Movimiento de Tierras Maquinaria

74
Tesis:La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento) LA MAQUINARIA PESADA EK MOVIMIENTO DE TIERRAS (DESCRIPCIÓN Y RENDIMIENTO) Roberto Vargas Sánchez

Transcript of Movimiento de Tierras Maquinaria

Page 1: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

LA MAQUINARIA PESADA EK MOVIMIENTO DE TIERRAS

(DESCRIPCIÓN Y RENDIMIENTO)

Roberto Vargas Sánchez

Page 2: Movimiento de Tierras Maquinaria

ITC

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN

TITULO

"La Maquinaria Pesada en Movimiento de Tierras (Descripción y Rendimiento)"

TESIS QUE SUSTENTA Roberto Vargas Sánchez

Para obtener el título de: Licenciatura en Ingeniería de Construcción

Diciembre de 1999

Con reconocimiento de validez oficial de estudios de la S.E.P. según acuerdo No. 952359 de fecha 15 de Noviembre de 1995

Page 3: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

A mis padres:

HÉCTOR VARGAS ESCAMILLA ANGELA SÁNCHEZ MUÑOZ

A mis hermanos:

LUIS HÉCTOR VARGAS SÁNCHEZ MARÍA ESTELA VARGAS SÁNCHEZ RAÚL VARGAS SÁNCHEZ

Por su apoyo incondicional

Roberto Vargas Sánchez

Page 4: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

ÍNDICE

Roberto Vargas Sánchez

Page 5: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Í N D I C E

LA MAQUINARIA PESADA EN MOVIMIENTO DE TIERRAS (DESCRIPCIÓN Y RENDIMIENTO).

1.-OBJETIVO 2

2.- JUSTIFICACIÓN 2

3.- INTRODUCCIÓN. 3

4.- ETAPAS DEL TRABAJO DE MOVIMIENTO DE TIERRAS. 6 4a.- Selección de equipo 6

4b.- Descripción de los trabajos ejecutados. 7

4c- Ángulo de reposo del material. 8

4d.- Movimiento de tierras. 13

4e.-Listado de la maquinaria empleada. 17

- Tractores. - Compactadores. - Excavadoras y cargadores. - Motos: Niveladoras y Escrepas. - Producción de agregados. - Volteos. - Pavimentadoras.

5.- CONCEPTO DEL RENDIMIENTO DE MAQUINARIA Y MÉTODOS PARA SU CALCULO. 34

5a.- Método gráfico. 35

5b.- Método mediante fórmulas. 48

5c- Método por observación directa. 63

6.- CONCLUSIONES. 6 5

Roberto Vargas Sánchez

Page 6: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

OBJETIVO Y JUSTIFICACIÓN

Roberto Vargas Sánchez

Page 7: Movimiento de Tierras Maquinaria

1.- OBJETIVO:

Exponer los diferentes métodos para rendimientos de maquinaria pesada en movimiento de tierras.

2.- JUSTIFICACIÓN:

Todo objetivo que la empresa constructora realiza tiene un cierto grado de dificultad, este problema lo ocaciona la falta de documentación respecto a rendimientos de maquinaria pesada.

La finalidad de este documento, es contribuir a la escasa bibliografía existente en cuanto a rendimientos de maquinaria pesada utilizada en la industria de la construccción, a travez de esto se ha podido definir tipo, capacidad, marca y demás características de la maquinaria, que debe emplearse para la ejecución especifica de una obra.

Cuando los rendimientos de la maquinaria están documentados, desarrollados e implantados, es posible ejecutarlos confiadamente y llevarlos a cabo en el presente, así como medir el rendimiento actual y establecerlos conforme se desarrollan en el campo.

De está manera, cada empresa constructora establecerá de acuerdo a sus necesidades y prioridades el tipo, marca, capacidad, tamaño etc., para un mejor rendimiento y ejecución de los trabajos.

Roberto Vargas Sánchez 2B 2

Page 8: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

INTRODUCCIÓN

Roberto Vargas Sánchez

Page 9: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

MOVIMIENTO DE TIERRAS:

Las obras que realiza la ingeniería civil mediante el movimiento de grandes volúmenes de tierra son logros de importancia trascedental pues vienen a constituir la infraestructura de un país, tales como:

A) CAMINOS.

B) FERROCARRILES.

C) PRESAS.

D) AEROPUERTOS.

E) SISTEMAS DE IRRIGACIÓN.

F) TÚNELES.

G) SISTEMA DE AGUA POTABLE.

H) ALCANTARILLADO.

Cuando una actividad industrial en su proceso de desarrollo impacta la esfera económica de la sociedad, en forma permanente y con variadas manifestaciones en su seno, estamos frente a un sector productivo que, al identificarse con los propósitos del Estado, a corto, mediano y largo plazo, está promoviendo el bien común. Este es el caso de la industria de la construcción.

Así como es lógico que en tiempos de recesión, al frenarse la construcción, se reduzca la inversión y se detenga el desarrollo, de parecida manera el dinamismo de la economía ha de traducirse en dinamismo de la industria constructora, esto redunda en fuente de generación de empleos que canaliza favorablemente la migración del campo a las ciudades y el subempleo urbano.

La industria de la construcción, columna de apoyo de la estructura de desarrollo del país, se ha visto sujeta a grandes fuerzas de desequilibrio, provocadas principalmente por la situación económica mundial y por la que está pasando nuestro país, consecuencia de factores que por diversas circunstancias se tornaron imponderables y de consecuencias gravosas para la industria, la cual ha soportado la carga mayor, que está poniendo a prueba su fuerza

Roberto Vargas Sánchez 8S 3

Page 10: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Dentro del obscuro panorama que se nos presenta en el país creemos que es posible salir adelante, siempre y cuando las máximas autoridades ocurran en su auxilio, dándole el apoyo necesario que le permita resistir, con lo cual contribuirá en gran medida a la solidez de nuestra estructura nacional.

La situación económica mundial y la nuestra en particular exigen ahora una organización perfecta para triunfar; es necesario que las empresas no solamente ejecuten la obra sino también que actualicen y desarrollen una tecnología cada vez más avanzada, que les permita sortear todas las condiciones que actualmente se presentan.

La proporción más importante del capital fijo de una empresa constructora está constituida por la maquinaria y equipo en poder de éstas. La utilización adecuada de este recurso es determinante de la eficiencia con la que la propia constructora realiza la obra industrial, componentes básicos de la infraestructura para el desarrollo.

La participación del trabajo mecánico en la construcción pesada es superior al 60% y en la urbanización es del orden del 40%. La importancia que adquieren maquinaria y equipo en la construcción y, por ende, en la economía del país resulta así evidente.

No es posible esperar utilidades cuando se descuida la utilización adecuada de la maquinaria; es indispensable llevar un control detallado de los avances, parciales y generales, por máquinas y frentes de trabajo. Es necesario corregir oportunamente las desviaciones y garantizar hasta donde sea posible el apoyo a los programas.

Una máquina debe siempre tener una disponibilidad en obra que no baje del 70% y debe dedicársele toda la atención necesaria para que su eficiencia esté muy cercana al 80%.

Esto se maneja desde el punto de vista de un mantenimiento oportuno y eficaz; así como el abastecimiento de refacciones, combustibles, lubricantes y el cuidado constante del personal mecánico para la prevención y programación de reparaciones mayores como del necesario mantenimiento para que sigan trabajando.

Es innegable el valor que representa para la obra, la intendencia de maquinaria y talleres; aunque frecuentemente y por desgracia en la mayor parte de los casos no se toma en cuenta su importancia ni el valor de este grupo humano.

Esta maquinaria disponible durante los tiempos programados requiere también órdenes precisas para su aplicación y máxima eficiencia, evitando desperdicios de tiempo y gastos prematuros de equipo.

Roberto Vargas Sánchez 09 4

Page 11: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

La construcción pesada se ocupa de las obras cuyos volúmenes son los más considerables y como consecuencia, requiere maquinaria de mayor costo unitario; con su apoyo se ejecutan las grandes obras, que son los elementos de desarrollo. Un receso de la construcción pesada se refleja en una desaceleración del ritmo de la evolución del país.

En México se fabrican pocos tipos de maquinaria de construcción; por lo tanto el mercado mexicano de maquinaria es relativamente pequeño en términos de volúmenes de producción, además de que la inversión requerida para fabricar la maquinaria de construcción es elevada y tiene rendimientos bajos a corto plazo; la fabricación de maquinaria en México es difícil ya que la infraestructura de proveedores está poco desarrollada y adicionalmente se enfrenta una gran competencia con la importación proveniente de los Estados Unidos, que en muchos casos es más fácil importar que fabricar.

Aunque el mercado interno de nuestro país ha crecido lo suficientemente como para permitir la fabricación en forma económica de ciertos tipos de maquinaria de construcción, como es el caso por ejemplo de tractores de orugas, retroexcavadoras, cargadores etc. , fundamentalmente construidos por Dina Komatsu Nacional, no es todavía lo suficientemente fuerte como para absorber las demandas del mercado nacional.

Hay que definir correctamente, los conceptos tanto de maquinaria como de equipo. Maquinaria son aquellas unidades que tienen determinado valor y cierta autonomía en cuanto a su movimiento; en cambio, el equipo no tiene esta autonomía y su valor atribuible es menor.

México va a crecer durante los próximos años en una forma extraordinaria. El desarrollo de diversas industrias como la petrolera, la siderúrgica, la minera, entre otras, generara un auge que a su vez se reflejará en la industria de la construcción, que requiere maquinaria en volumen creciente.

Roberto Vargas Sánchez 2B 5

Page 12: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

ETAPAS DE TRADAJO DE MOVIMIENTO DE TIERRAS

Roberto Vargas Sánchez

Page 13: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Es obvio que la tecnología, modelos, peculiaridades y tamaños de la maquinaria se han modificado sustancialmente en el último cuarto de siglo, debido en gran medida a la crisis del petróleo y los avances logrados en los motores diesel.

Se enfatiza la importancia de la construcción pesada, la cual emplea maquinaria en forma intensiva principalmente en las obras de infraestructura que representan el 26% de la demanda total de construcción en los Estados Unidos, el 33% en Japón, el 28% en los países de la Comunidad Económica Europea y alrededor de un 34% en Venezuela, Colombia y México.

4a.- SELECCIÓN DE EQUIPO.

Aunque de hecho existe un equipo adecuado para cada tipo de trabajo, los contratistas no siempre disponen de él y en caso de tenerlo, el tamaño y estado del mismo no resulta en ocasiones el deseable.

Por otro lado se tiene la opción de rentar en el mercado de arrendamientos el equipo necesario, en especial en épocas recesivas, cuando hasta incluso resulta más económico hacerlo que emplear la maquinaria propia.

Un ingeniero de costos "sin computadora", en el pasado sólo se concretaba a analizar unitariamente cada concepto de obra, dejando al futuro superintendente y residentes, la tarea de proponer tamaños de equipo.

El número de horas requeridas en cada maquinaria, puede obtenerse multiplicando 200 horas mensuales por el número de meses de la obra como primer tentativa.

Otra forma práctica y cada vez más difundida, para obtener los requerimientos de equipo, su balance y selección de tamaño, es el empleo de sistemas de redes de actividades, como el de ruta crítica.

Como atinadamente se dice: "un contratista no paga el equipo; éste debe pagarse solo", ha de procurarse que el equipo reditúe algo más que su costo.

Adicionalmente, cada obra, proceso constructivo, tiempo y condiciones físicas, nos señala la necesidad de emplear una máquina, una potencia, un medio de tracción, un largo de pluma o brazo, un tamaño de cucharón y hasta especificaciones de fabricante.

Roberto Vargas Sánchez 89 6

Page 14: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

4b.- DESCRIPCIÓN DE LOS TRABAJOS EJECUTADOS.

Los trabajos de construcción pesada, involucran por lo general de manera preponderante el "Movimiento de Tierras", en donde la operación básica consiste en aflojar (voladura o rippeo), remover o excavar, procesar(triturado, criba, mezcla o incorporación de agua o asfalto), acarrear, colocar y compactar. Las operaciones descritas hacen que los materiales manejados cambien de características en cuanto a sus propiedades físicas.

Debe quedar claro que los factores aquí manejados sólo sirven para convertir el rendimiento expresado en un estado a otro (factor "e"), o bien para afectar un rendimiento como resultado de la facilidad o dificultad para manejarlos (factor "m"), ya que los criterios de medición y por ende pago, de las unidades de obra terminada difieren de cliente a cliente y no se diga de país a país.

La Secretaria de Comunicaciones y Transportes (SCT) de México, encargada de normar la construcción de la infraestructura del transporte, establece en sus especificaciones que los conceptos de obra de excavación se midan en banco, y los de acarreo, sobreacarreo y formación de terraplenes, bases y subbases, se midan compactados.

Generalmente se manejan los materiales en términos de volumen, pero algunas máquinas como las trituradoras tienen su producción por peso/hora, y en otras como las motoescrepas y volteos, se tienen que considerar las dos capacidades en volumen y en peso, para usar la misma.

Como ejemplo de la densidad tenemos que:

Un camión fuera de carretera CAT 789 de 1800 hp. cuya velocidad tope cargado es de 51 Kph. , tiene como capacidades máximas de su caja 85 m3 y 102 m3 con copeteo; si acarreara roca bien tronada con un peso volumétrico de 1800 ton/m3, obviamente suelta, la capacidad equivalente en ambas modalidades sería:

102 m3 (1.8) ton/m3 = 184 ton.

Aquí se liga también la propiedad de ángulo de reposo o de fricción interna, puesto que la consideración de capacidad copeteada según la norma, es de 2:1.

Roberto Vargas Sánchez 85 7

Page 15: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

4c- ÁNGULO DE REPOSO DEL MATERIAL.

Esta propiedad tiene una especial importancia en el cálculo de excavaciones en zanjas, ya que la mayoría de los clientes especifica su medición según líneas de proyecto, la cual es casi siempre teórica y aunque se ademe muy bien, habrá sobreexcavación y esto es debido al ángulo de reposo del material.

Los valores para los materiales mas comúnmente manejados en excavaciones son:

Tierra común

Arcilla

Grava

Arena

húmeda saturada suelta compacta

seca húmeda

seca húmeda saturada

2.1:1 2.8:1

1.7:1 •

2.8:1 -1.8:1-2.8:1 -

-1.7:1 - 1:1

-0.9:1

• 1.7:1 -1:1 •1:1

25-30 grados 20-45 grados 37-45 grados 45 grados

35-45 40-54

30-50

20-30 30-45 20-45

Para realizar estas obras de movimientos de tierra, el ingeniero puede disponer prácticamente de todo el material que constituye la corteza terrestre con excepción de aquellos que tengan un alto contenido de arcilla o materia orgánica por no presentar estabilidad debido a la modificación natural en su estructura.

Hay también algunos materiales que para utilizarlos requieren algún tratamiento que permita su estabilización, clasificándose como:

Suelos Expansivos.

Suelos Dispersivos.

Suelos Colapsables.

Suelos Corrosivos.

Roberto Vargas Sánchez ffl 8

Page 16: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

PROCEDIMIENTOS MECÁNICOS.

- Mezclado con otros suelos.

- Modificando su granulometría.

MEJORAMIENTO Y ESTABILIZACIÓN DE SUELOS.

PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS.

- Adición de cal.

- Adición de cemento portland.

-Con productos asfálticos de sodio.

- Con cloruros de calcio y de potasio.

- Con resinas y polímeros.

Los suelos pueden ser atacados en forma manual o con maquinaria. Según el grado de dificultad que presenten al ser atacados, se clasifican en tres grupos:

MATERIAL A o I

MATERIAL Boí l

MATERIAL Coll i

Roberto Vargas Sánchez 89 9

Page 17: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

La definición de cada grupo será, de acuerdo con la forma de ataque, como se muestra en la tabla siguiente:

TIPO FORMA DE ATAQUE NOMBRE

A o I Pala y talacho. Tierra.

B o II Pala y pico o zapapico. Tepetate.

C o III Cuña, marro, compresor y explosivo Roca.

Cuando el material es atacado con maquinaria se define, según las normas de construcción de la SCT, en la forma siguiente:

El material "A" es el blando o suelto que puede ser extraído con escrepa de capacidad apropiada para ser jalada con tractor de tipo oruga, de 90 a 110 HP. en la barra, sin ayuda de arados o tractores empujadores. Por lo general, se consideran dentro de este tipo los suelos poco o nada cementados con componentes de tamaño de (7.5 cm.) = a (3 pulg.).

El material "B" es el que, debido a la dificultad que presenta para su extracción y carga, sólo puede extraerse mediante tractor de orugas con cuchilla de inclinación variable, de 140 a 160 HP. en la barra, o bien, mediante pala mecánica con capacidad de un metro cúbico, por lo menos, sin el uso de explosivos, independientemente de que éstos se utilicen para obtener mayores rendimientos. Se incluye también el material que puede aflojarse mediante arado de 6 ton., jalado por un tractor de orugas de 140 a 160 HP. en la barra.

El material que más comúnmente se clasifica como "B", es el formado por rocas muy alteradas, conglomerados medianamente cementados, areniscas blandas y tepetates.

El material "C" es el que, para ser extraído requiere el uso de explosivos. Este material incluye rocas basálticas, areniscas y conglomerados fuertemente cementados, calizas, riolitas, granitos y andesitas sanas; también las piedras sueltas ; mayores de 75 cm.

Además de estas clasificaciones, se deben establecer otras dos intermedias, según lo requiera el caso. Por ejemplo: Si para extraer y cargar un material, éste presenta mayor dificultad que el descrito como tipo "A", pero menor que el "B", se determinará asignándole los porcentajes que contenga de estos materiales, en

Roberto Vargas Sánchez 89 10

Page 18: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

proporción con las características medias del material de que se trate; igualmente se procederá con el material que para su extracción presente un grado de dificultad mayor que el "B", pero menor que el "C".

Para clasificar los materiales deben seguirse las indicaciones siguientes:

A) Siempre con base en el grado de dificultad que para su extracción y carga presente un material, éste se clasificará como A, B o C . A fin de establecer claramente el tipo que le corresponde, deberán siempre mencionarse los tres tipos de material, para lo cual ha de utilizarse una clave numérica de tres cifras; la primera de éstas corresponderá al material A; la segunda al material B y la tercera al material C.

Se requiere que A + B + C = 100%

Ejemplo:

100-0-0 50-50-0 0-30-70

B) Si el corte que ha de clasificarse está compuesto por materiales cuya individualidad de extracción y carga presente diferente grado de dificultad y una separación difinida de los demás, cada uno de estos materiales se clasificará por separado considerando los volúmenes parciales; después, para determinar la clasificación general del volumen total, se considerarán los tres tipos de materiales ("A", "B" y "C").

Ejemplo:

Un corte está compuesto por dos capas de material; una de ellas es de clasificación 100-0-0 (tipo A), y su volumen es de 30% del total del corte; la otra es de un material intermedio, cuya clasificación es 0-50-50 (grado de dificultad mayor que B, pero menor que C); por lo tanto, el volumen total del corte se clasificará 30-35-35.

Los volúmenes de tierra en los trabajos de terracerías se miden en :

A) En banco.

B) Volumen suelto.

C) Volumen compacto.

Roberto Vargas Sánchez 8B 11

Page 19: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

1.0 m3 1.3 m3 0.84 m3 1400 kg. 1400 kg. 1400 kg.

medido en banco vol. suelto vol. compacto.

Al excavarse el material en su estado natural (en banco), sufre un incremento en su volumen, a lo cual se denomina abundamiento.

Cuando el material suelto se compacta para formar un terraplén se reduce su volumen, a lo que llamamos reducción.

PVSb = Coeficiente de abundamiento.

PVSs

PVSb = Coeficiente de reducción.

PVSc

DONDE:

PVSb = Peso volumétrico seco en banco.

PVSs = Peso volumétrico seco suelto.

PVSc = Peso volumétrico seco compacto.

Roberto Vargas Sánchez QS 12

Page 20: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

4d.- MOVIMIENTO DE TIERRAS.

Acondicionamiento de la excavación acarreo compactación. zona de trabajo.

desperdicio.

Acondicionamiento de la zona de trabajo:

- Desmonte.

- Despalme.

- Bombeo de agua o drenado (superficial o freática).

- Aflojado o tronado de la roca.

DESMONTE:

Los terrenos en los que se van a efectuar excavaciones, hacer rellenos, o a nivelarse, deben desmontarse primero. En el desmonte se incluye el movimiento de la vegetación que puede ser hierbas, malezas, matorrales etc. antes de iniciar el trabajo de terracerias, quizás sea necesario quitar otros materiales, como piedras, muros y edificios o sus cimientos.

El bulldozer es la máquina mas adecuada para el desmonte. Trabaja mejor cuando el terreno es suficientemente firme para soportarla y cuando no hay hoyos, zanjas, lomas pronunciadas y rocas. Las superficies desiguales deficultan mantener la cuchilla en contacto con el piso y más que remover la vegetación, la entierran en los hoyos.

Los bulldozer tienen una ventaja especial sobre las cuadrillas en lugares donde son abundantes las enredaderas y zarzales, ya que es difícil cortarlas, pero se arrancan fácilmente con la cuchilla, siempre y cuando no se avance tanto que quede enredado en la maraña.

Roberto Vargas Sánchez OS 13

Page 21: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Los resultados varían con el tipo de vegetación y las condiciones del terreno. En las tierras resecas se quebrará un alto porcentaje de troncos, mientras que las condiciones húmedas o arenosas favorecen el desenraice, que es más satisfactorio para la mayoría de los propósitos. El trabajo se puede acelerar poniendo a un trabajador a cortar o recoger los arbustos separados que, de no ser así, requerirán otro paso del bulldozer.

Si se requiere remover un montón enmarañado, es probable que se tenga que usar un bulldozer mayor, una draga con cucharón de almeja, una draga con cucharón de arrastre o una retroexcavadora. El separarlo a mano resultaría más caro que el desmonte original.

Cuando se amontonan matorrales gruesos y árboles, es recomendable cortarlos en tamaños pequeños después de arrancarlos. Esto permitirá al bulldozer manejar mayores cargas y colocarlas más correctamente.

DESPALME:

Es la remoción y desperdicio de cualquier tipo de roca o tierra para descubrir estratos apreciados. El despalme puede consistir en terreno superficial, subsuelo, arena, grava, arcilla, pizarra, caliza, arenisca y otros depósitos sedimentarios. El espesor del despalme que puede removerse depende de su carácter y accesibilidad; del valor de la formación subyacente; del costo comparativo y de la explotación subterránea como mina, y hasta de la porción del material removido que puede venderse o utilizarse.

Por ejemplo, mucha grava natural no contiene suficiente finos para destinarla al uso de caminos, y si se permite que el suelo que la cubre se mezcle con ella mediante derrumbe, puede mejorarse su calidad.

Si el tajo abierto cuenta con equipo para cribado, separación o lavado de grava o piedra, de capacidad adecuada, el terreno puede excavarse o volarse con el material de valor, y separarse como parte de un tratamieno normal. En tal caso, es necesario un desmonte completo, ya que el césped y la maleza obstruyen las cribas y las trituradoras.

Roberto Vargas Sánchez QB 14

Page 22: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

En la mayoría del trabajo de despalme, el material excavado no tiene valor, usualmente es posible tirarlo en áreas excavadas de donde se ha quitado el material provechoso. A veces puede ser necesaria la remoción de la tierra vegetal, tocones y troncos. Lo que deben decidir de acuerdo a las especificaciones de la obra o el criterio del ingeniero, en general, el despalme de la tierra vegetal se hace más difícil y tiene menos importancia como material de valor.

BOMBEO DE AGUA O DRENADO:

El desagüe de las excavaciones comúnmente requiere el uso de bombas, las dificultades más comunes las produce el agua subterránea. Que se puede presentar en la forma de manantiales o de corrientes subterráneas, o ser agua estancada que por capilaridad humedece el suelo varios centímetros arriba de su nivel, los suelos mojados se convierten generalmente en lodo o se alteran e impiden el buen funcionamiento de los acarreos.

Las excavaciones se pueden hacer sin drenar previamente y bombearse el agua del agujero confome aparezca. Si el agua está muy sucia, y las cantidades son pequeñas o moderadas, debe usarse una bomba de diafragma, si el agua excede de la capacidad de esta bomba, que es de 1500 a 3000 galones por hora, se pueden usar bombas centrífugas. Los mejores resultados se obtendrán localizando estas bombas lo más cerca del nivel del agua que sea posible, porque tienen mayor eficiencia al empuje que le dan al agua que la succión. Los agujeros deberán excavarse de manera que su entrada quede a unos 30 cms. o más abajo del nivel del agua. Para impedir que entre aire a la bomba cuando el agua tiene poca profundidad.

La bomba centrífuga común se construye para manejar agua solamente y bombea aire con dificultad. Cuando la bomba y manguera de entrada están vacias, la bomba debe llenarse con agua (cebarse) antes de echarla a andar, si el agua es succionada dentro de la bomba, su eficiencia aumenta bruscamente.

AFLOJADO O TRONADO DE LA ROCA:

La facilidad o dificultad con que una roca puede romperse, intervienen tres factores: resistencia al rompimiento del material mismo de la roca, el grado que se ha debilitado por las capas de estratificación (laminación) o por fisuración o movimientos de falla y el grado a que se ha reblandecido y debilitado por el intemperismo, esta roca.

Roberto Vargas Sánchez ffl 15

Page 23: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Muchas rocas son fácilmente rompibles en la superficie, pero se vuelven más resistentes con la profundidad debido a la menor exposición al intemperismo. Una roca normalmente rompible puede contener vetas o cantos rodados que son difíciles o imposible de romper.

Algunas rocas no son rompibles en su condición natural, pero pueden ser rotas después de sacudirlas con una ligera explosión. La voladura se puede dividir en una operación primaria en la cual se afloja la masa original de la roca, y en un trabajo secundario que consiste en reducir los fragmentos de gran tamaño, y romper las aristas y las protuberancias. Esto último se hace del mismo modo que cualquier otra voladura ligera, como en la fracturación de boleo y lechos de roca.

El trabajo con rocas también se pueden clasificar en cuanto al tipo y al tamaño requerido en los materiales triturados. La explotación de canteras de construcción o de piedras de ciertas dimensiones, incluye el aflojar grandes pedazos sólidos de la roca masiva, mientras que la voladura para obtener roca para relleno o para triturar, requiere pedazos suficientemente pequeños para que quepan en el cucharón de la pala, en la capa del relleno, o en la trituradora.

En las voladuras de roca en lumbreras, todos los barrenos son confinados, es decir, que no existe un frente que permita el lanzamiento lateral de la roca, de manera que la regla es una perforación cercana y carga pesada. Es necesario, que la roca sea cortada nítidamente hacia atrás hasta las líneas de excavación y es importante que el exceso de fracturación se mantenga a un mínimo, debido al alto costo de la remoción de la rezaga, y los requerimientos frecuentes, de rellenar todos los espacios exteriores al revestimiento.

Roberto Vargas Sánchez 09 16

Page 24: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

4e.- LISTADO DE LA MAQUINARIA EMPLEADA.

Movimiento de tierras y pavimentos:

A) Tractores.

- Tractores sobre orugas. - Tractores agrícolas.

B) Compactadores.

- Autopropulsables. - Remolcables. - Manuales.

C) Excavadoras y Cargadores.

- Retroexcavadoras. - Cargadores. - Cargador - Retro. - Zanjadoras. - Dragas.

D) Motos: Niveladoras y Escrepas.

- Motoniveladoras. - Motoescrepas.

E) Volteos.

- Volteos fuera de carretera.

F) Pavimentadoras.

Roberto Vargas Sánchez 8B 17

Page 25: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

A) TRACTORES SOBRE ORUGAS-BULLDOZERS.

Es realmente difícil no encontrar presente este tipo de máquinas en la construcción pesada, quizás la más necesaria debido a su facilidad de transitar en todo terreno.

Es larga la lista de aplicaciones generales tales como:

- Caminos. - Vías férreas. - Aeropistas. - Desmontes preagrícolas. - Explotación de bancos. - Canales. - Presas. - Líneas de conducción por tubo y eléctricas. - Urbanizaciones.

Su aplicación preponderante es el empuje de tierras en base a su hoja topadora, pero es capaz de portar algunos accesorios y herramientas también útiles, como el desgarrador o ripper, cadenas y hojas especiales para desmonte y rastras para preparación de terrenos.

Las operaciones más usuales en las que participan los tractores son:

A) Desmontes. B) Despalme. C) Trazo piloto de caminos. D) Caminos auxiliares. E) Excavación y acarreo hasta 100 m. F) Auxiliar para empuje de escrepas. G) Trabajo en laderas. H) Rellenos. I) Semicompactado por "bandeo".

Aunque es posible trabajar en pendientes de hasta 45 grados (100%) las operaciones hasta 25 grados (47%) son usuales, característica que refuerza la gran utilidad de este tipo de máquina.

La mayoría de los tractores de este género, se caracterizan por tener dos tipos de transmisión:

Roberto Vargas Sánchez ES 18

Page 26: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

1) Palanca Potencia.

La caja de cambio de potencia de velocidad es a través de un convertidor de torsión la cual es la mejor para topar y rippiar cuando se cambia constantemente de dirección.

2) Tracción Directa.

Este tipo de transmisiones es el preferido en trabajos agrícolas en donde se presenta un arrastre o empuje estable sin cambios de dirección.

ESPECIFICACIONES DE TRACTORES.

Las revistas internacionales especializadas en construcción, proveen tablas concentradas de las características más relevantes de los tipos, marcas y modelos de maquinaria, producidos por el mundo.

Tres de los más importantes fabricantes de equipos de construcción pesada son: Caterpillar, Fiat-Allis y Komatsu, que además resultan ser los de mayor presencia en el area latinoamericana.

Se incluye un solo modelo antiguo para que pueda compararse la diferencia con los que se manufacturan actualmente; es el caso del Cat D8H, que se estuvo fabricando en 1958 y 1974 y cuya relación potencial/peso era de 12.3 HP/Ton., parámetro que ahora oscila de 9 a 10, lo cual refleja un incremento de casi 23% en la eficiencia de los motores. Otra característica que debe observarse, es la velocidad máxima de desplazamiento, tanto hacia adelante como de reversa.

Debe tomarse muy en cuenta la variabilidad en el factor del volumen desplazado por la hoja, ya que es función del tipo de esta que se emplea y el material que se está deshancando. En la tabla siguiente se muestran los tipos de hojas para calcular dicho volumen.

Roberto Vargas Sánchez 89 19

Page 27: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

ESPECIFICACIONES DE TRACTORES POR MARCAS Y TAMAÑO MARCA/MODELO

CATERPILLAR

D3B

D4B

D4H

D5H

D6H

D7H

D8L

D8N

D8H

D9N

DI ON

D U N

POTENCIA

HP

65

75

90

120

165

215

335

285

270

370

520

770

PESO

TON

6.9

7.5

10.0

12.1

17.0

23.9 37.4

31.4

21.9

42.4

55.5

84.7

P

P

P

P

S

S

S

S

S

SU

su

ANCHO

m

2.41

2.41

2.64

3.20

3.20

3.65

4.17

3.94

4.32

4.86

5.65

HOJA

VOLUMEN

m3

1.3

1.5 •

1.6

2.5

3.4

5.2

11.0

8.7

11.9

17.3

25.1

VELOCIDAD MAXIMA

ADELANTE

kph

10.6

11.1

10.2

10.5

11.3

11.9

11.9

10.8

10.4

12.1

12.2

11.6

REVERSA

11.4

11.9

12.2

12.9

14.4

14.3

14.8

13.9

14.9

15.8 14.1

FIAT-ALLIS

FD5

8-B

10-C

14-C

FD20

FD30

31

41-B

63

88

122

150

223

300

425

524

6.5

11.0

14.7

18.6

28.4

38.7

60.7

69.5

S

S

S

S

SU

SU

su su

2.35

2.44

2.88

3.15

3.65

3.98

4.86

5.20

1.0 1.8 2.4 3.3 5.5 7.2

14.4 19.0

10.1 9.9

10.0 9.5 9.5

11.1 10.8 10.6

11.5 11.5 12.0 11.5 10.5 12.5 12.1 11.8

KOMATSU

D21A-5

D31A-17

D41A-3

D53A-16

D55A-6

D85A-18

D155A-1

D355A-3

D455A

39

66

90

110

140

220

320

410

620

3.7

6.2

9.7

12.3

15.7

23.5

33.7

45.4

70.5

2.30

2.42

3.18

3.35

3.97

3.73

4.13

4.32

4.80

0.6

1.1

1.4

2.0

3.5

5.2

8.0

12.1

17.6

6.9

6.5

7.6

10.0

10.3

11.2

11.8

12.7

14.6

6.4

7.1

10.8

12.1

13.2

13.2

13.7

12.6

14.4

* P = Power angling& tilt S = straight (recta) SU = semi-universal.

Roberto Vargas Sánchez ZO

Page 28: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

ESCARIFICADORES.

El escarificador consiste en un bastidor con travesanos, armados por su parte inferior, con cuchillos de acero para cortar verticalmente la tierra y las raíces.

Los escarificadores actuales se montan en la parte superior de un tractor o cargador sobre orugas. También se les puede denominar con propiedad como "roturadores" y suele llamársele muy a menudo a la operación, con el anglicismo "rippeo".

De hecho se emplean para aflojar ciertos tipos de rocas medianamente duras o prefracturadas con explosivo; es un procedimiento que se ha difundido por la mayor capacidad de los tractores y de los propios escarificadores.

TIPOS DE ESCARIFICADORES.

A) Radial.

Este se presenta en dos modalidades: La de diente sencillo o la de diente múltiple, a este ultimo se le denomina como un paralelogramo. Se emplea diente sencillo para la escarificación más difícil, así toda la potencia de la máquina y de este equipo queda destinada a un solo punto.

El diente o los dientes tienen un ángulo constante con la barra que los une al punto de apoyo con el tractor y por lo tanto el ángulo que forman el diente y el terreno, sólo puede variarse aumentando la profundidad.

B) Inclinación variable del diente.

A diferencia del anterior, éste puede modificar el ángulo de penetración independientemente de la profundidad. Se logra con un conjunto adicional de cilindros hidráulicos, el primero varía la profundidad de roturación y el segundo la inclinación de los dientes en sí, obteniendo la operación un doble efecto de ataque.

Roberto Vargas Sánchez 88 21

Page 29: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

C) Bastidor rígido u oscilante.

Consiste en girar hasta 30 grados el plano del diente o cuchillo de rotación, respecto a la vertical, pudiendo ampliar la roturación hacia la izquierda y derecha del eje del equipo.

El rendimiento de roturación tiene muy alto grado de incertidumbre entendible por la muy variable resistencia de los materiales a la escarificación, debido a la dureza y la abrasibilidad de éstos.

B) COMPACTADORES.

Se ha ubicado tradicionalmente en primer término a los tractores y en seguida a las excavadoras, motos (escrepas y conformadoras) y en algún otro equipo; en este trabajo, se considera tal importancia de mayor nivel a los compactadores, ya que constituyen el factor decisivo para la seguridad y capacidad estructural, calidad y vida útil de una obra.

Se define a la compactación como el efecto de incrementar la densidad de un material terreo, pétreo, mixto o asfáltico, mediante la aplicación de fuerzas estáticas o dinámicas.

Las aplicaciones más comunes son:

- Carreteras. - Calles y avenidas. - Viaductos y vías rápidas. - Campos aéreos (pistas, plataformas y rodajes). - Presas de tierra. - Marítimo -fluviales. - Portuarios. - Canales de riego. - Parques industriales. - Terraplenes y subbalasto para vías férreas. - Rellenos. - Cimentación de edificios. - Estacionamientos. - Areas deportivas.

Roberto Vargas Sánchez 6B 22

Page 30: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

TIPOS DE COMPACTADORES.

A) Rodillos Estáticos

En la actualidad este tipo de rodillos ya están en desuso, a pesar de que continúan siendo empleados principalmente en países en desarrollo, en donde es frecuente ver trabajar máquinas de los años treintas.

Por lo general el esfuerzo de compactación puede variarse lastrando con agua sus tambores. Se dispone en en el mercado de dos subtipos de rodillos, el de tándem con dos rodillos o tambores y un peso de 6 y 12 ton., y el de tres ruedas o tambores y un peso de 8 a 15 ton.; éste tenía antiguamente las dos ruedas traseras ( de transmisión) más grandes que las delanteras; en la actualidad las tres son del mismo tamaño y tienen articulación para permitir mejor traslape e igualdad de esfuerzo sobre el ancho de rodado.

Algunos ejemplos de esta clase de equipos, son los CT-1014 y CD-58 de compacto (México) y la CS-14 de Dynapac. Su aplicación es muy flexible, pues puede emplearse en todo tipo de compactaciones con la excepción de rellenos de roca y arcillas (produciendo capas laminares).

Por su característica estática, el espesor de la capa máxima normal al que se aplica es de 20 cm.

En la actualidad se presentan trabajando conjuntamente equipos tanto de neumáticos como vibratorios e incluso combinadamente.

B) Tambor Vibratorio (sencillo).

Es el equipo habitualmente más empleado desde 1930; es el primer compactador autopropulsado de placa vibratoria, debido a su eficiencia, velocidad y maniobrabilidad. El peso de este equipo es de 6 a 15 ton., del cual la mitad es del cilindro. Algunos están equipados con transmisión en el propio cilindro, lo cual mejora la tracción y evita el desplazamiento de la superficie compactada.

Roberto Vargas Sánchez SB 23

Page 31: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Kenüimienxoj

En este tipo se pueden tener básicamente dos tipos:

1) Cilindro liso.

Este tipo de equipo no debe emplearse en la compactación de arcillas, ni se recomienda para asfaltos, salvo que fuese una versión para ello. Para enrocamientos deben usarse equipos grandes (más de 10 ton.).

En esta categoría tenemos a los Caterpillar de la serie CS-323 a 533 (de 4.1 a 10.8 ton.), Los Dynapac CA-25 A 51 (6.2 a 15 ton.) y los Bomag BW-122d (1.8 a 18 ton.)

2) Cilindro de Patas.

La superficie del cilindro está armada de filas de pirámides truncadas-patas, que producen un efecto sobre el terreno o terraplén como de "waffle" evitando así la estructuración laminar de la capa compactada.

Estos equipos se emplean en toda aplicación, excepto en enrocamientos, bases y asfaltos. Una unidad de 15 ton. es capaz de desarrollar su trabajo para capas de hasta un metro de espesor en arena-grava y de 55 cms. en subbases.

En este tipo de equipo tenemos: a los Dynapac de la serie CA, los Bomag de la serie BW y los Caterpillar CP-323 a CP-553, todos ellos con pesos parecidos a los de rodillo liso.

C) Compactador de 4 Ruedas con pata de Cabra

Este tipo de compactador tiene cuatro cilindros con patas de cabra y por lo general está equipado con una pequeña hoja topadora. Es la máquina más efectiva para compactar suelos cohesivos y de hecho está diseñada para ello.

Ejemplos de este equipo, son los Caterpillar de la serie 815 y 825, el CT-25 de Dynapac y los WF22 de Komatsu.

El peso usual de éstos, es de entre 15 y 30 ton. y suelen trabajar relativamente a mayor velocidad, casi el doble que sus similares de cilindro vibratorio, aunque capas de menor espesor en un tercio, por lo que su productividad horaria es mayor en un 50%. Sólo se aplican en la compactación de aluviones y arcillas, por lo que no son muy versátiles.

Roberto Vargas Sánchez SB 24

Page 32: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

D) Rodillos Vibratorios en Tandem

Este tipo de compactador es el que en la actualidad se aplica a los asfaltos y bases, con rendimientos de 67 a 111% superiores a los de rodillos estáticos (hasta 550 m2/hr.).

Ejemplos de este equipo, son los de Dynapac con la serie CC-10 a 50 (2.4 a 14.8 ton.), los Caterpillar CB-214 a 614 (2.3 a 11.3 ton.) y los Bomag BW-100AD a 202AD(2.1al0.1ton.).

En el trabajo, un equipo mediano suele combinarse con un compactador de neumáticos para dar un mejor resultado y efectividad. Existen en el mercado algunos equipos ligeros como el LR100 de Dynapac (1.7 ton.), el BW-75 de Bomag (1.4 ton.) y el W102 de Case (1.2 ton.), con un ancho de rodillos de entre 0.7 y 1.0 m. que permiten hacer trabajos, acercamientos y maniobras de detalles. El equipo se puede utilizar en arena-grava, subbase, bases y asfaltos.

E) Compactadores Neumáticos

Este tipo de equipo aunque compacta en capas de poco espesor (entre 13 y 20 cm.) trabaja a velocidades más rápidas (12 kph promedio), y es más versátil puesto que se aplica a todo tipo de material con la excepción de los enrocamientos.

La mayor parte de éstos, tienen tres ruedas delanteras y cuatro traseras, tal es el caso de los Caterpillar PF-200 y 300 y PS-300 y 500, así como el CP-22 de Dynapac.

Por lo general pueden lastrarse, incrementándose prácticamente en un 100% su peso vacío. El inconveniente que presentan en la compactación de asfaltos, es el levantamiento inicial de material superficial en las ruedas, lo cual puede prevenirse calentando éstas de tal manera que no exista una diferencia de temperatura con el material mayor de 20 grados.

F) Rodillos Combinados

Este tipo de compactadores tiene la característica de combinar un cilindro liso estático o vibratorio por lo general, con otro de neumáticos. Su aplicación se concentra básicamente en los asfaltos.

Realmente no existen muchos modelos por su poca versatilidad, entre ellos se encuentran los Duo-pactor, Seaman-Gunnison y el CG-16C de Dynapac.

Roberto Vargas Sánchez 09 25

Page 33: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

COMPACTADORES ESTÁTICOS

Dos Rodillos

Tres

Cuatro Cilindros * CON PATAS

(Y HOJA TOPADORA)

Tres Rodillos (TIPO MODERNO)

Rodillo de Llantas Neumáticas

Roberto Vargas Sánchez 69 26

Page 34: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

COMPACTADORES VIBRATORIOS

RODILLOS COMBINADOS TANDEM LIGERO

VIBROCOMPACTADOR

RODILLOS REMOLCABLE RODILLOS EN TANDEM (DUAL)

Roberto Vargas Sánchez 6B 27

Page 35: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

C) EXCAVADORAS.

Esta máquina está enfocada a la excavación de zanjas y a la explotación de bancos de río fundamentalmente.

Se tienen tres tipos principales:

- Sobre orugas.

- De neumáticos.

- Cargador-excavador.

- Pala (se emplea en la minería).

Orugas vs Ruedas

La tendencia general del contratista latinoamericano es optar por la excavadora de oruga, pero conviene reflexionar en los siguientes puntos de cada una:

A) Excavadoras de oruga.

Cuando no se requieren muchos movimientos de transportación, ésta es la mejor opción, la que adicionalmente ofrece flotación, tracción, potencia, maniobrabilidad, estabilidad y eficiencia operativa.

B) Excavadoras de ruedas neumáticas.

La movilidad de esta máquina es la más importante característica, para el caso de ciertas obras en las que con un solo equipo puede trabajarse alternativamente en dos o más tareas (cepas, explotación de banco de río y carga a camiones).

Otra característica importante de este equipo, es su desplazamiento rápido sin dañar pavimentos y sin necesidad de cama-baja conocido también como "lowboy", así como sus estabilizadores y niveladores.

Roberto Vargas Sánchez 08 28

Page 36: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

CARGADOR-RETROEXCAVADOR.

El usualmente denominado "Manita de Chango", es un equipo pequeño, pero versátil en virtud de que realiza dos funciones en cualquier trabajo de movimiento de tierra:

- Cargar. - Retroexcavar.

Como ejemplo de este tipo de equipo, tenemos al Caterpillar 416 a 428, al Case 580K, el Ford 55C/655C y el Massey Ferguson MF-50HX.

CARGADORES.

Los denominados cargadores frontales, son de hecho la versión que constituye lo que anteriormente se conocía como palas cargadoras y que consistían generalmente en un equipo montado sobre orugas, con dos plumas en forma de tijera que mecánicamente y por medio de cables accionaban un cucharón.

Los cargadores frontales se emplean para tomar de un banco frontal o de un sitio de acopio, material para ser cargado sobre un camión de volteo; cuentan con un cucharón desde 0.8 hasta 9.0 m3 y se dispone de dos clases principales para la actividad constructora:

- El cargador frontal sobre ruedas neumáticas. - El cargador sobre orugas.

Las cuales tienen las mismas caracteristicas de las excavadoras en cuanto a estabilidad y movilidad.

D) MOTONIVELADORAS.

Las motoniveladoras, también llamadas motoconformadoras o simplemente "Motos", son uno de los equipos versátiles más empleados en la construcción de terraplenes, terracerias y pavimentos por el método de riego, de caminos, aeropistas, viaductos y calles.

Roberto Vargas Sánchez 85 29

Page 37: Movimiento de Tierras Maquinaria

Sus principales usos son:

- Nivelación. - Mezclado. - Escarificado. - Cunetas. - Conservación de caminos.

Para un mantenimiento carretero, se sugiere usar estos equipos por cada 60 km. de camino rural o 120 km. de carretera principal en sitios con deslaves.

MOTOESCREPAS.

No obstante que la palabra "escrepa" es un anglicismo y la traducción de scraper debiera ser rescatadora, o quizás mejor aún motoescarbadora, se ha difundido esta denominación para un tipo de equipos que constan de una caja con una hoja-cuchilla en la parte inferior, que se encarga de escarbar la superficie de tierra cargándose por el efecto de avance que le imprime un tractor.

Este tipo de máquinas es muy completo porque excava, se carga, acarrea y descarga de manera uniforme.

Las clases más utilizadas de motoescrepas son:

- Estándar o convencionales: de un motor (sencillo).

de dos motores (tándem o gemelos).

- Autocargables o de elevador: de un motor.

- Tipo Auger: de tres motores.

Roberto Vargas Sánchez 09 30

Page 38: Movimiento de Tierras Maquinaria

Las restricciones para el uso de motoescrepas son:

A) Distancia de acarreo.

Se considera en general el rango de distancia de acarreo más adecuado para las motoescrepas de entre 200 y 2000 m., aunque puede aplicársele desde los 50 hasta los 2400 m.

B) Materiales.

Pueden emplearse hasta para roca tronada o rippeada siempre y cuando el tamaño de la piedra sea menor de 40 cm., pero se afectan las llantas y de hecho no resulta conveniente aunque los fabricantes así lo recomienden.

Por lo general se usan también en suelos cohesivos, y el mejor resultado se obtiene para tepetates y mezclas de arcilla-arena, gravas y otros similares.

C) Superficie del terreno.

Si se tiene una superficie lodosa que hace patinar las llantas, en la fase de carga, se emplean tractores sobre orugas para empujar las motoescrepas, pero en la fase de acarreo no resulta conveniente.

GRUA-PALA MECÁNICA SOBRE ORUGA.

Es un equipo que consiste en una cabina casi rectangular y girable, montada sobre orugas, que tiene una pluma tipo armadura (grúa) y que se mueve mecánicamente mediante cables y malacates.

Generalmente se le conoce como draga o grúa; en inglés se le nombra como grúa-pala de poder y actualmente operan por cable.

Este equipo ha sido muy empleado en sus diferentes versiones:

- Palas. - Retroexcavadoras. - Dragas. -Grúas. - Almejas y otras.

Roberto Vargas Sánchez 89 31

Page 39: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Su uso como pala de ataque frontal, como pluma y brazo sólido, ha caído en desuso por la aparición del cargador frontal (hidráulico).

Conocido ahora en la actualidad como draga, se le emplea principalmente en las obras hidráulicas y en particular la excavación, desazolve de canales de riego y drenes.

E) CAMIONES DE VOLTEO ESTÁNDAR.

Dentro de esta clase, existen tres tamaños principales:

- Común 7 - 8 m3

- Mediano 8 - 16 m3

- Grande 16 - 25 m3

En el tamaño común y debido a esquemas proteccionistas, prevalece el sistema obligatorio de subcontratación a fleteros, que para efecto de cálculo de precio unitario no exige análisis de costo horario y tiempos, simplemente se investiga la tarifa real (a menudo diferente de la oficial SCT).

Cuando la flotilla de camiones es propia del contratista, pueden optimizarse los tiempos y movimientos, con una adecuada planeación, trazo y control vehicular.

VOLTEOS FUERA DE CARRETERA.

Este tipo de camiones tiene una amplia gama de tamaños: desde 450 hp's y 17 m3 hasta 1700 hp's y 77m3; en la construcción se emplea por lo general hasta un tamaño intermedio de 850 hp's y 36 m3.

Por las características de este equipo, es obvio que se emplean usualmente en el acarreo de roca tronada, ya sea para llevar del banco a la planta trituradora o bien al sitio de obra cuando se trata de enrocamientos.

Roberto Vargas Sánchez 69 32

Page 40: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

F) PAVEMENT ADORAS.

En la construcción de pavimentos, previa a la compactación, hay necesidad de este equipo, que consiste en el tendido de una capa uniforme de material pétreo mezclado con asfalto, con un espesor y pendiente longitudinal y transversal.

Los agregados son piedras y gravas trituradas, arena y finos. El aglutinante es el cemento asfáltico para las mezclas de planta y el asfalto rebajado para las carpetas hechas por el método de riegos.

La emulsión es un asfalto mezclado con agua, en donde se mantiene suspendido hasta que hace contacto con el agregado, rompiéndose la emulsión al drenarse o evaporarse el agua. El asfalto normal esta rebajado con un solvente tal como el keroseno o diesel.

La temperatura de la mezcla, es uno de los factores para conseguir el grado de compactación, ya que para conseguir un 95-100% se requieren temperaturas de entre 135 y 180 grados.

PAVIMENTADORAS ASFÁLTICAS (finishers).

Es el tipo predominante de encarpetadoras que poseen rodillos (screeds) flotantes de autonivelación.

El equipo consta de un tractor, la tolva y la unidad de rodillos. El tractor, puede estar montado sobre ruedas (ancho de carpeta hasta 8 m.) o sobre orugas (hasta 12 m.). La velocidad del viaje (no operando) de las pavimentadoras de oruga es alrededor de 5 km/hr., mientras que las de ruedas alcanzan 20 km/hr.

Los rodillos constituyen la parte más importante de una pavimentadora; en inglés se les denomina "screeds" y hay de dos tipos de compactación: vibratorio y de apisonamiento; y también se manejan dos características: fijas o telescópicas (de extensión).

Roberto Vargas Sánchez 89 33

Page 41: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

CONCEPTO DE RENDIMIENTO DE MAQUINARIA

Y MÉTODOS PARA SU CALCULO

Roberto Vargas Sánchez

Page 42: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Dentro del cálculo de los costos del equipo de construcción, así como para la planificación y programación de las obras, es necesario calcular la capacidad productiva de las máquinas; para esto se dispone de información que proporcionan los fabricantes del equipo y usualmente se consignan los valores teóricos para condiciones de máxima eficiencia; la mejor fuente de datos de los rendimientos es la estadística de cada empresa, que, de haberla, es la que refleja las condiciones reales de operación.

Ha sido una tradición, el uso ^discriminado del factor de eficiencia igual a 0.75 en los rendimientos calculados por los analistas, lo cual puede ser válido para períodos cortos de operación; pero, en la realidad y a largo plazo, el factor de 50% se considera razonable y de ninguna manera como pesimista.

Los rendimientos de la maquinaria pesada se calculan en tres principales funciones, como son las siguientes:

A) Gráfico.

B) Mediante fórmulas.

C) Por observación directa.

Roberto Vargas Sánchez 09 34

Page 43: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

RENDIMIENTO DE TRACTORES CATERPILAR

Fuente:Costos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez 08 35

Page 44: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

RENDIMIENTO DE TRACTORES KOMATZU

FuenteiCostos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez 89 36

Page 45: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

TRACTORES SOBRE ORUGA CON CUCHILLA EMPUJADORA

Fuente:Costos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez SS 37

Page 46: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

RENDIMIENTO DE LOS TRACTORES SOBRE ORUGA CON CUCHILLA EMPUJADORA

m3 (Suelto)

500

400

300

200

100

C/D-8K K/D 155A-1

C/D-6D K/D85A-18

C/D-6D K/D 65A-6

C/D-5B K/D53A-16

PRODUCCIÓN HORARIA

1

C/CATERPILLAR (R) K/KOMATSU LTD (R)

Factores: Operación 0.75, Trabajo 0.83, Carga 0.80 Material Suel to

J. _L _L

20 40 60 80

Distancia de Acarreo

Fuente:Costos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez 09 38

Page 47: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

RENDIMIENTO DE LOS TRACTORES SOBRE ORUGA CON CUCHILLA EMPUJADORA

PRODUCCIÓN HORARIA

C/CATERPILLAR K/KOMATSU Factores Opeí Trabajo 0.83,

r íción 0.75, Carga 0.80

500 1000 1500 2000

Velocidad Sísmica IN-SITU (m/seg)

2500

Fuente:Costos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez 09 39

Page 48: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

CARGADORES SOBRE ORUGAS

FuenteiCostos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez OS 40

Page 49: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

RENDIMIENTO DE CARGADORES FRONTALES SOBRE NEUMÁTICOS

m3 (Suelto) PRODUCCIÓN HORARIA m* (banco)

600

480

360

240

120

I/560 \ C/988B \ K/W260-I \

V

I/530 C/950B K/W90-2

1/510 C/910 K/W40-1

^*

• * • ^ * " ^ ^ ^ N > I

"*" — - ^ " ^ " "

^ ^ ^ .

^ r̂rrr-

" /li L^l

jn^SB^jp1

>

" ^ «••

^ «•»»

" ^ *» . ^

360

288

216

144

72

6 9

Distancia de Acarreo

12

m

Fuente:Costos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez 89 41

Page 50: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

RENDIMIENTO DE COMPACTADORES DE RUEDAS CON PATAS Y HOJA TOPADORA

Fuente:Costos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez 88 42

Page 51: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

RETROEXCAVADORAS HIDRÁULICAS

Fuente:Costos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez 89 43

Page 52: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

RENDIMIENTO DE MOTOCONFORMADORAS

Fuente:Costos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez 25 44

Page 53: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

MOTO ESCREPAS

m3 (Banco)

280

PRODUCCIÓN HORARIA

1 1 » C/639 I

240

200

- rA -1 \

\

160

\

1/431 B C/621 B

120

80

1/412 C/613

40

\

\

C/627 B " ^ I/433 B i

C/CATERPILLAR I / INTERNATIONAL Factor Global de Ef iciencia 50% Pendientes de 2%

I I I

300 600 900

Distancia de Acarreo (un sentido)

1200 mts.

Fuente:Costos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez 08 45

Page 54: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

ESCREPAS REMOLCADAS POR TRACTOR SOBRE ORUGA

Fuente:Costos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez QB 46

Page 55: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

RENDIMIENTO DE DRAGAS DE ARRASTRE

m* (Suelto) P R O D U C C I Ó N H O R A R I A

IUU

80

60

40

20

0

LC-118 B E / 51

L C - 7 8 B E / 2 5

LC-118 BE/51

LC-78 BE/25

LC/LIN BE/BU Factor

///// '////

K-BELT E CYRUS-E Global d I

/vN.

OTE 1.5Í RÍE 0.77 e Eficien

i MATE

ERIAL

IVIMI c n i / M - 1

m3

cia 0.50 i

W'

2 4 6 8 10 (m)

Profundidad de Excavación

Fuente:Costos de Construcción pesada y edificación Por el Ing. Leopoldo Várela A.

Edit. Compuobras

Roberto Vargas Sánchez 25 47

Page 56: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

5b.- CALCULO DEL RENDIMIENTO MEDIANTE FORMULAS.

Las premisas básicas para el cálculo de la capacidad de producción se sustentan en una sencilla fórmula:

R = 60 min. x E x Ve / Te

Donde:

R = Rendimiento en m3/hora (m3 suelto) E = Factor de eficiencia de 75-80%. Ve = Volumen movido por ciclo m3/ciclo. Te = Tiempo del ciclo en min. o seg.

La producción de un ciclo esta representada por el volumen del material en cada ciclo: en una retroexcavadora, por ejemplo, o en un cargador frontal, es la capacidad del cucharón; en una motoescrepa o camión de volteo, es la capacidad de la caja y en un tractor empujando, es la capacidad de la cuchilla.

El número de ciclos por hora es el tiempo requerido por una máquina para com pletar un ciclo de trabajo o su recíproco; el número de ciclos por unidades de tiempo puede obtenerse utilizando la velocidad y tiempos especificados en los manuales del equipo, al dividir las distancias por recorrer entre ellas y considerar los tiempos fijos.

En algunos casos intervienen el factor de llenado (para cargadores y palas mecánicas), y el factor de abundamiento.

R = 60 min. x E x Ve x Fe / Te x Fa

Donde:

R = Rendimiento. E = Eficiencia. Ve = Volumen movido por ciclo. Fe = Factor de llenado. Te = Tiempo del ciclo. Fa = Factor de abundamiento.

Roberto Vargas Sánchez QS 48

Page 57: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

La variable "E" es un factor de eficiencia del equipo y se obtiene de la combinación de 16 subfactores, algunos no aplicables, otros favorables (mayores que uno) y los más de ellos desfavorables (menores que uno).

E = t x o x a x m x e x c x g x p x r x l x u x n x d x h x z x v

En donde todas las afectaciones son de carácter acumulado, ya que un factor incide en otro y así sucesivamente, lo cual se ejemplifica con una situación dada como la siguiente:

Donde:

t = eficiencia en tiempo = 50 min./60 min. = 0.83 0 = operación buena = 0.90 a = administración buena = 0.90 (bueno). m = tipo de material "2" (medio) = 0.90. e = estado del material: banco tepetate = 0.90 c = carga o copeteo = 0.90 g = maniobra y alcance =1.00 p = pendiente del terreno = 1.00 r = condiciones del camino = 1.00 1 = clima = 0.90 u = uso = 0.85 n == efecto de altitud snm = 1.00 d = desperdicio = 1.00 h = humedad =1.00 z = temperatura = 1.00 v = polvo.

E = .83 x .90 x .90 x .90 x .90 x .90 x 1 x 1 x 1 x .90 x .85 x 1 = 0.37

Este factor de eficiencia puede parecer extraño a un analista, aunque en el pasado se acostumbró utilizar el 75% como factor usual; todo depende de la situación prevaleciente; en las tareas de demolición posteriores al sismo de 1985, era común observar eficiencias aproximadamente de 10%; debido, sobre todo a las maniobras de rescate, a lo inadecuado de las máquinas y a la escasez de vehículos de acarreo.

A continuación se detallan 11 subfactores de eficiencia y se consignan algunos de sus valores mas normalmente aceptados. Cabe hacer hincapié en que el factor de eficiencia es uno de los valores más importantes dentro de los rendimientos de la maquinaria pesada en movimiento de tierras.

Roberto Vargas Sánchez 88 49

Page 58: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Factor de eficiencia en tiempo "t".

Consiste en el tiempo efectivo de trabajo durante el día o en cada hora y se acostumbra manejarlo en la cantidad de minutos efectivos cronometrados por cada hora.

Factor de operación "o".

Consiste en la habilidad, experiencia y responsabilidad de los operadores, quienes constituyen un factor medular en los rendimientos horarios de la maquinaria. Un buen número de contratistas asigna a este factor el 80% como el equivalente a operadores promedio en México, asignando un valor de 100% a aquellos con amplia experiencia y probada capacidad, digamos, calificados como operadores excelentes.

Factor de administración de obra "a".

La administración en campo e incluso oficina central es un elemento de peso en los resultados que se obtienen de las máquinas.

La adecuada planeación, dirección, operación y control de la obra redunda necesariamente en los volúmenes obtenidos. Algunos aspectos que tienen que ver con la administración de obra son: suministro oportuno y suficiente de combustible, frecuencia de lubricación y engrase, relevo de operadores, rapidez de provisión de refacciones y su reemplazo, talleres mecánicos, balance de equipo, etc.

Factor de tipo de material "m".

Los rendimientos generalmente consignados (m = 100%), se refieren a material fácil de atacar y que corresponde al material clasificado como tipo I (tierra no compactada, arena y grava, suelo suave).

Algunos le llaman a esto facilidad de carga; para el material medio puede utilizarse un factor de 90%, tierra compactada, arcilla seca y suelos con menos de 25% de contenido rocoso.

La clasificación del material medio difícil, corresponde a suelos duros con contenidos de roca hasta 50% y puede usarse como factor cercano a un 80%.

El material difícil de atacar es la roca tronada o escarificada y los suelos con hasta 75% de contenido rocoso m=70%. Por último, los materiales más difíciles son las rocas areniscas y caliche, en cuyo caso el factor aplicable es del orden de un 60%.

Roberto Vargas Sánchez 25 so

Page 59: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Factor de estado del material "e".

Este factor se refiere a las condiciones del material y se maneja en estados: en banco, suelto y compactado.

La condición estándar que se maneja como 100% es para el material suelto, en seguida se muestra una relación de estos factores para varios tipos de material.

Material Arena Arcilla arenosa Arcilla Suelo con grava Rocas suaves Roca dura

Banco 90% 82 70 85 61 59

Factor "e" compacto

86% 72 63 91 74 77

Abundante 11% 25 25 18 65 70

Factor de carga "c"

Corresponde al denominado factor de llenado, ya sea de cuchilla en el caso de tractores empujadores o de cubeta para los cargadores y excavadores. El valor denominado estándar del 100% se maneja usualmente para la carga "copeteada" y es aplicable a materiales amontonados, previamente cortados por otro equipo y para los cuales no se requiere de fuerza adicional para escarbar.

Un valor promedio oscila entre el 85 y 55% para suelos con grava, arena, triturados, finos, arcillas secas.

Se utilizan factores bajos de 55 a 40%, en caso de rocas tronadas y otros materiales que por diversos motivos no pueden ser cuchareados con facilidad.

Factor de maniobra y alcance "g".

En este factor se toma en cuenta el giro que requiere una draga u otro equipo de excavadoras para depositar el material producto de excavación.

En este caso también se aplica para las excavadoras el porcentaje de alcance requerido respecto al alcance máximo de los brazos o plumas; ejemplo de ello es la realización de sepas con profundidad de 3 metros; utilizando un retroexcavador con una capacidad de cavar a una profundidad de hasta 5.6 metros, situación que permitirá mejorar el factor de carga de cierta medida.

Roberto Vargas Sánchez QB 51

Page 60: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Factor por pendiente de terreno "p".

Este elemento es aplicable cuando se calcula la producción de tractores, vehículos, niveladoras y en general a equipos y operaciones en los que afecta de manera sustancial la pendiente del terreno.

Pendiente del terreno %

-10 a - 20 - 0a -10

0 a 10 10 a 20

factor "p"

hasta 125% hasta 110% hasta 90% hasta 75%

Es importante no olvidar este aspecto en particular cuando se acarrean materiales a distancia y en volúmenes considerables o cuando se contrata un tramo con pendiente adversa o favorable continua.

Factor de camino.

Para el caso de camiones de volteo, se acostumbra combinar el efecto de pendiente de terreno con el de resistencia al rodamiento; este subfactor r tiene los siguientes valores usualmente manejados.

Condiciones del camino

plano y firme mal conservado pero firme de arena y grava suelta sin conservación y lodoso

Factor "r"

98% 95 90 83

También debe tomarse en cuenta en este caso, lo que se conoce como coeficiente de agarre entre el medio de desplazamiento (llanta u oruga) y la superficie:

Roberto Vargas Sánchez 09 52

Page 61: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Resistencia

Superficie

concreto asfalto arcilla seca arcilla húmeda

surcada grava-arena dura

húmeda suelta

arena suelta tierra seca fina

no surcada surcada

al rodado

2.0 % 2.5

-

-

-

3.0 -

12,0

4.5 5.0 8.0

Coeficiente de agarre (tracción)

Neumáticos

0.80 -1.00 0.80-1.00 0.50 - 0.70 0.40 - 0.50 0.38 - 0.42

0.30 - 0.40

0.20 - 0.35 0.50 - 0.60 0.40 - 0.50

Orugas

0.45 -

0.65 0.70 0.70

0.35

0.30 0.90 0.60

Factor de clima-lluvia "1"

Considerando básicamente los días de lluvia y sus efectos secundarios como el anegamiento del terreno, el cociente de los días como buen tiempo entre los hábiles proporciona el factor de clima. Es importante señalar este aspecto, el cual puede estar incluido en el rubro "horas-año" (ha), que se maneja en costo horario del equipo, en cuyo caso no debe ser duplicado. Factor de uso "u"

Aunque sea considerado tradicionalmente como parte del costo horario, puede aplicarse como un factor más de eficiencia al uso efectivo del equipo, considerando sus tiempos muertos por reparaciones y falta de trabajo.

Se aplica cuando el número de horas-año consideradas en costo horario estándar sea menor en la aplicación específica.

Factor de altitud sobre el nivel del mar "nm".

En este caso se presenta una reducción casi proporcional de la eficiencia de un motor al incrementarse la altura sobre el nivel del mar (asnim), puesto que se disminuye la presión atmosférica.

Roberto Vargas Sánchez 89 53

Page 62: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Es obvio que los motores turbocargados conservan su potencia, independientemente de la asnim, pero en los normalmente cargados de combustible, la fuerza de tracción disponible se reduce.

CAT y Fiat-Allis coinciden en recomendar una reducción del 1% por cada 100 metros adicionales de asnim, a partir de 100 metros el primero y de 300 metros el segundo. Lo anterior resultaría, para el caso de la ciudad de México, en un factor de eficiencia igual a n= 0.87

Desperdicio o merma "d".

En cualquier operación en donde se mide el material colocado tanto compactado como no compactado, el volumen por mover o de préstamo, tendrá una merma en su manejo, se recomienda usar entre 4 y 8% de metro, esto es, un factor de entre 1.04 y 1.08.

Factor de humedad "h".

En condiciones de igualdad de temperatura, digamos 30 grados cent., a menor humedad, mejor rendimiento de la máquina y viceversa.

En terrenos por ejemplo como los desiertos de Sonora, con la humedad al 50%, podría asignarse un factor de 1.03, a 60% de humedad h = 1.00 y para un sitio extremadamente húmedo con 100% h = 0.98

TRACTORES.

La palabra deshancar no es muy usual, pero es quizá la más adecuada para describir la operación propia del tractor y que consiste en raspar la superficie y cargar por amontonamiento con su cuchilla, acarrear a una distancia de acopio y regresar para repetir la operación con más material.

En general, se toma como base un análisis teórico de la producción, que habrá de afectarse con los factores de eficiencia, los cuales son de carácter empírico y hasta subjetivo.

Roberto Vargas Sánchez 89 54

Page 63: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y «.entumienio;

La fórmula general de producción horaria expresada, para el caso de esta operación es:

PH = PXE/((2XD/FV(Vl+V2)/2 + TF)

En donde:

P = Capacidad del cucharón según norma SAE = 0.8 X largo X alto. E = Factor de eficiencia = 0.5. D = Distancia de acarreo en un sentido. FV = Factor de velocidad para D = 20 m. FV = 0.24

D = 40m. FV = 0.30 D = 60m. FV = 0.35 D = 80m. FV = 0.40 D=100m. FV = 0.46

VI = Veloc. máx. hacia adelante. V2 = Veloc. máx. en reversa. TF = Tiempos fijos.

El tiempo total del ciclo lo componen cuatro fases:

A) Operación de carga.

Esta fase se efectúa por lo general, sólo en primera a una velocidad de 1 y 3 kph, raspando en una distancia alrededor de 8 metros.

B) Operación de acarreo o empuje.

Como en la fase anterior, ésta se realiza en primera y sólo bajo circunstancias favorables en segunda; los fabricantes recomiendan utilizar el 75% de la velocidad máx. de la primera, para obtener el tiempo que consume.

C) Operación de regreso.

El retorno se efectúa de reversa, unos 10 m. en primera, los siguientes 20 en segunda y si la superficie lo permite los subsecuentes en tercera.

D) Tiempo fijo.

Los fabricantes coinciden en recomendar tres segundos como valor medio, algunos contratistas han sugerido cuatro segundos como mas real.

Roberto Vargas Sánchez 09 55

Page 64: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

COMPACTADORES.

En este aspecto, la fórmula general que ha de emplearse es:

PH = V X A X C X E X K/N.En donde:

V = Velocidad. A = Ancho del cilindro. C = Espesor de capa. E = Eficiencia. K = Traslape-1. N = Número de pasadas.

Conviene ilustrar un ejemplo, e involucrar el número de pasadas y la velocidad, ya que su cociente es proporcional a la energía transmitida al relleno.

ENERGÍA = pasadas/velocidad.

Si la velocidad de compactacion en rodillos vibratorios es de entre 3 y 6 kph, para rellenos de suelo y grava, se alcanza el 95% proctor con 4 y 6 pasadas respectivamente; el rendimiento es para una capa de 20 cm. con un Dynapac CAÍ5 por ejemplo:

PH = 3000 m/h X 1.68 m X 0.20 m X 0.9 X 0.5/4 pas. = 113.4 m3/hr.

o bien a mayor velocidad:

PH = 6000 m/h X 1.68 X 0.9 X 0.20 X 0.5/6 pas. = 151.2 m3/hr.

RETROEXCAVADORAS.

La producción horaria o rendimiento de las retroexcavadoras, está en función de los siguientes elementos:

- Material. - Carga-llenado. - Obstáculos. - Ángulo de giro. - Profundidad.

Roberto Vargas Sánchez 89 56

Page 65: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Kenaimienioj

CARGADORES.

El cálculo de su rendimiento horario es muy similar al de las excavadoras por la naturaleza de su aplicación, por lo que el segundo método de obtención de producción puede hacer uso de los mismos criterios y correcciones (en segundos) a sus ciclos bases.

El tiempo ciclo para cargar, descargar y maniobrar, oscila para los cargadores sobre neumáticos:

Cucharón:

de 1 a 3.5 m3 29 a 34 seg.

de 4 a 6.5 m3 32 a 37 seg.

Y para los cargadores sobre orugas:

de 1 a 3 m3 26 a 31 seg.

de 3.5 en adelante 29 a 34 seg.

Los cuales se afectarían en más o menos de acuerdo a lo siguiente:

A) Condiciones de excavación Fácil y sin interrupciones Dificultad media Difícil B) Condiciones del material.

Mezclados Hasta 3 mm. De 3 a 20 mm. De 20 a 150 mm.

C) Condiciones de la pila del material.

Hasta de 3 m. de altura + 1 Mayor de 3 m. 0 Acamellonado a volteo + 2

- 2 seg. 0

+ 11

+ 1 + 1 - 1

0

Roberto Vargas Sánchez OS 57

Page 66: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Jtenaimieiuu;

D) Condiciones operativas.

Volteos propiedad del contratista - 2

Volteos de unión de fleteros + 3

Flujo constante - 2

Operaciones interrumpidas + 2

Esto puede ejemplificarse, con un CAT 966E, equipado con un cucharón de 2.62 m3, con un ciclo base de 32 seg. operando en forma continua, fácil y sin interrupciones con una arena de 3mm. aplicada en un montón con altura mayor de 3 m. y usando volteos propiedad del contratista.

PH = 0.5 X 2.62 / (32-2-2+1+0-2) / 3600 = 174.7 m3/hr.

MOTONTVELADORAS.

Para obtener la producción horaria, se puede aplicar una fórmula parecida a la de los compactadores.

PH = EFIC X VEL X ANCHO X ÁNGULO DE HOJA X 0.9 X ESPESOR / PAS.

Esto puede ejemplificarse, con una moto con hoja de 3.66 m., con una velocidad de 4400 m/hr en primera, una eficiencia del 50%, una inclinación de hoja de 45 grados, para un espesor final de capa de 0.20 m. y 4 pasadas en un sentido, 8 en ambos, la producción sería:

PH = 0.5 X 4400 X 3.66 X 0.9 X 0.6 X 0.20 / 8 = 108.7 m3/hr.

Roberto Vargas Sánchez 89 58

Page 67: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

Se muestran a continuación las velocidades de trabajo promedio dadas por los fabricantes y contratistas dentro de la práctica.

Conservación de caminos 2 a 6 Km/hr. Nivelación de bancos Mezclando material Formando cunetas Extendiendo material Nivelación Conformando Terminados Escarificando Desmonte muy ligero Despalme

2 1.5

6 1.5

6 2

1.5 1 3 2 2

a a a a a a a a a a a

6 2.5 11 4 8 8 4 4 5 5 5

MOTOESCREPAS.

Como en todas las máquinas, el rendimiento horario en general se obtiene de multiplicar la producción por ciclo-tamaño de la caja, multiplicada por el número de ciclos por hora que es capaz de realizar, y por la eficiencia.

El tiempo de ciclo se compone por una parte fija (carga, descarga, maniobras y esperas) y la parte variable, que es el acarreo.

Los tiempos fijos varían de acuerdo con los tipos y las condiciones prevalecientes en obra:

Motoescrepa:

Estándar 83 a 140 seg. Con tractor empujando en carga 60 a 84 De elevador 80 a 130 Auger 78 a 108

Roberto Vargas Sánchez 68 59

Page 68: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento;

En donde los tiempos más bajos se dan para las máquinas más pequeñas. Los tiempos variables están en función de la distancia de acarreo, las pendientes del terreno (favorables o no) y la resistencia al rodamiento.

El tiempo de cada tramo de acarreo es igual a:

T = DIST. / (VELMAXCAR X F)

DONDE:

DIST. = Es la distancia parcial del tramo analizado. VELMAXCAR = Es la velocidad máxima de la motoescrepa cargada. F = Es el factor global de pendiente del terreno y la resistencia al rodamiento,este último se obtiene de la expresión siguiente:

F = 1 - 0.012 (% de pendiente + % de resistencia al rodado.)

Ejemplificando:

Supóngase que la pendiente del terreno es de -2% (favorable) y la resistencia al rodado es de 4%.

F= 1-0.012 (-2+ 4)= 1.976

DRAGAS DE ARRASTRE.

Tomando en cuenta los parámetros más relevantes para el cálculo de rendimientos horarios, se emplea la fórmula siguiente:

PH = P x E/T DONDE:

P = Es la producción por ciclo (suelto). E = Es la eficiencia que se usa en un 50% T = Es el tiempo de ciclo (en horas).

Roberto Vargas Sánchez 8B 60

Page 69: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (.Descripción y «.enuiimcuiu;

CAMION DE VOLTEO.

Para el acarreo de pétreos y térreos, se emplean los camiones de volteo. Se ha visto que algunas operaciones de movimientos de tierras se hacen en forma económica para los primeros 100 m. de acarreos con tractor o cargadores sobre neumáticos, los subsecuentes hasta 2000 m. con motoescrepa.

Para acarreos a distancias mayores, es lógico que el camión de volteo sea lo más adecuado. Se distinguen dos clases: Los volteos estándar y los de fuera de carretera.

En el cálculo del rendimiento de una unidad, se emplea la fórmula general:

R = PxE/T(hrs.)

Y la particular:

R = PxE/(LW) = VxPxE/D

DONDE:

D = Es la distancia total de acarreo en ambos sentidos de ida y vuelta. V = Es la velocidad promedio. P = Es la producción por ciclo.

Ejemplo:

Supóngase un volteo Famsa de 7 m3 (con motor mercedes Benz), a una distancia de 19 km. (en un sentido) con una velocidad en la ida de 40 km/hr. y de 60 km/hr. en el regreso.

R = 50 km/hr. x 7 m3 x 0.50/38 km. = 4.6 m3/hr.

Roberto Vargas Sánchez 69 61

Page 70: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Kenaimiemo;

Si se desea calcular por m3-km subsecuente tenemos que:

R = 50 km/hr x 7 m3 x 0.5/2 km = 87.5 m3-km subs./hr.

Y para el primer kilómetro se adiciona en el tiempo de carga y descarga, que si suponemos en un minuto se aplica la fórmula general:

R = 7 m3 x 0.5/(2 km/50 km/hr + 1/60) = 3.5 m3 / 0.0566 = 61.8 m3/hr.

Roberto Vargas Sánchez 88 62

Page 71: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

5c- CALCULO DEL RENDIMIENTO POR OBSERVACIÓN DIRECTA.

Este cálculo, como su nombre lo dice, es por medio de observación directa en el campo o lugar de trabajo, esto es una combinación entre el método gráfico y el método mediante fórmulas, en este cálculo influyen varios factores que deben tomarse en cuenta:

- Superficie del terreno. - Tipo de material que va a moverse. - Grado de dificultad del material que ha de moverse. - Distancia del movimiento de tierras. - Volumen del material. - Peso específico del material.

Dependiendo de estos factores tomaremos una solución para ver qué tipo de maquinaria se emplea, su tamaño y capacidad para ejecutar el movimiento de tierra.

Para el cálculo del rendimiento, debe tomarse la velocidad del equipo al atacar sobre el terreno tanto en la ida como en el regreso, así como las maniobras necesarias para su ejecución, el tiempo de carga y descarga, éste es tomado por medio de un cronómetro. Esto es más que nada para sacar un rendimiento promedio dentro del campo ya que sirve para retroalimentarse y obtener información más confiable para el futuro.

Roberto Vargas Sánchez 69 63

Page 72: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

CONCLUSIONES

Roberto Vargas Sánchez

Page 73: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

RENDIMIENTO DE TRACTORES SOBRE ORUGA (M3 SUELTOS)

DESBANCANDO A DIFERENTES DISTANCIAS DE ACARREO

MARCA DISTANCIA DE ACARREO (METROS)

MODELO 20 40 60 80 100

CATERPILLAR

D3B

D4B

D4H

D5H

D6H

D7H

D8L

D8N

D8H(1958-

D9N

DI 0N

DI IN

•74)

39.1077

49.5994

51.5564

82.9187

123.1869

191.8445

413.0868

303.6591

0.0000

451.5896

679.2432

909.4092

24.9278

31.6424

32.8740

52.9167

78.7684

122.7212

264.3591

194.0021

0.0000

289.0723

435.1628

581.4958

19.5320

24.8012

25.7615

41.4813

61.7924

96.2881 207.4518

152.1420

0.0000

226.8670

341.6299 •

456.1730

16.8039

21.3408

22.1649

35.6959

53.1941

82.8967

178.6147

130.9505

0.0000

195.3405

294.2034

392.6980

15.4873

19.6702

20.4288

32.9026

49.0405

76.4267

164.6806

120.7157

0.0000

180.1059

271.2798

362.0343

FIAT-ALLIS

FD5

8-B

10-C

14-C

FD20

FD30

31

41-B

30.7463

54.8569

75.0867

98.7846

157.1728

240.7335

467.9566

604.6737

19.5914

34.9486

47.8613

62.9127

100.0121

153.6566

298.5116

385.5594

15.3487

27.3783

37.5014

49.2786

78.3125

120.4590

233.9648

302.1413

13.2041

23.5521

32.2636

42.3890

67.3524

103.6618

201.3170

259.9586

12.1691

21.7056

29.7356

39.0645

62.0652

95.5516

185.5561

239.5972

KOMATSU

D21A-5 D31A-17

D41A-3

D53A-16

D65A-6

D85A-18

D155A-1

D355A-3

D455A

11.5863

21.7050

36.9472

63.3807

116.5548

179.4192

287.7305

431.9815

714.0392

7.3295

13.7343

23.4777

40.4101

74.3888

114.5984

183.9501

276.1250

457.8372

5.7266 10.7317

18.3741

31.6661

58.3152

89.8626

144.2962

216.5871

359.5459

4.9196

9.2199

15.7984

27.2447

50.1827

77.3421

124.2138

186.4375

309.6824

4.5310

8.4918

14.5563

25.1105

46.2562

71.2955

114.5128

171.8742

285.5751

Roberto Vargas Sánchez QB 64

Page 74: Movimiento de Tierras Maquinaria

Tesis: La Maquinaria Pesada en Movimientos de Tierras (Descripción y Rendimiento)

6.- CONCLUSIONES

Con base a lo visto en los capitulos anteriores, en los últimos 30 años se ha efectuado una revolución total en la maquinaria, los métodos y volúmenes, la rapidez y desarrollo así como la variedad de máquinas aumenta constantemente, por consiguiente las técnicas para su uso provechoso se hacen más complicadas cada día.

Hay que estar en una constante actualización de toda esta modernidad, para evitar perdidas por una mala selección del equipo, daños a la maquinaria debido a la ignorancia de sus funciones y de sus puntos débiles, a la perdida de tiempo, material y dinero.

Una contabilidad adecuada es una necesidad básica, tanto para presupuestar inteligentemente, como para efectuar una operación provechosa; así pues esta herramienta es importante para conocer si se han hecho las cosas convenientemente, ya que la mayoría de los contratistas saben hacer el trabajo, pero muy pocos saben llevar la cuenta de lo que se esta haciendo.

Otro punto importante es saber si conviene comprar una máquina nueva o usada, esto debe hacerse con base al tipo y cantidad de trabajo del que se dispone y el que se espera, el precio y disponibilidad de los modelos adecuados, así como la experiencia de los operadores, hábitos en el trabajo y preferencias personales.

Con todo esto urge una adecuada formación de profesionales en todos los ámbitos de la construcción, así como de técnicos de nivel medio, siendo esto uno de los problemas más críticos a los que se enfrenta hoy en día la industria de la construcción, lo que requiere de una adecuada planeación y racionalización de los recursos humanos.

Roberto Vargas Sánchez 88 65