TESIS CARLOS URANGA

TESIS CARLOS URANGA.PROYECTOS DE INGENIERA CIVIL:

PRODUCTIVIDAD EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS POR METODOS MECANICOS

(En ingles)INTRODUCCION

En la actualidad vivimos en un mundo altamente competitivo y globalizado, donde la productividad de las operaciones juega un rol importantsimo en cualquier proyecto, de tal manera que se es necesario obtener o idear sistemas que nos permitan medirla en base a parmetros caractersticos de cada proyecto en orden de poder cumplir con lo plazos ya establecidos de la obra.

Este tema de tesis gira en torno a lo antes mencionado, y surge a raz de la necesidad del ingeniero en controlar y elevar la produccin de la partida de movimiento de tierras en base a la productividad de sus equipos, teniendo como factor primario el tiempo de cada ciclo de las operaciones. El objetivo principal de esta tesis es tratar de establecer un mtodo sencillo de control y mejoramiento de la productividad en base a la toma de tiempos de cada ciclo de la operacin a evaluar, de manera que pueda ser utilizado en cualquier otro proyecto y con cualquier tipo de maquinaria, y as con este sistema identificar las causas que no permiten que las operaciones de la maquinaria sean ptimas, y as, una vez identificadas, tomar medidas que nos ayuden a eliminar o minimizar su incidencia en la productividad, con el fin de mejorar y elevar los rendimientos en obra.

Este mtodo nos permitir visualizar mejor nuestras operaciones, ya que se dividen en procesos o fases analizados, lo cual permitir al ingeniero detectar los errores que podamos cometer al realizar las operaciones en cuestin. Este anlisis de cada fasese repite una y otra vez, por lo que la mejora es continua y en este caso se traduce en la disminucin del tiempo de cada una de las fases o procesos.

TESIS CARLOS URANGA (traduccin al ingles)PROJECTS OF CIVIL ENGINEERING

PRODUCTIVITY IN THE EARTHMOVING WORK BY MECHANICAL METHODSIntroductionNowadays we live in a highly competitive and globalize world, where the productivity of operations takes an important role play in any project, in such way that it is necessary to obtain or create systems that allow us to meseaure with bases in characteristics parameters of each project in order to accomplish the terms of each work.This thesis theme turns in what we mention before, and this emerge because of the need of the engineer to control and arise the production of the earthmoving work in bases of the productivity of its machines, taking as a primary fact of each cycle of operations.

The primary objective of this thesis theme its to try to establish a simple method of control and improve the productivity based in the taking of time of each cycle of operation to value, in such way that this method could be used in any other project and whit any kinds of machines, and whit this simple method try to identify the causes that do not allow us a correct function of the machines, and once we identified this causes, take simple methods that will help us to eliminate or decrease its appearance in the productivity, whit the end of improve or arise the performances in earthmoving work.This method allow us to visualize our works in better ways, because its divided on analyzed processes and phases which allows civil engineer to detect common mistakes in work that we can make during this operations. The analysis of each phase takes place over and over, so the improvement is continuous and as result in this case, takes as result the decrease of time in each one of the processes and phases.JUSTIFICACION

Esta investigacin esta movida por la curiosidad de entender mejor el funcionamiento de las maquinas que son utilizadas en obra, as como el mejoramiento o incremento de la productividad de tales maquinas para generar as un tiempo menor de construccin, y a su vez, esta misma traducirla en mayores ingresos a la compaa constructora.

La ejecucin de los movimientos de tierra no es en un principio un trabajo difcil, pero se complica en muchos casos por diversos problemas.

La ejecucin de los movimientos de tierra (a mi punto muy particular de verlo), plantea un triple problema: Extraccin de escombros

Acarreo de material

Constitucin de terraplenes

Estos problemas o la complicacin de tal trabajo en obra, refiere a las mltiples condiciones de ejecucin que generalmente son aplicadas a grandes volmenes de tierra y exigen la organizacin eficiente y adecuada de la misma para tener una produccin alta.

ANTECEDENTES

Se podra decir que la ingeniera civil comenz cuando los humanos empezaron a ingeniarse artculos para su vida cotidiana. Los primeros hombres utilizaron algunos principios de la ingeniera para conseguir sus alimentos, pieles y construir armas de defensa como hachas, puntas de lanzas, martillos etc. El desarrollo de la ingeniera comenz con la revolucin agrcola (ao 8000 a. de C.) cuando las tribus dejaron de ser nmadas para cultivar sus productos y criar animales comestibles. Hacia el ao 4000 a. de C., con los asentamientos alrededor de los ros Nilo, Ufrates e Indo, se inici la civilizacin con escritura y gobierno.

Hasta pocas relativamente recientes, bajo el trmino arquitecto se englobaba a la persona que dominaba los conocimientos arquitectnicos, estructurales, geolgicos, hidrulicos... necesarios para la construccin de las obras civiles, militares y mquinas de las distintas pocas; comulga con esta visin los 10 libros de Marco Vitruvio (siglo Ia.C.) "De Architectura", en los que se tratan temas hoy da asociados a la moderna arquitectura, la ingeniera civil, militar y mecnica. Es tras el renacimiento cuando el desarrollo del conocimiento y las nuevas demandas sociales obligan a la especializacin de las ramas.

Fue la necesidad quien hizo a los primeros ingenieros civiles de la historia, y as tambin de la necesidad de obras cada vez ms grandes, fue que naci el movimiento de tierras. La creciente necesidad de hacer cada vez cosas ms grandes y ms fuertes en cuestin de ingenio y remembranza, pero tambin la necesidad de crear caminos y as de esa manera unir fronteras y naciones. Es as como nace el movimiento de tierras. Pero no fue un camino fcil para esta rama de la ingeniera el abrirse paso. La falta de tecnologa para desarrollar la maquinaria necesaria para realizar trabajos pesados en poco tiempo, no fue puesta en practica hasta la llegada de la utilizacin de las maquinas de vapor (revolucin industrial), y fue ah que esta rama de la ingeniera creci dando paso a otro nivel de productividad en la obra civil contempornea. Pero este mismo despegue trajo tambin la necesidad de crear o establecer parmetros de productividad i eficiencia, haciendo a los ingenieros desarrollar tcnicas para mejorar esta misma y llevar a la obra a su finalizacin en tiempo de entrega.

Las operaciones de movimiento de tierra son parte fundamental de la mayora de los proyectos de construccin de infraestructura. Para obtener ganancias cuando se trabaja en estas operaciones, la creacin de un plan y la seleccin del equipo apropiado son aspectos crticos para maximizar la productividad como se menciona en el libro PRINCIPIOS BASICOS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS de John Deere

Se entiende por MOVIMIENTO DE TIERRAS al conjunto de acciones a realizarse en un terreno para la realizacin de una obra. Dicho conjunto de actuaciones puede realizarse en forma manual o mecnica.La ejecucin de los movimientos de tierra es una de las principales ramas de la ingeniera civil en obras civiles; es parte fundamental en la construccin de obras de comunicacin (carreteras, ferrocarriles, tneles, canales, etc., etc.)

Se a recurrido a las maquinas para el movimiento de tierras cuando se tiene en cuenta ciertos elementos del precio (especialmente los correspondientes a su conservacin y amortizacin), producen una economa respecto a la ejecucin a mano.

Las maquinas se imponen tambin, prescindiendo de las cuestiones econmicas, cuando los volmenes de obra diarios a realizar para satisfacer los programas y tiempos de entrega de la obra, exigiesen reunir efectivos (personas) anormalmente elevados y difciles de contratar. Por ejemplo en los trabajos de la presa del Lago Serr-Poncon, en Francia, en la regin del Avignon, tuvieron a su disposicin para realizar la extraccin de material, cinco palas mecnicas con cucharones de gran capacidad (dos de 5.35 m3 y tres de 3.82m3) que permitan cargar como media 22,000 m3 por jornada de 20 horas y con la ayuda de 20 obreros a los que haba que aadir de 10 a 12 obreros de taller para la conservacin de las palas.

La carga a mano de un volumen como este, admitiendo que se udiera hacer trabajar a la cantidad de obreros necesarios en la zona de ataque a las excavaciones y asegurar sus servicios mediante las maquinas de transporte adecuadas, exigira aproximadamente de 3600 obreros trabajando 3 turnos de 8 horas a razn de 1200 obreros por turno. Otro ejemplo notable de cmo las maquinas desempean un factor importante para realizar el movimiento de tierras en estos tiempos, es en el del Canal Du Midi, al sudoeste de la regin de Languedoc, en Francia, y que posee unos 240 Km. Y une al mar Mediterrneo con el ro Garona, su ancho es de 20 metros con una cuenca de 2 metros. 3El ingeniero Pierre-Pal Riquet (1609-1680) fue la persona encargada de su realizacin, la cual se ejecuto a pala y carretilla con una duracin de aproximadamente 15 aos empleando a 12,000 obreros para su realizacin y su inauguracin fue en 1981. 4 Con el advenimiento de la maquina de vapor aparecen las primeras MAQUINAS para el movimiento de tierras. Especialmente hablando de la excavadora de Couvreux (1878) 5 que, verdaderamente puede ostentar tal nombre, con sus CANGILONES de 1700 litros que comenz a trabajar en los movimientos de tierra de la lnea Sedan- Thionville y que se empleo despus en el Canal de Suez (1869). 6 Su construccin estuvo a cargo del Frances Ferdinand Marie de Lesseps (1805-1894).Un total de ms de 1.5 millones de trabajadores participaron en la obra que inici su construccin el 25 de abril de 1859 y culmin diez aos ms tarde con un costo de 17 millones de libras esterlinas. Para la inauguracin el 17 de noviembre de 1869 el compositor italiano Giuseppe Verdi compuso por encargo la pera Ada. Con 161 kilmetros de longitud, hasta 13 metros de profundidad y de 60 a 100 metros de ancho en su base, es uno de los centros nerviosos ms sensibles del trfico mundial. Lo cruzan cada da 72 barcos, por lo que resulta la va comercial martima ms utilizada del mundo. 7

En las grandes obras que se emprenden actualmente las maquinas desempean un factor importante en general, pero de todas formas su intervencin es bastante reciente. No fue hasta despus de 1914 que las maquinas tal cual las conocemos y vemos hoy en da hicieron su aparicin y no fue sino hasta esta fecha en las maquinas para el movimiento de tierras hicieron su aparicin en Latinoamrica.Situado en la parte ms angosta del Continente Americano y la ms baja del Istmo de Panam, fue construido por los Estados Unidos de Amrica de 1904 a 1914 y contina siendo una de las ms impresionantes obras de ingeniera en el mundo. 8En el canal de Panam se encontraron terrenos muy duros que hacan difcil la utilizacin conveniente de la excavacin a mano y fue en estos momentos en que la PALA MECANICA a vapor hizo su aparicinDespus se intento el empleo del motor a gasolina, el aire comprimido e incluso el del agua a presin. En la guerra de 1914 apareci el transporte sobre orugas que haba de permitir a las maquinas librarse de las vas frreas. Ms a adelante en el tiempo el motor DIESEL ocupa progresivamente el lugar del motor de gasolina.

Finalmente, la guerra de 1939-1945, es el origen de los ltimos progresos son el empleo de los grandes neumticos para todo terreno, a baja presin, que permiten gran movilidad a maquinas cada vez mas variadas y mas perfeccionadas mecnicamente (bulldozers, motoniveladoras, cargadoras, escarifiacoras, etc., etc.,) 9 hasta llegar a la pala mecnica mas grande del mundo: la MOUNTAINEER y solo para tener una idea de lo monstruosa que es esta maquina, aqu presento unas de sus especificaciones: -tiene 311 pies (95 metros) de altura y 705 pies de largo (215 mts.)

Pesa 45,000 toneladas

Costo 100 millones de dlrs. El construirla

5 aos de diseo

5 aos de ensamblaje

Remueve 76455 mts3 de material por da. 10Se debe tener en cuenta lo necesaria que se a convertido la maquinaria para el ingeniero civil y para la realizacin de sus obras ya que sin ellas seria una perdida de tiempo, dinero, costo y eficiencia o productividad, haciendo muy tardados los tiempos de realizacin de obras.

Pero lo cierto es que, en el transcurso de las dcadas que le sucedieron a estas etapas de la mecanizacin del movimiento de tierras, el proceso iniciado ha ido dando pasos de gigante.

Sobre todo a partir de la ltima guerra mundial 1939-45, que seal el principio de un fabuloso avance tcnico de gran espectacularidad, que todava no ha terminado.

Las mquinas para la construccin hoy existentes han ido adaptndose cada vez ms a las exigencias de las obras y, adems, una gran parte de ellas han experimentado notables modificaciones. Su servicio, cuidado y mantenimiento se han simplificado, disminuyendo su peso y aumentando las velocidades de trabajo y sus rendimientos.

Primeros compactadores 1

MARCO TEORICO

Los equipos pesados de construccin estn diseados para realizar ciertas tareas en el proceso de movimiento de tierras, de all la gran importancia en su seleccin; una decisin inadecuada podra ocasionar que la inversin en un proyecto se desve en sobre-costos o en reparaciones tempranas por sobreesfuerzo en los equipos.

Las mquinas para movimiento de tierra se caracterizan por ser, en general equipos autopropulsados utilizados en construccin de: caminos, carreteras, ferrocarriles, tneles, aeropuertos, obras hidrulicas, y edificaciones. Estn construidos para varias funcionas como son: soltar y remover la tierra, elevar y cargar la tierra en vehculos que han de transportarla, distribuir la tierra en camadas de espesores controlados, y compactar la tierra. Cabe resaltar que Algunas de estas mquinas pueden efectuar ms de una de estas operaciones.

La seleccin satisfactoria de los equipos pesados, estn ligadas a sus propiedades, caractersticas y localizacin de los materiales sobre las cuales se desea desarrollar un trabajo. Adems, la experiencia del Ingeniero juega papel importante, pues, a travs de observacin y medicin de rendimientos en la ejecucin de proyectos de construccin, permite una seleccin ms objetiva acorde a una situacin especifica.11Obtener la mxima productividad es una tarea que puede ser muy difcil. Para planificar la obra, se debe conocer las especificaciones de cada maquina. Por ejemplo, en los camiones de carga utilizados en obra, el tiempo de viaje es una variable que depende de muchos factores. Esta tesis esta enfocada a medir la productividad de la maquinaria en los movimientos de tierra utilizando caractersticas fundamentales del equipo, para estimar la productividad de diversa maquinaria utilizada en obra, as como su rendimiento en obras de movimiento de tierra.Se han desarrollado metodologas para la optimizacin de maquinara pesada basadas en las caractersticas de los equipos dadas por las casas productoras para obtener el tiempo del ciclo empleado por una mquina para realizar determinada tarea.

A travs del clculo de rendimientos y produccin se proporcionan una herramienta de juicio para la determinacin del tiempo de ejecucin, sus cronogramas de actividades y costos de un proyecto de movimiento de tierras. Sin embargo, cuando la cantidad de equipos sobre las cuales se desea aplicar tales metodologas es muy grande, el proceso de optimizacin podra pasar a ser uno ms de los problemas que se deben solucionar para el desarrollo del proyecto, y en una industria tan competitiva como la construccin, es bien importante la planificacin de las actividades y la creacin de un plan de trabajo, la implementacin de ese plan y el uso de las herramientas adecuadas para ejecutar y completar exitosamente las obras. Las personas encargadas de planificar las actividades deben considerar los recursos necesarios para maximizar la productividad, tarea que puede representar un reto y que a su vez puede manifestarse en averas y prdidas tanto econmicas como de maquinaria.Esto es particularmente cierto para obras en las cuales el movimiento de tierra es esencial, debido al costo del equipo utilizado. La complejidad, incertidumbres y variabilidad encontradas en las obras de movimiento de tierra pueden dificultar el proceso de planificacin. Es debido a esto que es bien importante conocer ciertas especificaciones de las maquinas para que un camin sea cargado con el menor requerimiento de paladas o movimientos, el tiempo de viaje del camin, cargado y vaco, tiempo de vaciado y tiempo de viaje total. Los tiempos de viaje, cargado y vaco(el camin), presentan gran variabilidad debido a mltiples factores, y de los cuales dependen en gran medida, tales como factores de la ruta, la experiencia del operador y los factores del camin(que ste est en optimas condiciones de uso, o en su caso que sea una maquinaria nueva).

La descripcin de los tiempos de viaje para camiones es una actividad que consume mucho tiempo y que relativamente es pobre (en cuanto a que tan acertados son los datos), debido a que hay que observar el camin en la ruta, y no siempre las rutas son las mejores para el transito de la maquinaria y que tambin NO SON LAS MISMAS en todas las obras de ingeniera, es por eso que hay que recopilar datos de tiempo de viaje y luego analizarlos para determinar qu valores representan mejor las duraciones de estas actividades.Usualmente, estos tiempos de viaje son utilizados en modelos de simulacin para el anlisis de dichas operaciones. La precisin de los resultados obtenidos de estos anlisis depende en gran medida de los tiempos de viaje que han sido utilizados para alimentar el modelo. Los datos de entrada deben describir las caractersticas del equipo (eficiencias, reducciones, curvas de potencia, etc.). Los modelos disponibles en el mercado, NO CONSIDERAN estas caractersticas en detalle, y es requerido para modelar el rendimiento de los camiones detalladamente y realizar estudios mas especficos y concretos, para que a su vez este refleje un resultado acertado o en su contraparte, un acercamiento a la realidad del proceso. Uno de estos modelos utilizados en la actualidad es el software desarrollado en conjunto por CATERPILLAR y MICROSOFT llamado MACK, el cual permite una interaccin del usuario con la mquina para personalizar tareas que comnmente resultaran largas y propensas a errores.As como este software para el camin de carga, existe una diversidad enorme para las diferentes maquinas que los ingenieros utilizamos en obra y los cuales NO SON ESPECIFICADOS en este tema de tesis, puesto que en ella se aborda la PRODUCTIVIDAD de la maquinaria, pero se TIENE que hacer mencin de ellos, ya que es una herramienta eficaz y necesaria para llegar a saber como, donde y que factores tienen en cuenta para representar datos especficos de la maquina.CAPITULO 1.CONCEPTOS DE PRODUCTIVIDADEn el presente captulo expondremos todo lo relacionado con los conceptos de la productividad, los cuales utilizaremos posteriormente al momento de obtener el rendimiento y la productividad de los equipos que se emplean en el ejemplo de la tesis.

CONCEPTOS BASICOS

Empezaremos con definir la palabra PRODUCTIVIDAD:

As lo define el diccionario: PEQUEO LAROUSSE ILUSTRADO

f. Facultad de producir. Calidad de lo que es productivo. Incremento simultaneo de lo que es produccin y del rendimiento debido a la modernizacin del material y a la mejora de los mtodos de trabajo.12Conjugando esta definicin con las descripciones que manejamos en el tema anterior, entendemos que productividad es el rendimiento de una actividad productiva y la podemos expresar en cantidad de produccin obtenida por una unidad de factor, generalmente, de trabajo; y los elementos que la determinan son fundamentalmente la organizacin del trabajo, el grado de mecanizacin del mismo as como la disposicin del trabajador (experiencia, estado fsico y psicolgico etc., etc.).

La productividad tambin puede definirse como una medicin de la eficiencia con que los recursos se administran para completar un trabajo especfico, dentro del tiempo establecido y con la calidad acordada. Es decir, la productividad comprende tanto la eficiencia como la efectividad, ya que de nada sirve generar y transportar volmenes de gran tamao a la maquinaria que se este usando y que esta se vea afectada y genere atoros atrasando as el flujo de camiones hacia la misma y hacia la obra.

La Figura 1.1 indica la relacin entre eficiencia (buena utilizacin de los recursos), efectividad (cumplimiento o logro de las metas deseadas) y productividad13.Es necesario que las empresas o los proyectos de construccin se ubiquen en el cuadrante de alta eficiencia y alta efectividad ya que as se lograr una alta productividad.

Fig. 1.1 Relacin entre eficiencia, efectividad y productividad.13

13. Earthmoving performance and estimating handbook, Jan 1982. FIAT ALLIS.PRODUCTIVIDAD es el cociente de la divisin de la produccin entre los recursos empleados para lograr dicha produccin.

Productividad = Cantidad producida / Recursos empleados

La organizacin de la obra no solo implica el escoger correctamente a la maquinaria para llevar acabo un trabajo, se debe, tambin, organizar a uno o varios grupos de trabajo en cada obra, que esta cuente con el personal capacitado depende del proyectista y del tipo de trabajo a realizar.

Para que se logre llegar a un trabajo productivo deben estar comprometidos todos los niveles de la organizacin, tanto en su accionar interno como en su interaccin con el entorno, Yaa que sta debe dar las condiciones y recursos para que los grupos de trabajo funcionen de manera eficiente y a su vez productiva. A la vez los grupos de trabajo deben apoyar a cada individuo que conforma el grupo tanto en condiciones como en recursos para que finalmente estos aporten sus habilidades y actitudes obteniendo as una alta produccin en las tareas especficas que se desempean. En esta parte ya se involucra al trabajador y este representa un punto determinante en la productividad de un trabajo.Tambin, los grupos de trabajo, deben contar con una adecuada direccin (que depender principalmente del ingeniero) y que este cuente con el personal apropiado para cumplir con sus tareas. Se deben tener bien conformados y balanceados sobre la base de las capacidades requeridas y deben contar con los recursos necesarios, entre otras cosas. Finalmente, los trabajadores se desempearn de forma productiva, si cuentan con la capacitacin necesaria, estn debidamente motivados y no estn restringidos por factores externos en la ejecucin de sus tareas.

La productividad sufre constantemente un proceso de transformacin, en este proceso ingresan recursos para dar un servicio o producir un bien y luego a travs de este mismo obtener un producto o servicio cumplido. En una obra civil, para el caso de movimiento de tierras los principales recursos que se utilizan en el proyecto son los siguientes:

Los materiales (repuestos, combustibles, etc.)

La mano de obra

La maquinaria y equipos

Cuando se ha considerado estos, recursos podemos definir las siguientes productividades:

1. Productividad de los materiales: Planificar adecuadamente las cantidades de los diversos materiales que se utilizaran y contar con ellos en el momento oportuno pero sin aumentar el stock (suministro).

2. Productividad de la mano de obra: La mano de obra en esta operacin la conforman bsicamente los chferes y operadores de los equipos. De la habilidad de estos, depende en gran medida, su produccin y el rendimiento.

3. Productividad de la maquinaria: Es un factor critico, de ellas depende la produccin y en gran medida la productividad de los otros recursos. 14

Existen diversos factores que afectan la produccin del equipo, el rendimiento de la mano de obra (tanto en los operadores como en el personal que trabaja en campo), la utilizacin de los materiales. Es decir, estos factores influyen sobre la productividad de la obra tanto positiva como negativamente. La funcin de la administracin de la obra es lograr identificar los factores con mayor incidencia sobre la productividad de la misma para luego incrementar las incidencias de los factores positivos y disminuir los negativos.

Es importante comprender que la productividad posee gran cantidad de elementos, los cuales la hacen extremadamente compleja. Para lograr una buena productividad es necesario que todos los involucrados aporten, es decir, todos aquellos que tengan que ver con la ejecucin del trabajo. Los ms importantes son: cliente, contratista, mano de obra y proveedores.

En la Figura 1.5 se muestra a los principales participantes en un proyecto y cual es la forma ms comn de relacionarse con ellos. De estos, el que tiene un mayor impacto es sin duda el dueo ya que dependiendo de sus actitudes impulsar el esfuerzo de los otros participantes logrando as la satisfaccin de su cliente. Lamentablemente en algunos casos el dueo ha influenciado negativamente privilegiando el precio como un criterio de adjudicacin de los proyectos que realizan, sin considerar el desempeo de las empresas que postulan. 15 Figura 1.5: Principales participantes en un proyecto de construccin.15

En el caso de la mano de obra es necesario que estn presentes tres elementos:

EL obrero debe desear hacer un buen trabajo, esto se encuentra relacionado con la motivacin y la satisfaccin en el trabajo.

El obrero debe saber realizar un buen trabajo, lo que implica una buena capacitacin y entrenamiento.

El obrero debe poder realizar un buen trabajo, lo que implica una buena labor de la administracin siendo esta ltima eficiente y efectiva.

La falta de alguno de estos elementos o la falla de los mismos hace que la productividad se vea afectada generando un efecto proporcional a la severidad de la deficiencia existente.

1.2. El Trabajo

Segn Alfredo Serpell El trabajo es la expresin final o la demostracin de la accin de la administracin. Los elementos bsicos del trabajo son:

1. Personal:

Aporta con sus habilidades o capacidades, como por ejemplo, la destreza con la que se opera el equipo.

Demanda satisfaccin de deseos y necesidades, como por ejemplo, la necesidad de superacin tanto personal como profesionalmente.

2. Materiales necesarios para la ejecucin del trabajo, por ejemplo, herramientas e implementos de seguridad.

3. Ubicacin:

Accesibilidad a la obra, pude ubicarse dentro de la ciudad as como en zonas aledaas.

Entorno de la obra, este aspecto est relacionado con las caractersticas geogrficas de la zona de la obra.

4. Herramientas y equipos requeridos, relacionado especficamente con la maquinaria pesada y su mantenimiento.

5. Informacin:

Tcnica,

De gestin o administracin.

El trabajo se puede clasificar de la siguiente manera:

1. Trabajo Productivo: Es todo trabajo que aporta en forma directa la produccin, por ejemplo, transportar caliza directamente a la chancadora, volar caliza que se encuentra en su forma natural.

2. Trabajo Contributario: Es el trabajo de apoyo, que debe ser realizado para que pueda ejecutarse el trabajo productivo. Son actividades aparentemente necesarias pero no aportan valor; es una perdida de segunda categora. Por ejemplo, recibir o dar instrucciones, limpieza de los vehculos, el mantenimiento de las vas, etc.

3. Trabajo No Contributario: Cualquier actividad que no genera valor y que cae directamente en la categora de prdida. Son actividades que no son necesarias, tienen costo y no agregan valor. Ejemplo, descansos, trabajos rehechos, esperas, etc.

La productividad del trabajo, se mide en relacin con el contenido de trabajo productivo, por lo que la clasificacin previa de los 3 tipos de trabajos que existen debe ser lo mas preciso posible, de manera que ningn tipo de trabajo no contributario pase desapercibido y no se pueda ejercer un control sobre l. Cabe resaltar que a medida que el tiempo utilizado en trabajos no contributarios aumenta, el tiempo disponible para realizar trabajos productivos disminuye, lo cual afecta negativamente a la productividad de la obra.

Entre las actividades no contributarias tenemos:

Esperando instrucciones

Espera y retiro de herramientas

Esperando por repuestos

Solicitando equipo

Esperando equipo

Interrupciones personales

Esperando por inspeccin o por muestreo de material

Esperando por proyecto

Esperando por falta de acceso

Estas actividades ocurren, generalmente, por deficiencias en la direccin de la obra, el personal, el sistema de trabajo, el tipo de proyecto, y las condiciones ambientales (lluvia, granizo, etc., etc.). Estos elementos a la vez establecen el ritmo o velocidad de la obra, por lo que tienen que ser mejorados de manera que la operacin sea cada vez ms eficiente.

Al presentarse un problema de productividad se va a tratar de buscar al responsable, generndose un flujo de culpabilidad en el que interviene el dueo, el constructor y los trabajadores, lo cual oculta los problemas e impide una solucin oportuna.

Una manera de contrarrestar este problema es contar con la documentacin adecuada en la cual se especifique la labor de cada uno de los involucrados, adems de tener una buena planificacin del trabajo en los distintos niveles que sirva de referencia para analizar la informacin de control, la cual, debe ser confiable y lo mas actualizada posible. Es indiscutible que se deben buscar soluciones constructivas en concordancia con los involucrados, buscando la cooperacin de todos y evitando que se generen posteriores resentimientos ya que hay que recordar que el personal nos seguiremos viendo al da siguiente y si estos resentimientos interfiriesen con el programa, causara atrasos en la obra.

1.3. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA PRODUCTIVIDAD Debido a la complejidad del trabajo existen mltiples factores que afectan la productividad en la construccin, as que enunciaremos a los ms importantes. 1.3.1. FACTORES QUE TIENEN UN EFECTO NEGATIVO SOBRE LA PRODUCTIVIDADSon factores que influyen negativamente a la productividad como por ejemplo:

1. Cansancio por sobre tiempos

2. Errores en las indicaciones del cliente

3. Cambios durante la ejecucin del trabajo

4. Complejidad en la ejecucin del trabajo

5. Congestionamiento del transito debido a la gran cantidad de unidades

6. Falta de supervisin del trabajo

7. Material a transportar mal volado o en tamaos inadecuados para su transporte

8. Condiciones climticas inadecuadas

9. Malas condiciones en la zona de trabajo, como la escasez de iluminacin.10. Excesiva rotacin del personal

11. Falta de materiales, equipos y herramientas cuando se necesitan

12. Elevada tasa de accidentes

13. Falta de personal capaz

14. Niveles de desempleo en el pas

15. Controles excesivos de parte de la administracin, lenta toma de decisiones

16. Excesivas exigencias de control de calidad

1.3.2. FACTORES QUE AFECTAN POSITIVAMENTE A LA PRODUCTIVIDAD Algunos de los factores que ayudan a mejorar la productividad son los siguientes:

1. Capacitacin del personal

2. Seguridad en obra

3. Innovacin de tcnicas de operacin del equipo

4. Planificacin adecuada

5. Programas de motivacin del personal (incentivos)6. Adecuado mantenimiento de los equipos

7. Diseos de vas y zonas donde el trabajo se realiza con mayor comodidad

8. Comunicacin constante entre la supervisin y obreros

9. Planificacin adecuada del mantenimiento de los equipos

10. Nivel adecuado de formacin de los obreros

11. Utilizacin de programas de cmputo para simular la operacin y analizar los resultados

Conocidos algunos de los factores, la labor del administrador de la obra debe ser la de incrementar los factores positivos, disminuyendo as, los efectos negativos, identificndolos oportunamente.

Las categoras en las que estos factores afectan a la productividad son los siguientes:

Trabajo lento: Debido a factores como la desmotivacin en el grupo, falta de inters, fatiga, condiciones climticas, etc.

Esperas y detenciones: Debido a falta de equipos, repuestos que no se tienen en stock, etc.

Trabajo inefectivo: Cambio de labores en el obrero, improvisacin de trabajos no definidos con anterioridad

Trabajo rehecho: excavaciones mal hechas, derrumbes en el lugar del banco de materiales, etc.Es importante establecer que la productividad incluye trabajos de calidad, en muchas ocasiones nos fijamos solamente en producir cada vez mas y descuidamos lo que a la calidad se refiere. La consecuencia inmediata de esto, es que se tendr que rehacer el trabajo ocasionando prdidas, debemos trabajar sin descuidar el tiempo, el costo y la calidad.

1.4. Causas de prdidas de productividad

Las causas que provocan prdidas de productividad son las siguientes:

Ineficiencia en la administracin

Mtodos inadecuados de trabajo

Grupos y actividades de apoyo deficientes

Problemas de seguridad

Inapropiados sistemas de control

Falta de recursos (factor humano)

Problemas de diseo y planificacin

Cada una de estas causas tiene a su vez un subconjunto de factores que las determinan. Estos factores se describen a continuacin.

1.4.1. Ineficiencia de la administracin

Entre las principales deficiencias tenemos:

La falta de supervisin o la baja relacin supervisor / empleado, los supervisores deben manejar un nmero apropiado de obreros, no excederse (se dice k un jefe solo puede manejar solo a 8 personas a la vez para que sea eficiente la relacin y no llegue a la desatencin del proyecto).

Una mala organizacin puede originar problemas de comunicacin y coordinacin.

Incapacidad de supervisores y administradores de la obra.

Mala planificacin efectuada por personas que no se encuentran en la capacidad de coordinar y proyectar la ejecucin de la obra, generalmente el ingeniero es quien realiza esta labor, y en muchos casos no sabe hacerlo correctamente.

La falta de planificacin lleva en muchos casos a una falta de control.

El atacar los problemas de manera temporal y slo cuando se presentan, hace vulnerable a una obra, por otro lado, en algunos casos, los supervisores o jefes de campo se encuentran agobiados con las tareas administrativas, lo cual se refleja en el campo.

1.4.2. Mtodos inadecuados de trabajo

Dentro de esta categora, las principales deficiencias se encuentran en las siguientes reas:

Falta de tcnicas para un mejor aprovechamiento de los recursos, maneras inadecuadas de utilizar los equipos.

Falta de implementacin de equipos adecuados para la obra.

Mentalidad cerrada para escuchar otras propuestas para la ejecucin de trabajos (este aspecto aplica en los operadores).

Poca experiencia de parte de los que dirigen el proyecto (supervisores).

Falta de comunicacin entre los que ejecutan directamente (obreros) y la jefatura. En algunos casos esto empeora ante la ausencia del supervisor en el campo.

1.4.3. Grupos y actividades de apoyo deficientes

Generalmente los problemas en los grupos de apoyo tienen relacin con la disponibilidad de recursos, entre los principales problemas tenemos:

Bajo rendimiento en el rea de mantenimiento de los equipos, escasez de equipos, muchos equipos parados por reparacin.

Bajo presupuesto en las distintas reas, reas olvidadas.

Falta de recursos por razones de mercado, en muchas ocasiones no hay determinado repuesto el cual se tiene que importar directamente desde fbrica en el extranjero.

Mala planificacin del mantenimiento de los equipos (recursos), falta de proyeccin en el mantenimiento.

Pobre plan de contingencia ante un problema inesperado, ya sea humano o de la naturaleza, como la lluvia que no deje la entrada a maquinaria por temor a estropear la plancha de tierra).

Logstica deficiente, pobre capacidad de reaccin y mal organizacin.

Inadecuada ubicacin de las instalaciones, el almacn de repuestos no debe quedar alejado de donde trabajan los equipos.

1.4.4. Problemas del recurso humano

El recurso humano presenta las siguientes deficiencias:

Falta o deficiente capacitacin, lo que se refleja en la calidad del trabajo, lentitud en la operacin de los equipos, en muchas ocasiones un mal manejo de los equipos no solo afecta en la produccin, si no que puede daar al mismo.

Poca motivacin de los trabajadores, la ausencia de satisfaccin en el trabajo afecta en su desempeo.

Carencia de asignacin de labores, el que una persona no tenga una labor definida inestabiliza al mismo.

Ninguna utilizacin de la experiencia personal en la obra.

Problemas de comunicacin, falta de capacidad de comunicacin en los obreros para expresar sus dudas o sugerencias.

Bajo rendimiento por problemas personales, falta de asistencia social.

1.4.5. Problemas de seguridad

La seguridad en obra es un factor importante, los accidentes generan prdidas materiales y peor aun, pueden ocasionar prdidas humanas. Como ya se mencion anteriormente, el que no haya un adecuado control y plan de seguridad hace que el desenvolvimiento del obrero se vea afectado negativamente, bajando su rendimiento.

Es necesario que toda obra cuente con una persona que tenga bajo su responsabilidad la seguridad de las mismas, que tome las medidas necesarias y que logre un clima seguro en el que el obrero se sienta protegido ante cualquier eventualidad.

1.4.6. Inapropiados sistemas de control

En la construccin, se utilizan sistemas de control que descuidan la parte productiva y se focalizan mas en analizar los costos de las obras, comparando los costos reales con los presupuestados.

Entre las principales deficiencias tenemos:

La informacin no es correctamente difundida, incluso puede ser distorsionada. Cuando se dan estos casos las soluciones demoran en darse.

No se identifica con claridad los errores que se presentan en obra.

Al no mostrar los problemas de productividad estos no se identifican y jams se corrigen.

Desinformacin total de lo que ocurre en obra.

Incapacidad del personal a cargo de esta rea.

CAPITULO 2.- FUNDAMENTOS DE INGENIERA EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS

El trmino movimiento de tierras se refiere a una gama de actividades mltiples que van desde la nivelacin para la construccin de un edificio, hasta las operaciones de corte y relleno en la construccin de una carretera, autopista, pasos a desnivel o en la explotacin de una cantera; incluso tambin en la construccin de una presa de grandes dimensiones.

El equipo seleccionado para el movimiento de tierras debe ser capaz de completar el trabajo dentro del tiempo establecido en el contrato. Las unidades de acarreo deben tener la capacidad suficiente tanto en tamao como en rapidez para mover el material y as poder cumplir con el trabajo requerido dentro del plazo acordado y a la vez obtener las ganancias esperadas. El equipo de carga deber ser capaz de excavar y cargar la cantidad requerida diariamente o por jornada, para completar el proyecto en el tiempo estimado.

2.1. OPERACIONES BSICAS

Les llamamos operaciones bsicas a los mtodos ordenados que se llevan a cabo en una obra, ya sea carretera, presa, etc., etc., y que llevan un orden para poder realizarlos. Es importante resaltar que se tiene que llevar acabo cada una de ellas en orden de iniciar una obra para movimiento de tierra.

Las operaciones en el movimiento de tierras empiezan con la preparacin del material que va a ser movido. Esto puede incluir aflojar o soltar el material por medio de una voladura o un escarificado. Tambin puede incluir remover el exceso de humedad, por ejemplo en una carretera esto se realiza despus de limpiar la capa vegetal superior.

Luego de aflojar o preparar el material se procede a excavar o cargar. Algunos equipos de construccin pueden hacer simultneamente el trabajo de soltar y excavar en un solo movimiento integrado. Excavar es el primer paso en el movimiento del material desde su ubicacin natural, aunque se haya movido cuando se solt el material. El material debe tener una forma y tamao manejable, este debe encajar o entrar en el cucharn del equipo de excavacin y en la tolva del equipo de acarreo.

Luego de la excavacin el material es trasladado desde su punto original de ubicacin al lugar donde se almacenar para su posterior uso. La distancia de traslado puede variar desde algunos metros a varios kilmetros, por ejemplo en la excavacin para un canal de irrigacin, el material excavado se utiliza en la construccin del mismo. En cambio en la construccin de carreteras o presas, el volumen que se maneja es mucho mayor y el traslado del material se realiza a mayores distancias.

El trmino cortar significa remover el material desde su ubicacin natural, y el trmino rellenar significa acarrear y descargar el material en el lugar indicado de acuerdo al tipo de obra. Algunas veces tambin estos trminos se utilizan juntos como corte y relleno para describir la actividad conjunta de la utilizacin del mismo material, como se puede distinguir en el caso de construccin de carreteras.

El siguiente paso en la operacin del movimiento de tierras es la descarga del material, que por lo general es vaciado para su uso final en un lugar especfico. Si el material va a ser desechado, ste se vaciar y no se tocar nuevamente durante la construccin. Por otro lado si el material va a ser usado como relleno ser descargado de tal forma que se pueda esparcir de una manera uniforme y compactado por otro equipo.

En resumen, la operacin del movimiento de tierras se caracteriza por:

1. limpieza del terreno que va a ser excavado por mtodos mecnicos (maquinaria) o por mtodos manuales (trabajadores con hachas, machetes).

2. Excavacin del material en el banco de material o en dado caso en el lugar de la obra.

3. Acarreo o transporte del material a su destino final.

4. Descarga del material en el relleno, terrapln o en el lugar indicado de acuerdo a especificaciones de la obra.

5. Provisin del acabado final (compactacin) al material de acuerdo a las especificaciones de la obra.

2.2 DESCRIPCIN DE LAS OPERACIONES

Limpieza del terrenoEsta actividad cubre la remocin de todos los obstculos antes de que la excavacin comience en serio. En las actividades relacionadas con caminos, esto a menudo est referido como "limpieza del rea o del camino" o como "limpieza de vegetacin o desbroce". Sin embargo, la actividad abarca ms obstculos que solamente los arbustos. Como una definicin general, incluye la remocin de rocas, edificaciones, rboles, arbustos, maleza, cultivos y la capa superficial que contenga cualquier materia vegetal que sea inapropiada para rellenar.

La dimensin de la capa vegetativa puede diferir considerablemente, de reas semiridas donde el trabajo de limpieza es insignificante a selvas tropicales lluviosas donde las sierras de cadena y los jaladores de vegetacin pueden ser (desafortunadamente) necesarios para remover grandes races de rboles.16

Tabla 1: Caractersticas de la limpieza de vegetacin16Tipo de vegetacinHerramientas apropiadas

Vegetacin ligeraMachete, rastrillo

Vegetacin medianaGuadaa, hacha, sierra

Vegetacin densaHacha, sierra de cadena, jaladores de vegetacin.

Cuando ya se encuentra el terreno limpio y libre, se efecta el replanteo y se comienza con la excavacin.

Excavacin

La excavacin es el movimiento de tierras realizado a cielo abierto y por medios manuales, utilizando pico y palas, o en forma mecnica con excavadoras, y cuyo objeto consiste en alcanzar el plano de arranque de la edificacin, es decir las cimentaciones.

La excavacin es requerida:

Para producir una plataforma nivelada para un camino en terreno virgen.

Para la obtencin de material para construir o ampliar un camino.

Para la actividad primaria en la elaboracin de cunetas laterales en caminos, an si la construccin de esta cuneta puede ser dividida en primero excavar una zanja y entonces inclinar los taludes.

En canteras para obtener grava que se usa en el revestimiento.

Para la formacin de los diques de los canales de irrigacin.

Para la obtencin de material para pequeas represas de tierra.

El parmetro ms importante para la excavacin es la resistencia del material. Esta puede alterar la productividad esperada en un factor de cuatro o mayor. Los materiales son generalmente descritos como suaves, medianos, duros, muy duros o rocas y estos trminos son usados en la comparacin de la informacin de diferentes proyectos. El Banco Mundial en su estudio definitivo12 proporciona una amplia definicin basada en el tipo de suelo y la penetracin de una herramienta. Esto es presentado en la Tabla 2 ms abajo en una forma simplificada como una manera til para los proyectos de evaluar su situacin particular. Como con la definicin de la limpieza de la obra, la descripcin mas prctica es la herramienta requerida, pero las descripciones de suelos son trminos generalmente aceptados por los especialistas en suelos.16 Acarreo El acarreo con equipamiento es generalmente llevado a cabo por una combinacin tractor/remolque para distancias de hasta cinco kilmetros, y con camiones de all en adelante. Sin embargo, esta es una pauta gruesa y necesita ser probada para circunstancias particulares. En Lesotho se utilizan solo camiones, mientras que en Kenya usan tractores y remolques para cualquier distancia de acarreo, simplemente porque eso es lo que ellos tienen disponible fcilmente.

El diseo del remolque es importante y los detalles de un tipo apropiado pueden ser hallados en el resumen tcnico N 1 de ASIST15. Muchos remolques disponibles comercialmente no son lo suficientemente robustos y no estn a la altura adecuada para una carga fcil. La experiencia ha demostrado que la capacidad ideal es de 3m3. Similarmente, los camiones no deben ser demasiado grandes o sern difciles de cargar y maniobrar en una obra basada en mano de obra. Camiones volquetes con una capacidad de 5 a 7 m3 han probado ser ideales.16

Cargar, descargar, esparcir.

Como se ha notado en las secciones previas, estas actividades son a menudo combinadas con otras como una sola actividad. La carga es generalmente parte de la actividad de excavacin donde no se considera el doble manipuleo de material y las elevaciones son de menos de un metro.

Similarmente a la carga, la descarga y el esparcido son corrientemente incluidas con la actividad de acarreo cuando el material est siendo obtenido de una cantera para el revestimiento de un camino con grava. Sin embargo, es importante tener informacin sobre estas actividades por separado, tal que un proyecto pueda desarrollar sus propias tasas.

Carga se refiere a la carga de una pila de material excavado previamente, y puede ser aplicado para cualquier material. Sin embargo, se debe recordar que si el material se deja paralizado por un periodo considerable y sujeto a la humedad y resecado, necesitar ser nuevamente soltado, lo cual constituye una nueva tarea de excavacin. La carga a alturas de mas de un metro son muy dificultosas por mtodos manuales, y los puertos de carga deben ser remodelados para evitar este problema. La carga es medida en metros cbicos de material suelto.

Descarga es probablemente la actividad ms tpica entre aquellas basadas en mano de obra dentro de la ingeniera civil. Este hecho no se refiere al uso de las carretillas o canastas de cabeza, pero s al vaciado de remolques o camiones no volcables. Por la gran cantidad de problemas experimentados con pequeos remolques volcables operados hidrulicamente, muchos de los proyectos han encontrado que es preferible desarrollar remolques rgidos conformados especialmente, los cuales pueden ser fcilmente vaciados a mano. Las cifras dadas relacionan principalmente con remolques de 3m3 con o sin puerta lateral especial. Sin embargo, son igualmente aplicables a camiones planos o a remolques ms grandes, si son diseados apropiadamente. La descarga es medida en metros cbicos de material suelto.16Esparcir se refiere por lo general a toda actividad de convertir suelo o grava suelto descargada en una superficie de camino lisa y nivelada.

Las productividades son similares para el trabajo de formacin de la sub-base, donde el material es usualmente obtenido de las cunetas laterales; y para revestimiento, donde el material es trado en remolques o camiones. Por lo tanto, en esta nota no se ha hecho distincin entre estas operaciones.

El esparcir puede ser medido en metros cbicos de material desagregado o en metros cuadrados de material para un grosor especificado.16

Compactacin Generalmente no se recomiendan mtodos manuales para la compactacin de caminos. La mayora e las investigaciones y experiencias han mostrado que no es posible conseguir un impacto suficiente ara obtener alguna diferencia significativa en la densidad del material de pavimento. La compactacin ebe llevarse a cabo mediante equipo remolcado o autopropulsado; o en algunas circunstancias, el pavimento puede ser dejado abierto al trfico para su compactacin.

La compactacin manual puede ser usada para el rellenado en estructuras de drenaje o en operaciones de mantenimiento (tales como el llenado de baches) usando apisonadoras manuales.

El pavimento es mejor compactado con un rodillo vibrador de operacin pedestre de 1.25 toneladas orodillos remolcados con un peso muerto de una o dos toneladas. Las tasas de productividad estn adas tanto para las operaciones manuales, como para las con equipamiento. La compactacin anual es especificada en metros cbicos de material compactado y la compactacin con quipamiento en metros cuadrados.

Cuando se especifica equipamiento de compactacin, es importante conocer la produccin diaria equerida. La mayora de los proyectos basados en mano de obra producen un mximo de 500 a1000 metros cuadrados de sub-base o revestimiento por da y el equipamiento debera ser basado n este resultado. El equipo pesado tpico de construccin para compactacin tendr una produccin ucho ms alta que esta, por lo que ser en gran medida subutilizada. Inversamente, el equipamiento e pequea escala puede demostrar ser muy poco confiable si trabaja ocho horas cada da, todos los das.

No est diseado para eso. En esta situacin un equipo de repuesto debe estar disponible, al menos con capacidad suficiente para mantener los ndices de utilizacin por debajo de las cuatro horas diarias.162.3 EL CICLO DE TRABAJO DEL MOVIMIENTO DE TIERRASEl ciclo de trabajo consiste en las operaciones repetitivas que el equipo realiza en el movimiento de tierras. El trabajo primario en la operacin del movimiento de tierras es la excavacin, el carguo, el acarreo, la descarga, y el regreso por la siguiente carga. Estos trabajos pueden ser realizados por un tipo de maquinaria o pueden ser hechos por dos o ms maquinas trabajando en conjunto.

Por ejemplo, el material puede ser cargado, acarreado y descargado por una moto tralla operando independientemente, o ste, puede ser aflojado por un tractor, cargado por un cargador frontal y acarreado y descargado por un camin de volque. Si el material va a ser utilizado como relleno, se desarrollar un ciclo de trabajo secundario. Este incluye el esparcimiento del material hasta llegar al espesor indicado, aadiendo cantidades de agua que permitan que el suelo llegue a su humedad ptima, y compactndolo con la densidad especfica. Cada uno de estos pasos es hecho por diferentes equipos. Cada maquina tiene un ciclo de trabajo que depende de otro equipo del conjunto.

El comn denominador para analizar un ciclo de trabajo es el Tiempo del Ciclo (Cycle Time o CT). Esto es real para un anlisis econmico del movimiento de tierras, porque el costo de mano de obra y del equipo est principalmente relacionado con el tiempo.

El Tiempo de Carguo (Load Time o LT) es el tiempo total que toma para llenar la unidad de acarreo. Es el tiempo que se requiere para llenar a su mxima capacidad la tolva del camin. Este tiempo depende de la condicin de la tierra o de la roca, el tamao del cucharn, las cuchillas uas, la capacidad de la tolva, el mtodo que se utiliza para cargar el material y las eficiencias operativas del equipo. El tiempo de carguo es controlable.

El Tiempo de Acarreo (Haul Time o HT) es el tiempo que toma acarrear el material desde el punto de carga hasta el punto de descarga. Este vara de acuerdo a la distancia de acarreo, de acuerdo a la condicin de la va, la potencia del equipo, entre otras. Las distancias de acarreo pueden variar indistintamente, las velocidades de viaje varan con la potencia, las condiciones de trabajo, y la condicin y perfil de la ruta de acarreo. La distancia de retorno para un equipo vaco es prcticamente la misma que la distancia que se recorre cuando el equipo est lleno. En definitiva, el perfil del camino de acarreo puede cambiar y las velocidades de viaje de una unidad vaca pueden ser ligeramente diferentes, por consiguiente el Tiempo de Retorno (Return Time o RT) del camin vaco va a ser considerado.

Otro componente del tiempo del ciclo de movimiento de tierras, es el Tiempo de Descarga (Dumping Time o DT). Este tiempo depende de las condiciones del material, si ste est seco y suelto, o pegajoso. El tiempo de descarga est influenciado por el tipo de equipo y por el mtodo de descarga. Si va a ser descargado en un solo lugar, si va ser esparcido bruscamente, si va a ser esparcido cuidadosamente, o simplemente si se va a acopiar el material de manera desordenada; en cualquiera de estos casos el tiempo de descarga es solamente una pequea fraccin del total del ciclo.

Cuando la unidad de acarreo regresa hacia la zona de carguo por la siguiente carga, el cargador puede estar ocupado cargando a otra unidad de acarreo. En muchos casos la unidad de acarreo se ver obligada a hacer lnea o cola en espera de su turno de carga. Si este tiempo es considerado, es asumido como un tiempo fijo conocido como Tiempo de Espera (Spotting Time o ST). Entonces:

CT = LT + HT + DT + RT + ST

La unidad de tiempo que generalmente se usa para el anlisis del trabajo de los equipos de construccin es el minuto. El tiempo de carga y descarga de material son generalmente considerados como tiempos fijos, por que estos son casi constantes en relacin con el tiempo que requiere el acarreo y el retorno. Partes del HT y del RT como la aceleracin, deceleracin, frenado y volteo son considerados tambin como tiempos fijos.

2.3.1 Tipos de equipos en el movimiento de tierras

Los siguientes equipos estn diseados para realizar el trabajo individualmente o contribuir a la realizacin del trabajo:

1. Tractores con accesorios como hojas de empuje, empujadoras y escarificadores.

2. Moto trallas, auto propulsadas y remolcadas (de tiro)

3. Cargadores frontales

4. Excavadoras

5. Volquetes y camiones

6. Moto niveladora, posiblemente con escarificadores.7. Compactadora

En nuestro caso nos ocuparemos de los siguientes equipos: cargadores frontales; excavadoras (palas) y volquetes.

2.4. La naturaleza del material o del terreno.

Debido a que los suelos presentan caractersticas fsicas diferentes, ya sea por sus condiciones granulomtricas o por sus condiciones plsticas, es necesario que para el clculo de movimiento de tierras se tenga en cuenta el tipo de suelo a atacar y su factor de abundamiento. No es lo mismo el ataque a un suelo granular que al de una arena fina, por ejemplo. Adems hay siempre que tener en cuenta que las maquinas manejan, casi siempre, tierras sueltas y abundadas.17

El material puede variar desde arcilla pegajosa y esponjosa a suelta, o desde material slido granular a roca slida. La seleccin del tipo y tamao del equipo depende de las condiciones del material y su posterior uso. Cuando la tierra es extrada del suelo el volumen del material se incrementa, se dice que sta se hincha cuando es excavada. Cuando este material es colocado en un terrapln y compactado, el volumen final va a ser menor, manteniendo el mismo peso, por esto se dice que el material se encoge durante la compactacin. En condiciones naturales, el volumen de material se expresa en trminos de metros cbicos en estado natural, esto es aplicado a los suelos o rocas.

Cuando el material ha sido removido, ya sea roca volada o suelo excavado se le denomina material suelto. Este incremento de volumen de suelo o roca es dado en parte por el incremento de volumen de las partculas slidas, causado por la liberacin de esfuerzo en compresin que es el resultado de muchos aos de consolidacin del material. Sin embargo mayormente el incremento de volumen de la masa del material se da por la cantidad de espacios vacos que se generan en el material suelto. El incremento de volumen es expresado como la razn entre el volumen suelto sobre el volumen en estado natural. Algunos valores representativos de cambios de estado de materiales estn dados por la tabla 2-1.

Tabla 2-1: Valores representativos de esponjamiento y contraccin

13. Earthmoving performance and estimating handbook, Jan 1982. FIAT ALLISSe debe sumar o restar estos valores porcentuales en forma decimal o desde 1.00 para encontrar el volumen suelto o compactado del banco.

No todos los suelos se hinchan despus de la excavacin. Las cenizas volcnicas, la piedra pmez, y algunos suelos aluviales se encogern en volumen cuando son removidos del suelo.

La relacin entre la densidad de un banco, wb, y densidad de material suelto, wl, de un suelo es llamada factor de carga (Load Factor o LF), o factor de correccin en banco. Este factor relaciona el volumen suelto del material con un determinado peso, con el volumen en estado natural o en banco del mismo material (La informacin sobre pesos y volmenes para diferentes tipos de suelos es importante en la seleccin del equipo de movimiento de tierras, tanto para la excavacin y el cargue). Es muy importante calcular el volumen de material que va a ser cargado y transportado desde un banco dado, un corte, o de un banco de material. Por lo tanto, si sw es el porcentaje de esponjamiento expresado como una fraccin decimal, y Vb es el volumen de banco en estado natural, entonces el volumen suelto Vl que va a ser transportado por una pala o cucharn de arrastre se incrementa y se estima de la siguiente manera:

Vl = (1 + sw) Vb

Vl = (wb / wl) x Vb

Vl = Vb / LF

Por lo tanto, el factor de carga puede ser expresado de tres maneras:

LF = Vb / Vl

LF = wl / wb

LF = 1 / (1 + sw)

El volumen de material removido desde su estado natural, ubicado en un banco, y compactado cuidadosamente es expresado en metros cbicos compactados. El volumen de material que es compactado ser ms pequeo que el volumen de material en su estado natural, o sea en un banco. Esto es porque la compactacin elimina los espacios vacos que existen en el material suelto y en estado natural. Una excepcin es la roca quebrada, la cual es usada como rip rap o relleno rocoso; esta no puede ser colocada en un volumen menor que el que ocupaba en su estado natural. La consolidacin del material, denotado como sh, es expresado como un porcentaje decreciente con relacin al volumen del banco. No todos los suelos al ser compactados ocupan un volumen menor al que ocupaban en los bancos en estado natural; por ejemplo ciertas arenas densas y arcillas duras ocupan un volumen mayor despus de ser compactadas.

La relacin entre el volumen compactado, Vc, y el volumen de banco, Vb, de un material con un peso dado es llamada como factor de contraccin (Shrinkage Factor o SF). Este factor tambin relaciona la densidad de compactacin, wc, del suelo y la densidad del banco, wb. Si tenemos el factor de contraccin, sh, expresado como una fraccin decimal y necesitamos un volumen de metros cbicos compactados, Vc, entonces el volumen de metros cbicos en banco, Vb, que se requiere se puede hallar de la siguiente manera:

Vb = Vc / SF

Vb = Vc / (1 + sh)

Vb = (wc / wb) x Vc

En la presente tesis no se analizar el tema de compactacin ya que esta fase no se presenta en el ejemplo prctico, y no sera posible analizarla.

2.5. Fuerzas que gobiernan el movimiento del equipo

Los equipos autopropulsados generan la fuerza mediante un motor o una unidad de fuerza, la cual debe generar el esfuerzo tractivo suficiente para superar la resistencia al movimiento. Debemos tener en cuenta que la mxima fuerza generada est limitada por diversos factores que se intentar explicar posteriormente.

2.5.1. Resistencia al rodamiento

La resistencia al rodamiento es aquella que encuentra un vehiculo y que se opone a su movimiento en un terreno a nivel. Esta resistencia varia mucho segn las condiciones de la superficie sobre la cual se desliza el vehiculo, y segn el tipo de llanta empleada. Para aquellos vehculos que se desplazan sobre llantas de hule la resistencia al rodamiento varia con la presin, el diseo de las estras y las dimensiones de las llantas, sin embargo para aquellos que se desplazan sobre orugas la resistencia al rodamiento varia principalmente de acuerdo a la condicin de la superficie sobre la cual se mueva el equipo.17 La resistencia al rodamiento es un valor asignado al camino y por lo tanto es necesario que los caminos de acarreo se mantengan en buenas condiciones con el propsito de mantener muy bajo dicho valor.17

El ingeniero debe recordar siempre que una baja resistencia al rodamiento es una de las mejores inversiones financieras que puede hacer cuando tenga que acarrear tierra. La resistencia al rodamiento se expresa en kilogramos por toneladas de peso bruto del vehiculo, asignndole, valores aproximados a las condiciones del camino, por ejemplo, un camino corriente bajo neumticos grandes con una presin de 2.56 Kg. /cm2 (35 lb. / pulg2) a 3.66 Kg. / cm2 (50 lb. / pulg2) de aire, se a evaluado en unos 50 Kg. Por tonelada mtrica, de resistencia al rodamiento. O sea una maquina de 18,200 Kg. Viajando sobre ese tipo de camino necesitara una fuerza de traccin en la rueda igual a 18.2* 50= 910 Kg.17La resistencia al rodamiento se expresa usualmente en libras del esfuerzo tractivo requerido para mover cada tonelada del peso del vehculo sobre un tipo determinado de superficie. La RR tambin puede expresarse como un porcentaje del peso del equipo, es muy difcil determinar de manera precisa los valores para los diferentes tipos de superficies y de vehculos, sin embargo los valores de la siguiente tabla son lo suficientemente aproximados a la realidad.

Por lo tanto, la principal resistencia al movimiento del equipo en una superficie nivelada se denomina resistencia de rodamiento (Rolling Resistance o RR). Esta resistencia se origina por los efectos de friccin de las ruedas, la flexin de las caras laterales de los neumticos y la condicin de la superficie que soporta al equipo.

Tabla 2-2: Resistencia al rodamiento para varios tipos de superficies en contacto

13. Earthmoving performance and estimating handbook, Jan 1982. FIAT ALLISProbablemente la resistencia al rodamiento de una va no siempre permanecer constante debido a la variacin del clima o a la presencia de distintos tipos de suelo a lo largo de una misma va. Si el terreno es estable, altamente compactado, y tiene un buen mantenimiento con una compactadora, o en el caso de accesos fuera de carretera con una moto niveladora y, si el contenido de humedad de la va se acerca al ptimo; es posible que esta va presente una resistencia al rodamiento baja, como es el caso del concreto o el asfalto. Es posible aumentar la humedad de la va, aunque debemos tener sumo cuidado con esta operacin ya que si se presentara una serie de lluvias sera muy dificultoso remover el excedente de humedad que se formara; esta humedad excesiva provocara que el terreno se torne fangoso o lodoso, y esto aumentara la resistencia al rodamiento. En el caso de encontrarnos en zonas con una alta intensidad de lluvias, todas las vas debern presentar un buen sistema de drenaje, el cual remover con mayor velocidad la cantidad de agua excedente y as la va volver a su estado normal con ms facilidad. 13La resistencia al rodamiento de los equipos con ruedas de caucho se puede asumir como de 40 lb. /ton + 30 lb. /ton por pulgada de penetracin, ya que a medida que las ruedas penetran en la superficie del terreno crean surcos que el tractor debe trepar para moverse hacia adelante. La deficiencia para mantener la va de acarreo correctamente drenada puede resultar en una superficie suave, mojada o surcada con una RR relativamente alta. Asumiendo un RRprom = 150 lb. /ton para una va de acarreo sin preparar, entonces cada pulgada adicional de penetracin significa un incremento del 20% del RR. El efecto de penetracin en terreno suave se puede reducir desinflando los neumticos o usando tractores con ruedas de caucho ms anchas para obtener una mayor rea de soporte y flotacin. Sin embargo cuando se desinflan los neumticos la componente de la RR ocasionada por la flexin de las ruedas se incrementa. 13La fuerza de Rodamiento de la superficie de soporte en libras es FRR = RR * W donde W es el peso total en toneladas del equipo afectado por la resistencia al rodamiento y RR es la resistencia de rodamiento en libras (o kilos) por tonelada de peso del vehculo. 132.5.2. Resistencia de la pendiente

El efecto de la pendiente en un camino es el de aumentar, en pendiente ascendente, y el de disminuir, en pendiente descendente, la traccin requerida para mantener el vehiculo en movimiento. Esta resistencia varia en proporcin directa al ngulo de la pendiente y al peso de la maquina y equivale a 10 Kg. Por tonelada mtrica bruta por cada 1% de pendiente. De tal manera que si se usa el mismo equipo empleado al hablar de la resistencia al rodamiento, cuyo peso fue de 18.2 Tm., en una pendiente del 5%, la resistencia debida a la pendiente ser igual a (10Kg. / Tm.) (18.2 Tm.)(5%)= 910 Kg. Sumando esta cantidad a los 910 Kg. De resistencia anterior, se tiene que abra que vencer una fuerza de 1810 Kg. Para poder subir la pendiente indicada. Sin embargo si la maquina se esta moviendo en una pendiente del 5% pero descendente, entonces el valor de (10Kg.) (18.2Kg.) (5%)= 910 Kg. Sirve para ayudar al motor del vehiculo, y en nuestro caso particular anula la resistencia al rodamiento ya que ambas son iguales a 910 Kg. Pero de efecto contrario.17Cualquier equipo que se mueva sobre una superficie inclinada debe generar suficiente fuerza tractiva para sortear la resistencia de la pendiente, que debido al peso origina una fuerza contraria al movimiento, y tambin la fuerza de resistencia al rodamiento. En la figura 2.1 se muestra el efecto de un suelo inclinado.

Figura 2.1. Fuerza de resistencia en una superficie inclinada13

13. Earthmoving performance and estimating handbook, Jan 1982. FIAT ALLISCuando un equipo se mueve hacia abajo recibe la asistencia o ayuda de la componente del peso que acta hacia abajo para vencer la resistencia al rodamiento de la superficie.

La siguiente tabla nos presenta los valores del efecto de la pendiente, expresados en libras por toneladas o en kilogramos por toneladas de peso del vehculo.

Tabla 2-3: Efecto de la pendiente en el esfuerzo tractivo de los vehculos

13. Earthmoving performance and estimating handbook, Jan 1982. FIAT ALLISOtro aspecto importante es el efecto de la pendiente en el lugar de la cantera o material de prstamo. Muchas veces los ingenieros no le dan la importancia que tiene la pendiente que pueda presentar el recorrido a la cantera de prstamo.

Lo que se desea es que la diferencia de niveles entre el banco de material (nivel superior) y el rea de trabajo o relleno (nivel inferior), como es el caso de las carreteras, sea lo ms grande posible, siempre dentro de los rangos permitidos. Esto permitira que los camiones cargados tengan una mayor velocidad y as reducir el ciclo de los camiones y aumentar la productividad del ciclo. Por otro lado el efecto del retorno a la zona de carguo en una pendiente ascendente muy pronunciada resultara mas leve ya que los camiones estn vacos.

De aqu se puede concluir que es de mucha importancia localizar los bancos de materiales a alturas mayores que las de los terraplenes ozonas en las cuales los materiales vayan a ser usados, pues de esta manera la pendiente descendente ayuda a los vehculos cargados y por lo tanto pueden llevar cargas mayores.17Al regresar los vehculos al banco de prstamo como los vehculos van vacos, el efecto de la pendiente en la disminucin del RIMPULL es menor13.El RIMPULL es un termino que se emplea para designar la fuerza de traccin entre las llantas de hule de las ruedas motrices y la superficie sobre la cual se mueven.13El mximo RIMPULL efectivo es igual a la presin total de las llantas motrices sobre la superficie multiplicada por el coeficiente de traccin. Si no se conoce el coeficiente de traccin, el RIMPULL de un vehiculo puede determinarse por medio de la formula17:

En la que:R= RIMPULL del vehiculo en kilogramos

HP= caballos de potencia del motor

E= eficiencia. Normalmente de 0.8 a 0.85 para camiones y tractores.V= velocidad en kilmetros por hora, para cada cambio o engrane del vehiculo.172.5.3 Eficiencia del operador.La eficiencia del operador, como todo humano, es difcil de determinar. Esta eficiencia variara no solamente de temporada sino aun a diferentes horas del mismo da. La mayor o menor habilidad del operador influye enormemente en el rendimiento de las maquinas. Aunque a menudo se pueden implantar planes de incentivos que aumentaran la eficiencia del operador, lo mejor es contar con hombres experimentados y orgullosos de su habilidad. Combinando, la generalmente, no muy buena habilidad del operador con las demoras debidas a las irregularidades en la carga y en el acarreo de los materiales, se llega a una hora efectiva de trabajo algo menos de 60 minutos. La experiencia ha demostrado que es difcil mantener, durante periodos prolongados, una eficiencia de ms de 83%, lo cual equivale a una hora de 50 minutos.2.5.4 Traccin La energa total de un motor de cualquier equipo diseado principalmente para llevar una carga puede ser convertida en esfuerzo tractivo SLO si se puede desarrollar la traccin suficiente entre los neumticos u orugas y la superficie de la va. Si no existe la traccin suficiente, la mxima fuerza generada por el motor no puede ser utilizada. Debemos tener en cuenta que las ruedas u orugas se van a deslizar en la superficie, por lo tanto, es muy importante para los operadores el conocimiento del coeficiente de traccin entre los neumticos u orugas y los diferentes tipos de superficies.

El coeficiente de traccin puede ser definido como el factor que puede multiplicarse por la carga total en las ruedas u orugas para determinar la mxima fuerza tractiva posible entre las ruedas u orugas y la superficie justo antes de ocurrir el deslizamiento del equipo en cuestin. Por ejemplo, las ruedas de un camin se encuentran en un camino de arcilla negra seca, y la presin total entre los neumticos y la superficie del camino es de 8000 lb. En una prueba tratando de encontrar la fuerza que debe aplicarse para que el camin pueda desplazarse se encontr que este desplazamiento ocurri cuando la fuerza tractiva entre los neumticos y la superficie era de 4800 libras. Por lo tanto el coeficiente de traccin es de 4800 / 8000 = 0.60. 13

El diagrama en la figura 2.2 muestra la relacin entre la resistencia y las fuerzas de manejo cuando manda la traccin.

Figura 2.2 Fuerzas de la traccin 13.Earthmoving performance and estimating handbook, Jan 1982. FIAT ALLISEl mximo esfuerzo tractivo (Tractive Effort o TE) que una maquina puede aplicar antes que sus ruedas u orugas comiencen a desplazarse es:

(Max TE = Ft = W tan

es el coeficiente de traccin, Ct. Este valor depende del((El trmino tan tipo y de la condicin del material de soporte. Para la mayora de las superficies soportantes, un incremento en la humedad causa que el coeficiente de traccin disminuya. Esto se muestra en los valores de la tabla 2-4. 13Tabla 2-4: Valores de los coeficientes de traccin13

13. Earthmoving performance and estimating handbook, Jan 1982. FIAT ALLISSe debe de tener en cuenta que los factores climatolgicos afectan este rendimiento, no es el mismo rendimiento de una maquina en condiciones de terreno secas a un terreno en el cual se derramo agua, ya que esta produce una superficie resbalosa, dificultando, especialmente, a los equipos con ruedas de goma. Es por todos sabido que, Una cierta cantidad de humedad brinda a la arena una mayor cohesin y su estabilidad es mejorada. Pero si la arena comienza a saturarse la cohesin se pierde. El esfuerzo tractivo utilizable debe ser igual o mayor que la resistencia total al movimiento.

2.5.5 efectos de la humedad del material

Tanto la tierra ordinaria como la arena cuando se encuentran secas ocupan solamente la capacidad til de la hoja empujadora o de la excavadora, mientras que en estado hmedo tienen una adherencia que aumenta el volumen transportado. Sin embargo, cuando la humedad es en exceso, el volumen transportado ser anlogo al volumen en estado seco.172.5.6. Factores que afectan el rendimiento de los motores de combustin interna

2.5.6.1. Altitud

Los motores de combustin interna operan por la combinacin del oxigeno del aire con el combustible, luego se quema esta mezcla para convertir la energa latente en energa mecnica. La fuerza de un motor se mide basndose en la energa que puede producir con el combustible utilizado. Para obtener la mxima eficiencia y fuerza del motor, se debe utilizar la proporcin correcta entre la cantidad de combustible y aire en cada carga de los cilindros. La proporcin entre las cantidades puede ser la que provea el oxigeno suficiente para abastecer los requerimientos del combustible para una combustin completa. Si la densidad del aire se reduce debido a la altitud, la cantidad de oxigeno del volumen de aire en estas condiciones va a ser menor en comparacin con el mismo volumen de aire pero al nivel del mar, por lo tanto va a existir menos oxigeno en el cilindro. Cuando nos encontremos en lugares de gran altitud, ser necesario reducir la cantidad de aire suministrada al motor para que la proporcin entre las cantidades de combustible y aire permanezcan constantes; esto usualmente se realiza ajustando el carburador. El efecto de la altura en el motor es la reduccin de su fuerza; al igual que los humanos, cuando el hombre realiza un trabajo fsico en lugares altos, este va a respirar el mismo volumen de aire que estando en un lugar sin altura pero la cantidad de oxigeno que va a tomar no va a ser la suficiente para abastecer sus requerimientos. 18 Si la densidad del aire decrece uniformemente con la altitud, puede ser posible expresar con gran exactitud la prdida de fuerza del motor en funcin de la altitud mediante una simple formula; pero esto no es del todo real. 18

Para fines prcticos se puede estimar que para un motor de gasolina o diesel de 4 ciclos, la prdida de fuerza debido a la altura es aproximadamente igual al 3% de los hp al nivel del mar por cada 1000 pies por encima de los primeros 1000 pies. Entonces, para un motor de 4 ciclos con 100 hp al nivel del mar, la fuerza que podr obtener a los 10000 pies se determina como sigue:

Fuerza al nivel del mar = 100 hp

Prdida debido a la altitud 0.03 x 100 x (10000 1000) / 1000 = 27 hp

Fuerza efectiva = 73 hp

Para un motor de 2 ciclos, la prdida en fuerza debido a la altitud es aproximadamente 1% de los hp al nivel del mar por cada 1000 pies por encima de los primeros 1000 pies. Este tipo de motor tiene un ventilador que suministra el aire bajo una ligera presin, mientras que los motores de 4 ciclos dependen de la succin de los cilindros para el suministro de aire. Si en el ejemplo anterior se hubiera utilizado un motor de 2 ciclos, la fuerza efectiva sera:

Fuerza al nivel del mar = 100 hp

Prdida debido a la altitud 0.01 x 100 x (10000 1000) / 1000 = 9 hp

Fuerza efectiva = 91 hp

Esto nos demuestra que bajo las mismas condiciones un motor de 2 ciclos nos da un mejor rendimiento que un motor de 4 ciclos.

El efecto de la prdida de fuerza debido a la altitud puede ser eliminada con la instalacin de un sper cargador. Este, es una unidad mecnica que incrementa la presin del aire suministrado al motor, lo cual permite que la fuerza del motor sea la misma a diferentes alturas. Si los equipos van a ser utilizados en lugares de alturas considerables por largos periodos de tiempo, el costo de la instalacin del sper cargador resultar menor que el incremento del rendimiento de los equipos. 18

2.5.6.2. Temperatura

Muchas personas que han manejado a travs de un desierto o de lugares muy calurosos por la tarde habrn notado que el rendimiento del auto parece muy flojo. Si uno continua manejando se dar cuenta que en la noche, cuando la temperatura ha disminuido, el rendimiento del auto se incrementa notablemente. Esto se produce debido a que el motor desarrolla una mayor fuerza a bajas temperaturas.

2.5.7. Otras resistencias al movimiento del equipo

Otros dos factores significantes que consumen la potencia generada por un motor. Uno de ellos es interno al equipo, mientras que el otro acta de forma externa. 18

La resistencia interna es la combinacin de prdidas de potencias debido a la rotacin y movimiento de partes del motor, la transmisin y el eje del motor o el rbol de transmisin, y la friccin y vibraciones causadas por todo el movimiento. Esta prdida de potencia es proporcional al peso total del equipo y la velocidad (revoluciones por minuto, RPM) por unidad de potencia. Esto generalmente asciende a un poco menos del 10% de la potencia disponible. La determinacin directa de estas prdidas no es evitada ni por la toma de la prdida de potencia interna total, ni por el uso de la potencia de salida disponible en las ruedas motrices u orugas.

La resistencia externa al movimiento se debe a la resistencia del aire. Esta es una fuerza similar a la resistencia por rodamiento, la cual tiende a retardar el movimiento del equipo. Cuando el equipo trabaja a velocidades relativamente bajas, la resistencia del aire no es generalmente una principal consumidora de potencia. En cambio, para cualquier movimiento del equipo en contra de un viento fuerte, la resistencia del aire se convierte en un factor significante. La determinacin cuantitativa se denomina velocidad relativa y es la diferencia relativa entre la velocidad del movimiento del equipo y la velocidad del aire ya sea en sentido directo u opuesto al movimiento. De este modo, si un equipo viaja a 15 Km. /h en contra de un viento que tiene una velocidad de 60 Km. /h, esto significa que la resistencia del aire es como la de un camin que viaja a 75 km/h en un da calmado. 18

La resistencia del aire depende de la velocidad relativa y del rea de la seccin transversal del equipo en movimiento. El rea de la seccin transversal es el rea de la superficie en la cual el aire ejerce presin, y debemos tener en cuenta que la forma del camin tambin afecta la resistencia del aire. La velocidad neta es el factor principal en la resistencia del aire. El factor de velocidad de la resistencia del aire vara desde cero hasta aproximadamente 250 a 50 MPH en una variacin geomtrica de 0.002 x mph3.

La potencia que se necesita para superar la resistencia del aire es el producto del factor de velocidad y el factor de rea. El factor de rea es proporcional al rea de seccin transversal del equipo. Se necesita slo aproximadamente 2.5 Hp para superar la resistencia del aire en un equipo de 2.5 metros de largo por 2.5 metros de ancho para moverse a 30 Km. /h al nivel del mar sin viento. La resistencia del aire comienza a ser significante cuando la velocidad neta del aire opuesta al movimiento es de 80 km/h o ms. 18

2.6. Potencia

2.6.1. RIMPULL

Este concepto se puede explicar utilizando como equipo bsico al tractor. ste aplica fuerzas de empuje o arrastre desarrolladas por esfuerzos tractivos en la corona de la rueda motriz o a travs del riel de las orugas. La fuerza aplicada por las ruedas de los tractores es conocida como RIMPULL.

En general, RIMPULL es un trmino utilizado para designar la fuerza tractiva entre las ruedas y la superficie por la que ellas se desplazan. Si el coeficiente de traccin es lo suficientemente alto para eliminar el deslizamiento de los neumticos, entonces el mximo RIMPULL est en funcin de la proporcin de la potencia del motor y de los cambios de velocidad entre el motor y las ruedas. Si los neumticos se deslizan por la superficie, el mximo RIMPULL efectivo es igual a la presin total entre las ruedas y la superficie multiplicada por el coeficiente de traccin.

RIMPULL es el esfuerzo tractivo usado si las ruedas an no comenzaron a deslizarse. Usaremos la formula anterior para determinarlo:

En la que:R= RIMPULL del vehiculo en kilogramos

HP= caballos de potencia del motor

E= eficiencia. Normalmente de 0.8 a 0.85 para camiones y tractores.V= velocidad en kilmetros por hora, para cada cambio o engrane del vehiculo.172.6.2. Fuerza de traccin (Drawbar Pull)

Las mismas determinaciones pueden ser hechas para un tractor de orugas como las que fueron descritas para los tractores de ruedas de caucho. El trmino drawbar pull fuerza de traccin (Drawbar Pull Power o DBP) est definido como la fuerza disponible de arrastre que los tractores sobre orugas pueden aplicar sobre la carga, esta fuerza est expresada en libras. El drawbar pull disponible a varias velocidades es usualmente provisto en hojas de especificaciones o en manuales, publicados por los fabricantes. 13

Los componentes de resistencia (figura 2.3) para un tractor remolcando una carga con velocidades uniformes son:

1. Resistencia al rodamiento de un tractor, FRR-T = RRT x WT, donde WT es el peso del tractor en toneladas.

2. Resistencia al rodamiento de una Carga Remolcada (towed load), FRR-L = RRL x WL, donde WL es el peso de la Carga Remolcada en toneladas.

3. Resistencia de la pendiente al tractor, FGR-T = GR x WT

4. Resistencia de la pendiente a la carga remolcada FGR-L = GR x WL

Y cuando el tractor y la carga remolcada sufren aceleracin, esto es:

5. Fuerza que produce la aceleracin

Donde g = 32.2 ft/seg/seg y a es el ratio de aceleracin en pies por segundo por segundo.Figura 2.3: Componentes de resistencia para un tractor remolcando una carga

13. Earthmoving performance and estimating handbook, Jan 1982. FIAT ALLISSe puede notar que los valores de las resistencias al rodamiento pueden ser diferentes para tractor de orugas y la carga remolcada, si la carga est en la aplanadora de neumticos. Por supuesto, la fuerza total de poder que el tractor debe aplicar no puede exceder la traccin que el tractor puede tomar en la superficie. Por lo tanto

TE FRR + FGR

Donde el mximo valor de TE = Ct x WT. Solamente el peso del tractor es usado desde los tirantes de la barra de traccin que no son diseados para transmitir cargas verticales desde el trailer o vagn hacia el tractor.

DBP FRR-L + FGR-L + GGR-T

Estos conceptos tambin pueden ser utilizados para camiones, volquetes y remolcadores.13CAPTULO 3. EQUIPOS UTILIZADOS EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS.

En este captulo se analizarn los diferentes equipos que se utilizan en el movimiento de tierras, pero enfocados a la cantera en estudio, es decir, se analizarn la pala hidrulica, los cargadores frontales y los camiones utilizados para nuestro estudio.

3.1. Pala Hidrulica

Las palas hidrulicas son utilizadas en la excavacin de la tierra y el carguo de camiones o volquetes. Estos equipos son capaces de excavar en todo tipo de terrenos, excepto roca slida, sin necesidad de encontrarse en estado suelto. Estas palas pueden estar montadas en tractores sobre orugas; en este caso la velocidad de viaje del equipo es muy baja, pero las pisadas anchas ejercen presiones bajas al suelo, lo cual permite que estos equipos operen en terrenos suaves. Tambin pueden estar montados en tractores sobre ruedas; este tipo de equipo permite velocidades ms altas, por lo que son utilizados en trabajos pequeos donde se requiera un desplazamiento considerable y donde las superficies del camino y del terreno sean firmes.

3.1.1. Tamao de la Pala Hidrulica

El tamao de cualquier pala hidrulica esta indicado por el tamao del cucharn, el cual esta expresado en metros cbicos; este volumen es medido al ras del cucharn incluyendo su contorno. Este volumen al ras se compara con el volumen colmado de material en estado suelto que el cucharn puede levantar.

Debido al esponjamiento del suelo, el volumen en estado natural del material es un poco menor que el volumen del material en estado suelto. Se puede dar el caso que el cucharn se pueda colmar con un volumen del material en estado natural igual al tamao del cucharn, pero esto no ocurre con facilidad ya que se necesita suelos con caractersticas de fcil excavacin y una serie de condiciones de operacin favorables. El siguiente ejemplo pertenece a la mayora de los casos de excavacin; si tenemos un cucharn con una capacidad de 8 metros cbicos y vamos a excavar un suelo con un esponjamiento del 25%, entonces para llenar el cucharn necesitaremos 8 / 1.25 = 6.4 metros cbicos de suelo en estado natural. Figuras 1, 2,3 y 4 (Ver apndice A)3.1.2. Partes Bsicas y Operacin de la Pala Hidrulica

Las partes bsicas de una pala hidrulica incluyen el montaje (orugas o llantas), la cabina, el brazo del cucharn, el contrapeso y el cucharn.

Esquema de la pala hidrulica Con una pala en la posicin correcta, cerca de la cara del terreno a ser excavado, el cucharn se coloca en el suelo con las uas o dentadura apuntando hacia la cara. Luego por medio de tensiones ya sea en cables (pala que opera con cables) o en pistones (pala hidrulica) se levanta e introduce el cucharn en la cara del terreno. Si la profundidad de la cara que va a ser excavada es la correcta, considerando las condiciones del terreno y la capacidad del cucharn, el cucharn se va a llenar cuando llegue al extremo superior de la cara del terreno. Si la profundidad de la cara, referida como profundidad de corte, es muy baja, no va a ser posible llenar el cucharn completamente sin el uso de tensiones y fuerzas mximas, es decir, el equipo estara siendo sobre esforzado. En el caso que la profundidad de corte sea mayor a la que se necesita para llenar el cucharn cuando opera bajo condiciones favorables, ser necesario disminuir o acortar la profundidad de penetracin del cucharn en la cara del terreno si toda la cara va a ser excavada, o al comenzar la excavacin el equipo ser colocado por encima del nivel del suelo a fin de disminuir la profundidad de corte.

3.1.3. Seleccin del Tipo y Tamao de la Pala Hidrulica

En la seleccin del tipo de pala hidrulica, debemos considerar la probable concentracin de trabajo. Si en el proyecto a realizar van a existir numerosos trabajos pequeos en diferentes zonas, la movilidad de la pala es muy importante por lo que se preferira utilizar una pala montada sobre ruedas. Si el proyecto va estar concentrado en grandes trabajos, la movilidad del equipo pierde importancia y se podra utilizar una pala montada sobre orugas. La pala montada sobre orugas usualmente es menos costosa que las palas montadas sobre ruedas y pueden operar en superficies que no sean tan firmes.

En la seleccin del tamao de la pala, debemos considerar dos principales factores que son el costo por metro cbico de material excavado y las condiciones de trabajo del equipo.

En el caso del costo por metro cbico, debemos considerar los siguientes factores:

1. El tamao del trabajo, un trabajo grande justifica costos altos y por lo tanto una pala de grandes dimensiones.

2. El costo de transportar una pala grande puede ser mayor que el de una pala pequea.

3. La depreciacin de una pala grande puede ser ms alta que la de una pequea, especialmente si va a ser vendida al terminar el trabajo, teniendo en cuenta que va a ser ms dificultoso vender una pala grande.

4. El costo de las reparaciones de una pala grande puede ser considerablemente ms altos que una pala de menor dimensin, teniendo en cuenta que el costo se incrementa con los repuestos ya que son ms difciles de conseguir.

5. El cost