4_Tractores

8/4/2019 4_Tractores

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CAPTULO 4.TRACTORES

Un tractor es una unidad de potencia de traccin que tiene una cuchilla al frente de lamquina. Estn diseados para proporcionar potencia de traccin al trabajo de la barra de tiro.

Los tractores pueden estar montados tanto sobre orugas o cadenas como sobre ruedas. Para ser

consistentes con su propsito, como una unidad que trabaja con la barra de tiro, tienen su

centro de gravedad muy bajo. Este es un requisito para que sea una mquina efectiva. Cuanto

mayor sea la diferencia entre el eje de aplicacin de la fuerza de transmisin de la mquina y

la el eje de la fuerza de resistencia menor ser la eficiencia en el uso de la potencia

desarrollada. Los tractores se usan para empujar material, limpiar terreno, romper roca,

ayudar a las trallas en la carga y empujar otros elementos de equipo de construccin. Pueden

estar equipados adems con un winche posterior o un ripper. Para desplazamientos de grandes

distancias entre proyectos o dentro de un proyecto, el tractor debe ser transportado por otro

equipo. Moverlos con su propia potencia an a velocidades muy bajas incrementa el uso de latraccin disminuyendo la vida til de la mquina.

Figura 4.1 Modelo de tractor de orugas con una cuchilla recta.

4.1. Caractersticas del desempeo de los tractores

Los tractores se clasifican sobre la base de su sistema de traccin: (1) sobre orugas y (2) sobre

llantas. Los tractores de orugas son en realidad las mquinas de traccin. Tienen una cadena

continua que se mueve en un plano horizontal a travs de unos rodillos fijos. En un

determinado cambio del motor, las orugas pasan sobre un disco fijo montado verticalmente.

Cuando el disco gira, fuerza a la oruga a avanzar o regresar, impartiendo movimiento altractor. En el frente de la mquina, la traccin pasa sobre un disco similar montado

verticalmente que est conectado con un elemento de tensin ajustable. El disco mantiene la


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Programa de Titulacin 2006. Ingeniera Civil. Universidad de Piura.68

tensin adecuada en la cadena y le permite absorber fuertes golpes. Los pasos estn hechos de

acero especial diseado para resistir el uso y la abrasin. Algunas compaas ofrecen

actualmente orugas con pasos de acero cubiertos con caucho.

Como se discuti en el punto 3.2.3, la fuerza disponible para usar en un trabajo est limitada

frecuentemente por la traccin. Esta limitacin depende de dos factores: (1) el coeficiente de

traccin en la superficie que se atraviesa y (2) el peso que llevan las llantas de direccin.

4.1.1. Efecto del peso en el desempeo

Algunas veces, los usuarios incrementan el peso de las llantas de los tractores de ruedas para

superar las limitaciones de potencia y traccin. Se recomienda una mezcla de cloruro de

calcio y agua como balastro. Debe tenerse especial cuidado para asegurar que el nuevo peso

se distribuya de manera equilibrada entre todas las llantas de direccin.

Un tren de rodaje de un tractor de cadenas estndar es apropiado para uso general en roca y

terreno moderadamente suave. La presin tpica del terreno para un tractor de orugas con un

carruaje estndar es de 6 a 9 psi. (41-62 KPa). La configuracin del tren de rodaje para una

menor presin del terreno (LGP) est diseada para condiciones de suelo blando. La presindel suelo desarrollada por un tractor de orugas con un tren de rodaje LGP es de 3 a 4 psi (21-

28KPa). Las mquinas con LGP no deben usarse en condiciones de terreno duro o rocoso, ya

que reduciran su vida til. Hay trenes de rodaje extra-largos disponibles para las mquinas

dedicadas a trabajos de acabado.

En el caso de tractores con neumticos, las llantas ms anchas proporcionan una mayor rea

de contacto e incrementan la flotacin. Debe recordarse, sin embargo, que las cartas de

desempeo se basan en un equipo estndar, incluyendo las llantas. Unas llantas ms grandes

reducirn el desarrollo del empuje.

Tanto los tractores de orugas como los de cadenas estn tipificados por potencia de giro de los

discos (fwhp) y el peso. Normalmente el peso se considera de operacin, es decir, incluye

lubricantes, refrigerantes, un tanque de combustible lleno, una cuchilla, el fluido hidrulico,

cabinas de proteccin estndar y el operador. El peso del tractor es importante en muchos

proyectos porque el mximo esfuerzo de traccin que una unidad puede proporcionar est

limitada por el producto del peso por el coeficiente de traccin entre la unidad y la superficie

del terreno, independientemente de la potencia que tenga el equipo.

Para movilizar la mayora de los tractores se usan motores de combustin interna, siendo los

ms comunes los de diesel. Los motores de gasolina se usan en unidades ms pequeas.

Algunos tractores diseados para el trabajo en tneles usan energa elctrica o aire como

sistema de propulsin para evitar los gases de combustin.

Como la rotacin derivada del motor es generalmente demasiado rpida y no tiene suficiente

fuerza (torque), las mquinas tienen transmisiones que reducen la velocidad rotacional e

incrementan la fuerza disponible para realizar el trabajo La transmisin proporciona al

operador la habilidad de cambiar la relacin velocidad-potencia de la mquina de modo que

cumpla los requerimientos del trabajo. Los fabricantes han venido implementando los

tractores con una variedad de sistemas de transmisin, pero las opciones principales son la

direccin directa y el convertidor de torque con transmisin de potencia.

4.1.2. Efecto de la traccin en el desempeo

Los requerimientos de traccin o flotacin se pueden conseguir con un adecuado tren de

rodaje o neumticos. Las unidades sobre orugas estn diseadas para aquellos trabajos que

requieren gran esfuerzo de traccin. No hay otras piezas de equipo que puedan proporcionar

la potencia, traccin y flotacin necesarias en condiciones tan variadas. Un tractor de orugas

puede operar en pendientes muy empinadas de hasta 45.


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Capitulo 4 Tractores69

Ya se explic en lneas anteriores que la fuerza de empuje que puede usarse depende del peso

y la traccin del tractor completamente equipado. Esto debe servir de alerta sobre la potencia

disponible. An cuando el motor puede desarrollar una determinada fuerza en la barra de tiro

o una fuerza de empuje, toda esta fuerza no estar disponible para hacer el trabajo.

Por ejemplo, si se tienen dos tractores, uno sobre orugas con 200HP y otro sobre neumticos

de 216HP, aunque la potencia es muy similar, la fuerza de tiro final no es la misma. En unterreno limo-arcilloso seco, el coeficiente de traccin ya es distinto para llantas y para

neumticos. En la tabla 3.2 se tiene los valores respectivos de 0.9 y el rango entre 0.5 y 0.7.

Asumiendo un valor de traccin promedio para los neumticos de 0.6 se estimara una fuerza

de tiro de 20,650 kg para el tractor de orugas y de 20,500 kg. para el tractor de neumticos en

las cartas de fuerza de tiro. Sin embargo, por efecto de la traccin la fuerza disponible ser

menor a este valor y se puede aproximar al valor anteriormente hallado multiplicado por el

coeficiente de traccin. Para el tractor de orugas, la fuerza disponible sera igual a 20,650 kg

multiplicado por 0.9, igual a 18,585 kg. Para el mismo tractor pero montado sobre ruedas,

fuerza disponible se multiplicara por 0.6, resultando en 12,300 kg. Como se demuestra, las

dos mquinas tienen aproximadamente el mismo peso de operacin y la misma potencia, pero

debido al efecto de traccin, el tractor de orugas es capaz de proporcionar 1.5 veces ms la

potencia til de otro de ruedas.

En la mayora de los terrenos, el coeficiente de traccin de los neumticos es menor que el de

orugas. Por lo tanto, un tractor de ruedas deber ser considerablemente ms pesado

(aproximadamente un 50%) que los tractores de orugas para desarrollar la misma cantidad de

fuerza til. Al incrementar el peso, se requerir a su vez de un motor ms grande para

mantener la relacin peso-potencia. Esto establecer un lmite hasta el cual puede aadirse

peso y permita an tener una mquina con las ventajas de velocidad y movilidad respecto al

tractor de orugas.

Una ventaja de un tractor de ruedas en comparacin con uno de orugas es la gran velocidad

que puede desarrollar la mquina, llegando en algunos casos hasta 48 Km/h. Para conseguir

una alta velocidad, sin embargo, un tractor de ruedas debe sacrificar el empuje. Adems,

como el coeficiente de traccin entre las llantas y algunos terrenos es bajo, los tractores de

ruedas pueden deslizar sus llantas antes de desarrollar su esfuerzo de empuje establecido.

4.2. Estimacin de la produccin de los tractores

Un tractor o dozer es una unidad de traccin provista de una cuchilla en la parte frontal. Esta

cuchilla se usa para empujar, cortar y nivelar o esparcir material hacia delante del tractor. Los

tractores son las mquinas de movimiento de tierras ms eficientes y verstiles. Se usan

generalmente para iniciar la limpieza del terreno, el corte y la nivelacin de la subrasante y en

la produccin de los agregados en las canteras de material. Las operaciones especficas son:

Empuje de tierra y roca en distancias cortas, hasta 91 m., en el caso de tractoresgrandes.

Esparcido de rellenos de tierra y roca.

Relleno de trochas.

Abertura de caminos a travs de montaas o en terrenos rocosos.

Limpieza de terreno de maleza, races, etc.

Limpieza de superficies en canteras o zonas de prstamo.

Ayuda en la carga de trallas.

En cada uno de estos trabajos la gran diferencia la hacen las cuchillas. Las cuchillas son

elementos en forma de placa que tiene unos bordes cortantes. Estn conectadas al tractor atravs de brazos hidrulicos. Tienen distintos diseos y formas. Adems, la forma de

movimiento de las cuchillas tambin define algunos nombres como el bulldozer, tiltdozer,

angledozer, etc.


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El tipo de cuchilla puede influir directamente en la cantidad de material que es capaz de

captar y movilizar y, por tanto, influye en la produccin del tractor. Por ello, se desarrollar

con detalle los tipos de cuchilla de los tractores.

4.2.1. Actividades de empuje de material

Un tractor no tiene una capacidad volumtrica determinada. No hay ningn contenedor otolva; en su lugar, la cantidad de material que el tractor mueve depende de la cantidad que

queda en frente de la cuchilla durante el avance. Los factores que controlan las tasas de

produccin son tres: (1) el tipo y condiciones de material, (2) el tipo de cuchilla y (3) el

tiempo del ciclo.

a) Tipo y condiciones del material

El tipo y las condiciones de material que se manipula afecta la forma de la masa que se

empuja delante de la cuchilla. Los materiales cohesivos (arcillas) se acomodarn como una

bola. Los materiales que tienen una calidad densa o que tienen un alto contenido de mica

rodar sobre el terreno y se colmarn. Los materiales sin cohesin (arenas) se conocen como

materiales muertos porque no muestran propiedades de esponjamiento o copete.

Figura 4.2 Forma de acomodo de los materiales frente a la cuchilla de un tractor.

b) Tipo de cuchilla

Existen en general tres tipos de cuchillas para las actividades de empuje de material: recta (S),

universal (U) y semiuniversal (SU), adems la tipo cojn (C), usada para actividades de

empuje de otros equipos (Ver Figura 4.7). Cada una de ellas, por su forma especfica, logra

acomodar el material frente a ella de una determinada manera, de modo que un mismo tractor

puede tener rendimientos diferentes segn el tipo de cuchilla usado.

a) Universal b) Semi-universal c) Recta

Figura 4.3 Modelos tpicos de cuchillas usadas con la operacin de tractores (Fuente:Manual de Rendimiento Caterpillar. Edicin 32 (2001)).

Las cuchillas rectas (S) llevan el material en frente de la cuchilla, mientras que las cuchillasuniversales (U) y semiuniversales (SU) controlan el material que se desparrama lateralmente

dentro de la cuchilla. Como las cuchillas U y SU fuerzan al material a moverse hacia el

a) Material no cohesivo. b) Material cohesivo.


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centro, hay un mayor grado de esponjamiento y la cantidad de material suelto ser mayor que

en las cuchillas rectas. Pero la relacin de esta diferencia no es la misma cuando se considera

volumen en banco. Esto se debe a que el factor de conversin de volumen suelto a volumen

en banco para las cuchillas de tipo universal (U) no es el mismo que el de las cuchillas rectas

(S). El efecto envolvente de las cuchillas U o SU produce esta diferencia.

El mismo tipo de cuchilla viene en diversos tamaos para un mismo tipo de tractor. Lacapacidad de la cuchilla entonces es una funcin del tipo de la cuchilla y su dimensin fsica.

Las hojas de especificaciones de los fabricantes proporcionarn la informacin necesaria

relacionada con las dimensiones de las cuchillas.

La carga que una cuchilla llevar se puede estimar con diversos mtodos: (1) por la

estimacin de sugerida por el fabricante, (2) por la experiencia previa (condiciones de

material similar, equipo o trabajo) y (3) por medidas en el campo.

Los fabricantes proporcionan una capacidad de cuchilla terica, basada en la prctica SAE

J1265. Para una cuchilla recta, la capacidad VS puede estimarse con la Ec. 4.1 en funcin del

ancho de la cuchilla (W) y la altura efectiva (H) o altura de material.

28.0 WHVS =

Ec. 4.1

Para la capacidad de la cuchilla universal VU se sugiere la Ec. 4.2 en funcin de la capacidad

de la zona recta, ms la fraccin equivalente a la zona angular, como se indica en la Figura

4.4:

( ) xZWZHVV SU tan+=

Ec. 4.2

donde:

Vu = capacidad de la cuchilla universal, en m3

suelto.

Vs = capacidad de la cuchilla en la zona recta, en m3 suelto.

W = ancho de la cuchilla, en metros, excluyendo los bordes.

H = altura efectiva de la cuchilla, en metros.

Z = longitud del tramos angular, medido de manera paralela al ancho de la cuchilla, en

metros.

X = ngulo de la seccin angular.

Otro excelente mtodo de estimacin es usar la experiencia previa debidamente documentada.

La documentacin requiere que el rea excavada se divida en secciones para determinar el

volumen total del material a mover y que se registre el nmero de ciclos del tractor. Los

estudios de produccin pueden hacerse con base en el peso del material que se mueve. En el

caso de tractores, los mecanismos para pesar el material son muy difciles de conseguir para

tales volmenes. Por ello puede ser ms prctico el tercer mtodo, tomando medidas en

campo.

Lo primero que debe hacerse es obtener la carga de una cuchilla normal, haciendo que el

tractor empuje una cuchilla de carga normalizada sobre un rea nivelada. El tractor se detiene,

mientras que la cuchilla se mueve ligeramente hacia adelante para crear una pila simtrica.

Luego el tractor regresa y se retirar de la pila, procediendo a medir la altura (H) y el ancho


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(W) de la pila en el borde interior de cada extremo, as como la mayor longitud (L) de la pila,

que no necesariamente estar al centro, como se muestra en la Figura 4.4.

H

W

Zx

L

Figura 4.4 Capacidad de una hoja universal.

Como los valores H y W no sern uniformes, se pueden tomar valores a ambos extremos y

promediarlos. Si las medidas estn es metros, la carga de la cuchilla en m3

sueltos se podr

calcular con la Ec. 4.3:

HWLmV 0106.0)( 3 =

Ec. 4.3

c) Tiempo del ciclo

El ciclo de un tractor para las operaciones de empuje de material se compone de tres labores:

empujar, regreso y maniobras. El tiempo requerido para empujar y regresar puede calcularse

para cada modelo de tractor, considerando las distancias de empuje y obteniendo una

velocidad de la carta de desempeo de la mquina. El tiempo ser el resultado de la divisin

de la distancia entre la velocidad. Algunas cartas ofrecen el tiempo directamente, ingresando

con la distancia.

El tractoreo se realiza generalmente a una velocidad baja, entre 2.4 a 3.2 Km/h. La velocidad

de retorno es la mxima que puede lograrse en la distancia disponible. Cuando se usan las

cartas de desempeo para determinar las velocidades posibles, hay que recordar que las cartas

identifican la mxima velocidad instantnea. Para calcular la duracin del ciclo se debe usar

una velocidad promedio que tome en cuenta el tiempo requerido para acelerar hasta la

velocidad que indica la carta. Generalmente el operador no puede activar la mquina despusdel segundo cambio en el caso de distancias menores de 91 m. Si la distancia es mayor que 91

m. y el terreno est nivelado, es posible conseguir la mxima velocidad. El tiempo de

maniobras para hacer los cambios en los tractores es de alrededor de 0.05 min.


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d) Produccin

La frmula para calcular la produccin de tractor en metros cbicos por una hora de 60

minutos es la siguiente:

MRE TTT

VP

++

=

Ec. 4.4

Donde:

P es la produccin de la mquina.

V es la capacidad de la cuchilla.

TE es el tiempo de empuje.

TR es el tiempo de retorno.

TM es el tiempo de maniobras.

Esta produccin se basa en un trabajo continuo durante una hora de 60 minutos, que sera una

condicin ideal. Sin embargo, la eficiencia del trabajo se ver afectada por la buena direccin

en el campo, las condiciones del equipo y la dificultad misma de las labores. La eficiencia de

una operacin se cuenta reduciendo el nmero de minutos que realmente se trabaja en una

hora. El factor de eficiencia se expresa entonces como minutos de trabajo en una hora, por

ejemplo, 50 minutos por hora o un factor de eficiencia de 0.83.

Existen condiciones particulares que pueden favorecer la produccin, como el trabajo de dos

tractores lado a lado (Ver Figura 4.5). Con esta disposicin, las dos cuchillas compensan la

prdida de material hacia los costados, incrementando la produccin entre un 15% a un 25%.

Figura 4.5 Tractores trabajando lado a lado.

Tambin existen frmulas para calcular la produccin, desarrolladas por los fabricantes,

basadas en la potencia del tractor y la distancia de empuje. Otros fabricantes han desarrollado

adems curvas de produccin, como la de la Figura 4.6, que proporcionan el mximo volumen

de material suelto que puede mover en una hora, en condiciones ideales, de acuerdo al modeloy la distancia de empuje. Para estimar la tasa de produccin en campo ms real debe ajustarse

de acuerdo a las condiciones de trabajo esperadas.


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Figura 4.6 Curvas de produccin para empuje de material con tractores de oruga y hojarecta (Fuente: Manual de Rendimiento Caterpillar. Edicin 32 (2001)).

Estas curvas ofrecen valores de produccin ideal (eficiencia del 100%) y asumen que los

tractores tienen un tiempo de maniobra de 0.05 minutos, que el tractor trabaja cortando 15 m.

y luego empujando el material a un sima, que la densidad del material es de 1364 kg/m3S, con

coeficientes de traccin entre el suelo y la oruga de 0.5 y con el neumtico de 0.4 o ms, y que

los controles son hidrulicos. Si estas condiciones cambian, cambiar la produccin demanera ms o menos proporcional a ellos.

Se puede entonces plantear un factor de correccin que permita realizar este ajuste, y que

multiplicado por la produccin ideal hallada en la curva de produccin ofrezca un valor ms

cercano a lo esperado. Este factor de correccin se puede expresar con la Ec. 4.5:

dptrevwmofffffffff =

Ec. 4.5

Donde:

f es el factor de correccin total.

fo es el factor de correccin por habilidad del operador (excelente, promedio, pobre).

fm es el factor de correccin por tipo de material, si est suelto, compacto o es duro de cortar.

fw es el factor de correccin por tipo de trabajo, si trabajan los tractores solos o lado a lado.

fv es el factor de correccin por visibilidad.

ftr es el factor por el sistema de transmisin directa.

fp es el factor por pendiente del terreno, igual a la Ec. 4.6 con la pendiente en porcentaje.

2

00007.00222.01 PPfp=

Ec. 4.6


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fd es el factor de correccin por densidad del material, igual a Ec. 4.7:

[ ]Smkgf

mat

d 3/

1370

=

Ec. 4.7Los valores de fo, fm, fw, fv y ftr se muestran en la Tabla 4.1.

4.2.2. Actividades de limpieza de terreno

La limpieza de terreno consiste en el retiro de rboles, maleza y vegetacin en la zona del

camino porque su efecto en la estructura del pavimento es funesta por su degradacin en el

tiempo o la generacin de asentamientos no deseados. Esto ocurre con frecuencia cuando se

abre un nuevo trazo. Existen cuchillas especiales para limpieza de terreno, pero pueden usarse

cualquiera de las anteriormente mencionadas.

Las tareas concretas en la limpieza de terreno pueden comprender la remocin de rboles yraces, vegetacin, el almacenamiento de este material y quema posterior. Algunas veces se

especifica en los proyectos las tareas que se espera realice el contratista dentro de esta partida,

pero por lo general no se hace mayor indicacin al respecto.

Tabla 4.1 Factores de correccin para el clculo de produccin de tractores.

Condicin Orugas Neumticos

fo excelente 1.00 1.00

fo bueno 0.75 0.60

fo deficiente 0.60 0.50fm material suelto y apilado 1.20 1.20

fm material difcil de cortar, congelado, con cilindro de

inclinacin lateral

0.80 0.75

fm material difcil de cortar, congelado, sin cilindro de

inclinacin lateral

0.70 ---

fm material difcil de empujar, seco no cohesivo o muy

pegajoso

0.80 0.80

fm rocas desgarradas o de voladura 0.60-0.80 ---

fw por mtodo de zanja 1.20 1.20

fw con dos tractores juntos 1.15-1.25 1.15-1.25

fv con polvo, lluvia, nieve, niebla oscuridad 0.80 0.70fe eficiencia de 50 minutos/hora 0.83 0.83

fe eficiencia de 40 minutos/hora 0.67 0.67

Los tractores usados para las actividades de limpieza de terreno tienen potencias entre 160 y

460 HP. La dimensin del tractor influye en la velocidad que puede desarrollar, adems de las

condiciones del terreno. La mejor y ms segura forma de estimar la produccin siempre ser

usando informacin histrica de proyectos similares. Cuando no se disponga de informacin

se puede aplicar los mtodos sugeridos a continuacin.

En cualquier mtodo que se use para la estimacin de la produccin se debe tomar en cuenta

como factores crticos la naturaleza de la vegetacin (nmero, dimensin, tipo de madera yraces de los rboles), las condiciones del terreno (cohesin, humedad, presencia de roca y


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nivel fretico), las condiciones topogrficas, las condiciones climticas (temperatura y lluvia)

as como las especificaciones de trabajo.

Es indispensable visitar el lugar para recoger la informacin pertinente y evaluar las posibles

variaciones que puedan tomarse en cuenta al aplicar los mtodos de clculo.

Cuando se tiene poca vegetacin y es posible limpiar el terreno con una velocidadconstante, la produccin se puede estimar con una frmula basada en la velocidad y el anchode pasada.

EVWP =

Ec. 4.8

Donde:

P es la produccin, en m2/h.

W es el ancho de corte o ancho de la cuchilla, en m.

V es la velocidad con que se hace el trabajo, en m/s.

E es la eficiencia del trabajo, sugerida en 49.5 en min/h.

El ancho de corte no siempre coincidir con el ancho de la cuchilla. Si sta se trabaja con una

determinada inclinacin, el ancho ser la proyeccin del ancho en un plano perpendicular al

eje del tractor.

Cuando no es posible visitar la zona o tener informacin detallada de la vegetacin o elnmero de rboles por hectrea, se puede usar un mtodo ms rpido que relaciona el reacon factores de eficiencia y de produccin unitaria.

E

AFT P

=

Ec. 4.9

Donde:

T es el tiempo que demora limpiar un rea A considerando una eficiencia y un factor de

produccin dados, segn la Tabla 4.2. Estos valores consideran un mximo de 124 rboles por

hectrea, con dimetros no mayores a 45 cm. Unas condiciones distintas a stas implicarn un

incremento o una reduccin en los valores sugeridos en esta tabla.

Tabla 4.2 Valores de produccin unitaria para el clculo de produccin en la limpieza deterreno (h/Ha).

Tipo de vegetacinEquipo

Liviana Media Espesa

Tractor de 200 HP con cuchilla de limpieza 1.31 2.64 4.27

Tractor de 300 HP con cuchilla de limpieza 0.99 1.66 2.64

Fuente: Manual de Rendimiento Caterpillar. Edicin 32 (2001).

Una vegetacin liviana se considera cuando los rboles tienen menos de 30 cm de dimetro y

una vegetacin espesa, alrededor de 45 cm de dimetro. En la tabla se muestran los valores deproduccin en horas por hectrea para diferentes capacidades de tractores y de vegetacin.


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Cuando se tienen datos ms aproximados sobre el tipo de vegetacin y nmero de rboles, es

posible aplicar un tercer mtodo sugerido por Rome Industries, sugerido tambin por

Caterpillar.

El mtodo se basa en una frmula que calcula el tiempo para limpiar una hectrea de terreno

con determinadas caractersticas de vegetacin y adiciona un tiempo determinado por cada

rbol adicional que hay que retirar. Este mtodo considera dos ecuaciones, una para las tareasde corte y otra para las tareas de apilamiento. Si se realizan ambas tareas, es necesario sumar

los tiempos para hallar uno total.

Para las tareas de corte, se sugiere la Ec. 4.18:

[ ] [ ]FDNMNMNMNMBAHHT +++++= 44332211min/

Ec. 4.10

Donde:

H es el factor de dureza de la madera. Es igual a 1.3 si ms del 75% de la madera es dura; y

0.7 si lo es menos del 25%.

A es el factor de densidad de los rboles, siendo igual a 2 si hay ms de 1480 rboles por

hectrea y 0.7 si hay menos de 990 rboles por hectrea.

B es el tiempo bsico que representan el tiempo mnimo que requiere un tractor de

determinada potencia para limpiar una hectrea de terreno, como se ve en la Tabla 4.3, en

min/H.

Mi son los minutos que demora un tractor de determinada potencia para cortar un rbol de

determinado dimetro, como figura en la Tabla 4.3.

Ni es el nmero de rboles por hectrea de un determinado dimetro.

D es la suma de los dimetros en incrementos de 30 cm de todos los rboles por hectrea de

ms de 180 cm de dimetro al nivel del suelo.

F es el tiempo que demora en cortar 30 cm de un rbol de ms de 180 cm de dimetro.

Los valores de B, M1, M2, M3, M4 y F se muestran en la Tabla 4.3 segn la potencia de los

tractores.

Tabla 4.3 Factores de produccin para el corte de rboles con hojas Rome K/G.

DimetrosPotencia

(HP)

B

(min/H) 30-60 cm

M1

60-90 cm

M2

90-120 cm

M3

120-180 cm

M4

F

(min/30 cm)

165 85 0.7 3.4 6.8 --- ---

230 58 0.5 1.7 3.3 10.2 3.3

305 45 0.2 1.3 2.2 6 1.8

405 39 0.1 0.4 1.3 3 1.0


Para las tareas de apilamiento, se sugiere la Ec. 4.11


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[ ] [ ]FDNMNMNMNMBCXHT +++++= 44332211min/

Ec. 4.11

Donde:

X es el factor de trabajo de los tractores. Si se usan tres o ms tractores al mismo tiempo, estefactor se convierte en 0.5 0.75, segn la cantidad y tamao de los rboles. Cuando la obra

requiera apilar rboles y tocones desarraigados de mas de 30 cm de dimetro, este factor se

convierte en 1.25.

C es el factor de densidad de la vegetacin. En matorrales densos con troncos de poco

dimetro y pocos rboles o ninguno o cuando las lianas dificultan el corte, este factor llega a

ser 0.7.

B es el tiempo bsico que representan el tiempo mnimo que requiere un tractor de

determinada potencia para limpiar una hectrea de terreno, como se ve en la Tabla 4.4, en

min/H.

Mi son los minutos que demora un tractor de determinada potencia para apilar un rbol dedeterminado dimetro, como figura en la Tabla 4.4.

Ni es el nmero de rboles por hectrea de un determinado dimetro.

D es la suma de los dimetros en incrementos de 30 cm de todos los rboles por hectrea de

ms de 180 cm de dimetro al nivel del suelo.

F es el tiempo que demora en apilar 30 cm de un rbol de ms de 180 cm de dimetro.

Los valores de B, M1, M2, M3, M4 y F se muestran en la Tabla 4.4 segn la potencia de los

tractores.

Tabla 4.4 Factores de produccin para el apilamiento de rboles cortados con hojasRome K/G.

Rango de dimetros de rboles (cm)Potencia

(HP)

B

(min/H) 30-60

M1

60-90

M2

90-120

M3

120-180

M4

F

(min/30 cm)

165 157 0.50 1.0 4.2 --- ---

230 125 0.40 0.7 2.5 5.0 ---

305 111 0.10 0.5 1.8 3.6 0.9

405 97 0.08 0.1 1.2 2.1 0.3


Estos valores son aplicables con tractores que tienen servotransmisin, estn en buen estado

de conservacin y trabajan con terrenos de pendiente moderada.

4.2.3. Excavacin en roca

La excavacin de roca normalmente se realiza usando explosivos. Algunas veces, por la

magnitud del trabajo y las condiciones de la roca es posible realizar la excavacin con un

accesorio llamado ripper o desgarrador, que consiste en unas uas colocadas en la parte

posterior del tractor, que penetran el suelo y son jaladas por el equipo, aflojando el material.

Puede trabajar en roca, terreno duro de excavar o pavimentos antiguos. Por lo general se

prefieren los tractores de orugas, por la gran fuerza de tiro que necesita este trabajo.


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Figura 4.7 Tractor de orugas con ripper en la parte posterior.

El proceso de excavacin de roca con tractor se denomina desgarramiento y puede reducir los

costos hasta en un 50% respecto al uso de explosivos y su posterior acarreo con equipo de

transporte1. Esto es posible gracias a los modelos ms grandes y con mayor capacidad y la

facilidad para evaluar la facilidad de la roca a ser desgarrada.

Esta evaluacin de la roca consiste en determinar el tipo de roca y su densidad. Si una roca es

gnea, como los granitos y basaltos, es casi imposible pensar en la excavacin con tractor;

pero en rocas sedimentarias, que tienen una estructura estratificada, es posible desgarrarla.Las rocas metamrficas como los gneiss, cuarcita o los esquistos tienen una mayor

variabilidad en su facilidad de desgarramiento.

Un mtodo muy sencillo y moderno para determinar la facilidad de excavacin es relacionarla

con la velocidad ssmica. Los mtodos de refraccin ssmica miden la velocidad con que se

propagan las ondas generadas por el equipo, de modo que una baja velocidad (menos de 2100

m/s) indican una roca blanda, fcil de desgarrar, mientras que una alta velocidad (ms de 3000

m/s) indicara la necesidad de usar explosivos. Algunos fabricantes como CATERPILLAR2

ofrecen unas grficas donde indican la facilidad con que determinados materiales pueden ser

desgarrados con tractores y accesorios adecuados, como la que se muestra en la Figura 4.8.

Estas grficas pueden usarse como referencia para iniciar los clculos, pero siempre sernecesario hacer verificaciones posteriores ms detalladas. Una vez ubicado el modelo de

tractor ms adecuado, se puede recurrir a las grficas de produccin de desgarramiento de

roca.

1Peurifoy; Schexnayder. Construction planning, equipment and methods. 2002. USA.

2Caterpillar Inc. Manual de rendimiento Caterpillar. Edicin 32. Illinois, 2001. Pg. 1-61 a 1-65.


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Figura 4.8 Capacidad de desgarramiento estimada del tractor D9R3.

Este mtodo se basa en las mediciones de velocidad ssmica de la roca. Las grficas de

produccin ideal de un determinado modelo de equipo ofrecen un rango de rendimiento segn

la velocidad ssmica de la roca (Ver Figura 4.9). Para condiciones ideales se esperar una

mayor produccin y para condiciones adversas, una mnima.

Figura 4.9 Grfica de produccin de desgarramiento de roca para el tractor de orugasD8R con un ripper de una ua (Fuente: Manual de Rendimiento Caterpillar. Edicin 32

(2001)).

3Caterpillar Inc. Manual de rendimiento Caterpillar. Edicin 32. Illinois, 2001. Pg. 1-61 a 1-65.


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La produccin de los tractores en este tipo de trabajos se puede estimar con un mtodo rpido,

basados en una prueba de desgarramiento in situ una determinada distancia y midiendo el

tiempo que toma hacerlo (Ver Ec. 4.12). El tiempo debera incluir las maniobras al final de

cada pasada, y debera ser un promedio de varios ciclos de trabajo. La cantidad o volumen de

material en cada pasada se determina midiendo la longitud, ancho y profundidad del rea

desgarrada. La experiencia indica que el resultado de este mtodo ofrece valores 20%mayores a los finales

4, de modo que la Ec. 4.12 incluye un factor de correccin.

T

VP

2.1=

Ec. 4.12

En cualquiera de los casos, la produccin debe ajustarse conforme se avanza en el proyecto y

es ms bien el costo el que sufre una variacin importante. Un trabajo de desgarramiento no

slo deteriora las uas del desgarrador sino que esfuerza el motor y toda la mquina en

general. Los costos de posesin y operacin entonces se incrementarn por los mayores gastos

en reposicin de piezas, consumo de combustible y aceite, entre otros rubros. Por ello, serecomienda que el costo horario del tractor para este trabajo se incremente en un 30 a 40%

respecto al valor habitual5.

4Peurifoy; Schexnayder. Construction planning, equipment and methods. 2002. USA.

5Ibid.

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