Considera

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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.

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Forças inerciais
q
x'
a
v
z
?
ca
?
x
v'
P
Fa
W
d
?
R
ø
m
c
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• x x' a x'.1tan(?).cot(?)
• v' x/(t.cos(?)
  x/(t.cos(?).1tan(?).cot(?)
  v/cos(?).1tan(?).cot(?)
• Para cada intervalo de tempo t, uma massa M é
  adicionada ao solo sendo elevado pelo corte da
  ferramenta.

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• 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(?).1tan(?).cot(?)

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• 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(?????).1tan( ?).cot(?)

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• 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.

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

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Forças de tração em um solo argiloso em função da
velocidade paraíndice de cone diferentes
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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.

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• 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.

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Exemplo

• Negi et al. (1976), McKyes e Ali \citeMcKAli
  (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.

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Aproximação do ângulo de ataque para ferramentas
curvas
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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.

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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
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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.

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Solo mobilizado por uma ferramenta estreita
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• 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.

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Vista lateral do corte de solo
e
Ad
A
A
d
d
0
?
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

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• 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.

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Ação das ferramentas
25
Relação Ferramenta - Solo
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Ff formato da ferramenta Mf movimento da
ferramenta Si condição inicial do solo

• F f (Ff, Mf, Si)
• Sf g (Ff, Mf, Si)

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• 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.

28
(No Transcript)
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.

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Avaliação do desempenho da ferramenta

• Determinar as condições iniciais e finais do solo
• determinar as forças envolvidas no processo de
  alteração destas condições

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Descrição das condições do solo

• De forma quantitativa
• geométrica
• matemática

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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

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cont.

• Agregados
• Índice de rugosidade
• Grau de empolamento
• Perfil do solo
• superficial
• sub-superficial

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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

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Agregados

• Via seca
• porcentagem de agregados
• módulo de finura
• diâmetro médio geométrico

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• 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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(No Transcript)
38
(No Transcript)
39
(No Transcript)
40
Empolamento
41
(No Transcript)
42
(No Transcript)
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