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JUNDIAÍ 2012
UNIVERSIDADE PAULISTA
Instituto de Ciência Exatas e Tecnologia (ICET)
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA
Fábio FRANCO LIMA
Felipe TANURE BERNARDO
Rafael LAURINDO LOPES
Rodrigo MARTINS
Thiago COSTA NOGUEIRA
Thiago MENEGHIM
Vagner ZAFFANI
ECOSEVEN:
Prensa Manual de Tijolos Modulares solo-cimento
TC I – PROJETO DO PRODUTO
JUNDIAÍ 2012
Projeto do produto para obtenção da
aprovação na disciplina TC I - Projeto do
Produto apresentado à Universidade
Paulista – UNIP.
UNIVERSIDADE PAULISTA
Instituto de Ciência Exatas e Tecnologia (ICET)
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA
Fábio FRANCO LIMA
Felipe TANURE BERNARDO
Rafael LAURINDO LOPES
Rodrigo MARTINS
Thiago COSTA NOGUEIRA
Thiago MENEGHIM
Vagner ZAFFANI
ECOSEVEN:
Prensa Manual de Tijolos Modulares solo-cimento
Orientador: (Prof. Mario Bonifácio)
Projeto do produto para obtenção da
aprovação na disciplina TC I - Projeto do
Produto apresentado à Universidade
Paulista – UNIP.
Fábio FRANCO LIMA
Felipe TANURE BERNARDO
Rafael LAURINDO LOPES
Rodrigo MARTINS
Thiago COSTA NOGUEIRA
Thiago MENEGHIM
Vagner ZAFFANI
ECOSEVEN:
Prensa Manual de Tijolos Modulares solo-cimento
Aprovado em:
________________________________/___/___.
Prof. Mario Bonifácio
Universidade Paulista - UNIP
RESUMO
O principal objetivo deste trabalho será realizar uma engenharia reversa em uma
prensa manual de tijolo modular solo-cimento efetuando melhorias para aumentar a
sua vida útil, com a possibilidade de troca de peças de desgastes sem comprometer
sua estrutura e visando um baixo custo. Apresentará uma revisão bibliográfica sobre
a utilização do tijolo solo-cimento e seus ganhos na construção civil.
Palavras-chave: prensa manual, tijolo modular, solo-cimento, construção civil.
ABSTRACT
The main objective of this study will perform a reverse engineering on a hand press
brick modular soil-cement making improvements to enhance your life with the
possibility of exchange of wear parts without compromising its structure and aiming at
a low cost. Submit are view on the use of soil-cement brick and earnings in
construction.
Keywords: hand press, modular brick, soil-cement, construction.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 6
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................. ................................................... 8
2.1 Tijolo Solo-cimento ......................................................................................... 8
2.2 Perdas na Construção Civil ............................................................................ 9
2.2.1 Conceito de Perda ................................................................................... 9
2.3 Sustentabilidade ........................................................................................... 13
3. PROJETO DO PRODUTO ................................................................................. 14
3.1 Cálculos ....................................................................................................... 17
4. CONCLUSÃO ......................................... ............................................................ 23
5. REFERÊNCIAS .................................................................................................. 24
6
1. INTRODUÇÃO
O grupo Ecoseven se originou da união de sete alunos, onde todos
percebendo a tendência atual do país e do mundo em relação a ecologia, reciclagem
e sustentabilidade, decidiram focar em produtos ligados a estas tendências, isso
explica o nome dado à empresa que iremos desenvolver e ampliar conhecimentos
adquiridos na universidade.
A sustentabilidade faz parte da rotina diária de empresas, comércios e até
mesmo em nossas residências. A sociedade investe cada vez mais em novas
tecnologias, demonstrando um enorme interesse em responsabilidade
socioambiental, onde devemos estar ampliando este tipo de negócio.
Após uma tempestade de ideias o grupo identificou algumas necessidades e
possíveis oportunidades principalmente no mercado da construção civil que tem
crescido no país. Com todos atentos ao mercado da construção civil e com a
sustentabilidade focada, encontramos as prensas de tijolo solo-cimento (tijolo
ecológico), com alguns pontos fortes:
• Não exige queima de madeira para produção dos tijolos;
• Redução de desperdício de material na construção civil;
• Oportunidades para microempresários e famílias de baixa renda.
Diante desses fatores iniciamos um estudo de mercado na região e
identificamos alguns futuros concorrentes e suas máquinas disponíveis no mercado,
analisamos alguns riscos, como uma máquina manual de baixa produção em
relação às hidráulicas, diante desse risco o grupo se compromete a aprofundar seus
conhecimentos em novas tecnologias, a fim de diferenciar seu produto dos
concorrentes.
O objetivo principal da Ecoseven é ter um produto com um custo-benefício
melhor que seus concorrentes, diante disso tem-se os seguintes objetivos
secundários:
• Colocação de pontos de lubrificação;
• Movimentação da gaveta com auxílio de guias ou rolamentos;
• Possibilidade de troca de peças de desgastes sem comprometer sua
estrutura.
7
Estamos desenvolvendo conceitos a partir de experiências relatadas por
pessoas que já trabalharam ou trabalham diretamente com este produto, analisando
deficiência, necessidade, tendência, risco, enfim transformando estas informações
em possíveis pontos fortes na nossa máquina.
8
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Uma revisão bibliográfica foi desenvolvida com a finalidade de fundamentar o
tijolo solo-cimento e sua importância na construção civil, e aprimorar os
conhecimentos sobre o mesmo para um melhor desenvolvimento da prensa.
2.1 Tijolo Solo-cimento
GRANDE (2003) fala sobre os tipos de solo possíveis, suas estruturas, o
cimento e a mistura solo-cimento em si, e o início de sua utilização no Brasil, que
segundo MERCADO (1990) a partir da década de 1970.
Os fatores que afetam a qualidade do tijolo são: solo, cimento, compactação,
cura, sendo o mais importante o tipo do solo e a cura utilizada.
É mostrado outro ponto forte do tijolo ecológico que é possibilidade de
utilização de outros materiais além do solo-cimento, como exemplo entulhos de
construções antigas e muitos estudos surgindo com novas matérias-primas, sendo
adicionadas ao tijolo, como cinza de casca de arroz sem atividade pozolânica
segundo MILANI, FREIRE (2008).
O processo de fabricação do tijolo solo-cimento tem os seguintes passos:
preparação do solo, preparo da mistura, prensagem dos tijolos, cura e
armazenagem, todos importantes para ter um tijolo de qualidade.
9
2.2 Perdas na Construção Civil
Muitas empresas do segmento de construção de máquinas tipo prensa tijolo
solo- cimento e até mesmo os fabricantes de tijolos consideram a baixa perda de
materiais um ponto forte em suas propagandas como forma de agregar valor a seus
produtos.
No entanto, o assunto é direcionado mais para o marketing do que para o
próprio conceito de perda. Com essa dúvida segue um exemplo que parece muito
simples, porém deve ser muito analisado.
O QUE É PERDA PARA VOCÊ?
Diante desse problema a Ecoseven se propôs a desenvolver um estudo
tratando com mais cautela o uso do conceito “perda”.
Com esse estudo a Ecoseven pretende esclarecer várias informações
deixando mais claras e objetivas e para isso estará sendo utilizado como referência
um estudo do (NORIE) Núcleo Orientado para Inovação da Edificação da
Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS).
2.2.1 Conceito de Perda
A maioria das pessoas associam as perdas ao desperdício de materiais,
insumos, mas o conceito vai muito além de desperdícios materiais englobando uma
série de ineficiências refletindo o uso de equipamentos, materiais, mão de obra e
capital em quantidades além das necessárias à produção gerando um custo
desnecessário que não agregam valor, consequentemente um produto com baixa
qualidade.
Pensando em atividades temos duas situações:
- Atividades de conversão;
- Atividades de fluxo.
Sendo a primeira que normalmente agrega valor ao produto, ou seja,
transforma as matérias primas ou componentes nos produtos. Como toda regra
10
possui exceção, nem toda atividade de conversão agrega valor ao produto conforme
exemplo abaixo:
“A necessidade de retrabalho não agrega valor ao pr oduto, no entanto
não deixa de ser uma atividade de conversão”.
Já as atividades de fluxo relacionam-se às tarefas de inspeção, movimento e
espera dos materiais.
Em que pese a sua importância, as atividades de fluxo são frequentemente
negligenciadas no processo de produção de edificações. Em geral, não são
devidamente analisadas nas tarefas de orçamento e planejamento e nas iniciativas
de melhorias de processo. O esforço para melhoria do desempenho na construção
civil deve considerar o conceito mais amplo de perdas, isto é, visar à minimização do
desperdício de qualquer recurso que não agrega valor ao produto, sejam eles
vinculados às atividades de conversão ou fluxo.
Mesmo se tratando de perda existe um nível aceitável, seriam as perdas
inevitáveis que só podem ser trabalhadas com mudanças significativas no patamar
de desenvolvimento tecnológico e gerencial da empresa. Considerando esse
pressuposto, as perdas podem ser classificadas da seguinte forma:
I – Perdas Inevitáveis (ou perda natural) acontece quando o investimento para
redução da mesma se torna maior do que a economia alcançada.
II – Perdas Evitáveis ocorrem quando os custos de ocorrência são
substancialmente maiores que os custos de prevenção. São consequências de um
processo de baixa qualidade, no qual os recursos são empregados
inadequadamente.
A competitividade de uma empresa é percebida claramente quando a
organização busca a todo o momento a redução de perdas em um processo
contínuo.
Segundo SHINGO (1981) existem nove perdas que adaptadas à construção
civil podem ser identificadas a seguir:
11
I – Perdas por superprodução: refere-se às perdas que ocorrem devido à
produção em quantidades superiores às necessárias. Exemplo: excesso de
espessura em lajes de concreto.
II – Perdas por substituição: Ocorre quando é utilizado um material de valor
elevado ou característica superior ao especificado. Exemplo: argamassas “piso
sobre piso” utilizadas diretamente em contra piso de concreto.
III – Perdas por espera: Este tipo de perda inclui também a mão de obra sendo um
mau dimensionamento em um fluxo produtivo. Exemplo: máquinas de uma mesma
linha trabalham em tempos diferentes gerando sempre um gargalo e
consequentemente operadores ociosos.
IV – Perdas por transporte: Essas perdas estão relacionadas ao manuseio
excessivo ou inadequado dos materiais e componentes. Exemplos: tempo excessivo
de deslocamento, quebras de materiais devido ao manuseio de forma incorreta e
despreparada.·.
V – Perdas no processamento: Falta de preparo na confecção de produtos, falta
de treinamento, falta de procedimentos. Exemplo: quebra de bloco devido a falta do
“meio bloco” usado em amarrações.
VI – Perdas no estoque: Excesso de mercadorias estocadas gerando uma
degradação natural, estocagem inadequada. Exemplo: estocar cimento além da
quantidade a ser utilizada.
VII – Perdas no movimento: Ocorrem geralmente quando há pouco espaço para
estocagem ou manuseio dos mesmos gerando possibilidades de degradação ou até
mesmo a movimentação dos colaboradores que ao executar suas tarefas executam
movimentos desnecessários comprometendo sua funcionalidade. Exemplo:
condições ergonômicas desfavoráveis, postos de trabalhos afastados da linha de
execução.
VIII – Perdas pela elaboração de produtos defeituos os: Ocorrem através da
fabricação de produtos que não atendem aos requisitos de qualidade especificados.
Geralmente, originam-se da ausência de integração entre o projeto e a execução,
12
das deficiências do planejamento e controle do processo produtivo, da utilização de
materiais defeituosos e da falta de treinamento dos operários, resultando em
retrabalhos.
IX – Outras: Além dos tipos de perdas de natureza diferente dos anteriores como:
roubo, vandalismo, acidentes, etc.
13
2.3 Sustentabilidade
O desenvolvimento sustentável vem se tornando um assunto cada vez mais
rotineiro, porém ao avaliar como este está sendo empregado, devemos estabelecer
critérios para saber se realmente atingi uma responsabilidade socioambiental ou
simplesmente uma banalização do termo utilizado.
O princípio básico de um desenvolvimento sustentável para materiais
construtivos propõe um novo estilo de vida, baseado no uso de recursos utilizados
de acordo com as necessidades fundamentais, proporcionando perspectiva futura
ambiental. Podemos afirmar que a busca pelo desenvolvimento sustentável está
diretamente relacionada ao bem estar social e melhoria na qualidade de vida de
todos os continentes. A produção, o consumo deve haver um incentivo de forma
consciente bem como a disponibilidade dos recursos naturais a serem explorados.
Os materiais construtivos são diretamente responsáveis por vários impactos
sociais e ambientais, onde se inicia na extração, transporte e utilização da matéria
prima, assim como durante a demolição e o descarte, causando de certo modo um
dano socioambiental. A questão é analisar diversas opções de material disponível no
mercado, visando o menor impacto possível ao menor custo.
Diante de tal situação podemos argumentar uma questão, Será que estamos
caminhando para um estilo de construção sustentável ou estamos simplesmente nos
rotulando pessoas dotadas de preocupação ambiental na busca de lucro?
Deste modo se torna viável a averiguação das técnicas a serem empregadas
e a especificação do material a ser utilizado, assim propondo uma dita obra limpa.
O que se deve buscar hoje são ferramentas que auxiliam a ampliação do
conhecimento e práticas educativas para que o indivíduo construa novos valores,
conhecimentos, habilidades visando um requesito socioambiental em
desenvolvimento sustentável para materiais construtivos.
14
3. PROJETO DO PRODUTO
A Prensa manual de tijolos modulares de solo- cimento é dividido em grupos e
subgrupos em níveis de famílias com o objetivo de facilitar a montagem da prensa.
Com os respectivos códigos/peça (ex.: Des. Nº: 1000_702_P01) e denominação de
peça (ex.: CAIXA DA MATRIZ - REFIL DE DESGASTE). Portanto desta forma
teremos um estudo visando rastreabilidade futura.
A prensa consiste de um sistema de alimentação com silo e gaveta, que
abastece uma matriz com uma determinada mistura (solo-cimento). A prensagem é
feita através de uma força aplicada pelo operador via alavanca, e aproveitando o
movimento da alavanca, o tijolo é sacado e liberado para a cura.
O projeto, prototipagem e estruturação de processo fabril da Prensa Manual
de Tijolos de solo cimento (ecológicos - sem queima) se resumem conforme descrito
abaixo:
• Estrutura, parte 1:
A estrutura parte 1, consiste em tubos quadrado (metalon) soldadas em forma
estrutural a fim de suportar as tensões de prensagem juntamente com o peso do silo
em carga total.
Essa estrutura proporciona cálculos da Disciplina de Estática nas Estruturas,
cálculos estes que comprova a eficácia da estrutura, ou seja, a Estrutura, parte 1
suportará as cargas disposta na prensagem. Isto justifica a forma na qual a estrutura
foi projetada e montada (soldada), contemplando os requisitos da disciplina.
• Refil para desgaste:
O refil de desgaste é um perfil metálico, com os dimensionais exatos do tijolo.
Ele atuará juntamente com as matrizes (inferior e superior) na prensagem do tijolo,
modelando a matéria-prima umedecida em tijolos prontos (apenas restando o
processo de cura).
Para a fabricação deste refil, é utilizado aço carbono (SAE 1045), que depois
de dobrada é fixada na estrutura da máquina (facilitando a troca), fazendo jus ao seu
nome, o refil para desgaste, é o elemento da máquina que precisa sofrer e assumir
15
para si todo o dano causado pelo desgaste natural da prensa em sua atividade de
prensar tijolos de solo cimento.
• Empurrador:
Acionado através de mecanismos mecânicos, este equipamento da prensa,
tem por finalidade principal efetuar a prensagem, que será efetuada de baixo para
cima distribuindo sua carga em função da área de contato com a matéria-prima
(matriz inferior). A força aplicada pelo operador na alavanca será transformada por
estes mecanismos em carga para prensagem dos tijolos.
• Tampa:
Posicionada de forma oposta à matriz inferior, a tampa, tem a função de dar
apoio (fixo) para auxílio da prensagem, nela é fixada a matriz superior.
A sua movimentação é realizada manualmente pelo operador, e quando
encostada ao refil de desgaste, estará pronta para a conformação da matéria-prima.
• Alavanca:
A alavanca consiste em um funcionamento simples, ou seja, consiste em um
corpo rígido (linear) capaz de girar em volta de um ponto fixo no qual estabelece um
equilíbrio de momentos em relação à forca aplicada na extremidade oposta.
• Gaveta Alimentadora:
Construída em aço carbono (SAE 1020) e disposta horizontalmente com
suaves movimentos lineares a gaveta alimentadora se destina a armazenar a
quantidade mínima necessária para o transporte/abastecimento de matéria-prima
(solo-cimento), do silo às matrizes (inferior e superior).
• Silo Dosador:
Um silo construído em aço carbono, disposto verticalmente, destinada a
armazenar uma quantidade de solo- cimento o para o bom funcionamento do
equipamento.
16
Figura 1: Desenho da Prensa.
17
3.1 Cálculos
Visando analisar e comprovar o dimensionamento da prensa, realizou-se o
estudo do comportamento das tensões de compressão e tração sofridas na parte
crítica do equipamento. Dessa forma foi possível dimensionar os elementos de
trabalho intermitente e estático, proporcionando maior confiabilidade e durabilidade
ao equipamento.
Para o dimensionamento do equipamento foi necessário ter o conhecimento
de alguns dados iniciais como normas de prensagem do produto final, e de
segurança do equipamento, contamos também com a experiência de terceiros que
nesta fase do projeto veio a contribuir com características importantes para o
desenvolvimento do protótipo.
Tendo essas informações técnicas em mãos, foi dado o inicio ao
dimensionamento.
Com base na literatura, Gere (2003):
Logo, concluímos que a tensão normal na área de prensagem é de aprox.
2,5Mpa, levando em consideração uma força peso de aprox. 6000 kg na área da
forma inferior. Admitimos que essa seja a tensão máxima de trabalho na área da
prensagem do equipamento.
Partindo desta informação e fazendo algumas analises do comportamento da
prensa manual, utilizamos como base de referencia para os cálculos a pior situação
possível do equipamento, conforme figura 2.
Figura 2: Demonstração da pior situação de trabalho da prensa.
18
Então foi possível definir com base em alguns conceitos, a formulação do
equilíbrio estático como mostrados a seguir:
Figura 3: Demonstração de considerações de equilíbrio estático.
Para considerações de equilíbrio em planos inclinados utilizamos conceitos
como os que estão descritos abaixo:
Figura 4: Demonstrativo dos cálculos em plano inclinado.
19
Para garantir maior confiabilidade e segurança do equipamento utilizamos
fator de segurança de carregamento classificados como:
- Carregamento estático, carga constante ao elemento.
- Carregamento intermitente, carga aplicada gradativamente ao elemento.
- Carregamento alternado, carga com variação entre o máximo e mínimo ao
elemento.
Para definir a constante do fator de segurança, utilizamos a fórmula abaixo:
Onde:
Valores para X: (tipo de material)
X = 2 materiais comum
X= 1,5 para aços de qualidade e aço liga
Valores para Y: (tipo de solicitação)
Y = 1 para carga constante
Y = 2 para carga intermitente
Y = 3 para carga alternada
Valores para Z: (tipo de carga)
Z = 1 para carga gradual
Z = 1,5 para choques leves
Z = 2 para choques bruscos
Valores para W: (falhas de fabricação)
W = 1 a 1,5 para aços
W = 1,5 a 2 para fofo.
Para a prensa de tijolos consideramos um fator de segurança de 4, que é
referente a considerações relacionadas ao dinamismo do equipamento, a aplicação
da formula é mostrado abaixo:
K = (2 x 2 x 1 x 1) = 4
Após determinação do fator de segurança, pesquisamos qual a tensão de
escoamento do material que iremos utilizar. No caso, aço comum, adotamos que a
tensão de escoamento seria de 340MPa. Aplicando a formula conforme Gere (2003),
20
obtivemos a tensão admissível do material empregado, conforme demonstramos
abaixo:
Com base nos dados obtidos, dimensionamos os eixos que sofrem esforços
no equipamento, as formulas aplicadas para a conclusão do diâmetro dos eixos
estão mostradas a seguir:
Com o intuito de saber o esforço físico do operador para prensar o produto
final, utilizamos o conceito da alavanca de Arquimedes que é dado pela formula
abaixo:
Força x Altura 1 = Peso x Altura 2
Pela aplicação da formula concluímos que a força média que o operador
deverá fazer para prensar o produto final, será de 12 Kg. O que é aceitável.
Para se certificar de que a estrutura da máquina irá suportar o peso sobre a
estrutura, calculamos o volume do silo considerando o peso de suas chapas e o
peso máximo aprox. da matéria prima que o silo suporta. Através dos estudos
obtivemos o peso total desse conjunto, como podemos ver a seguir na figura 5 e
tabela 1:
21
Figura 5: Desenho demonstrativo da subdivisão para o calculo do volume.
Tabela 1: Relação dos cálculos de volume e peso das subdivisões.
Levando em consideração que a maquina será construída visando baixo
custo optamos por fazê-la com aço estrutural. Para assegurarmos que a maquina
aguentará este peso projetado, pesquisamos qual a tensão escoamento deste
material e constatamos que esta tensão é em torno de 300MPA, logo baseado em
Gere (2003), concluímos que:
22
A tensão admissível do aço estrutura, e com podemos ver abaixo a tensão
admissível na estrutura da prensa.
Como a tensão admissível na estrutura da prensa é menor do que a tensão
admissível do material, podemos assegurar que não corremos riscos de que a
maquina não suporte o carregamento em questão.
23
4. CONCLUSÃO
O grupo Ecoseven conclui neste primeiro momento que esta no caminho
certo, aprofundando seus conhecimentos em relação ao produto que será fabricado
por nossas prensas, o mercado da construção civil e suas dificuldades,
principalmente a perda, e a importância da sustentabilidade cada dia maior.
Tem encontrado melhorias na execução da engenharia reversa, buscando
sempre um custo- benefício melhor que os concorrentes.
24
5. REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. (1984). NBR 8491 – Tijolo
Maciço de Solo- Cimento. São Paulo.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. (1984). NBR 8492 – Tijolo
Maciço de Solo- Cimento – Determinação da resistência à compressão e da
absorção d’ água. São Paulo.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. (1989). NBR 10832 –
Fabricação de Tijolo Maciço de Solo- Cimento com a utilização de prensa manual.
São Paulo.
CAVALCANTE, Lívia G. Materiais Construtivos, sustentabilidade e
complexidade – análise da relação entre especificação de materiais construtivos e
desenvolvimento sustentável. 2011. 247 f. Dissertação (Mestrado em Ciência
Ambiental) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2011.
FORMOSO, Carlos T.et al. As perdas na construção civil: Conceitos,
classificações e seu papel na melhoria do setor. Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, Porto Alegre.
GRANDE, Fernando Mazzeo. Fabricação de tijolos modulares de solo- cimento
por prensagem manual com e sem adição de sílica ati va. 2003. 165 f. Tese
(Mestrado em Arquitetura) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2003.
MILANI, Ana Paula da S.; FREIRE, Wesley J. Avaliação física, mecânica e térmica
de misturas de solo- cimento adicionadas de cinzas de casca de arroz sem
atividade pozolânica. 2008 – Universidade Estadual de Campinas, Campinas,
2008.
![Apostila Mta - Prof. Robson[1]](https://img.document.onl/doc/110x75/5571fc6349795991699723f1/apostila-mta-prof-robson1.jpg)
