Maquinaria y Equipo de Construccion

MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCION

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PÁGINA

Criterios Generales para la Organización de Obras de Movimiento de Tierras

1

Descripción de Equipos y Cálculo de Productividad Tractores

13

Traillas y Mototraillas

25

Excavadoras Hidráulicas (Retroexcavadoras)

31

Equipo de Carga e Izaje

38

Equipo de Transporte

46

Equipo para la Construcción de Terraplenes Motoniveladoras

55

Equipo de Compactación

62

Equipo para la Construcción de Pavimentos Flexibles Plantas De Asfalto

73

Pavimentadoras

78

Camiones Imprimadores o Distribuidores de Asfalto

81

Equipo Para la Construccion de Pavimentos Rigidos Planta de Hormigón

85

Pavimentadoras

87

Camion Mixer

91

Costo de Operación del Equipo

95

Planilla Propuesta por el Ing. Leopoldo Varela

99

Planilla de Cálculo del Manual Caterpillar

100

Planilla de Cálculo del Manual Komatsu

104

Planilla Basada en los Criterios del D.N.I.T. (Brasil)

105

Anexo A Características de Equipos Caterpillar y Komatsu

109

Anexo B:

121

Consumo de Combustible y Lubricantes Caterpillar y Komatsu

Gráficos para Estimar el Costo de Reparaciones Planillas para Costos Horarios de Operación Anexo C:

Ejercicios

Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

161

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CAPITULO I CRITERIOS GENERALES PARA LA ORGANIZACIÓN DE UNA OBRA DE MOVIMIENTO DE TIERRAS La ejecución de obras de movimiento de tierras para la construcción de carreteras, pistas, ferrovías, represas, vías urbanas, para la fundación de edificios, etc. requiere de una adecuada organización que permita una acertada elección de las máquinas, su correcta utilización y su aprovechamiento óptimo, para garantizar la conclusión de las mismas en los plazos previstos, además de la obtención de ganancias a la empresa propietaria de las máquinas. Para este fin las máquinas elegidas deben ser las que mejor respondan a las características del suelo, principalmente en lo referente a su contenido de roca, su granulometría, contenido de humedad, cohesividad, etc., en consideración del plazo de ejecución previsto para excavar, transportar y rellenar los volúmenes que conforman la obra. Los elementos de mayor preponderancia que determinan la organización de una obra, donde existe movimiento de tierras, son los siguientes: 1. Características del terreno 2. condiciones ambientales 3. Caminos auxiliares de acarreo 4. Volúmenes de trabajo 5. Productividad del equipo 6. Selección del equipo 7. Plazo de ejecución 8. costo de la obra

1.1

CARACTERISITICAS DEL TERRENO

El movimiento de tierras es un trabajo que tiene como finalidad nivelar el terreno extrayendo el material que sobra para poner donde falta. La combinación ideal de estas dos operaciones se conseguirá cuando los volúmenes de desmonte y relleno se compensan. Situación difícil de lograr ya que la capa superior del terreno contiene material orgánico en gran porcentaje, que no es apto para la conformación de terraplenes, por otra parte si los volúmenes de relleno son superiores a los de desmonte tendrá que utilizarse materiales de préstamo. En la zona occidental del país generalmente los volúmenes de corte son mayores a los de relleno, por lo cual estos volúmenes tendrán que ser trasladados a espacios donde no interfieran con las corrientes naturales de agua o Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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al drenaje de las aguas de lluvia. En cambio en la zona oriental las características del suelo determinan la realización de cambios de material, para lo cual se requieren volúmenes extraordinarios de material, que serán obtenidos de bancos de préstamo. El Ingeniero responsable de la obra debe evaluar detalladamente los volúmenes de obra a ejecutar en desmonte y relleno, también es de gran importancia el conocimiento de las características del suelo, ya que cada uno ofrecerá diferente resistencia y dificultad a la excavación, al empuje y al transporte, por ejemplo suelos con un contenido elevado de roca ofrecerán mucha mayor resistencia a ser excavados que una arena suelta. De igual manera la humedad modificará el grado de resistencia, facilitando el deslizamiento de las partículas, hasta convertirlo en una masa pegajosa difícil de extraer y cargar.

1.2

CONDICIONES AMBIENTALES

El régimen pluviométrico y las temperaturas preponderantes de la zona donde se encuentra la obra, o la existencia de manantiales o pantanos, pueden dar lugar a la interrupción de los trabajos haciendo inaccesibles los caminos de acceso, o dificultando los trabajos de compactación por exceso de humedad del suelo. En base a estas condiciones se podrá definir con una exactitud razonable los días de trabajo útil y el plazo en el que será concluida la obra. De igual manera el número de máquinas y los turnos de trabajo serán definidos de acuerdo a los días útiles de trabajo y al plazo que se dispone para la ejecución de la obra.

1.3

CAMINOS DE ACARREO

En las obras alejadas de los centros poblados, especialmente en las viales, es necesario construir muchos kilómetros de caminos auxiliares para el transporte de materiales desde los bancos de préstamo, para el acarreo del volumen excedentario del suelo excavado hasta los depósitos o botaderos, para el ingreso a las fuentes de agua, para mantener el tráfico de automotores en la zona, o tan solo para facilitar el ingreso de equipos y suministros a la obra. La construcción y mantenimiento de los caminos auxiliares de acarreo son costos directos del movimiento de tierras y tendrán una incidencia importante en el costo total, sin embargo no aparecen en el presupuesto general de la obra. La construcción de buenos caminos de acarreo constituirá una inversión favorable por los réditos económicos que producirá el ahorro de tiempo, debido a la velocidad que puede desarrollar el equipo de transporte, su menor deterioro y los volúmenes de tierra que pueden ser transportados. La conservación de la superficie o capa de rodadura utilizando equipo auxiliar, cuando son grandes los volúmenes y largas las distancias de transporte, garantizará un rendimiento constante Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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de las máquinas y un buen aprovechamiento de sus cualidades. La resistencia a la rodadura y la mala tracción que producen los caminos mal conservados limitará el peso de la carga y la velocidad que puede alcanzar el equipo de transporte.

1.4

EVALUACIÓN DE LOS VOLUMENES DE TRABAJO (CUBICACION)

Es necesario efectuar una evaluación de los volúmenes de obra con la mayor exactitud posible, para definir el número de máquinas y el tiempo de trabajo, teniendo en cuenta los cambios de volumen que sufren los materiales durante la ejecución de la obra. La alteración del porcentaje de vacíos existentes entre las partículas del suelo en su estado natural, producida por el esfuerzo mecánico aplicado al terreno, dará lugar a diferentes volúmenes para el mismo peso de material, por ejemplo un material inalterado al ser extraído de su lecho natural puede incrementar su volumen en un 20 %; si a este mismo material se le aplica un esfuerzo de compactación este volumen puede disminuir en un 30 % o más, con respecto al volumen suelto y en un 10 % o más con respecto al volumen original que tenía en su lecho. El volumen de tierra, depende de las condiciones en que se encuentre, ya sea en su estado natural (sin excavar), suelta (después de ser excavada), o compactada mediante el uso de un esfuerzo mecánico. Generalmente la productividad de las máquinas se expresa en función de tierra suelta, sin embargo los proyectos consideran para su evaluación económica volúmenes en banco para los itemes de excavación o desmonte y volúmenes compactados para los terraplenes o rellenos. De acuerdo a lo anterior existen tres tipos de volúmenes:

1.4.1



Volumen en banco: tal como se encuentra en la naturaleza.



Volumen suelto: medido después que el suelo ha sido excavado manualmente o utilizando equipo mecanizado.



Volumen compactado: que se mide después que el material ha sido compactado mediante la aplicación de un esfuerzo mecánico.

FACTORES DE CONVERSION DE LOS VOLUMENES DE TIERRA

Factor volumétrico de conversión o factor de expansión: Es el resultado de la relación entre la densidad de tierra suelta y la densidad de la tierra en banco, o de la relación del volumen en banco y el volumen suelto. 𝛿𝑠 𝑀𝑏3 𝐹𝑉 = = 3 𝛿𝑏 𝑀𝑠 Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

Página 3

MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCION 3 3 𝑀𝑏𝑎𝑛𝑐𝑜 = 𝑀𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜𝑠 × 𝐹𝑉

Factor de compresibilidad: Es el factor que relaciona el volumen de material compactado y el volumen en banco. 𝐹𝐶 =

𝛿𝑏 𝛿𝑐

𝑀3

= 𝑀𝑐3 𝑏

Los factores de conversión pueden ser obtenidos en laboratorio, o copiados de la bibliografía existente sobre el tema, donde es posible encontrar valores para diferentes tipos de materiales. En el cuadro de la página 11 se dan valores de conversión para algunos materiales de uso frecuente, considerando sus tres estados.

Ejemplo.- Se requiere transportar 1.000 M3 de arcilla arenosa, de acuerdo a la Tabla de la página 11, ¿Cual será su volumen una vez excavada y lista para transportar?. ¿Cuál será su volumen si luego se compacta?

1.5

Volumen en banco

Volumen suelto

Volumen compactado

1.000 M3

1.000 M3 x 1.25 = 1250 M3

1.250 x 0.72 = 900 M3

PRODUCTIVIDAD DEL EQUIPO

En toda obra con equipamiento mecanizado, un problema de suma importancia es el cálculo de la producción de las máquinas. El primer paso para estimar la producción es calcular un valor teórico que luego es ajustado a las condiciones reales de la obra, de acuerdo a cifras obtenidas en experiencias anteriores o en trabajos similares; la productividad finalmente asumida no debe ser ni muy optimista ni antieconómica. Para el cálculo de la productividad teórica, se dispone de la información que proporcionan los fabricantes, de acuerdo a las características particulares de cada máquina; estos valores deben ajustarse de acuerdo a los elementos operativos, las condiciones geológicas, topográficas, climáticas, etc. que prevalecerán en la obra.

1.5.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DEL EQUIPO Entre los factores que influyen en la productividad, además de los factores propios de cada máquina, podemos señalar los siguientes:

a) Factor de Eficiencia en Tiempo.- Es la evaluación del tiempo efectivo de trabajo durante cada hora transcurrida, vale decir la cantidad de minutos trabajados por cada hora Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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cronometrada. Tabla 1. Factor de tiempo “t” Tiempo trabajado por hora

Factor "t"

Calificación

60

1

Utópico

50

0.83

Bueno

40

0.67

Regular

30

0.50

Malo

*Fuente: Manual de Rendimientos Caterpillar

b) Factor de Operación.- Representa la habilidad, experiencia y responsabilidad del operador. En nuestro medio de asigna un valor o = 1 para aquellos con amplia experiencia y probada capacidad y o = 0,8 para operadores promedio. c) Altura.- La altura del terreno sobre el nivel del mar, tiene una influencia importante en la potencia de los motores. Cuando una máquina estándar funciona a grandes altitudes, la potencia disminuye debido a la disminución de la densidad del aire. Esta pérdida de potencia produce la correspondiente disminución de tracción en la barra de tiro o en las ruedas propulsoras de la máquina. Hasta los 1.000 mts es posible conseguir que los motores desarrollen el 100 % de su potencia; a partir de esta altitud se presenta un porcentaje de perdida de potencia equivalente al 1% por cada 100 metros de altura. Para evaluar el efecto de la reducción de potencia en la productividad de la máquina se incrementa la duración del ciclo en un porcentaje igual a la pérdida de potencia del motor a causa de la altura. d) Factor de Administración.- La eficiencia de la administración en campo e incluso en la oficina central, es un elemento importante para la productividad que se pueda obtener con las máquinas. La adecuada planificación, dirección y control de la obra permitirá mejorar la productividad del equipo en su conjunto, de la misma forma que un adecuado y oportuno mantenimiento de las máquinas y la provisión oportuna de repuestos, combustibles y lubricantes. e) Factor de Eficiencia del Trabajo.- Resulta de la evaluación de los factores que son constantes en una obra y pueden ser aplicados a todos los equipos que se utilizan en ella, tales como el factor de eficiencia en tiempo, de operación, de altura, y de administración. De acuerdo a las características de cada obra, existirá una combinación diferente de factores que darán como resultado un valor propio "E". Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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1.6 SELECCIÓN DE EQUIPOS Una de las tareas más importantes para iniciar la ejecución de una obra es la elección adecuada del equipo necesario, de acuerdo a sus características particulares, a los volúmenes de los diferentes ítemes y al costo de adquisición de las máquinas, teniendo como propósitos principales concluir satisfactoriamente la obra en el plazo estipulado y asegurar la obtención de ganancias. Es importante considerar, además, la disponibilidad de las máquinas en el mercado, la oferta de repuestos, las facilidades ofrecidas para el mantenimiento, y la posibilidad real de adjudicarse obras similares para garantizar su uso continuado hasta el final de su vida útil.

1.6.1 FACTORES QUE SE CONSIDERAN EN LA SELECCIÓN DEL EQUIPO Para efectuar una correcta selección de las máquinas, se deben considerar cuando menos los siguientes factores. a. Características de la obra b. Potencia del motor c. Oferta del mercado

a. CARACTERÍSTICAS DE LA OBRA Se debe analizar detenidamente todos los elementos que afectan a la ejecución de cada obra en particular, considerando con mayor detenimiento tres aspectos importantes: 





Magnitud: La magnitud de la obra nos definirá la cantidad, la variedad y la potencia del equipo requerido, de acuerdo a los volúmenes estimados para cada ítem. Además, la conveniencia de que este equipo sea comprado, alquilado o una combinación de ambas opciones. Ubicación: La ubicación de la obra, nos proporcionará referencias de los centros urbanos más próximos, de la disponibilidad de vías de acceso, de la posibilidad de suministro de materiales y combustibles, de la oferta de mano de obra, de la facilidad de compra de repuestos, etc. Además de las condiciones climatológicas de la zona y de su régimen pluviométrico. Características del Terreno: La información de las características del terreno y su conformación geológica (contenido de roca, granulometría, humedad, etc.), será la base para determinar las cualidades técnicas que debe tener el equipo y su grado de especialización.

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b. POTENCIA DEL MOTOR Potencia es la energía del motor en acción, que es capaz de efectuar un trabajo, a una velocidad determinada, se requiere potencia para empujar, levantar o jalar una carga. Para determinar la potencia de las máquinas se debe tener en cuenta la disminución de potencia que ocasionan la fricción interna del motor y las pérdidas generadas por las condiciones de trabajo. De esta manera la potencia disponible será la potencia nominal establecida por el fabricante menos las pérdidas que originan las condiciones de operación y la fricción interna de la máquina. En el caso de los equipos sobre neumáticos se debe considerar adicionalmente la resistencia que genera el suelo al movimiento de las ruedas. Resistencia a la rodadura: Es la fuerza que opone la superficie del camino al movimiento de las ruedas. El vehículo no se moverá mientras esta fuerza no sea vencida. Los factores que producen la resistencia al rodado son: el peso que actúa sobre las ruedas, la fricción interna, la flexión de los neumáticos y la penetración de los neumáticos en el terreno. Esta resistencia es medida en kilogramos de fuerza de tracción. La resistencia al rodado afecta a todas las máquinas de ruedas, no así a los tractores de orugas, por que éstos se mueven sobre sus carriles de acero, donde esta resistencia es causada únicamente por fricción interna, por lo cual tendrá un valor constante. Para una máquina sobre ruedas, transitando sobre una superficie plana y dura, como una calle pavimentada, se puede calcular la resistencia a la rodadura con la siguiente expresión:

RR  K R  W Donde: RR = Resistencia a la rodadura KR = Factor de resistencia al rodado W = Peso bruto del vehículo (incluyendo carga)

Resistencia al rodado en cuesta: La inclinación del terreno produce una fuerza paralela a la dirección de avance del vehículo, debido a la fuerza de gravedad que actúa sobre el mismo, que puede ayudar o dificultar su movimiento. Cuando el vehículo se mueve cuesta arriba el efecto de esta fuerza se traduce en una mayor demanda de potencia; si se mueve cuesta abajo el efecto será una disminución de la potencia requerida. La resistencia al rodado en cuesta tiene un valor estimado de 10 Kg/ Ton, por cada 1 % de inclinación; tendrá signo positivo si el vehículo se dirige cuesta arriba, si está de bajada tendrá signo negativo. Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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B

B

Tabla 2. Factores típicos de resistencia a la rodadura TIPO DE CAMINO

FACTOR KR (Kg/Ton)

Duro y llano (Pavimentado o similar) no sede por efecto del peso

20.00

Firme con ligeras ondulaciones (grava o macadán) ligeramente flexible bajo el peso

32.50

Arcilla dura en malas condiciones, penetración aproximada de neumáticos de 2 a 3 cm.

50.00

Tierra blanda penetración de neumáticos de 10 a 15 cm

75.00

Tierra muy blanda, barriales o arenales

100 - 200

*Fuente: Manual de Rendimientos Caterpillar

c. OFERTA DEL MERCADO Es importante conocer, la oferta de equipos y repuestos que existe en el lugar donde se encuentra la obra, en las ciudades más próximas y en el mercado nacional; para hacer un análisis comparativo de marcas, modelos, potencia, versatilidad, disponibilidad de repuestos, facilidad de importación, etc., en relación a su costo. También es necesario hacer un análisis realista de las ofertas de trabajo existentes para el futuro, con el objeto de definir los periodos de amortización y tener un criterio sobre la cantidad de recursos económicos que racionalmente se pueden invertir en la compra de máquinas, para garantizar que su recuperación sea producto del trabajo del mismo equipo, en un plazo razonable y redituando ganancias para el inversor, en proporción al monto invertido. Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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Si la obra es pequeña y no existen posibilidades inmediatas para asegurar el uso continuado de las máquinas hasta que amorticen su costo, la opción más conveniente será alquilar todo el equipo o parte del requerido para la obra, aprovechando las facilidades que brinda el mercado. Si la empresa dispone de máquinas de su propiedad, prioritariamente se deberá considerar su utilización, en este caso solo se analizaran las opciones para el equipo faltante. Sobre la base del análisis de los puntos anteriores de definirá, en primer lugar, la mejor alternativa entre comprar o alquilar equipo. De haberse optado por la compra, se analizará cada máquina para definir las cualidades que debe reunir: potencia, dimensiones, características mecánicas, etc. y de acuerdo a estas características, a la oferta de trabajos futuros, a la facilidad de mantenimiento y provisión de repuestos, al costo y a las condiciones de pago se deberá elegir el número de máquinas, la marca y modelo más convenientes.

1.7

PLAZO DE EJECUCIÓN

En todos los proyectos de construcción el tiempo es un factor fundamental, el no concluir una obra en el plazo estipulado puede ocasionar el fracaso del plan de trabajo y pérdidas económicas por una mayor erogación de recursos y por la aplicación de multas establecidas en el contrato, para casos de incumplimiento. Para cumplir con el plazo comprometido se deberá conseguir un equilibrio racional entre el tipo y el número de máquinas y el tiempo de trabajo de cada una de ellas, con este fin, es conveniente elaborar un plan de ataque y un cronograma de utilización del equipo, para garantizar el uso eficiente de equipo y personal.

1.7.1 PLAN DE ATAQUE O EJECUCIÓN DE LA OBRA En este plan se define la organización y la forma en que será ejecutada la obra, las temporadas más propicias para ejecutar los diferentes ítemes y su secuencia cronológica. Se deberá estimar las horas de trabajo necesarias para cada ítem, además de evaluar las horas improductivas que tendrá cada máquina. Este plan permitirá confeccionar el listado del equipo requerido para cumplir con el plazo.

1.7.2 CRONOGRAMA DE UTILIZACIÓN DEL EQUIPO Partiendo del plan de ataque, se confecciona un cronograma de utilización del equipo, definiendo la participación cronológica de cada máquina y la cantidad de horas de trabajo necesarias para cada fase de la obra. Este cronograma y los volúmenes calculados para cada ítem permitirán definir el tipo, la potencia Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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y la cantidad de máquinas que se requieren para cada ítem. Además de establecer con mayor exactitud la cantidad de horas improductivas de cada equipo, y el plazo de ejecución de la obra.

1.8

COSTO DE LA OBRA

Las metas principales que se pretenden conseguir con la organización son: concluir la obra en el menor tiempo posible y obtener el mayor rédito admisible. Para que una obra garantice la obtención de beneficios económicos para la empresa, se requiere un programa de ejecución adecuado, una administración eficiente y un control riguroso del gasto. El Contratista antes de presentar su propuesta deberá hacer un análisis detallado de precios unitarios, considerando las condiciones particulares de la obra y todos los factores que influyen en su ejecución. Generalmente se consideran los siguientes conceptos: a)

COSTOS FIJOS: corresponden a la amortización y depreciación del equipo, al interés del capital invertido y al costo de seguros.

b)

COSTOS DIRECTOS: Son las erogaciones que se realizan para la compra de materiales, para el funcionamiento del equipo (combustible, lubricantes, filtros, neumáticos, etc.), los salarios del personal, el costo de conservación y reparación del equipo.

c)

COSTOS GENERALES: Representan los gastos administrativos, de dirección y supervisión, del apoyo logístico a la obra, alquiler y equipamiento de oficinas, salario de secretarias, materiales de escritorio, etc.

d)

UTILIDAD: Es el porcentaje de ganancia a que tiene derecho el dueño de la empresa, el cual dependerá de las condiciones de mercado y de la política que sigue su administración.

e)

IMPUESTOS: En el costo final se debe considerar el monto que corresponde al pago de impuestos, especialmente los correspondientes al Valor Agregado I.V.A. y el impuesto de Transacciones I.T, de acuerdo a las disposiciones fiscales actualmente vigentes.

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MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCION Tabla3. Factores de conversión de los volúmenes de tierra Condición de la tierra para trabajar Condición inicial Tipo de suelo

Banco

Suelta

Compactada

Banco

1,00

1,11

0,95

Suelto

0,90

1,00

0,86

Compactado

1,05

1,17

1,00

Banco

1,00

1,25

0,90

Suelto

0,80

1,00

0,72

Compactado

1,11

1,39

1,00

Banco

1,00

1,43

0,90

Suelto

0,70

1,00

0,63

Compactado

1,11

1,59

1,00

Banco

1,00

1,18

1,08

Suelto

0,85

1,00

0,91

Compactado

0,93

1,09

1,00

Banco

1,00

1,13

1,03

Suelto

0,88

1,00

0,91

Compactado

0,97

1,10

1,00

Banco

1,00

1,42

1,29

Suelto

0,70

1,00

0,91

Compactado

0,77

1,10

1,00

Banco

1,00

1,65

1,22

Suelto

0,61

1,00

0,74

Compactado

0,82

1,35

1,00

Banco Granito fragmentado, Suelto basalto y rocas duras Compactado

1,00

1,70

1,31

0,59

1,00

0,77

0,76

1,30

1,00

Banco

1,00

1,75

1,40

Suelto

0,57

1,00

0,80

Compactado

0,71

1,24

1,00

Banco

1,00

1,80

1,30

Suelto

0,56

1,00

0,72

Compactado

0,77

1,38

1,00

Arena

Arcilla Arenosa

Arcilla

Cascajo

Grava

Grava sólida o Resistente

Caliza fragmentada Arenisca y rocas blandas

Rocas fragmentadas

Rocas dinamitadas

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CAPITULO II DESCRIPCION DE EQUIPOS Y CÁLCULO DE PRODUCTIVIDAD 2.1.

EQUIPO PARA CORTE Y DESMONTE

2.1.1 TRACTORES 2.1.1.1 DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO Son máquinas que transforman la potencia del motor en energía de tracción, para excavar, empujar o jalar cargas. Es un equipo fundamental para las construcciones, por su amplia versatilidad es capaz de realizar una infinidad de tareas. Se fabrican sobre orugas o enllantados: Los tractores sobre orugas desarrollan una mayor potencia a menor velocidad, los de ruedas trabajan a mayor velocidad con un menor aprovechamiento de la energía del motor, su fuerza de tracción es considerablemente menor a la del tractor de orugas.

TRACTORES DE ORUGAS Tienen la ventaja de trabajar en condiciones adversas, sobre terrenos accidentados o poco resistentes, en lugares donde no existen caminos, ya que es capaz de abrir su propia senda. Puede transitar por laderas escarpadas y con fuertes pendientes. Generalmente forma parte del primer contingente de máquinas que inician una obra, ya sea abriendo sendas, efectuando la limpieza y desbosque del terreno o realizando las tareas de excavación. Se utiliza para una variedad de trabajos, tales como excavación, desbroce de árboles y arbustos, remolque de traíllas sobre terrenos inestables, pantanosos y con fuerte pendiente, remolque de apisonadoras, arados, etc., como pusher para el movimiento de traíllas. También se utilizan para Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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trabajos de mayor precisión, como ser nivelación de terraplenes, desmonte de los lugares de corte, empuje y acopio de materiales, apertura de cunetas, peinado de taludes, etc. Se fabrican tractores con motores cuya potencia varía de 70 a 800 HP o más. TRACTORES DE LLANTAS NEUMATICAS

Pueden desarrollar altas velocidades llegando a 60 KM/Hora, con la desventaja de que su fuerza tractiva es mucho menor, debido a que el coeficiente de tracción es menor para los neumáticos. Para su operación requieren superficies estables y uniformes, con poca pendiente, para evitar hundimientos que disminuyen su tracción. Los tractores sobre neumáticos pueden recorrer distancias considerables sin dañar los pavimentos, por lo cual se utilizan en el mantenimiento de vías asfaltadas y con preferencia en el transporte de materiales a largas distancias, por ejemplo los tractores que remolcan traíllas. Los tractores de neumáticos pueden estar montados sobre dos o cuatro ruedas, de acuerdo al trabajo que van a ejecutar. Los tractores de dos ruedas están acoplados a la unidad de remolque, tienen fácil maniobrabilidad para hacer giros en espacios reducidos. Su fuerza de tracción es mayor comparada con el de cuatro ruedas, debido a que la resistencia a la rodadura es menor por tener un solo eje. Su costo de mantenimiento es menor por el menor número de llantas. Los tractores de cuatro ruedas tienen mayor estabilidad, por lo cual pueden transitar por caminos más accidentados y desarrollar una mayor velocidad. Tienen la ventaja que pueden desacoplarse de la unidad de remolque y usarse para otros fines. DOZERS Los dozers se definen como tractores dotados de una hoja topadora montada en la parte delantera y al frente de los mismos.

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La hoja tiene una sección transversal curva para facilitar el trabajo de excavación, en su parte inferior esta provista de piezas cortantes atornilladas denominadas cuchillas y en ambos extremos una puntera también atornillada. Las hojas están unidas al chasis de la oruga por dos brazos laterales, que tienen accionamiento hidráulico mediante dos pistones de doble acción soportados por los brazos laterales, los pistones son movidos por la presión de una bomba hidráulica de alta presión. Los dozers se subdividen, de acuerdo al ángulo de trabajo de su hoja, en tres tipos:



BULLDOZER Son tractores que tienen la hoja topadora fija, perpendicular a su eje longitudinal, trabajan en línea recta, solo tienen movimiento vertical. La hoja puede inclinarse girando sobre el eje horizontal. Su uso es más productivo y económico en el empuje de materiales producto de excavaciones, o para excavaciones y rellenos en línea recta.



ANGLEDOZER Son tractores equipados con una hoja topadora movible que puede girar hasta un ángulo de 30 grados, con respecto al eje longitudinal del tractor. Su hoja también puede inclinarse ligeramente bajando una de sus punteras con respecto al extremo opuesto. Su uso es más eficiente en trabajos a media ladera.



TILDOZER Esta máquina tiene un sistema de giro en la hoja topadora, que le permite efectuar giros horizontales y verticales a través de un sistema de mandos hidráulicos.

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TIPOS DE HOJAS TOPADORAS Para obtener una mayor productividad los tractores deben ser equipados con la hoja topadora adecuada, considerando los lugares y el tipo de trabajo que realizarán en la mayor parte de su vida útil. Para un mejor conocimiento, se muestran los tipos de hojas que ofrece la Fábrica CATERPILLAR, que es la marca de mayor arraigo en nuestro medio: HOJA RECTA "S" Esta hoja generalmente es más corta y de mayor altura, puede ser inclinada lateralmente para facilitar su penetración en el suelo. Tiene mejor adaptación debido a su diseño de "U" modificada y a su menor altura con referencia a la hoja universal "U", por lo cual puede maniobrar con mayor facilidad, logrando penetrar de 30 a 60 centímetros de acuerdo al modelo y tamaño del tractor, puede excavar suelos densos obteniendo mayores cargas en una amplia variedad de materiales. Este tipo de hoja puede ajustarse dándole una inclinación frontal de hasta 10 grados.

HOJA ANGULABLE "A" Tienen mayor longitud y menor altura, pueden situarse en posición recta o girar a derecha o izquierda ajustándose en diversas posiciones intermedias hasta un ángulo de 30 grados, con respecto al eje longitudinal del tractor. También pueden inclinarse lateralmente para que uno de sus extremos penetre en el terreno en el ámbito inferior del opuesto. Especialmente han sido diseñadas para efectuar empuje lateral acoplándose a los tractores angledozer. Se utilizan para efectuar el corte inicial en los movimientos de tierras, en la apertura de zanjas y cunetas, en el empuje de diferentes tipos de materiales, etc.

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HOJA UNIVERSAL "U" Las amplias alas de esta hoja facilitan el empuje de grandes cargas a mayores distancias, se utilizan para modelos de tractores de mayor tamaño, principalmente efectúan trabajos para la habilitación de tierras, acopio de materiales para los cargadores frontales, para la excavación de suelos livianos de poca densidad, etc. Relativamente tienen mayor longitud y altura, y una menor penetración que su equivalente en hoja recta "S".

HOJA SEMI UNIVERSAL “SU” La hoja “SU” combina las mejores características de las hojas S y U. Tiene mayor capacidad por habérsele añadido alas cortas que incluyen sólo las cantoneras. Las alas mejoran la retención de la carga y permiten conservar la capacidad de penetrar y acumular con rapidez en materiales muy compactados, pueden trabajar en una gran variedad de materiales en aplicaciones de producción. Un cilindro de inclinación aumenta la productividad y versatilidad de esta hoja.

HOJA AMORTIGUADA "C" Se utiliza para el empuje de traíllas, sus muelles de amortiguación suavizan y facilitan esta operación, su menor ancho le permite al operador una mejor visibilidad y una mayor maniobrabilidad. Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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HOJA PARA RELLENOS SANITARIOS Están diseñados para trabajar con basura y materiales livianos de poca densidad, tiene una rejilla en su parte superior que protege el radiador y facilita una buena visibilidad. La curvatura transversal de la hoja permite que el material ruede uniformemente. RASTRILLO Se utilizan en trabajos de limpieza de terreno. Pueden trabajar con vegetación de árboles medianos, ofrecen una buena penetración del suelo para sacar pequeños troncos, rocas y raíces. En la mayoría de los casos, las puntas de los rastrillos son reemplazables. CONTROL DE LA HOJA El movimiento de la hoja topadora puede estar controlado por un sistema de cables o por mandos hidráulicos: El control de cable tiene mayor simplicidad y menor precisión en su operación, su reparación es más sencilla y menos costosa. Actualmente es muy poco usado. Con el control hidráulico se puede ejercer una mayor presión sobre la cuchilla consiguiendo una mayor penetración, además se consigue un ajuste más preciso y uniforme en la posición de la hoja. LIMITACIONES DE LOS TRACTORES El mayor empuje en kilogramos que puede proporcionar un tractor es igual al peso de la máquina más la fuerza que suministra el tren de fuerza. Algunas características del terreno y su humedad limitan la aptitud del tractor para aprovechar la totalidad de su potencia. Los coeficientes aproximados de los factores de tracción que aparecen en la tabla siguiente, permiten calcular la fuerza máxima de empuje de la hoja topadora, multiplicando el peso del tractor por los coeficientes de la tabla. Tabla 4. Coeficientes aproximados de los factores de tracción o agarre en el suelo Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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Tipo de suelo

Ruedas con neumáticos

Con orugas

Hormigón

0.90

0.45

Magra arcillosa seca (*)

0.55

0.90

Marga arcillosa mojada

0.45

0.70

Magra arcillosa con surcos

0.40

0.70

Arena seca

0.20

0.30

Arena Mojada

0.40

0.50

Canteras

0.65

0.55

Caminos de grava suelta

0.36

0.50

Tierra firme

0.55

0.90

Tierra floja

0.45

0.60

(*) Marga: material compuesto de arcilla y carbonato de calcio, tiene color grisáceo y se utiliza para la fabricación del cemento

Los tractores dozers tienen su mejor aprovechamiento en movimiento de tierras con recorridos de excavación y empuje menores a 100 metros, con una distancia de excavación menor a 15 metros, luego de la cual debe acumularse delante de la cuchilla una cantidad de material igual a su capacidad máxima. Si los terrenos son muy duros deben ser previamente aflojados, utilizando arados roturadores, llamados desgarradores o escarificadores, o en su defecto realizando perforaciones para el uso de explosivos. DESGARRADOR O ESCARIFICADOR Es un accesorio opcional que se ubica en la parte trasera de la máquina, está formado por una viga provista de cavidades donde se alojan los vástagos, cuyo número varía de uno a cinco. Los vástagos son una especie de arados pero mucho más largos, que tienen en su extremo inferior una punta removible. Se utilizan para la rotura de suelos duros o rocosos, facilitan el trabajo posterior de la hoja topadora, ampliando su campo de acción.

2.1.1.2

CALCULO DE PRODUCTIVIDAD DE TRACTORES CON TOPADORA

La productividad de los tractores depende de las dimensiones de su hoja topadora, de la potencia del motor, del tipo de suelo (granulometría, forma de las partículas, contenido de roca, humedad, etc.), de la velocidad que puede alcanzar la máquina, de la distancia a la que se debe empujar el material excavado, de la habilidad del operador, etc. Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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CARACTERISTICAS DEL SUELO QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LOS TRACTORES a) Tamaño y forma de las partículas.- Mientras más grandes sean las partículas del suelo presentarán una mayor dificultad a la penetración de la cuchilla. Las partículas de bordes cortantes dificultan la acción de volteo que produce la hoja, exigiendo una mayor potencia. b) Cantidad de vacíos.- Cuando no hay vacíos, o son muy pocos, la mayor parte de la superficie de cada partícula está en contacto con otras, constituyendo una ligazón que debe romperse. Un material bien nivelado carece de vacíos y es generalmente muy denso, de modo que ofrecerá mayor dificultad para ser extraído de su lecho natural. e) Contenido de agua.- En materiales secos es mayor la ligazón entre las partículas, por lo cual es más difícil su extracción. Si están muy húmedos, pesan más y se necesita mayor potencia para empujarlos. METODO PARA CALCULAR LA PRODUCCION La productividad de las máquinas de construcción se mide en metros cúbicos por hora (m3/hora), o yardas cúbicas por hora. Su cálculo está basado en el volumen que es capaz de producir la máquina en cada ciclo de trabajo, lo cual depende principalmente de sus dimensiones, y del número de ciclos que es capaz de ejecutar por hora.

Q  qN  q

60 T

Donde: Q = Producción por hora (m3/hora) q = Producción por ciclo (m3/ciclo) N = Número de ciclos por Hora = 60/T T = Tiempo de duración de un ciclo en minutos Para calcular la producción por hora de un tractor excavando y/o empujando, inicialmente es necesario calcular los siguientes valores: Duración del ciclo (T) Es el tiempo necesario para que una hoja topadora complete un ciclo de trabajo, excavación, empuje, retroceso y virajes, se calcula con la siguiente fórmula:

T 

D (D  d )  Z A R

Donde: Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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D= A= R= d = Z =

Distancia de acarreo (m ) Velocidad de avance (m/min ) Velocidad de retroceso (m/min ) Distancia de corte (m) Tiempo que dura la operación de corte

Tiempo de corte (Z) Este valor representa el tiempo de duración de la operación de corte o excavación; para determinar este tiempo se considera, en condiciones promedio, una distancia que varia de 10 a 20 metros y una velocidad igual al 50% de la velocidad de avance del tractor. d 2d  A  A    2 

Z 

Donde:

A = Velocidad de avance (m/min) d = Distancia de corte (m) Para las velocidades de avance y retroceso, se pueden utilizar los valores que proporciona el fabricante, de acuerdo a las características de cada obra, o en su defecto, de acuerdo al tamaño del tractor y las condiciones de trabajo, se pueden adoptar valores en el rango siguiente: Marcha adelante: Primera: 3 a 4 Km/hra Segunda: 4 a 7 Km/hra Marcha atrás: Primera: 4 a 5 Km/hra Segunda: 5 a 8 Km/hra

Producción por ciclo Es un valor teórico que puede ser obtenido de los manuales del fabricante, o midiendo las dimensiones de la hoja topadora que utiliza el tractor.

a

0.90a

x

x

0.90  a tan 

a  q  x   0.90    L 2  Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCION α = 40º (varia según el tipo de material)

q  0.48  a 2  L Donde:

a = alto de la hoja topadora L = ancho de la hoja topadora

Producción teórica

QT  q 

60 T

QT  0.48  a 2  L 

60 L  29  a 2  T T

Factores que Influyen en la producción de los tractores



Factor de hoja

Representa las condiciones en que se encuentra el suelo excavado y la dificultad que ofrece para ser empujado. De acuerdo a las condiciones en que se realiza el empuje se adoptan los valores:

Tabla 5. Factores de hoja CONDICIONES DE EMPUJE

FACTOR DE HOJA (Fh)

EMPUJE FACIL con cuchilla llena, para tierra suelta, bajo contenido de agua, terrenos arenosos, tierra común, materiales amontonados

0.90-1,10

EMPUJE PROMEDIO tierra suelta pero imposible de empujar con cuchilla 0,70- 0,90 llena, suelo con grava, arena y roca triturada EMPUJE DE DIFICULTAD MODERADA contenido alto de agua, arcilla 0,60-0,70 pegajosa con cascajo, arcilla seca y dura, suelo natural EMPUJE DIFICIL roca dinamitada o fragmentos grandes de rocas

0,40-0,60

*Fuente: Manual de especificaciones y aplicaciones KOMATSU

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MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCION 

Factor de pendiente

FACTOR (p)

Representa el mayor esfuerzo que debe realizar la máquina para trabajar en sentido contrario a la pendiente, o el menor esfuerzo si lo hace en el sentido de la pendiente. En condiciones promedio se le asignan los valores siguientes.

PENDIENTE (%)



PENDIEN TE DEL TERRENO (%)

FACTOR (p)

-15

1.20

-10

1.14

-5

1.07

0

1.00

+5

0.93

+10

0.86

+15

0.77

Factor del tipo de material

Representa los diferentes niveles de dificultad que ofrecen los materiales para ser extraídos de su lecho natural. Tabla 6. Factor del tipo de material MATERIAL FACTOR "m" Suelto y amontonado, tierra. No compacta, arena, grava, suelo suave 1,00 Tierra compacta, arcilla seca, suelos con menos del 25 % de roca 0,90 Suelos duros con un contenido de roca de hasta 50 % 0,80 Roca escarificada o dinamitada, suelos con hasta 75 % de roca 0,70 Rocas areniscas y caliche 0,60 *Fuente: Costos de Construcción Pesada y Edificación Leopoldo Varela Alonzo



Factor de eficiencia del trabajo

Resulta de la evaluación combinada de los factores correspondientes al aprovechamiento del tiempo y a la habilidad de] operador.

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Tabla 7. Factor de eficiencia de trabajo CONDICIONES DE TRABAJO Excelentes Buenas Regulares Deficientes

“t” “o” “E” 60/60 1.0 1.0 50/60 0.9 0.75 45/60 0.8 0.60 40/60 0,7 0.47

*Fuente: Manual de Rendimientos Caterpillar



Factor de altura

La disminución de productividad que ocasiona la pérdida de un porcentaje de potencia del motor, debido a la altura sobre el nivel del mar, se evalúa incrementando la duración del ciclo en el mismo porcentaje de la disminución de potencia. h = (altura sobre el nivel del mar - 1000) / 10000

PRODUCCION REAL DE LOS TRACTORES "Q" Para encontrar la producción real se debe multiplicar la producción teórica por los factores que influyen en la producción, además de corregir la duración del ciclo, de acuerdo a la altura del nivel del mar en la que se encuentra la obra:

Q

29 * a 2 * L * m * Fh * p * E T (1  h)

PRODUCTIVIDAD DE LOS TRACTORES DE ORUGAS EN LIMPIEZA Y DESBROCE El Servicio Nacional de Caminos, de acuerdo a su experiencia en diferentes trabajos de limpieza de capa vegetal y desbroce de arbustos y árboles, en condiciones promedio, adopta los factores de producción horaria que se detallan en de la Tabla Nº 8. Los factores de productividad de la Tabla Nº 8 se deben multiplicar por la potencia del motor en HP. Tabla 8. Factores de Producción horaria Para monte alto

0.00020 Ha/Hora/HP

Para monte medio

0.00035 Ha/Hora/HP

Para monte ralo

0.00045 Ha/Hora/HP

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2.2. TRAILLAS Y MOTOTRAILLAS 2.2.1. DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO TRAILLAS

TRAILLAS CON TRACTOR DE RUEDAS

Las traíllas o escrepas son máquinas diseñadas para el movimiento de tierras en grandes volúmenes, especialmente en suelos finos o granulares de partículas pequeñas con poco o ningún contenido de roca. Son máquinas transportadoras que tienen capacidad para excavar, auto cargarse, transportar, descargar y desparramar los materiales en capas uniformes Son cajas montadas sobre ruedas neumáticas de tamaño considerable y baja presión, dotadas de una cuchilla frontal que efectúa la excavación del terreno introduciendo el material dentro la caja, a través de una abertura situada sobre la cuchilla y controlada por una compuerta móvil. Las traíllas pueden ser remolcadas o autopropulsadas, en cuyo caso se denominan mototraíllas. Cuando trabajan en suelos duros requieren la ayuda de un tractor, para que las empuje apoyando su cuchilla en un aditamento situado en la parte trasera de la máquina. Las traíllas remolcadas con tractor de orugas son eficientes para distancias de transporte entre 90 y 300 metros, en cambio para distancias de 300 a 2000 metros son más eficaces las traíllas remolcadas con tractores de neumáticos o las mototraíllas, debido a su mayor velocidad. Como referencia los tractores de orugas tienen mayor eficiencia que las traíllas en distancias menores a 90 metros, y los cargadores frontales trabajando con volquetas, en distancias superiores a 300 metros, dan igual o mayor rendimiento que la traíllas remolcadas por tractores,

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de la misma forma en distancias superiores a 1000 metros tienen mejor rendimiento que las mototraíllas. Las traíllas remolcadas por tractores de orugas son controladas mediante cables desde la cabina del tractor, o mediante un sistema hidráulico. Su uso está especialmente indicado en distancias cortas sobre terrenos adversos que exigen una mayor fuerza de tracción. En general las traíllas pueden auto cargarse utilizando únicamente la potencia del tractor, aunque en algunos casos la dureza de los materiales obligará al uso de un segundo tractor empujador, para aumentar la eficiencia de excavación y del cargado.

MOTOTRAILLAS

Son remolques excavadores montados sobre dos ruedas neumáticas y jaladas por un tractor de un solo eje y dos ruedas, que prácticamente se integran para formar una sola unidad. Están provistos de uno o dos motores, cuya potencia varía de 300 a 600 HP o más, con una capacidad de carga de 10 a 40 m3. Los movimientos de la mototraílla son accionados por pistones hidráulicos que permiten la subida y bajada de la traílla y el giro del remolcador. Su uso se recomienda principalmente para transporte de grandes volúmenes de materiales a distancias relativamente cortas, sobre caminos de acceso bien conservados. Tienen la desventaja de tener una fuerza tractiva menor a la de las traíllas remolcadas por tractor de orugas, por esta razón requieren frecuentemente la ayuda de un tractor empujador. Sin embargo existen modelos auto cargables que en condiciones favorables realizan todo el trabajo sin ayuda de otra máquina, por ejemplo los modelos dotados de fuerza motriz en su eje trasero, a Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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través de un segundo motor instalado en la parte trasera del equipo, denominados TWIN MOTOR-SCRAPER (motores gemelos). Las mototraíllas pueden desarrollar velocidades de hasta 40 km/hra sobre caminos en buenas condiciones de rodadura, situación que difícilmente se encuentra en una obra en construcción, lo que impedirá alcanzar esta velocidad máxima. Las mototraíllas, están dotadas de los siguientes elementos:  



Controles de la traílla.- Está compuesto por un sistema hidráulico de doble acción, que permite accionar la compuerta, la caja y el expulsor. Caja de la traílla.- Esta caja es baja y ancha para facilitar su llenado, está provista de una cuchilla perpendicular a su eje longitudinal, que penetra en el suelo para efectuar la excavación. Compuerta.- De giro concéntrico, permanece abierta cuando la máquina realiza la excavación y se cierra cuando la caja se ha llenado con el material excavado.

PROCESO DE CARGADO Al iniciar la operación de excavación, con la máquina en movimiento hacia delante, se baja la cuchilla de la traílla para que penetre en el terreno de 10 a 30 centímetros, de acuerdo al tipo de suelo, al mismo tiempo se levanta la compuerta dejando una abertura de 20 a 30 centímetros para facilitar el ingreso del material excavado. Esta operación se prolonga hasta conseguir el llenado total de la caja. En terrenos duros y compactos será necesario realizar el escarificado o roturado previo del suelo utilizando un tractor de orugas, para facilitar el trabajo de las traíllas. CONDICIONES DE TRABAJO Para obtener un mayor rendimiento con un menor desgaste de la máquina, las mototraíllas deben trabajar preferentemente: a) En la excavación de capas vegetales, de arcilla gredosa seca, de arcilla con poco contenido de humedad, de greda arenosa y de materiales granulares de grano fino. b) La excavación y cargado deben efectuar sobre terreno plano o con pendiente descendente c) Deben disponer de una distancia de cargado de por lo menos 50 metros, sin obstáculos, para las maniobras de la máquina. d) La superficie de excavación debe ser uniforme libre de huecos o huellas profundas. e) Deben ser apoyadas por un tractor empujador, cuando sea necesario, de acuerdo al tipo de material y las características de la mototraílla.

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2.2.2. PRODUCTIVIDAD DE LAS MOTOTRAILLAS La productividad de las mototraíllas depende de las dimensiones de su caja, de la potencia del motor, de la dureza y humedad del suelo, de la velocidad que puede alcanzar la máquina, de la distancia a la que se debe trasladar el material excavado, de las condiciones en que se encuentra el camino, de la habilidad del operador, etc.

Q  q

60 T

donde: q = Capacidad colmada nominal de la mototraílla en m3 T = Duración del ciclo en minutos

 DURACIÓN DEL CICLO "T" La duración del ciclo comprende los tiempos parciales siguientes:

t1 = Tiempo de carga (depende de la capacidad de la traílla y del tipo de material) ta = Tiempo de acarreo

tA 

D Dis tan cia  VC Velocidad con c arg a

te = Tiempo de esparcido y giro (Tiempo que demora en descargar el material, esparcir y efectuar las maniobras de viraje para retomar) tr = Tiempo de retomo

tR 

D Dis tan cia  VR Velocidad sin c arg a

tv = Tiempo de virajes (representa el tiempo de las maniobras para colocarse en posición de iniciar un nuevo ciclo)

T  t1  t a  t e  t r  t v  t1  t e t v 

D D  VC VR

Tabla 9: Tiempo de carga, de esparcido, de giro y tiempo fijo Condiciones de

Tiempo de

Tiempo de

Tiempo de

trabajo

carga t1

esparcido te

virajes tv

0.90

0.60

0.50

Excelente

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tF = t1 + te + tv 2.00

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Promedio

1.10

0.80

0.70

2.60

Desfavorable

1.60

1.40

1.00

4.00

INFLUYEN

EN

2.2.3. FACTORES QUE MOTOTRAILLAS

LA

PRODUCTIVIDAD

DE

LAS

Para obtener la producción real de las mototraíllas, se debe corregir el valor teórico multiplicando por los factores de pendiente, resistencia a la rodadura, de material, de eficiencia del trabajo y por el factor de carga útil, además de corregir la duración del ciclo de acuerdo a la elevación sobre el mar. Los factores de material, de pendiente y de eficiencia del trabajo tienen la misma valoración que para los tractores de orugas. Factor de carga útil (Kc): Representa la pérdida de material durante las operaciones de carga y transporte, es un equivalente del factor de acarreo de los cargadores frontales.

Tabla 10: Factores de carga de materiales TIPO DE MATERIAL Arcilla Arcilla Arenosa Arena Arcilla o arena densa mezclada con canto rodado Tierra Magra

Kc 0.7 0.8 0.9 0.65 0.80

*Fuente “Manual del Ingeniero Civil” Frederick S. Merritt

RESISTENCIA A LA RODADURA: Este factor evalúa la resistencia que ofrece el camino al movimiento de las ruedas. Si no se dispone de mayor información se pueden adoptar los valores siguientes CONDICIONES DEL CAMINO Plano y firme Mal conservado pero firme De arena y grava suelta Blando y sin conservación

FACTOR 0.98 0.95 0.90 0.85

2.2.4. PRODUCCION REAL DE LAS MOTOTRAILLAS

Q

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60  q  k c  p  r  m  E T(1  h) Página 29

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donde:

Q = Productividad real q = Producción por ciclo h = Incremento del ciclo por altura Kc = Factor de carga útil m = Factor de material r = Resistencia a la rodadura E = Factor de eficiencia de trabajo

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2.3.

EXCAVADORAS HIDRAULICAS (RETROEXCAVADORAS)

2.3.1. DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO RETROEXCAVADORAS

Son máquinas que se fabrican para ejecutar excavaciones en diferentes tipos de suelos, siempre que éstos no tengan un contenido elevado de rocas, se utilizan para excavación contra frentes de ataque, para el movimiento de tierras, la apertura de zanjas, la excavación para fundaciones de estructuras, demoliciones, excavaciones de bancos de agregados, en el montaje de tuberías de alcantarillas, etc. Es una máquina dotada de una tornamesa que le permite girar horizontalmente hasta un ángulo de 360º, realiza la excavación haciendo girar el cucharón hacia atrás y hacia arriba en un plano vertical, en cada operación la pluma sube y baja. Para obtener un mayor rendimiento las alturas de corte deben ser superiores a 1,50 metros. La altura de excavación depende de la capacidad del cucharón y de la longitud de la pluma. Están equipadas con diferentes tipos de cucharones de acuerdo al trabajo que van a realizar. Como regla general se utilizan cucharones anchos en suelos fáciles de excavar y angostos para terrenos más duros. Los de menor radio de giro tienen más fuerza de levante que los de radio largo. Al elegir un cucharón para suelos duros es aconsejable adquirir el más angosto entre los de Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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menor radio de giro. En algunos casos la capacidad de levante de la excavadora será el factor decisivo en la elección de la máquina, para un determinado trabajo. La capacidad de levante depende del peso de la máquina, de la ubicación de su centro de gravedad, de la posición del punto de levantamiento y de su capacidad hidráulica. En cada posición del cucharón la capacidad de levante está limitada por la carga límite de equilibrio estático o por la fuerza hidráulica. Las excavadoras pueden estar montadas sobre orugas o sobre neumáticos, siendo las de mayor rendimiento las de orugas por sus mejores condiciones de equilibrio y su mejor agarre al suelo. Algunas de las características de cada tipo son:

2.3.1.1. De Cadenas:    

Mayor Tracción y estabilidad, Fácil maniobrabilidad, Operación en terrenos difíciles, Mayor adherencia al terreno

Estas dimensiones varían según a la marca y al modelo de la máquina.

2.3.1.2. De Ruedas    

Movilidad y velocidad No dañan el pavimento Nivelación de la máquina con estabilizadores Menor adherencia al terreno

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Estas dimensiones varían según a la marca y al modelo de la máquina.

2.3.2. CARGA LÍMITE DE EQUILIBRIO ESTATICO Según la S.A.E. se define como el peso de la carga del cucharón aplicado en el centro de gravedad de la máquina, que produce una situación de desequilibrio a un radio determinado. El radio de carga es la distancia horizontal medida desde el eje de rotación de la superestructura (antes de cargar) hasta la línea vertical del centro de carga. La altura nominal corresponde a la distancia vertical medida desde el gancho del cucharón hasta el suelo (dimensión B).

A = Radio desde el centro de giro. B = Altura del gancho del cucharón

2.3.3. CARGA DE ELEVACION NOMINAL Esta carga se obtiene considerando una altura nominal y un radio de carga definidos para la posición más desfavorable. Las condiciones para que la máquina levante una carga que cuelga de su cucharón son las siguientes:   

La carga nominal no debe ser mayor del 75% de la carga límite de equilibrio estático. La carga nominal no debe exceder el 87% de la capacidad hidráulica de la excavadora. La carga nominal tampoco debe superar la capacidad estructural de la máquina.

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Para obtener el mayor provecho de las excavadoras se deben seleccionar cucharones adecuados a las condiciones de los suelos en las que van a ser utilizadas. Los dos factores que deben considerarse son el ancho del cucharón y el radio de giro medido hasta la punta. Las excavadoras pueden en muchos casos, de acuerdo a las condiciones geológicas del terreno y las características de la obra, reemplazar a los tractores con hoja topadora en las tareas de excavación, especialmente si además de excavar hay que transportar los materiales extraídos, por la ventaja que tienen de efectuar simultáneamente la operación de carga, con el consiguiente ahorro del equipo requerido para esta operación. Para un mejor aprovechamiento de la excavadora el número de volquetas debe estar definido de acuerdo a la productividad de esta máquina, evitando tiempos de espera del equipo de excavación. En lo posible el volumen de la tolva del volquete debe ser un múltiplo de la capacidad del cucharón de la excavadora. Se fabrican excavadoras con motores cuya potencia varía de 50 a 800 HP, dotados de cucharones con volúmenes de 0.1 a 11 m3 Las pequeñas retroexcavadoras acopladas a la parte trasera de los cargadores frontales son accionadas aprovechando la potencia de su motor, tienen un alcance reducido, pero una mayor precisión, son muy útiles para la excavación de zanjas para instalaciones hidráulicas, sanitarias o eléctricas, para la excavación de cimientos, sótanos, etc.

2.3.4. EXCAVADORAS CON CUCRARON BIVALVA (ALMEJA)

El modelo de cucharón bivalvo amplía el campo de acción de las excavadoras, porque permite la ejecución de trabajos que no son posibles realizar con un cucharón normal, tales como excavaciones verticales profundas, movimiento de tierras alrededor de entibaciones, demoliciones en lugares de difícil acceso, dragado para la obtención de agregados, etc.

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2.3.5. PRODUCTIVIDAD DE LAS EXCAVADORAS La productividad de las excavadoras depende de las dimensiones de su cucharón, de la longitud de su pluma, de la profundidad de excavación, de la potencia del motor, del tipo de suelo (dureza, granulometría, forma de partículas, contenido de humedad), de la habilidad del operador, etc.

QT  q 

60 T

donde: QT = Producción Teórica de la excavadora q = Producción por ciclo (Vol. del cucharón) T = Duración del ciclo

PRODUCCION POR CICLO (q) Es igual a la capacidad colmada del cucharón. Este dato se obtiene del manual del fabricante, o directamente de las dimensiones del cucharón. Para optimizar la producción por ciclo de una excavadora se debe considerar:

Altura del banco y distancia al camión ideales Cuando el material es estable, la altura del banco debe ser aproximadamente igual a la longitud del brazo. Si el material es inestable, la altura del banco debe ser menor. La posición ideal del camión es con la pared de la tolva situada debajo del pasador de articulación de la pluma con el brazo.

Zona de trabajo y ángulo de giro óptimos Para obtener la máxima producción, la zona de trabajo debe estar limitada a 15° a cada lado del centro de la máquina, o tener aproximadamente un ancho igual al del tren de rodaje. Los camiones deben colocarse tan cerca como sea posible de la línea central de la máquina. La ilustración muestra dos alternativas posibles.

Distancia ideal del borde Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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La máquina debe colocarse de forma que el brazo quede vertical cuando el cucharón alcanza su carga máxima. Si la máquina se encuentra a una distancia mayor, se reduce la fuerza de desprendimiento. Si se encuentra más cerca del borde, se perderá tiempo al sacar el brazo. El operador debe comenzar a levantar la pluma cuando el cucharón haya recorrido el 75% de su arco de plegado. En ese momento el brazo estará muy cerca de la vertical.

DURACION DEL CICLO (T) Depende de la dureza del suelo, de la profundidad de excavación, del tamaño del cucharón, del ángulo de giro y de la ubicación del equipo de transporte. El ciclo de excavación de la excavadora consta de cuatro partes: 1. Carga del cucharón 2. Giro con carga 3. Descarga del cucharón 4. Giro sin carga En condiciones de trabajo normales se adoptan los siguientes valores:

Tabla 11. Duración del ciclo CONDICIONES ANGULO DE GIRO Y TAMAÑO DEL CUCHARON EN m3 DE Angulo de 45 a 90` Angulo de 90 a 1 SO" TRABAJO < 0,5 m3

0,5 a 1 1 a 2 M3 M3

2a3 M3

< 0,5 0,5 a 1 M3 M3

1a2 2 a 3 M3 M3

Fácil

0,47

0,53

0,58

0,64

0,56

0,60

0,64

0,75

Promedio

0,55

0,63

0,69

0,77

0,67

0,72

0,77

0,92

Difícil

0,60

0,70

0,77

0,86

0.74

0,80

0,86

1.03

Fuente: Costos de Construcción Pesada y Edificación Leopoldo Varela Alonzo

2.3.5. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODU0CCION DE LAS EXCAVADORAS Para obtener la producción real de las excavadoras se deberá corregir la producción teórica aplicando los factores de eficiencia del trabajo, de material y de cucharón o acarreo. El factor de eficiencia tienen los mismos valores que los considerados para anteriores máquinas. Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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FACTOR DE MATERIAL Representa la resistencia y la dificultad que ofrecen los materiales para ser extraídos de su lecho natural. FACTOR DE CUCHARON O DE ACARREO Representa la disminución del volumen del material acumulado en el cucharón, debido a la pérdida por derrame en la operación de levante y descarga, varia de acuerdo a la forma y tamaño de las partículas y de las condiciones de humedad. Se utilizan los mismos valores que los recomendados para los cargadores frontales. 2.3.6. PRODUCTIVIDAD REAL DE LAS MOTONIVELADORAS De acuerdo a las consideraciones anteriores la productividad real de las excavadoras será:

Q 

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q  60  m  k  E T(1  h)

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2.4.

EQUIPO DE CARGA E IZAJE

DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO 2.4.1. EQUIPO DE IZAJE Como equipo de izaje podemos señalar a las grúas, que constan de una pluma de longitud variable, un gancho y cables de mando en caso necesario. Las grúas pueden estar montados sobre plataformas en camiones o también sobre orugas, su capacidad varía de un modelo a otro y se mide por el peso que levanta. En el equipo para izaje también podemos indicar las cucharas de almeja, las dragaminas y las máquinas para hincado de pilotes, que están provistas de un dispositivo llamado martinete. Las cucharas de almeja cuentan con un sistema similar al de una grúa, con la diferencia de que cuenta con una cuchara accionada por cables de seguridad. El martinete que se utiliza para el hincado de pilotes, se adapta a las grúas mediante dispositivos especiales.

2.4.2. EQUIPO DE CARGA Son máquinas compuestas por un chasis de tractor, que en su parte delantera lleva una pala cargadora formada por un cucharón sujetado por dos brazos laterales, los cuales son accionados por dos pistones de elevación de doble efecto alimentados por una bomba hidráulica de alta presión. Disponen de un control automático del cucharón, mediante el cual se puede detener el ascenso e iniciar la descarga a la altura prefijada, de acuerdo a la altura que tiene el equipo de transporte.

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El cucharón está provisto de dientes empernados o cuchillas, que facilitan la penetración en el suelo o en los materiales previamente excavados. Pueden ser equipados opcionalmente por diferentes tipos de cucharones, lo cual les permite una mayor versatilidad, el estándar o de uso múltiple puede ser cambiado por cucharones más reforzados provistos de dientes en su borde de ataque, o con el borde en forma de “V”, se pueden utilizar además cucharones de descarga lateral Los cargadores frontales pueden ser de dos tipos:  

Cargadores sobre neumáticos Cargadores sobre orugas (palas mecánicas)

2.4.2.1. CARGADORES SOBRE NEUMATICOS Se denominan cargadores frontales, tienen tracción en las cuatro ruedas con dos ejes motores y dos diferenciales, que les permiten mejores condiciones de operación y un mejor aprovechamiento de la potencia del motor. Tienen dirección articulada que les facilita los virajes en espacios reducidos, gracias a su menor radio de giro. El motor está montado sobre el eje trasero, para equilibrar el peso del cucharón cargado y para aumentar la adherencia de las ruedas motrices. El campo de aplicación de los cargadores frontales incluye el cargado de materiales sobre vehículos de transporte, el traslado de materiales de un lugar a otro, por ejemplo en las plantas de trituración, de asfalto y de hormigón, siempre que las distancias sean cortas y la superficie del terreno uniforme y libre de protuberancias y huecos, en el rellenado de zanjas y el revestimiento de taludes. Pueden realizar también trabajos de excavación en terrenos poco densos y sin contenido de rocas, especialmente en espacios reducidos, como ser fundaciones de edificios, puentes, etc. Su mayor rendimiento se obtiene en el cargado de materiales previamente acopiados, para lo cual el equipo de transporte debe ubicarse a la menor distancia posible del cargador frontal (5 metros) y de tal forma que su ángulo de giro no sea mayor a 90o.

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Estas dimensiones varían según a la marca y al modelo de la máquina.

2.4.2.2. CARGADORES SOBRE ORUGAS Llamados también palas mecánicas, se utilizan principalmente en trabajos de cantera y en terrenos inestables, en nivelaciones y movimiento de tierras de gran volumen, ya que su tren de rodaje especialmente diseñado para trabajos pesados y difíciles les permite una mayor adherencia al terreno y una mayor estabilidad.

Estas dimensiones varian según a la marca y al modelo de la máquina Estas dimensiones varían según a la marca y al modelo de la máquina Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012

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2.4.3. ESPECIFICACIONES SAE (SOCIEDAD DE INGENIEROS DE AUTOMOTORES) 2.4.3.1. CARGA LÍMITE DE EQUILIBRIO ESTATICO Es el peso de la carga en el centro de gravedad del cucharón que hace oscilar el extremo trasero de la máquina, de tal manera que en los cargadores sobre orugas los rodillos delanteros se levantan sobre las cadenas, y en los de ruedas las de atrás empiezan a desprenderse del suelo. El cargador debe estar estacionado sobre una superficie dura y plana 2.4.3.2.CARGA DE OPERACIÓN La carga de operación de los cargadores de ruedas no debe ser mayor al 50 % de la carga límite de equilibrio estático, considerando la máquina equipada con los accesorios necesarios para el trabajo. En los cargadores sobre orugas (palas mecánicas) no debe ser mayor al 35 % de la citada carga límite. 2.4.3.3.CAPACIDAD DE LOS CARGADORES Generalmente se define por el volumen geométrico del cucharón expresado en m3 ó yardas cúbicas, medidas a ras o colmadas, Sin embargo este volumen debe ser corregido por el factor de acarreo, que es un coeficiente que valora el material que se derrama en la operación de levante y carga. Capacidad a ras es el volumen contenido en el cucharon despues de nivelar la carga pasando un rasero que se apoye sobre la cuchilla y la parte trasera del cucharon. Capacidad colmada es la capacidad a ras más la cantidad adicional que se acumule con un ángulo de reposo de 2:1.

2.4.4. PRODUCTIVIDAD DE CARGADORES FRONTALES Y DE PALAS MECANICAS La productividad de los cargadores frontales depende del volumen del cucharón y de la duración de su ciclo de trabajo.

QT  q 

60 T

Donde: QT = Producción teórica horaria q = Producción por ciclo (Vol. del cucharón) T = Duración del ciclo

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PRODUCCION POR CICLO (q) Es igual a la capacidad colmada del cucharón. Este dato se obtiene de los manuales de los fabricantes o directamente de las dimensiones del cucharón. DURACION DEL CICLO (T) Es conveniente cronometrar este valor en la obra, en las condiciones reales de trabajo, en las tablas que siguen se proporcionan las duraciones de los ciclos para condiciones promedio, considerando la forma de cargado, las condiciones de operación y una distancia de recorrido del cargador, del acopio al equipo de transporte, de 5 a 7 metros. Si el recorrido es mayor se deberá incrementar la duración del ciclo en forma proporcional a la distancia que recorre la máquina.

CARGADO EN V

CARGADO EN CRUZ

Tabla 12. Duración del ciclo para cargadores frontales en minutos FORMA DE CARGADO Y TAMAÑO DEL CUCHARON CARGADO EN "V”

CONDICIONES DE CARGA

CARGADO EN CRUZ

5 M3

5 M3

FACIL

0,6

0,7

0,8

0,55

0,65

0,75

PROMEDIO

0,7

0,8

0,85

0,65

0,75

0,8

MOD. DIFICIL

0,85

0,85

0,9

0,8

0,8

0,85

DIFICIL

0,9

0,9

0,95

0,85

0,9

0,9

*Fuente: Costos de Construcción Pesada y Edificación Leopoldo Varela Alonzo

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Tabla 13. Duración del ciclo promedio para palas mecánicas en minutos FORMA DE CARGADO Y TAMAÑO DEL CUCHARON CONDICIONES DE CARGA

CARGADO EN "V”

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