MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCION Ing. Jaime Ayllón Acosta - 2012 Página 1 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
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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
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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
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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:
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.
1.4.1 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.
𝐹𝑉 =𝛿𝑠𝛿𝑏
=𝑀𝑏
3
𝑀𝑠3
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𝑀𝑏𝑎𝑛𝑐𝑜3 = 𝑀𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜𝑠
3 × 𝐹𝑉
Factor de compresibilidad: Es el factor que relaciona el volumen de material compactado y el
volumen en banco.
𝐹𝐶 =𝛿𝑏
𝛿𝑐=
𝑀𝑐3
𝑀𝑏3
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?
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
1.5 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
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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".
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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:
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.
WKR RR
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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.
B
B
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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
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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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Tabla3. Factores de conversión de los volúmenes de tierra
Tipo de suelo Condición inicial
Condición de la tierra para trabajar
Banco Suelta Compactada
Arena
Banco 1,00 1,11 0,95
Suelto 0,90 1,00 0,86
Compactado 1,05 1,17 1,00
Arcilla Arenosa
Banco 1,00 1,25 0,90
Suelto 0,80 1,00 0,72
Compactado 1,11 1,39 1,00
Arcilla
Banco 1,00 1,43 0,90
Suelto 0,70 1,00 0,63
Compactado 1,11 1,59 1,00
Cascajo
Banco 1,00 1,18 1,08
Suelto 0,85 1,00 0,91
Compactado 0,93 1,09 1,00
Grava
Banco 1,00 1,13 1,03
Suelto 0,88 1,00 0,91
Compactado 0,97 1,10 1,00
Grava sólida o
Resistente
Banco 1,00 1,42 1,29
Suelto 0,70 1,00 0,91
Compactado 0,77 1,10 1,00
Caliza fragmentada
Arenisca y rocas blandas
Banco 1,00 1,65 1,22
Suelto 0,61 1,00 0,74
Compactado 0,82 1,35 1,00
Granito fragmentado,
basalto y rocas duras
Banco 1,00 1,70 1,31
Suelto 0,59 1,00 0,77
Compactado 0,76 1,30 1,00
Rocas fragmentadas
Banco 1,00 1,75 1,40
Suelto 0,57 1,00 0,80
Compactado 0,71 1,24 1,00
Rocas dinamitadas
Banco 1,00 1,80 1,30
Suelto 0,56 1,00 0,72
Compactado 0,77 1,38 1,00
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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:
Donde:
TqNqQ
60
ZR
dD
A
DT
)(
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D = Distancia de acarreo (m )
A = Velocidad de avance (m/min )
R = Velocidad de retroceso (m/min )
d = Distancia de corte (m)
Z = 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.
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.
La
x
290.0q
a0.90a
x
A
d
A
dZ
2
2
tan
90.0 ax
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α = 40º (varia según el tipo de material)
La0.48q2
Donde: a = alto de la hoja topadora
L = ancho de la hoja topadora
Producción teórica
T
qQT
60
T
La
TLaQT 22 29
6048.0
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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PENDIENTE (%)
FA
CT
OR
(p
)
Factor de pendiente
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.
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.
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
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Tabla 7. Factor de eficiencia de trabajo
CONDICIONES DE TRABAJO “t” “o” “E”
Excelentes 60/60 1.0 1.0
Buenas 50/60 0.9 0.75
Regulares 45/60 0.8 0.60
Deficientes 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:
)1(
******29 2
hT
EpFmLaQ 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
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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.
T
qQ60
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 acconVelocidad
ciaDis
V
Dt
C
Aarg
tan
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 acVelocidad
ciaDis
V
Dt
R
Rargsin
tan
tv = Tiempo de virajes (representa el tiempo de las maniobras para colocarse en
posición de iniciar un nuevo ciclo)
RC
vevreaV
D
V
DttttttttT 11
Tabla 9: Tiempo de carga, de esparcido, de giro y tiempo fijo
Condiciones de
trabajo
Tiempo de
carga t1
Tiempo de
esparcido te
Tiempo de
virajes tv tF = t1 + te + tv
Excelente 0.90 0.60 0.50 2.00
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Promedio 1.10 0.80 0.70 2.60
Desfavorable 1.60 1.40 1.00 4.00
2.2.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LAS
MOTOTRAILLAS
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 Kc
Arcilla 0.7
Arcilla Arenosa 0.8
Arena 0.9
Arcilla o arena densa mezclada con canto rodado 0.65
Tierra Magra 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 FACTOR
Plano y firme 0.98
Mal conservado pero firme 0.95
De arena y grava suelta 0.90
Blando y sin conservación 0.85
2.2.4. PRODUCCION REAL DE LAS MOTOTRAILLAS
h)T(1
Emrpkq60Q c
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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
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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.
TqQT
60
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
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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
DE
TRABAJO
ANGULO DE GIRO Y TAMAÑO DEL CUCHARON EN m3
Angulo de 45 a 90` Angulo de 90 a 1 SO"
< 0,5 m
3
0,5 a 1
M3
1 a 2
M3
2 a 3
M3
< 0,5
M3
0,5 a 1
M3
1 a 2
M3
2 a 3 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.
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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 EXCAVADORAS
De acuerdo a las consideraciones anteriores la productividad real de las excavadoras será:
h)T(1
Ekm60qQ
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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
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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.
TqQT
60
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
CONDICIONES
DE CARGA
FORMA DE CARGADO Y TAMAÑO DEL CUCHARON
CARGADO EN "V” CARGADO EN CRUZ
<3 M3 3.1 a. 5
M3 >5 M3 <3 M3
3.1 a. 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
CONDICIONES
DE CARGA
FORMA DE CARGADO Y TAMAÑO DEL CUCHARON
CARGADO EN "V” CARGADO EN CRUZ
<3 M3 3.1 a. 5 M3 <3 M3 3.1 a. 5 M3
FACIL 0,7 0,75 0,7 0,75
PROMEDIO 0,75 0,85 0,75 0,85
MOD. DIFICIL 0,9 0,95 0,9 0,95
DIFICIL 0,95 1,0 0,95 1,0
*Fuente: Costos de Construcción Pesada y Edificación Leopoldo Varela Alonzo
2.4.5. PRODUCCION DE LOS CARGADORES FRONTALES
EN CARGA Y ACARREO
Los cargadores frontales también pueden efectuar trabajos de carga y transporte en distancias
relativamente cortas, no mayores a 300 metros y sobre plataformas con capas de rodadura
compactada y uniforme. Este tipo de trabajo se realiza en las plantas de trituración, en las plantas
de asfalto, en las plantas de hormigón, etc. En este caso se debe incrementar su ciclo de trabajo
incluyendo los tiempos que corresponden al recorrido de ida y de retorno, además de un tiempo
fijo para el llenado y descarga del cucharón, y los virajes.
T
qQ60
ZV
D
V
DT
RC
Donde:
D = Distancia de acarreo en metros
Z = Tiempo fijo
VC = Velocidad con carga en m/min.
VR = Velocidad de retorno en m/min.
Las velocidades de trabajo se pueden utilizar de la información del fabricante, de acuerdo al tipo
de maquina y las condiciones de las vías de circulación.
De manera referencial, para condiciones promedio de operación se pueden adoptar valores en los
rangos siguientes:
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Tabla 14. Velocidades de acarreo en condiciones promedio
Condición de Trabajo Marcha Adelante
(Km/hra)
Marcha Atrás
(Km/hra)
Con Carga 6.8 a 8 7 a 8.2
Sin Carga 12 a 13 12 a 14
TIEMPO FIJO ( Z )
El tiempo fijo Z está compuesto por los tiempos parciales siguientes:
321 tttZ
t1 = tiempo de cargado 0.20 a 0.35 min.
t2 = tiempo de giro 0.15 “
t3 = tiempo de descarga 0.10 “
Tiempo Fijo ( Z ) = 0.45 a 0.60 min.
2.4.5.1. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCCION DE LOS CARGADORES
FRONTALES Y DE LAS PALAS MECANICAS
Para obtener la producción real de los cargadores frontales y las palas mecánicas se deberá
corregir la producción teórica aplicando los factores de pendiente, de eficiencia del trabajo y de
cucharón o acarreo. Los dos primeros tienen los mismos valores que los considerados para los
equipos anteriormente descritos. Cuando estas máquinas realizan trabajos de carga y transporte se
deberá considerar, además, el factor de resistencia a la rodadura.
FACTOR DE CUCHARON O DE ACARREO
Representa la disminución del volumen de material cargado al cucharón, debido al derrame
producido en la operación de levante y descarga, varia de acuerdo a la forma, humedad y tamaño
de las partículas.
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Tabla 15. Valor "k" de acuerdo a las condiciones de trabajo
Condiciones de Operación Factor "k"
Cargado del cucharón fácil: cargado desde un acopio de tierra, o desde un montón de roca excavada
por otra máquina, el cucharón puede llenarse fácilmente. Se utiliza para arena, suelo arenoso, suelo
arcilloso con buen contenido de agua.
0,90 a 1.00
Cargado del cucharón en condiciones promedio: el cargado de tierra suelta desde el acopio es más
difícil, pero se puede llenar el cucharón. Se utiliza para arena, suelo arenoso, suelo arcilloso, grava sin
cernir, grava compactada.
0.85 a 0.95
Cargado del cucharón moderadamente difícil: difícil cargar cucharón lleno. Se utiliza para roca
pequeña acopiada por otra máquina, roca molida, arcilla dura, arena mezclada con grava, 0.80 a 0.85
Cargado difícil: difícil cargar el cucharón. Se utiliza para rocas grandes de forma irregular que forman
grandes espacios de aire, roca excavada con explosivos, piedras grandes, etc. 0.75 a 0.80
*Fuente: Manual de rendimiento KOMATSU
Este factor también se puede valorar en función del tamaño de las partículas de suelo, de acuerdo
a la tabla siguiente:
Tabla16. Factores de acarreo “k”
TAMAÑO FACTOR DE ACARREO “k”
Agregados húmedos mezclados 0,95 – 1,00
Agregados de 3 a 10 mm 0,95 – 1,00
Agregados uniformes hasta 3 mm 0,90 – 0,95
Agregados de 12 a 20 mm 0,85 - 0,90
Agregados mayores a 20 mm 0,80 - 0,85
Mezcla de tierra y roca 0,90 – 1,00
Roca de Voladura
Bien fragmentado 0,80 – 0,95
Fragmentación mediana 0,75 – 0,90
Mal fragmentada (con bloques o lajas) 0,60 – 0,75
*Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLAR
De acuerdo a las consideraciones anteriores la productividad real de los cargadores frontales y de
las palas mecánicas se podrá calcular utilizando la siguiente expresión:
h)T(1
Ekp60qQ
q = Volumen del cucharón
T = Duración del ciclo
k = Factor de cucharón
p = Factor de pendiente
h = Incremento del ciclo por altura
E = Factor de eficiencia de trabajo
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2.5. EQUIPO DE TRANSPORTE O ACARREO
2.5.1 DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
Entre el equipo utilizado para el transporte podemos citar a los camiones, volquetes, vagones,
remolques, traíllas, mototraíllas, etc. Estas unidades se utilizan en la construcción, para el
transporte del cemento, fierro, agregados, etc. En las construcciones viales, para el acarreo de
materiales desde los yacimientos o bancos de préstamo hasta los rellenos o terraplenes, para el
transporte de materiales clasificados con destino a las capas sub - base, base y para la
estabilización de plataformas o caminos de tierra, para transporte de mezclas asfálticas, etc.
2.5.1.1. CAMIONES DUMPERS
Son camiones de mayor capacidad y potencia que los volquetes, con una carga útil superior a 20
ton. la diferencia con los volquetes es que su chasis, motor y caja basculante se fabrican como
una unidad conjunta. Los camiones dumpers tienen dos variantes en cuanto a su uso específico,
dumpers para movimiento de tierras y dumpers para roca:
Los dumpers para movimiento de tierras están montados siempre sobre tres ejes, son construidos
para obras de largo alcance, con la capacidad necesaria para vencer las dificultades de caminos de
tierra mal conformados y cargar pesos ente 20 y 36 Ton, para lo cual están provistos de motores
con potencias que varían de 180 a 400 HP. Su caja de carga generalmente tiene doble o triple
fondo para resistir los impactos de la carga.
Los dumpers para roca están montados sobre dos ejes, están construidas especialmente para el
transporte de materiales pesados, como ser rocas de gran tamaño de difícil acomodo. Por sus
características impresionantes de tamaño y elevado peso no deben circular por carreteras
pavimentadas, su ciclo de trabajo debe ser corto para obtener su mayor rentabilidad. Están
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equipados con motores diesel de 400 a 2000 HP de potencia, pueden transportar cargas con pesos
entre 36 y 250 Ton.
Su caja de carga está provista de una visera de protección, para evitar daños al techo de la cabina,
además de un refuerzo especial para soportar el impacto de los materiales pétreos.
2.5.1.2. VOLQUETES
Se utilizan para el transporte de tierra, agregados y otros materiales de construcción. Debido a las
altas velocidades que son capaces de desarrollar requieren de caminos adecuados, que faciliten el
aprovechamiento de su capacidad de transporte, a costos relativamente bajos.
Los volquetes son camiones fabricados en serie, con dos o tres ejes provistos de neumáticos,
sobre los cuales en vez de carrocería se ha montado una caja o tolva basculante. Pueden transitar
por carretera o terreno llano siempre que tenga la resistencia necesaria para soportar su peso, se
fabrican con capacidades entre 4 y 30 Ton, con motores a diesel o gasolina de 65 a 250 HP. La
caja de carga o tolva es de fabricación robusta, de acero de alta resistencia, dotada de un sistema
hidráulico de elevación, formado por uno o dos pistones accionados por la toma de fuerza del
motor y un eje de transmisión que está conectado a una bomba hidráulica.
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VENTAJAS DE LOS VOLQUETES DE ACUERDO A SU CAPACIDAD
VOLQUETES PEQUEÑOS VOLQUETES DE GRAN CAPACIDAD
Fáciles de maniobrar, ventajoso para acarreos a
corta distancia.
Desarrollan velocidades más altas.
Es más fácil equilibrar el número de camiones con
la capacidad del cargador.
Mayor costo de operación por el número mayor de
chóferes que se requiere.
Mayor costo de adquisición por el mayor número
de volquetas necesario, para obtener una
determinada capacidad.
Mayor costo de mantenimiento, porque requieren
mayor cantidad de repuestos y más horas de mano
de obra.
Requieren menor inversión porque se necesita un
menor número de volquetes para el mismo
volumen de trabajo.
Menor número de camiones facilita el ciclo de
trabajo, evitando el embotellamiento y los tiempos
de espera.
Requieren menor número de chóferes.
Su mayor peso puede dañar los caminos de acarreo.
Mayor dificultad para equilibrar el número de
camiones con la capacidad del equipo de carga.
Requieren un cargador de mayor capacidad.
2.5.2. PRODUCTIVIDAD DE LOS VOLQUETES
La producción de los volquetes depende de la distancia de transporte, de la velocidad que puede
desarrollar la máquina, del estado del camino, de las características del equipo de carga, de la
habilidad del chofer, etc.
V
TT
60CQ
Cqn C
Donde:
C = Producción por ciclo m3/ciclo
TV = Duración del ciclo del volquete en min.
n = Número de ciclos necesarios para que el equipo de carga llene el volquete
qC = Capacidad del cucharón colmado (m3) (del cargador frontal o excavadora)
k = Factor de cucharón o de acarreo
SueltoMatC Kq
TonVolquetedelalNoCapacidadn
.
)(min
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2.5.2.1. ESTIMACION DE LA DURACION DEL CICLO
La duración del ciclo de trabajo de un volquete, está compuesta por los siguientes tiempos:
Tiempo de carga "T1"
Es el tiempo necesario par que el cargador llene el volquete (depende de la capacidad y el ciclo
del equipo de carga).
Tcnt 1
Dónde: Tc = Ciclo del equipo de carga
Tiempo Fijo
Esta formado por:
t2 = Tiempo de descarga más el tiempo de espera para iniciar esta operación
t3 = Tiempo para maniobras del volquete y para que el cargador empiece la operación de carga
De acuerdo a las condiciones de operación, se puede adoptar los tiempos fijos siguientes:
Tabla 19. Tiempo fijo
CONDICION DE OPERACION t2 (min) t3 (min) tf = t2 + t3
Favorables 0.5-0.7 0.10-0.20 0.60-0.90
Promedio 1.0-1.3 0.25-0.35 1.25-1.65
Desfavorables 1.5-2.0 0.40-0.50 1.90-2.50
Tiempo de acarreo (ta)
Es el tiempo necesario para que el volquete cargado recorra la distancia existente hasta el lugar
de destino. Depende de la distancia de acarreo "D" y de la velocidad que desarrolla el volquete
con carga.
C
aV
Dt
Donde:
D = Distancia de acarreo (m)
VC = Vel. con carga en m/min.
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Tiempo de Retorno (tR)
Es el tiempo que la volqueta requiere para regresar al lugar donde se encuentra el equipo de
carga. Depende de la distancia de acarreo "D" y la velocidad que puede desarrollar la volqueta
vacía.
R
RV
Dt
Donde: VR = Vel. de la volqueta vacía m/min.
De acuerdo a lo anterior la duración del ciclo de trabajo del volquete será igual:
RttttT a1fV
RC
fCVV
D
V
DtTnT
Donde:
n = Nº de ciclos del equipo de carga necesarios para llenar el volquete
TC = duración del ciclo del equipo de carga (min)
tf = tiempo fijo de la volqueta (min)
D = distancia de acarreo (m)
VC = velocidad con carga (m/min)
VR = velocidad volqueta vacía (m/min)
En caminos medianamente conservados las velocidades referenciales que pueden desarrollar los
volquetes en condiciones promedio, son las siguientes:
Tabla 20. Velocidades de trabajo
CONDICIONES DE TRABAJO VELOCIDAD EN KM/ HORA
D<1KM D=295KM D>5KM
CON CARGA Camino plano 20-25 30-35 35-40
Con subidas y bajadas 15-20 18-24 20-25
SIN CARGA Camino plano 25-30 35-40 45-50
Con subidas y bajadas 20-25 30-36 36-42
2.5.2.2. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LOS VOLQUETES:
Para calcular la productividad real, se deben considerar los factores correspondientes a la
resistencia a la rodadura, la pendiente del camino y la eficiencia del trabajo; a los dos últimos se
les asigna los mismos valores que a los equipos anteriormente considerados, con la diferencia de
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que el factor de operación puede tener un valor mayor, debido a la mayor oferta de chóferes
calificados.
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 utilizar los valores siguientes:
Tabla 21. Resistencia a la rodadura
CONDICIONES DEL CAMINO FACTOR "r"
Plano y firme 0.98
Mal conservado pero firme 0.95
De arena y grava suelta 0.90
Blando y sin conservación 0.85
De acuerdo a lo escrito anteriormente, la productividad real de los volquetes se calculará
utilizando la siguiente expresión.
H)T(1
Erp60CQ
TRABAJO COMBINADO DE VOLQUETES CON EQUIPO DE CARGA
En el trabajo combinado que normalmente realizan los volquetes y los equipos de carga, es
deseable que la capacidad de operación de los volquetes sea igual al de los cargadores, para evitar
los tiempos de espera, esto ocurrirá si se encuentran las condiciones que satisfagan la siguiente
ecuación:
QVOLQUETA * M = QCARG. O EXC. * N
(1) (2)
Donde: N = Número de cargadores o excavadores
M = Número de volquetes
Si (1) > (2) Los volquetes tienen una capacidad excedente.
Si (1) < (2) Los cargadores tienen una capacidad excedente.
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2.6. CAMIONES AGUATEROS
Son tanques de agua cilíndricos, montados sobre chasis de camión, que se utilizan para el regado
de terraplenes, con el fin de conseguir la humedad óptima especificada para una obra y facilitar el
trabajo de compactación. Los tanques de acuerdo a la potencia del motor y el número de ejes del
camión, pueden tener una capacidad que varía de 2.000 a 30.000 lts.
Están equipados con un regador horizontal en la parte trasera y debajo del tanque, el sistema de
vaciado del agua puede ser por gravedad o a presión, en cuyo caso estará equipado con una
bomba de agua; comparativamente el vaciado a presión ofrece mayores ventajas.
2.6.1. PRODUCTIVIDAD DE LOS CAMIONES AGUATEROS
La producción de los camiones aguateros depende de la distancia de transporte, de la velocidad
que puede desarrollar la máquina, del estado del camino, de la capacidad de las bombas de agua,
de las condiciones de descarga, etc.
A
TT
CQ60
Donde: C = Capacidad del tanque en litros
TA = Duración del ciclo del camión aguatero en minutos
Duración del Ciclo " TA "
El ciclo del camión aguatero está determinado por la suma de los tiempos parciales siguientes:
Tiempo de Carga "t1": Es el tiempo necesario para llenar de agua el tanque del camión,
utilizando bomba o por gravedad. Si se utiliza una bomba será igual a:
𝒕𝟏 =𝑪
𝑱 Siendo J = rendimiento de la bomba en lts/min. :
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Para una bomba de 2" J = 215 Lts/min
Para una bomba de 3" J = 480 Lts/min
Para una bomba de 4" J = 850 Lts/min
Tiempo Fijo "tF": Representa el tiempo que demandan las maniobras para que el camión se
ubique en el lugar de carga y para que la bomba de agua empiece a funcionar. En condiciones
promedio se puede asignar valores que varían de 1 a 1,5 min.
Tiempo de Descarga "t2": Es el tiempo que demora el camión en vaciar el agua, a través del
regador, en la superficie del relleno. En promedio se puede considerar un caudal de vaciado de
400 a 600 Lts/Min, por lo cual:
VJ
Ct 2
Donde: Jv = Caudal de vaciado 400 a 600 lt/min
Tiempo de Acarreo "ta": Es el tiempo necesario para que el camión aguatero cargado se
traslade desde la fuente de agua hasta el sector de trabajo.
C
aV
Dt
donde: D = Distancia de acarreo en metros
VC = Velocidad del camión cargado en m/min.
IEMPO DE RETORNO "tr": Es el tiempo que el camión utiliza para retornar a la fuente de
agua.
r
rV
Dt
Donde: Vr = Velocidad del camión vacío en m/min.
De acuerdo a lo anteriormente expuesto, la duración del ciclo de un camión aguatero será igual a:
rC
rafAV
D
V
DC
J
CtttttT
500min25.121
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min25.1500
rC
AV
D
V
DC
J
CT
Las velocidades que pueden desarrollar los camiones aguateros son similares a las velocidades
sugeridas para la productividad de los volquetes.
2.6.2. PRODUCTIVIDAD EN FUNCION DEL MATERIAL HIDRATADO
En la construcción de terraplenes, la cantidad de agua que se requiere agregar a los materiales
para obtener una humedad adecuada para la compactación, depende del tipo de material y de su
humedad natural, esta cantidad se determina en laboratorio mediante el Ensayo de Compactación
(Proctor Estándar o Modificado). El resultado obtenido es un porcentaje de agua en relación al
peso del material
En condiciones promedio, la cantidad de agua requerida es igual al 6 %. Por ejemplo para un
suelo con un peso específico de 1.500 kg/m3, la cantidad de agua para 1 M3 de material será igual
a 90 litros.
Si [i] es la cantidad de agua en litros requerida por cada metro cúbico de suelo La productividad
del camión aguatero, en función de los metros cúbicos de material hidratado será igual a:
Hora
HidratM )(3
ATi
C60Q
2.6.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE CAMIONES AGUATEROS
Para calcular su productividad real, se deben considerar los factores correspondientes a la
resistencia a la rodadura, la pendiente del camino y la eficiencia del trabajo. Los valores de estos
factores son iguales a los considerados para la productividad de los volquetes.
)1(
60
hTi
EprCQ
A
TA = Duración del ciclo [min]
C = Capacidad del tanque [Litros]
r = Resistencia a la rodadura
i = Cantidad de agua [Litros/M3]
p = Factor de pendiente
E = Factor de eficiencia de trabajo
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2.7. EQUIPO PARA LA CONSTRUCCION DE TERRAPLENES
2.7.1. MOTONIVELADORAS
2.7.1.1 DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
Están compuestas de un tractor de cuatro ruedas, que en su parte delantera tiene un brazo largo o
bastidor apoyado en un tren delantero de dos ruedas, las cuales son de dirección. La máquina está
equipada con una hoja de corte montada entre sus ejes delantero y trasero, la cual está dotada de
movimientos vertical y horizontal, de rotación y de translación en su propio plano. El
movimiento horizontal de la hoja varía de 0° a 180° en relación al eje longitudinal de la máquina,
y en el plano vertical su inclinación puede llegar a 90° en relación al suelo.
La gran movilidad de esta hoja le permite situarse con precisión en diversas posiciones, puede girar
horizontalmente mediante la rotación del círculo de giro, e inclinarse lateralmente con relación a su
eje vertical, también puede inclinarse con relación a su eje horizontal, además puede desplazarse
vertical y lateralmente, lo cual le permite cortar, mezclar, nivelar y botar a un costado el material de
exceso.
Las motoniveladoras tienen amplia maniobrabilidad y radio corto de viraje, debido a su bastidor
articulado y a las ruedas delanteras de viraje cerrado. Sus ruedas delanteras tienen inclinación lateral
con respecto a sus propios ejes, lo que les permite adaptarse fácilmente a los desniveles del terreno y
soportar empujes laterales cuando trabaja con la cuchilla inclinada.
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Están dotadas de un escarificador frontal que opcionalmente se acomoda en la parte delantera o
trasera del equipo. Este aditamento se utiliza para aflojar el suelo cuando el material a ser cortado
se presenta muy duro. El escarificador normalmente está compuesto de 11 dientes removibles que
pueden ser ajustados hasta una profundidad de 30 cm. Si el suelo fuera demasiado duro, se puede
reducir el número de dientes.
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Escarificador montado en la parte delantera
Escarificador montado en la parte trasera
Estas dimensiones varían según la marca y el modelo.
La potencia de su motor varía de 115 a 500 HP, con la que son capaces de alcanzar velocidades de
hasta 45 Km/hora, cuando se desplazan de un lugar a otro sobre caminos bien conformados.
Las motoniveladoras tienen uno o dos ejes de tracción, pudiendo ser de eje trasero sencillo o de eje
trasero en tándem. Las de eje simple se denominan moto conformadoras y se utilizan para el
mantenimiento de carreteras pavimentadas. Las de mayor uso son las de eje trasero en tándem, con
su eje delantero articulado al brazo del bastidor, esta disposición ofrece mayores ventajas que le
permiten nivelar con mayor precisión, gracias a que el eje tándem absorbe las oscilaciones de la
máquina producidas por los desniveles del terreno.
Por ser una máquina de comandos sensibles, usada en operaciones de acabado, su rendimiento
operacional depende en gran manera de la buena organización de su trabajo y de la habilidad del
operador.
Las motoniveladoras son máquinas especialmente construidas para efectuar trabajos de mezclado,
conformación, nivelación y afinado, entre los cuales se pueden citar los siguientes:
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Conformación y nivelación de Plataformas y de terraplenes
Mezclado, revoltura y extendido de materiales
Extendido de ripio y de mezclas asfálticas
Perfilado y afinado del movimiento de tierras
Apertura y limpieza de cunetas de drenaje superficial
Remoción y desbroce de vegetación
Conformación y mantenimiento de taludes de corte
Regularización de capas que serán compactadas en los terraplenes
Mantenimiento de caminos en general
2.7.1.2. PRODUCTIV1DAD DE LAS MOTONIVELADORAS
La productividad de las motoniveladoras depende de las dimensiones de su hoja de corte, del tipo
de suelo, de la velocidad que puede alcanzar la máquina, de la distancia de trabajo, del número de
pasadas necesario para ejecutar el trabajo, del espesor o profundidad de la capa, de la habilidad
del operador, etc.
hra.
m
TN
)L(Ld60Q
2
oeAT
hra.
m
TN
)L(Led60Q
3oe
T
Dónde:
QAT = Productividad teórica en área [m2/hra]
QT = Productividad teórica en volumen [m3/hra]
d = distancia de trabajo recorrida por el equipo [metros]
e = espesor de la capa, definida en función de la especificación que rige la obra [metros]
Le = ancho útil en cada pasada, (depende del ángulo elegido para la hoja de corte)[m]
Lo = ancho de traslape [m]
N = número de pasadas necesarias para ejecutar el trabajo
T = tiempo de duración del ciclo de trabajo para a ejecutar una pasada [minutos]
LONGITUD EFECTIVA DE LA HOJA (Le)
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Varía de acuerdo al ángulo de trabajo de la hoja de corte, su valor depende del tipo de trabajo, de
las características del material, del tamaño de la máquina, etc., en general se eligen ángulos en el
rango de 15 a 35 grados. En condiciones promedio β = 25 grados
Para un ángulo de 25º
L = Longitud de hoja
Le = Longitud efectiva de hoja
15º a 50º
ANCHO DE TRASLAPE
Representa el ancho de la faja que la máquina repasa entre la pasada anterior y la siguiente, en
condiciones normales se puede adoptar un valor promedio de 30 cm.
ESPESOR DE LA CAPA
En la construcción de terraplenes, se refiere al espesor de la capa de relleno, el cual puede ser
medido antes o después de la compactación, según el caso será espesor suelto [es], o espesor
compactado [ec]. En los trabajos de nivelación, escarificado, perfilado, reparación de caminos,
limpieza de maleza, conformación de subrasantes y reparación de caminos, la productividad de la
moto niveladora se calculará en superficie [m2/hra].
βCosLLe
L0.905cos LLo
e 2
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NUMERO DE PASADAS
Depende del tipo de trabajo que ejecutará la motoniveladora, de las características del material,
del ancho de la hoja y del espesor de la capa. En condiciones promedio se pueden utilizar los
valores referenciales de la Tabla 22.
VELOCIDAD DE TRABAJO
La velocidad es el factor más difícil de evaluar, porque en gran medida depende de la habilidad
del operador y del tipo de suelo donde se ejecuta el trabajo, además la velocidad depende de la
potencia del motor de la máquina, del espesor de la capa y del tipo de trabajo. Para condiciones
normales se puede utilizar, como referencia, los valores siguientes
Tabla 22. VELOCIDADES DE TRABAJO Y NÚMERO DE PASADAS
Tipo de Trabajo Velocidades [metros/hora] Numero de