Considerações gerais a respeito de ferramentas de preparo de solos

Apresentação em tema: "Considerações gerais a respeito de ferramentas de preparo de solos"— Transcrição da apresentação:

1 Considerações gerais a respeito de ferramentas de preparo de solos
Efeitos dinâmicos Dois tipos de mecanismos afetam as forças requeridas para mover o solo, chamados de necessidade de acelerar continuamente novas massas de solo durante o preparo do solo e a alteração ds tensões para grandes taxas de corte, as quais tem importância para as forças inerciais em altas velocidades.

2 Forças inerciais q a x' v z ca   x v' P Fa W d  R ø m c

3 x = x' + a = x'.[1+tan().cot()]
v' = x’/(t.cos() = = x/(t.cos().[1+tan().cot()] = = v/{cos().[1+tan().cot()]} Para cada intervalo de tempo t, uma massa M é adicionada ao solo sendo elevado pelo corte da ferramenta.

4 A força Fa requerida para atingir a aceleração desta massa com a velocidade v' da cunha do solo é calculada pela variação da Lei de Newton, relacionando a força resultante com a taxa de mudança do momento. Fa = v'.M/t = v'..x.d.w/t = v’.v.d.w = v2.d.w/{cos().[1+tan().cot()]}

5 Esta força de aceleração pode ser adicionada no balanço de forças, atuando na cunha de solo, fornecendo a seguinte expressão P = (g.d2.N+ c.d.Nc + ca.d.Nca + q.d.Nq + + .v2.d.Na).w Na = {tan()+cot()}/{[cos() sin().cot()].[1+tan( ).cot()]}

6 A validade desta análise pode ser verificada por meio dos resultados práticos obtidos por Wismer e Luth (1971) para lâminas planas (caso bidimensional) em areia. A velocidade horizontal da ferramenta foi variada de 0.25 a 2.5 m/s.

7 Determinação dos esforços em uma ferramenta larga em solo arenoso com diferentes velocidades

8 Alterações nas tensões do solo
Espera-se que a tensão em um solo argiloso exiba consideráveis mudanças com a velocidade de deslocamento da ferramenta. Wismer e Luth (1972) demonstraram este efeito com a aplicação de uma lâmina plana em um solo argiloso, operando com velocidades na faixa de 0,05 a 3 m/s.

9 Forças de tração em um solo argiloso em função da velocidade para índice de cone diferentes

10 Ferramentas com formas complexas
Quando as ferramentas de preparo do solo não possuem uma forma simples, deve-se fazer aproximações utilizando os modelos mecânicos já mencionados, como guia, mesmo porque, tratamentos analíticos exatos não são disponíveis em geral.

11 Um modelo principal será frequentemente utilizado em adaptações.
Será considerado somente o ângulo da parte inferior da ferramenta para sua representação, porque este ângulo é quem governa a forma de ruptura do solo. Evidências desta hipótese são encontradas em experiências de campo e laboratório.

12 Exemplo Negi et al. (1976), McKyes e Ali \cite{McKAli} (1977), mostraram que a força de uma ferramenta comprimindo o solo na extremidade de uma haste longa permanece essencialmente constante para diferentes ângulos da haste, pernanecendo também sem alterações o ângulo da ponteira da haste.

13 Aproximação do ângulo de ataque para ferramentas curvas

14 Ferramentas aladas Ferramentas aladas e de utilização em grandes profundidades como subsoladores, apresentam quase todo o trabalho de corte devido a ponteira, sendo o solo mobilizado em toda a largura de corte da ponteira e também em toda a profundidade de trabalho como se fosse uma ferramenta com a largura igual a da ponteira em toda sua extensão.

15 Ferramenta alada com ângulo de ataque diferente para a ponteira e para a haste
Angulo z da haste x w Ponteira  h Angulo de abertura

16 Espaçamento das hastes em ferramentas estreitas
A partir da superfície do solo, os sulcos deixados por uma haste individual podem ser observados mas, a quantidade de solo mobilizado abaixo da superfície é desconhecido.

17 Solo mobilizado por uma ferramenta estreita

18 Altas velocidades da ferramenta podem resultar em sulcos profundos mencionado, sem no entanto, apresentar considerável alteração na área de solo mobilizado. Esta área mobilizada pode ser determinada teoricamente pelo uso de um modelo matemático que leva em consideração o modelo aproximado de ruptura do solo através de linhas retas formando uma cunha de solo.

19 Vista lateral do corte de solo
Ad A A d d  A 1 w s

20 Ad = d.Sp-A1 = d.Sp - 1/4.(Sp-w)2.tan()
tan() = d.s A fração de volume de solo entre duas hastes que não é mobilizada pode ser avaliada da seguinte forma: A1/d.Sp = 1/4(Sp -w)2.tan()/d.Sp = = 1/4.(Sp-w)/Sp.s

21 O conhecimento destes valores é de grande interesse para o projeto de equipamentos de hastes. Com a perfeita disposição das hastes sobre a estrutura da máquina será obtido o mínimo esforço de tração com o máximo trabalho de mobilização do solo.

22 Avaliação do desempenho de máquinas de preparo do solo

23 Introdução A mobilização do solo provocada por diferentes tipos de ferramentas proporciona alterações significativamente diferenciadas no perfil do solo, sua estrutura e propriedades mecânicas. O desempenho destas ferramentas está diretamente relacionado com a finalidade que se destina o solo após o preparo.

24 Ação das ferramentas

25 Relação Ferramenta - Solo

26 F = f (Ff, Mf, Si) Sf = g (Ff, Mf, Si) Ff = formato da ferramenta
Mf = movimento da ferramenta Si = condição inicial do solo F = f (Ff, Mf, Si) Sf = g (Ff, Mf, Si)

27 Se mantivermos as condições de solo constante
E não alteráramos o movimento da ferramenta Estudando vários formatos para esta ferramenta de preparo de solo, verificamos que a condição final do solo e a força necessária para isto são funções desta alteração de formato.

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29 neste caso somente o formato da ferramenta deve ser descrito quantitativamente, os demais parâmetros não. Se parâmetros de projeto forem medidos numericamente então teremos uma relação única entre F e Ff e entre Sf e Ff A diferença entre a condição inicial do solo e a sua condição final é a medida da manipulação do solo.

30 Avaliação do desempenho da ferramenta
Determinar as condições iniciais e finais do solo determinar as forças envolvidas no processo de alteração destas condições

31 Descrição das condições do solo
De forma quantitativa geométrica matemática

32 Parâmetros a serem avaliados
Densidade do solo Porosidade do solo Macro e micro porosidade Resistência a penetração Infiltração de água no perfil do solo Permeabilidade do solo Coesão e atrito interno do solo

33 cont. Agregados Índice de rugosidade Grau de empolamento
Perfil do solo superficial sub-superficial

34 Determinação das forças
Dinamômetros de engate de três pontos Dinamômetro de tração Dinamômetro para determinar o esforço específico em cada ferramenta Instrumentação direta da ferramenta

35 Agregados Via seca porcentagem de agregados módulo de finura
diâmetro médio geométrico

36 Wi = peso retido em cada classe de tamanho
Onde Wi = peso retido em cada classe de tamanho di = tamanho médio de cada classe peneiras utilizada 101,60 72,20 50,80 25,4 19,05 12,07 6,35 3,36 1,68

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40 Empolamento

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43 O tamanho dos agregados também é função da largura da ferramenta conforme demostrado por Gill e McCreery (1960). No estudo realizado com arados de aiveca de diferentes larguras a uma profundidade fixa. O resultado apresentado na figura deixa claro que ferramentas estreitas produzem agregados de menor diâmetro.

44 DMG