Sistemas de orientação de máquinas para trabalhos de terraplenagem: comparação entre o controlo de nivelamento 2D e 3D

Os trabalhos de terraplenagem dependem de um único fator: colocar o solo no nível correto. Os sistemas de orientação de máquinas são a tecnologia que pega num nível de projeto e o apresenta ao operador em tempo real, para que o corte e o aterro correspondam ao plano, em vez de se basearem na linha de estacas e na intuição. A questão com que a maioria dos empreiteiros se depara não é se devem ou não adotar a orientação, mas sim em que nível devem investir. A escolha prática a fazer é entre o controlo de nivelamento 2D e o 3D. Este guia explica como cada um funciona, em que situações se adequa e como escolher para escavadoras, bulldozers e niveladoras.

O que faz um sistema de orientação de máquinas

Um sistema de orientação de máquinas de terraplenagem liga três elementos: o projeto, a posição da lâmina da máquina e um ecrã que permite ao operador agir em conformidade. Os sensores detetam a localização da lâmina ou da caçamba, o sistema compara essa posição com o nivelamento pretendido e indica ao operador se deve elevar, baixar ou manter a posição. Em configurações mais avançadas, o sistema controla diretamente o sistema hidráulico e mantém o nivelamento automaticamente.
 

Esse ciclo básico é o mesmo, quer o sistema seja 2D ou 3D. O que muda entre eles é a referência: a forma como o sistema sabe onde se encontra, de facto, «o nível correto». Essa única diferença determina o custo, a precisão, o tipo de trabalho a que cada um se adequa e o nível de apoio topográfico de que um projeto necessita.

Controlo de nivelamento 2D: uma referência fixa

Um sistema de orientação de máquinas 2D controla a elevação e a inclinação em relação a uma referência fixa, em vez de um modelo completo do local. A referência é normalmente um plano de laser rotativo, um marcador sónico que segue uma linha de corda ou um lancil, ou os próprios sensores de inclinação da máquina. O operador define uma profundidade e uma inclinação transversal alvo, e o sistema mantém a lâmina ou a caçamba nesse plano enquanto a máquina trabalha.
 

O ponto forte do sistema 2D é a simplicidade e a relação custo-benefício. Destaca-se em trabalhos com um nivelamento e inclinação consistentes em toda a área: parques de estacionamento, plataformas de construção, fundos de valas, preparação de sub-base e superfícies planas ou com inclinação única. A configuração é rápida, o custo do hardware é mais baixo e um operador pode tornar-se produtivo rapidamente. O limite está no próprio nome. Um sistema 2D mantém um único plano de cada vez. Quando o projeto apresenta inclinações variáveis, coronas, transições ou superfícies curvas, o operador tem de estar constantemente a redefinir a referência, e as formas complexas tornam-se lentas e propensas a erros.

Controlo de máquinas 3D: uma posição no modelo de conceção

Um sistema de controlo de máquinas em 3D substitui o plano fixo pelo modelo completo do projeto. Este sistema posiciona a máquina em três dimensões, normalmente através de um recetor GNSS instalado na própria máquina, e compara a aresta de corte com a superfície de projeto naquele local exato. Como o sistema sabe onde a máquina se encontra no local, pode determinar o nível alvo correto em qualquer ponto, incluindo em declives variáveis, coronas, quedas de drenagem e alinhamentos curvos, sem necessidade de deslocar estacas ou reajustar um laser.
 

Esta abordagem GNSS é a razão pela qual a tecnologia é frequentemente designada por «controlo de máquinas por GPS». O recetor fixa a máquina às coordenadas do local, as correções em tempo real conferem a essa fixação uma precisão ao nível do centímetro e o modelo de projeto fornece o valor-alvo em cada ponto. A vantagem reside no âmbito do trabalho que abrange: trabalhos complexos de terraplenagem, construção de estradas e autoestradas, drenagem e grandes locais onde, de outra forma, as estacas de levantamento determinariam o ritmo dos trabalhos. A contrapartida é um investimento mais elevado em hardware e a necessidade de um modelo de projeto 3D adequado e de uma fonte de correção no local, seja uma estação base ou uma rede.
 

Para trabalhos em profundidade ou com sinal obstruído, como escavações em caixa, alguns locais combinam o GNSS com uma estação total ou utilizam um instrumento robótico para acompanhar a máquina nos locais onde a visão do céu está bloqueada. O modelo de projeto permanece o mesmo; apenas a forma como a máquina é posicionada muda.

Controlo de nivelamento 2D vs 3D, lado a lado

Os dois não são tanto rivais, mas sim etapas de um percurso. Muitos empreiteiros utilizam o 2D em máquinas que realizam trabalhos planos e repetitivos e o 3D em máquinas que dão forma ao projeto, e alguns sistemas permitem que um empreiteiro comece com o 2D e atualize a mesma máquina para o 3D à medida que o trabalho assim o exigir.

Orientação das máquinas por tipo de máquina

O nível adequado de orientação depende também da máquina e da função que esta desempenha na sequência de trabalhos de terraplenagem.

Escavadoras

As escavadoras beneficiam de orientação na abertura de valas, na execução de taludes, na escavação de fundações e no acabamento final. Um sistema de orientação 3D mostra a posição da caçamba em relação ao projeto, para que o operador possa escavar à profundidade e com a inclinação pretendidas sem necessidade de um verificador de nivelamento na vala. O nosso sistema de orientação 3D TX73 para escavadoras cumpre esta função e, para projetos de menor dimensão, o EasyNAV EMG100 oferece uma porta de entrada para a orientação de escavadoras. Para uma análise mais aprofundada das opções para escavadoras, consulte o nosso guia sobre controlo de máquinas por GPS para escavadoras.

Bulldozers

As escavadoras realizam a maior parte dos trabalhos de movimentação de terras e a nivelamento final, sendo aqui que o controlo automático demonstra o seu valor. Um sistema automático 3D mantém a lâmina na superfície de projeto e ajusta o sistema hidráulico em tempo real, reduzindo a necessidade de retrabalho tanto em movimentos longos como no nivelamento de precisão. O nosso sistema de controlo automático TD63 Pro para escavadoras foi concebido para este tipo de trabalho.

Níveis

As motoniveladoras definem a superfície final com precisão, sendo que pequenos erros de elevação e inclinação transversal se tornam visíveis no nível final. Um sistema de controlo de nivelamento 3D mantém a lâmina alinhada com o modelo ao longo das coroas, da superelevação e dos declives de drenagem. O nosso sistema de controlo de nivelamento 3D TG63 para motoniveladoras destina-se especificamente a esta função de nivelamento final.

Como escolher entre 2D e 3D

Basta, normalmente, um pequeno conjunto de perguntas para esclarecer a situação:
 

• Qual é o grau de complexidade do declive? Superfícies planas ou com um único declive indicam 2D. Declives variáveis, coronas, transições e alinhamentos curvos indicam 3D.
   
• Existe um modelo de projeto em 3D? O controlo de máquinas em 3D necessita de uma superfície digital como base de trabalho. Se o projeto estiver modelado, o 3D permite tirar o máximo partido do seu potencial. Caso contrário, o 2D poderá corresponder à informação disponível.
   
• Quanto lhe custa a piquetagem? Em estaleiros de grande dimensão ou com um ritmo de trabalho acelerado, o tempo de levantamento topográfico e o retrabalho que o 3D elimina compensam frequentemente o seu custo de hardware mais elevado.
   
• Quais as máquinas e em que fase? Os trabalhos em grande escala e de desbaste podem ser realizados em 2D, enquanto as máquinas que dão forma à superfície final do projeto são as que mais beneficiam do 3D.
   

Ao comparar ofertas, também ajuda olhar para além de uma única máquina. Uma empresa de controlo de máquinas 3D com a qual valha a pena trabalhar deve suportar uma frota mista, partilhar um único modelo de projeto entre escavadoras, bulldozers e niveladoras, e oferecer um percurso de atualização claro, em vez de um sistema diferente para cada máquina.

Sistemas de controlo de máquinas CHCNAV

A CHC Navigation desenvolve sistemas de controlo de máquinas em 2D e 3D para toda a frota de terraplenagem, desde a orientação de escavadoras até ao controlo automático da lâmina em tratores e niveladoras, todos a funcionar a partir de um modelo de projeto partilhado e de posicionamento GNSS. A gama de produtos e o fluxo de trabalho de apoio integram-se no nosso centro de soluções de controlo de máquinas, que reúne o hardware, as correções e os dados de projeto, para que um empreiteiro possa adaptar o nível de orientação a cada máquina e a cada fase do trabalho.
 

Para as equipas que estão a ponderar dar este passo, o caminho mais prático é mapear primeiro o trabalho: identificar quais as superfícies suficientemente simples para 2D, quais as que necessitam de um modelo 3D e quais as máquinas responsáveis pelo nivelamento final; em seguida, especificar o nível de orientação máquina a máquina, em vez de o fazer de uma só vez.

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Sobre a CHC Navigation

A CHC Navigation (CHCNAV) desenvolve soluções avançadas de cartografia, navegação e posicionamento concebidas para aumentar a produtividade e a eficiência. Atuando em setores como o geoespacial, a agricultura, o controlo de máquinas e a autonomia, a CHCNAV fornece tecnologias inovadoras que capacitam os profissionais e impulsionam o avanço do setor. Com uma presença global que abrange mais de 140 países e uma equipa de mais de 2 200 profissionais, a CHC Navigation é reconhecida como líder no setor geoespacial e não só. Para mais informações sobre a CHC Navigation [Huace:300627.SZ], visite: https://machine-control.chcnav.com/about/overview.