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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL,
ARQUITETURA E URBANISMO
Sobre a Estimativa de Produção de
Equipamentos de Construção de Pavimentos
Rodoviários
Autor: Wilbert Raymundo Ríos Sotomayor
Campinas - SP
2008
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO
Wilbert Raymundo Ríos Sotomayor
Sobre a Estimativa de Produção de
Equipamentos de Construção de Pavimentos Rodoviários
Dissertação apresentada à comissão de
pós-graduação da Faculdade de Engenharia
Civil, Arquitetura e Urbanismo da
Universidade Estadual de Campinas, como
parte dos requisitos para a obtenção do título
de Mestre em Engenharia Civil, na área de
concentração de transportes.
Orientador: prof. Dr. Cássio Eduardo Lima de Paiva
Campinas - SP
2008
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ii
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA
BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA – BAE – UNICAMP
R479s
Ríos Sotomayor, Wilbert Raymundo
Sobre a Estimati
va de Produção de Equipamentos de
Construção de Pavimentos Rodoviários
/ Wilbert
Raymundo Ríos Sotomayor.--
Campinas, SP: [s.n.], 2008.
Orientador: Cássio Eduardo Lima de Paiva
Dissertação (Mestrado) –
Universidade Estadual de
Campinas, Faculdade de
Engenharia Civil, Arquitetura e
Urbanismo.
1. Pavimentos de concreto asfáltico.
2. Pavimentos
flexíveis. 3. Máquinas para a construção civil.
4.
Planejamento da produção.
I. Paiva, Cássio Eduardo
Lima de.
II. Universidade Estadual de Campinas.
Faculdad
e de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo.
III. Título.
Título em inglês: About the estimative of production of construction equipments
for road pavement
Palavras-chave em inglês: Pavement, Construction Equipment, Estimative of
Production
Área de concentração: transportes
Titulação: mestre em engenharia civil
Banca examinadora: Carlos Alberto Bandeira Guimarães, Antonio Clóvis Pinto
Ferraz
Data da defesa: 29/02/2008
Programa de pós-graduação: engenharia civil
iii
iv
Dedicatória
A minhas filhas Alexandra e Almendra, aos
meus pais e a minha esposa.
v
RESUMO
RIOS S, Wilbert R. “Equipamentos de Construção de Pavimentos Rodoviários –
Estimativa de Produção”. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo,
Universidade Estadual de Campinas, 2007, 138 pág. Dissertação de Mestrado.
Para o desenvolvimento de um projeto rodoviário, é conhecida a grande incidência de
custos que tem os equipamentos empregados para a sua construção. Um fator importante para a
otimização de custos neste tipo de empreendimentos é apresentado neste trabalho, já que há
quantidade insuficiente de uma literatura clara e concisa sobre a produção de alguns equipamentos.
Este estudo tem como objetivo identificar, descrever e analisar as diversas variáveis, que
condicionam o desempenho dos equipamentos empregados na execução de bases e revestimentos
de pavimentos flexíveis, propor métodos e criar ábacos para a fácil determinação da produção dos
mesmos.
Conhecendo a interação das variáveis será mais simples que engenheiros ligados ao
projeto, execução e manutenção de rodovias tomem uma decisão acertada.
Palavras-chave: Pavimentação, Equipamentos de Construção, Estimativa de Produção.
vi
ABSTRACT
RIOS S, Wilbert R. “About the Estimative of Production of Construction Equipments
for Road Pavement”. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade
Estadual de Campinas, 2007, 138 pág. Dissertação de Mestrado.
In the development of a road project, it is known that one of the most significant
contributors for the high costs are the equipments used for its construction. As there are few clear
and concise literatures about production of some equipments, important factors in cost
optimization in this type of enterprises will be presented in this work.
The objective of this study is to identify, describe and analyze several variables that
influence the equipment performance used in the execution of bases course and surfacing course of
flexible pavement, propose methods and create abacs that provide an easy determination of
equipment production.
By knowing the interaction of the variables, it becomes easier to engineers who work in
project, execution and maintenance of highways to take a mode accurate decision.
Key words: Pavement, Construction Equipment, Estimative of Production.
vii
SUMÁRIO
Página
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................ix
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................xi
LISTA DE NOTAÇÕES E ABREVIATURAS....................................................................xiv
1. INTRODUÇÃO...............................................................................................................1
1.1. Considerações iniciais .....................................................................................1
1.2. Objetivos do trabalho ......................................................................................3
1.3. Justificativa do tema escolhido........................................................................4
2. TIPOS DE CAMADAS EXECUTADAS EM PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS.........7
2.1. Pavimento rodoviário ......................................................................................7
2.2. Camadas constituintes do pavimento ............................................................10
2.2.1. Regularização do subleito .............................................................................. 10
2.2.2. Reforço de subleito......................................................................................... 11
2.2.3. Sub-base ......................................................................................................... 11
2.2.4. Base ................................................................................................................ 13
2.2.5. Revestimento.................................................................................................. 15
3. EQUIPAMENTOS PARA A EXECUÇÃO DE CAMADAS VIÁRIAS E SUA
ESTIMATIVA DE PRODUÇÃO..........................................................................................25
3.1. Principais equipamentos por tipo de serviço .................................................25
3.2. Produção dos equipamentos estudados..........................................................32
3.2.1. Motoniveladoras............................................................................................. 32
3.2.2. Rolos compactadores...................................................................................... 37
viii
3.2.3. Distribuidor ou caminhão espargidor de asfalto ............................................ 45
3.2.4. Pavimentadoras de asfalto.............................................................................. 49
3.2.5. Usinas de asfalto............................................................................................. 54
4. ANÁLISE CRÍTICA ÀS VARIÁVEIS DE PRODUÇÃO...........................................75
4.1. Considerações iniciais ...................................................................................75
4.2. Motoniveladoras ............................................................................................75
4.3. Rolos compactadores.....................................................................................83
4.4. Distribuidor de asfalto ...................................................................................96
4.5. Pavimentadora de asfalto...............................................................................97
4.6. Usina de asfalto ...........................................................................................103
5. APLICAÇÃO PRÁTICA DAS EQUAÇÕES DE PRODUÇÃO DOS
EQUIPAMENTOS RODOVIÁRIOS..................................................................................113
5.1. Espalhamento e compactação de camadas de solos. ...................................114
5.1.1. Estimativa de produção da motoniveladora ................................................. 114
5.1.2. Estimativa de produção do rolo compactador para solos............................. 116
5.2. Produção, espalhamento e compactação de camadas betuminosas a quente.
117
5.2.1. Estimativa de produção da usina de asfalto ................................................. 117
5.2.2. Estimativa de produção do distribuidor de asfalto....................................... 117
5.2.3. Estimativa de produção da pavimentadora de asfalto .................................. 118
5.2.4. Estimativa de produção dos rolos compactadores de asfalto ....................... 119
5.2.5. Estimativa de produção dos rolos pneumáticos de asfalto........................... 120
6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS...........................123
6.1. Avaliação do trabalho desenvolvido............................................................123
6.2. Sugestões para futuras pesquisas.................................................................125
7. BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................127
7.1. Referências bibliográficas ...........................................................................127
7.2. Catálogos técnicos consultados ...................................................................132
7.3. Bibliografia de apoio e consulta..................................................................137
ix
LISTA DE FIGURAS
Página
Figura 3.1 – Principais partes conformantes de uma motoniveladora...........................................33
Figura 3.2 – Motoniveladora no trabalho de regularização de camadas do pavimento. ...............34
Figura 3.3 – Rolos pé-de-carneiro durante o processo de compactação de camadas viárias. .......39
Figura 3.4 – Rolo liso tandem durante o processo de compactação de uma camada asfáltica......41
Figura 3.5 – Rolo pneumático durante o processo de compactação de uma camada asfáltica. ....42
Figura 3.6 – Distribuidores de asfalto com barra espargidora.......................................................47
Figura 3.7 – Partes conformantes da pavimentadora de asfalto. ...................................................50
Figura 3.8 – Pavimentadora de esteiras colocando mistura asfáltica. ...........................................51
Figura 3.9 – Fluxograma de uma usina gravimétrica ou descontínua...........................................56
Figura 3.10 – Fluxograma de uma usina volumétrica ou contínua. ..............................................57
Figura 3.11 – Fluxograma de uma usina Drum Mixer ..................................................................62
Figura 3.12 – Misturador de tambor de fluxo paralelo..................................................................62
Figura 3.13 – Misturador de tambor contrafluxo. .........................................................................63
Figura 4.1 – Técnica empregada pela motoniveladora - passagem da lâmina em trajeto de ida ..77
Figura 4.2 – Técnica empregada pela motoniveladora - passagem contínua da lâmina entre o início
e o término da área a ser regularizada ...........................................................................................77
Figura 4.3 – Ábaco da capacidade de produção bruta de uma motoniveladora com velocidade
média de 15 km/h e largura da lâmina de 3,658 metros................................................................82
Figura 4.4 – Ábaco da capacidade de produção bruta de uma motoniveladora com velocidade
média de 15 km/h e largura da lâmina de 4,267 metros................................................................83
Figura 4.5 – Operação típica de compactação...............................................................................85
x
Figura 4.6 – Ábaco da capacidade de produção bruta de um rolo compactador de solos com
velocidade média de 5 km/h e largura de compactação de 1,65 metro. ........................................94
Figura 4.7 – Ábaco da capacidade de produção bruta de um rolo compactador de asfalto com
velocidade média de 4,5 km/h e largura de compactação de 1,65 metro. .....................................95
Figura 4.8 – Ábaco da capacidade de produção bruta de um rolo pneumático de asfalto com
velocidade média de 5,5 km/h e largura de compactação de 1,90 metro. .....................................96
Figura 4.9 – Ábaco da capacidade de produção bruta de uma pavimentadora de asfalto para uma
densidade de compactação de 2,4 ton./m³ e largura de pavimentação de 3,70 metros. ..............103
Figura 4.10 – Ábaco da capacidade de produção de uma usina de asfalto com diferentes diâmetros
de secador contrafluxo (ton./h) para diferentes umidades do agregado. .....................................109
Figura 4.11 – Ábaco da capacidade de produção de uma usina de asfalto secador contrafluxo
(ton./h) para diferentes umidades do agregado e temperaturas de descarga do material. ...........110
Figura 4.12 – Ábaco da capacidade de produção de uma usina de asfalto com diferentes diâmetros
de secador fluxo paralelo (ton./h) para diferentes umidades do agregado. .................................111
Figura 4.13 – Ábaco da capacidade de produção de uma usina de asfalto secador fluxo paralelo
(ton./h) para diferentes umidades do agregado e temperaturas de descarga do material. ...........112
xi
LISTA DE TABELAS
Página
Tabela 2.1 – Base classificatória para pavimentos..........................................................................9
Tabela 2.2 – Tipo de material - camadas constituintes dos pavimentos flexíveis.........................22
Tabela 2.3 – Etapa construtiva - camadas constituintes dos pavimentos flexíveis. ......................23
Tabela 3.1 – Equipamentos por tipo de serviço – mistura na pista. ..............................................26
Tabela 3.2 – Equipamentos por tipo de serviço – mistura na usina. .............................................27
Tabela 3.3 – Equipamentos por tipo de serviço – carga e transporte. ...........................................28
Tabela 3.4 – Equipamentos por tipo de serviço – espalhamento...................................................29
Tabela 3.5 – Equipamentos por tipo de serviço – compactação....................................................30
Tabela 3.6 – Equipamentos por tipo de serviço – acabamento. ....................................................31
Tabela 3.7 – Speed Number para uso na equação da velocidade da pavimentadora.....................54
Tabela 3.8 – Espessura típicas de colocação de misturas betuminosas considerando o
empolamento. ................................................................................................................................54
Tabela 3.9 – Máximos valores de fluxo de gás recomendados para secadores contrafluxo. ........66
Tabela 3.10 – Máximos valores de fluxo de gás recomendados para secadores fluxo paralelo. ..67
Tabela 3.11 – Efeito do excesso de ar, no secador e na demanda de calor requerido...................69
Tabela 3.12 – Taxa de produção esperada para secador contrafluxo. ...........................................71
Tabela 3.13 – Taxa de produção esperada para secador fluxo paralelo. .......................................72
Tabela 4.1 - Características Técnicas das Motoniveladoras..........................................................80
Tabela 4.2 – Recomendações para o emprego de variáveis de produção das motoniveladoras....81
Tabela 4.3 – Variáveis de produção recomendados para as motoniveladoras. .............................81
Tabela 4.4 - Características técnicas dos rolos pé-de-carneiro......................................................86
xii
Tabela 4.5 – Características técnicas de rolos lisos para solos......................................................87
Tabela 4.6 – Características técnicas dos rolos lisos para asfalto. ................................................88
Tabela 4.7 – Características técnicas dos rolos pneumáticos ........................................................89
Tabela 4.8 – Recomendações para o emprego de variáveis de produção dos compactadores
vibratórios de solos........................................................................................................................90
Tabela 4.9 – Recomendações para o emprego de variáveis de produção dos compactadores
vibratórios de asfalto. ....................................................................................................................91
Tabela 4.10 – Recomendações para o emprego de variáveis de produção dos compactadores
estáticos lisos e pneumáticos. ........................................................................................................92
Tabela 4.11 – Variáveis de produção recomendados para os rolos compactadores......................93
Tabela 4.12 – Características técnicas do distribuidor de asfalto..................................................97
Tabela 4.13 - Características técnicas das pavimentadoras de rodas. ...........................................99
Tabela 4.14 – Características técnicas das pavimentadoras de esteiras. .....................................100
Tabela 4.15 – Características técnicas das pavimentadoras de esteiras (continuação). ..............101
Tabela 4.16 – Recomendações para o emprego de variáveis de produção das pavimentadoras de
asfalto. .........................................................................................................................................102
Tabela 4.17 – Variáveis de produção recomendados para as pavimentadoras de asfalto. ..........102
Tabela 4.18 - Características técnicas da usina de asfalto gravimétrica ou descontínua.............105
Tabela 4.19 - Características técnicas da usina de asfalto contínua contra - fluxo. ....................105
Tabela 4.20 - Características técnicas da usina de asfalto contínua Drum Mixer. ......................106
Tabela 4.21 – Taxa de produção esperada para secador contrafluxo com 3% de umidade do
agregado e diâmetros comerciais do secador. .............................................................................107
Tabela 4.22 – Taxa de produção esperada para secador fluxo paralelo com 3% de umidade do
agregado e diâmetros comerciais do secador. .............................................................................108
Tabela 4.23 – Taxa de produção esperada para secador contrafluxo (ton./h) para diferentes
umidades do agregado. ................................................................................................................109
Tabela 4.24 – Taxa de produção esperada para secador contrafluxo (ton./h) para diferentes
temperaturas de descarga do material..........................................................................................110
Tabela 4.25 – Taxa de produção esperada para secador fluxo paralelo (ton./h) para diferentes
umidades do agregado. ................................................................................................................111
xiii
Tabela 4.26 – Taxa de produção esperada para secador fluxo paralelo (ton./h) para diferentes
temperaturas de descarga do material..........................................................................................112
xiv
LISTA DE NOTAÇÕES E ABREVIATURAS
AAPA Australian Asphalt Pavement Association
ASTM American Society for Testing and Materials
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
BGS Brita Graduada Simples
CAUQ Concreto Asfáltico Usinado a Quente
C Comprimento da área de trabalho
C
queimador
Capacidade do queimador da usina de asfalto
Cr Calor requerido para a produção da mistura asfáltica quente
DAER Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem
DER-SP Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem, atual DNIT
DNER-ES Especificação de Serviço do DNER
DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes
D Distância percorrida avante ou a ré pelo equipamento
E Eficiência do equipamento
FAÇO Fábrica de Aço Paulista S.A.
IBP Instituto Brasileiro de Petróleo
IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias
L Largura da área de trabalho
l Largura efetiva da área de trabalho proporcionada pelo equipamento
lt Total de litros a serem aplicados pelo distribuidor de asfalto
NAPA National Asphalt Pavement Association
xv
NBR Norma Brasileira Registrada
N Número de passadas do equipamento para cumprir um determinado trabalho
PMSP Prefeitura do Município de São Paulo
ρ Densidade da mistura asfáltica compactada
Q Produção do equipamento
q Vazão da barra distribuidora de asfalto
r Raio do secador da usina de asfalto
SAFL Solo Arenoso Fino Laterítico
SBS Estireno – butadieno – estireno
T Tempo empregado por um equipamento numa determinada operação
t Taxa de aplicação da barra do distribuidor de asfalto
TB Bituminous Materials of Pavement – Terminology
TRB Transportation Research Board
V Velocidade do equipamento
V
gás
Fluxo de gás para o secador da usina de asfalto
v Velocidade do gás no secador da usina de asfalto
Vv Volume de ventilação requerido no secador da usina de asfalto
w.g. “inches of water gauge”
1
1. INTRODUÇÃO
1.1. Considerações iniciais
A opção pela modalidade rodoviária como principal meio de transporte de carga é um
fenômeno que se observa em nível mundial desde a década de 1950, tendo como base a expansão
da indústria automobilística associada aos baixos preços dos combustíveis derivados do petróleo.
No Brasil, a ênfase no transporte rodoviário, que se consolida à mesma época, está
associada à implantação da indústria automobilística no País e à mudança da capital para a Região
Centro-Oeste, que foram acompanhadas de um vasto programa de construção de rodovias.
A construção de rodovias tem um papel vital para o escoamento da produção agrícola e
industrial, sendo, muitas vezes, a única opção para o transporte de mercadorias entre os centros
produtores e consumidores, assim como até os portos e aeroportos.
Uma obra rodoviária se caracteriza por ter custos consideráveis na sua concepção e,
principalmente, na sua execução. Um fator importante destes custos é a forte incidência da
utilização de equipamentos pesados. Essa forte incidência ocorre tanto nos serviços de
terraplenagem quanto nos de pavimentação.
O sucesso na execução de uma obra rodoviária (do ponto de vista técnico-econômico)
depende da rapidez da construção da estrada. Esta produtividade é obtida alocando à obra uma
quantidade maior de equipamentos e conhecida o real desempenho dos mesmos.
2
Atualmente, o planejamento da produção para um projeto dado se enfoca freqüentemente
orientada à produtividade do equipamento alocado. Além disso, o planejamento financeiro de uma
empreiteira começa sempre a partir do investimento em equipamentos, já que estes elementos
constituem a maior inversão de capital a longo prazo.
A tarefa principal de um engenheiro de construção é fazer com que as operações sob sua
responsabilidade sejam concluídas com um produto final satisfatório, de acordo com os planos e
especificações, e ao custo menor possível. Um fator determinante, ao se planejar a aquisição do
equipamento para a construção, é o seu custo total, que compreende não só o investimento original
de aquisição, mas, também, o custo de operação, reparação e conservação do equipamento.
Com os avanços tecnológicos alcançados nas últimas décadas no setor de máquinas
pesadas, para cada serviço da área rodoviária existe no mercado um tipo de equipamento
especialmente fabricado para atender às exigências de ordem técnica e operacional requeridas para
as mais variadas atividades.
Dependendo do porte do empreendimento rodoviário e do orçamento programado, há
maior ou menor acessibilidade aos equipamentos requeridos. No caso da grande maioria dos
municípios brasileiros, que não possuem os recursos necessários para adquirir e manter um
conjunto mínimo de equipamentos necessários para a manutenção de estradas rurais, estando,
portanto, limitados à sua acessibilidade aos equipamentos de última geração e ao aproveitamento
das vantagens tecnológicas.
Considerando-se os custos para a execução de rodovias e sabendo-se da forte incidência
dos equipamentos no desenvolvimento dos mesmos, existe a necessidade dos engenheiros
rodoviários em contar com uma ferramenta que ajude na determinação (valor mais exato possível)
da produção dos equipamentos mínimos necessários para a construção de pavimentos asfálticos
rodoviários.
3
1.2. Objetivos do trabalho
Este trabalho tem o objetivo de identificar, descrever e analisar as variáveis que
influenciam na produção dos equipamentos empregados na construção de bases e revestimentos de
pavimentos flexíveis. Os equipamentos analisados são os seguintes:
• Motoniveladoras;
• Rolos compactadores de solo e asfalto;
• Distribuidores de asfalto;
• Pavimentadoras de concreto asfáltico;
• Usinas de asfalto.
A pesquisa bibliográfica realizada foi baseada em livros, especificações técnicas,
catálogos e manuais dos fabricantes de maquinarias, e pretende organizar de forma consistente e
sistemática o conhecimento disponível na literatura técnica sobre o assunto, obtendo como
resultado um documento que apresenta:
• As fórmulas de produção dos equipamentos em estudo;
• As características técnicas e parâmetros que influem na produção;
• Uma análise comparativa entre os equipamentos existentes no mercado
brasileiro, avaliando as compatibilidades e discordâncias dos diferentes fabricantes;
• A formulação de ábacos que ajudem na determinação da estimativa de produção
dos equipamentos, sendo consideradas a série de variáveis determinadas;
4
• A metodologia de aplicação prática para a determinação da produção desses
equipamentos.
1.3. Justificativa do tema escolhido
A estimativa de produção dos equipamentos empregados na construção rodoviária não é
um processo preciso, pois, além de depender de diversos parâmetros de difícil determinação, ainda
há outros fatores aleatórios que influem de forma decisiva no desempenho das máquinas.
Para os cálculos da estimativa de produção, obriga-se a recorrer, muitas vezes, a
julgamentos ou opiniões pessoais baseados em experiência anterior para se obter resultados
corretos, se comparados, posteriormente, com a realidade. (HELIO DE SOUZA e CATALANI G.
2002).
Uma vez conhecidos a natureza e o prazo do serviço a ser executado é necessário o uso de
equipamentos adequados a tais condicionantes. Como os equipamentos têm custo inicial de
aquisição muito elevado, o que demanda um alto investimento de capital, há necessidade de se
utilizá-los corretamente, fazendo com que tenham a produção mais rentável possível.
A experiência mostra que vários parâmetros precisam ser conhecidos ou determinados
para permitir a escolha da frota de máquinas mais indicada, o que resulta certa complexidade na
solução do problema. Há de se considerar, também, que em muitos casos, pode haver mais de uma
configuração de frota que satisfaça as condições vigentes, ficando a escolha ao arbítrio de critérios
pessoais, econômicos e de cronograma. (HELIO DE SOUZA e CATALANI G.).
Em geral, cada equipamento tem uma produção teórica fornecida pelo fabricante, sendo
essa produção considerada o seu valor máximo. Esse valor, normalmente apresentado nos
catálogos técnicos dos fabricantes, não vem acompanhado das fórmulas empregadas para o cálculo
do mesmo. Esse fato contribui para criar questionamentos quando, muitas vezes, a situação da obra
difere das condições apresentadas nos catálogos.
5
Além disso, na atual bibliografia técnica disponível no País, não há um documento que
resuma, apresente e oriente de forma ordenada e concisa como determinar a produção dos
equipamentos analisados no presente trabalho, principalmente no caso das usinas de asfalto.
No desenvolvimento da vida profissional, depara-se com determinadas condições de
campo que são, muitas vezes, resolvidas através da experiência de um determinado profissional,
sem um embasamento teórico, mas em alto grau de empirismo.
Identificadas as variáveis que fazem parte da produção dos equipamentos rodoviários
poderão ser geradas tabelas, gráficos ou ábacos que servirão como base ao trabalho de engenheiros
ligados a projeto, construção e manutenção rodoviária, considerando sempre aspectos teóricos e
científicos que deveriam ser os pilares de uma decisão de engenharia.
O desenvolvimento deste trabalho tem o objetivo de esclarecer estas lacunas descritas.
7
2. TIPOS DE CAMADAS EXECUTADAS EM PAVIMENTOS
RODOVIÁRIOS
2.1. Pavimento rodoviário
A norma brasileira de pavimentação NBR - 11170 – Serviços de Pavimentação da ABNT
– Associação Brasileira de Normas Técnicas (1990) define:
“O pavimento é uma estrutura construída sobre o leito natural ou terrapleno de uma via,
constituída de uma ou várias camadas, capaz de resistir às tensões geradas pelas cargas dos
veículos e pelas variações ambientais, distribuí-las minoradas no subleito, e dar condições de
conforto e segurança de rolamento.”
Segundo Hunter (1994), um pavimento rodoviário é uma estrutura complexa da
engenharia, o qual tende a desempenhar um número de funções nem sempre compatíveis. Seu
primeiro objetivo é suportar a aplicação das cargas de tráfego e distribuí-las ao solo subjacente. O
seguinte é assegurar que a transmissão de esforços seja suficientemente reduzida, de modo que não
possa exceder a capacidade de suporte do subleito. Além disso, a estrutura do pavimento deve ser o
suficientemente impermeável para evitar que a capacidade de drenagem do subleito ou sub-base
seja excedida. Se isso ocorrer, o pavimento poderia se saturar e a integridade da sua estrutura seria
diminuída consideravelmente.
8
Segundo Senço (1997), o pavimento é uma estrutura de várias camadas de espessuras
finitas que se assenta sobre um semi-espaço infinito e exerce a função de fundação da estrutura,
chamado de subleito.
O projeto de pavimentos considera uma série de variáveis, como a intensidade de tráfego,
condições do terreno, material disponível para a construção, o clima, entre outros.
A espessura de cada camada depende da carga que a estrutura espera suportar e das
propriedades dos materiais a empregar. (DYNAPAC, 1989).
Embora se possa utilizar nas estruturas de pavimentos asfálticos vários tipos de bases e
sub-bases, elas compreendem, freqüentemente, materiais granulares compactados (tais como rocha
britada, escoria, pedregulho, areia e combinação destes) e solo estabilizado.
Nos EUA, o tratamento mais comum é a mistura de asfalto com o material granular, o que
produz uma base asfáltica. Outros materiais são usados também no tratamento de misturas
granulares de bases, sub-bases e de solos selecionados: cimento Portland, cal, mistura cal-cinzas
volantes, alcatrão do carvão, cloreto de cálcio e sal (cloreto de sódio). (INSTITUTO DE
ASFALTO, 1989).
Pinto e Preussler (2001) indicam que, com o crescimento do volume de tráfego, é
justificável a construção de um pavimento capaz de suportar as solicitações cada vez maiores,
produzidas pelo tráfego. Os investimentos realizados para a construção de pavimentos serão
compensados pelos benefícios decorrentes da:
• Redução do custo de transporte;
• Diminuição do tempo de viagem;
• Diminuição do consumo de combustível;
• Aumento do conforto e da segurança;
9
• Diminuição das despesas de conservação;
• Redução do índice de acidentes.
Quanto à classificação de pavimentos rodoviários, Balbo (1997), faz uma base
classificatória abrangente, tal como indicado na tabela a seguir:
Classificação Definições
Pavimento de concreto
Composto por revestimentos em concreto de cimento Portland
vibrado ou compactado, com ou sem juntas, armado ou não.
Pavimento asfáltico Pavimento que possui revestimento asfáltico.
Pavimento full depth asphalt
Composto exclusivamente por camadas de misturas asfálticas
aplicadas sobre o subleito. Termo consagrado e não traduzido.
Pavimento rígido
É o pavimento cuja camada superior, absorvendo grande
parcela dos esforços horizontais solicitantes, acaba por gerar
pressões verticais bastante aliviadas e bem distribuídas sobre as
camadas inferiores.
Pavimento flexível
É o pavimento no qual a absorção de esforços se dá de forma
dividida entre várias camadas, encontrando-se as tensões
verticais em camadas inferiores concentradas em região
próxima da área de aplicação da carga.
Pavimento semi-rígido
Composto por revestimento asfáltico e base e/ou sub-base em
material tratado com cimento (brita ou solo) de elevada rigidez,
excluídos quaisquer tipos de concreto.
Pavimento semi-flexível
Algumas vezes, aplicado a pavimentos com revestimento em
blocos intertravados ou articulados sobre bases granulares.
Pavimentos de blocos de
concreto
Pavimentos com revestimentos em blocos de concreto
intertravados ou articulados de concreto.
Pavimento composto
Possui revestimentos asfáltico esbelto (em geral, poroso) sobre
concreto de cimento Portland.
Tabela 2.1 – Base classificatória para pavimentos.
Fonte: adaptado de Balbo (1997)
10
2.2. Camadas constituintes do pavimento
2.2.1. Regularização do subleito
Segundo definição do antigo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (1997), na
especificação de serviço DNER-ES 299/97, a regularização do subleito é a operação destinada a
conformar o leito estradal, quando necessário, transversal e longitudinalmente, compreendendo
cortes ou aterros de até 20 centímetros de espessura e de acordo com os perfis transversais e
longitudinais indicados no projeto.
Senço (1997), indica que a operação de regularização é chamada também de preparo do
subleito, devendo ser executada, sempre que possível, em aterro, evitando:
• Que sejam executados cortes difíceis no material da “casca” já compactada pelo
tráfego, a maioria das vezes por muitos anos;
• Que seja substituída uma camada já compactada naturalmente por uma a ser
compactada nem sempre atingindo o grau de compactação existente;
• Que não se sacrifique o equipamento de escarificação desnecessariamente,
agindo numa camada compactada.
Para Pinto e Preussler (2001), o preparo do subleito é uma operação que, se não for
executada com requisitos técnicos, pode comprometer todo o trabalho de pavimentação. É o
suporte sobre o qual vão trabalhar as camadas do pavimento.
11
2.2.2. Reforço de subleito
Thagesen (1996), define que o reforço do subleito é a camada de consolidação que pode
ser empregada sobre solos de pouca capacidade de suporte.
De acordo com Senço (1997), o reforço de subleito é a camada de solo com espessura
constante construída, se necessário, acima da regularização, com características tecnológicas
superiores às da regularização e inferiores às da camada imediatamente superior, ou seja, a
sub-base. O reforço é a parte constituinte especificamente do pavimento e tem funções de
complemento da sub-base.
O antigo DNER (1997), na especificação do serviço DNER-ES 300/97, indica que os
materiais constituintes do reforço do subleito são solos ou mistura de solos existentes, de qualidade
superior à do subleito.
Thagesen (1996) e Pinto e Preussler (2001), concordam que o material constituinte do
reforço do subleito é importado e selecionado, de boas a excelentes características físicas e elevada
resistência ou material do subleito estabilizado granulométrica e/ou quimicamente. Essas
qualidades devem dar ao reforço melhores condições de suporte do que as do subleito e resistência
que permita a absorção e distribuição das cargas, que se transmitem por meio das camadas
superiores do pavimento. A simples utilização do reforço do subleito indica um pavimento de
elevada espessura advinda de um subleito de má qualidade, ou de um subleito de regulares
condições associado a um tráfego intenso e pesado.
2.2.3. Sub-base
Segundo Senço (1997), a sub-base é a camada complementar à base, que por
circunstâncias técnicas e econômicas não é aconselhável construir a base diretamente sobre a
regularização ou reforço do subleito.
12
Coronado (2002), define que a sub-base deve ter estabilidade e capacidade de suporte,
além de ótima capacidade para drenar e controlar a ascensão capilar da água, protegendo assim a
estrutura do pavimento.
Hunter (1994), expressa que o desempenho da sub-base tem quatro funções:
• Proporciona uma camada estrutural a qual distribui as cargas ao subsolo;
• Proporciona uma plataforma de trabalho para o tráfego da construção e uma
plataforma de compactação para colocar as subseqüentes misturas betuminosas;
• Atua como capa de isolamento conjuntamente com as misturas betuminosas para
proteger o subleito do congelamento, no caso de climas frios;
• Pode proporcionar uma camada drenante com a finalidade de drenar a água do
pavimento.
O material constituinte da sub-base deverá ter características tecnológica superiores às do
material de reforço. Por sua vez, o material da base deverá ser de melhor qualidade que o material
da sub-base.
A sub-base consiste de solo natural selecionado e material britado qualificado. Pode
também ser estabilizada com cimento, cal ou betume, para melhorar sua resistência e durabilidade.
(DYNAPAC, 1989).
Com relação à sua posição na estrutura do pavimento, a sub-base é usualmente distinguida
da camada de base pelas menores exigências em termos de resistência, plasticidade e graduação
dos materiais que a constituem. (PINTO e PREUSSLER, 2001).
13
2.2.4. Base
Segundo Hunter (1994) e Coronado (2002), desde o ponto de vista estrutural, a base é a
camada mais importante do pavimento flexível. Tem como finalidade distribuir as cargas aplicadas
na superfície, para não exceder a capacidade de suporte do subleito. Para desempenhar essa função
devem ser apresentadas as características necessárias de resistência intrínseca.
Por outro lado, Pinto e Preussler (2001), indicam que a base deve reduzir as tensões de
compressão no subleito e na sub-base em níveis aceitáveis, ou seja, precisa distribuir as cargas
aplicadas na superfície do pavimento para minimizar ou eliminar as deformações de consolidação e
cisalhamento no subleito e/ou sub-base. Além disso, deve garantir que a magnitude das tensões de
flexão no revestimento não o leve ao trincamento prematuro.
Os materiais mais comumente utilizados consistem de produtos de britagem, mistura de
solos e materiais britados.
A base também pode ser executada com materiais tratados ou estabilizados com ligantes
ou aglomerantes, como o cimento Portland, betume, cal e cinzas volantes.
Estudo feito pelo Instituto de Asfalto (1989), mostra que as camadas asfálticas têm tanto
resistência à tração quanto à compressão, de modo que resistam a essas tensões internas. As bases
granulares não tratadas não têm resistência à tração. Portanto, as bases asfálticas espalham a carga
da roda sobre áreas maiores, quando comparadas com as bases granulares não tratadas. Em
conseqüência, a espessura total da estrutura de pavimento é menor quando empregadas às bases
asfálticas.
Quanto aos tipos de camada de base, é feita a seguir uma breve descrição das mais
utilizadas nos pavimentos flexíveis:
14
• Base de brita graduada:
A especificação ES-P06 da PMSP – Prefeitura Municipal de São Paulo (1999)
define a base de brita graduada como a camada constituída de uma mistura, em usina ou in
loco, de produtos de britagem apresentando granulometria contínua, cuja estabilização é
obtida pela ação mecânica do equipamento de compactação.
• Base de brita corrida:
Segundo definição de Pinto e Preussler (2001), é uma camada constituída por
produtos resultantes da britagem primária de rocha sã, enquadrados numa condição
granulométrica contínua.
• Base de solo arenoso fino laterítico:
De acordo com Nogami e Villibor (1995), conceitua-se tecnologicamente como
SAFL, aquele que pertence à classe de solo de comportamento laterítico e a um dos grupos
LA’ (areias argilosas lateríticas), LA (areias com pouca argila laterítica), e LG’ (argilas
lateríticas e argilas lateríticas arenosas) segundo a classificação geotécnica MCT, sendo
características das regiões tropicais.
• Base de solo-brita:
Pode ser dividida em solo arenoso-brita e solo argiloso-brita. Na primeira,
constitui-se de uma mistura de solo arenoso fino laterítico e brita corrida, e, na segunda, de
solo com predomínio de argila, misturado com brita corrida. Para ambos os casos, as
porcentagens ideais das misturas devem ser definidas em estudos de laboratório. (PINTO
e PREUSSLER, 2001).
15
• Base de solo estabilizado granulometricamente
A especificação DE 00/PAV-005 do DER-SP – Departamento de Estradas de
Rodagem de São Paulo (2000), descreve que consiste da utilização de solos, mistura de
solos, mistura de solos e materiais britados, escoria ou produtos totais de britagem, de
modo a apresentar, após umedecimento e compactação, boas condições de estabilidade e
durabilidade.
• Base de macadame hidráulico
A especificação ES-P05 da PMSP (1999), define o macadame hidráulico como a
camada obtida por compressão de agregados graúdos, uniformemente distribuídos, cujos
vazios são preenchidos por agregados menores, pó de pedra ou areia (material de
enchimento), a princípio seco, e depois com ajuda de água. A estabilidade da camada é
obtida a partir da ação mecânica energética de compactação.
• Base de macadame betuminoso
Esse tipo de base consiste na superposição de camadas de agregados britados,
interligados entre si por pinturas de material betuminoso. (PINTO e PREUSSLER, 2001).
2.2.5. Revestimento
A camada de revestimento de uma estrutura flexível consiste da mistura de agregados
minerais e materiais betuminosos, sobreposta à camada de base.
Segundo Hunter (1994), o revestimento, quanto mais espesso, é colocado com freqüência
em duas camadas. O propósito da camada inferior ou de ligação (binder) é prover uma superfície
bem conformada onde a camada superior ou de rolamento será construída, estendendo e
distribuindo também as cargas de tráfego sobre a base.
16
Hunter indica que o revestimento deve satisfazer os seguintes requerimentos:
• Resistir às deformações pelo tráfego;
• Resistir à fissuração, como resultado do movimento térmico ou de tensões de
tráfego;
• Ser impermeável, protegendo as camadas inferiores do pavimento;
• Ser resistente aos efeitos do clima, abrasão e fadiga;
• Prover uma superfície aceitável ao rolamento de qualidade;
• Prover uma superfície com baixos níveis de geração de ruído.
Segundo Pinto e Preussler (2001), o sucesso do revestimento depende da obtenção de uma
mistura com ótima graduação de agregados e da porcentagem de ligante betuminoso de forma a ser
durável e resistente a fraturas e desagregações, sem se tornar instável ao tráfego esperado e às
condições climáticas.
A massa para os revestimentos geralmente é preparada com misturas a quente, em usinas
apropriadas, como o concreto asfáltico, por exemplo. Também pode ser obtida em usinas de
mistura a frio, com emulsões asfálticas. As massas misturadas a quente são recomendadas para o
uso em rodovias de tráfego de moderado a elevado.
É importante que os revestimentos sejam adequadamente compactados durante a
construção. Quando são mal compactados, se tornam mais suscetíveis a uma grande variedade de
defeitos que tendem a reduzir a vida útil e o nível de desempenho do pavimento.
Devido ao grande número de materiais betuminosos disponíveis, o seu uso pode ser
resumido nos seguintes serviços:
17
• Imprimação
Segundo o antigo DNER (1997), na especificação de serviço DNER-ES 306/97,
consiste na aplicação de uma camada asfáltica sobre a superfície de uma base concluída,
antes da execução de um revestimento betuminoso qualquer.
Para a imprimação são utilizados asfaltos diluídos de baixa viscosidade, que
permitem a penetração do ligante nos vazios da base. (Instituto Brasileiro de Petróleo –
IBP, 1990).
A imprimação é realizada com o objetivo de:
Aumentar a coesão da superfície da camada pela penetração do ligante
aplicado;
Atribuir à camada granular certo grau de impermeabilização.
• Pintura de ligação
A pintura asfáltica é executada com a função básica de promover a aderência à
camada asfáltica a ser sobreposta sobre outra camada asfáltica, sendo utilizadas emulsões
asfálticas.
Pinto e Preussler (2001), indicam que a pintura de ligação pode ser aplicada nas
seguintes condições:
Sobre antigos revestimentos asfálticos, previamente à execução de um
recapeamento ou mesmo de um tratamento de rejuvenescimento;
Sobre pinturas asfálticas anteriores, que pela ação do tráfego e do tempo
tenham perdido a potencialidade de promover aderência com a camada a ser
sobreposta;
18
Como elemento de ligação entre duas camadas asfálticas.
Os tipos de revestimentos asfálticos empregados, como capas ou camadas de ligação, são
os seguintes:
• Tratamento superficial
Os tratamentos superficiais asfálticos têm como objetivo melhorar as condições
de rolamento e impermeabilização da pista, podendo ser executados como revestimento
novo ou como recapeamento.
A especificação DE 00/PAV-012 do DER-SP (2000), indica que a execução de
cada uma das camadas de tratamento superficial asfáltico consiste em aplicar material
asfáltico sobre a superfície subjacente e, logo em seguida, distribuir o agregado e
comprimi-lo, de maneira que o material asfáltico suba até uma certa parte da altura do
agregado, fixando-o por baixo (penetração invertida).
Os tratamentos superficiais asfálticos são denominados simples, duplos e triplos
quando são constituídos, respectivamente, de uma, duas e três camadas superpostas. Cada
uma delas constituída por uma aplicação de material asfáltico e uma aplicação de
agregado.
• Macadame betuminoso
A especificação DE 00/PAV-008 do DER-SP (2000), define o produto
constituído por agregados e material asfáltico a eles aderido, mediante interpenetração,
em uma camada de agregado graúdo; duas camadas de agregado miúdo aplicadas e
comprimidas, cada uma delas, sobre uma camada de cimento asfáltico.
O emprego desse tipo de serviço pode se dar como base ou revestimento, sendo,
neste último caso, necessária a aplicação de uma capa selante. Diferencia-se do tratamento
superficial devido à granulometria e à espessura. (PINTO e PREUSSLER, 2001).
19
• Pré-misturado a quente
A especificação ES-P10 da PMSP (1999), mostra que o pré-misturado a quente é
o produto resultante da mistura a quente, em usina apropriada, com características
específicas compostas de agregado mineral graduado, material de enchimento (filler) e
cimento asfáltico de petróleo, espalhada e comprimida a quente.
Sua espessura, após compressão, pode variar de 3 centímetros a 10 centímetros
aproximadamente, dependendo da granulometria final da mistura de agregados. (IBP,
1990).
Segundo Pinto e Preussler (2001), a mistura é freqüentemente utilizada como
camada intermediária, posicionada imediatamente abaixo de um revestimento do tipo
concreto asfáltico.
Sua utilização, no entanto, pode ser estendida a diversas aplicações, entre elas, se
destacam as seguintes:
Camada de regularização em obras de restauração onde, além da função
estrutural, deseja-se corrigir deformações da pista existente;
Camada de revestimento, recebendo uma capa de selante;
Camada delgada, aplicada sobre revestimentos, para a prevenção contra
derrapagens, compondo-se a mistura, nesse caso, com agregado de diâmetro
máximo limitado.
• Pré-misturado a frio
A camada do pré-misturado a frio é o produto resultante da mistura, em
equipamento apropriado, de agregados minerais e emulsão asfáltica ou asfalto diluído,
espalhado e comprimido a frio. Segundo a granulometria, classificam-se em abertos e
20
densos. O pré-misturado a frio pode ser utilizado como camada de regularização, como
base ou como revestimento, além de serviços de conservação. (IBP, 1990).
• Concreto asfáltico ou betuminoso
Segundo definição do Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes
(2004), na especificação de serviço DNIT 031/2004-ES, o concreto betuminoso usinado a
quente é uma mistura a quente executada em usina apropriada constituída de agregado
mineral graduado, material de enchimento e cimento asfáltico, espalhada e comprimida a
quente, com características de estabilidade, vazios e relação betume-vazios definidas nas
especificações de serviços.
A ES-P11 da PMSP (1999), indica que, de acordo com a posição relativa e a
função na estrutura, o concreto asfáltico deve atender a características especiais em sua
formulação, recebendo geralmente as seguintes designações:
Camada de rolamento: camada superior da estrutura destinada a receber
diretamente a ação do tráfego. A mistura empregada deve apresentar estabilidade
e flexibilidade compatíveis com o funcionamento elástico da estrutura e
condições de rugosidade que proporcionem segurança ao tráfego, mesmo sob
condições climáticas e geométricas adversas;
Camada de ligação ou binder: camada posicionada imediatamente
abaixo da capa. Apresenta, em relação à mistura utilizada para a camada de
rolamento, diferenças de comportamento, decorrentes do emprego de agregado
de diâmetro maior, de maior porcentagem de vazios e menor relação de
betume-vazios;
Camada de nivelamento ou regularização: serviço executado com massa
asfáltica de graduação fina, com a função de corrigir deformações ocorrentes na
superfície de um antigo revestimento e, simultaneamente, promover a selagem de
fissuras existentes.
21
• Lama asfáltica
Segundo o antigo DNER (1997), na especificação de serviço DNER-ES 314/97,
a lama asfáltica consiste na associação de agregados ou misturas de agregados miúdos,
material de enchimento (filler), emulsão asfáltica e água, com consistência fluida,
uniformemente espalhada sobre uma superfície previamente preparada.
A lama asfáltica tem seu principal emprego na proteção dos pavimentos
asfálticos, já desgastados, sendo também muito usada, como camada de desgaste e
impermeabilização, nos revestimentos executados com tratamento superficial ou
macadame betuminoso. (IBP, 1990).
• Micro revestimento asfáltico a frio modificado por polímero
De acordo com o DNIT (2005), na especificação de serviço DNIT 035/2005-ES,
o micro revestimento asfáltico a frio, com emulsão modificada por polímero, consiste na
associação de agregado, material de enchimento (filler), emulsão asfáltica modificada por
polímero do tipo SBS, água, aditivos se necessário, com consistência fluida,
uniformemente espalhada sobre uma superfície previamente preparada.
O micro revestimento asfáltico a frio, com emulsão modificada a frio, pode ser
empregado como camada selante, impermeabilizante, regularizadora e rejuvenescedora
ou camada antiderrapante de pavimentos.
Feita a definição das camadas constituintes do pavimento, é apresentada na Tabela 2.2
uma planilha que ilustra os tipos de serviços feitos na construção de pavimentos flexíveis e seus
materiais constituintes.
Em geral, durante a construção das camadas dos pavimentos rodoviários, ocorrem cinco
etapas bem definidas, que são a mistura das camadas na pista ou em usina, a carga e o transporte, o
espalhamento, a compactação e o acabamento dos materiais e misturas resultantes, tal como
ilustradas na Tabela 2.3.
22
Tipo de material utilizado
Camadas constituintes dos pavimentos flexíveis
Camadas com Solo
(Camadas de Fundação)
Camadas Granulares
(Sub-base e Base)
Camadas com Ligante
Asfáltico (Base e Capa)
Regularização ou preparo do subleito X
Reforço do subleito X
Brita graduada simples X
Macadame hidráulico X
Solo estabilizado granulometricamente/Solo-brita (de
granulometria descontínua)
X
Solo arenoso fino laterítico (e argila laterítica e areia) X
Macadame betuminoso por penetração X
Pré-misturado a quente X
Pré-misturado a frio X
Concreto betuminoso usinado a quente X
Tratamentos superficiais (simples, duplo, triplo) X
Imprimação/Pintura de ligação X
Tabela 2.2 – Tipo de material - camadas constituintes dos pavimentos flexíveis.
Fonte: adaptado das Especificações Técnicas do DNIT [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32],
[33], DER-SP [17], PMSP [55].
23
Etapas construtivas
Camadas constituintes dos pavimentos
rodoviários
Mistura na
Usina
Mistura na
Pista
Carga e
Transporte
Espalhamento Compactação Acabamento
Regularização ou preparo do subleito X X (1) X
Reforço do subleito X X X
Brita graduada simples X X X X X
Macadame hidráulico X X X X
Solo estabilizado
granulometricamente/Solo-brita (de
granulometria descontínua)
X X X X X
Solo arenoso fino laterítico (e argila
laterítica e areia)
X X X X
Macadame betuminoso por penetração X X X X
Pré-misturado a quente X X X X
Pré-misturado a frio X X X X X
Concreto betuminoso usinado a quente X X X X
Tratamentos superficiais (simples, duplo,
triplo)
X X X
Imprimação/Pintura de ligação X
(1) – Apenas quando ocorre subleito a ser substituído
Tabela 2.3 – Etapa construtiva - camadas constituintes dos pavimentos flexíveis.
Fonte: adaptado das Especificações Técnicas do DNIT [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32],
[33], DER-SP [17], PMSP [55]
25
3. EQUIPAMENTOS PARA A EXECUÇÃO DE CAMADAS VIÁRIAS E
SUA ESTIMATIVA DE PRODUÇÃO
3.1. Principais equipamentos por tipo de serviço
Para determinar quais são os principais equipamentos empregados na construção de
pavimentos flexíveis foi feita uma pesquisa nas especificações técnicas do Departamento Nacional
de Infra-Estrutura de Transporte (DNIT); do Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de
São Paulo (DER-SP) e da Prefeitura Municipal de São Paulo (PMSP). O resultado desta pesquisa é
apresentado nas planilhas 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 e 3.6 a seguir.
Foi identificado que dos equipamentos recomendados pelas especificações consultadas, a
motoniveladora é a máquina mais versátil no trabalho de mistura de materiais na pista, reunindo
todas as propriedades dos outros equipamentos indicados para elaboração desta etapa construtiva.
Para a elaboração das misturas betuminosas quentes é necessária uma usina de asfalto
apropriada.
Na compactação de misturas de solos e misturas betuminosas, os rolos compactadores são
os equipamentos adequados para se atingir as densidades requeridas.
Para o espalhamento de agregados e material betuminoso, tanto o distribuidor de
agregados como o caminhão espargidor de asfalto são os mais indicados para esses serviços.
26
Tipo de Equipamento
Mistura na pista
Descrição do Tipo de Serviço
Trator de
esteira ou
pneumático
Motoniveladora
com
escarificador
Tanque
distribuidor de
água
Grade ou
arado de
discos
Pulvi-
misturador
Camadas com Solo (Camadas de Fundação)
Regularização ou preparo do subleito 3 1, 2, 3 1, 2, 3 1, 2 1, 2
Reforço do subleito - 1, 2, 3 1, 2, 3 1, 2, 3 1, 2, 3
Camadas Granulares (Sub-base e Base)
Brita graduada simples - 3 2, 3 - -
Macadame hidráulico 3 1, 3 1, 2, 3 - -
Solo estabilizado granulometricamente/Solo-brita (de
granulometria descontínua)
- 1, 2, 3 1, 2, 3 1, 2, 3 1, 2, 3
Solo arenoso fino laterítico/Argila laterítica e areia - 2, 3 2, 3 2, 3 2, 3
Camadas com Ligante Asfáltico (Base e Capa)
Macadame betuminoso por penetração - 2 - - -
Pré-misturado a frio - 2 - - -
(1) - Especificação Técnica do DNIT;
(2) - Especificação Técnica do DER-SP;
(3) - Especificação Técnica da PMSP.
Tabela 3.1 – Equipamentos por tipo de serviço – mistura na pista.
Fonte: adaptado das Especificações Técnicas do DNIT, DER-SP, PMSP.
27
Tipo de Equipamento
Mistura na Usina
Descrição do Tipo de Serviço
Depósito (tanques)
para material
betuminoso
Depósito para
agregados (silos)
Central de
mistura ou
usina
Camadas Granulares (Sub-base e Base)
Brita graduada simples - - 2, 3
Solo estabilizado granulometricamente/Solo-brita (de granulometria
descontínua)
- - 1, 2, 3
Camadas com Ligante Asfáltico (Base e Capa)
Macadame betuminoso por penetração 2 - -
Pré-misturado a quente 1, 2, 3 1, 3 1, 2, 3
Pré-misturado a frio 1, 3 1, 3 1, 2, 3
Concreto betuminoso usinado a quente 1, 2, 3 1, 3 1, 2, 3
Tratamentos superficiais (simples, duplo, triplo) 2 - -
Imprimação/Pintura de ligação 1, 2, 3 - -
(1) - Especificação Técnica do DNIT;
(2) - Especificação Técnica do DER-SP;
(3) - Especificação Técnica da PMSP.
Tabela 3.2 – Equipamentos por tipo de serviço – mistura na usina.
Fonte: adaptado das Especificações Técnicas do DNIT, DER-SP, PMSP.
28
Tipo de Equipamento
Carga e Transporte
Descrição do Tipo de Serviço
Caminhões para transporte
de materiais e misturas
Pá carregadeira
sobre pneu
Camadas com Solo (Camadas de Fundação)
Regularização ou preparo do subleito 3 3
Reforço do subleito 2, 3 2, 3
Camadas Granulares (Sub-base e Base)
Brita graduada simples 2, 3 2, 3
Macadame hidráulico 2, 3 3
Solo estabilizado granulometricamente/Solo-brita (de granulometria descontínua)
2, 3 2, 3
Solo arenoso fino laterítico/Argila laterítica e areia 2, 3 -
Camadas com Ligante Asfáltico (Base e Capa)
Macadame betuminoso por penetração 2 -
Pré-misturado a quente 1, 2, 3 2
Pré-misturado a frio 1, 2, 3 -
Concreto betuminoso usinado a quente 1, 2, 3 2
Tratamentos superficiais (simples, duplo, triplo) 2 -
(1) - Especificação Técnica do DNIT;
(2) - Especificação Técnica do DER-SP;
(3) - Especificação Técnica da PMSP.
Tabela 3.3 – Equipamentos por tipo de serviço – carga e transporte.
Fonte: adaptado das Especificações Técnicas do DNIT, DER-SP, PMSP.
29
Tipo de Equipamento
Espalhamento
Descrição do Tipo de Serviço
Distribuidor de
agregados
Vassouras
mecânicas
rotativas
Carro
distribuidor de
material
betuminoso
Camadas Granulares (Sub-base e Base)
Brita graduada simples 2, 3
Macadame hidráulico 1, 2, 3 1, 2 -
Solo estabilizado granulometricamente/Solo-brita (de granulometria descontínua)
2 - -
Solo arenoso fino laterítico/Argila laterítica e areia - 2, 3 -
Camadas com Ligante Asfáltico (Base e Capa)
Macadame betuminoso por penetração 1, 2, 3 2, 3 1, 2, 3
Tratamentos superficiais (simples, duplo, triplo) 1, 2, 3 2, 3 1, 2, 3
Imprimação/Pintura de ligação - 1, 2, 3 1, 2, 3
(1) - Especificação Técnica do DNIT;
(2) - Especificação Técnica do DER-SP;
(3) - Especificação Técnica da PMSP.
Tabela 3.4 – Equipamentos por tipo de serviço – espalhamento.
Fonte: adaptado das Especificações Técnicas do DNIT, DER-SP, PMSP.
30
Tipo de Equipamento
Compactação
Descrição do Tipo de Serviço
Rolo
pé-de-carneiro
Rolo liso
estático
Rolo liso
vibratório
Rolo
pneumático
Camadas com Solo (Camadas de Fundação)
Regularização ou preparo do subleito 1, 2, 3 2, 3 1, 2, 3 1, 2, 3
Reforço do subleito 1, 2, 3 2, 3 1, 2, 3 1, 2, 3
Camadas Granulares (Sub-base e Base)
Brita graduada simples - 3 2, 3 2, 3
Macadame hidráulico - 1, 2, 3 1, 3 1, 3
Solo estabilizado granulometricamente/Solo-brita (de granulometria
descontínua)
1, 2, 3 1, 2, 3 1, 2, 3 1, 2, 3
Solo arenoso fino laterítico/Argila laterítica e areia 2, 3 2, 3 2, 3 2, 3
Camadas com Ligante Asfáltico (Base e Capa)
Macadame betuminoso por penetração - 1, 2, 3 1, 3 1, 3
Pré-misturado a quente - 1, 2, 3 - 2, 3
Pré-misturado a frio - 1, 2, 3 1, 3 1, 2, 3
Concreto betuminoso usinado a quente - 1, 2, 3 1, 2 1, 2, 3
Tratamentos superficiais (simples, duplo, triplo) - 1, 2, 3 - 1, 2, 3
(1) - Especificação Técnica do DNIT;
(2) - Especificação Técnica do DER-SP;
(3) - Especificação Técnica da PMSP.
Tabela 3.5 – Equipamentos por tipo de serviço – compactação.
Fonte: adaptado das Especificações Técnicas do DNIT, DER-SP, PMSP.
31
Tipo de Equipamento
Acabamento
Descrição do Tipo de Serviço
Equipamento para espalhamento da mistura
(pavimentadoras)
Camadas com Ligante Asfáltico (Base e Capa)
Pré-misturado a quente 1, 2, 3
Pré-misturado a frio 1, 2, 3
Concreto betuminoso usinado a quente 1, 2, 3
(1) - Especificação Técnica do DNIT;
(2) - Especificação Técnica do DER-SP;
(3) - Especificação Técnica da PMSP.
Tabela 3.6 – Equipamentos por tipo de serviço – acabamento.
Fonte: adaptado das Especificações Técnicas do DNIT, DER-SP, PMSP.
32
Para o espalhamento e acabamento das camadas betuminosas, as pavimentadoras de
asfalto são os equipamentos mais indicados. Nos últimos tempos, com os avanços tecnológicos, as
pavimentadoras conseguem realizar facilmente o trabalho dos distribuidores de agregados,
havendo diminuído o emprego desses últimos equipamentos.
A carga e transporte dos materiais não fazem parte da análise do presente estudo.
3.2. Produção dos equipamentos estudados
Com base no descrito anteriormente foram selecionados os equipamentos a serem
analisados, sendo eles: as motoniveladoras, os rolos compactadores de solo e asfalto, os
espargidores, as pavimentadoras e usinas de asfalto.
A seguir, é apresentada uma descrição geral desses equipamentos, indicando definições,
componentes principais, campos de aplicação, equações e variáveis de produção.
3.2.1. Motoniveladoras
Segundo Day (1989), a motoniveladora é um equipamento que se utiliza para mover terra
ou outro material solto. Geralmente, sua função consiste em nivelar, modelar ou dar a declividade
necessária ao material em que se trabalha, para dar-lhe uma configuração predeterminada.
Baesso (2003), descreve que a lâmina da motoniveladora, que se constitui em seu
componente de maior importância, tem seu trabalho monitorado por uma barra de tração cujo
objetivo é o de controlar o esforço impelido pela máquina. Possui uma movimentação livre em
quase todos os sentidos, de modo a permitir seu emprego nas mais variadas posições.
33
Figura 3.1 – Principais partes conformantes de uma motoniveladora.
Fonte: Guimarães (2001).
Esses equipamentos podem ser rígidos ou articulados. Os primeiros apresentam melhores
resultados para os serviços de regularização ou de patrolagem, mas, por outro lado, não permitem
um grande deslocamento lateral da lâmina, normalmente necessário para trabalhos visando à
execução de sarjetas e em operações de conformação de taludes. Os articulados, por sua vez, são
dotados de maior poder de mobilidade. São próprios para operar em espaços pequenos ou de
movimentação limitada, quando há necessidade de deslocamento do eixo dianteiro para dentro dos
dispositivos laterais de drenagem, sem deslocar o eixo tandem do leito da rodovia. Essa operação
permite um alcance maior, sem perda de tração.
Segundo Guimarães (2001), nos trabalhos de manutenção de rodovias de terra em tráfego,
é imprescindível o emprego de motoniveladoras para o trabalho de alisamento de superfície. Nessa
aplicação, a lâmina é disposta formando um ângulo de aproximadamente 50º em relação ao eixo de
deslocamento da máquina. Desse modo, com a mesma profundidade de penetração na superfície a
ser nivelada, a lâmina corta a superfície e arrasta o material, enchendo com este, os buracos e
depressões existentes a sua frente.
Na construção de pavimentos rodoviários, as principais aplicações das motoniveladoras
são espalhar materiais para formar as camadas do pavimento e dar acabamento das superfícies de
solos estabilizados.
34
Figura 3.2 – Motoniveladora no trabalho de regularização de camadas do
pavimento.
Fonte: foto feita pelo autor.
Day (1989), afirma que a produtividade de uma motoniveladora, em sua operação básica
de nivelamento, se calcula de acordo com o tempo utilizado para fazer seu trabalho. Essa é a
diferença com a produtividade de um trator de lâmina frontal e de outros equipamentos
empregados para a movimentação de terras, os quais se calculam baseando-se nos metros cúbicos
movimentados por hora. No caso de uma motoniveladora, o volume real de material movido é
demasiado variável e não é considerado de primeira importância. O que é mais significativo para
esse equipamento é o número de passadas que se requerem para nivelar uma área dada, ou seja, as
vezes que a motoniveladora tem que percorrer a área até nivelá-la completamente. O número de
passadas depende do estado inicial da superfície a ser nivelada e da precisão no acabamento.
Segundo Helio de Souza e Catalani G. (2002), as motoniveladoras, por serem máquinas
para acabamento de terraplenagem, sendo seu emprego muito diversificado, tornam impraticável a
determinação da estimativa de produção, a não ser para algumas tarefas simples, como o
35
espalhamento e regularização de camadas de terra para a compactação, através de muitas passadas
de ida e retorno da lâmina do equipamento.
Pereira (1961), Day (1989), Helio de Souza e Catalani G (2002) e Peurifoy e Schexnayder
(2002), apresentam a seguinte equação empregada para determinar o tempo requerido para realizar
a tarefa de espalhamento e regularização de uma motoniveladora:
(min)
K
E
N
Vr
Dr
Vi
Di
T
motoniv
+= .......................................................................Equação 3.1
Sendo:
T
motoniv
= Tempo empregado na operação de espalhamento, em minutos;
Di = Distância percorrida avante numa direção por ciclo, em metros;
Dr = Distância percorrida a ré para começar o seguinte ciclo de nivelamento, em metros;
Vi = Velocidade do trajeto de ida durante o espalhamento (fase produtiva), em metros por
minuto;
Vr = Velocidade do trajeto de retorno (fase não produtiva), em metros por minuto;
N = Número total de passadas para regularizar cada camada, na largura total de trabalho;
E = Fator de eficiência de operação da motoniveladora.
Com base na equação 3.1, a produção da motoniveladora, segundo os autores citados
anteriormente, será calculada pela seguinte expressão:
36
)/(
60
3
hm
T
eCL
Q
m
motoniv
K
×
×
×
= ....................................................................Equação 3.2
Sendo:
Q
motoniv
= Produção da motoniveladora na tarefa de espalhamento e regularização, em
metros cúbicos por hora;
L = Largura da área a ser regularizada, em metros;
C = Comprimento da área a ser regularizada, em metros;
e = Espessura solta da camada, em metros.
Outra técnica, segundo Nelson Guimarães (2001), Helio de Souza e Catalani G (2002) e
Peurifoy e Schexnayder (2002), que pode ser empregada é a passagem contínua da lâmina entre o
início e o término da área a ser regularizada, sendo feito o giro na extremidade e retomando em
sentido contrário, podendo a produção das motoniveladoras ser caracterizada pelo volume de
material espalhado por unidade de tempo, expressada pela seguinte equação:
)/(
1000
3
hm
n
EeVl
Q
m
motoniv
K
×
×
×
×
= .........................................................Equação 3.3
Sendo:
Q
motoniv
= Produção da motoniveladora na regularização, em metros cúbicos por hora;
l = Largura da lâmina, em metros;
V
m
= Velocidade média da motoniveladora, em quilômetros por hora;
e = Espessura solta da camada, em metros;
37
n = Número de passadas para regularizar cada camada, na largura da lamina da
motoniveladora;
E = Fator de eficiência do equipamento.
3.2.2. Rolos compactadores
A compactação é definida como o processo para incrementar a densidade de um material
através da aplicação de forças externas, tanto estáticas quanto dinâmicas, realizadas pelos rolos
compactadores. (DYNAPAC, 1989).
Rico e Del Castillo (1982), afirmam que o objetivo principal da compactação é obter um
solo bem estruturado, que possa manter um comportamento mecânico adequado por toda a vida útil
do pavimento.
A compactação tradicional de solos, até a década de 1930, era feita por pressão (carga
estática), amassado, impacto ou por uma combinação das três. A primeira aplicação prática do
princípio de vibração foi feita na Alemanha e não foi senão até o fim da década de 1960, em que se
utilizou para a compactação de misturas asfálticas quentes, sendo hoje um dos métodos de
compactação mais usados, tanto em solos como em concreto asfáltico. (VIVAR, 1991).
O Instituto de Asfalto (1989), indica que o objetivo da compactação de revestimentos
asfálticos é conseguir o teor ótimo de vazios de ar e prover uma superfície de rolamento suave.
Atrás da pavimentadora, o revestimento asfáltico tem entre 15% e 20% de vazios de ar. É tarefa dos
rolos a redução do teor de vazios, por exemplo, a 8% ou menos, nas misturas densamente
graduadas.
Segundo a Dynapac (1981), mediante a compactação dinâmica ou vibratória, os rolos
trabalham com uma rápida sucessão de impactos contra a superfície do solo, entre 500 e 700
vibrações por minuto, dependendo do tipo de máquina. Com a compactação por vibração, é
possível obter as seguintes vantagens:
38
•
O princípio da compactação dinâmica torna possível o trabalho com
compactadores mais leves e muito menores que os rolos estáticos.
•
O efeito de penetração da compactação dinâmica torna possível o trabalho em
espessuras mais elevadas de camadas do que com compactadores estáticos.
•
Em cada passada sobre a superfície, um compactador vibratório transmite uma
série de impactos ao solo. Um rolo estático fornece apenas um ciclo de pressão com cada passada.
A vibração pode, desse modo, dar a necessária compactação com menos passadas do que os rolos
estáticos.
A compactação de camadas de solos e misturas asfálticas conformantes dos pavimentos
rodoviários pode ser feita mediante a utilização dos seguintes equipamentos:
•
Rolos pé-de-carneiro
Os rolos pé-de-carneiro têm como elementos ativos cilindros metálicos eriçados
de protuberâncias geralmente fixas, chamados pé-de-carneiro. A ação do compactador é
semelhante ao passo de um rebanho aonde seus inumeráveis pés penetram ao solo e o
compactam. (ARQUIE, 1972).
Segundo Rico e Del Castillo (1982), esses rolos concentram seu peso sobre a
pequena superfície de todo um conjunto de pontas de forma variada, exercendo pressões
estáticas maiores nos pontos em que as mencionadas protuberâncias penetram ao solo.
Conforme se vão dando passadas e o material vai se compactando, os pés aprofundam
cada vez menos no solo, chegando um momento em que já não se produz nenhuma
compactação adicional, numa profundidade da ordem dos 6 centímetros. A esta peculiar
maneira de compactar, denomina-se ação de “amassado”.
39
Figura 3.3 – Rolos pé-de-carneiro durante o processo de compactação de camadas
viárias.
Fonte: foto feita pelo autor.
Os rolos pé-de-carneiro, agora também dotados de movimento vibratório, cuja
combinação das conhecidas vantagens dos rolos pé-de-carneiro estáticos com as
características da compactação dinâmica produz um efeito de amassamento que impede
formação de cascas dando uma estrutura homogênea ao solo. (GUIMARÃES, 2001).
Esses rolos são úteis em solos finos mais ou menos coesivos. Não é
recomendável para materiais pulverulentos nem para materiais pétreos. (JEUFFROY,
1973).
•
Rolos lisos
Segundo Guimarães (2001), são os rolos nos quais a parte que entra em contato
com o material a ser comprimido, responsável pela operação e componente da parte
rodante, é constituída por rodas metálicas aonde o peso do equipamento é transferido ao
material.
40
Dividem-se em dois grupos: rebocáveis e autopropelidos. Os primeiros constam
geralmente de dois tambores montados num marco ao que se sujeitam os eixos; seu peso
varia comumente de 14 a 20 toneladas e podem se incrementar enchendo um depósito
sobre o marco com água ou areia úmida. Os autopropelidos constam de uma roda dianteira
e uma ou duas traseiras, se fabricam com pesos de 3 a 13 toneladas.
Os rolos lisos têm seu campo de aplicação restrito aos materiais que não
requerem concentrações elevadas de pressão. Geralmente, são aplicados em areias e britas
relativamente limpas. Também são muito utilizados para o acabamento da superfície
superior das camadas compactadas (acabamento do subleito, da base e de misturas
asfálticas). (RICO E DEL CASTILLO, 1982).
O efeito da compactação dos rolos lisos é reduzido consideravelmente à medida
que se aprofunda a camada que se compacta. O efeito da compactação é produzido de
cima para baixo.
Para os rolos lisos vibratórios, seu uso depende da freqüência e amplitude.
Geralmente a freqüência mantém-se fixa entre 45 e 50 Hz, podendo ajustar-se a
amplitude, que oscila em geral entre 0,40 e 0,85 milímetros. A força centrífuga varia entre
40 kN, em amplitude baixa com os modelos pequenos, e 190 kN em máquinas maiores
com amplitude alta. (FERNANDEZ, 2006).
Segundo Rico e Del Castillo (1982), as características principais dos rolos lisos
são sua disposição, diâmetro (com o qual se incrementa a eficiência), a largura e o peso
total. A espessura solta da camada de material, que é possível compactar com o rolo liso,
está na ordem de 10 a 20 centímetros.
41
Figura 3.4 – Rolo liso tandem durante o processo de compactação de uma camada
asfáltica.
Fonte: TRB (2006).
A Caterpillar (1995), recomenda que na compactação de camadas asfálticas, um
bom método para determinar a velocidade dos rolos vibratórios é mediante o ajuste da
velocidade de compactação (metros/minuto ou pés/min.) para produzir cerca de 10
impactos por pé. A média de dez impactos por pé assegura a obtenção de um pavimento
liso. Os resultados da compactação estão em função da freqüência desses impactos, como
também da força dos impactos e do tempo em que eles são aplicados. A relação
freqüência/tempo explica as menores velocidades dos compactadores vibratórios. A
velocidade do trabalho é importante porque determina quanto tempo levará para se
compactar uma parte determinada da obra.
•
Rolos pneumáticos
São aqueles que procedem à compactação de materiais através da ação de contato
de pneumáticos, convenientemente inflados, que transmitem o peso de uma carga estática,
em virtude do seu deslocamento contínuo sobre a superfície do material. (GUIMARÃES,
2001).
42
Os rolos pneumáticos são empregados, principalmente, em solos arenosos com
finos pouco plásticos, cuja desagregação requer grandes concentrações de pressão, como
as que produzem os rolos pé-de-carneiro. (RICO E DEL CASTILLO, 1982).
Figura 3.5 – Rolo pneumático durante o processo de compactação de uma camada
asfáltica.
Fonte: Iowa Asphalt Paving (2007)
Segundo o Instituto de Asfalto (1989), na compactação de misturas asfálticas, os
rolos de rodas pneumáticas têm várias vantagens:
Proporcionam um grau de compactação mais uniforme do que os rolos
lisos de rodas de aço;
Melhoram a selagem próxima à superfície, desse modo diminuindo a
permeabilidade da camada; e
Orientam as partículas de agregado no sentido de maior estabilidade,
como fazem os pneus de alta pressão de caminhões, depois de solicitarem a
superfície asfáltica por algum tempo.
43
Rolos sobre pneus são considerados atualmente o tipo mais versátil e que mais
recursos oferecem, principalmente após o advento da pressão controlada, que permite o
seu emprego na maioria dos trabalhos de compactação de aterros, de solos estabilizados e
de misturas betuminosas. (GUIMARÃES, 2001).
Rico e Del Castillo (1982), indicam que influenciam no rendimento dos rolos
pneumáticos a carga por roda, a pressão de inflado, a largura do rolo, o percentual de
recobrimento por passada, o traspasse entre passadas e a velocidade do compactador.
Segundo Fernandez (2006), os compactadores pneumáticos têm entre sete e nove
rodas, com larguras geralmente entre 1,80 e 2,45 metros. As rodas têm um certo traspasse
entre si. As cargas por roda oscilam entre 12 kN com o peso mínimo, 26 kN com lastro de
areia úmida e 30 kN ou mais com lastro máximo de lingotes de ferro. A eficiência da
compactação é proporcional à carga por roda, sendo muito importante o uso da máquina
com lastro.
Em resumo, a forma apropriada de usar o equipamento selecionado depende de uma série
de fatores, como a freqüência e amplitude no caso de rolos vibratórios; pressão de inflado, no caso
de rolos pneumáticos; peso, no caso de rolos estáticos; área dos pés, no caso dos rolos
pé-de-carneiro; e velocidade, número de passadas e esquema de compactação em todos os casos.
(VIVAR, 1991).
A produção de um equipamento de compactação, num solo determinado e para uma
densidade especificada fixada como objetivo, é o número de metros cúbicos que o compactador
pode conseguir com essa densidade específica em uma unidade de tempo. (ARQUIE, 1972).
Vivar (1991), indica que, apesar de ter sido comprovada que a vibração é um fator
importante para obter a densidade requerida de uma maneira mais rápida, tem se determinado
também que a velocidade de rolamento é o parâmetro talvez mais importante na compactação de
solos. Quanto mais lento se movimente o rolo sobre a superfície que se compacta, mais perto
estarão os pontos de impacto devidos à vibração e, pelo contrário, quanto mais rápido se
movimenta o rolo, mais apartados estarão os pontos de impacto. Isto significa que de dois rolos
44
com as mesmas amplitudes, o de maior velocidade necessitará dar maior número de passadas para
conseguir os mesmos resultados que o de menor velocidade.
Segundo Jeuffroy (1973), os problemas essenciais da compactação estão na escolha do
equipamento que melhor se adapte aos solos ou aos materiais a compactar e determinação do
número de passadas mais econômico.
A capacidade de compactação é muito importante para decidir o tipo e número de rolos
necessários para um serviço. Normalmente, a decisão a respeito de quantos rolos deve ser
utilizados é tomada no estágio de orçamento, quando os cálculos de capacidade, juntamente com os
cálculos de custo, formam a base do custo de compactação estimado do serviço em questão.
(DYNAPAC, 1981).
Segundo Arquie (1972), Jeuffroy (1973), Dynapac (1981), Rico e Del Castillo (1982),
Guimarães (2001) e Helio de Souza e Catalani G. (2002), a produção das unidades compactadoras
pode ser estimada mediante a seguinte equação:
)/(
1000
3
hm
n
EVel
Q
rolos
K
×
×
×
×
= .............................................................Equação 3.4
Onde:
Q = capacidade de compactação, em metros cúbicos/hora;
l = largura útil do rolo, em metros;
e = espessura da camada após compactação, em metros;
V = velocidade do equipamento, em quilômetros/hora;
n = número de passadas para atingir o grau de compactação por camada, na largura útil do
rolo compactador;
45
E = fator de eficiência do equipamento;
Para a compactação de misturas betuminosas, esta se expressa em toneladas/hora como
indicado a seguir:
)/(
1000
hton
n
EVel
Q
rolos
K
ρ
×
×
×
×
×
= .......................................................Equação 3.5
Sendo
ρ
= densidade da mistura compactada, em toneladas/metro cúbico.
Segundo o Instituto de Asfalto (1989), a rolagem das camadas asfálticas devem começar
logo que possível após se ter espalhado a mistura quente. A rolagem compreende três fases
consecutivas: acomodamento ou rolagem inicial, rolagem intermédia, e rolagem final. A rolagem
de acomodamento compacta o material, além da compactação conferida pela pavimentadora,
quando se obtém quase toda a densidade que se quer. A rolagem intermédia densifica e sela a
superfície. A rolagem final apaga as marcas dos rolos e outras imperfeições deixadas na rolagem
anterior.
A rolagem de acomodamento realiza-se melhor com os rolos lisos de rodas de aço. Os
rolos pneumáticos e os tandem vibratórios podem ser utilizados na compactação intermediaria. A
rolagem final faz-se, sobretudo, para melhorar o aspecto da superfície. Deve ser realizada com
rolos lisos tandem, rolos de carga estática e rolos vibratórios tandem (sem usar a vibração).
(INSTITUTO DE ASFALTO, 1989).
3.2.3. Distribuidor ou caminhão espargidor de asfalto
O distribuidor de asfalto é o equipamento que tem por objetivo específico a aplicação do
produto asfáltico uniformemente e nas quantidades especificadas.
O distribuidor de asfalto consiste num tanque isolado, montado num caminhão
(carro-tanque) ou num reboque, de capacidade de 3 mil a 20.8 mil litros. A maioria dos
46
distribuidores é equipamentos com sistema de aquecimento que mantém o asfalto na temperatura
adequada de aspersão. Aplica tanto uma capa ou pintura de imprimação como de ligação numa
superfície a ser pavimentada. As capas de imprimação são aplicações de asfalto diluído, numa
superfície absorvente, como a base granular. As capas ou pinturas de ligação são aplicações muito
leves de emulsão asfáltica, numa superfície pavimentada.
Uma das partes mais importantes do distribuidor é a barra espargidora. É através da barra
espargidora e seus bicos, que a quantidade apropriada de asfalto é forçada sob pressão contra a
superfície da camada. Para se obter resultados, devem-se selecionar o tamanho correto de bicos
para o tipo e grau do asfalto e a taxa de aplicação.
O ângulo do eixo maior da abertura dos bicos deve ser ajustado de modo que os leques
espargidores não interfiram uns com os outros. O ângulo de bico varia de acordo com a marca do
distribuidor, porém, são típicos os valores entre 0,26 a 0,52 radianos (15 a 30 graus). É importante
que todos os bicos sejam ajustados ao ângulo apropriado dentro dos leques pela ação do vento.
(INSTITUTO DE ASFALTO, 1989).
As barras espargidoras usuais são de três tipos: barras de pulverizadores; barras
Eure-et-Loir e barras de jatos múltiplos.
As barras de pulverização são simples e formam cones de ligante, com repartição pouco
regular.
As barras Eure-et-Loir estão constituídas por tubos concêntricos, rodando o tubo interior
sobre o exterior que está perfurado com buracos de 3 milímetros de diâmetro e separados 1
centímetro. O ligante se estende a baixa pressão (200 a 500 g/m²).
As barras de jatos múltiplos estão constituídas por grupos de dois bicos que estendem
jatos triangulares para assegurar um recobrimento triplo. A largura da barra é variável. Essas barras
são usadas para ligantes a frio e a quente. (JEUFFROY, 1973).
47
Segundo o Instituto de Asfalto (1989), para obter a taxa de aplicação que se deseja, a
velocidade do distribuidor deve ser determinada para uma dada vazão da bomba e comprimento de
cobertura. A barra espargidora deve exercer uma pressão constante e uniforme ao longo de todo o
comprimento para que a saída seja igual por todos os bicos.
A distribuição do produto asfáltico pode ser realizada pela barra traseira do caminhão ou
pelo distribuidor manual mediante uma mangueira de aplicação.
Figura 3.6 – Distribuidores de asfalto com barra espargidora.
Fonte: TRB (2000).
O Instituto de Asfalto (1989), indica que a velocidade do distribuidor e o comprimento da
carga de asfalto espalhado são determinados antes de começar o espargimento. Podem ser
determinadas pelas seguintes equações:
min)/(
.
m
t
l
q
V
asfdistrib
K
×
= ...............................................................................Equação 3.6
48
Onde:
V
distrib asf
= velocidade do distribuidor, em metros/minuto;
q = vazão da barra distribuidora, em litros/minuto;
l = largura do espargimento, em metros;
t = taxa de aplicação, em litros/metro quadrado.
)(m
t
l
lt
C K
×
= ..................................................................................................Equação 3.7
Onde:
C = comprimento do espargimento, em metros;
lt = total de litros a serem aplicados pelos distribuidores sobre a superfície;
l = largura do espargimento, em metros; e
t = taxa de aplicação, em litros/metro quadrado.
Uma vez determinado o comprimento da descarga de asfalto, o distribuidor tem que
manter a velocidade preestabelecida constante. Embora o distribuidor contenha vários dispositivos
medidores da taxa de aplicação de asfalto, é necessário que cálculos específicos sejam feitos após
cada carga.
Para se verificar a taxa de aplicação, é necessário que o número de litros de asfalto
aspergido seja conhecido junto com o comprimento e a largura do espargimento.
49
)/(
2
mlit
C
l
mlt
t K
×
×
= ........................................................................................Equação 3.8
Onde:
t = taxa de aplicação, em litros/metro quadrado;
lt = total de litros aspergidos do distribuidor à temperatura de espargimento (leitura da
haste de medição antes do espargimento menos a leitura da haste de medição após o espargimento);
m = Multiplicador de correção do volume de asfalto para a base de 15,6ºC de tabelas de
volume – temperatura;
l = Largura do espargimento, em metros;
C = Comprimento do espargimento, em metros.
3.2.4. Pavimentadoras de asfalto
Segundo a National Asphalt Pavement Association – NAPA (1996), o conhecimento sobre
como trabalha uma pavimentadora e a forma em que a mesma produz material uniforme pode ser
reduzido a dois conceitos básicos: a ação do autonivelamento da mesa pavimentadora e o
procedimento para mover o material recebido, desde a caçamba receptora na frente da
pavimentadora até a área antes da mesa.
As máquinas pavimentadoras foram introduzidas durante os anos de 1930, sendo capazes
de colocar uma ampla gama de consistências e espessuras de materiais. A largura da máquina pode
ser alterada para satisfazer o desenho da via e sua produção potencial era consideravelmente maior
que os métodos manuais. (HARRIS, 1994).
50
A função da pavimentadora de asfalto é colocar uma determinada mistura de projeto sobre
uma superfície irregular, enquanto reúne as especificações de superfície, textura e uniformidade.
(NAPA, 1996).
Segundo o Instituto de Asfalto (1989), as acabadoras modernas movimentam-se sobre
esteiras ou com rodas pneumáticas. Esses equipamentos podem colocar uma camada de pelo
menos 25 milímetros até, aproximadamente, 250 milímetros de espessura, na largura de 1,8 metro a
9,8 metros. A velocidade de execução está geralmente na gama de 3 metros a 20 metros por
minuto.
Esses equipamentos são compostos essencialmente de uma unidade tratora e uma unidade
de mesa acabadora. A unidade tratora fornece a força motriz através das esteiras e rodas
pneumáticas que se deslocam sobre a base da estrada. Incluem o motor, a tremonha receptora, a
transportadora de alimentação, os parafusos de espalhamento, os controles e o assento do operador.
A unidade de mesa acabadora raspa, compacta parcialmente e alisa a superfície do “pano”
asfáltico, quando puxada para a frente.
Figura 3.7 – Partes conformantes da pavimentadora de asfalto.
Fonte: adaptado da NAPA (1996)
Sem
-
fim
Mesa
Caçamba
Esteira de alimentação
51
Jeuffroy (1973) indica que, a parte ativa da pavimentadora é a viga alisadora ou screed,
que está unida a um braço de tração, articulado sobre o bastidor da máquina. O conjunto de braço e
viga, flota sobre o aglomerado e está em equilíbrio sob o efeito de três forças: o peso do
equipamento, o esforço de tração na articulação e a reação da mistura sob o screed.
Scherocman e Materson (1984), indicam que o screed vibratório desses equipamentos
permite que a mistura seja pré-compactada. Esta pré-compactação, antes da compactação
convencional do rolo, reduz o esforço de compactação necessário pelos rolos antes de alcançar a
densidade e teor de vazios apropriados.
Figura 3.8 – Pavimentadora de esteiras colocando mistura asfáltica.
Fonte: cedido pela CIBER (2007)
Atualmente, as pavimentadoras também cumprem a função dos espalhadores de
agregados. Como é conhecido, o uso de agregados pétreos em obras de pavimentação asfáltica é
bastante comum. Esses agregados minerais são aplicados em camadas, devendo ser espalhados em
espessuras determinadas e uniformes. Os dispositivos para essa finalidade são os espalhadores de
agregados (spreader), que se diferenciam em função da espessura da camada de pedra britada que
52
se deseja obter. Os espalhadores de agregados são empregados para a execução de tratamentos
superficiais betuminosos, no caso de camadas finas ou delgadas. Para as camadas mais grossas, são
empregados para o espalhamento britas graduadas, misturas estabilizadas granulometricamente,
solo-cimento, solo-brita, pré-misturados a frios com ligantes betuminosos, entre outros.
(GUIMARÃES, 2001).
A NAPA (1996), indica que um aspecto fundamental de uma pavimentação uniforme é
manter uma velocidade constante. Isto é um fator variável, o qual pode ser controlado pelo
operador do equipamento. A maior parte das pavimentadoras de asfalto modernas é equipada com
dispositivos de “controle de velocidade”, os quais facilitam o trabalho do operador de manter uma
velocidade de pavimentação estabelecida.
Segundo a Dynapac (1989), o Instituto de Asfalto (1989), a Caterpillar (1995), e a TRB
(2000), a velocidade da pavimentadora é determinada pelo volume de material fornecido à
máquina que depende da taxa de produção da usina de asfalto. A velocidade da pavimentadora
deve ser a mais constante possível, já que variações na velocidade trazem como resultado
diferentes níveis de pré-compactação. Os melhores resultados são obtidos quando há equilíbrio
entre a taxa de produção na usina e a taxa de colocação na pista.
Segundo a Caterpillar (1995), o índice de compactação depende de diversos fatores:
projeto da mistura, velocidade de pavimentação, espessura da camada e velocidade dos vibradores.
A Australian Asphalt Pavement Association – AAPA (2001) e a Dynapac (1989) indicam
que a velocidade de avanço de uma pavimentadora necessária para equilibrar a produção na usina
obtém-se pela seguinte expressão:
min)/(
60
1000
sin
m
el
Q
V
au
pav
K
ρ
×××
×
= .......................................................................Equação 3.9
Onde:
V
pav
= velocidade de avanço da pavimentadora, em metros/minuto;
53
Q
usina
= taxa de produção da usina, em toneladas/hora;
l = largura do espalhamento do equipamento, em metros;
e = espessura da camada compactada, em milímetros;
ρ
= densidade da mistura compactada, em toneladas/metro cúbico.
Alternativamente, a taxa de entrega ou capacidade de uma pavimentadora para uma
determinada velocidade pode ser calculada a partir de:
)/(
1000
60
hton
EelV
Q
pav
pav
K
×
×
×
×
×
=
ρ
.........................................................Equação 3.10
Nesta equação, a Dynapac (1989), incorpora o fator de eficiência do equipamento (E).
Além disso, o Instituto de Asfalto (1987) apresentou o Speed Number ou Números de
Velocidades para a determinação das velocidades das pavimentadoras em função da taxa de
produção da usina e da densidade da mistura compactada. As velocidades do equipamento são
expressas na seguinte equação:
min)/(m
e
l
rSpeedNumbe
V
pav
K
×
= ...................................................................Equação 3.11
Onde:
V
pav
= velocidade do equipamento, em metros/minuto;
Speed Number = números de velocidade indicados na tabela 3.7;
l = largura de espalhamento, em metros;
e = espessura da camada compactada, em centímetros.
54
Taxa de Produção (ton./h) Densidade
da
mistura
(ton./m³)
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
2.0
83.3 166.7 250.0 333.3 416.7 500.0 583.3 666.7 750.0 833.3
2.1
79.4 158.7 238.1 317.5 396.8 476.2 555.6 634.9 714.3 793.6
2.2
75.8 151.5 227.3 303.0 378.8 454.5 530.3 606.1 681.8 757.6
2.3
72.5 144.9 217.4 289.8 362.3 434.9 507.2 579.7 652.2 724.6
2.4
69.4 138.9 208.3 277.8 347.2 416.7 486.1 555.6 625.0 694.4
Tabela 3.7 – Speed Number para uso na equação da velocidade da pavimentadora.
Fonte: adaptado do Instituto de Asfalto (1987)
Segundo Geller (1984), as misturas asfálticas quando colocadas na pista deverão ter uma
porcentagem de empolamento dependendo da granulometria do agregado que as compõe. A seguir
são ilustradas estas características:
Espessura colocada
mm (pol)
Espessura compactada
mm (pol)
Quantidade total a ser
compactada
mm (pol)
32 a 38 (1,25 a 1,50) 25 (1,0) 6 a 13 (0,25 a 0,50)
51 a 57 (2,00 a 2,25) 38 (1,5) 13 a 19 (0,50 a 0,75)
64 a 79 (2,50 a 2,75) 51 (2,0) 13 a 19 (0,50 a 0,75)
83 a 89 (3,25 a 3,50) 64 (2,5) 19 a 25 (0,75 a 1,00 )
102 (4,0) 76 (3,0) 25 (1,0)
Tabela 3.8 – Espessura típicas de colocação de misturas betuminosas considerando o
empolamento.
Fonte: adaptado de Geller (1984)
3.2.5. Usinas de asfalto
Utilizada na produção de misturas asfálticas, as usinas de asfalto são instalações
mecânicas que secam e aquecem os agregados e os dosificam com o objetivo de obter uma curva
granulométrica estabelecida, além de aquecer e promover a dosagem do betume, que é misturado
com os agregados.
55
A massa asfáltica constitui-se de uma combinação de agregados, pó e ligante betuminoso,
de maneira que a superfície de todas as partículas minerais fique coberta de forma homogênea por
uma película de ligante. (ABAD, 1991).
Segundo Day (1989), o diagrama de uma usina de asfalto apresenta três processos gerais:
•
Alimentação em frio e transporte;
•
Secagem e coleta de pó;
•
Dosagem e mistura dos agregados e os materiais betuminosos.
O DNIT (2006), no seu Manual de Pavimentação, divide as usinas de asfalto em dois
tipos básicos: as usinas gravimétricas e volumétricas e as usinas TSM (tambor – secador –
misturador) ou Drum Mixer.
Todas elas podem ser estacionárias (localizadas em um sítio permanente) ou portáteis
(transladadas de obra em obra) e são classificadas pelas toneladas de mistura que podem produzir
por hora. (INSTITUTO DE ASFALTO, 1983).
•
Usinas gravimétricas e volumétricas
As usinas gravimétricas, também chamadas de descontínuas são as usinas que
apresentam produção descontínua, já que os fluxos dos agregados, do ligante e da mistura
são intermitentes.
Segundo a Wirtgen Group/Ciber (2006), os principais componentes de uma
usina gravimétrica são:
Dosador de agregados frios;
Secador de agregados;
56
Peneira classificadora;
Silos quentes;
Balanças (agregados, CAP, filler e pó);
Misturador (pug mill);
Filtro.
Figura 3.9 – Fluxograma de uma usina gravimétrica ou descontínua.
Fonte: Wirtgen Group/Ciber (2006).
Ao contrário, as usinas volumétricas também chamadas de contínuas, são as
usinas que apresentam produção contínua ou constante, já que os fluxos dos agregados do
ligante e da mistura são ininterruptos.
57
A Wirtgen Group/Ciber (2006), indica que os principais componentes de uma
usina volumétrica são:
Dosador de agregados;
Secador;
Misturador (pug mill);
Filtro;
Silo de descarga.
Figura 3.10 – Fluxograma de uma usina volumétrica ou contínua.
Fonte: Wirtgen Group/Ciber (2006).
58
A produção da mistura asfáltica nessas usinas inicia-se com a carga dos
diferentes tamanhos de agregado nos silos e alimentadores, geralmente para três ou quatro
materiais. Os alimentadores são adequadamente calibrados para fornecer a quantidade
conveniente de cada agregado, para a composição da granulometria especificada. Todo o
material é coletado em uma correia transportadora e é lançado no interior do tambor
secador.
O Instituto de Asfalto (1974), indica que o secador executa duas funções:
Ele vaporiza e remove a umidade, e
Ele aquece o agregado à temperatura de mistura.
O secador, usualmente com 0,90 a 3,00 metros de diâmetro e 4,50 a 12,00 metros
de comprimento, é equipado com depressões ou canais longitudinais, chamados aletas,
que levantam o agregado e o deixam cair sobre as máscaras, através da chama e dos gases
do queimador. A inclinação do cilindro, sua velocidade de rotação, diâmetro,
comprimento a disposição e o número das aletas controlam o espaço de tempo necessário
para o agregado atravessar o secador. (INSTITUTO DE ASFALTO, 1974).
Além disso, a capacidade do secador está diretamente ligada ao teor de umidade
dos agregados e à quantidade de finos (partículas menores que 0,075 milímetros). Assim,
o agregado com excesso de umidade ou grande quantidade de finos, solicita o aumento de
chama no queimador ou a redução da quantidade de alimentação. Logo, a capacidade da
usina não depende somente de um fator, mas de um conjunto de condições do agregado.
(FAÇO, 1975).
Segundo o DNIT (2006), no seu Manual de Pavimentação, o secador deve deixar
a mistura dos agregados com um teor de umidade inferior a 1,0%. Na prática, obtém-se
agregados com um teor de umidade de 0,5%, pois a remoção da água restante é
extremamente difícil. Quando a temperatura especificada para a mistura não é atingida,
após a regulagem do queimador, impõe-se diminuir o fluxo dos agregados, o que se
59
consegue por intermédio de uma redução proporcional das aberturas dos portões dos
alimentadores frios, ocasionando um decréscimo de produção.
A fim de se reduzir os inconvenientes que resultariam do lançamento do pó na
atmosfera, são instalados sistemas coletores de pó nas usinas, bem como para possibilitar
a recuperação de uma parcela dos finos que são retirados dos agregados no secador. O
sistema coletor é constituído fundamentalmente por uma tubulação na qual são instalados,
pela ordem, uma ventoinha e um ciclone. A mistura de gases mais pó succionada no
interior do secador, por intermédio da ventoinha, é encaminhada para o ciclone, onde os
finos são separados dos gases pela força centrífuga. Em certos tipos de usina, a fração de
pó recuperada no ciclone retorna ao fluxo de agregado geralmente na base do elevador
quente. Em outras usinas tal não ocorre, havendo, porém, a possibilidade de estocar-se, à
parte, a parcela de finos recuperada. Os gases são expelidos pela chaminé. (DNIT, 2006)
Segundo o Instituto de Asfalto (1974), nas usinas gravimétricas, o agregado seco
e quente, ao sair do secador, é introduzido num elevador de canecas, e descarregado na
peneira vibratória montada sobre os silos de estocagem de material quente, na torre da
usina. A função das peneiras quentes é separar com exatidão os agregados nos tamanhos
especificados. A capacidade das peneiras depende do seu tipo, área útil, limpeza das
peneiras e das características de peneiramento do agregado.
Os agregados aquecidos provenientes do peneiramento são descarregados nos
silos quentes, no caso das usinas gravimétricas, e do secador, nas usinas volumétricas.
A Faço (1975), indica que nas usinas gravimétricas, dos silos de agregado
quente, o material é pesado na balança, conforme as proporções indicadas, para compor as
especificações e descarregado no misturador. O filler mineral é adicionado quando
necessário. O agregado é então misturado a seco durante alguns segundos, antes da
introdução da quantidade pré-fixada de cimento asfáltico quente.
Para o caso das usinas volumétricas, o material proveniente do secador e o asfalto
em conjunto são introduzidos volumetricamente no misturador e a mistura produzida é
60
descarregada de forma contínua. Os dispositivos para abastecimento de asfalto e agregado
são interligados para manterem automaticamente as proporções corretas. (INSTITUTO
DE ASFALTO, 1974).
O DNIT (2006), sinaliza que a capacidade do misturador é dada pelo volume do
sólido formado entre o plano que passa pela seção média dos eixos e o seu fundo. Como
função desse volume, da densidade dos materiais e do tempo de mistura, inferior a 40
segundos, tem-se a capacidade da usina.
Nas usinas gravimétricas ou descontínuas, os agregados e o fíller são,
inicialmente, misturados sem ligante. O intervalo de tempo que decorre entre a abertura da
comporta da balança, e o início da injeção do ligante, através da barra distribuidora, é
denominado “tempo de mistura seca”. Este intervalo deve ser fixado de forma a ser
suficiente para que se possa processar uma homogeneização perfeita entre os agregados e
o fíller. O “tempo de mistura úmida” será, por sua vez, o intervalo decorrido entre o
término da injeção do ligante e o momento da abertura da comporta do misturador. A
delimitação de “tempo de mistura úmida” deve ser feita de forma que, ao cabo do mesmo,
todas as partículas da mistura de agregados mais fíller estejam recobertas uniformemente
pelo ligante.
No entanto, o tempo de mistura úmida não poderá ser menor que 20 segundos. A
soma dos “tempos” de mistura seca e de úmida não poderá ser menor que 40 segundos.
Diante disso, a produção horária de uma usina será o produto da capacidade do misturador
em toneladas por 80 (número das misturas feitas, no intervalo de tempo de 45 segundos,
em uma hora). (DNIT, 2006).
•
Usinas TSM (tambor secador – misturador) ou Drum Mixer
Neste tipo de usinas a grande alteração, em relação às gravimétricas, é a
eliminação das peneiras, silos quentes e principalmente do misturador, já que o tambor do
secador também faz a função de misturador.
61
Como foi classificada, a TSM é uma usina volumétrica ou contínua.
Conseqüentemente, a sua calibração é feita através das alturas das comportas dos silos
frios. Na correia que alimenta o secador com os agregados dos silos frios, pode-se adaptar
o chamado controle ponderal, que pesa eletronicamente a quantidade de agregado em um
determinado comprimento da correia, dada uma determinada velocidade dela. (DNIT,
2006).
Segundo a Wirtgen Group/Ciber (2006), os principais componentes de uma
usina tipo Drum Mixer são:
Dosador de agregados;
Secador - misturador;
Homogeneizador;
Silo de descarga.
A capacidade de produção destas usinas é normalmente relacionada com a
temperatura do agregado, a temperatura de descarga da mistura, o calor específico do
agregado e o teor médio de umidade do agregado de 5% para uma usina operando no nível
do mar. As capacidades das usinas também são afetadas por uma série de outras variáveis,
incluindo diâmetro do tambor, tipo de combustível, a velocidade do fluxo de gás, a
capacidade do exaustor, excesso de ar no queimador, quantidade de ar de fuga no sistema
e condições atmosféricas. (TRB, 2000).
62
Figura 3.11 – Fluxograma de uma usina Drum Mixer
Fonte: Wirtgen Group/Ciber (2006).
As primeiras usinas Drum Mixer foram de fluxo paralelo, nas quais os agregados
e os gases quentes movimentam-se no mesmo sentido como mostrado na figura 3.12 a
seguir:
Figura 3.12 – Misturador de tambor de fluxo paralelo.
Fonte: Don Brock (1998).
63
A grande solução mecânica para o funcionamento das usinas Drum Mixer de
fluxo paralelo está dentro do secador, através da configuração das aletas. No início do
tambor do secador, quando ocorre a carga, as aletas têm a forma de espirais, que contém
parte do material, evitando, com um véu de pouco material, o afogamento da chama do
queimador. Na parte média do tambor, as aletas com formato de um “J” promovem a
queda do material formando um véu completo que impede a penetração da chama do
queimador a partir desta seção. O formato das aletas, pois, cria duas zonas no tambor, a
zona de radiação e a zona de convecção. A zona de radiação tem a maior quantidade de
energia calorífica, através da chama do queimador a óleo de baixa pressão, e
conseqüentemente, onde o agregado sofre maiores aquecimento e secagem. Na zona de
convecção, o asfalto é injetado no melhor ponto dentro do tambor, iniciando-se a mistura
que continua na zona de revestimento, onde os agregados são melhor envolvidos pela ação
espumante do ligante. (DNIT, 2006).
Posteriormente, foram introduzidas no mercado as usinas contrafluxo, nas que os
agregados e os gases quentes movimentam-se em sentidos opostos, como mostrado na
figura 3.13 a seguir:
Figura 3.13 – Misturador de tambor contrafluxo.
Fonte: Don Brock (1998).
64
3.2.5.1.
Previsão da taxa de produção de usinas de asfalto
Apesar de existirem muitos componentes em uma instalação de mistura a quente de
asfalto, são os componentes listados abaixo que desempenham as principais tarefas na produção da
mistura a quente – secagem e aquecimento do agregado. O resto do equipamento em uma
instalação é dedicado ou a introduzir o agregado no processo de secagem, ou a levar o agregado
seco para produzir a mistura a quente. (NAPA, 1998).
•
Queimador;
•
Secador (em usinas gravimétricas), ou secador/misturador (em usinas Drum
Mixers ou outros tipos de instalação de fluxo contínuo);
•
Coletores primário e secundário de pó;
•
Exaustor.
Em muitos aspectos, o processo de secagem, ou os componentes do fluxo de gás
processado, são o coração da planta. (NAPA, 1998).
Segundo o DNIT (2006), no seu Manual de Pavimentação, os fatores mais importantes na
produção de mistura asfáltica quente, além do teor de umidade que os agregados encerram, são a
temperatura ambiente, o correto dimensionamento do secador quanto ao diâmetro e o
comprimento, a quantidade de calorias do combustível usado no queimador e a velocidade do gás
no tambor.
Segundo a NAPA (1998), para se determinar a capacidade de produção dos componentes
de um fluxo de gás processado, é importante saber que a peças primárias do equipamento que
merecem atenção são o queimador, secador e exaustor. Apesar de os coletores primários e
secundários serem importantes, sob um ponto de vista prático, seus tamanhos não contribuem para
a produção, mas somente afetam a capacidade de produção se seus tamanhos forem muito
65
pequenos. Aconselha o uso do secador de agregado como ponto inicial na verificação do
dimensionamento dos outros componentes.
A indústria reconhece certas velocidades máximas de gás para o secador de agregado e
para o secador/misturador. Estas velocidades indicarão o máximo fluxo de gás recomendável para
o secador:
•
Este fluxo de gás indicará certos requisitos para o exaustor;
•
O máximo fluxo de gás recomendável para o secador também dará previsões
para a taxa de produção;
•
Essa previsão da taxa de produção indicará certos requisitos para o queimador;
•
Depois de ter em consideração a saída e outros requisitos do exaustor, o fluxo
total de gás indicará o tamanho do equipamento requerido para o controle da poluição do ar;
•
Quando for analisada a previsão de taxa de produção de uma instalação existente,
é necessário se começar pelo tamanho do secador.
Passo 1: Máximo fluxo de gás para o secador de agregado
A NAPA (1998), indica que a faixa de velocidades em metros/minuto, atualmente usada
como prática padrão, é:
•
Contrafluxo no secador de agregado: 244 m/min. a 305 m/min;
•
Fluxo paralelo no secador de agregado (típico de um tambor secador misturador
– Drum Mixer): 305 m/min. a 366 m/min.
66
O fluxo máximo de gás recomendável pode ser determinado para um dado secador
multiplicando-se a área da seção transversal do secador pela máxima velocidade de ar
recomendável.
[
]
min)/(
32
mvrV
gás
K××=
π
.........................................................................Equação 3.12
Onde:
V
gás
= Máximo fluxo de gás para o secador em metros cúbicos/minuto;
r = Raio do secador em metros;
v = Velocidade de gás recomendada no secador em metros/minuto.
As tabelas 3.9 e 3.10 a seguir resumem os máximos valores de fluxo de gás
recomendados, em m³/min, para vários tamanhos de secadores e de tambores secadores
misturadores – Drum Mixer, usando faixas de velocidade de 244 m/min a 305 m/min, para
secadores de contrafluxo, e 305 m/min a 366 m/min, para tambores secadores misturadores de
fluxo paralelo.
Fluxo de gás no secador (m³/min.) com velocidade de:
Diâmetro de
secador
contrafluxo
244 m/min. 274 m/min. 305 m/min.
1,80 m 621 697 776
2,10 m 845 949 1056
2,40 m 1104 1240 1380
2,70 m 1397 1569 1746
3,00 m 1725 1937 2156
Tabela 3.9 – Máximos valores de fluxo de gás recomendados para secadores contrafluxo.
Fonte: adaptado da NAPA (1998)
67
Fluxo de gás no secador (m³/min.) com velocidade de:
Diâmetro de
secador fluxo
paralelo
305 m/min. 335 m/min. 366 m/min.
1,80 m 776 852 931
2,10 m 1056 1160 1268
2,40 m 1380 1516 1656
2,70 m 1746 1918 2096
3,00 m 2156 2368 2587
Tabela 3.10 – Máximos valores de fluxo de gás recomendados para secadores fluxo paralelo.
Fonte: adaptado da NAPA (1998)
Passo 2: Capacidade do exaustor para o tamanho do secador e os requisitos totais do sistema
Segundo a NAPA (1998), sem um exaustor propriamente dimensionado, o fluxo de gás
requerido não pode ser mantido no secador. Se não for possível manter o fluxo alvo de gás para o
secador, então a taxa de produção será afetada. O trabalho de manter o fluxo de gás delineado para
secador cai sobre o exaustor.
Potência, velocidade do ventilador e a habilidade deste de lidar com a pressão estática são
os elementos principais para se determinar a capacidade do ventilador.
Ventiladores são projetados para agüentar certa quantidade de gás, com certa quantidade
de potência, contra uma dada pressão estática. Esse grau de sucção (pressão estática) é muito
importante na análise da capacidade do ventilador. Se o ventilador não for capaz de lidar com os
requisitos de sucção de todo o sistema, então o resultado será um fluxo de gás reduzido.
É importante, portanto, na análise se o ventilador está propriamente dimensionado para o
secador, se levar em conta a capacidade de pressão estática do ventilador. Fabricantes de ventilador
podem fornecer gráficos para auxiliar nesta análise. Se obtida esta curva para um respectivo
ventilador e feita a análise da pressão estática acumulada ao longo da instalação, determinando-se
se o exaustor da instalação está preparado para o serviço requerido.
68
Para os requisitos de pressão estática do sistema (ventilador), a NAPA (1998), apresenta
as pressões estáticas de campo em inches of water gauge – w.g. (inches of water column: pressão
medida em polegadas de coluna de água) no contra-fluxo de uma instalação gravimétrica e em um
fluxo paralelo em um tambor misturador (Drum Mixer), depois das condições de operação terem
sido corrigidas para 21
o
C, que é a temperatura na qual a maioria das curvas do ventilador é
calculada:
•
Usinas gravimétricas com lavadores de gases: 22” w.g. (inches of water gauge);
•
Usinas gravimétricas com casa de filtro: 17” w.g.;
•
Usina TSM com lavadores de gases: 17” w.g.;
•
Usina TSM com casa de filtro: 12” w.g.
Depois de ser feito isso, a capacidade do ventilador deve ser confrontada com a finalidade
de lidar com essa pressão estática, na potência conectada e na velocidade de operação deste, com a
curva fornecida pelo fabricante.
Passo 3: Expectativas de produção do secador de agregados
A tabela 3.11, a seguir, apresenta importante informação para o entendimento do efeito
que o excesso de ar tem no exaustor e na demanda de calor. A quantidade de ar requerido para se
queimar combustível é referido ao volume estequiométrico (Stoic.) de ar. Para se assegurar uma
combustão completa, tipicamente 25% a 50% adicionais de excesso de ar são requeridos. A tabela
3.11 mostra que com um queimador propriamente dimensionado e ajustado, para 25% de excesso
de ar, o produtor precisa de 3,85 m³/min. para cada tonelada de produção em uma planta
gravimétrica contrafluxo, e 3,88 m³/min. por tonelada de produção em fluxo paralelo em um Drum
Mixer.
69
Usina gravimétrica Drum Mixer
Exaustor a 124ºC Exaustor a 144ºC
Secador a 135ºC Secador a 155ºC
Excesso
de ar (%
de Stoic)
Calor
requerido
(1000
kcal/ton.)
Volume de ventilação
requerido
[(m³/min.)/(ton./hora)]*
Calor
requerido
(1000
kcal/ton.)
Volume de ventilação
requerido
[(m³/min.)/(ton./hora)]**
0 67,6 3,38 65,2 3,40
25 68,4 3,85 66,2 3,88
50 69,4 4,32 67,2 4,36
75 70,3 4,80 68,2 4,84
100 71,1 5,27 69,2 5,32
125 72,0 5,74 70,2 5,80
150 73,0 6,21 71,1 6,28
175 73,9 6,68 72,1 6,76
200 74,7 7,16 73,1 7,25
225 75,7 7,63 74,1 7,72
250 76,6 8,10 75,1 8,21
275 77,4 8,57 76,1 8,69
300 78,3 9,04 77,1 9,17
* Produção de toneladas por hora de agregado seco
** Produção de toneladas por hora de mistura
Tabela 3.11 – Efeito do excesso de ar, no secador e na demanda de calor requerido.
Fonte: adaptado da NAPA (1998).
Com esta informação útil, pode-se chegar a taxas de produção esperadas para cada
tamanho de secador de agregado, tomando o máximo fluxo de gás recomendado para o secador
(V
gás
) e dividindo-o pelo volume de ventilação requerido para uma tonelada de produção.
)/(
sin
hton
V
V
Q
v
gás
au
K= ...................................................................................Equação 3.13
Onde:
Q
usina
= Taxa de produção esperada da usina de asfalto, em toneladas/hora;
V
gás
= Máximo fluxo de gás para o secador em metros cúbicos/minuto;
70
V
v
= Volume de ventilação requerido, em [(m³/min.)/(ton./hora)].
A NAPA (1998), apresenta as Tabelas 3.12 e 3.13 com ambas condições de 25% e 50% de
excesso de ar. Em vista da proximidade dos dados apresentados na tabela 3.11 foram selecionados
3,90 m³/min. para 25% de excesso de ar e 4,40 m³/min. para 50% de excesso de ar no
desenvolvimento das tabelas 3.12 e 3.13 a seguir. O seu arredondamento não afeta a precisão
relativa das taxas de produção resultantes.
É importante apontar que os cálculos para estas tabelas foram baseados na instalação
típica usada pela NAPA (1998), operando a 163 metros acima do nível do mar, com uma descarga
de mistura a uma temperatura de 149ºC e com 5 % de remoção de umidade superficial do agregado.
Para o caso de condições locais diferentes das estabelecidas pela NAPA (1998),
recomenda-se fazer as correções de elevação, umidade do agregado e temperatura da mistura
aplicando as seguintes regras práticas:
•
Quando aumenta a altitude, reduzir a taxa de produção padrão de 10% para cada
1000 metros de aumento na altitude.
•
Quando diminui a altitude, aumentar a taxa de produção padrão em 1,65%
quando muda a condição padrão de 163 metros de elevação acima do mar.
•
Quando aumenta a temperatura de descarga do material, reduzir a taxa de
produção padrão de 2,50% por 10
o
C de mudança.
•
Quando diminui a temperatura de descarga do material, aumentar a taxa de
produção padrão em 2,50% por 10
o
C de mudança.
•
Quando aumenta a umidade do agregado, reduzir a taxa de produção padrão em
13% para cada 1% de incremento de umidade.
71
•
Quando diminui a umidade do agregado, aumentar a taxa de produção padrão em
13% para cada 1% de diminuição de umidade.
Taxa de produção esperada (ton./h) com velocidade do gás no secador
de:
244 m/min. 274 m/min. 305 m/min.
25%
excesso de
ar
50%
excesso de
ar
25%
excesso de
ar
50%
excesso de
ar
25%
excesso
de ar
50%
excesso de
ar
Diâmetro de
secador
contrafluxo
3,90
(m³/min.)
por ton.
4,40
(m³/min.)
por ton.
3,90
(m³/min.)
por ton.
4,40
(m³/min.)
por ton.
3,90
(m³/min.)
por ton.
4,40
(m³/min.)
por ton.
1,80 m 159 141 179 158 199 176
2,10 m 217 192 243 216 271 240
2,40 m 283 251 318 282 354 314
2,70 m 358 318 402 357 448 397
3,00 m 442 392 497 440 553 490
Condições de operação padrão para a instalação:
149ºC de temperatura de descarga do material
5% de umidade (remoção do agregado)
163 metros acima do nível do mar
135ºC de descarga de gás no secador de contrafluxo
155ºC de descarga de gás no secador de fluxo paralelo
Fator de correção para taxas de produção:
Para corrigir as diferenças de umidade:
subtrai 13% para cada 1% de incremento de
umidade, e incorpora 13% para cada 1% de diminuição de umidade.
Para corrigir as diferenças de elevação do secador:
subtrai 10% para cada 1000 m de
incremento de elevação, e incorpora 1,65% para condições sobre o nível do mar.
Para corrigir as diferenças na temperatura do agregado:
subtrai 2,5% para cada 10ºC
de incremento de temperatura, e incorpora 2,5% para cada 10ºC de diminuição de
temperatura.
Tabela 3.12 – Taxa de produção esperada para secador contrafluxo.
Fonte: adaptado da NAPA (1998).
72
Taxa de produção esperada (ton./h) com velocidade do gás no secador
de:
305 m/min. 335 m/min. 366 m/min.
25%
excesso de
ar
50%
excesso de
ar
25%
excesso de
ar
50%
excesso de
ar
25%
excesso de
ar
50%
excesso de
ar
Diâmetro
de secador
fluxo
paralelo
3,90
(m³/min.)
por ton.
4,40
(m³/min.)
por ton.
3,90
(m³/min.)
por ton.
4,40
(m³/min.)
por ton.
3,90
(m³/min.)
por ton.
4,40
(m³/min.)
por ton.
1,80 m 199 176 219 194 239 212
2,10 m 271 240 298 264 325 288
2,40 m 354 314 389 344 425 376
2,70 m 448 397 492 436 537 476
3,00 m 553 490 607 538 663 588
Condições de operação padrão para a instalação:
149ºC de temperatura de descarga do material
5% de umidade (remoção do agregado)
163 metros acima do nível do mar
135ºC de descarga de gás no secador de contrafluxo
155ºC de descarga de gás no secador de fluxo paralelo
Fator de correção para taxas de produção:
Para corrigir as diferenças de umidade:
subtrai 13% para cada 1% de incremento de
umidade, e incorpora 13% para cada 1% de diminuição de umidade.
Para corrigir as diferenças de elevação do secador:
subtrai 10% para cada 1000 m de
incremento de elevação, e incorpora 1,65% para condições sobre o nível do mar.
Para corrigir as diferenças na temperatura do agregado:
subtrai 2,5% para cada 10ºC
de incremento de temperatura, e incorpora 2,5% para cada 10ºC de diminuição de
temperatura.
Tabela 3.13 – Taxa de produção esperada para secador fluxo paralelo.
Fonte: adaptado da NAPA (1998).
As tabelas 3.12 e 3.13 reproduzem a taxa de produção esperada de uma usina com secador
contrafluxo e fluxo paralelo, para diferentes diâmetros de secador e diferentes velocidades de gás
no secador. Os valores foram baseados considerando condições de operação padronizadas pela
NAPA (1998).
Os cálculos da velocidade de gás, do volume de gás e do dimensionamento do exaustor
são feitos para assegurar que o secador possa produzir o esperado. Se o exaustor não for
73
propriamente dimensionado para prover o volume de gás necessário para o secador, além dos
outros requisitos do exaustor, taxas de produção reduzidas podem ser esperadas e os números
expressos nas tabelas anteriores não poderão ser mantidos.
Passo 4: Tamanho do queimador
Segundo a NAPA (1998), o queimador é uma das peças-chave do equipamento no sistema
de fluxo de gás que afeta a capacidade de produção. Tem de ser propriamente dimensionado a fim
de não restringir a produção. Um queimador muito pequeno pode restringir a produção. Um
queimador muito grande pode causar um controle de temperatura ineficiente, queda insuficiente de
calor e possíveis problemas de emissão de gás. É muito importante, portanto, ao se analisar a
capacidade da instalação de secar e aquecer o agregado, verificar se o queimador está
adequadamente dimensionado.
Para calcular os requisitos mínimos do queimador é mediante o emprego da Tabela 3.11
para determinar o calor requerido para se produzir mistura asfáltica quente em 1000 kcal/hora. Para
o uso deste método simplesmente se deverá multiplicar a expectativa de taxa de produção, para o
secador (Q
usina
), e da Tabela 3.11, pelo Calor requerido em 1000 kcal/ton. para casos de 25% e 50%
de excesso de ar. Conservadoramente, é melhor usar o fator de 50% se excesso de ar quando usar
este método, uma vez que é o maior e mais razoável número.
)/(
sin
tonkcalCQC
rauQueimador
K×= ................................................................Equação 3.14
Onde:
C
queimador
= Capacidade do queimador, em quilocalorias/tonelada;
Q
usina
= Taxa de produção esperada da usina de asfalto, em toneladas/hora;
C
r
= Calor requerido para se produzir a mistura asfáltica quente em 1000 kcal/hora.
74
Ao se selecionar um queimador novo para a instalação se usando este método, é melhor
escolher a queimador que é pelo menos 20% maior do que o indicado. Isto é consistente com a
conclusão, usando o método da NAPA.
Em resumo, para a previsão da taxa de produção das usinas de asfalto se deverá realizar os
seguintes passos:
•
Determinar o máximo fluxo de gás para o secador (V
gás
) com auxílio da equação
3.12;
•
Determinar a capacidade do exaustor com auxílio de ábacos fornecidos pelos
fabricantes;
•
Determinar a expectativa de produção do secador de agregados (Q
usina
), com
auxílio da equação 3.13;
•
Determinar a capacidade do queimador (C
queimador
), com auxílio da equação 3.14.
75
4. ANÁLISE CRÍTICA ÀS VARIÁVEIS DE PRODUÇÃO
4.1. Considerações iniciais
No capítulo 03, além de ter sido feita uma descrição geral dos equipamentos estudados,
foram definidas e identificadas também suas equações de produção. O objetivo do presente
capítulo é realizar uma análise crítica a todas as variáveis de produção identificadas, mediante a
análise das equações, pesquisa bibliográfica referente às variáveis estudadas, proposta de faixa de
valores recomendados para as variáveis de cada equação, criação de ábacos para a determinação
rápida da produção do equipamento estudado, entre outros.
4.2. Motoniveladoras
As equações pesquisadas e indicadas no capítulo 3 referente à produção das
motoniveladoras são princípios básicos da física.
Tempo = distância/velocidade;
Produção = Volume/tempo.
76
Na equação 3.1 se ilustram as distâncias percorridas avante (Di) e distância percorridas a
ré (Dr) e as velocidades do equipamento se diferenciam em velocidade do trajeto de ida durante o
espalhamento na fase produtiva (Vi) e velocidade do trajeto de retorno na fase não produtiva (Vr).
Pelas variáveis da equação analisada fica claro então que a “Dr” percorrida numa
velocidade “Vr” não influencia na produção do motoniveladora, por isso pode se deduzir que as
distâncias percorridas “Di” e “Dr” não podem ser interpretadas como uma somatória de distâncias,
mas, sim, poderiam se traduzir como a distância média percorrida pelo equipamento (Dm) numa
determinada área de regularização.
A variável “N” é o resultado de dividir a largura da área a ser regularizada pela largura da
lâmina e multiplicar pelo número necessário de passadas que o equipamento precisa fazer para
regularizar a camada.
Day (1989) afirma que, a velocidade de avanço durante o trabalho ou fase produtiva da
motoniveladora é relativamente lenta e constante, para permitir ao operador manter o bom controle
de seu nivelamento. A experiência do operador sob as diferentes condições de nivelamento fará
possível estimar o número de passadas que são necessárias para realizar a operação de
nivelamento. Podem ser empregados valores estimados destas variáveis, para determinar a
produção de uma motoniveladora.
A equação 3.2 está em função das dimensões da área de trabalho, da espessura da camada
a regularizar e do tempo empregado pelo equipamento para realizar esse trabalho, fornecido pela
equação 3.1. Isto quer dizer que os valores de produção obtidos da equação 3.2 consideram que a
lâmina da motoniveladora faz o trabalho de regularização no trajeto de ida. Na figura 4.1 se ilustra
o trabalho de uma motoniveladora considerando as variáveis descritas na equação 3.1 e 3.2.
77
Figura 4.1 – Técnica empregada pela motoniveladora - passagem da lâmina em
trajeto de ida
Fonte: Helio de Souza e Catalani G. (2002)
Figura 4.2 – Técnica empregada pela motoniveladora - passagem contínua da
lâmina entre o início e o término da área a ser regularizada
Fonte: Helio de Souza e Catalani G. (2002)
78
Os valores de produção obtidos pela equação 3.3 consideram que a motoniveladora possui
uma boa área de movimentação e o trabalho é realizado mediante a passagem contínua entre o
início e o término da área a ser regularizada. Na determinação da produção mediante esta
metodologia, as dimensões da área de trabalho não são variáveis envolvidas, mas, sim, a
velocidade média “Vm” na fase produtiva do equipamento e a largura da lâmina como uma das
principais variáveis. Na figura 4.2 se ilustra o trabalho descrito.
Outras características da equação 3.1, é que caso se aumente a velocidade, tanto nas fases
produtiva “Vi” e não produtiva “Vr”, isso acarreta uma queda no tempo de trabalho “T”
incrementando-se a produção do equipamento. Fica claro que o inverso também é válido, ou seja,
diminuindo-se as velocidades “Vi” e “Vr”, um decréscimo na produção será ocasionado.
Comparada à equação 3.3 percebe-se a semelhança com a equação 3.4 dos rolos
compactadores. Como mencionado por Arquie (1972), para o caso dos rolos compactadores,
analogamente para as motoniveladoras, as variáveis “n” e “e” são dependentes entre si. Isso quer
dizer que o incremento ou a redução da espessura da camada “e” a regularizar, ocasionará maior ou
menor número de passadas “n” necessário à homogeneização e ao nivelamento da camada na qual
trabalha a motoniveladora.
Logo, identificadas as variáveis de produção das motoniveladoras, foi feita uma pesquisa
nos principais catálogos técnicos e manuais fornecidos pelos fabricantes e tirou-se como resultado
a Tabela 4.1, onde são apresentadas as principais características técnicas desses equipamentos.
Analisada a Tabela 4.1 percebeu-se que os fabricantes fornecem duas variáveis de
produção ligadas diretamente com o equipamento, como são a largura da lâmina e a faixa de
velocidades de movimentação.
A largura da lâmina se apresenta em dois tamanhos definidos: 3,658 metros e 4,267
metros.
79
As velocidades, apresentadas nos catálogos são as mínimas e máximas, tanto à frente
como a ré, segundo a capacidade de cada equipamento. A média das velocidades mínimas é de 3,0
km/h e a máxima é de 46 km/h.
Esta informação é muito abrangente, já que os trabalhos de movimentação de terra feitos
pelas motoniveladoras são realizados com velocidades bem menores do que 46 km/h.
Com o inconveniente descrito no parágrafo anterior, além de se precisar de uma
bibliografia que recomende uma faixa de valores das outras variáveis envolvidas na produção das
motoniveladoras, foi feita uma pesquisa nos livros e manuais técnicos disponíveis no mercado
brasileiro, obtendo-se como resultado a Tabela 4.2.
80
Velocidade (km/h)
Fabricante Modelo Potência líquida
Largura da
lâmina (mm)
À frente A ré
120H Global 93 kW / 125 HP 3658 3,6 42,6 2,9 33,7
12H Global 108 kW / 145 HP 3658 3,8 44,0 3,0 34,7
135H Global 101 kW / 135 HP 3658 3,6 41,9 2,9 33,1
140H Global 123 kW / 165 HP 3658 3,8 44,0 3,0 34,7
14H Global 164 kW / 220 HP 4267 4,0 46,1 4,5 51,1
160H Global 134 kW / 180 HP 4267 3,8 43,6 3,0 34,4
143H Global* variável 3658 3,8 44,0 3,0 34,7
Caterpillar *com tração em
todas as rodas
163H Global* variável 4267 3,8 43,6 3,0 34,4
845 104 kW / 140 HP 3658 3,6 42,9 3,6 28,5
Case
845 DHP 104 kW - 123 kW 3658 3,6 42,9 3,6 28,5
RG 140B 104 kW / 140 HP 3658 3,6 42,9 3,6 28,5
RG 170B 127 kW / 170 HP 3962 3,6 42,9 3,6 28,5
New Holland
RG 200G 149 kW / 200 HP 4267 3,8 43,0 3,8 30,6
G930 116 kW - 145 kW 3658 4,3 45,4 4,2 32,0
G940 131 kW - 160 kW 3658 4,3 45,4 4,2 32,0
G946* 145 kW - 175 kW 3658 4,3 45,4 4,2 32,0
G960 145 kW - 175 kW 3658 4,3 45,4 4,2 32,0
G970 157 kW - 186 kW 3658 4,1 43,8 4,1 30,1
G976* 168 kW - 198 kW 3658 4,1 43,8 4,1 30,1
Volvo
*com tração em todas as
rodas
G990 168 kW - 198 kW 4267 4,2 44,9 4,2 31,6
Tabela 4.1 - Características Técnicas das Motoniveladoras.
Fonte: adaptado de Catálogos Técnicos da Caterpillar [72], Case [64], New Holland [90] e Volvo [98].
81
Na Tabela 4.2, se apresenta a recomendação feita pelos diferentes autores consultados,
referente às variáveis de produção das motoniveladoras.
Autor Variável Recomendação
Abram I. (2001) E 0,50 a 0,70
e Até 0,35 m
Baesso D. P. (2003)
V Regularização de superfícies 3 a 5 km/h
Day, D. A. (1989) E 0,70 a 0,90
E 0,70 a 0,75
n
Devem ser as necessárias, pois o rendimento da
motoniveladora está na razão direta do número de
passadas efetuadas.
Conservação de estradas 5 a 16 km/h
Espalhamento de materiais 5 a 10 km/h
Mistura de materiais 8 a 25 km/h
Guimarães, N.
(2001)
V
Acabamento de superfícies 5 a 8 km/h
Helio de Souza e
Catalani (2002)
n Segundo exemplos ilustrativos 4 a 10
Nivelamento de greide 4 a 9 km/h
Espalhamento de materiais 4 a 10 km/h
Harris F. (1994) V
Recorte e nivelamento 9 a 40 km/h
Tabela 4.2 – Recomendações para o emprego de variáveis de produção das motoniveladoras.
Fonte: adaptado de Abram, Baesso, Day, Guimarães, Harris, e Helio de Souza e Catalani.
Da análise da tabela anterior foi desenvolvida a Tabela 4.3 que apresenta uma faixa de
valores aceitáveis para a estimativa de produção das motoniveladoras.
Variáveis de produção das
motoniveladoras
Valores recomendados
l (m) 3,658 e 4,267
V (km/h) 5 a 25
e (m) 0,15 a 0,35
E 0,70
n 4 a 10
Tabela 4.3 – Variáveis de produção recomendados para as motoniveladoras.
82
Definidas as faixas de valores que fazem parte da produção das motoniveladoras foram
elaborados os seguintes ábacos para a determinação da estimativa de produção bruta.
A eficiência (E) deverá ser multiplicada ao valor obtido dos ábacos de produção bruta com
a finalidade de se obter o valor da produção líquida.
Capacidade da Motoniveladora a 15 km/h
(largura da lamina 3,658 m)
n=3
n=4 n=5
n=6
n=7
n=8
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
0,15 0,20 0,25 0,30 0,35
Espessura da Camada (m)
Produção em
m³/h
Figura 4.3 – Ábaco da capacidade de produção bruta de uma motoniveladora com
velocidade média de 15 km/h e largura da lâmina de 3,658 metros.
83
Capacidade da Motoniveladora a 15 km/h
(largura da lamina 4,267 m)
n=3
n=4
n=5
n=6
n=7
n=8
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
0,15 0,20 0,25 0,30 0,35
Espessura da Camada (m)
Produção em
m³/h
Figura 4.4 – Ábaco da capacidade de produção bruta de uma motoniveladora com
velocidade média de 15 km/h e largura da lâmina de 4,267 metros.
4.3. Rolos compactadores
Segundo Helio de Souza e Catalani G. (2002), as equações 3.4 e 3.5, embora forneçam
resultados aceitáveis para a produção das unidades compactadoras, são aproximadas, porque
alguns de seus parâmetros são interdependentes, como mencionado previamente nas
motoniveladoras, para as variáveis “e” e “n”. Isto é: aumentando-se ou diminuindo-se a espessura
da camada “n”, haverá necessidade de maior ou menor número de passadas para se atingir a
homogeneidade da massa específica adotada em toda a camada. Além disso, indicam que “v” e “n”
são também interligadas, conforme se constata na operação de rolos vibratórios já que,
aumentando-se a velocidade de rolamento, é necessário maior número de passadas para se alcançar
a compactação desejada.
84
A variável “n” refere-se ao número de passadas de ida e a ré até atingir o grau de
compactação desejado por camada.
Para a compactação das camadas de solos, o DER-SP (2000), especifica que a
compactação será iniciada sempre pelas bordas, tomando-se o cuidado nas primeiras passadas de
fazer com que os rolos compactadores se apóiem metade na camada em construção e metade no
acostamento. Nos trechos em tangente, a compactação prosseguirá das duas bordas para o centro,
em percursos eqüidistantes da linha da base (eixo). Os percursos ou passadas de cada rolo
compactador serão distanciados entre si de tal forma que em cada percurso seja coberto a metade
do rastro deixado no percurso anterior.
A Caterpillar (1995), na operação típica de compactação das camadas asfálticas indica que
a máquina começará sobre a camada asfáltica recém-estendido sobre o material previamente
compactado e à direita ou à esquerda de uma junta longitudinal. O operador deve acionar o sistema
vibratório quando se alcança a velocidade de compactação. A operação tem de ser em linha reta e
em velocidade constante e a uma distância predeterminada atrás da pavimentadora. Deverá se
mudar o sentido de direção do compactador e o operador deverá executar a segunda passada na
trilha da primeira. Quando se aproxima do ponto de partida, o operador terá que girar a máquina até
um novo ponto de início que permite a superposição de 150 milímetros da camada, sem compactar
sobre a recém-acabada. A terceira passada é feita igual à primeira, exceto que o ponto onde se
muda o sentido está mais adiante que o ponto de parada da primeira passada. Como a
pavimentadora avançou mais adiante, para manter um intervalo constante, cada ponto de retrocesso
do compactador também será mais à frente que o anterior.
Esta seqüência continua até a total compactação que se está pavimentando. Ao se começar
uma nova série de passadas, o compactador deverá girar através da camada recém-compactada e
começar logo atrás do ponto oposto da primeira passada.
Na figura 4.5 a seguir, se ilustra a operação típica de compactação de camadas
betuminosas, segundo o especificado pela Caterpillar (1995) e a AAPA (2007).
85
Figura 4.5 – Operação típica de compactação.
Fonte: adaptado da AAPA (2007)
Com os critérios e metodologias comumente empregadas na compactação de solos e
materiais betuminosos descritos anteriormente, conclui-se que o valor “n” representa o número
efetivo de passadas de ida e a ré para compactar uma camada.
Identificadas as variáveis de produção dos rolos que compõem as equações 3.4 e 3.5, se
apresentam nas Tabelas 4.4, 4.5, 4.6 e 4.7, as principais características técnicas fornecidas pelos
fabricantes, nos catálogos de rolos compactadores.
Largura do
compactador
Sentido da compactação
Largura da
faixa sendo
pavimentada
86
Fabricante
Modelo Potência bruta
Largura de
compactação
(mm)
Velocidade
máxima de
trabalho (km/h)
CP-323C 52 kW / 70 HP 1270 8,90
CP-433C 78 kW / 105 HP 1676 11,50
CP-533D 108 kW / 145 HP 2134 12,00
Caterpillar
CP-563D 114 kW / 153 HP 2134 11,60
3205 P 45 kW / 65,2 HP 1370 9,20
3307 P 65 kW / 87,1 HP 1680 7,20
3410 P* 98 kW / 131,3 HP 2140 8,40
3411 P* 98 kW / 131,3 HP 2140 8,40
3412 P 98 kW / 131,3 HP 2140 6,80
3414 P 98 kW / 131,3 HP 2140 6,80
3516 P 147 kW / 197 HP 2140 7,60
3518 P 147 kW / 197 HP 2220 5,90
Hamm
*Fabricado
no Brasil
3520 P 147 kW / 197 HP 2220 5,90
CA 121PD 53 kW / 72 HP 1365 6,00
CA 134PD 62 kW / 84 HP 1370 6,00
CA 141 PD 53 kW / 72 HP 1524 7,00
CA 144PD 62 kW / 84 HP 1676 6,00
CA 150PD 60 kW / 80 HP 1676 5,00
CA 152PD 74 kW / 99 HP 1676 6,50
CA 182PD 74 kW / 99 HP 1676 6,50
CA 250PD 82 kW / 110 HP 2130 5,00
CA 260PD 112 kW / 150 HP 2130 9,00
CA 302PD 93 Kw / 125 HP 2130 9,00
CA 362PD 112 kW / 150 HP 2130 9,00
CA 500PD 129 kW / 175 HP 2130 11,00
CA 512PD 129 kW / 175 HP 2130 11,00
CA 600PD 129 kW / 175 HP 2130 11,00
Dynapac
CA 702PD 164 kW / 220 HP 2130 8,00
VAP 70 93 Kw / 125 HP 2150 8,50
Muller
VAP 120 93 Kw / 125 HP 2150 8,50
Tabela 4.4 - Características técnicas dos rolos pé-de-carneiro.
Fonte: adaptado de Catálogos Técnicos Caterpillar [65], [66], [71], Hamm [116], [117], [123],
Dynapac [76], [77], [81], Muller [86], [87].
87
Fabricante
Modelo Potência bruta
Largura de
compactação
(mm)
Velocidade máx.
de trabalho km/h)
CS-323C 52 kW / 70 HP 1270 8,90
CS-431C 78 kW / 105 HP 1676 11,50
CS-433C 78 kW / 105 HP 1676 11,50
CS-531D 108 kW / 145 HP 2134 12,00
CS-533D 108 kW / 145 HP 2134 12,00
CS-563D 114 kW / 153 HP 2134 11,40
Caterpillar
CS-583D 114 kW / 153 HP 2134 11,40
3205 45 kW / 65,2 HP 1370 9,20
3307 65 kW / 87,1 HP 1680 6,70
3410* 98 kW / 131,3 HP 2140 7,90
3411* 98 kW / 131,3 HP 2140 7,90
3412 98 kW / 131,3 HP 2140 6,40
3414 98 kW / 131,3 HP 2140 6,40
3516 147 kW / 197 HP 2140 7,30
3518 147 kW / 197 HP 2220 6,70
3520 147 kW / 197 HP 2220 6,70
Hamm
*Fabricado
no Brasil
3625HT 174 kW / 233,2 HP 2220 12,50
CA 121D 53 kW / 72 HP 1365 6,00
CA 141 D 53 kW / 72 HP 1524 7,00
CA 144D 62 kW / 84 HP 1676 6,00
CA 150D 60 kW / 80 HP 1676 5,00
CA 152D 74 kW / 99 HP 1676 9,00
CA 182D 74 kW / 99 HP 1676 9,00
CA 250D 82 kW / 110 HP 2130 5,00
CA 262D 112 kW / 150 HP 2130 9,00
CA 300D 82 kW / 110 HP 2130 5,00
CA 362D 112 kW / 150 HP 2130 9,00
CA 402D 93 Kw / 125 HP 2130 9,00
CA 500D 129 kW / 175 HP 2130 11,00
CA 600D 129 kW / 175 HP 2130 11,00
Dynapac
CA 702D 164 kW / 220 HP 2130 8,00
Muller VAP 55 61 Kw / 83 cv 1680 12,00
Tabela 4.5 – Características técnicas de rolos lisos para solos.
Fonte: adaptado de Catálogos Técnicos Caterpillar [65], [66], [71], Hamm [114], [115], [124],
Dynapac [76], [77], [81], Muller [85].
88
Fabricante
Modelo Potência bruta
Largura de
compactação
(mm)
Velocidade
máxima de
trabalho (km/h)
CB-214D 23,5 kW / 31,5 HP 1000 10,00
CB-224D 23,5 kW / 31,5 HP 1200 10,00
CB-334D 32 kW / 43 HP 1300 11,50
CB-434C 52 kW / 70 HP 1422 11,60
CB-534C 78 kW /105 HP 1700 13,00
Caterpillar
CB-634C 108 kW / 145 HP 2130 12,20
HD10 20,1 kW / 26,9 HP 1000 10,40
HD12 20,1 kW / 26,9 HP 1200 10,40
HD13 22,5 kW / 30,2 HP 1300 9,20
HD70 60 kW / 80,4 HP 1500 6,30
HD75 60 kW / 80,4 HP 1680 6,30
HD90 80 kW / 117,9 HP 1680 7,40
HD110 80 kW / 117,9 HP 1680 7,40
HD120 98 kW / 131,3 HP 1980 6,20
Hamm
HD130 98 kW / 131,3 HP 2140 6,20
CC 800 17 kW / 23,5 HP 800 9,00
CC 900 17 kW / 23,5 HP 900 9,00
CC 1000 17 kW / 23,5 HP 1000 9,00
CC 102 23 kW / 29 HP 1070 10,00
CC 122 23 kW / 29 HP 1200 10,00
CC 142 34 kW / 45 HP 1300 10,00
CG 223HF 62 kW / 84 HP 1450 12,00
CC 222HF 60 kW / 82 HP 1450 13,00
CG 233HF 62 kW / 84 HP 1450 12,00
CC 232HF 60 kW / 82 HP 1450 13,00
CC 322 60 kW / 82 HP 1680 13,00
CC 422 93 kW / 125 HP 1680 11,00
CC 522 93 kW / 125 HP 1950 12,00
CC 622HF 93 kW / 125 HP 2130 11,00
Dynapac
CC 722 170 kW / 280 HP 2130 11,00
Muller VT 10 14 cv 930 9,60
Tabela 4.6 – Características técnicas dos rolos lisos para asfalto.
Fonte: adaptado de Catálogos Técnicos Caterpillar [71], Hamm [118], [119], [120], [121], [122],
[125], Dynapac [82], Muller [88].
89
Fabricante
Modelo
Número de
Pneus
Potência bruta
Largura de
compactação
(mm)
Velocidade
máxima de
trabalho
(km/h)
PS-150B 11 Pneus 52 kW / 70 HP 1727 26,50
PS-200B 9 Pneus 78 kW /105 HP 1727 19,30
PS-300B 7 Pneus 78 kW /105 HP 1900 19,00
PF-300B 7 Pneus 78 kW /105 HP 1900 19,00
Caterpillar
PS-360B 7 Pneus 78 kW /105 HP 2275 18,00
GRW 10 7 Pneus 80 kW /117,9 HP 1986 11,50
GRW 15 7 Pneus 80 kW /117,9 HP 1986 11,50
Hamm
GRW 18 7 Pneus 80 kW /117,9 HP 1986 11,50
CP 221 9 Pneus 74 kW /99 HP 1820 18,00
CP 142 7 Pneus 74 kW /99 HP 1760 19,00
Dynapac
CP 271 7 Pneus 74 kW /99 HP 2350 18,00
AP 26 9 Pneus 83 kW / 111 HP 1900 25,50
Muller
AP 30 7 Pneus 83 kW / 111 HP 2400 25,50
Tabela 4.7 – Características técnicas dos rolos pneumáticos
Fonte: adaptado de Catálogos Técnicos Caterpillar [71], Hamm [126], Dynapac [78], [79], [80],
Muller [89].
Da análise das tabelas, percebeu-se que os fabricantes fornecem duas variáveis de
produção ligadas diretamente ao equipamento, que são a largura de compactação e a velocidade
máxima de trabalho.
As larguras de compactação se apresentam em tamanhos que variam dos 0,80 metros, nos
rolos tandem lisos, até os 2,40 metros, nos rolos pneumáticos.
Para as velocidades, os catálogos apresentam as máximas velocidades de trabalho
segundo capacidade de cada equipamento. As velocidades máximas variam entre 6,00 km/h e
13,00 km/h, para os rolos lisos tanto os utilizados em solo como em asfalto, e 11,50 km/h a 26,50
km/h, para os rolos pneumáticos. Esta informação é muito abrangente, já que os trabalhos de
compactação de solos e camadas asfálticas feitos pelos rolos compactadores são realizados com
velocidades bem menores.
90
Tipo de
equipamento
Autor Variável Recomendação
V 4 a 6,4 km/h
e 0,15 a 0,30 m
Abram I. (2001)
n 3 a 5
Baesso D. P. (2003) e 0,20 a 0,30 m
V 4 a 6,5 km/h
e 0,15 a 0,30 m
Caterpillar (1998)
n 3 a 5
V 3 a 6 km/h
e 0,15 a 0,35 m
n 4 a 6
Dynapac (1981)
E 0,60 a 0,80
H. de Souza e C. (2002) E 0,75
V 4,5 km/h
e 0,10 m
Guimarães N. (2001)
n 6
Compactador
vibratório de solo
com tambor
protegido
(pé-de-carneiro)
Jeuffroy G. (1973) E 0,70
V 4 a 6,4 km/h
e 0,15 a 0,30 m
Abram I. (2001)
n 3 a 5
Baesso D. P. (2003) e 0,20 a 0,30 m
V 4 a 6,5 km/h
e 0,15 a 0,30 m
Caterpillar (1998)
n 3 a 5
V 3 a 6 km/h
e 0,15 a 0,35 m
n 4 a 6
Dynapac (1981)
E 0,60 a 0,80
V 4,5 km/h
e 0,20 m
Guimarães N. (2001)
n 6
H. de Souza e C. (2002) E 0,75
Compactador
vibratório de solo
com tambor liso
Jeuffroy G. (1973) E 0,70
Tabela 4.8 – Recomendações para o emprego de variáveis de produção dos compactadores
vibratórios de solos.
Fonte: adaptado de Abram, Baesso, Caterpillar, Dynapac, Helio de Souza e Catalani, Guimarães e
Jeuffroy.
91
Tipo de
equipamento
Autor Variável Recomendação
Camada de ligação ou binder de 3 a
6 km/h
V
Camadas delgadas maior a 10 km/h
AAPA (2001)
E 0,70 a 075
V 5 km/h
e 3,8 a 10 centímetros (1,5" a 4")
n 2 a 4
Caterpillar (1998)
E 0,83 (hora de 50 minutos)
V
A velocidade está ligada à
freqüência de impactos. A distância
entre impactos consecutivos deve
ser no máximo 3 centímetros, o que
corresponde a uns 5 km/h, com uma
freqüência de vibração de 45 a 50
Hz.
Fernández J.A. (2006)
E
0,60 (hora de 50 minutos + perdidas
por traspasses + mudanças de faixa)
V 5 km/h
e 0,05 m
Guimarães N. (2001)
n 4 a 6
Instituto de Asfalto
(1989)
V 4 a 5 km/h
NAPA (1996) V
V (pés/min)= Freqüência ou
Vibração por minuto/(10 a 12
impactos/pé)
Acomodamento ou Rolagem
Inicial: 3,2 a 4,8 km/h
Rolagem Intermediária: 4,0 a 5,6
km/h
TRB (2000) V
Rolagem Final: não empregado
Compactador
vibratório de
asfalto com
tambor duplo
Vivar R. G. (1991) V 4 a 5 km/h
Tabela 4.9 – Recomendações para o emprego de variáveis de produção dos compactadores
vibratórios de asfalto.
Fonte: adaptado da AAPA, Caterpillar, Fernández, Guimarães, Instituto de Asfalto, NAPA, TRB e
Vivar.
92
Tipo de
equipamento
Autor Variável Recomendação
V 4 km/h
e 0,10 m
Guimarães N. (2001)
n 2 a 4
I. de Asfalto (1989) V 3 a 5 km/h
NAPA (1996) V 3,2 a 5,6 km/h
Acomodamento ou Rolagem Inicial:
3,2 a 5,6 km/h
Rolagem Intermediária: 4,0 a 6,5 km/h
Compactador
estático de asfalto
com tambor duplo
TRB (2000) V
Rolagem Final: 4,8 a 8,0 km/h
V 4,8 a 5,3 km/h
e 0,10 a 0,25 m
Abram I. (2001)
n 3 a 5
V 6,4 km/h
e 0,30 m
Caterpillar (1995)
n 6 a 9
V 8 km/h
e 0,20 m
Compactador de
solo com rodas
pneumáticas
Guimarães N. (2001)
n 10
V 1,6 a 12,9 km/h
e
2,54 centímetros a 20,3 centímetros (1"
a 8")
Caterpillar (1998)
E 0,83 (hora de 50 minutos)
V 8 km/h
e 0,05 m
Guimarães N. (2001)
n 12
I. de Asfalto (1989) V 3 a 8 km/h
NAPA (1996) V 3,2 a 5,6 km/h
Acomodamento ou Rolagem Inicial:
3,2 a 5,6 km/h
Rolagem Intermediária: 4,0 a 6,5 km/h
Compactador de
asfalto com rodas
pneumáticas
TRB (2000) V
Rolagem Final: 6,4 a 11,2 km/h
Tabela 4.10 – Recomendações para o emprego de variáveis de produção dos compactadores
estáticos lisos e pneumáticos.
Fonte: adaptado de Abram, Caterpillar, Guimarães, Instituto de Asfalto, NAPA e TRB.
93
Com o inconveniente descrito no parágrafo anterior, além de se precisar de uma
bibliografia que recomende uma faixa de valores das outras variáveis envolvidas na produção dos
rolos compactadores foi feita uma pesquisa nos livros e manuais técnicos disponíveis no mercado
brasileiro, obtendo-se como resultado as Tabelas 4.8, 4.9 e 4.10.
Na Tabelas 4.8, 4.9 e 4.10, se apresentam as recomendações feitas pelos diferentes autores
consultados, referente às variáveis de produção dos rolos compactadores.
Da análise das tabelas anteriores foi desenvolvida a Tabela 4.11 que apresenta uma faixa
de valores aceitáveis para a estimativa de produção dos rolos compactadores.
Variáveis de produção dos rolos compactadores
Tipo de Rolo
Compactador
l (m) e (m) V (km/h) E n
Vibratórios para
solos
1,35 / 1,65 / 2,10 0,15 a 0,35 4 a 6 0,70 3 a 6
Vibratórios para
asfalto
1,00 / 1,20 / 1,30 /
1,40 / 1,65 / 1,95 /
2,10
0,038 a 0,10
(1,5" a 4")
3 a 6 0,70 2 a 6
Estáticos para
asfalto
1,00 / 1,20 / 1,30 /
1,40 / 1,65 / 1,95 /
2,10
0,10 3 a 5 0,70 2 a 4
Pneumáticos
para Solos
1,70 / 1,90 / 2,30 0,10 a 0,30 5 a 8 0,70 3 a 10
Pneumáticos
para asfalto
1,70 / 1,90 / 2,30
0,025 a 0,20
(1" a 8")
3 a 8 0,70 Até 12
Tabela 4.11 – Variáveis de produção recomendados para os rolos compactadores.
Definidas as faixas de valores que fazem parte de produção dos rolos compactadores,
foram elaborados os seguintes ábacos para a determinação da estimativa de produção.
A eficiência (E) deverá ser multiplicada ao valor obtido dos ábacos de produção bruta com
a finalidade de obter o valor da produção líquida.
94
Capacidade do Rolo Compactador de Solos a 5 km/h
(largura do rolo 1,65 m)
n=3 n=4 n=5
n=6
0
200
400
600
800
1,000
1,200
0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
Espessura da Camada (m)
Produção (m³/h)
XXXX
Figura 4.6 – Ábaco da capacidade de produção bruta de um rolo compactador de solos com
velocidade média de 5 km/h e largura de compactação de 1,65 metro.
95
Capacidade do Rolo Compactador de Asfalto a 4,5 km/h
(largura do rolo 1,65 m)
n=3
n=4
n=5
n=6
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0.038 0.05 0.075 0.10
Espessura da Camada (m)
Produção (Ton/h)
XXXX
Figura 4.7 – Ábaco da capacidade de produção bruta de um rolo compactador de asfalto com
velocidade média de 4,5 km/h e largura de compactação de 1,65 metro.
96
Capacidade do Rolo Pneumático para Asfalto a 5,5 km/h
(largura do rolo 1,90 m)
n=3
n=4
n=5
n=6
n=7
n=8
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0.025 0.05 0.075 0.10 0.127 0.152 0.178 0.20
Espessura da Camada (m)
Produção (Ton/h)
XXXXX
Figura 4.8 – Ábaco da capacidade de produção bruta de um rolo pneumático de asfalto com
velocidade média de 5,5 km/h e largura de compactação de 1,90 metro.
4.4. Distribuidor de asfalto
Analisadas as equações 3.6, 3.7 e 3.8, foi observado que as variáveis que estão
diretamente ligadas ao equipamento são a largura da barra espargidora e a taxa de aplicação do
ligante asfáltico. O valor da taxa de aplicação vai depender do tipo e característica de cada projeto.
Na Tabela 4.12 são apresentadas as principais características técnicas dos espargidores de
asfalto fabricados no Brasil.
97
Fabricante Modelo
Comprimento
barra
espargidora (m)
Número de
bicos
Capacidade do
tanque (litros)
EHR 100 Caneta manual - 5000 a 8000
EHR 400 3,60 36 5000 a 10000
EHR 501 3,60 36 5000 a 10000
EHR 600 3,60 36 5000 a 10000
EHR 700 3,60 36 5000 a 10000
Romanelli
EHR 800 4,00 40 5000 a 10000
Tabela 4.12 – Características técnicas do distribuidor de asfalto.
Fonte: adaptado de Catálogos Técnicos Romanelli [92].
As larguras das barras espargidoras são fabricadas em comprimentos de 3,60 metro e 4,00
metros, mas podem trabalhar com comprimentos menores, já que apresentam dispositivos para
diminuir sua extensão.
Para o presente item, não se apresentam ábacos de produção devido ao fato que a
determinação da produção dos distribuidores de asfalto está ligada principalmente a variáveis
diretamente relacionadas com a natureza do projeto, sendo que a única variável diretamente
relacionada com o equipamento é o comprimento da barra espargidora.
4.5. Pavimentadora de asfalto
Como indicado no capítulo 3, a velocidade da pavimentadora e a taxa de produção da
usina, as quais estão diretamente ligadas, são as variáveis mais importantes para o correto cálculo
de produção de uma pavimentadora. Incrementando-se a velocidade de pavimentação de acordo
com a faixa recomendada na Tabela 3.25, poderá se incrementar a produção das pavimentadoras
com a devida segurança. As outras variáveis como largura do espalhamento e espessura da camada
dependem do acondicionamento do equipamento.
98
Depois de identificadas as variáveis que conformam a equação 3.9, se apresentam nas
Tabelas 4.13, 4.14 e 4.15, as principais características técnicas fornecidas pelos fabricantes, nos
catálogos de pavimentadoras de asfalto, inclusive a produção teórica sugerida.
Da análise feita das Tabelas 4.13, 4.14 e 4.15, pode-se perceber que os fabricantes
fornecem as duas variáveis de produção ligadas diretamente com o equipamento: a faixa de
larguras e velocidades de operação.
A largura de pavimentação, pelos catálogos consultados, se apresenta entre 1,70 metro até
9,00 metros, para as pavimentadoras sobre pneus, e entre 1,70 metro e 16,00 metros, para as
pavimentadoras sobre esteiras.
Para as velocidades, os catálogos apresentam seus valores máximos, segundo a
capacidade de cada equipamento. As máximas velocidades variam entre 18 m/min. e 114 m/min.,
para as pavimentadoras sobre pneus, e entre 16 m/min. a 67 m/min., para as pavimentadoras sobre
esteiras. Esta informação é muito abrangente, já que os trabalhos de pavimentação são realizados
com velocidades bem menores do que 114 m/min.
Com o inconveniente descrito no parágrafo anterior, além de se precisar de uma
bibliografia que recomende uma faixa de valores das outras variáveis envolvidas na produção das
pavimentadoras, foi feita uma pesquisa nos livros e manuais técnicos disponíveis no mercado
brasileiro, obtendo-se como resultado a Tabela 4.16.
Na Tabela 4.16, se apresenta a recomendação feita pelos diferentes autores consultados,
referente às variáveis de produção das pavimentadoras.
99
Fabricante Modelo Potência bruta
Larg. padrão de
pavimentação
(m)
Larg. máx.de
pavimentação
(m)
Vel. máxima de
pavimentação
(m/min)
Produção
teórica (ton./h)
AP-800D 97 kW / 130 HP 2,44 6,10 76,00 -
BG-230 80 kW / 107 HP 2,44 6,10 76,00 -
BG-240C 114 kW / 153 HP 3,05 7,40 122,00 -
BG-260C 118 kW / 158 HP 3,05 7,40 114,00 -
Caterpillar
AP-1000B 118 kW / 158 HP 3,05 9,14 114,00 -
VD 421 54 kW / 73 cv 2,50 4,55 48,00 400,00
VD 621 117 HP 2,60 6,00 54,00 450,00
Terex
VD 721 113 kW / 154 HP 2,60 6,00 54,00 600,00
F6W 50 kW / 68 HP 1,70 4,10 32,00 250,00
F8W 66 kW / 90 HP 2,00 5,00 35,00 350,00
F9W 78 kW / 106 HP 2,00 5,25 35,00 400,00
F121W 116 kW / 158 HP 2,50 6,50 32,00 600,00
Dynapac
F161W 116 kW / 158 HP 2,50 7,00 26,50 650,00
SA 230 31 Kw / 45 cv 2,00 3,84 30,00 100,00
SA 115CR 78 kW / 105 cv 2,55 4,75 40,00 400,00
AF 4500 105 cv 1,70 4,20 30,00 300,00
Ciber
AF 5500 105 cv 1,90 5,30 30,00 450,00
SUPER 1203 57 kW / 78PS 1,70 4,00 25,00 150,00
SPER 1603-2 84 kW / 114 PS 2,55 7,00 18,00 400,00
Vogele
SUPER 1803-2 121 kW / 165 PS 2,55 8,00 18,00 600,00
Tabela 4.13 - Características técnicas das pavimentadoras de rodas.
Fonte: adaptado de Catálogos Técnicos Caterpillar [71], [73], Terex [95], [96], [97], Dynapac [83], Ciber [99], [100], [109], [110], [113],
Vogele [129].
100
Fabricante Modelo Potência bruta
Larg. padrão de
pavimentação
(m)
Larg. máx.de
pavimentação
(m)
Vel. máxima de
pavimentação
(m/min)
Produção
teórica (ton./h)
BG-225C 90 kW / 121 HP 2,44 6,10 67,00 -
AP-650B 97 kW / 130 HP 2,44 6,10 67,00 -
BG-245C 130 kW / 174 HP 3,05 7,40 60,10 -
AP-1050B 130 kW / 174 HP 3,05 9,14 65,60 -
AP-1055B* 130 kW / 174 HP 3,05 9,14 65,60 -
Caterpillar
(*Movil-Track
Pavers)
BG-2455C* 130 kW / 174 HP 3,05 7,40 60,10 -
VD 400 54 kW / 73 cv 2,50 4,55 30,00 400,00
VD 600 117 HP 2,60 6,00 33,00 450,00
Terex
VD 700 113 kW / 154 HP 2,60 6,00 33,00 600,00
F4C 33 kW / 45 HP 1,20 3,10 20,00 200,00
F5C 33 kW / 45 HP 1,20 3,10 20,00 200,00
F5CS 39 kW / 53 HP 1,20 4,40 16,00 300,00
F6C 50 kW / 68 HP 1,70 4,60 32,00 300,00
F8C 74 kW / 100 HP 2,00 7,50 22,40 400,00
F121C 116 kW / 158 HP 2,50 9,00 20,00 600,00
F141C 129 kW / 173 HP 2,50 9,00 20,00 750,00
F150C 131 kW / 178 HP 2,50 9,00 20,00 750,00
F181C 153 kW / 205 HP 2,50 9,00 20,00 800,00
F182CS 172 kW / 230 HP 2,50 13,50 23,00 900,00
Dynapac
F300CS 259 kW 3,00 16,00 20,00 1500,00
Tabela 4.14 – Características técnicas das pavimentadoras de esteiras.
Fonte: adaptado de Catálogos Técnicos Caterpillar [71], [74], [75], Terex [95], [96], [97], Dynapac [84].
101
Fabricante Modelo Potência bruta
Largura padrão
de
pavimentação
(m)
Largura
máxima de
pavimentação
(m)
Velocidade
máxima de
pavimentação
(m/min)
Produção
teórica (ton./h)
SA 114CR 78 kW / 105 cv 2,55 4,75 23,00 400,00
AF 4000 105 cv 1,70 4,20 27,00 300,00
AF 5000 105 cv 1,90 5,30 30,00 450,00
Ciber
AF 6000 155 cv 2,55 6,00 30,00 600,00
SUPER 1600-2 84 kW / 114 PS 2,55 8,00 24,00 600,00
SUPER 1800-2 121 kW / 165 PS 2,55 10,00 24,00 700,00
SUPER 1800SF 133 kW / 181 PS 2,55 6,50 18,00 400,00
SUPER 1900-2 129 kW / 175 PS 2,55 11,00 25,00 900,00
SUPER 2100-2 160 kW / 218 PS 2,55 13,00 25,00 1100,00
Vogele
SUPER 2500 209 kW / 284 PS 3,00 16,00 18,00 1500,00
Tabela 4.15 – Características técnicas das pavimentadoras de esteiras (continuação).
Fonte: adaptado de Catálogos Técnicos Ciber [99], [100], [108], [110], [112], [113], Vogele [127], [128], [130].
102
Autor Variável Recomendação
V 3 a 15 m/min.
AAPA (2001)
e 25 a 100 milímetros
Abram I. (2001) E 0,60 a 0,80
Caterpillar (1995) V
A velocidade é determinada pelo volume de
material fornecido à máquina. A velocidade ótima
em uma operação de pavimentação é a que
proporciona deslocamento da máquina a
velocidade constante.
Com
screed
não vibratório: 4 a 10 m/min.
Dynapac (1989) V
Com
screed
vibratório: > 20 m/min.
V 3 a 20 m/min.
Instituto de Asfalto
(1989)
e 25 até 250 milímetros
NAPA (1996) E 0,75 a 0,85
Tabela 4.16 – Recomendações para o emprego de variáveis de produção das pavimentadoras
de asfalto.
Fonte: adaptado de Abram, Caterpillar, Dynapac, Instituto de Asfalto e NAPA.
Da análise das tabelas anteriores, foi desenvolvida a Tabela 4.17, que apresenta uma faixa
de valores aceitáveis para a estimativa de produção das pavimentadoras.
Variáveis de produção das
pavimentadoras de asfalto
Valores recomendados
Pavimentadoras de pneus: 1,70 até 9,00
l (m)
Pavimentadoras de Esteiras: 1,20 até 16,00
V (m/min) 3 a 10
e (m) 0,025 a 0,10 (1” a 4”)
E 0,75
Tabela 4.17 – Variáveis de produção recomendados para as pavimentadoras de asfalto.
Definidas as faixas de valores que fazem parte de produção das pavimentadoras de asfalto,
foram elaborados os seguintes ábacos para a determinação da estimativa de produção.
A eficiência (E) deverá ser multiplicada ao valor obtido dos ábacos de produção bruta com
a finalidade de se obter o valor da produção líquida.
103
Capacidade da Pavimentadora de Asfalto
(largura de pavimentação 3,70 m)
e = 25mm
e
=
4
0
m
m
e
=
5
0
m
m
e
=
7
5
m
m
e
=
1
0
0
m
m
0
100
200
300
400
500
600
700
3.00 5.00 7.00 9.00 11.00
Velocidade da pavimentadora (m/min)
Produção (Ton/h)
XXXX
Figura 4.9 – Ábaco da capacidade de produção bruta de uma pavimentadora de asfalto para
uma densidade de compactação de 2,4 ton./m³ e largura de pavimentação de 3,70 metros.
No gráfico acima da figura 4.9, ilustram-se as velocidades de pavimentação para várias
espessuras de asfalto, largura de espargimento e densidade típica de compactação.
4.6. Usina de asfalto
Para a previsão da taxa de produção das usinas de asfalto, as principais variáveis
envolvidas são o diâmetro do secador, a capacidade do queimador e a capacidade do exaustor.
As outras variáveis envolvidas, caso seja necessário calcular a produção de alguma usina
com diferentes variáveis às indicadas pela NAPA (1998), são: a umidade do agregado, a
temperatura da mistura, a altitude da usina, a velocidade do gás no secador, o excesso de ar no
secador, o tipo de secagem dos agregados (contrafluxo ou fluxo paralelo), entre outras variáveis.
104
Logo depois de identificadas as equações 3.12, 3.13 e 3.14, se apresentam nas Tabelas
4.18, 4.19 e 4.20, as principais características técnicas fornecidas pelos fabricantes, nos catálogos
de usinas de asfalto.
Da análise feita das tabelas 4.18, 4.19 e 4.20 reproduzidas, pode-se perceber que os
fabricantes fornecem duas variáveis de produção ligadas diretamente com as usinas de asfalto: o
diâmetro do secador e a capacidade do queimador.
O diâmetro dos secadores, pelos catálogos consultados, se apresenta entre 1,20 metro até
2,20 metros, seja a usina descontínua ou contínua.
As capacidades do queimador variam entre 6.000.000 kcal e 17.540.000 kcal.
105
Fabricante
Modelo
Faixa de
produção
(ton./h)
Silos
dosadores
Cap. individual
dos silos
dosadores (m³)
Cap.
queimador
(kcal/h)
Diâm. x comp.
secador (mm)
Cap.
ventilador
(Nm³/h)
Cap
exaustor
(Nm³/h)
Ciber UAB 18E 100 - 140 - 5,60 (std) 10.000.000 2100 x 7500 6600 6600
Terex H50C 150 - 240 3 a 6 6 a 8 17.640.000 2200 x 10000 - -
Tabela 4.18 - Características técnicas da usina de asfalto gravimétrica ou descontínua.
Fonte: adaptado de Catálogos Técnicos da Ciber [99], [100], [101], [107] e Terex [94] .
Fabricante Modelo
Faixa de
produção
(ton/h)
Silos
dosadores
Capacidade
individual dos silos
dosadores (m³)
Cap.
queimador
(kcal/h)
Diâm. x comp.
secador (mm)
UACF 12P 25 - 50 3 5,6 (std), 7 (exten.) 6.000.000 1200 x 5000
UACF 15P 40 - 80 3 a 5 7,2 (std), 10 (exten.) 8.000.000 1650 x 6800
UACF 17P 80 - 120 3 a 5 7,2 (std), 10 (exten.) 10.000.000 1900 x 5800
UACF 19P 100 - 150 4 a 6 7,2 (std), 10 (exten.) 10.000.000 1900 x 7500
Ciber
MAGNUM 80 60 - 80 3 5,50 10.000.000 1500 x 6000
Terex
MAGNUM 140 100 - 140 4 5,50 10.000.000 1800 x 6600
Tabela 4.19 - Características técnicas da usina de asfalto contínua contra - fluxo.
Fonte: adaptado de Catálogos Técnicos da Ciber [99], [100], [102], [103], [104], [106] e Terex [93].
106
Fabricante Modelo
Faixa de
produção
(ton./h)
Cap.
queimador
(kcal/h)
Diâm. x comp.
secador (mm)
Cap. individual dos
silos dosadores (m³)
UADM 12P/E ME 25 - 50 6.000.000 - -
UADM 14E 80 8.000.000 1400 x 6500 4,5 (std), 8,4 (exten.)
UADM 14P 80 8.000.000 1400 x 6500 4,5 (std), 8,4 (exten.)
UADM 16E 100 15.000.000 1650 x 7500 4,5 (std), 8,4 (exten.)
UADM 16P 100 15.000.000 1650 x 7500 4,5 (std), 8,4 (exten.)
UADM 19E 150 15.000.000 2100 x 7500 4,5 (std), 8,4 (exten.)
Ciber
UADM 19P 150 15.000.000 2100 x 7500 4,5 (std), 8,4 (exten.)
Tabela 4.20 - Características técnicas da usina de asfalto contínua Drum Mixer.
Fonte: adaptado de Catálogos Técnicos da Ciber [99], [100], [105].
107
No Brasil, as misturas asfálticas são trabalhadas em sua maioria com 3% na média de
umidade dos agregados, os diâmetros comerciais dos secadores variam entre 1,20 metro e 2,10
metros e o restante das condições padrão das usinas são semelhantes às utilizadas pela NAPA. Com
base nestas características foram desenvolvidas as Tabelas 4.21 e 4.22 a seguir, que ilustram a
previsão da taxa de produção das usinas de asfalto com os parâmetros brasileiros.
Taxa de produção esperada (ton./h) com velocidade do gás no secador
de:
244 m/min. 274 m/min. 305 m/min.
25%
excesso
de ar
50%
excesso
de ar
25%
excesso
de ar
50%
excesso
de ar
25%
excesso
de ar
50%
excesso
de ar
Diâmetro de
secador
contrafluxo
3,90
(m³/min.)
por ton.
4,40
(m³/min.)
por ton.
3,90
(m³/min.)
por ton.
4,40
(m³/min.)
por ton.
3,90
(m³/min.)
por ton.
4,40
(m³/min.)
por ton.
1,20 m 89 79 100 89 111 99
1,50 m 139 123 156 139 174 154
1,80 m 201 178 225 200 251 222
2,10 m 273 242 307 272 341 303
Condições de operação padrão para a instalação:
149ºC de temperatura de descarga do material
3% de umidade (remoção do agregado)
163 metros acima do nível do mar
135ºC de descarga de gás no secador de contrafluxo
155ºC de descarga de gás no secador de fluxo paralelo
Fator de correção para taxas de produção:
Para corrigir as diferenças de umidade: subtrai 13% para cada 1% de incremento de
umidade, e incorpora 13% para cada 1% de diminuição de umidade.
Para corrigir as diferenças de elevação do secador: subtrai 10% para cada 1000 metros
de incremento de elevação, e incorpora 1,65% para condições sobre o nível do mar.
Para corrigir as diferenças na temperatura do agregado: subtrai 2,5% para cada 10ºC
de incremento de temperatura, e incorpora 2,5% para cada 10ºC de diminuição de
temperatura.
Tabela 4.21 – Taxa de produção esperada para secador contrafluxo com 3% de umidade do
agregado e diâmetros comerciais do secador.
108
Taxa de produção esperada (ton./h) com velocidade do gás no secador de:
305 m/min. 335 m/min. 366 m/min.
25%
excesso de
ar
50%
excesso de
ar
25%
excesso de
ar
50%
excesso
de ar
25%
excesso de
ar
50% excesso
de ar
Diâmetro
de Secador
Fluxo
Paralelo
3,90
(m³/min.)
por ton.
4,40
(m³/min.)
por ton.
3,90
(m³/min.)
por ton.
4,40
(m³/min.)
por ton.
3,90
(m³/min.)
por ton.
4,40
(m³/min.)
por ton.
1,20 m 111 99 122 108 134 119
1,50 m 174 154 191 170 209 185
1,80 m 251 222 275 244 301 267
2,10 m 341 303 375 332 410 363
Condições de operação padrão para a instalação:
149ºC de temperatura de descarga do material
3% de umidade (remoção do agregado)
163 metros acima do nível do mar
135ºC de descarga de gás no secador de contrafluxo
155ºC de descarga de gás no secador de fluxo paralelo
Fator de correção para taxas de produção:
Para corrigir as diferenças de umidade: subtrai 13% para cada 1% de incremento de
umidade, e incorpora 13% para cada 1% de diminuição de umidade.
Para corrigir as diferenças de elevação do secador: subtrai 10% para cada 1000 metros de
incremento de elevação, e incorpora 1,65% para condições sobre o nível do mar.
Para corrigir as diferenças na temperatura do agregado: subtrai 2,5% para cada 10ºC de
incremento de temperatura, e incorpora 2,5% para cada 10ºC de diminuição de temperatura.
Tabela 4.22 – Taxa de produção esperada para secador fluxo paralelo com 3% de umidade
do agregado e diâmetros comerciais do secador.
Com o objetivo de se ter ábacos que possam auxiliar de forma rápida a determinação da
estimativa da produção das usinas de asfalto, a seguir se apresentam a relação teórica entre a média
do teor de umidade do agregado, diâmetro do secador e a previsão da taxa de produção de usinas
com secador contrafluxo e fluxo paralelo, para uma velocidade de gás dada no secador e um
conjunto de condições operacionais.
109
Taxa de produção esperada para secador contrafluxo (ton./h)
Umidade do agregado
Diâmetro do
secador
2% 3% 4% 5% 6% 7%
1,20 m 98 89 80 70 61 52
1,50 m 153 139 124 110 96 81
1,80 m 220 200 179 158 138 117
2,10 m 300 272 244 216 188 160
2,40 m 392 355 318 282 245 208
2,70 m 496 449 403 357 310 264
3,00 m 612 555 497 440 383 326
Condições de operação padrão para a instalação:
149ºC de temperatura de descarga do material
274 m/min. de velocidade do gás no secador
50% excesso de ar
163 metros acima do nível do mar
135ºC de descarga de gás no secador de contrafluxo
Tabela 4.23 – Taxa de produção esperada para secador contrafluxo (ton./h) para diferentes
umidades do agregado.
Taxa de produção esperada para secador contrafluxo (ton./h)
para diferentes diâmetros de secadores
Ø
1
,
2
0
m
Ø
1
,
5
0
m
Ø
1
,
8
0
m
Ø
2
,
1
0
m
Ø
2
,
4
0
m
Ø
2
,
7
0
m
Ø
3
,
0
0
m
0
100
200
300
400
500
600
700
2% 3% 4% 5% 6% 7%
Umidade do agregado (%)
Produção (Ton./h)
XXXX
Figura 4.10 – Ábaco da capacidade de produção de uma usina de asfalto com diferentes
diâmetros de secador contrafluxo (ton./h) para diferentes umidades do agregado.
110
Taxa de produção esperada para secador contrafluxo (ton./h)
Umidade do agregado
Temperatura
de descarga do
material ºC
(ºF)
2% 3% 4% 5% 6% 7%
149 (300) 220 200 179 158 138 117
135 (275) 228 207 185 164 143 121
121 (250) 236 214 192 170 148 125
107 (225) 243 221 198 175 152 130
Condições de operação padrão para a instalação:
1,80 m de diâmetro do secador
274 m/min. de velocidade do gás no secador
50% excesso de ar
163 metros acima do nível do mar
135ºC de descarga de gás no secador de contrafluxo
Tabela 4.24 – Taxa de produção esperada para secador contrafluxo (ton./h) para diferentes
temperaturas de descarga do material.
Taxa de produção esperada para secador contrafluxo (ton./h)
para diferentes temperaturas de descarga do material
1
4
9
º
C
(
3
0
0
º
F
)
1
3
5
º
C
(
2
7
5
º
F
)
1
2
1
º
C
(
2
5
0
º
F
)
1
0
7
º
C
(
2
2
5
º
F
)
100
125
150
175
200
225
250
2% 3% 4% 5% 6% 7%
Umidade do agregado (%)
Produção (Ton./h)
XXXXX
Figura 4.11 – Ábaco da capacidade de produção de uma usina de asfalto secador contrafluxo
(ton./h) para diferentes umidades do agregado e temperaturas de descarga do material.
111
Taxa de produção esperada para secador fluxo paralelo (ton./h)
Umidade do agregado
Diâmetro do
secador
2% 3% 4% 5% 6% 7%
1,20 m 120 108 97 86 75 64
1,50 m 187 170 152 135 117 100
1,80 m 269 244 219 194 169 143
2,10 m 367 332 298 264 229 195
2,40 m 479 434 389 344 300 255
2,70 m 606 549 493 436 379 323
3,00 m 748 678 608 538 468 398
Condições de operação padrão para a instalação:
149ºC de temperatura de descarga do material
335 m/min. de velocidade do gás no secador
50% excesso de ar
163 metros acima do nível do mar
155ºC de descarga de gás no secador de fluxo paralelo
Tabela 4.25 – Taxa de produção esperada para secador fluxo paralelo (ton./h) para
diferentes umidades do agregado.
Taxa de produção esperada para secador fluxo paralelo (ton./h)
para diferentes diâmetros de secadores
Ø
1
,
2
0
m
Ø
1
,
5
0
m
Ø
1
,
8
0
m
Ø
2
,
1
0
m
Ø
2
,
4
0
m
Ø
2
,
7
0
m
Ø
3
,
0
0
m
0
100
200
300
400
500
600
700
800
2% 3% 4% 5% 6% 7%
Umidade do agregado (%)
Produção (Ton./h)
XXXXX
Figura 4.12 – Ábaco da capacidade de produção de uma usina de asfalto com diferentes
diâmetros de secador fluxo paralelo (ton./h) para diferentes umidades do agregado.
112
Taxa de produção esperada para secador fluxo paralelo (ton./h)
Umidade do agregado
Temperatura
de descarga do
material ºC
(ºF)
2% 3% 4% 5% 6% 7%
149 (300) 269 244 219 194 169 143
135 (275) 279 253 227 201 174 148
121 (250) 288 261 234 207 180 153
107 (225) 298 270 242 214 186 158
Condições de operação padrão para a instalação:
1,80 metro de diâmetro do secador
335 m/min. de velocidade do gás no secador
50% excesso de ar
163 metros acima do nível do mar
155ºC de descarga de gás no secador de fluxo paralelo
Tabela 4.26 – Taxa de produção esperada para secador fluxo paralelo (ton./h) para
diferentes temperaturas de descarga do material.
Taxa de produção esperada para secador fluxo paralelo (ton./h)
para diferentes temperaturas de descarga do material
1
4
9
º
C
(
3
0
0
º
F
)
1
3
5
º
C
(
2
7
5
º
F
)
1
2
1
º
C
(
2
5
0
º
F
)
1
0
7
º
C
(
2
2
5
º
F
)
125
150
175
200
225
250
275
300
2% 3% 4% 5% 6% 7%
Umidade do agregado (%)
Produção (Ton./h)
XXXX
Figura 4.13 – Ábaco da capacidade de produção de uma usina de asfalto secador fluxo
paralelo (ton./h) para diferentes umidades do agregado e temperaturas de descarga do
material.
113
5. APLICAÇÃO PRÁTICA DAS EQUAÇÕES DE PRODUÇÃO DOS
EQUIPAMENTOS RODOVIÁRIOS
No presente capítulo se ilustra mediante um exemplo ilustrativo, a metodologia para
determinar a produção dos equipamentos em estudo mediante a aplicação das equações indicadas
no capítulo 3.
Durante a construção de um pavimento, normalmente são considerados dois fatores
importantes para a determinação do tempo de execução da obra: os equipamentos disponíveis e os
prazos de execução. Para o presente exemplo será tomado o prazo como fator determinante da
obra.
A obra com as características indicadas a seguir, tem como prazo de execução 7 dias e
consta de um pavimento com base granular e revestimento betuminoso:
•
Comprimento da pista: 1000 metros;
•
Largura da pista: 7 metros;
•
Base de Brita Graduada Simples (BGS), com espessura compactada de 0,20
metros;
•
Revestimento de Concreto Asfáltico Usinado a Quente (CAUQ), com espessura
compactada de 6 centímetros e densidade de compactação de 2,4 ton./m³.
114
•
Os trabalhos de terraplenagem estão prontos com o subleito conformado e
compactado.
A metodologia construtiva será dividida em dois processos: espalhamento e compactação
da camada de base e a produção, espalhamento e compactação da camada de revestimento
betuminosa.
O transporte dos materiais não foi estudado, já que é um fator que depende da capacidade
dos caminhões basculantes e da distância desde a usina até a obra.
5.1. Espalhamento e compactação de camadas de solos.
Para o espalhamento da camada granular será necessário o emprego da motoniveladora e
para a compactação será adotado um rolo compactador liso vibratório.
5.1.1. Estimativa de produção da motoniveladora
Segundo o exemplo escolhido, já que as dimensões da área de trabalho são conhecidas
(largura e comprimento da pista), se aplicarão as equações 3.1 e 3.2 que utilizam estas variáveis.
Como já foi descrito anteriormente, a lâmina da motoniveladora é uma variável
importante na produção desse equipamento. Segundo a pesquisa feita, as larguras se apresentam
em 3,658 metros e 4,267 metros. Para o exemplo ilustrativo será utilizada a lâmina com largura “l”
de 3,658 metros.
Segundo a Tabela 4.2, a faixa de velocidades recomendável (na fase produtiva) das
motoniveladoras, para os trabalhos de espalhamento de materiais e nivelamento do greide está
entre 5,0 e 10,0 km/h. Para o exemplo, será utilizada a velocidade de ida na fase produtiva “Vi” de
7,5 km/h (125 m/min.). Para a fase não produtiva ou velocidade a ré, “Vr” será considerada 20
km/h (333 m/min.).
115
A camada de base granular a ser espalhada possui 0,20 metros de espessura compactada,
ou seja, sendo considerado um fator de empolamento de 25% para o material, a camada solta “e” a
ser manipulada será de 0,25 metros.
O número de passadas recomendável “n” para o acerto de camadas entre 0,15 metros e
0,35 metros de espessura, segundo a tabela 4.3, varia entre 4 e 10. Para o exemplo, adotaram-se
cinco passadas para espalhar e nivelar 0,25 metros de camada granular solta. Ressalta-se que o
valor de n=5 representa unicamente ao trabalho que desenvolve a motoniveladora na fase produtiva
(trajeto de ida). Portanto, o número total de passadas para regularizar a camada na largura total de
trabalho será:
105
66,3
00,7
≅×=N
A eficiência adotada será de 70%.
Definidos os valores de trabalho e com o auxílio da equação 3.1, é determinado o tempo
necessário para a operação de espalhamento e nivelamento da camada de base.
min157
70,0
10
333
1000
125
1000
≅
+=T
A produção da motoniveladora na tarefa de espalhamento e regularização, com base na
equação 3.2, será:
hmQ
3
80,668
157
6025,010000,7
≅
×
×
×
=
Conclui-se que com uma jornada de 3 horas, a motoniveladora termina de espalhar e
nivelar a camada granular em toda a área de trabalho.
116
5.1.2. Estimativa de produção do rolo compactador para solos
Concluído o espalhamento da camada granular deverá ser iniciado o processo de
compactação para se atingir a espessura e densidade desejadas.
Os compactadores vibratórios para solos apresentam largura do rolo de 1,35 metro, 1,65
metro e 2,10 metros. Para o exemplo ilustrativo, se adotará a largura de 1,65 metro.
Segundo o DER-SP (2000), os percursos ou passadas de cada rolo compactador durante a
compactação de solos deverão estar distanciados entre si de tal forma que, em cada percurso, seja
coberto metade do rastro deixado no percurso anterior.
Portanto, a largura efetiva do rolo escolhido “l” será de 0,825 metro.
As faixas de velocidades recomendáveis pela tabela 4.11 são de 4 a 6 km/h, para a
compactação de camadas de solos, entre 0,15 metro e 0,35 metro. Para o exemplo, será adotado
“V” igual a 5 km/h.
O número de passadas recomendáveis “n” para compactar uma camada acabada de 0,20
metro de espessura, varia entre 3 a 6, segundo a Tabela 4.11. Para o exemplo, serão adotadas quatro
passadas para se atingir a densidade desejada.
A eficiência adotada será de 70%.
Definidos os valores de trabalho para o rolo compactador e com o auxílio da equação 3.4,
é determinada a produção do rolo para a compactação da camada de base.
hmQ
3
38,144
4
100070,0520,0825,0
≅
×
×
×
×
=
Conhecendo que o volume a ser compactado do trecho em estudo é de 1400 m³, pode-se
chegar à conclusão que com uma jornada de trabalho de dez horas é concluída a compactação.
117
Portanto, poderia se optar por utilizar uma frota de dois rolos compactadores para terminar o
trabalho numa jornada de cinco horas.
5.2. Produção, espalhamento e compactação de camadas betuminosas a
quente.
A produção do CAUQ será feita em usina. A mistura será espalhada com ajuda da
pavimentadora e compactada com rolo liso vibratório e rolo pneumático, até se atingir a densidade
almejada.
5.2.1. Estimativa de produção da usina de asfalto
Com base nas características descritas no exemplo ilustrativo, o volume total de CAUQ
considerando 25% de empolamento da mistura (segundo a Tabela 3.8) será 1260 toneladas.
Para a produção desse volume será utilizada uma usina contrafluxo ou fluxo paralelo que
atenda essa produção. Da bibliografia consultada as faixas de produção das usinas no Brasil variam
entre 25 ton./h e 240 ton./h.
Para o exemplo estudado, considerando-se uma usina contrafluxo que possua um secador
com 1,20 metro de diâmetro, velocidade média do gás no secador de 244 m/min. e 50% de excesso
de ar, com auxílio da Tabela 4.21 se obtém uma taxa de produção de 79 ton./h.
5.2.2. Estimativa de produção do distribuidor de asfalto
Como já dito anteriormente, os distribuidores de asfalto são fabricados com barras
espargidoras de 3,60 e 4,00 metros de largura. Para o exemplo se adotará “l” igual a 3,60 metros.
118
Com a finalidade de determinar a velocidade do distribuidor em metros/minuto, será
assumido que a taxa de aplicação “t” necessária para realizar a imprimação é de 1.6 litros/m
2
e a
vazão da barra distribuidora “q” é de 200 litros/minuto.
Com os dados definidos, a velocidade do distribuidor será de:
min43
6,16,3
250
mV ≅
×
=
Isto significa que o distribuidor de asfalto demorará 24 minutos para percorrer a metade da
faixa total a ser imprimada. O trabalho total demora então menos de uma hora.
5.2.3. Estimativa de produção da pavimentadora de asfalto
Considerando-se que a usina de asfalto tem uma taxa de produção de 79 ton./h,
determina-se, mediante a equação 3.9, a velocidade mínima da pavimentadora para se atender o
volume fornecido.
Tratando-se de uma via com 7 metros de largura será empregada uma pavimentadora com
largura de espalhamento “l” de 3,50 metros.
A espessura da camada compactada “e” será de 60 milímetros. Portanto, a espessura
espalhada pela pavimentadora antes da compactação do rolo será de 75 milímetros, segundo a
tabela 3.8. A densidade da mistura compactada será de 2,4 ton/m³.
Portanto, a velocidade mínima da pavimentadora para atender a taxa de produção da usina
de asfalto será:
min60,2
4,2605,360
100079
mV ≅
×××
×
=
119
A capacidade da pavimentadora é assim determinada pela equação 3.10, a partir da
velocidade calculada e eficiência de 75%:
htonQ
9,58
1000
75,04,2605,360,260
≅
×
×
×
×
×
=
Finalmente, a pavimentadora necessitará de 17 horas para espalhar a totalidade de
toneladas para a compactação do trecho.
5.2.4. Estimativa de produção dos rolos compactadores de asfalto
Logo após ser espalhada a mistura betuminosa na espessura correta, os compactadores de
asfalto terão que iniciar seu trabalho, até atingir a densidade requerida.
Os compactadores lisos de asfalto apresentam largura do rolo de 1,00 metro, 1,25 metro,
1,30 metro, 1,40 metro, 1,65 metro, 1,95 metro, e 2,10 metros. Para o exemplo ilustrativo, se
adotará a largura de 1,65 metro.
Segundo a NAPA (1996) e a AAPA (2001) deverá calcular-se a largura efetiva do rolo
diminuindo-se 0,15 metro por conta dos traspasses durante a compactação. Assim, a largura efetiva
“l” do rolo é 1,50 metro.
As faixas de velocidades recomendáveis pela tabela 4.11 são de 3 a 6 km/h para
compactação de camadas betuminosas com compactador vibratório. Para o exemplo será adotado
“V” igual a 5 km/h ou seu equivalente 83 m/min.
O número de passadas recomendáveis “n” para compactar uma camada betuminosa de 6
centímetros varia entre 2 a 6, segundo a tabela 4.11. O número necessário adotado para atingir a
densidade desejada será n = 4.
De igual forma a eficiência adotada será 70%.
120
Definidos os valores de trabalho para o rolo compactador e com auxílio da equação 3.5, é
determinada a produção do rolo para a compactação da camada de revestimento.
htonQ
189
4
4,2100070,0506,050,1
≅
×
×
×
×
×
=
Significa que com uma jornada de trabalho de seis horas se termina a compactação de
trecho em estudo.
5.2.5. Estimativa de produção dos rolos pneumáticos de asfalto
Os rolos pneumáticos apresentam largura de compactação de 1,70 metro, 1,90 metro e
2,30 metros. Para o exemplo ilustrativo, se adotará a largura de 1,90 metro.
Segundo a NAPA (1996) e a AAPA (2001) deverá calcular-se a largura efetiva do rolo
diminuindo-se 0.15 metro por conta dos traspasses durante a compactação. Assim, a largura efetiva
“l” do rolo é 1,75 metro.
As faixas de velocidades recomendáveis pela tabela 4.11 são de 3 a 8 km/h para
compactação de camadas betuminosas com rolos de pneus. Para o exemplo será adotado “V” igual
a 6 km/h ou seu equivalente 100 m/min.
O número de passadas recomendáveis “n” para compactar uma camada betuminosa de 6
centímetros pode-se apresentar até 12, segundo a tabela 4.11. O número necessário adotado para
atingir a densidade desejada será n = 6.
De igual forma, a eficiência adotada será 70%.
Definidos os valores de trabalho para o rolo compactador e com auxílio da equação 3.5, é
determinada a produção do rolo de pneus para compactação da camada de revestimento.
121
htonQ
4.176
6
4,2100070,0606,075,1
≅
×
×
×
×
×
=
Significa que com uma jornada de trabalho de seis horas se termina a compactação de
trecho em estudo.
Em resumo poderia se indicar que para a área a pavimentar indicada no exemplo, os
equipamentos utilizam o seguinte tempo:
•
A motoniveladora emprega três horas em espalhar e nivelar a camada;
•
O rolo compactador de solos emprega dez horas em atingir a densidade desejada
para a base granular.
•
O distribuidor de asfalto emprega menos de uma hora em realizar a imprimação
total.
•
A pavimentadora de asfalto, em função da produção da usina, emprega dezesete
horas em espalhar toda a camada betuminosa.
•
O rolo liso vibratório emprega seis horas em atingir a densidade desejada para a
camada betuminosa;
•
O rolo de pneus emprega seis horas em atingir a densidade desejada para a
camada betuminosa.
Considerando que o trabalho de pavimentação da camada betuminosa é realizado em série
com a pavimentadora e com os rolos liso e pneumático, só no trabalho de execução da camada
betuminosa se empregam no mínimo três dias.
Os trabalhos feitos na base granular pela motoniveladora e o rolo de solos demoram no
máximo dois dias.
122
A aplicação da imprimação betuminosa, segundo especificação DNER-ES 306-97, deverá
ficar pronta no mínimo em 24 horas.
Portanto, quer dizer que para pavimentar uma pista de 1000 m de comprimento por 7 m de
largura, com as características descritas linhas acima, e considerando a disponibilidade dos
equipamentos alocados em obra, se empregará no mínimo seis dias.
123
6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS
6.1. Avaliação do trabalho desenvolvido.
Quando se inicia o planejamento da construção de um pavimento rodoviário vários itens
são importantes, pois afetam diretamente a economia do projeto. Dentre eles, destaca-se a
definição do equipamento mínimo necessário para sua execução.
Dependendo do tipo de projeto, dos prazos de execução e da importância da obra, a equipe
de equipamentos poderá ser composta por duas ou mais frotas.
A determinação antecipada da estimativa de produção das máquinas envolvidas é crucial,
já que com esta análise, se terá uma idéia do número de unidades de cada tipo de equipamento, da
constituição de cada frota e se as metas serão alcançadas no prazo previsto.
A informação para o cálculo da produção dos equipamentos envolvidos na construção de
um pavimento asfáltico rodoviário, como foi tratado neste trabalho, encontra-se muito dispersa.
Faz-se necessário a procura de diferentes referências bibliográficas, não existindo uma que
concentre de forma clara, concisa e de fácil acesso, como se determinar a produção dos
equipamentos estudados, principalmente as referentes às usinas de asfalto.
Os manuais e especificações técnicas que se recebe quando se adquire um equipamento
pesado, contêm uma série de informações, nem todas, no entanto, de interesse do engenheiro civil.
As informações de caráter produtivo ficam meio a um conjunto de especificações mecânicas, nem
124
sempre estando disponíveis à grande parte dos engenheiros e pessoas ligadas à execução e a
implantação da estrada. Os poucos manuais e especificações técnicos que chegam aos engenheiros
nem sempre apresentam, passo-a-passo, como se determinar a produção de seus equipamentos.
No desenvolvimento deste trabalho, procurou-se coletar a maior quantidade de literatura
disponível referente à produção dos equipamentos em estudo. A bibliografia baseou-se em
manuais técnicos de órgãos internacionais como a NAPA, a TRB, a AAPA e o Instituto de Asfalto,
referentes à produção e execução de camadas betuminosas, além dos manuais dos principais órgãos
brasileiros como o DNIT, o DER-SP e a PMSP.
Catálogos, manuais e especificações técnicas de fabricantes como a Case, a Caterpillar, a
Dynapac, a Muller, a New Holland, a Romanelli, a Terex Roadbuilding, a Volvo e a Wirtgen
Group (Ciber, Hamm, Vogele), entre outros, fizeram parte da pesquisa.
Além disso, foram consultados informalmente engenheiros ligados ao tema,
principalmente à produção de usinas de asfalto, por exemplo, da Ciber Equipamentos Rodoviários.
Com o estudo detalhado do processo construtivo procurou-se exemplificar uma
metodologia de determinação da produtividade e do tempo dos equipamentos escopo.
Em face do exposto, os dados coletados apesar de estarem dispersos foram reunidos e
compilados de forma ordenada e permitindo seu emprego posterior. Foi também desenvolvido um
exemplo resolvido de um pavimento típico de forma a permitir a fácil aplicação das equações de
produção.
É interessante ressaltar que o presente trabalho não possui a típica característica dos
trabalhos acadêmicos tradicionais, mas em função da intensa pesquisa bibliográfica necessária para
o desenvolvimento do conteúdo reunido e organizado, resultou um texto disponível para as
consultas técnicas e acadêmicas futuras, e que poderá dar continuidade a outros trabalhos de igual
objetivo.
125
6.2. Sugestões para futuras pesquisas.
Em futuras pesquisas seria importante a análise de outros tipos de pavimentos rodoviários,
como exemplo, os equipamentos para a execução de pavimentos rígidos e semi-rígidos.
Além disso, com o aumento da conscientização ambiental, muitos pavimentos estão sendo
reciclados, sendo a produção dos equipamentos envolvidos no processo de um tema interessante de
pesquisa.
Um importante complemento ao presente trabalho seria a sua aplicação no planejamento
real da produção de obras de pavimento flexível e no dimensionamento de suas frotas necessárias.
Assim, ajustes eventuais às fórmulas poderiam ser feitos, além do desenvolvimento de novas
ferramentas e ábacos.
127
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