Dimensionamento de equipamentos auxiliares (Terraplanagem)

De forma genérica, a terraplenagem ou movimento de terras pode ser entendida como o conjunto de operações necessárias para remover a terra dos locais em que se encontra em excesso para aqueles em que há falta, tendo em vista um determinado projecto a ser implantado.

Assim, a construção de uma estrada de rodagem, de uma ferrovia ou de um aeroporto, a edificação de uma fábrica ou de uma usina hidrelétrica, ou mesmo de um conjunto residencial, exigem a execução de serviços de terraplenagem prévios, regularizando o terreno natural, em obediência ao projecto que se deseja implantar.

Terraplenagem Manual

Como o rendimento da terraplenagem manual é pequeno, esse serviço dependia da mão-de- obra abundante e barata. Mas com o desenvolvimento tecnológico e social a mão-de-obra foi se tornando cada vez mais escassa e, por consequência, mais cara. Para se ter uma ideia do número de operários necessários para a execução braçal do movimento de terra, estima- se que para a produção de 50 m3/h de escavação, seriam necessários pelo menos 100 homens. A mesma tarefa pode ser executada por uma única escavadeira, operada apenas por um homem.

Todavia, a terraplenagem manual não significava excessiva lentidão dos trabalhos. Desde que a mão-de-obra fosse numerosa, os prazos de execução da movimentação de terras em grandes volumes eram razoáveis, se comparados com os atuais.

Temos o exemplo de ferrovias construídas nos Estados Unidos, com milhões de metros cúbicos escavados e movidos em prazos relativamente curtos, dispondo-se porém de mão- de-obra abundante e de baixo custo.

Com suficiente organização para resolver os sérios problemas de recrutamento, administração, alojamento e subsistência dos trabalhadores, a terraplenagem manual apresentava rendimento capaz de causar admiração, ainda nos dias atuais.

Terraplenagem Mecanizada

Os equipamentos mecanizados, surgidos em consequência do desenvolvimento tecnológico, apesar de apresentarem elevado custo de aquisição, tornaram competitivo o preço do movimento de terras, em razão de sua alta produtividade.

Conforme exemplificado anteriormente, percebe-se a notável economia de mão-de-obra introduzida pela mecanização, o que vinha de encontro à escassez cada vez maior do trabalhador braçal, decorrente sobretudo da industrialização.

Resumindo, pode-se entender que a mecanização surgiu em consequência de:

1. Escassez e encarecimento da mão-de-obra, causada sobretudo pela industrialização.
2. Elevada eficiência mecânica dos equipamentos, traduzindo-se em grande produtividade, o que significou preços mais baixos se comparados com os obtidos manualmente, especialmente em razão da redução de mão-de-obra.

Os equipamentos mecanizados (apesar do alto custo de aquisição) tornaram competitivo o preço do movimento de terras, em razão de sua alta produtividade Outro incentivo à terraplenagem mecanizada foi a escassez cada vez maior do trabalhador braçal, decorrente sobretudo da industrialização.

Características da Terraplenagem Mecanizada

A mecanização caracteriza-se por:

1. Requerer grandes investimentos em equipamentos de alto custo;
2. Exigir serviços racionalmente planejados e executados, o que só pode ser conseguido através de empresas de alto padrão de eficiência;
3. Reduzir substancialmente a mão-de-obra empregada, mas por outro lado provocar a especialização profissional e, consequentemente, melhor remuneração;
4. Permitir a movimentação de grandes volumes de terras em prazos curtos, graças à eficiência de operação e, sobretudo, pela grande velocidade no transporte, o que leva a preços unitários extremamente baixos, apesar do custo elevado dos equipamentos. Para se ter uma ideia da influência do aumento da produtividade no custo da terraplenagem, apesar da elevação substancial ocorrida no valor de aquisição dos equipamentos, praticamente não houve acréscimo nos preços de movimento de terra, nos Estados Unidos, no período de 1930 a 1960.

Operações Básicas de Terraplenagem

Examinando-se a execução de quaisquer serviços de terraplenagem, podem-se distinguir quatro operações básicas que ocorrem em sequência, ou, às vezes, com simultaneidade.

1. Escavação;
2. Carga do material escavado;
3. Transporte;
4. Descarga e espalhamento.

Essas operações básicas podem ser executadas pela mesma máquina ou por equipamentos diversos. Exemplificando, um trator de esteira provido de lâmina, executa sozinho todas as operações acima indicadas, sendo que as três primeiras com simultaneidade.

Alguns conceitos básicos:

Máquina motriz: é toda a máquina que produz a energia necessária à produção do trabalho. Como exemplos, podem ser citados: o trator, o compressor de ar, o gerador elétrico e outros equipamentos.

Equipamento operatriz: é aquele que acionado pela máquina motriz, possui implemento (s) que realiza(m) o serviço desejado. Como exemplo, podem ser mencionados: a motoniveladora, o trator de esteira dotado de lâmina frontal, a pá carregadeira e outros equipamentos do gênero.

Empolamento 

É o aumento de volume do material de escavação que passa do estado de compactação natural ao estado solto ou desagregado.

O resultado do ensaio de empolamento é dado em percentagem.

Compactação 

A compactação é caracterizada pela diminuição de volume que sofre o material de escavação quando adensado através de um processo qualquer. Com uma compactação mecânica pode ser obtida uma grande redução de volume, se comparado o volume compactado com o volume do material solto.

MAQUINAS E EQUIPAMENTOS DA TERRAPLANAGEM

Nos dias de hoje a terraplanagem é realizada com equipamentos mecanizados, permitindo economizar muito tempo.

Para executar as tarefas referentes ao movimento de terras existe uma grande diversidade de equipamentos, tornando-se necessário classifica-los. A classificação que será seguida é a que Rego Chaves apresentou no seu livro “Terraplanagem mecanizada”.

De seguida serão mencionados todos os tipos de equipamentos, bem como as suas tarefas mais frequentes e exemplos de máquinas que pertencem a cada unidade.

Para escolher a máquina mais indicada para desempenhar uma determinada tarefa, torna-se necessário, devido à multiplicidade de máquinas existentes, proceder a uma avaliação pormenorizada de alguns aspectos preponderantes.

São três os factores que mais condicionam a seleção do equipamento: factores naturais, de projecto e económicos.

No que tange aos fatores naturais, estes podem ser a topografia do terreno, a natureza do solo e o regime das chuvas. Quando o terreno é muito acidentado, existem determinados equipamentos que não têm potência ou aderência para ultrapassar essa adversidade. Se os solos em causa possuírem uma baixa capacidade de suporte é aconselhável a utilização de máquinas de esteira em detrimento das máquinas de pneus. Quando a precipitação é frequente nas zonas onde é feita a terraplanagem, as máquinas de esteiras prevalecem mais uma vez.

Ao mencionar fatores de projecto pretende-se realçar a notabilidade do volume a ser movido e da distância de transporte na escolha dos equipamentos. Quando o volume de terras a ser removido de terras a se removido é elevado ou somente significativo, o custo é maior. Devido a esse facto utilizam-se máquinas com maior qualidade e em maior numero. Se pelo contrário, os volumes são reduzidos utilizam-se máquinas que não produzam tanto e sejam mais económicas. Não é viável o uso de equipamentos de grande produtividade em trabalhos pequenos. Os custos de transporte para medias e grandes distâncias representam o custo maior da produção. Quando a distância de movimento de terras tiver estas dimensões, deve-se optar por máquinas de baixo custo e que transportem uma quantidade maior de material.

Os fatores económicos assumem, nos dias de hoje, um predomínio muito elevado em todos os projectos. Relativamente à escolha dos equipamentos são feitos estudos para encontrar um conjunto de máquinas que permitam alcançar um menor custo e satisfaçam as exigências da obra.

MÁQUINAS TRATORAS

Trator é a máquina automotora especialmente construída para empurrar outra (s) máquina (s). e/ou acionar implemento(s) a ela adaptado(s), podendo ser:

1. De esteiras
2. De roda

As suas principais características são:

• Esforço tractor;
• Velocidade;
• Aderência;
• Flutuação;

Tratores de Esteiras

Trator que se movimenta por meio de esteiras, a característica mais importante dos tratores de esteiras é a própria esteira.

A esteira em si é constituída pelo conjunto de pinos, buchas, elos e sapatas.

Esse conjunto é fechado através de um pino mestre que possui a característica de ser removível em relação aos outros pinos que são fixados com maior pressão.

A esteira se desloca no mesmo sentido do movimento do trator, de forma a proporcionar um trilho para a roda guia e roletes. Assemelha-se este movimento ao deslocamento de uma locomotiva sobre uma cremalheira.

O trator possui uma roda dentada (motriz) que se engrena nas buchas da esteira proporcionando a força de tração que impele os roletes a se deslocarem sobre os elos fixos das sapatas.

As sapatas normais (standard) dos tratores são dimensionadas para distribuir ao solo uma pressão de 0,5 kgf/cm², referente ao peso total do trator.

Vantagens do trator de esteiras:

• Maior capacidade de tração em terrenos pouco aderentes;
• Trabalha em qualquer condição topográfica;
• Prescinde de pistas ou estradas para trabalhar;
• Opera em terrenos de baixo suporte;
• Tem grande versatilidade de uso.

Desvantagens:

• Possui pequena velocidade de trabalho;
• Não pode ser usado para deslocamentos longos;
• Exige cuidados especiais ao se deslocar em superfícies acabadas ou duras.

Emprego dos tratores de esteiras

Os tratores de esteiras são indicados para os trabalhos seguintes:

1. Gerais de reboque;
2. Como unidades de tração de equipamentos de escavação que operam em velocidades baixas e em rampas fortes, em terrenos pouco consistentes;
3. Como unidade escavadora quando dotado de lâmina frontal;
4. Como unidade carregadora, em terrenos impróprios para máquinas sobre rodas, quando dotado de concha frontal;
5. De tração de escarificadores e rolos de compactação.

Tratores de Rodas

Trator que se movimenta sobre rodas, podendo ter chassis rígido ou articulado. Quando a topografia do terreno é favorável, são mais aconselháveis os tractores de pneus, pois a velocidade é uma das suas melhores características.

Vantagens:

• Fácil manobra, condução e operação;
• Tem boas velocidades de deslocamento em estradas e superfícies regularizadas, alcançando velocidade de 40 km/h;
• Podem ser usados para longos deslocamentos.

Desvantagens:

• Necessitam de pistas regularizadas;
• Os terrenos devem estar secos para sua operação;
• Possuem pouca aderência em terrenos argilosos.

 EQUIPAMENTO ESCAVADOR DESLOCADOR

São equipamentos que executam inúmeros serviços em obras de escavação, constituindo-se na base fundamental da mecanização na terraplenagem. As máquinas (tratores) se completam como equipamentos de escavação e transporte, pela colocação do implemento denominado de lâmina.

Em função do tipo de lâmina esses equipamentos escavadores podem ser subdivididos em tratores com lâmina:

1. Reta;
2. Angulada;
3. Ajustável;
4. Inclinável.

Trator com lâmina reta

Tem esse equipamento outras denominações, como: trator de lâmina reta, ou trator de “queixo duro”. (“bulldozer”).

O implemento colocado no trator é um robusto suporte metálico que tem à sua frente uma lâmina de aço montada perpendicularmente ao eixo longitudinal do trator.

A lâmina tem apenas dois movimentos, um de elevação e outro de abaixamento, ambos executados através de cilindros hidráulicos. O extremo inferior da lâmina e suas laterais têm as bordas constituídas com aço extremamente duro, para melhor resistir à abrasão. (São bordas substituíveis).

É o equipamento indicado para escavação e transporte dos materiais em linha reta, desmonte de materiais e rochas pouco duras, deslocamento de blocos de pedra. Isto tudo, devido à sólida construção oferecida pelo conjunto máquina/lâmina.

Trator com lâmina angulada

Outras designações atribuídas a esse equipamento: trator de lâmina oblíqua, “angledozer”. A sua lâmina é de construção semelhante à do “bulldozer”. A diferença está no sistema de suporte da lâmina o qual permite, além dos movimentos de elevação e abaixamento, o posicionamento da lâmina de forma perpendicular (reta) ou formando ângulos com o eixo longitudinal do trator (O usual é de até 25°, à esquerda ou à direita).

Uma lâmina do tipo angulável, comparada com a do “bulldozer”, apresenta menor altura, porém tem maior comprimento.

Também chamado de tipedozer (“tipdozer”).

O ajuste da lâmina é obtido através de um conjunto de peças adaptadas ao “bulldozer” ou ao “angledozer” o qual dá um novo posicionamento para a lâmina.

A lâmina poderá ser movida e fixada em uma nova posição em relação a um eixo horizontal, aumentando ou diminuindo o seu ângulo de ataque, em relação ao terreno.

Essa montagem permite “rolar” a terra na frente da lâmina, com melhor aproveitamento no transporte do material.

Trator com lâmina inclinável

Também chamado de tiltedozer (“tiltdozer”), é outra forma de dar outra fixação para a lâmina em relação a um plano de apoio do conjunto de esteiras. O equipamento efetua com essa nova disposição, cortes a meia encosta e abertura de valetas. Fig. 6.

Emprego dos tratores com lâmina frontal

• Abertura de caminhos de serviço e preparo da plataforma de rodagem para outros equipamentos;
• Desmatamento, limpeza e destocamento;
• Construção de aterros com empréstimo lateral a curtas distâncias e pouca altura;
• Cortes com bota-fora, em terrenos com forte inclinação lateral ou longitudinal, cortes altos e com pequena extensão;
• Cortes com pequena distância de transporte;
• Regularização de terrenos (grosseiro nivelamento);
• Remoção de troncos ou blocos de pedra;
• Espalhamento de materiais depositados pelos caminhões basculantes e escreipers; Operação de tração como deslocador de escreipers.

O transporte de materiais de escavação, com os tratores com lâmina só é econômico até as seguintes distâncias máximas:

– Tratores de esteiras………………………………………. 100 metros;

– Tratores de rodas………………………………………….. 150 metros.

Caso em que o trabalho se faça em declives (ou aclives), a produção será calculada em função da capacidade de corte da lâmina, do tempo de ciclo, do tipo de terreno e da porcentagem do declive.

Capacidade de corte da lâmina:

– C = capacidade de corte, em m³;

– α = ângulo de talude do material;

– h = altura da lâmina, em metros;

– c = comprimento da lâmina, em metros;

– b = base do triângulo = h/tg α;

Área da seção: S = b . h/2 = h2/2.tgα

Caso a seção fosse constante em todo o comprimento da lâmina, o volume arrastado de material, em terreno plano seria:

Porém, a seção não é constante para alguns tipos de materiais, razão pela qual é aplicado um coeficiente corretivo η na fórmula que fornece a produção horária, conforme a Tabela II.

O ângulo de talude do material de escavação (α) depende da composição do terreno, do teor de umidade, ângulo que poderá ser determinado no local de trabalho, após o trator ter iniciado a escavação e parado em terreno plano. Esse ângulo, em cálculos prévios é, praticamente, igual a 45°, ficando a tg α = 1.

Operações em declives (ou aclives)

A capacidade de transporte da lâmina em declives é maior do que a capacidade da lâmina ao trabalhar no plano. (caso oposto ocorrerá quando o equipamento operar em aclive).

A Tabela III, fornece diretamente os valores de tg α para declives ou aclives em função da percentagem desses declives (ou aclives). Nessa tabela considerou-se o ângulo α = 45°. Aplicam-se esses fatores na fórmula da capacidade de corte da lâmina.

Valores intermediários podem ser obtidos através de interpolação.

Fórmula de produção horária dos tratores com lâmina:

Onde:

P_h = produção horária, em metros cúbicos/hora;

T = tempo de ciclo, em minutos;

C = capacidade de corte da lâmina,em m³;

E = eficiência do trabalho;

f = fator de empolamento;

η = fator de correção obtido na Tabela I.

Produção em serviços de desmatamento

É obtida em função da potência da barra de tração e do diâmetro das árvores, conforme a Tabela IV:

Observações:

No cálculo da produção horária de tratores com lâmina frontal, podem ser usados alguns valores médios que auxiliam na determinação da produção horária:

1. Fator de eficiência do trator

• E = 0,8 (para trator de esteiras);
• E = 0,7 (para trator de rodas).

1. Velocidade de trabalho

  (tratores de esteiras), quando não conhecidas, podem ser utilizadas as seguintes:

• escavação pesada, 1ª marcha…………… 3,5 km/h;
• escavação leve, 2ª marcha……………….. 6,2 km/h;
• retorno a ré, 3ª marcha…………………….. 11,0 km/h.

1. Tempo fixo (t_f)

• Mudança de cada marcha (frente à ré ou ré à frente), na mesma velocidade, adotar: t_f = 0,10 minutos;
• Mudança de cada marcha (frente à ré ou ré à frente), usando velocidades diferentes, adotar: t_f = 0,20 minutos.

EQUIPAMENTO ESCAVADOR TRANSPORTADOR

É o equipamento capaz de executar a escavação do material, recolhe-lo em uma caçamba, efetuar o transporte desse material ao local conveniente e promover a sua descarga. As mais antigas escavadoras transportadoras eram as rudimentares “pás de arrasto” de tração animal que operavam em terrenos já desagregados através de arados (escarificadores).

Os escreipers atuais podem ser rebocados ou auto propulsados e são constituídos por uma caçamba, em cujo fundo, são fixadas lâminas cortantes responsáveis pela escavação do material.

A tração a que é submetido o escreiper produz, simultaneamente, a escavação e o enchimento da caçamba na operação de carregamento. Esse equipamento é responsável pela grande revolução dos serviços de escavação transporte descarga e espalhamento de materiais, pelo fato de executar todas essas operações com um único operador.

Vantagens

1. Economia de tempo na execução dos serviços;
2. Baixo custo de operação;
3. Simplicidade de operação;
4. Elevada produção.

Desvantagens:

1. Equipamento de grande porte;
2. Custo elevado de aquisição;
3. Custo elevado de manutenção;
4. Somente apresentam vantagens financeiras se usados de forma contínua.

Partes principais de um moto-escreiper:

• Caçamba;
• Lâmina;
• Avental;
• Ejetor;
• Rodas;
• Lâmina para tração;
• Apoio para tração.

De modo geral os escreipers de rodas, necessitam do auxílio de um trator de empurrador (“pusher”) com lâmina frontal adaptada, para o trabalho de carregamento.

Formas de carregamento dos escreipers:

• Carga pela tração de um trator de esteiras: nesse caso o equipamento por si só executa a escavação, a carga, o transporte e a descarga do material. Fig. 11.
• Carga com auxílio de outro trator: Aplica-se ao escreiper que é tracionado pelo trator de rodas que não disponha de suficiente força de tração. Fig. 12.
• Moto-escreiper auto carregável: É o equipamento que por inovações introduzidas pelos fabricantes carrega a caçamba sem necessidade de um trator auxiliar.

 Fórmula da Produção Horária

A produção horária do equipamento escavador transportador pode ser calculada pela expressão:

Sendo:

P_h = Produção horária em m³, de material escavado;

C =  Capacidade nominal ou rasa do escreiper, em m3;

E =  Eficiência do trabalho. Usar:

• E = 0,8 (trator de esteiras);
• E = 0,7 (trator de rodas).

 φ = Fator corretivo para a obtenção do volume escavado obtido na Tabela V. T = Tempo de ciclo.

O fator φ leva em conta a compactação que o material escavado sofre ao se na caçamba. Esse valor multiplicado pelo volume interno da caçamba (ou nominal) fornece o volume, realmente, escavado.

Outra forma de obter o volume escavado (menos exata, no caso) poderia ser obtida pelo produto do volume empolado da caçamba com o fator f, porém não se está, então, considerando a compressão do material na caçamba.

Tempo de ciclo: T = t_f + t_v

O tempo fixo (t_f) pode ser obtido como segue:

 f_f = 2,5 minutos, para C≤ 11,7 m3;

 f_f = 3,0 minutos, para C≥ 11,7 m3;

t_v = ∑ 0,06 (d_n/v_n)

Número de escreipers servido por um trator auxiliar (“pusher”):

Conhecendo-se o tempo de ciclo e o tempo de ciclo dos escreipers (Tc) que devem ser de modelos semelhantes, para terem o mesmo tempo de ciclo e i tempo de ciclo do trator empurrador (Tt), em serviço de “pusher”, o número de escreipers (N), atendidos pelo trator será:

O tempo de ciclo do trator auxiliar é em média de 1,5 a 2,0 minutos.

EQUIPAMENTO NIVELADOR (NIVELADORAS)

São máquinas equipadas com lâmina dotada de uma variada movimentação, pois pode ser levantada ou abaixada, girar em torno de um eixo e ter o movimento de translação provocado pelo deslocamento do seu conjunto.

É um equipamento adequado para nivelar, conformar superfícies e taludes, abrir valetas de pouca profundidade e espalhar materiais sobre superfícies.

Podem ser as niveladoras denominadas de:

1. Motoniveladora, quando a unidade propulsora é parte integrante da máquina;
2. Niveladora rebocável, quando a unidade propulsora não é parte integrante da máquina. (TB-51, 1978).

Partes principais de uma motoniveladora:

• Rodas motrizes: geralmente em número de quatro e em “tandem”, proporcionam elevada tração e permitem ultrapassar desníveis;
• Eixo dianteiro arcado e oscilante: permite excelente adaptabilidade das rodas dianteiras com as irregularidades da superfície do terreno devido à possibilidade de girar (oscilar) e ultrapassar sem tocar na leiva do material lançado sobre o solo;
• Rodas dianteiras inclináveis: facilitam, com a inclinação, as manobras e contrapõe as forças inclinadas ao eixo longitudinal, quando a lâmina é utilizada em posição diferente da posição reta;
• Escarificador: esse implemento permite uma desagregação do material do solo, muitas vezes necessária na recomposição de estradas de terra;
• Lâmina: montada em um aro metálico giratório, pode assumir inúmeras posições de trabalho e tem um giro de 360°, no plano horizontal e um giro de até 90°, no plano vertical.

O aro metálico que sustenta a lâmina permite ainda que esta seja abaixada ou levantada no todo ou em um de seus cantos. Em algumas motoniveladoras modernas, a lâmina pode ainda ser alongada à direita ou à esquerda.

Serviços usuais da motoniveladora:

1. Capina da vegetação rasteira, com um corte leve;
2. Corte do terreno;
3. Acabamento de taludes;
4. Abertura de valetas pouco profundas;
5. Acabamento de superfícies, nivelamento;
6. Mistura e espalhamento de materiais;
7. Escarificação leve (quando tem o implemento escarificador);
8. Como equipamento escavador deslocador (se dotada de lâmina frontal).

Um dos mais importantes serviços executados pelas motoniveladoras vem a ser o nivelamento de estradas de terra ou com um revestimento primário.

Produção de motoniveladoras

Como as motoniveladoras são empregadas, na maioria dos casos, na regularização de superfícies e o volume de material escavado é logo revolvido, procura-se conhecer qual o tempo total em horas, despendido na execução de um determinado serviço.

Sendo:

– t_h = Tempo total, em horas;

– N = Número de “passadas”, para completar um tipo de operação;

– d = distãncia percorrida, em cada “passada”, em km;

– v = velocidade de cada “passada”, em km/h;

– E = Fator de eficiência, igual a 0,60.

EQUIPAMENTO ESCAVADOR ELEVADOR (ESCAVADEIRAS)

As escavadeiras possuem a característica de executar a escavação com a máquina estacionada, isto é, sem se deslocarem na fase do carregamento de sua concha ou caçamba. Escavam em terrenos brandos e em alguns casos duros, descarregam ao lado o material e podem proceder a descarga em unidades de transporte, se forem do tipo “pás mecânicas”.

Quando efetuam o carregamento de rochas, essas são desagregadas com explosivos. Neste caso a escavadeira, somente, movimenta o material.

Partes principais de uma escavadeira:

• Cabine de comando;
• Base;
• Lança;
• Braço;
• Caçamba ou concha.

As escavadeiras podem ser construídas, quanto á sua base de apoio, sobre:

• Esteiras;
• Rodas pneumáticas;
• Chassi ferroviário;
• Chassi rodoviário;
• Patins;
• Barcaças.

Base de esteiras: Tem emprego em terrenos de baixa consistência. As esteiras possibilitam o deslocamento em rampas de ate 30 %. As escavadeiras de esteiras devem, na escavação, operar com a sua base em terreno plano devido a razões de segurança.

Base de pneus: Utilizada em escavadeiras de porte relativamente pequeno. O equipamento não tem condições de operar em todo o tipo de terreno. Para dar maior segurança na fase de escavação e giro, tem a escavadeira, apoios de pés metálicos (sapatas) retráteis.

Base sobre chassi ferroviário: Uso muito restrito e com limitação da área de trabalho.

Base sobre chassi de caminhão: Para essa base são fabricadas escavadeiras de pequeno porte. Sua principal vantagem é a facilidade de deslocamento de uma frente de trabalho, para outra. Tem limitações de emprego em função do tipo de terreno, exigindo o uso de pés metálicos (sapatas) retráteis.

Base sobre patins: Uso limitado para escavadeiras de porte descomunal (para serviços de mineração, por exemplo). Possui patins que permitem o posicionamento da escavadeira e o seu deslocamento no local da escavação.

Base sobre barcaças: Tem o equipamento, facilidade de deslocamento em meio líquido. Utilizam caçambas de arraste (“drag-line”) ou mandíbulas (“clam-shell”).

Tipos de escavadeiras:

As escavadeiras, segundo a maneira de proceder a escavação e devido à forma construtiva do implemento escavador, podem ser agrupadas com segue:

• Com caçamba frontal (“shovel”);
• Com caçamba invertida (retro-escavadeira);
• Com caçamba de arrasto (“drag-line”);
• Com caçamba de mandíbula (“clam-shell”);
• Com caçamba de articulação múltipla (“orange peel”);
• Com caçamba de garra.

Escavadeira com caçamba frontal (“shovel”):

É uma máquina automotora ou estacionária, provida de lança articulada, (também chamada de torre, em algumas publicações), com braço igualmente articulado, tendo na sua extremidade uma caçamba de fundo móvel. A combinação do movimento da lança e do braço giratório, permite que a escavação se faça no sentido de baixo para cima e para frente e que a caçamba seja levantada. O giro da lança permite que a caçamba seja deslocada no plano horizontal para uma posição de descarga que é executada com a abertura do fundo da caçamba.

O “shovel” é o equipamento ideal para ser empregado em “serviços pesados” devido à grande força de escavação obtida na borda cortante da caçamba e à segurança que possui, em seus movimentos.

Ciclo de trabalho: Um ciclo de trabalho completo do “shovel” compreende as seguintes operações: escavação, giro, descarga e giro de retorno. Assim:

Escavação: Na escavação o braço é movimentado à frente até a caçamba encontrar o talude a escavar.

A seguir a caçamba é elevada pelo braço, nessa operação é raspado o talude e o material assim escavado vai preenchendo o bojo da caçamba. O talude deve ter um metro e meio de altura, para que o preenchimento da caçamba se faça em uma única operação, isto para os equipamentos de pequeno e médio porte. Se o talude for baixo e não permitir o preenchimento da caçamba em uma única operação, o material será depositado ao pé do alude e reiniciada uma nova escavação.

Giro: Ao ser completada a carga da caçamba, a escavadeira deve girar até o ponto de descarga do material. O ponto de descarga pode se no terreno ao lado da escavadeira ou sobre unidades de transporte. Se em unidades de transporte, estas devem ser posicionadas de um modo que ofereçam um menor giro da lança.

Descarga: A caçamba deve ser abaixada sobre o terreno (ou veículo de transporte) e através de um meio mecânico ou hidráulico é aberta a parte inferior da caçamba (fundo), para a descarga.

Retorno: É a fase improdutiva, quanto menor o giro, menor será o tempo de retorno para o início de novo ciclo de trabalho.

Observação: O “shovel” escava o material situado, de preferência, um pouco acima do nível de sua base e em certos casos, em um nível um pouco inferior. O carregamento das unidades de transporte pode ser feito em planos diferentes daquele em que operar o “shovel”.

Empregos do “shovel”:

1. Escavação de taludes;
2. Deslocamento, carregamento e descarga de blocos de rocha;
3. Escavação em áreas restritas;
4. Carregamento de unidades de transporte;
5. Carregamento de bocas de alimentação de correias transportadoras;
6. Formação de depósitos a céu aberto (montes) de materiais.

Escavadeira de caçamba invertida:

Conhecida, também, com retro-escavadeira é equipada com implemento frontal, constituído de lança segmentada que articula na sua extremidade uma caçamba, em posição inversa à do “shovel”.

Esse implemento tem sua maior eficiência quando escava em um nível inferior ao de apoio de sua base.

Escavadeira com caçamba de arrasto (“drag-line”)

As escavadeiras do tipo “drag-line” têm uma longa lança acoplada a polias e cabos de aço que arrastam a caçamba (pá de arrasto) sobre o material que está sendo escavado. Quando cheia a caçamba, esta é levantada e girada no ar até o ponto de descarga. Nesse ponto, pela ação de um cabo de controle, a caçamba é invertida, ficando com sua boca para baixo, despejando assim do seu interior, o material.

Emprego da escavadeira com caçamba de arrasto:

1. Desmonte de capas de jazidas e pedreiras;
2. Abertura de valas e canais;
3. Desobstrução de rios;
4. Extração de areia e pedregulho de cavas.

Vantagens: 

• Escava em níveis bem inferiores em relação ao plano de apoio de sua base;
• Escava e deposita o material a uma distância longa (30 a 75 metros) em função do comprimento da lança;
• Deposita, caso se queira, em montes de altura elevada.

Desvantagens:

• A superfície escavada não fica com bom acabamento;
• Apresenta dificuldades de descarga em unidades de transporte;
• Tem risco de tombar, se for mal posicionada;
• Apresenta dificuldade de locomoção.

Escavadeira com caçamba de mandíbula (“clam-shell”)

Esse tipo de escavadeira é semelhante à escavadeira com caçamba com pá de arrasto, diferenciando-se pelo tipo de caçamba e pelo seu modo de operação. Escava pelo impacto de queda da caçamba sobre o solo e segura a carga com o fechamento de suas mandíbulas. Depois, a caçamba é levantada e deslocada ao ponto de descarga com giro da lança e com a abertura de suas mandíbulas, controlada por cabos de aço, se procede a descarga.

Emprego:

• Escavação em níveis inferiores ao nível de apoio de sua base;
• Escavação de fossos profundos e verticais;
• Carregamento de materiais em unidades de transporte;
• Formação de depósitos a céu aberto;

Quanto às vantagens e desvantagens, podemos dizer que são idênticas às da escavadeira com pá de arrasto possuindo, porém, maior controle na posição de descarga. As escavadeiras “clam-shell” e “drag-line” são facilmente transformáveis em guindastes.

Escavadeira com caçamba de articulação múltipla

É uma escavadeira semelhante ás duas anteriores. Tem como diferença a caçamba que é dotada de dispositivos que permitem o movimento de abertura e fechamento de seus setores em forma de “gomos”, justificando assim a designação inglesa de “orange peel” (casca de laranja).

Escavadeira com caçamba de garras

O implemento colocado em lugar da caçamba de articulação múltipla é formado por elementos articulados metálicos que se fecham como um torquês.

Esse equipamento tem aplicação quando se quer retirar blocos de pedra de rios, canais ou portos ou também para o manuseio de perfis e vigas metálicas de grande porte. Fig. 23.

Nota: Atualmente os fabricantes de tratores de rodas do tipo agrícola, têm colocado dois implementos nesses tratores, com inteiro êxito. Os implementos são: uma caçamba retro-escavadeira na parte traseira do trator e uma caçamba frontal, tipo usado nas pás carregadeiras.

Esse equipamento se enquadra como sendo um escavador e elevador, porquanto o uso como retro escavadeira é na ordem de 70 % e como pá apenas 30 %.

VALETADEIRA

A valetadeira, como indica o nome é um equipamento cuja finalidade específica é a de escavar o solo na abertura de valetas.

O sistema de deslocamento das valetadeiras é, na maioria das vezes, sobre esteiras, existindo, porém, alguns modelos sobre rodas.

Funcionamento: em uma corrente fechada são fixadas, de forma espaçada, pequenas conchas. A corrente gira em torno de suas engrenagens extremas, paralelas entre si e no mesmo plano vertical.

As conchas são pressionadas contra o solo, escavando-o, abrindo assim a vala. O material escavado recolhido pelas conchas é levantado pelo movimento ascendente da corrente e no ponto mais alto, com a mudança de sentido da corrente, cai por gravidade sobre uma correia transportadora.

A correia transportadora leva o material para o lado e o lança sobre o próprio terreno ou sobre uma unidade transportadora.

Vantagens:

1. Apresentam um bom rendimento;
2. Deixam o fundo nivelado e as bordas limpas;
3. Dependendo do terreno, escava de ½ a 3 metros, por minuto;
4. A largura da vala é uniforme;
5. Executam curvas (raio mínimo de 25 m).

Desvantagens:

1. Só trabalham em terreno uniforme e pouco duro;
2. A superfície do terreno deve ser, previamente, regularizada;
3. A largura da vala é pequena (no máximo de 0,6 m);
4. A profundidade máxima da vala é inferior a 2 m;
5. Não pode alargar a vala com uma segunda passada.

Produção horária da valetadeira:

A fórmula da produção horária das valetadeiras é de fácil aplicação e fornece o volume escavado em m3/h.

Sendo:

P_h = Produção horária, em m3/h;

S = Área da seção transversal da valeta, em m3;

v = de deslocamento, em metros por minuto;

E = Eficiência de trabalho (adota-se 0,90, para a valetadeira).

EQUIPAMENTO ESCAVADOR CARREGADOR (PÁ CARREGADEIRA)

São constituídas pelos tratores de rodas ou esteiras equipados com caçamba frontal a qual é acionada através de um sistema de braços articulados. A caçamba permite a elevação do material nela depositado para um posterior despejo em unidades de transporte. Apresentam essas unidades, a característica de preencher a sua caçamba, com o deslocamento do trator.

Serviços executados pelas pás carregadeiras:

1. Escavação – limitado a pás de esteira. Se de rodas, todas devem possuir tração;
2. Carga – corresponde ao preenchimento da caçamba;
3. Transporte – máximo de 30 metros, para pá de esteira e 50 metros, para pá de rodas;
4. Descarga – pela ação da gravidade, em unidades de transporte ou sobre o terreno.

Vantagens da pá carregadeira sobre rodas:

1. Grande facilidade de deslocamento entre frentes de serviço;
2. O tempo de ciclo é bem curto;
3. Exige pouca regularização da pista de serviço;
4. Opera em superfícies rochosas lisas e arenosas, com pouco desgaste dos pneus;

Desvantagens da pá carregadeira de pneus:

1. Requerem terrenos firmes e planos, para operação;
2. A pista de operação deve estar seca;
3. Os pneus exigem mais atenção e manutenção que as esteiras.

Vantagens da pá carregadeira sobre esteiras:

1. Opera em terrenos pouco consistentes;
2. Possui maior aderência que os pneus, em terrenos lisos (argilosos);
3. Tem maior poder de escavação.

Desvantagens da pá carregadeira sobre esteiras:

1. As manobras são lentas;
2. Tem elevado desgaste da parte rodante, quando opera em terrenos arenosos;
3. Exige o uso de carretas, para deslocamento entre diferentes frentes de trabalho.

Pá carregadeira de esteiras

A pá carregadeira de esteiras apresenta maior capacidade de escavação em relação à de rodas, pela maior força de tração que possui. Em compensação apresenta reduzidas velocidades de trabalho. O sistema de tração de suas esteiras é semelhante ao dos tratores comuns com apenas uma grande diferença, quanto às sapatas. Na pá carregadeira, a sapata tem um maior número de garras, geralmente, três e de menor altura que as dos tratores de esteiras.

A diferença citada faz com que esta máquina não revolva tanto o solo como o faz aquela que tem garras mais altas.

Produção horária de pás carregadeiras

A produção horária é dada pela seguinte expressão:

Sendo:

P_h = Produção horária no corte ou jazida, em m3;

C = Capacidade coroada da caçamba, em m3;

E = Eficiência de trabalho. Adota-se: 0,7 (para pá de rodas) e 0,8 (para pá de esteiras);

f = Fator de correção devido ao empolamento;

T = Tempo de ciclo.

EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃO

Conceito de Compactação:

A compactação consiste na maior aproximação e acomodamento dos grãos e partículas dos materiais constituintes dos solos ou de outros materiais de construção de pavimentos, obtida através de meios mecânicos.

A compactação proporciona um aumento da densidade do material trabalhado e em conseqüência provoca a redução dos seus vazios.

Objetivos da compactação: 

• Aumentar a capacidade de suporte do material do solo ou pavimento;
• Aumentar a estabilidade do material compactado;
• Aumentar a resistência do material ao intemperismo;
• Aumentar a impermeabilidade do material do solo ou pavimento;
• Dar acabamento superficial em alguns casos.

Processos de Compactação

São quatro os principais processos mecanizados empregados na compactação de solos e pavimentos:

• Compressão ou pressão;
• Amassamento;
• Impacto;
• Vibração.

O processo de compressão ou pressão consiste na aplicação de forças verticais sobre o terreno ou pavimento.

No processo de amassamento tem-se além da aplicação de forças verticais, outras forças inclinadas ou mesmo ortogonais, agindo de forma concomitante.

No processo de impacto tem-se a ação de forças verticais agindo de forma intermitente e com o limite máximo de setecentos (700) impactos por minuto.

Caso o equipamento promova mais de setecentos impactos por minuto, o equipamento passa a ser considerado como vibratório.

 As unidades compactadoras destinam-se a efetuar a operação denominada compactação, isto é, o processo mecânico de compressão dos solos, resultando em um índice de vazios menor.

A compactação é o processo pelo qual se obtém mecanicamente o aumento de resistência do solo.

Os solos, para que possam ser utilizados nos aterros das obras de terraplenagem, devem preencher certos requisitos, ou seja, devem ter seu comportamento técnico melhorado, para que se transformem em verdadeiro material de construção. Esse objetivo é atingido de maneira rápida e econômica através das operações de compactação.

EQUIPAMENTOS PARA TRANSPORTE

Considerações Gerais

Os equipamentos tratados neste ponto destinam-se ao transporte de materiais no sentido horizontal, não sendo abordados aqueles destinados ao transporte em outros sentidos como o inclinado e o vertical (gruas, guindastes, esteiras rolantes, elevadores, etc.).

Desde os tempos primitivos, o ser humano teve a necessidade de mover materiais, com os mais diferentes objetivos, dentre os quais podem ser citados: construção de abrigo, desobstrução de caminhos, acumulação e ou esgotamento de água, construção de paliçadas, armazenamento de alimentos, etc.

Para alcançar melhores resultados no movimento de materiais, com menor desgaste físico, utilizou ferramentas, como a alavanca, cordas de fibras naturais, cestas vasilhas, padiolas e outras.

Classificação

Uma classificação segundo o procedimento empregado, permite dizer que o transporte horizontal pode ser feito através de um meio manual ou mecanizado.

Meio manual:

Pode ser subdividido em função da ferramenta ou dispositivo empregado, conforme segue:

• Alavanca – para mover blocos, toras de madeira;
• Barras – para mover postes, vigas de madeira e metálicas;
• Rolos – para movimentação de blocos, máquinas;
• Padiolas – para transporte de pedras, sacarias, caixas;
• Carrinhos de mão – para uso geral;
• Galeotas – para cargas como materiais argilosos ou granulares;
• Vagonetes – para materiais de escavação em tuneis e galerias.

Meio mecanizado:

• Caminhões comuns
• Carroceria fixa;
• Caminhões especiais
• Fora de estrada;
• Tanques de água (pipa);
• Distribuidores de asfalto;
• Multi-caçambas;
• Transporte de cimento à granel;
• Betoneira;
• Pranchas ou carretas.

Caminhões Comuns

Os caminhões comuns têm a permissão de trafegar nas rodovias, estradas e ruas urbanas.

Estão no entanto sujeitos a determinadas restrições com respeito ás suas dimensões, como comprimento, largura e altura e a respeito da carga transmitida ao solo, são maiores ainda, as exigências. Em casos especiais e com autorização especial de trânsito (AET) expedida pelo DNIT e Departamentos de Estradas de Rodagem estaduais, os limites legais podem ser ultrapassados, sob determinadas condições.

Todos os países têm suas leis de trânsito visando a manter uma disciplina de trânsito, a segurança viária e evitar a destruição precoce dos pavimentos com o tráfego de veículos excessivamente pesados.

Caminhões comuns de carroceria fixa:

São caminhões convencionais, de chassis longo, aos quais foi adaptada uma plataforma de madeira de lei dotada de tampas (grades), móveis de madeira ou metálicas nas laterais e na traseira. Essas tampas, durante o transporte, ficam engatadas entre si.

Esses caminhões têm seu uso indicado para transporte de carga geral, como sacos de aglomerantes, tubos de concreto, tijolos, tabus, pranchas e outros materiais de construção. Caminhões basculantes:

Os caminhões basculantes se diferenciam dos caminhões comuns devido à necessidade que têm de possuírem um chassi mais curto, mais reforçado e de possuírem uma tomada de força acoplada ao sistema de transmissão a qual é acionada da própria cabine.

A tomada de força irá movimentar uma bomba de óleo que acionará os êmbolos hidráulicos do sistema de levantamento da caçamba.

b)  Caminhões basculantes fora de estrada:

Têm essa denominação devido ao fato de não necessitarem de estradas para o seu deslocamento, pois possuem rodas de grande diâmetro, largas e pneus de baixa pressão que oferecem maior área de distribuição das cargas sobre o apoio.

As dimensões desses caminhões são superiores às permtidas para tráfego normal em vias de rodagem. Alguns operam com cargas da ordem de 100,0 toneladas.

Trabalham com velocidades que podem atingir a 60 km/h. Em vista da elevada carga que podem transportar, dispõe de freios potentes, acionados a ar comprimido.

A caçamba desses caminhões é do tipo específico para minérios, muito reforçada, tendo em alguns modelos, o fundo em forma de “V”, construído assim para baixar o centro de gravidade do conjunto carga-caminhão e reduzir o impacto de rochas, durante o carregamento.

Produção horária de caminhões basculantes:

A produção horária dos caminhões basculantes e dos fora de estrada pode ser obtida aplicando-se a expressão geral:

  Sendo:

– P_h = Produção horária, em m3/h;

– E = Eficiência de trabalho. Deve ser obtida, de preferência, no local de trabalho. (Se desconhecida adotar: E = 0,70);

– f = Fator de empolamento;

– T = Tempo de ciclo em minutos.

c) Caminhões tanque:

Quando sobre um chassi de um caminhão comum é acoplado um tanque ou reservatório, obtém-se uma unidade que pode transportar materiais líquidos.

 Conforme a natureza do líquido, são construídos reservatórios apropriados, com dispositivos de carga, descarga, de segurança e outros.

Classificação dos caminhões tanques

Observação: Será dada, neste item, ênfase aos caminhões irrigador e espargidor de asfalto, visto que esses caminhões exigem algumas atenções especiais, em sua aplicação.

Partes principais dos caminhões irrigadores e espargidores de asfalto:

• Barra de irrigação (água) e espargimento (asfalto);
• Moto bomba;
• Abertura de inspeção;
• Porta mangotes (água);
• Reservatório.

Caminhões de espargimento de asfalto

Os princípios de espargimento de asfalto são semelhantes aos de irrigação de água, como o controle de velocidade do caminhão, o controle da vazão de descarga e outros.

Nesses caminhos de espargimento, uma grande atenção tem que ser dada à velocidade da bomba, de alimentação da barra de irrigação.

Conhecendo-se s largura de espalhamento, a velocidade imposta ao caminhão com a roda taquimétrica e com ábacos fornecidos pelo fabricante do espargidor, é possível a determinação da rotação da bomba, com o que é obtida uma dosagem prescrita.

A massa do material espargido por unidade de área é conseguida com  o uso de uma cuba metálica de aferição.

A altura de espargimento também pode ser regulada para melhor ajuste da dosagem.

Outros dispositivos que possuem os caminhões de espargimento de asfalto são os maçaricos, os quais proporcionam o aquecimento que visam manter a temperatura e em consequência, a viscosidade do asfalto no ponto adequado.

Caminhões multi-caçambas

Podem ter outra denominação como poli-caçambas, são assim designadas pelo fato de utilizarem várias caçambas.

As caçambas depositadas no canteiro de serviço são preenchidas manualmente com auxílio de carrinhos de mão e quando totalmente carregadas é avisado o motorista do caminhão par proceder sua remoção. O caminhão ao buscar a caçamba carregada deposita outra vazia no local, desse modo com o emprego de uma única unidade de transporte, pode ser feito o atendimento de inúmeras caçambas durante o dia.

O implemento colocado no caminhão corresponde a uma armação em forma de “U” invertido que tem um movimento de sua articulação, feita com um mecanismo hidráulico para o levantamento e deposição da caçamba e possibilita essa armação um movimento basculante na descarga, com auxílio de correntes e ganchos.

O uso dessas unidades se faz presente na remoção de detritos sólidos, em obras de construção.

Caminhões de transporte de cimento à granel

Nas construções de grandes obras de engenharia  (barragens, por exemplo) e quando é muito grande o consumo de cimento, é conveniente o emprego de caminhões que façam o transporte do cimento à granel.

O caminhão transportador possui um tanque metálico que pode ser fechado hermeticamente, sendo preenchido com o cimento em pó, carregado diretamente na fábrica. A descarga do cimento desse caminhão se faz com o auxílio de ar comprimido, sendo levado através de condutos e mangueiras até os silos de depósito.

Caminhões betoneira

Transportam o concreto fresco, manufaturado em centrais, diretamente para a obra.

Com seu emprego não há necessidade de usar uma área no canteiro de serviço, para o armazenamento de aglomerantes e agregados e para o preparo do concreto.

Essas unidades de transporte se parecem com uma betoneira de grande porte, de eixo inclinado, adaptada a um chassi de caminhão.

A rotação lenta que se observa quando essas unidades estão carregadas de cimento, não corresponde ao movimento necessário à mistura do concreto e sim a um movimento dado ao tambor, para evitar que os materiais segreguem. No retorno vazio, esse movimento auxilia a lavagem do tambor.

Dispõe esses caminhões, de um reservatório de água com dispositivo de controlo de volume (dosador).

A água é lançada dentro do tambor, na quantidade requerida pelo fator água/cimento (A/C) somente, no local de descarga, quando então se processa a mistura, empregando-se uma rotação mais enérgica.

Associados aos caminhões betoneira, estão sendo usados os caminhões com bombas de recalque de concreto que através de tubulações e mangueiras, levam o concreto fresco até o local de concretagem.

SEGURANÇA

Durante o processo de movimento de terras é indispensável obedecer a um quadro de segurança ajustado a cada obra em particular, no qual os principais problemas que surgem são:

• Segurança do equipamento utilizado na construção;
• Segurança das pessoas envolvidas na obra;
• Segurança da própria obra.

Em relação à segurança do equipamento de construção e do pessoal, devem ser respeitadas um conjunto de regras e imposto um determinado comportamento para que esta esteja presente e sobreviva ao longo do tempo da vida da obra.

Em concreto, no que respeita à execução de obras de movimento de terras é necessário tomar medidas provisorias e com efeito imediato.

Quando nas escavações o perfil definitivo do terrapleno é executado com um angulo convenientemente escolhido (tendo em conta os assentamento). Não há necessidade de tomar nenhuma medida de precaução especial. No entanto se não for esta situação, terá que existir um enorme cuidado para que em nenhuma fase de execução, os taludes sejam demasiados acentuados de modo a evitar acidentes que podem ser muito graves (caso do desprendimento). Quando o aterro é feito num plano inclinado, podem ocorrer escorregamentos. Para evitar que tal  suceda, corta-se o aterro em degraus de meio metro de altura e da largura, conforme a inclinação do aterro, e deixando as terras provenientes deste corte no seu lugar, para que as do terreno se misturem com elas.

Os aterros fazem-se geralmente para camadas de 0,20 metros, que se batem a maço ou se calcam com um cilindro compressor, em seguida regra-se estas operações ate o aterro estar completo. Sempre que este é feito em terras arenosas basta regar profusamente as diversas camadas para que assentem devidamente. Toda a passagem dos veículos empregados nestes trabalhos deve fazer-se sobre o aterro já aterrado para ajudar a calcá-lo.

No caso de ser notado percolação em alguns taludes, haverá necessidade de ser realizadas operações de saneamento dos mesmos.

Para evitar acidentes é também indispensável limitar a circulação, nas proximidades das escavações, das máquinas de movimentos de terra ou camiões pesados.

Na construção das funções das estruturas é necessário realizar escavações provisorias que posteriormente são aterradas. Estas escavações executam-se segundo um talude acentuado tanto quanto possível, no intuito de minimizar o volume dos movimentos de terras, justificando-se assim o uso de entivações dos mesmos.

Todos estes factores devem estar presentes em cada obra para que a mesma decorra com condições de segurança para todas as partes envolvidas.

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Referências bibliográficas

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Chaves, C. R. Terraplenagem mecanizada; Editora Rodovia.

Euclids – Cálculos para avaliar produção e custos.

Jaworski, T. (1997). Equipamentos para Escavação – Compactação e Transporte

Tema Terra maquinaria S. A. – Equipamentos de compactação – Seleção e Aplicação.