RENDIMIENTOS DE LA MAQUINARIA PESADA
FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA EN EL RENDIMIENTO DE EQUIPO
DE CONSTRUCCIN
I) Demora de rutina.- Son todos aquellos factores que se derivan
de las demoras inevitables del equipo, independientemente de las
condiciones propias al sitio de la obra, organizacin, direccin u
otros elementos. Ningn equipo mecnico puede trabajar continuamente
a su capacidad mxima. Adems, son importantes, los tiempos en que es
abastecida la unidad con lubricantes y combustibles, y por otra
parte, la necesidad que hay, sobre la marcha, de efectuar
revisiones a elementos, como tornillos, bandas, cables, arreglo de
llantas, etc.; lo que significa paros disminuciones en el ritmo de
trabajo.Por otro lado, interviene el factor humano, representado
por el operador de la mquina, en relacin a su habilidad,
experiencia y a la fatiga inevitable despus de varias horas de
actividad.
II) Restricciones en la operacin mecnica ptima.- Estas originan
un efecto reductor en el rendimiento, debido exclusivamente a
limitaciones en la operacin mecnica ptima de los equipos. Se
refiere a casos como el ngulo de giro, a la altura o la profundidad
de corte, las pendientes de ataque, coeficientes de roda-miento,
etc.III) Las condiciones del sitio.- Se refiere a las condiciones
propias del lugar en que est enclavada la obra y el punto o frente
concreto donde operan las unidades. Se produciran ciertas prdidas
de tiempo, por las condiciones en el sitio, como son:
a) Condiciones fsicas.- La Topografa y Geologa, las
caractersticas geotcnicas del suelo y rocas, las condiciones
hidrulicas superficiales y subterrneas, el control de filtraciones,
etc.b) Condiciones del Clima.- Temperatura mxima y media, heladas,
precipitaciones lluvia media anual, su distribucin mensual y
diaria, su intensidad, efecto en el sitio de trabajo y en los
caminos; estaciones del ao, das soleados, etc.
c) Condiciones de Aislamiento.- Vas de comunicacin disponibles
para abastecimiento, distancia de centros urbanos o industriales,
para obtener personal y abastecer de materiales a la obra, cercana
a otras fuentes de trabajo que puedan competir en la ocupacin del
personal en algunas ramas especializadas.
d) Condiciones de adaptacin.- Grado de adaptacin del equipo de
trabajo, para sortear las causas agrupadas en las condiciones
anteriores, caractersticas de la obra o de sus componentes
derivados del proyecto que tiendan a disminuir la produccin y los
rendimientos del equipo, conexin de dependencia y posibilidades de
balanceo entre mquinas.
IV) Por la Direccin y Supervisin.- Es el grupo de factores
procedentes de la planeacin, organizacin y operacin de la obra,
llevadas a cabo por la organizacin constructora. El conocimiento y
experiencia del responsable de planear la construccin en una obra,
juega un papel decisivo en el grado de eficiencia que se obtenga
del conjunto y de cada operacin, por lo que a la produccin y al
rendimiento de equipo se refiere.Por otra parte, el grado de
vigilancia y conservacin de la maquinaria, el suministro de
materiales y personal, el apoyo de las operaciones de campo por
servicios auxiliares adecuados, as como talleres; explican las
diferencias observadas en los rendimientos del equipo.
V) Por la actuacin del contratante.- En trminos generales se
puede afirmar, con base en una experiencia bien conocida de los
constructores, que la actuacin del organismo contratante de una
construccin, influye indiscutiblemente en la economa general de la
misma y por lo tanto, en los rendimientos que puedan lograrse de la
maquinaria utilizada.Las causas o factores que pueden afectar la
eficiencia del rendimiento en el equipo, por lo que al contratante
se refiere, se estima que pueden resumirse de la siguiente
forma:
Por la oportunidad en el suministro de planos, especificaciones
y datos de campo. Por el pago puntual de las estimaciones de obra.
Es algo bien conocido, el efecto benfico que en la eficiencia
general de la obra, tiene este aspecto. Por el tipo de Ingeniero
residente o la supervisin en su caso. La influencia de esto, como
factor de eficiencia, tiene varios aspectos que se expondrn a
continuacin.
El valor fundamental del Ingeniero residente o la Supervisora en
que cualquier proyecto de construccin, estriba en su
disponibilidad, y permanencia en el sitio de la obra para dirigir
al contratista, satisfacer las preocupaciones de las
autoridades
METODO DE EVALUACIN PARA CONOCER EL RENDIMIENTO DE LA MAQUINARIA
DE CONSTRUCCION.
El rendimiento es la cantidad de obra que realiza una mquina en
una unidad de tiempo. El rendimiento terico aproximado se puede
valorar de las siguientes formas:
a) Por observacin directab) Por medio de reglas o frmulasc) Por
medio de tablas proporcionadas por el fabricante
a) Clculo del rendimiento de una mquina por medio de observacin
directa.- La obtencin de los rendimientos por observacin directa es
la medicin fsica de los volmenes de los materiales movidos por la
mquina, durante la unidad horaria de trabajo.
b) Clculo del rendimiento de una mquina por medio de reglas y
frmulas.- El rendimiento aproximado de una mquina por este mtodo
puede estimarse del modo siguiente:
Se calcula la cantidad de material que mueve la mquina en cada
ciclo y sta se multiplica por el nmero de ciclos por hora. De sta
forma se obtiene el rendimiento diario.M3 x hora = (m3/ciclo) X
(ciclo hora)
La cantidad del material que mueve la mquina en cada ciclo es la
capacidad nominal de la mquina afectada por factores de correccin,
expresado en porcentaje, que depende del tipo de material. .
m3/ciclo = Capacidad nominal de la mquina X factor de
correccin.
El factor de correccin se puede determinar empricamente para
cada caso en particular, o sea, por medio de mediciones fsicas
tomarse los manuales de fabricantes.
c) Clculo del rendimiento por medio de tablas proporcionadas por
el fabricante.-Los fabricantes de equipos cuentan con manuales
donde justifican los rendimientos tericos de las mquinas que
producen para determinadas condiciones de trabajo. Los datos se
basan en pruebas de campo, simulacin en computadora,
investigaciones en laboratorio, experiencia, etc.
Debe de tomarse en cuenta sin embargo, que todos los datos se
basan en un 100% de eficiencia, algo que no es posible conseguir ni
an en condiciones ptimas en obra. Esto significa, que al utilizar
los datos de produccin es necesario rectificar los resultados que
se obtienen por los mtodos anteriores mediante factores adecuados a
fin de determinar el menor grado de produccin alcanzada, ya sea por
las caractersticas del material, la habilidad del operador, la
altitud y otro nmero de factores que pueden reducir la produccin de
un determinado trabajo.
MATERIALES Y FACTORES VOLUMETRICOS DE CONVERSION.
En los. Movimientos de tierra y roca, la consistencia y dureza
de los diferentes materiales determina:
El mtodo de trabajo a adoptar El tipo de mquina a emplear El
rendimiento de las mquinas elegidas y por consiguiente el
costo.
La naturaleza del terreno influye considerablemente en la
excavacin, carga, transporte y descarga. Influye tambin en la forma
que se le dar a las obras como consecuencia de la estabilidad de
los taludes.Segn sus posibilidades de extraccin se distinguen dos
categoras de terrenos sueltos, los que se pueden extraer
directamente por medios manuales o .mecnicos (material I y II) Y
terrenos rocosos, (material nI), los que requieren una disgregacin
previa a su extraccin generalmente por medio de explosivos.
1.- TERRENOS SUELTOS.
a) Terrenos ligeros: tierra vegetal seca, arena seca, grava
fina.
b) Terrenos Ordinarios: tierra vegetal hmeda, tierra mezclada
con arena, arena hmeda, arena arcillosa compacta, grava fina
arcillosa compacta, grava gruesa, turba.
c) Terrenos pesados: arcilla hmeda, marga compacta, aglomerados
disgregados.
d) Terrenos muy pesados: arcilla hmeda marga compacta,
aglomerados consistentes, gneis blando, pizarra, piedras calizas
resquebrajadas, rocas descompuestas.e) Estos terrenos son tanto ms
difciles de extraer cuando ms agua y arcilla contienen (terrenos
adherentes).
2.- TERRENOS ROCOSOS.
a) Rocas Blandas: caliza, blanda, creta, gneis, pizarra
compacta, conglomerados.b) Rocas duras: caliza dura, granito
gneis.c) Rocas muy duras: granito y gneis compactos, cuarzo,
cuarcita, sienita, prfido, basalto.
TRACTOR.
Calculo del rendimiento de los tractores con cuchilla.En
excavaciones y rellenas se emplea la frmula que se indica a
continuacin para calcular el rendimiento en metros cbicos por hora,
pero antes debe seleccionarse la cuchilla ms eficaz, segn la clase
de trabajo por efectuar.
V = C.E. 60 / T. F.
Donde:V = Rendimiento en m3 / hora de suelo compacto.C =
Capacidad de la cuchilla en m3 suelto.F = Coeficiente de
abundamiento del suelo.E = Coeficiente de eficacia del dozer.T =
Duracin del ciclo en minutos.60= Nmero de minutos en una hora.
Ejemplo: dados los siguientes datos, calcular el rendimiento del
tractor
C = 6m3; E = 0.8; F = 1.25
Distancia media de transporte = 50.00 mVelocidad de recorrido =
3 km/hVelocidad de regreso = 6 km/h
Solucin: para calcular el tiempo T, recurdese que se integra con
los tiempos fijos y los variables. Los primeros incluyen los
cambios de velocidad, que puede estimarse en 10 segundos. Los
tiempos variables dependen de las velocidades, por lo tanto.
T = 2 x 10s / 60s + 50m x 60min / 3000 m + 50 x 60 in / 6000 mT
= 0.33 + 1.0 + 0.5 = 1.83 inV = 6 x 0.80 x 60 / 1.83 x 1.25 = 125.9
m3 / hr. V = 125.90 m3/hr
Parte de este volumen se pierde a travs de la distancia de
acarreo, por ello conviene colmar la cuchilla para compensar esta
prdida que se calcula en 5% por cada 25 30 m de recorrido.Como una
norma puede establecerse que una cuchilla empuje 1.30 m3/m2 de su
propia superficie, en material cuyo paso volumtrico sea 1600 kg/m3
y con una eficacia de 100% del equipo. Se sobreentiende que el
material est suelto y que la operacin se lleva a cabo sobre un
terreno plano y slido.
Los factores de correccin aplicables a la produccin
estimada.
De acuerdo al tipo de operador son:
OperadorFactor de correccin
Excelente 1.00
Bueno 0.75
Deficiente 0.0.60
De acuerdo al tipo de material:
Tipo de materialFactor de correccin
Material suelto amontonado.1.20
Difcil de cortar, congelado. Con cilindro de inclinacin
lateral0.80
Sin cilindro de inclinacin lateral0.70
Difcil de empujar, se apelmaza (material seco, no cohesivo o
material pegajoso)0.80
Roca desgarrada o dinamitada0.60.0.80
Empuje por mtodo de zanja1.20
Empuje con dos tractores juntos1.15-1.25
Visibilidad: polvo, lluvia, nieve, niebla u oscuridad0.80
Eficiencia del trabajo
50 in/h0.84
40 in/h0.67
Transmisin directa (tiempo de 0.1 in)0.80
Hoja angulable A0.30-0.75
Se pueden dar adems las siguientes normas: A mayor velocidad,
menor estabilidad El rendimiento disminuye con la irregularidad de
la superficie de rodamiento. Las cargas excesivas, disminuyen
efectividad. Terraplenes o rellenos nuevos pueden ceder con el peso
del tractor. Superficies rocosas pueden provocar deslizamientos
laterales.
UTILIZACIN DE LOS DOZERSEn el cuadro siguiente se describe en
forma sucinta la utilizacin de tractores y cuchillas.
DESCRIPCINDEL TRABAJOSU EMPLEOVENTAJASLIMITACIONES
Caminos de accesoDesviaciones y pasos provisionalesRocas
expuestas no dinamitadas
DesmonteRemocin de pasto, (yerbas, arbustos y rboles)rboles
grandes
Limpieza superficialDespalme de la capa superficial para almacn
o desperdicioRendimiento elevado en cortes ligeros.Acarreo
deficiente en distancia largas
Trabajos preliminaresSistema de drenaje: abierta de cortes,
principios de rellenosPuede trabajar en reas restringidas.Rocas
expuestas acarreo deficiente a distancia larga
Excavaciones con acarreo cortoRellenos, zapatas cortes,
principio de rellenos en obras de arteMovilidad y gran volumen de
produccinRocas
Excavaciones con acarreo largoSlo como emergencia
TaludesEquipo adecuado
ExtendidoMaterial en montones provenientes de acarreos de
camiones.Empuje del material en cualquier direccin hacia el lugar
de destinoInapropiado para el acabado final
RellenosReposicin de material en zanjas o alrededor de
estructuras.Fcil de maniobrar
CompactacinCompactacin ligera del material de relleno. Su uso es
especificado en materiales no cohesivosGran ayuda obtenida al
extender capas delgadas mientras se aplana
AcabadoAfinamiento de la rasanteManiobra rpida, tanto hacia los
costados como hacia adelanteNo se puede hacer el acabado final.
UTILIZACIN DE DOZERS
EL BULLDOZER.
Los bulldozer son tractores dotados de una cuchilla frontal
rgidamente unida a l, que forma un ngulo de 90 con el eje del
tractor. La cuchilla tiene movimiento vertical.
Se emplea para realizar excavaciones superficiales en terrenos
compactos, para la limpieza de capas vegetales y extendido de
tierras y rido.
La distancia ptima de trabajo es hasta 100 m y velocidad hasta
10 Km/h montado sobre orugas y hasta 25 Km/h montado sobre
neumticos
El angledozer es similar al bulldozer, pero con posibilidad de
dar a la cuchilla giro en plano horizontal. La cuchilla est ms
separada de la mquina y no forma un conjunto tan rgido, resultando
menos apropiados los angledozer para los trabajos de potencia. En
las especificaciones tcnicas de los diferentes fabricantes, estn
detalladas las dimensiones, los pesos, los sistemas internos de
configuracin,incluso las curvas que caracterizan el esfuerzo.
Figura 5.1. Bulldozer DD80(L) de DAEWOO.
ESFUERZO DE EXCAVACIN
En la excavacin del material se realiza un esfuerzo, evaluado
por la siguiente relacin:Ee = [C1+C2H] l
Siendo:Ee : Esfuerzo arranque en Kg. h : Espesor tongada en cm.H
: Altura tierras arrastradas en cm. C1 y C2 CoeficientesEn el
momento de empezar la excavacin h = H, permitiendo evaluar el
espesor inicial de la tongada a excavar en funcin del esfuerzo
disponible.
C1C2
Tierra comn1406.5
Arena y grava1159
Piedra suelta1908
Arcilla o material granular2307
Tabla 5.3 Valores de los coeficientes C1 Y C2
RENDIMIENTO
El rendimiento de bulldozer viene dado por la frmula
siguiente:
Rm3
hVc 60 Fe Ct n Tc
Vc : Capacidad de la cuchilla, en m3 de material esponjado.Fe :
Factor de eficacia de la mquina. No se puede lograr que la mquina
trabaje de forma continuada. Su mayor o menor eficacia depende del
conductor, estado de la mquina, clase de terreno y tipo de trabajo.
El factor de eficacia suele varia entre el 70% y el 80%.Ct :
Coeficiente de transformacin. Se pueden establecer los valores
medios del siguiente cuadro, segn que el material transportado por
la mquina se cubique s/perfil, esponjado VOLUMEN (m3)
CLASE DE TERRENOS/PERFILESPONJADOCOMPACTADO
Tierra Arcilla Arena1.001.001.001.251.401.100.900.900.95
o compactado.
Tc : Tiempo empleado en el ciclo, en minutos. Es la suma del
tiempo fijo y del tiempo variable. Tiempo fijo es el que se emplea
en maniobras El tiempo variable depende de la distancia y de la
velocidad de marcha.N : Coeficiente de gestin, acoplamiento al tajo
y adaptacin. Vara entre 0.8 y 0.9.
CICLO DE TRABAJO PILOTO
Puesta e movimiento e hinca de la hoja . 5 seg.
Excavacin .
Lexc Vexc
Parada . 2 seg. Giro . 2 seg. Inversin de marcha 1 seg.
Retroceso
Lretroc Vretroc
Parada . 2 seg. Giro . 2 seg. Inversin de marcha 1 seg.
ACTIVIDAD DE RIPADO.
En terrenos muy compactos es necesario utilizar un bulldozer
para ripar la superficie, siempre que sta no exceda el valor de
3500m/seg de velocidad ssmica.
La gran importancia econmica del ripado reside en el
abaratamiento del costo de extraccin de ciertos materiales que no
son excavables directamente. El parmetro que decide si un terreno
es ripable o no es su velocidad ssmica.
Vs: VELOCIDAD SSMICA (m/seg.)RIPABILIDAD
Vs