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Considerações gerais a respeito de ferramentas de preparo de solos. Efeitos dinâmicos
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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.
Forças inerciais q x' a v z ca x v' P Fa W d R ø m c
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.
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()]}
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()]}
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.
Determinação dos esforços em uma ferramenta larga em solo arenoso com diferentes velocidades
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.
Forças de tração em um solo argiloso em função da velocidade paraíndice de cone diferentes
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
Vista lateral do corte de solo e Ad A A d d 0 A 1 w s
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
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.
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.
Ff = formato da ferramenta Mf = movimento da ferramenta Si = condição inicial do solo • F = f (Ff, Mf, Si) • Sf = g (Ff, Mf, Si)
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.
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 entreSf e Ff • A diferença entre a condição inicial do solo e a sua condição final é a medida da manipulação do solo.
Avaliação do desempenho da ferramenta • Determinar as condições iniciais e finais do solo • determinar as forças envolvidas no processo de alteração destas condições
Descrição das condições do solo • De forma quantitativa • geométrica • matemática
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
cont. • Agregados • Índice de rugosidade • Grau de empolamento • Perfil do solo • superficial • sub-superficial
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
Agregados • Via seca • porcentagem de agregados • módulo de finura • diâmetro médio geométrico
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
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.
