela relação

chamada de desmultiplicação: , onde:





A

A

A

A

A

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- Número de rotação no eixo do motor ( )

- Número de rotação da roda motriz.

A uma potência constante, os esforços tratores serão menores ou maiores dependendo

do fator de desmultiplicação fixado pela escolha de certa marcha e serão tanto maiores quanto

menor for (caso da 1ª marcha).

Fator desmultiplicador.

Por outro lado, o torque ou conjugado aplicado às rodas motrizes pode ser representado

por um binário cujo braço de alavanca é o raio do pneu medido do ponto de contato do pneu

com o solo.

Podemos determinar o esforço trator desenvolvido por um equipamento conhecendo a

potência e a velocidade de deslocamento. Pela definição de potência, temos:

No caso F é representado pelo esforço trator Substituindo, temos:

Compatibilizando as unidades:

e em Km/h

(1)

A velocidade de translação é dada pela expressão:

, onde r: raio da roda motriz em metros.

Número de rotações por minuto RPM

(vem km/h)

Substituindo na eq. 1, vem:

Mas o torque:





A

A

A

A

A

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Como , substituindo na equação acima, temos:

Esta expressão indica o conjugado motriz disponível na roda propulsora em função da

potência efetiva e do número de rotações do motor no volante ( e , fator de

desmultiplicação.

Tendo-se que para um equipamento: e é constante, e tendo-se a curva de

torque característica do motor, pode-se chegar às curvas de esforço trator nas rodas motrizes.

Exemplo 5)

Determinar o esforço trator nas rodas motrizes de um equipamento, sabendo-se:

; ; ; e

Exemplo 6)

Um equipamento plenamente carregado com carga total de 27 t deve trafegar numa

pista horizontal com à velocidade 48 Km/h, as características do equipamento

são:

; ; .

Considere a resistência do ar como sendo desprezível e a velocidade sendo constante.

O equipamento terá torque suficiente para impulsioná-lo a essa velocidade?

Qual a potência no volante mínima que o motor deveria desenvolver para que o torque

fosse suficiente em caso de negativa da letra “a”?

Se , qual o número de rotações do eixo do motor no volante nas condições

vigentes?

Terreno horizontal

Velocidade constante





A

A

A

A

A

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Como

Não.

7.2. Tipos de transmissão

Transmissão mecânica: é aquela formada apenas por elementos rígidos (eixos e

engrenagens) em toda sua extensão. São conhecidas como transmissão direta.

Transmissão hidráulica: é aquela em que, ao longo de sua extensão, apresenta uma

seção não rígida de forma que a transmissão do torque se faça hidraulicamente, ou seja, por

um fluído. A transmissão hidráulica é conseguida graças a um dispositivo chamado conversor

de torque, capaz de fazer um fluído (óleo viscoso) transmitir os esforços do eixo motriz ao

eixo movido, estas transmissões são chamadas Power-shift, querendo dizer uma mudança de

marcha sem interromper a transmissão dos esforços, podendo ser ou não automática.

Nas transmissões, encontram-se:

Engrenagem principal: é um dispositivo que se localiza entre a saída do eixo

virabrequim e o eixo de transmissão e serve para conseguir mudanças de acoplamento de

engrenagens na caixa de câmbio de velocidades;

Eixos de transmissão: ligam a embreagem principal com a caixa de câmbio.

Caixa de câmbio: é o conjunto de dois eixos com várias engrenagens que podem se

acoplar em pares e ângulos diferentes, resultando disto, variações obrigatoriamente

simultâneas e inversas de força e velocidade;





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Coroa e Pinhão: São engrenagens que permitem a transmissão do torque através de

eixos geralmente em “tê” formando ângulos de 90°, possibilitando que o conjugado gerado

pelo motor e conduzido pela transmissão, chegue até as rodas motrizes;

Embreagem de direção: Difere da principal apenas pela localização, visto que, se

coloca entre o sistema coroa-pinhão e o comando final. Existe uma para cada roda, com isto,

se consegue amarrar uma esteira pelo desligamento momentâneo do motor, mudando a

direção da máquina;

Comando final: são pares de engrenagem que fazem a redução das velocidades e o

conseqüente aumento dos esforços que chegam à roda motriz;

Diferencial: é o conjunto de engrenagens convenientemente dispostas entre si com a

finalidade de permitir que duas rodas de um mesmo eixo motriz possam ter diferentes

velocidades, funciona assim nas curvas.

7.3. Diagramas tração x velocidade

São fornecidos pelo fabricante. Relaciona o esforço trator na roda motriz com as

velocidades nas diversas marchas, a partir de testes feitos na fábrica com os equipamentos.

Conhecendo o somatório das resistências que uma máquina tem de vencer para realizar

suas atividades, é possível se programar quais esforços tratores devem ser desenvolvidos,

assim, para cada intervalo de variações do somatório das resistências, devemos ter um esforço

trator correspondente, isto é, devemos usar a máquina em determinada marcha.

Para usar o diagrama tração x velocidade, deve-se:

Entrar com o valor de em um eixo vertical;

Interceptar as curvas correspondentes às diversas marchas existentes no gráfico;

Determinar as velocidades no eixo horizontal;

Escolher a velocidade que melhor se adapte as condições de trabalho, com maior

rendimento.

O diagrama depende do tipo de máquina e do sistema de transmissão com que ela esteja

equipada, respeitando o princípio: A velocidade varia na razão inversa do esforço trator, logo,

existem diagramas para dois tipos de máquinas:

Transmissão Mecânica – Power-Shift;

Transmissão automática com conversor de torque.





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Exemplo 6)

Qual a marcha que deverá ser usada num Motoscraper tipo 631C, com as características

abaixo, para subir uma rampa de 25% num solo argiloso-siltoso.

Dados:

Peso da carga coroada:

Carga total:

Se utilizarmos a segunda marcha:

Se utilizarmos a primeira marcha:

Deve-se utilizar a primeira marcha (maior eficiência).

Exemplo 7)

Qual a rampa máxima que o Motoscraper do exemplo anterior poderá subir plenamente

carregado. Admita que haja aderência suficiente entre os pneus e o terreno.

7.4. Estimativa de produção dos equipamentos de terraplenagem

A produção dos equipamentos de terraplenagem é feita de forma estimada por causa de

sua dependência de parâmetros de difícil determinação e que acontecem de forma aleatória,

no entanto, os processos de cálculo utilizados costumeiramente conduzem-os a resultados

bem próximos da realidade.

7.5. Tempo e movimentos elementares

Ciclo: É o conjunto de operações que um equipamento executa em certo intervalo de

tempo voltando em seguida à posição inicial para recomeçá-la.

Tempo de Ciclo: É o intervalo de tempo decorrido entre duas passagens consecutivas

da máquina por qualquer ponto do ciclo, geralmente é medido a partir do instante que o

equipamento inicia a operação até o momento que retorna a posição inicial.





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Ex.:

a) No scraper, tempo de carregamento, transporte, despejo e retorno;

b) Nos tratores de lâmina, empurrar a carga, parar, retroceder e parar novamente.

O tempo de ciclo é obtido cronometrado e tirando a média. O tempo de ciclo pode ser

decomposto em movimentos elementares que são repetidos através dos ciclos consecutivos a

esses movimentos elementares, correspondem tempo elementares. Observando-se os tempos

elementares num grande número de ciclos, verifica-se que alguns se mantém constantes para

determinados tipos de equipamentos, enquanto outros são variáveis por dependerem

diretamente das distâncias percorridas. Os primeiros são chamados tempos fixos e os outros,

variáveis.

Tempo Fixo (Tf): é o tempo gasto durante um ciclo do equipamento em outras

operações que não sejam de transporte ou retorno. Ex: Tempo de carga, descarga e manobra.

Tempo Variável (Tv): é o tempo de transporte e retorno vazio. Varia com a distância ao

aterro ou bota fora e com a velocidade do equipamento.

Tempo de ciclo mínimo e efetivo:

Mínimo: É o somatório de todos os tempos elementares de que resulte o menor tempo

de ciclo em que a tarefa pode ser teoricamente executada.

Efetivo: É o gasto pelo equipamento para executar o ciclo de operação computados os

tempos de parada que necessariamente ocorreram no decurso de muitos ciclos.

8. ESTUDO DAS UNIDADES ESCAVO-CARREGADORAS

Conceito: são unidades de terraplenagem projetadas para executar a escavação e a carga

do material em outro equipamento a que o transporta até o local de descarga.

Podem ser montadas sobre pneus e sobre esteiras. Possuem uma pá montada geralmente

na parte dianteira da unidade e o acoplamento é feito por cilindros hidráulicos. Na prática, são

conhecidas como pré-carregadeiras.





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Posições da caçamba:

Posição de escavar: quando é baixada até entrar em contato com o terreno e apanhar o

material com ou sem escavação.

Posição de elevar: quando assume uma posição que, mesmo estando cheia, pode se

deslocar sem que ocorra derramamento do material conduzido a uma altura superior a unidade

de transporte, podendo chegar a 4,5m.

Posição de despejar: quando mantendo os braços elevados, inclina (emborca) a

caçamba, de forma que o material caia no local desejado (basculante-depósito).

As máquinas de esteiras são preferidas quando:

Têm-se pequenas praças de trabalho;

Necessita-se de boa aderência;

Necessita-se de boa flutuação.

As máquinas de pneus são preferidas quando:

Necessita-se de grande mobilidade;

Necessita-se de grandes deslocamentos;

Necessita-se de grande produção em material já escavado.

Características das máquinas:

Tração nas quatro rodas, ou seja, dois eixos motrizes.

Direção articulada com eixo dianteiro rígido. Apresenta articulação em sua parte

média permitindo manobras de forma fácil e em áreas menores.

Peso próprio elevado, com motor e tanques de combustível sobre o eixo traseiro, o que

melhora a aderência.

8.1. Escavadeiras

São máquinas projetadas para fazer a escavação e a carga, trabalhando estacionadas.

Podem ser montadas sobre esteiras e sobre pneus, em alguns casos sobre trilhos. Trabalham

estacionárias e para tanto são construídas de forma que apresentam duas partes distintas:

infra-estrutura e superestruturas.

A infra-estrutura é formada por chassis apoiados sobre rodas ou esteiras. Destina-se a

suportar a superestrutura, mantendo-se fixa durante os trabalhos.





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A superestrutura é formada pela cabine de comando, motor e lança, é dotada de

capacidade de movimento de rotação, podendo girar de ângulos de 360° em ambos os

sentidos.

8.2. Lanças

São implementos que capacitam as escavadeiras a realizar suas tarefas em diferentes

posições. São peças alongadas formadas por chapas ou presas a super estruturas por

articulações em sua extremidade inferior e mantidas inclinadas em diferentes ângulos

horizontais pela ação de cabos de sustentação ou pistões.

Principais tipos:

Lança com pá frontal ou shovel: é formado por uma lança acionada por pistões

hidráulicos ou por cabos de aço, tendo como característica própria um braço móvel em sua

parte média em cuja extremidade encontra-se a caçamba. O braço pode ser pressionado contra

o terreno durante a escavação o que faz melhorar a produção, auxiliado pelos dentes da parte

frontal da caçamba. O uso da máquina é sempre feito com ela no interior da escavação

enquanto procede aos trabalhos. São usadas preferencialmente em escavações de grandes

dimensões para fins diversos, como: extração de minérios, passagens para grandes galerias,

canais de curso d’água, subsolo de edifício e taludes situados acima do terreno onde está

situado.

Lança com caçamba de arrasto ou Drag-line: é formado por uma estrutura leve em

treliça de longo alcance sustentada por cabos. A caçamba, geralmente furada, é provida de

dentes e aberturas na sua parte superior e na lateral voltada para a máquina onde se encontra

sua parte cortante, presa a lança por cabos isto lhe confere grande mobilidade, e faz com que a

escavação ocorra quando é puxado na direção da máquina. Permite que se escave a grandes

distâncias (~ 20m). As escavas abertas com a Drag-line não podem ter escoramentos

contraventados, visto que por ocasião do arrasto seriam destruídos. 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; etc. e acabamento de taludes.

Lança com mandíbulas ou caçamba Clamshell: também construídas em treliças, a

característica típica está na caçamba que é formada por duas metades (mandíbulas) que se





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abrem ou se fecham comandadas pelo operador. A caçamba sobe e desce na vertical

realizando a escavação pela ação do seu peso próprio devendo 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, mesmo que contraventadas, desde que esteja convenientemente

espaçada e dentre o pequeno alcance da máquina, inclusive abaixo do seu nível, até mesmo

debaixo d’água.

Lança com caçamba retro-escavadeira, Backshovel Apresenta uma caçamba

invertida que faz a escavação de cima para baixo. À medida que a escavação prossegue, a

máquina vai se deslocando em marcha a ré. Podem executar escavações abaixo do nível do

terreno, abrindo valas de pequenas dimensões e também faz escavação para galerias. A

capacidade da caçamba varia de 0,3 a 1 m³ e pode escavar a profundidades superiores a 6 m

de altura.

8.3. Estimativa de produção (Q)

É o volume transportado e descarregado na unidade de tempo, representado pelo

produto do volume solto da caçamba (C) pelo número de ciclo (f) efetuado na unidade de

tempo (freqüência).

Rendimento (R):

É determinado pela fórmula:

nknk

Callout

c) Fator de eficiencia E= n de horas trabalhadas/ n de hroas disponiveis - defeito;mau tempo; condiçoes do solo;etc. -Imperericia do operador -Ogranização deficiente E-> Condições favoraveis = 0,92 E-> Condições medias = 0,83 E-> Condições ruins = 0,67 - topografia - umidade - regime de chuvas -interferencias





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Fator de eficiência da caçamba, tabelado para Shovel, Drag-line, Clamshell,

trabalhando em diversos terrenos

Equação geral representativa da produção de qualquer equipamento de Terraplenagem:

Logo:

Sabendo que:

Substituindo na equação temos:

Exemplo 8)

Considerando os dados abaixo, determine quantos equipamentos serão necessários para

executar o movimento de terra abaixo caracterizado:

nknk

Callout

Fator de eficiência E=Qef/Qmáx E=tcmin/tcef

nknk

Callout

Parâmetros que influencia a produção a)Capacidade da caçamba obs.: Material com densidade elevada, não se enche a caçamba b)Temp de clico minimo depende da distancia





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Prazo de execução da obra: 3 meses (30dias/10horas)

Solução:

9. ESTUDO DAS UNIDADES APLAINADORAS

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 da

estrada.

São conhecidas no campo com o nome de Motoniveladoras, Patrol ou Autopatrol.

São formadas por um chassi alongado, apoiado por um Truck de duas rodas simples em

sua parte traseira. Em geral, possuem um escarificador leve. A lâmina é presa ao círculo de

giro que fica normalmente sob o chassi, em posição horizontal.

Principais características:

Grande mobilidade da lâmina de corte com precisão de movimentos;

Grande precisão nos cortes;

Capacidade para grandes deslocamentos.

Principais atividades:





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Pequenos cortes e espalhamento;

Espalhamento em geral;

Homogeneização da umidade dos materiais a compactar;

Conformação longitudinal e transversal das plataformas aos perfis do projeto;

Abertura de pequenas valas de drenagem;

Escarificação em terreno muito compacto;

Limpeza da faixa de domínio quando feita praticamente pela remoção de solos

superficiais;

Re-conformação mecânica da plataforma de estradas de terra ou caminhos de serviço;

Misturas na estrada de solos diferentes ou solos mais um aditivante;

Tração de reboques especiais, transportando outras máquinas, dentro do canteiro de

obras.

Rendimento:

Onde:

– Número de passadas sobre a faixa para completar a operação. Depende da natureza

do solo, da largura da faixa, etc., devendo ser avaliada previamente em experiências anteriores

em trabalhos idênticos.

– Extensão percorrida em cada passada, geralmente igual para todas.

– Velocidade em cada passada. Pode ser igual em todas as passadas, mas em regram à

medida que o trabalho progride, podem as novas condições exigirem aumento ou diminuição

da velocidade.

– Fator eficiência (0,60).

Exemplo 9)

Seja a escavação em raspagem de 8 km de estrada, admitindo-se serem necessárias 5

passadas, o tipo de material permite nas duas primeiras passadas uma velocidade de 2 km/h,

nas outras duas, 4 km/h e na última 4,8 km/h, determine o rendimento da máquina.





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9.1. Estimativa de produção

Apenas algumas tarefas simples como espalhamento e regularização das camadas de

terra para compactação podem ser estimadas, para outros serviços torna-se impraticável

estimar.

Logo, estima-se o tempo e vê se qual a influência no serviço.

Onde:

T - tempo empregado na operação de espalhamento (min);

Vi - velocidade de trajeto de ida (Km/h);

Vr - velocidade de trajeto de volta (Km/h);

Li - distancia percorrida a frente;

Lr - distancia percorrida a ré;

P - número de passadas para executar a tarefa;

R - coeficiente de rendimento.

10. ESTUDO DAS UNIDADES DE TRANSPORTE

São utilizadas para o transporte de material após a escavação, desde o local da extração

até o local de depósito. São máquinas projetadas para executar o transporte e a descarga para

longas distâncias (superiores a 1 Km), assim, temos:

Para distâncias curtas (até 80m), o trator de lâmina faz o “transporte”, empurrando o

material escavado.

Para distâncias médias (de 100 a 1000m), o transporte é feito preferencialmente pelos

scrapers.

Para distâncias longas (superiores a 1000m), o transporte é feito pelas unidades de

transporte.

Tipos:

a) 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. A descarga pode ser feita pela lateral ou pela parte traseira,





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através da abertura automática da tampa e o material cai por gravidade. Os basculantes têm

capacidade, que em sua grande maioria, oscila entre 4 e 6m³.

b) Caminhão fora de estrada (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. Como tem uma estrutura muito

reforçada e são dotados de grandes rodas, se destinam a serviços muito pesados e caminhos de

difícil percurso. Sua constituição traz limitações de mobilidade, vazão porque estas unidades,

até de 100 t, geralmente são mantidos dentro do canteiro de obras. A capacidade de sua

caçamba é sempre superior a 10m³.

c) Dumpers – são destinados ao transporte de material em blocos de volume

ponderável, com capacidade maior que à dos basculantes comuns. A principal diferença

reside na constituição, formada por uma estrutura (chassi) e uma caçamba bem reforçada com

a finalidade de melhor resistir às solicitações, representado pelo peso dos blocos

transportados.

d) Reboques transportadores – Podem movimentar-se sobre esteiras ou sobre

pneus, aqueles tracionados por tratores e estes por tratores ou unidades motoras especiais ou

adaptadas.

e) Vagonetas – são unidades de grande capacidade de carga, são mais utilizadas

no transporte ferroviário, adaptando-se o eixo de modo que as rodas curvem sobre os trilhos,

são levadas em comboio, tracionado por uma locomotiva.

Rendimento:

Sejam:

C – capacidade da caçamba (m³);

d – distância média de transporte (m);

V1 – velocidade de ida carregado (Km/h);

V2 – velocidade de retorno vazio (Km/h);

T1 – tempo para carga (incluso uma parcela necessária para entrar em posição de carga e

para esperar a vez de receber o carregamento) (min);

T2 – tempo de descarga (incluso manobras para iniciar a viagem de retorno (min);

E – fator de eficiência, que deve ser igual ao da máquina escavadeira a que serve.

O tempo de uma viagem completa, ou ciclo, do veículo transportador será, em minutos:





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O número de viagens por hora será:

Se em cada viagem for transportado um volume C, o rendimento, em terra solta, será em

m³/h:


Para determinação do número de unidades de transporte a serem atendidas por uma

carregadeira, aplica-se a condição de sincronismo entre os equipamentos que trabalham em

conjunto, isto é, aquela condição na qual não haverá espera de nenhuma máquina. Isto é

essencial para que se obtenha o máximo de produtividade possível, evitando-se, desta forma,

a formação de filas e em conseqüência, o aumento nos tempos de parada.

10.2. Condição de sincronismo

Seja a frota de transporte constituída por “N” veículos de capacidade “C” e seja tc, o

tempo de ciclo de transporte, logo:

Qc: produção da carregadeira;

Qt: produção da unidade de transporte.

Onde:

Cc – capacidade da carregadeira

Ct – capacidade da unidade de transporte.

Tcc – tempo de ciclo da carregadeira

Tct – tempo de ciclo da unidade de transporte

N – Número de unidades de transporte atendidas por uma carregadeira





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R – Rendimento = 100%

Logo:

Mas, , sendo n o número de vezes que a caçamba da unidade de transporte

contém a caçamba da carregadeira (número de caçambadas), daí:

Assim:

Mas, é o tempo de carga, logo:

, onde:

Tempo de ciclo da unidade de transporte:

Tempo Característica

Tempo de carga Fixo

Tempo de transporte carregado Variável

Tempo de manobra e descarga Fixo

Tempo de retorno vazio Variável

Tempo de posicionamento para carga Fixo

Obs.: Os tempos fixos (exceto o tempo de carga que é calculado) são tabelados pelos

fabricantes. Já os tempos variáveis são calculados.

11. ESTUDO DAS UNIDADES ESCAVO-TRANSPORTADORAS

Conceito: São equipamentos projetados para aprofundar os cortes iniciados pelos

Dozers e executar as operações de escavação, transporte e descarga em materiais de





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consistência média (arenosos ou arenoso-siltosos) transportados a distâncias médias (entre

100 e 1000 m).

Tipos:

Scraper rebocado: Consiste numa caçamba que se apóia sobre dois eixos com

pneumático. Normalmente são tracionados por trator de esteiras.

Motoscraper (Scraper automotriz): São formados por uma caçamba que se apóia sobre

um eixo em sua parte traseira e sobre um rebocador em sua parte dianteira.

Os rebocadores podem ser:

Rebocador de um eixo, com rodas pneumáticas;

Rebocador de dois eixos, com quatro rodas pneumáticas;

Dupla motorização, com rodas pneumáticas;

Rebocador de um eixo e elevador;

Dupla motorização e rebocador de dois eixos.

Os Scrapers podem ser:

Convencional: Quando apresenta motorização apenas no rebocador.

Acionados em Tandem: Quando apresentam dupla motorização (Sistema Push-Pull).

Com elevador: No interior da caçamba apresenta elevadores inclinados com palhetas

acionadas por um motor elétrico e por sistema hidráulico.

A caçamba apresenta:

Braços laterais de suspensão: São articulações que permitem a caçamba subir ou

descer durante a operação.

Avental: é uma peça que gira em torno de um eixo horizontal de modo a abrir ou

fechar a parede da caçamba no lado do trator.

Lâmina de corte: é uma lâmina cortante adaptada a extremidade dianteira do fundo da

caçamba. Quando abaixada penetra no terreno. Com o movimento da máquina, o material

penetra naturalmente na caçamba de baixo para cima.

Ejetor: é uma peça utilizada para a limpeza completa da caçamba.

11.1. Tarefas do Scraper

O operador aciona o avental e baixa a caçamba até entrar em contato com o terreno.

Por raspagem ocorre a escavação acompanhada de carga;





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Estando cheia a caçamba, o operador faz o seu fechamento, sua elevação e inicia o

transporte;

Chegando ao local de depósito, posiciona a caçamba na altura correta e, pela ação do

ejetor, expulsa o material ocorrendo a descarga e o espalhamento ao mesmo tempo;

Estando Vazio, o Scraper volta ao local de carga iniciando um novo ciclo.

11.2. Scrapers autocarregáveis

São aqueles que fazem o carregamento com razoável eficiência, dispensando o auxílio

do Pusher. A consecução deste objetivo tem sido tentada com a adoção das seguintes

medidas:

Scraper de dupla motorização (Twin-moscraper): tem maior disponibilidade de potência

e todas quatro rodas são motrizes, o que também representa uma melhor aderência.

Scraper com elevador (Elevathing-scraper): Tem na parte dianteira do interior da

caçamba um conjunto de barras cortantes, solidariamente instaladas sob a forma de esteira e

com pequena inclinação vertical.

Sistema Push-Pull (empurra-puxa): É concebido de tal forma que dois scrapers de dupla

motorização se ajudem mutuamente durante o carregamento. Para isso são necessários que:

Os scrapers chegam dois a dois no local de empréstimo.

Haja condições de os operadores procederem ao engate e o desengate em tempo

satisfatório.

Empréstimos com extensão suficiente para que dois scrapers possam ser carregados

em uma só direção, um após o outro.

11.3. Operação dos Scrapers

No carregamento, sempre que possível, observar:

Carregar em rampa descendente;

Carregar onde a máquina permitir (torque ou patinamento) sem auxílio do Pusher;

Deixar faixas entre duas passagens consecutivas para facilitar o terceiro carregamento;

Manter a área de carregamento nivelada, usando os Pusher’s em seus movimentos de

ociosidade;

Avançar o ejetor para provocar um adensamento durante o carregamento.





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Resumo das Operações

Operação Lâmina de corte Avental Ejetor

Escavação e carga Baixada Levantado Imóvel

Transporte Levantada Baixado Imóvel

Descarga Levantada Levantado Acionado

11.4. Otimização da produção do Motoscraper e do Pusher

Evitar no retorno a utilização de trajetos com rampas ascendentes muito fortes;

Conservar os caminhos de serviços para tempos de percurso, a resistência ao rolamento,

a presença de poeira e os danos na estrada da máquina;

O trator Pusher deverá ter potência do motor compatível com os esforços resistentes que

vai encontrar, geralmente obedecendo a relação: 1HP/m3 da caçamba do Motoscraper;

Para cálculos rápidos do esforço trator necessário para o enchimento da caçamba do

Motoscraper, usar a relação: 1 kg de esforço trator para carregar 1 kg de terra;

Na descarga, recomenda-se elevar a caçamba acima do normal e iniciar a descarga com

ela bem alta a fim de proporcionar uma saída inicial por gravidade. Em seguida acionar o

ejetor.

Rendimento:

É expresso pela produção horária (m3/h), podendo ser calculada por:

Onde:

Capacidade da caçamba;

Fator de conversão de volumes;

Fator de eficiência é em média, 0,80 para scraper rebocado por trator de esteiras e

0,70 para scraper rebocado por trator de pneus;

Tempo de ciclo (min);





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Determinação do tempo de ciclo mínimo:

Tempos variáveis: É necessário encontrar a velocidade provável de cada trecho. Segue-

se o seguinte roteiro:

Decompõe-se o trajeto em seguimentos nos quais seja possível serem definidos o

comprimento e a inclinação da rampa;

Determinam-se as velocidades de cada trecho admitindo-se movimentos uniformes

( ), usando-se os passos:

Usa-se a condição ;

Com o valor de para o trecho, entra-se no diagrama Tração X Velocidade,

intercepta as curvas das diversas marchas disponíveis e tem-se a velocidade.

De posse da velocidade provável do trecho, calcula-se o tempo de trecho.

No caso de rampa descendente o processo para achar a velocidade será:

Se , usa-se o diagrama T x V;

Se , usa-se regra prática: a máquina descerá carregada com a mesma velocidade

que subiria vazia.

Tempos fixos: Tempo de carga, tempo de posicionamento, tempo de aceleração e

desaceleração, tempo de manobra e descarga. Todos são tabelados pelo fabricante.

12. ESTUDO DAS UNIDADES COMPACTAÇÃO

a) 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.





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b) Rolo vibratório: Nos rolos vibratórios, a freqüência da vibração influi de

maneira extraordinária 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.

c) Rolos Pneumáticos: constam de eixos (um ou dois) com rodas pneumáticas em

número de 5 ou 7. No chassis, que se apoiasobre 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.

d) Rolos Combinados: é o Rolo Pé-de-Carneiro vibratório, ou seja, aproveita as

vantagens dos dois.

e) Rolos Especiais: são máquinas compactadoras usadas na compactação de

aterros.

f) Sapo: Acionado por motor a gasolina ou ar comprimido, desloca-se sobre o

aterro aos pulos, comprimindo o solo a cada queda.

Para terras porosas, cujo adensamento dificilmente seria obtido por meio de máquinas

comuns, podem ser empregados vibradores ou densificadores oscilantes. Pode-se ainda fazer

cair no terreno pesos de ferro com a face inferior plana, manejados pela lança de uma

escavadeira comum (pilão).

12.1. Rendimento das unidades compactadoras

É espresso por:

E: fator de eficiência, em média 0,80;

V: velocidade em que o rolo desloca em operação;

W: largura útil da faixa em cada passada;

N: número de passadas do rolo para realizar a compactação no grau desejado;

H: espessura da camada de terra solta.

12.2. Estimativa de Produção das unidades compactadoras

É espressa pela fórmula:





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A

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l: largura útil do equipamento de compactação;

R: coeficiente de rendimento.

13. SELEÇÃO DOS EQUIPAMENTOS DE TERRAPLENAGEM

Fatores influenciadores:

Fatores Naturais: são quelees que dependem das condições vigentes no local de

trabalho, tais como, topografia, tipos de solos, regime de chuvas, etc;

Fatores de Projeto: são representados pelo volume de terrra a ser movimentado,

distância de transporte, rampas, dimensão da plataforma, etc;

Fatores Econômicos: são resumidos no custo unitário de trabalho qua é o fator

predominante e decisivo na escolha a ser feita.

Exemplo 10)

Selecionar a equipe mais econômica para a realização de um serviço de terraplenagem

de volume de corte 600000 m³ a ser realizado em um prazo de 6 meses de 30 dias, com turno

diário de 10 horas. ; ;

Equipe 1: Motoscraper com 24 m³ de capacidade e trator Pusher com tempo de ciclo

igual a 2 min. Dados: .

Velocidade nos trechos:

Trecho Velocidade (Km/h) Velocidade (Km/h)

Ida Volta

AB 34 15

BC 12 35

;

.

Equipe 2: Caminhões com capacidade de 22 m³, carregadeira com capacidade de 3 m³ e

tempo de ciclo de 0,6 min, ; (considerando apenas manobra, descarga e

posicionamento).





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A

A

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Velocidade no trechos:

Trecho Velocidade (Km/h) Velocidade (Km/h)

Ida Volta

AB 52 26

BC 16 52

;

.

Trajeto:

Trecho Distância (m)

AB e BA 800

BC e CB 700

Resolução:

Equipe 1

(Produção no estado natural)

(no prazo)





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A

A

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Custo do m³ escavado e transportado:

Equipe 2

Nº de caçambadas:

Tempo de carga:

Produção

(no prazo)

Número de unidades necessárias:

N – Número de carregadeira

1 Carregadeira alimenta 3 caminhões, logo, como são 6 caminhões, fazem-se

necessárias duas carregadeiras.

6 caminhões 127,30 = R$ 763,80

2 carregadeira 68,23 = R$ 136,46

TOTAL= R$ 900,00


14. PREVISÃO DE CUSTO

O custo horário dos equipamentos estão divididos em 3 etapas, que são elas:





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A

A

A

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Custos fixo (Custo de propriedade) -

Custos variáveis –

Taxas de leis sociais e BDI

14.1. Custos fixos (custo de propriedade)

São aqueles decorrentes do simples fato de possuir a máquina, são eles:

a) A vida útil de equipamentos de terraplanagem é geralmente estimada em

10.000h (2000h/ano; ano de duração).

b) Depreciação – perda do valor que sofre o equipamento com o decorrer do

tempo. Se ele é adquirido por um valor inicial V0 e tem vida util estimada em horas (H),

durante essas horas o empresário terá que recuperar um valor que permita a reposição de uma

máquina idêntica a inicial.

O valor depreciado é, geralmente:

c) Juros de investimento – são juros normais do capital investido que venderia em

qualquer aplicação financeira.

Depreciação e juros (R$/h)





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Equipamentos Serviços do Equipamento

Leve Médio Pesado

Tratores,

motoniveladoras,

carregadeiras,

caminhões comuns.

K =0,01118 K = 0,01319 K= 0,01577

Caminhões,

tanques,

escavadeiras

K = 0,01148

Rolos

compactadores 0,01249

14.2. Custos Variáveis

2.1) Custo de operação – são despesas de combustíveis, lubrificantes, graxas, filtros,

pneus, etc...

Motor a óleo diesel – consumo horário

Óleo Diesel 0,15 l/HP

Óleo Lubrificante 0,02 l/HP

Graxas 0,01 l/HP

Custo horário (motor a óleo diesel) =

HP = potência do equipamento

R$ / l = custo por litro

Motor a Gasolina – consumo horário

Gasolina 0,225 l/HP

Óleo Lubrificante 0,02 l/HP

Graxas 0,01 l/HP





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Custo horário (motor a gasolina) =

2.2) Custo de manutenção – são os que variam com o tempo e de forma imprevisível,

são pequenos no começo da vida do equipamento e maiores quando já envelhecidos

- custo horário de manutenção

Vo – valor de aquisição do equipamento

n – vida útil em anos

h – horas trabalhadas/anos

K – coeficiente de proporcionalidade (tabelada)

Coeficiente de proporcionalidade (K)

Equipamento K

Trator de esteira 1

Trator de pneus 0,8

Motoniveladora 0,8

Escavadeira 0,8

Carregadeira 1

Caminhões Basculante 1

Rolos Compressores 0,9

14.3. Leis Sociais e BDI

i) Leis Sociais – são custos diretos que incidem sobre a mão de obra. São a soma das

obrigações legais inerentes ao trabalho. São divididas em quatro grupos:





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a) Encargos Sociais básicos:

a.1)Aviso prévio 20%

a.2) FGTS 8%

a.3) Salário educação 2,50%

a.4) SESI 1,50%

a.5) SENAI 1%

a.6) SEBRAE 0,60%

a.7) INCRA 0,20%

a.8) Seguro 3%

TOTAL 36,8%

b) Encargos sociais que recebem incidencia de “a”:

b.1) Repouso semanal e feriados 22,90%

b.2) Auxílio enfermidade 0,79%

b.3) Licença paternidade 0,34%

b.4) Décimo terceiro salário 10,57%

b.5) Falta, dias de chuvas, faltas justificadas e acidente de trabalho 4,57%

TOTAL 39,17%

c) Encargos sociais que não recebem incidencias globais de “a”:

c.1) Depósito por despedida sem justa causa 4,45%

c.2) Aviso prévio indenizado 13,12%

c.3) Férias indenizadas 17,15%

TOTAL 35,02%

d) Taxas de reincidêcias: 14,41%

Total percentual adotado para leis sociais = 125,40%





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ii) BDI – Bonificação de Despesas Indiretas: são custos indiretos envolvidos na

administração dos negócios da empresa executante, que são:

a) Administração Central – apoio técnico e supervisão central da empresa:

a.1) Pessoal Técnico e Administrativo – ligado diretamente à

obra 0,50%

a.2) Comunicação e locomoção de pessoal, ligado

parcialmente à obra, tais como contabilidade, oficina central,

depósito, etc.

0,20%

a.3) Rateio das despesas com pessoal ligado parcialmente a

obra 0,20%

a.4) Rateio das despesas gerais do escritório central 0,40%

Total 1,30%

b) Administração Local:

b.1) Vigilância, segurança e primeiros socorros 0,10%

b.2) Pessoal ligado diretamente a execução da obra e

não considerado no cálculo dos custos diretos

(Engenheiros, encarregados de campo, almoxarifante)

8,30%

Total 8,40%

c) Custos Financeiros:

c.1) Condições contratuais relativas dos cronogramas

de execução dos serviços 0,10%

c.2) Eventuais atrasos nos recebimentos previstos 0,10%

c.3) Utilização de fontes de recursos financeiros à

disposição da empresa 0,10%

Total 0,30%

d) Transporte de Pessoal:





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Custos decorrentes de necessidade de transportar pessoal diretamente envolvido na

execução da obra (0,5%)

e) Impostos:

e.1) ISS 4,50%

e.2) INSS 8,75%

e.3) Tributos federais (COFINS, FUNDO SOCIAL,

IMPOSTO DE RENDA – Pessoa Jurídica) 5,65%

Total 18,90%

f) Lucro Direto = 5,0%

Total percentual adotado para o BDI = 34,40%

15. EXERCÍCIOS DE REVISÃO (PARTE 2)

Exercício 3)

Calcular o custo horário de uma motoniveladora para realizar o serviço de

terraplenagem abaixo.

Dados:

Custo da máquina: R$ 150.000;

Salário mensal do operador: R$ 1250;

Turno diário: 8 horas (considerar o mês como sendo de 30 dias);

Óleo Diesel (litro): R$ 2,40 (Serviço médio);

Potência do equipamento: 155 HP:

BDI: 35% e Leis sociais: 125,4%.





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Custo horário (combustível)

Custo horário produtivo da máquina

Custo horário improdutivo da máquina

Exercício 4)

Determine o prazo mínimo necessário para executar o movimento de terra abaixo,

considerando um tempo de ciclo de 25 min.

Número de unidades de transporte: 15.

Turno diário: 10 horas (mês de 30 dias).

Volume compactado: 150000 m³.

Redução volumétrica (N/C) = 10%

Capacidade da caçamba: 6 m³.

Prazo:





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Exercício 5)

Selecionar a equipe mais econômica para a realização de um serviço de terraplenagem

com um volume compactado de 800.000 m³ a ser realizado no prazo de 5 meses e 30 dias

(turno diário: 10 horas).

;

Redução volumétrica (N/C) = 10%;

Equipe 1:

Motoscraper: ;

Trator Pusher: ;

;

Rendimento: 0,8;

Velocidades:

Trecho Velocidades (Km/h)

IDA VOLTA

AB 18 40

BC 28 34

CD 34 32

Custo horário do Motoscraper: R$ 124,84;

Custo horário do Pusher: R$ 137,40.

Equipe 2:

Caminhões: ;

Carregadeira: ;

;

Rendimento: 0,8;

Velocidades:

Trecho Velocidades (Km/h)

IDA VOLTA

AB 40 58

BC 48 46

CD 44 52





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Custo horário dos caminhões: R$ 127,13;

Custo horário das carregadeiras: R$ 68,28.

Trecho Trajeto (m)

AB 750

BC 600

CD 450

Equipe 1:

Número de Motoscrapers:

Pushers:

1 Pusher alimenta 5 Motoscrapers, logo, se fazem necessários 2 Pushers.

Equipamento Quantidade Preço Unitário Preço Total

Motoscrapers 8 124,84 R$ 998,72 R$

Pushers 2 137,40 R$ 274,80 R$

Total: 1273,52 R$


Equipe 2:

Número de Caçambadas:





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Tempo de Carga:

Número de Caminhões:

Carregadeiras:

1 Carregadeira alimenta 3 Caminhões, logo, se fazem necessários 4 Carregadeiras.

Equipamento Quantidade Preço Unitário Preço Total

Motoscrapers 12 127,13 R$ 1525,56 R$

Pushers 4 68,28 R$ 273,12 R$

Total: 1798,68 R$


A equipe a ser escolhida deve ser a mais econômica, ou seja, a equipe 1.

Métodos e equipamentos de construção _ Notas de aula

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