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6. MAQUINARIA DE CONSTRUCCIN PARA CARRETERAS

6.1 INTRODUCCIN

El acelerado avance tecnolgico que ha caracterizado a este siglo, ha sido un factor determinante en la evolucin de los mtodos de produccin en todos los campos del que hacer humano, y la Industria de la Construccin no ha sido la excepcin.

La fabricacin de mquinas cada vez ms especializadas que se valen de los adelantos tecnolgicos disponibles para lograr un alto grado de eficiencia y productividad, han resaltado la importancia de llevar a cabo la seleccin del equipo de construccin de una manera metdica y sistematizada.

El riesgo econmico inherente a la ejecucin de cualquier obra civil se ve incrementado de una manera sustancial cuando la seleccin del equipo se toma a la ligera. Por tal motivo el Ingeniero Civil debe considerar los tres aspectos fundamentales en el proceso de seleccin de equipo que son:

1. Tener un conocimiento claro de las mquinas disponibles en el mercado, sus principales caractersticas, sus posibilidades y limitaciones, esto con la finalidad de estar al tanto de los nuevos adelantos de la maquinaria y no perderse en la obsolescencia.

2. Tomar en consideracin que cada equipo est diseado para realizar cierto tipo de actividades en especial, y estar dotado de una determinada capacidad, la cual por ningn motivo debemos superar, es decir, es necesario evitar los malos hbitos de operacin y el mal uso del equipo para obtener su ptimo rendimiento, y en la medida de lo posible usarlo nicamente para la actividad a la cual fue diseado.

3. En la actualidad podemos contar con varios tipos de mquinas que pueden realizar el mismo trabajo, por lo tanto antes de decidir cual es la ms conveniente para nuestros fines, tendremos que realizar una evaluacin y una comparacin de sus rendimientos.

6.2 TRACTORES EMPUJADORES Dentro de la Industria de la Construccin la mquina que goza de mayor popularidad indudablemente es el tractor; esto se debe a su gran versatilidad que se demuestra, ya sea cortando o bien excavando terraceras, desgarrando material y en otras actividades secundarias.

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TRACTOR EMPUJADOR

Los empujadores son tractores equipados con una hoja delantera que se puede levantar o bajar por medio de un control hidrulico y valindose del empuje que le proporciona el tren de fuerza de la mquina, realiza su trabajo generalmente con un alto grado de eficiencia.

El peso y la potencia disponible de la mquina, determina su capacidad de empuje. Ningn tractor puede aplicar ms empuje que la fuerza mxima que suministre el tren de fuerza.

A continuacin se har una descripcin de los principales elementos que conforman estas mquinas.

Tipo de montaje

Los tractores empujadores pueden ser montados sobre orugas o sobre neumticos; en ambos casos la mquina consta de un chasis muy resistente sobre el que se monta un motor diesel con turbocargadores acoplado a un convertidor de par-torsin que se une a una servotransmisin de tipo planetario y posteriormente a un sistema de ejes que constituyen los mandos finales.

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TRACTOR EMPUJADOR

La hoja es una estructura maciza cncava que tiene una base y un respaldo rectangulares. La arista delantera de la base es una cuchilla de acero duro y tenaz que sobresale adelante y abajo del resto de la hoja.

El proceso de excavacin se realiza encajando la cuchilla a una determinada profundidad en el terreno, la cuchilla corta y rompe el material que sube por la curva de la hoja hasta que cae adelante, se mantiene as en movimiento ms o menos giratorio, que tiende a emparejar la carga y ofrece la mnima resistencia.

Dependiendo del trabajo que va a realizar, el empujador puede usar diferentes tipos de hojas, las principales son:

Hoja recta (S). Es la ms adaptable de todas.

Generalmente ms corta, ms alta y ms ligera que la angular, es ms fcil de maniobrar y est construida para trabajos duros ya que puede empujar una gran variedad de materiales, tiene una buena capacidad de empuje de excavaciones.

Hoja angular (A). Diseada para empuje lateral, corte inicial de caminos, especialmente cortes en balcn, rellenos de zanjas y otras labores similares. Generalmente son de menor capacidad que las hojas rectas y las universales.

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Hoja universal o en "U". Su nombre se deriva de la forma de su diseo en "U" y facilita el empuje de grandes cargas. Su uso es ms adecuado con material liviano o ms fcil de empujar. Son de mayor capacidad que las hojas rectas.

Hoja "C". Se utiliza para el empuje de motoescrepas en la marcha. Sus amortiguadores alivian los impactos al hacer contacto con las motoescrepas. Es conocida como hoja topadora y puede usarse eventualmente como excavadora aunque con bajo rendimiento.

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BRAZOS DE EMPUJE

Los brazos de empuje. Son vigas gruesas que van de una conexin articulada con el tractor a la parte inferior de la hoja. Su funcin es la de transmitir las cargas de la misma.

Los brazos de inclinacin. Son contraventeos dagonales entre el brazo de empuje y la parte superior de la hoja. Apoyan la hoja para resistir cargas situadas arriba de la lnea de los brazos de empuje y proporcionar medios para regular la inclinacin longitudinal y transversal de la misma.

El tractor empujador se conoce como Bulldozer cuando la hoja de encuentra fija formando un ngulo recto con el eje longitudinal del mismo teniendo solo movimiento vertical.

Se llama Angledozer al empujador equipado con una hoja que se puede hacer girar a la derecha o a la izquierda, adems de poderse colocar en una posicin transversal normal al eje longitudinal.

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Angulo del empujador ANGLEDOZER

6.3 TREN DE RODAJE

Generalidades

El tren de rodaje es un sistema usado por un nmero importante de mquinas.

Constituyen bandas de acero, sobre los que se mueve la mquina. Se recogen de atrs y pasan hacia adelante en el terreno, conforme se mueve.

Los ejes hacen girar grandes ruedas dentadas, que se llaman ruedas dentadas impulsoras o catalinas, que estn colocadas en la parte trasera de los bastidores y se apoyan en rodillos pequeos o rodillos de las orugas. Las ruedas guas, que son ruedas lisas con una ceja central, del mismo ancho que las catalinas, estn montadas en horquillas apoyadas en resortes en la parte delantera de los

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bastidores. Se montan uno o dos rodillos pequeos arriba del bastidor para soportar la oruga.

RODILLOS DE LAS ORUGAS. Los rodillos y ruedas guas, tienen cejas para mantener la oruga alineada, generalmente la rueda gua tiene una ceja central ancha que queda ajustada entre los eslabones de la oruga.

LA ORUGA. La oruga en si, consta de una verdadera cadena de eslabones con zapatas atornilladas en ellos. Cada par de eslabones se unen entre s con un buje que va en el extremo de uno de ellos. Se coloca un pasador en el buje que sostiene los extremos que sobresalen del siguiente par de eslabones.

La oruga se arma con una prensa hidrulica, que permite empujar los pasadores de tamao ligeramente mayor y los bujes dentro de los eslabones, que quedan tan apretados, que rara vez se salen en servicio. El pasador gira con facilidad dentro del buje, proporcionando el funcionamiento como articulacin necesaria.

LAS ZAPATAS. Hay numerosos tipos de zapatas para las orugas. Las del tipo ordinario son una placa plana con una sola costilla alta o garra a travs de ella, que proporciona una buena traccin y proteccin contra deslizamientos laterales en la mayor parte de las condiciones.

USOS PRINCIPALES

El diseo del tractor tiene por objeto fundamentalmente convertir su potencia en fuerza tractiva de utilizacin prctica en muy diversas operaciones, pero debe considerarse siempre que estos trabajos no rebasen la capacidad de la mquina.

DESMONTE. Los terrenos en los que se van a efectuar excavaciones, hacer rellenos o a nivelarse, deben desmontarse primero. En el desmonte se incluye la remocin de la vegetacin que puede ser hierbas, malezas, matorrales o tocones. El tractor es la mquina ms adecuada para realizar este trabajo.

Los matorrales y arboles pequeos pueden ser removidos con un tractor caminado con la cuchilla en contacto superficial con el terreno. Actualmente se han desarrollado una gran variedad de aditamentos para tractores que lo habilitan para realizar hasta los trabajos ms severos de desmonte tales como cuchillas de filo cortante, taladores en "V", cuchillas tipo rastrillo, empujadores de rboles, arados cortadores de races, etc.

EQUIPO DE MOTOESCREPAS. Los tractores empujadores se necesitan casi siempre para llenar bien con eficiencia las motoescrepas de un solo motor, y an; en algunos casos, las de dos motores.

Para realizar esta actividad es recomendable equipar el tractor con una hoja amortiguadora.

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EXCAVACIONES. El tractor se opera levantando o bajando la hoja, inclinando la tambin hacia los lados, segn sea el tipo de material a cortar y el tipo de excavacin que se vaya a realizar. Conforme va movindose hacia adelante, el material se va excavando y apilando al frente y avanza junto con el tractor.

La inclinacin correcta de la hoja es un factor muy importante para la eficiencia del trabajo sobre todo en terrenos duros.

TENDIDO DE MATERIAL. El tractor empujador puede extender montones de material caminando sobre los mismos con la cuchilla elevada a la rasante deseada.

ARRASTRE DE OTROS EQUIPOS. El tractor est habilitado para jalar tanto como para empujar por lo que su aplicacin como auxiliar de otros equipos es grande. Se utiliza para jalar compactadores, motoescrepas de arrastre, arados, etc.

DESGARRAMIENTO. Cuando el tractor se utiliza para el desgarre de suelos se le conoce como desgarrador y dada la importancia de este aprovechamiento se tratar en otra seccin de una manera mas amplia.

Produccin de los empujadores con cuchilla

Estimacin calculada:

Para estimar la produccin de los empujadores segn reglas y frmulas, se aplica la siguiente frmula:

o bien:

Donde:

P = Es la produccin en m3 / hora. E = Es la eficiencia de trabajo. C = Es la capacidad de la hoja topadora en m3 a = Coeficiente de carga que depende del ngulo de reposo del material.

0.90 - 1.00 para arcilla, tierra y materiales cohesivos 0.80 para arenas, gravas, y roca fragmentada.

Ka = Coeficiente de abundamiento del material.

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t = Tiempo de ciclo en minutos. Que incluye los tiempos de ida cortando y arrastrando el material, el regreso y los tiempos muertos para cambiar de velocidades o de posicin en las dos cabeceras.

Para calcular el tiempo de ciclo de la mquina se debe tomar en cuenta que:

Los tiempos fijos por estadstica de los fabricantes son de 0.25 min. y la mquina trabaja en primera velocidad en su recorrido hacia adelante y entre segunda y tercera velocidad ( distancia corta 30 mts. Distancia larga 100 mts. ms).Se debe consultar las especificaciones del fabricante para estas velocidades.

La capacidad "C" de la hoja topadora se calcula mediante la siguiente frmula:

Donde:

C = Capacidad de la hoja en m3 material suelto. L = Longitud de la hoja. H = Altura de la hoja. R = Angulo de reposo del material.

Esta frmula se deduce de tomar en cuenta que la cuchilla de la hoja corta el material y lo va empujando delante de la mquina formando una cua aproximadamente prismtica como se muestra en la siguiente figura.

Los tractores empujadores tienen ciertas limitaciones en cuanto a la distancia de acarreo y al nivel de piso de excavacin. La distancia mxima de acarreo

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aconsejable es de 100 mts. Al exceder resultara antieconmico el uso de esta mquina. De cualquier manera debe considerarse que en distancias mayores de 30 mts; el rendimiento disminuye 5% por cada 30 mts; adicionales. As mismo cuando se trabaja cuesta arriba el volumen disminuye 2% por cada 1% de pendiente, en cambio si se trabaja hacia abajo esto es con pendiente favorable se puede esperar en un incremento del 2.5% por cada 1% de pendiente.

Otro factor que afecta el rendimiento de estas mquinas es la altitud a la que se encuentran trabajando. Aunque no es general, se considera que arriba de los 2000 metros sobre el nivel del mar, la potencia y por lo tanto la produccin se afecta del orden del 1% por cada 100 metros de altura. El uso de turbocargadores y enfriadores de aire de admisin en los motores de los tractores tiende a compensar esta disminucin en el rendimiento.

Estimacin mediante Nomogramas.

La produccin de los tractores empujadores tambin puede estimarse utilizando las curvas que proporcionan los fabricantes y que se muestran aqu y aplicando los factores de correccin necesarios; la frmula general sera:

Produccin real = (produccin mxima)* x (factores de correccin).

*produccin terica marcada en las curvas proporcionadas por el fabricante.

Clculos de produccin con la hoja recta. tractor d7g al d11n

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NOTA: Grfica basada en gran nmero de pruebas y estudios en condiciones y trabajos diversos. (Consulte los factores de correccin que hay despus de estas grficas).

Estas curvas de produccin que dan la capacidad mxima terica para tractores equipados con cuchilla recta (S) o universal (U); estn basadas en las siguientes condiciones.

100 % de eficiencia (60 minutos por hora).

Mquinas de transmisin servo planetaria (tiempos fijos 0.25 min.).

La mquina corta el material a lo largo de 15 mts; de ah sigue con la cuchilla llena solamente acarrendola.

El peso especfico del material es de 1370 kg/m3 suelto.

Coeficiente de traccin:

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Mquina de orugas mnimo 0.5

Mquina de llantas mnimo 0.4

(Estas mquinas sobre llantas pueden perder hasta 4% de su productividad por cada centsimo de disminucin en el coeficiente de traccin. Esto es que si fuera por ejemplo 0.35 perdera 4 x 5 = 20% de produccin).

Hojas con control hidrulico.

Avance en primera velocidad. Retroceso en segunda velocidad.

El tractor empujador, especialmente el montado sobre orugas, es la mquina, cuya produccin requiere de mayor cuidado al ser determinada por la gran variedad de trabajos que ejecuta. Por ejemplo la produccin ser constante cuando la mquina se utilice para trabajar en una pila de material ptreo, homogneo y de partculas pequeas y se ir complicando si se utiliza con cuchilla angulable, extrayendo material con gavilanes y lo ser ms si se encuentra haciendo la rezaga en un banco de roca mal tronada.

FACTORES DE CORRECCIN

DESCRIPCIN TRACTOR DE

ORUGAS

TRACTOR DE

LLANTAS OPERADOR

Experimentado

Normal

Deficiente

MATERIAL

Suelto y apilado

Difcil de extraer: cortando con cilindro de inclinacin lateral

Sin utilizar cilindro de inclinacin lateral

1.00

0.75

0.60

1.20

0.80

0.70

1.00

0.60

0.50

1.20

0.75

no utilizarse

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Hoja con control de cable

Difcil de empujar (seco, material no cohesivo o muy pegajoso)

Roca desgarrada

Roca mal tronada

Empuje con dos tractores juntos

0.60

0.80

0.70

0.60

1.20

-

0.80

no utilizarse

no utilizarse

1.20

MATERIAL PESADO

Si se trata de mover material mayor de 1,370 kg/m3 suelto, obtener el coeficiente dividiendo estos pesos entre el real pues la produccin debe decrecer. Lo anterior (material menos pesado) har aumentar la produccin.

EFICIENCIA DE TRABAJO

50 min. / hora

40 min. / hora

visibilidad difcil (polvo, lluvia, oscuridad)

TRANSMISIN DIRECTA NO AUTOMATICA

(0.1 min. tiempo fijo)

CUCHILLA EMPUJADORA

Cuchilla angulable en (A)

Cuchilla amortiguadora (C)

Hoja U con material muy liviano

0.83

0.67

0.80

0.80

0.60

0.60

1.20

0.83

0.67

0.70

-

-

0.60

1.20

PENDIENTE

La pendiente afecta la produccin y el factor de correccin se obtiene del siguiente cuadro haciendo la anotacin de que siempre que sea posible debe aprovecharse la pendiente a favor de la produccin.

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ESTIMACIN DE PRODUCCIN DE LA HOJA

MEDIANTE FORMULAS Y REGLAS

EJEMPLO:

Un D8N con una hoja recta 8SV excava un material arcilloso muy compactado y acarrea a una distancia de 90 mts. En una pendiente positiva del 4 % y a 2500 m.s.n.m. El peso volumtrico suelto es de 1,650 kg. / m y se trabajan horas de 50 minutos con un operador normal.

Calcular la produccin horaria.

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De la grfica, la produccin ideal es de 300 yd3 sueltos/hora = 230 m / hora

Factores de correccin

Operacin

Material difcil de empujar

Peso volumtrico 1370 / 1650

Eficiencia horaria 50 / 60

Pendiente

Prdida por altitud (5 %)

0.75

0.80

0.83

0.84

0.92

0.95

Produccin real es:

P = 230 x 0.75 x 0.80 x 0.83 x 0.84 x 0.92 x 0.95 = 84.09 m3 sueltos/hora.

Cuando sea posible, debe procurarse siempre que las mquinas no trabajen cargadas cuesta arriba.

Se puede verificar el problema anterior mediante la frmula general.

Capacidad de la hoja; tomados del catlogo del fabricante

Longitud = 6.39

Altura = 1.68

C = Capacidad = 8.70 m3 sueltos.

Clculo del ciclo

Velocidad de la mquina: datos del fabricante

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1. Velocidad: en avance

2. Velocidad: en retroceso

3.5 km. / hora

8.1 km. / hora

Tiempo del ciclo

Tiempos fijos= 0.25min

2.45min Tiempo del ciclo

.

El coeficiente de carga (a) lo suponemos en 1.00 por tratarse de una arcilla.

Factores de correccin no considerados en la frmula:

Operacin

Material difcil de empujar

Peso volumtrico

Pendiente

Prdida por altitud

0.75

0.80

0.83

0.92

0.95

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Produccin final:

P = 178.97 x 0.75 x 0.80 x 0.83 x 0.92 x 0.95 = 77.89 m3 sueltos/hora.

Resultado similar al anterior: (84.09 m3 / hora).

6.3 DESGARRADORES

El uso de desgarradores cobra cada da mayor importancia. Su uso ha venido a revolucionar las tcnicas de excavacin en roca donde antiguamente era imprescindible el uso de explosivos para aflojar el material con su elevado costo.

El desgarrador consiste en una barra horizontal acoplada en la parte posterior del tractor, donde se encuentran adaptados de uno a tres dientes que pueden ser rectos o curvos de acero y de puntas intercambiables manejados desde la mquina mediante controles hidrulicos.

Su funcionamiento se consigue al hacer penetrar el vstago con un casquillo en el terreno y ser jalado mediante la fuerza tractiva de la mquina y con ello ir rompiendo la estructura del material, logrando el afloje requerido para la posterior excavacin.

DESGARRADOR AJUSTABLE DE UN DIENTE

Puede ajustarse la longitud de penetracin. El control hidrulico permite ajustar el ngulo de desgarramiento mientras el tractor se mueve.

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DESGARRADOR AJUSTABLE MULTIDIENTES

Montado en una barra horizontal, son generalmente ms cortos que el anterior. Pueden usarse dos o tres dientes dependiendo de la dureza del material. Tambin con el control hidrulico se puede ajustar el ngulo de desgarramiento.

DESGARRADOR ESCARIFICADOR

Utiliza hasta cinco dientes para excavar boleos suaves, arcilla endurecida y trabajos de escarificacin. Su uso es ms restringido por tener dientes cortos.

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En la actualidad se han desarrollado diversos mtodos tcnicos para desgarrar y aprovechar ptimamente el uso de desgarradores. Se toman en cuenta factores tales como la profundidad del desgarramiento, la velocidad, el nmero de dientes a utilizar, el espacio entre las pasadas, la direccin de desgarramiento en relacin con las formaciones de los estratos y la pendiente, la posibilidad de utilizar desgarradores en Tandem, etc.

MTODOS TCNICOS PARA DESGARRAR

Una forma comn para determinar cual ser el mtodo que mejor fragmenta las rocas, con el menor esfuerzo es haciendo operaciones de prueba. Sin embargo, la experiencia elimina una gran parte este sistema estableciendo relaciones entre las condiciones existentes en diversos trabajos con materiales similares para utilizar los mtodos que mejor hayan funcionado.

Algunos de los factores que se deben tomar en cuenta son:

1.- La velocidad.- Generalmente se utiliza la primera velocidad del 1.6 a 2.4 Km./h determina una produccin ms econmica. Un pequeo aumento en la velocidad ocasiona que aumente con rapidez el desgaste del tren de rodaje y las puntas.

2.- El nmero de dientes.- En la mayora de los casos se recomienda comenzar con un diente y si el material es de fcil penetracin y se fragmenta en trazos de buen tamao intentar luego con dos dientes solo en materiales fciles de desgarrar, deben utilizarse tres dientes, estos actan como rastrillo y pueden retener las lajas grandes bajo la viga del desgarrador.

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A menudo la produccin puede aumentarse con un solo diente, a un si es posible utilizar dos dientes. Cuando se utilizan dos dientes con materiales relativamente difciles, un punto duro puede retener uno de los dientes, en cambio cuando se utiliza un solo diente la carga se centra en la viga y en todo el conjunto de montaje, con la que se ejerce plena fuerza con el diente, pues no se divide en dos.

3.- La profundidad.- Aunque algunas veces es prctico desgarrar a la mayor profundidad posible, suele ser desventajoso cuando hay demasiados estratos. Usualmente lo mejor es desgarrar y extraer el material en sus capas naturales, en vez de tratar de hacer pasadas a plena profundidad.

La primera pasada a profundidad media suele aflojar el material por lo que la segunda pasada puede ser a mayor profundidad ahorrando esfuerzos. Si el diente no penetra a plena profundidad el extremo posterior del tractor se levanta sobre el suelo con lo que se pierde traccin. Si se piensa retirar las rocas fragmentadas con motoescrepas, la profundidad de desgarramiento debe ser uniforme, eliminando los puntos duros de roca que podran ocasionar que la cuchilla de la motoescrepa se salga del suelo pues esto disminuye la duracin tanto de las motoescrepas como de las cuchillas.

4.- Espacio entre las pasadas.- Un factor que determina la produccin es el espaciamiento de las pasadas. El espaciamiento mximo contribuye a reducir el costo por unidad de obra. Sin embargo, se deben tomar en cuenta el material, el empleo final y la forma de moverlo. Mientras menor sea el espaciamiento, los fragmentos desgarrados sern ms pequeos. Si es posible tener una profundidad plena un espaciamiento de 90 a 1.50m. es satisfactorio en muchos materiales.

En el caso de rocas que se fragmentan en trozos muy pequeos, un espaciamiento de 1.80 a 2.40m. puede ser satisfactorio sobre todo si se va a cargar con motoescrepas.

5.- La direccin.- Depende generalmente del trazado de la obra. Sin embargo existen otros factores que deben considerarse.

Cuando se utilizan motoescrepas, es ventajoso desgarrar en la misma direccin en la que carga la motoescrepa de modo que el tractor desgarrador puede utilizarse como empujador a la vez y el trnsito ser en el mismo sentido. Existen formaciones de rocas con estratos verticales que corren en sentido paralelo al corte. Se pueden producir canales profundos al desgarrar en el sentido de los estratos. Cuando se desgarra en estas condiciones, tal vez sea necesario desgarrar a travs del corte a fin de obtener la fragmentacin adecuada.

6.- El desgarramiento cruzado.- El desgarramiento cruzado debe evitarse, si es posible, cuando se utilicen motoescrepas y otras herramientas de excavacin para las cuales el corte escabroso que se consigue es desventajoso. Se recomienda usar este mtodo slo cuando no se logre una buena fragmentacin en un sentido.

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SISMGRAFO DE REFRACCIN

Se utiliza el sismgrafo de refraccin a fin de medir la desgarrabilidad de diversos materiales. Indica el grado de consolidacin, con inclusin de factores como la dureza de las rocas, su estratificacin, su grado de fragmentacin y su descomposicin o metereorizacin.

El anlisis ssmico se basa en el tiempo en que se trasladan ssmicas en su recorrido a travs de diferentes clases de materiales del subsuelo: La velocidad en rocas densas y duras alcanza hasta 6100 m/s; y en tierra floja es tan slo de 300 m/s.

Por lo tanto, puede determinarse el grado de consolidacin si se mide la velocidad de las ondas ssmicas a travs de varias capas de materiales. Con estos datos, se puede escoger el equipo y los mtodos ms adecuados.

Las ondas sonoras se producen mediante pequeas explosiones a diferentes distancias del receptor gefono. El tiempo transcurrido entre el impacto y el registro de la onda sonora en el gefono se registra en el tablero del instrumento. La primera onda ssmica que llega al gefono puede ser una de mnimo recorrido, o una de mayor recorrido, pero de mayor velocidad, debido a que el material que atraviesa es ms denso.

Las lneas llenas del diagrama representan los recorridos de las ondas sonoras registradas. Suponiendo que las velocidades de las ondas ssmicas a travs de la tierra vegetal, roca meteorizada, y manto de roca son de 300,900 y 1800 m/s, respectivamente, la grfica muestra la razn de que las ondas de recorrido ms largo puedan llegar primero al gefono. Las lneas de puntos muestran los recorridos de las ondas ssmicas que han invertido ms tiempo.

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Las inclinaciones de los tres segmentos de la curva representan la velocidad de las ondas a travs de cada capa. Para hallar la velocidad de las ondas sonoras a travs de las capas se utiliza la siguiente frmula:

En esta frmula, la letra D es la distancia desde el punto en que se golpe la plancha de acero hasta el gofono, y T es el tiempo transcurrido. Los puntos quedan alineados por cada tipo de material, puesto que las velocidades son iguales en consolidaciones similares. Las lneas rectas trazadas por los puntos adyacentes de la grfica de arriba representan tres tipos de materias. Mientras menor sea la inclinacin de la lnea, mayor es la consolidacin del material.

Los datos sobre la velocidad, obtenidos en una prueba, se pueden correlacionar con los de pruebas anteriores con materias similares, donde se conoca el grado de desgarrabilidad.

PRODUCCIN DE LOS DESGARRADORES

Existen varios sistemas para calcular la produccin de los desgarradores.

El primero y mejor de ellos, particularmente en grandes obras, consiste en seccionar un rea determinada y registrar el tiempo que ocupe un tractor equipado en efectuar el desgarramiento, seccionar el rea despus de removido el material, lo cual nos permite conocer la produccin horaria medida en banco.

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Otro sistema a travs del clculo consiste en suponer que el tractor empujador trabaja en primera velocidad obtenindola de la tabla de especificaciones de la mquina. Calcular el tiempo del ciclo en donde debern incluirse los tiempos para giro y la sacada o penetracin del desgarrador. Considerar la distancia entre dientes y la profundidad de desgarre, datos que corresponden a las especificaciones de la mquina.

Este procedimiento arroja el volumen medido en banco calculado, y la experiencia ha demostrado que los resultados que se obtienen son entre un 10 y un 20 % ms alto que lo obtenido en la realidad utilizando el primer mtodo de medicin directa.

Existe tambin el mtodo grfico que se explica ms adelante.

EJEMPLO

Calcular el volumen que puede desgarrar un tractor CAT D9N equipado con desgarrador de un diente en una arenisca (velocidad ssmica media = 3.0 km. / seg.).

Datos:

Penetracin = 123 cm (G)

Distancia entre pasadas = 90 cm

Velocidad (1a) = 1.25 millas / hora = 1.25 x 1.609 = 2.01 km. / hr = 33.5 m / min.

Longitud = 150 mts.

Tiempo muerto en cada cabecera = 0.25 minutos.

Eficiencia 75 % (45 min. efectivos por hora)

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Del cuadro del fabricante puede verse que un tractor D9N equipado con un vstago tiene una fuerza en el desgarrador de 75, 000 lbs.

Del cuadro de fuerza en la barra de tiro - velocidad , vemos que a 75,000 lbs. le corresponden aproximadamente 1.25 millas / hora

SOLUCIN

Tiempo de cada ciclo (la mquina siempre camina hacia adelante desgarrando, girando 180 grados en cada cabecera).

Nmero de ciclos pasadas por hora:

Volumen desgarrado por pasada = 150 m x 0.9 m x 1.23 m = 166 m3

Produccin calculada = 166 m3 / pasada x 9.53 pasadas / hora = 1582 m3/hr, medido en banco.

MTODO GRFICO

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Este procedimiento de clculo de la produccin se basa en el uso de las tablas de velocidades ssmicas, para lo cual y para cada modelo de mquina, se han elaborado unas grficas que muestran para diferentes tipos de materiales sus correspondientes velocidades ssmicas en kilmetros por segundo y en ellas se marca cuales materiales pueden ser susceptibles de desgarramiento. A continuacin se muestran unas de ellas. Estas grficas nos indican la posibilidad de desgarramiento del material.

MATERIAL Velocidad, en m/seg.

Suelo 170-500

Arcilla 1000-28000

Arcilla arenosa 975 - 1100

Arcilla arenosa cementada 1160 - 1280

Limo 760

Arena seca 300

Arena hmeda 610 - 1830

Aluvin 550 - 1000

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Aluvin (terciario) 800 - 1500

Aluvin profundo 1100 - 2360

Depsito glaciar 490 - 1700

Dunas 500

Loess 375 - 400

Lutita 1800 - 3800

Arenisca 2400 - 4000

Marga 3000 - 4700

Creta 1830 - 3970

Caliza 3000 - 5700

Dolomita 5000 - 6200

Evaporitas 3500 - 5500

Granito 4000 - 5600

Gneis 5100 - 7500

Esquistos o pizarra 2290 - 4700

Roca gnea de basamento 5500 - 6600

Agua (dependiendo de la temperatura y contenido de sales)

1430 - 1680

La que sigue es una grfica de produccin de un tractor D9N equipado con desgarrador de un solo diente. La produccin estimada sin considerar factores de correccin que le modifiquen se encuentra dentro de los lmites de la zona sombreada, estando en la parte superior la condicen ptima y en la zona inferior la condicin desfavorable.

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6.4 MOTOCONFORMADORAS

Son mquinas de aplicaciones mltiples, destinadas a mover, nivelar y afinar suelos; utilizadas en la construccin y en la conservacin de caminos.

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Estn formadas por un chasis montado sobre ruedas que llevan un brazo alargado que descansa en otro eje de ruedas que son las de direccin. De bajo del brazo se encuentra montada una cuchilla larga y de perfil curvo conocida como hoja niveladora que es su principal elemento.

La importancia de estas mquinas se debe tanto a su gran potencia, como al dispositivo para mover la cuchilla que le permite moverse y girar en todos sentidos, es decir:

La Cuchilla:

Puede regular su altura con relacin al plano horizontal. En el plano horizontal puede quedar fija formando un ngulo

cualquiera con el eje vertical de la mquina.

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Puede inclinarse tambin con relacin al plano horizontal, llegando incluso a quedar en posicin vertical fuera del chasis.

Una particularidad de esta mquina es que las ruedas delanteras pueden inclinar su plano de rodadura para evadir los materiales que van siendo movidos por la cuchilla y oponerse a la fuerza lateral que tiende a desviar la parte delantera de la mquina hacia un lado.

Es comn que se logren inclinaciones hasta de 220 hacia ambos lados.

30

Las motoconformadoras pueden mover materiales poco compactos y sin cohesividad como arena y grava y que no tengan mucho contenido de races, troncos o piedras.

a. Desyerbar y remover vegetacin ligera. b. Limpiar bancos. c. Construir canales o formar terraplenes. d. Extender materiales. e. Mezclar y remover materiales con objeto de uniformarlos. f. Terminar y afinar taludes. g. Mantener y conservar caminos.

Sin embargo se le adaptan otros dispositivos auxiliares para trabajo diversos. Por ejemplo:

a. Escarificadores para arar o remover el terreno, y as facilitar el trabajo de la cuchilla

b. Hoja frontal de empuje para ejercer la accin de "Bulldozer" o empujar.

PRODUCCIN DE MOTOCONFORMADORAS

El modelo y potencia de estas mquinas est determinada por las dimensiones de la hoja y las hay hasta de 5.00 metros de longitud y 0.80 metros de altura con potencia de 500 H.P.

31

Cualquiera que sea el trabajo ejecutado por una motoconformadora, su rendimiento depender fundamentalmente de las velocidades a que se transite durante las diversas fases de la operacin, as como el nmero de pasadas que deber ejecutar para terminar el trabajo.

La frmula ms usual para calcular el rendimiento de estas mquinas, es la siguiente:

En donde:

V = Velocidad de la mquina en metros por hora. A = Ancho de la faja por nivelar en metros. e = Espesor de la capa por nivelar en metros. E = Factor de eficiencia. N = Nmero de pasadas que requiere la mquina para revolver tender y nivelar la faja de trabajo.

EJEMPLO:

El clculo del nmero de pasadas depende del tipo de trabajo que se va a efectuar y vamos a ejemplificar uno de la siguiente forma:

Primero analizamos el nmero de veces que cabe la mquina en el ancho del tramo.

Utilicemos los datos de una mquina CAT modelo 12G.

La cuchilla mide 3.66 mts. De ancho y se traslapa un 20 % en cada pasada; esto quiere decir que el ancho efectivo ser 3.66 x 0.80 = 2.93 mts.

Si el tramo mide 8 metros de ancho:

= 2.73, sern 3 pasadas

32

El trabajo requiere de las siguientes operaciones para el ancho del camino (8mts).En primera velocidad (3.8 km / hora).

a) Tendido del material acamellonado para incorporarle

agua.

(3 pasadas)

b) Revoltura del material para impregnarlo de agua

(3 pasadas)

c) Tendido del material para extenderlo

(3 pasadas)

d) Nivelacin del material para compactarlo

(3 pasadas)

Total (12 pasadas)

33

En retorno tercera velocidad (9.9 km / hora) 12 pasadas.

La mquina requiere hacer 12 pasadas a una velocidad promedio.

Eficiencia = 0.75

Entonces:

CATERPILLAR

MODELO 12 G 140 G 14 G 18 G

Potencia en el volante 101 kW

135 HP

112 kW

150 HP

149 kW

200 HP

205

kW 275 HP

6.5 CARGADORES

Se clasifican, en cuanto a su forma de descarga y al tipo de rodamiento

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Forma de descarga

a) Descarga frontal. Son los ms usuales de todos. Voltean el cucharn o bote hacia la parte delantera del tractor. Se utiliza principalmente en excavaciones en stanos a cielo abierto, manipulacin de materiales suaves, bancos de arena, grava, arcilla, etc. En rellenos de zanjas, alimentacin de plantas de trituracin, dosificadoras, etc.

b) Descarga lateral. Estos tienen como ventaja que el cargador no necesita hacer tantos movimientos, para colocarse en posicin de carga al equipo de acarreo, ya que se coloca paralelo al vehculo y un gato acciona el bote voltendolo hacia el costado del cargador vertiendo la carga en la caja del vehculo.

Se utilizan en donde las condiciones del sitio de trabajo impidan suficiente espacio para maniobras.

c) Descarga trasera. En estos el cucharn ya cargado pasa sobre la cabeza del operador y descarga hacia atrs directamente al equipo de acarreo. Aunque se disean con una cabina especial de proteccin, resulta muy riesgosa su utilizacin en cuanto a la seguridad del operador. Solamente se usan en la rezaga de tneles cuya seccin es pequea y no permite el uso de otro tipo de cargador, de ah que tambin se le conozca a este equipo como rezagadora.

Tipo de rodamiento

a. De carriles (orugas)

35

b. De llantas (neumticos)

Los cargadores frontales sobre neumticos, son ms adecuados que los de oruga cuando la distancia de acarreo sea considerable, cuando los materiales de la superficie de rodamiento sea un suelo duro y seco, cuando los materiales estn sueltos y puedan atorarse fcilmente con el cucharn, y cuando se cuente con suficiente espacio para maniobrar.

Los cargadores montados sobre orugas son ms convenientes de utilizar en terrenos sueltos y en aquellos trabajos que requieran buena traccin de la mquina; cuando no se requieran muchas maniobras por parte de la mquina; cuando se trate de material duro y difcil de excavar y, por lo regular, se manejan volmenes pequeos.

En resumen mientras que los cargadores frontales sobre neumticos son ms veloces y maniobrables que los de orugas en detrimento de la traccin, estos ltimos tienen como caracterstica principal su buena traccin.

CUCHARONES

El elemento bsico de carga de estas mquinas es el cucharn o bote. Existen en el mercado gran variedad de cucharones con diferentes capacidades y caractersticas que los hacen adecuados para trabajos especficos. Entre los principales tipos de cucharones tenemos:

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BOTE LIGERO: Adecuado para cargar materiales sueltos y poco abrasivos. La parte inferior de este cucharn est provista de una cuchilla cortadora.

BOTE REFORZADO: Este bote es ms fuerte que el anterior y en su parte inferior est provisto de dientes que lo hacen el equipo adecuado para trabajos en que adems de cargar se quiera excavar el material.

BOTE DE REJILLA:Formado por una estructura de rejilla que permiten que el material indeseable no permanezca en el bote. Se utiliza para el manejo de roca suelta.

ADITAMENTOS

En suelos duros de consistencia rocosa, los neumticos de los cargadores estn expuestos a desgaste prematuro y sufrir cortes y fisuras, que los destruyan parcial o totalmente. Por ello se han diseado cadenas de proteccin que restan estos efectos y que adems son de fcil reparacin. Existen tambin refuerzos para los neumticos formados de bandas metlicas que adems proporcionan mayor traccin a la mquina.

37

PRODUCCIN DE LOS CARGADORES FRONTALES

SOBRE ORUGAS

La produccin en estas mquinas es igual a la cantidad de material que cargan y descargan en su cucharn por ciclo, por el nmero de ciclos que puede realizar en un tiempo determinado.

La cantidad que puede caber en el cucharn de un cargador, se estima en la forma de material que se encuentra suelto, es decir ya aflojado del banco.

La capacidad real del cucharn se determina multiplicando la capacidad nominal, de fbrica por un "factor de llenado de cucharn".

Este factor de llenado se estima de acuerdo a los siguientes valores:

TAMAO Y TIPO DE MATERIAL SUELTO

FACTOR DE LLENADO

Materiales pequeos bien mezclados y hmedos

95 - 100 %

Agregados ptreos 95 - 100 %

38

uniformados arriba de1/8"

De 1/8" - 3/8 90 - 95 %

De 3/8" - 3/4" 85 - 90 %

De 3/4" hacia arriba 85 - 90 %

MATERIAL TRONADO Bien tronado 80 - 90 %

Regular 75 - 90 %

Mal tronado 60 - 75 %

OTROS Mezclas de tierra y piedra 100 - 120 %

Marga hmeda 90 - 110 %

Tierra vegetal, piedras, races 90 - 110 %

Materiales cementados 85 - 95 %

CLCULO DEL CICLO DE OPERACIN

El ciclo de operacin en cargadores frontales se calcula a partir de la siguiente frmula:

Tiempo total del ciclo = Tiempo de carga + Tiempo de maniobra + Tiempo de trnsito + Tiempo de descarga

TIEMPO DE CARGA

Se calcula tomando en cuenta los siguientes factores:

MATERIAL MINUTOS

Tamao uniforme de partcula 0.04

39

Diversos tipos de agregados hmedos 0.05

Arcilla mojada 0.06

Suelos, cantos, rodados, races 0.15

Materiales cementados 0.20

TIEMPO DE MANIOBRAS. Incluye el trnsito bsico, cuatro cambios de direccin y el tiempo de giro y puede considerarse que es de 0.22 minutos a plena potencia y con un buen operador.

TIEMPO DE TRNSITO. Aunque no es un mquina de acarreo, este puede requerirse por el tipo de trabajo, por lo que debern considerarse los tiempos de ida y vuelta que pueden determinarse por las grficas de trnsito como la que se muestra, y que proporciona el fabricante.

TIEMPO DE DESCARGA. Depende del tamao y robustez del objetivo donde se descarga y vara de 0.01 a 0.10 minutos. Para camiones de volteo normales, puede considerarse de 0.06 minutos.

40

EJEMPLO:

Calcular la produccin horaria de un cargador frontal equipado con bote de 1 yd3 (0.80 m3) que va a cargar camiones de volteo con una mezcla de arcilla y grava hmedas extradas de banco de prstamo. Tiene que realizar un acarreo total adicional de 150 mts. en 2a velocidad. (Distancia de tiro = 75 mts). Suponer una eficiencia del 80 %.

SOLUCIN:

Clculo del ciclo

Tiempo de carga (arcilla mojada) 0.06

Tiempo de maniobra 0.22

Tiempo de trnsito (grfica) ida 2a velocidad

regreso 2a velocidad

0.75

0.70

Tiempo de descarga (Volteos) 0.06

SUMA 1.79 min.

No. de ciclos por hora = x 0.80 = 26.8 ciclos

Capacidad del cucharn:

Factor de llenado 95 % (Materiales mezclados y hmedos)

Capacidad real del cucharn:

C = 0.80 m3 x 0.95 = 0.76 m3

Produccin = 26.8 ciclos x 0.76 m3/ciclo = 20.36 m3/hora medidos sueltos.

41

Si deseamos conocer el volumen anterior medido en banco debemos conocer el coeficiente de abundamiento (Ka) que para el tipo de material de que se trata puede ser de 1.19.

Por lo tanto P = 20.36/1.19 = 17.11 m3/hora medido en banco.

PRODUCCIN DE CARGADORES FRONTALES

SOBRE RUEDAS

El ciclo bsico (carga, maniobras de giro y descarga) de un cargador frontal articulado sobre ruedas puede considerarse en 0.40 minutos, excepto para aquellos superiores a 4 yd3 (3.06 m3) de capacidad en que este tipo aumenta ligeramente a 0.50 minutos.

Para calcular con mayor precisin en el ciclo deben considerarse las variables que se enlistan enseguida, de las cuales debern aumentarse o disminuirse al tiempo de ciclo bsico.

MATERIALES MINUTOS

Material mezclado + 0.02

Mayor de 1/8" + 0.02

De 1/8" a 3/4" - 0.02

De 3/4" a 6" 0.00

Mayor de 6" + 0.03

Material de banco o muy irregular

+ 0.04

ALMACENAMIENTO

Hecho con empujador o banda transportadora

Hasta 3.00 mts. o mayor 0.00

Hasta 3.00 mts. o menos

+ 0.01

42

Hecho con camin de volteo

+ 0.02

VARIOS

Los camiones y el cargador son propiedad de una misma empresa

- 0.04

Los camiones son de diversos propietarios

+0.04

La operacin es constante - 0.04

La operacin es inconstante

+ 0.04

La descarga es a un objetivo reducido

+ 0.04

La descarga es a un objetivo frgil

+0.05

ACARREO

Si adicionalmente el cargador debe hacer acarreo

s diferentes a los supuestos en el ciclo bsico, se deber recurrir a las grficas que para cada modelo suministrarn los fabricantes y que son como las que aparecen a continuacin.

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En estas condiciones el ciclo total ser igual:

Ciclo total = Ciclo bsico (0.40 minutos 0.50 minutos) + variables + tiempo de acarreo.

Y el nmero de ciclos por hora:

Para calcular la produccin se debern usar los mismos criterios anotados en la parte correspondiente a cargadores sobre orugas por lo que se refiere a "coeficiente de abundamiento o expansin" y al "factor de llenado del cucharn".

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EJEMPLO:

Determinar el volumen de material que puede ser manejado por un cargador de llantas con bote de 2.5 yd3 (1.90 m3) medido en banco con los siguientes datos:

Material; Roca bien tronada en tamao medio de 6"

Factor de abundamiento. 40 %

Almacenamiento con tractor a una altura de 2.00 mts.

Todo equipo es propiedad de la misma empresa

La operacin es constante

La descarga es a una planta de trituracin (objetivo reducido) y debe acarrearse a 100 metros en 2a velocidad de la mquina. Factor de eficiencia 80 % (Distancia de tiro = 50 metros).

Tiempo bsico + 0.40 min.

Material de 6" + 0.03

Almacenamiento a 2 mts. + 0.01

Equipo propio - 0.04

Operacin constante - 0.04

Objetivo reducido + 0.04

Acarreo (grfica) de ida + 0.25

de regreso + 0.20

SUMA 0.85 min.

Capacidad real del cucharn = Capacidad nominal X Factor de llenado segn la tabla para roca bien tronada, este factor es 0.80

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Capacidad real = 1.90 m3 x 0.80 = 1.52 m3

Produccin = No. de ciclos por hora x Capacidad real del cucharn

Produccin = 56.47 x 1.08 = 60.99 m3 / hora medido en banco

Produccin medido suelto = 60.99 x 1.40 = 85 m3/hora sueltos.

6.6 EQUIPO DE COMPACTACIN

Lo constituye el conjunto de mquinas que, en la construccin de terraplenes, sub-bases y bases sirven para consolidar los suelos, de acuerdo al grado de compactacin especificada.

Se entiende por compactacin de los suelos el mejoramiento artificial de sus propiedades mecnicas por medios mecnicos. Por medio de la compactacin aumenta el peso volumtrico del material, los suelos retienen el mnimo de humedad, presentan menor permeabilidad y sus asentamientos son reducidos; es decir, que la compactacin se traduce en un mayor valor de soporte, mayor resistencia al corte y mnima variacin volumtrica por cambio de humedad.

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Los mtodos usados para la compactacin de los suelos dependen del tipo de materiales con los que se trabaje en cada caso.

El esfuerzo de compactacin o sea la energa que se transmite al suelo, segn la mquina y el mtodo empleado en el proceso de compactacin, puede lograrse mediante:

Peso esttico o presin. Amasado o manipuleo. Impacto a golpes. Vibracin o sacudimiento. Con ayuda de enzimas.

Factores que influyen en la compactacin.

a. Contenido de humedad. b. Granulometra del material. c. Nmero de pasadas del equipo. d. Peso del compactador. e. Presin de contacto. f. Velocidad del equipo de contacto. g. Espesor de la capa.

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Para el equipo de compactacin se han introducido mejoras, tales como: poderosos sistemas hidrulicos, sensores electrnicos confiables, diseos ms funcionales, mayor versatilidad en su uso, transmisiones rpidas, potentes motores, etc., las cuales se han traducido en una mayor produccin de los equipos.

El equipo de compactar se clasifica en:

a. De tambores de acero liso. b. De neumticos. c. Pata de cabra. d. Rejilla o malla.

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e. Vibratorios. f. Combinaciones tales como:

o Tambor vibratorio de acero liso. o Neumtico y tambor de acero liso. o etc.

TERRACERAS

a) De tambores de acero liso.

Dentro de este equipo, existen diversas modalidades. Puede tratarse de planchas tandem es decir, con los rodillos colocados paralelos o con tres rodillos donde el delantero es ms ancho que los dos traseros.

Los rodillos de estas mquinas son generalmente huecos y se pueden lastrar con agua, arena u otro material para darle mayor efectividad a la compactacin.

Generalmente, estas mquinas son autopropulsadas y de gran peso. Pueden venir equipadas con aditamentos tales como limpiadores para evitar que el material se pegue a los rodillos y sistemas de riego para humedecer los rodillos que para ciertas operaciones son necesarios.

b) De neumticos.

Estn formados principalmente por un chasis que soporta una caja para lastre y dos ejes de ruedas; el nmero de neumticos es variable y son de rodadura lisa. Se colocan d tal manera que las huellas de las ruedas delanteras no se crucen con las traseras y tienen un sistema de amortiguamiento independiente para cada uno de ellos.

Con los compactadores de neumticos se logra una presin de contacto semejante a la de equipos de mayor peso, adems de tener mayor maniobrabilidad.

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Son del tipo autopropulsados los ms pequeos mientras que los grandes generalmente son jalados por un tractor.

c) Rodillo pata de cabra.

Con estos equipos se logra una compactacin por amasamiento y penetracin.

El diseo de estas mquinas consta de un bastidor que sostiene tanto a los rodillos pata de cabra como a unas cajas para recibir el lastre ya sea agua, arena, bloques de concreto, etc. Tambin se le adicionan a esta mquina un limpiador para retirar la tierra atorada entre las patas.

Los rodillos pata de cabra estn diseados e inspirados en las extremidades del animal que lleva su nombre. Estos rodillos concentran todo el peso de la mquina en los puntos en que sus patas penetran en el suelo logrando con esto bulbos de presin intensos y poco profundos.

Son lentos por naturaleza y usados generalmente en terraplenes con gran contenido de arcilla y limos.

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d) Rodillo de reja.

Al igual que los otros equipos descritos, este est formado por un bastidor que sostiene a los rodillos y a las cajas de lastre (y unidad motora si se trata de equipo autopropulsado) solamente que en este caso el rodillo est formado por una malla de barras entrelazadas.

Originalmente fue diseado para la disgregacin y compactacin de rocas poco resistentes a la compresin. Sin embargo se le han encontrado otras aplicaciones en gran variedad de suelos debido al efecto del impacto y vibracin que producen al transitar a baja y alta velocidad respectivamente. En materiales plsticos desafortunadamente su eficiencia disminuye debido a que estos materiales se pegan a la mquina atascndola.

e) Rodillos vibratorios.

Puede tratarse de rodillos lisos o rodillos pata de cabra. Aaden un efecto ms de compactacin al equipo; al transmitir al suelo una sucesin de impactos que ocasionan ondas de presin y hacen que las partculas se reacomoden hasta alcanzar el menor volumen posible.

En estos equipos el bastidor tiene un diseo especial que impide que las vibraciones de los rodillos se transmitan al mismo y al motor, dandolos.

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f) Compactadores duo-pactor.

Es una combinacin usual de los efectos de dos tipos de compactacin. Combina la compactacin del rodillo metlico con la del rodillo neumtico. Con esto se logra una mayor adaptabilidad de la mquina a diferentes tipos de suelo. Se fabrican autopropulsados y con un mecanismo que permite levantar o bajar ya sea el tambor de acero o los neumticos indistintamente segn lo requiera la operacin que est realizando.

PRODUCCIN DE COMPACTACIN

La produccin de los compactadores se calcula o se expresa en metros cbicos por hora de material compacto, (m3 MC).

La siguiente frmula se utiliza para calcular los volmenes compactados de produccin.

52

En donde:

V = Velocidad de trabajo del compactador en metros/hora.

A = Ancho de compactacin por pasada en metros.

(los fabricantes de compactadores recomiendan tomar el valor de A igual a 0.8 el ancho de la rueda del compactador por efectos de traslape).

e = Espesor de la capa compacta.

E = Factor de eficiencia.

N = Nmero de pasadas del compactador.

NMERO DE PASADAS. Depende de la energa que el equipo puede proporcionar al suelo.

EJEMPLOS TPICOS. No. DE PASADAS EQUIPO PROFUNDIDAD DE LA CAPA (CM) PARA 90 % PARA 95 %

RODILLO METALICO. 10 A 20 7 A 9 10 A 12 NEUMATICO LIGERO. 15 A 20 5 A 6 8 A 9 NEUMATICO PESADO. HASTA 70 4 A 5 6 A 8 RODILLO DE IMPACTO. 20 A 30 5 A 6 6 A 8 RODILLO DE REJA. 20 A 25 6 A 7 7 A 9 PATA DE CABRA. VIBRATORIA. 20 A 30 3 A 5 6 A 7

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VELOCIDAD DE OPERACIN

De la velocidad de traslacin del compactador y del nmero de pasadas depender principalmente la produccin. La velocidad estar entre los siguientes valores:

1. Rodillos metlicos y patas de cabra.

Son lentos por naturaleza, entre ms rpido mejor, limitado solo por la seguridad, 2 a 3 km por hora es un buen mximo.

2. Rodillo de reja y de impacto:

Entre ms rpido mejor, limitado solo por la seguridad, normalmente de 10 a 20 km / hr.

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3. Rodillos neumticos:

Entre ms rpido mejor, excepto que haya rebotes, lo que puede ocasionar ondulacin de la capa, compactacin dispareja y desgaste acelerado del equipo. Normal de 4 a 8 km / hr.

4. Rodillos vibratorios:

La mxima eficiencia se obtiene entre 4 y 6 km / hr a velocidades mayores la eficiencia baja rpidamente y se puede llegar a no obtener la compactacin.

Con esta frmula los fabricantes han desarrollado algunas tablas de produccin como las que se muestran a continuacin, que suponen una eficiencia del 100%.

PRODUCCIN EN M3 / HORA DE COMPACTADORES AUTOPROPULSADOS. CATERPILLAR.

MODELO 170 HP

ESPESOR DE LA CAPA COMPACTA No. DE PASADAS

VELOCIDAD KM/HR 100 mm 150 mm 200 mm

3

13

10

6

837

628

419

1256

942

628

1675

1256

837

4

13

10

6

628

471

314

942

706

471

1256

942

628

5

13

10

6

502

377

251

754

565

377

1005

754

502

6

13

10

6

419

314

286

628

471

314

837

628

419

55

PRODUCCIN EN M3./HORA DE COMPACTADORES AUTOPROPULSADOS. CATERPILLAR.

MODELO 170 HP

ESPESOR DE LA CAPA COMPACTA No. DE PASADAS

VELOCIDAD KM/HR 100 mm 150 mm 200 mm 250 mm

3

13

10

6

984

738

492

1470

1106

738

1967

1476

984

2460

1844

1229

4

13

10

6

728

553

368

1106

830

553

1476

1106

738

1844

1383

922

5

13

10

6

590

443

295

885

664

443

1180

885

590

1476

1106

738

6

13

10

6

492

368

246

738

553

368

984

738

492

1229

922

615

EJEMPLO:

Determinar la produccin terica de un compactador vibratorio rodillo liso de 2.50 mts. de ancho trabajando a una velocidad de 10 km/hora con capas de un espesor de 15 cm dando 4 pasadas para lograr la compactacin. Determinar la produccin real con una eficiencia del 70 %. (ancho efectivo = 2.50 x 0.80 = 2.00 mts.).

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Si vemos en la tabla anterior: un compactador de 170 HP. a una velocidad de 10 km/hr y dando 4 pasadas, marca una produccin terica igual a 706 m3/hr.

Produccin real por eficiencia P= 706 m3/hr x 0.70 = 494 m3/hr.

Que es bastante aproximado al valor calculado.

6.7 RETROEXCAVADORAS

Originalmente las retroexcavadoras nacen como un equipo ms de excavadora convertible el cual consista en brazo de ataque con cucharn operando en el sentido contrario al de la pala mecnica.

Actualmente se fabrican de operacin hidrulica y su diseo no tiene gran semejanza al tipo de excavadora convertible, aunque poseen gran variedad de aditamentos que las hacen tiles en diversos trabajos.

57

Fundamentalmente las retroexcavadoras son equipos diseados para realizar trabajos abajo del nivel del terreno que se sustentan. Se les encuentra montados sobre neumticos o sobre orugas.

Las retroexcavadoras montadas sobre neumticos son ms veloces y generalmente tienen estabilizadores. Se fabrican en tamaos pequeos y de pequea capacidad de cucharn. Las retroexcavadoras montadas sobre orugas se utilizan para trabajos sobre superficies de material suelto en donde se requiere un buen apoyo.

Aunque tienen menor movilidad, su montaje tiene la ventaja de distribuir mejor el peso de la mquina ya que generalmente se construyen de capacidades mucho mayores que las de neumticos.

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Para realizar la excavacin se extiende la pluma, el brazo excavador y el cucharn. Entonces se tira el cucharn para que penetre en el material, hasta que se carga.

La pluma est formada de una o dos piezas. La primera es usual para trabajos donde se requiera mxima profundidad y alcance. La pluma de dos piezas es ms adaptable a diferentes alcances y profundidades.

Para cada modelo existen diferentes longitudes de brazos, la eleccin adecuada depende de factores tales como la fuerza de empuje necesaria, la capacidad de levantamiento, el tamao del cucharn y del tipo de material por excavar.

En cuanto al cucharn, tambin los hay de diversos tipos y capacidades por ejemplo, se tiene el cucharn estndar para todo uso, el trapezoidal para canales, limpiadores de zanjas, con eyector, etc.

59

Como se mencion anteriormente existe una gran variedad de aditamentos para la retroexcavadora. Entre esos tenemos: bivalvas o almejas para excavaciones verticales, diferentes tipos de pinzas, ganchos-gra, electroimanes, barrenas, cizallas, etc.

60

La retroexcavadora, con su equipo convencional es en especial apta para realizar excavaciones por debajo del nivel de terreno de su propia sustentacin, como en el caso de zanjas para tender tuberas, trincheras, cunetas de caminos, y en general excavaciones de cimentaciones, alimentacin de equipo de trituracin, carga de vehculos de acarreo, colocacin de tubos, desmontes y demoliciones, trabajos de cantera y excavaciones bajo el agua y dragados.

La seleccin de una mquina excavadora en cuanto a su capacidad, debe basarse en:

1. Tipo de materiales o Duros. o Suaves.

2. Profundidad del banco o A profundidades grandes. o Cortes poco profundos.

3. Movilidad o Sobre orugas. o Sobre neumticos.

4. Otras consideraciones

61

o Colocacin de la mquina. o Altura mxima de descarga.

PRODUCCIN DE LAS RETROEXCAVADORAS

El ciclo de excavacin de una retroexcavadora est compuesto de 4 fases:

1. Carga del bote o excavacin propiamente

2. Giro de la mquina cargada

3. Vaciado de bote

4. Giro de la mquina vaca

El tiempo total del ciclo, depende del tamao de la mquina (las pequeas pueden hacerlo en menor tiempo que las mayores) y de las condiciones generales del trabajo. En excelentes condiciones de trabajo, las retroexcavadoras pueden trabajar rpidamente y a medida que las condiciones empiezan a deteriorarse (material duro, mayor profundidad de excavacin, mayor giro, mayores obstculos, etc.) el rendimiento empieza a bajar.

El cuadro que se presenta adelante, muestra los tiempos del ciclo total que puede esperarse en relacin con las condiciones de trabajo. En virtud de que existen muchas variables que afectan el tiempo del ciclo, no es fcil determinarlo.

Sin embargo, el cuadro intenta definir los rangos de tiempo en el ciclo que aparecen ms frecuentemente en estas mquinas y al mismo tiempo maneja una idea de lo que podra diferenciar un trabajo en condiciones adversas y otro en condiciones excelentes y sus rangos intermedios. Siempre ser importante ajustar

62

en el campo, los tiempos observados y los obtenidos del cuadro para tener una buena idea de correlacin.

Tiempo de ciclo vs. Condiciones de trabajo

1. Excavacin fcil (tierra suelta, arena, grava, limpieza de zanjas). Excavacin no mayor que el 40 % de la profundidad posible por especificacin. Angulos de giro menores de 300. Descarga libre sin obstrucciones (Excelente).

2. Excavacin entre media y dura (Suelos bien empacados con contenido mayor del 50 % de roca suelta). Corte al 70 % de la profundidad de especificacin. Angulo de giro de 900 carga a camiones de volteo (Promedio).

3. Excavacin muy dura (piedra, arenisca, caliche, esquistos arcillosos, ciertas calizas). Profundidad de corte total igual a la especificada. Angulo de giro mayor de 1200. Descarga aun objetivo reducido utilizando todo el alcance de la pluma. Gente y obstrucciones en el rea de trabajo (Adverso).

4.

::::::::::::::::: EXCELENTE +++++++ PROMEDIO ======== ADVERSO

TIEMPO ESTIMADO DEL CICLO TOTAL TIEMPO DE CICLO

T I P O D E M A Q U I N A TIEMPO DE CICLO

10 Seg. 85 HP 135 HP 195 HP 325 HP 10 Seg.15 Seg ::::::::::::::: :::::::::::::::::: ................. 15 Seg.20 Seg. ++++++++ ::::::::::::::::: ::::::::::::::::: 20 Seg.25 Seg. ++++++++++

==========

++++++++++++++++++++ ++++++++++

25 Seg.

30 Seg. ========== ========== ++++++++++ ++++++++++ 30 Seg.35 Seg. ==================== ++++++++++ 35 Seg.40 Seg. ========== ==================== 40 Seg.45 Seg. ========== ========== 45 Seg.50 Seg. ========== 50 Seg.55 Seg. 55 Seg.60 Seg. 60 Seg.

63

64

MODELO DE MQUINA

85 HP 135 HP 195 HP 325 HP

Tamao de bote

1.00 yd3 1.38 yd3 2.12 yd3 3.25 yd3

(0.76 m3 ) (1.13 m3) (1.63 m3) (2.5 m3) Tipo de material

Arcilla dura Arcilla dura Arcilla dura Arcilla dura

Profundidad de excavacin

2 m 3 m 4 m 5 m

Angulo de giro 600 - 900 600 - 900 600 - 900 600 - 900 A) Carga de bote

5.5 seg. 6.0 seg. 6.5 seg. 7.0 seg.

B) Giro cargada

4.5 seg. 5.0 seg. 7.0 seg. 7.0 seg.

C) Descarga 1.5 seg. 2.0 seg. 2.5 seg. 3.0 seg. D) Giro de descarga

3.5 seg. 4.0 seg. 5.0 seg. 6.0 seg.

Tiempo total 15.0 seg. 17.0 seg. 21.0 seg. 23.0 seg. La siguiente tabla muestra lo que la experiencia de los fabricantes de retroexcavadoras ha logrado como promedios en el ciclo total de sus mquinas en condiciones de trabajo normales y con un buen operador.

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SEG. MIN. .200 .500 .900 1.100 1.500 1.900 2.300 2.500 2.900 3.10010.0 .17 11.0 .18 12.0 .20 60 150 270 13.0 .22 54 135 248 297 405 15.0 .25 48 120 216 264 360 456 552 17.1 .29 42 105 183 231 316 289 483 525 609 661 20.0 .33 36 90 162 198 270 342 414 450 522 558 24.O .40 30 75 135 165 225 285 345 375 435 465 30.0 .50 24 80 108 132 180 228 276 300 348 372 35.0 .58 20 61 92 112 153 194 235 255 296 316 40.0 .67 81 99 135 171 207 225 261 279 45.0 .75 148 179 195 226 242 50.0 .83

Capacidad de las mquinas

Las retroexcavadoras vienen equipadas con botes, cuya capacidad nominal est definida en sus especificaciones. Sin embargo, la capacidad real se ve afectada como en los cargadores frontales por el concepto "factor de llenado del cucharn". Este depende del tipo de material que se excave y es como sigue:

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Material Factor de llenado del

cucharn (% de la capacidad colmada)

Arcilla hmeda o material arcillo-arenoso. 100

Arena y grava. 95 Arcilla dura y empacada. 80 Roca bien tronada. 60 Roca medianamente tronada. 40

La produccin real horaria de una retroexcavadora se calcular entonces: P = (Produccin terica) x (Factor de llenado) x (Factor de eficiencia). Existen tablas que proporcionan los datos de produccin como la que se muestra anteriormente, en la que a partir de un tiempo de ciclo y la capacidad del cucharn que debe tomarse afectada por el "Factor de llenado", se obtiene el nmero de ciclos por minuto y por hora as como la produccin en m3 por hora. Solamente habra que aplicarle a criterio del responsable del clculo el "Factor de eficiencia". EJEMPLO: Calcular la produccin de una retroexcavadora de 325 HP con bote de 3.25 yd3 (2.5 m3), extrayendo roca bien tronada a 3 metros de profundidad con un ngulo de giro de 900 y con una eficiencia de 75 % (45 minutos reales por hora). Tiempo del ciclo de la grfica correspondiente (condicin tipo 2) = 30 seg. De la tabla de produccin: para 30 seg. y 2.5 m3, se obtiene 300 m3/hora Produccin real = 300 m3/hora x 0.60 (factor de llenado) x 0.75 = 135 m3/hora Si esta roca sufre un abundamiento del 40 % esto quiere decir que la produccin en banco o en sitio ser igual a:

6.8 EQUIPO DE ACARREO

Dentro de la industria de la construccin el acarreo de los materiales constituye un rengln sumamente importante ya que su incidencia sobre el costo final y buen trmino de las obras depende de gran medida de estas tareas. El problema se acenta aun ms en obras de construccin pesada donde el movimiento de tierras cobra un papel fundamental.

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El conocimiento de los equipos que existen para llevar a cabo las tareas de acarreo nos proporcionar elementos necesarios para seleccionar con buen juicio el equipo ms adecuado para realizar las tareas que nos sean encomendadas.

A continuacin se tratarn los equipos ms usuales para el transporte de materiales; haciendo la aclaracin de que existen otros medios de transportacin como los de cables areos que se describirn en otro captulo o los de tubo y acuticos que por ser ms especializados no se tratarn.

Motoescrepas, camiones fuera de carretera, volquetes, vagonetas y dumptors

Dentro de las grandes construcciones, la utilizacin del equipo pesado de acarreo, es comn y necesaria, por los grandes volmenes de material a moverse. Actualmente existe una gran diversidad de estos equipos, llegando a la especializacin para trabajos muy especficos.

Sin embargo considerando que el equipo pesado de acarreo es toda aquella mquina destinada a transportar grandes volmenes de material de un lugar a otro, se puede considerar que todos ellos constan de tres elementos principales:

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Unidad Motora. Proporciona la fuerza tractiva necesaria para mover al vehculo. Su objetivo principal es empujarlo o jalar cargas. Puede ser sobre neumticos, de dos o cuatro ruedas o bien sobre orugas.

Elementos de unin. Une a la unidad motora con la caja. Si el elemento de unin es articulado la caja y la unidad motora tendrn cada uno su propio chasis o bastidor. Si el elemento de unin es rgido la caja y la unidad motora estarn unidas por un bastidor comn.

Caja. Es la parte de la mquina que transporta la carga y puede estar equipada con dispositivos de carga y/o de descarga. Su diseo debe de ser lo suficientemente resistente para soportar los fuertes impactos y los materiales abrasivos que transportar.

Entre los principales equipos pesados de acarreo, se hallan los motoescrepa, los camiones fuera de carretera, las vagonetas, los volquetes y los Dumptors.

Motoescrepas

Son mquinas de carga, acarreo y descarga de materiales y constan fundamentalmente de dos partes: una caja metlica reforzada soportada con un eje con cuatro ruedas neumticas, una compuerta curva que puede bajar o subir mediante un mecanismo hidrulico, una cuchilla de acero en la parte inferior de la caja que sirve para cortar el material y una placa metlica mvil en la parte interior, la cul al desplazarse hacia adelante, permite desalojar todo el material contenido en ella.

Todo este conjunto es jalado mediante un tractor de ruedas neumticas en donde se encuentran los controles de operacin.

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Existen cuatro tipos de motoescrepas: Las tradicionales que corresponden a la descripcin anterior; las de doble traccin que tienen otro motor instalado en la parte posterior de la caja; las de empuje y tiro que trabajan en tandem y las autocargables que tiene una banda elevadora del material.

Motoescrepa estndar

Anteriores a los motoescrepas existan las escrepas de arrastre las cuales eran jaladas por un tractor de orugas. Estos equipos perdieron popularidad debido a su bajo rendimiento. La introduccin de un tractor de neumticos unido a la escrepa dio origen a la motoescrepa.

La potencia del tractor de estas mquinas proporciona la fuerza tractiva necesaria para el acarreo del material.

Sin embargo en la etapa de carga es necesaria la ayuda de un tractor de orugas que empuje la caja permitiendo completar esta labor.

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Motoescrepas de doble motor

Tambin conocidas como motoescrepas de doble traccin tienen un segundo motor que impulsa el eje trasero de la mquina con lo que se obtiene traccin en las cuatro ruedas.

Lo que permite ahorrarse el tractor empujador de orugas utilizado para su carga, adems de poder trabajar con pendientes ms fuertes. No obstante en terrenos duros es necesario el tractor empujador y se aconseja utilizarlo para disminuir el tiempo de carga.

Motoescrepa de tiro y empuje

Tambin llamado de Push - Pull tiene ventajas tales como la eliminacin del empujador con la consecuente eliminacin del costo del tiempo perdido de ste; es un equipo balanceado con menor inversin, ya que, se evitan amontonamientos de mquinas en espera del empujador; y el dispositivo de enganche para unir las dos motoescrepas; es una inversin econmica.

En realidad viene a ser un equipo con cuatro motores, ya que primero carga la escrepa delantera y cuando est llena, la trasera.

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Motoescrepas autocargables

Tiene un mecanismo elevador que funciona basndose en las paletas que van cargando el material dentro de la caja. No requieren el tractor para su carga, sin embargo su uso se limita a trabajos con materiales suaves, acarreos cortos y con pendientes suaves.

Camiones fuera de carretera

Son vehculos similares a los camiones de volteo, pero que se disean para transportar grandes volmenes de material, especialmente roca, por lo que su caja es muy reforzada, emplean llantas dobles en el eje de propulsin.

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No se sujetan a ninguna restriccin legal respecto al peso o tamao, ya que transitan solo en la obra (de ah su nombre de "Fuera de Carretera"), pueden alcanzar velocidades mximas hasta de 60 km / hr.

Estas mquinas constan de una caja metlica o volteo, que es de accionamiento hidrulico y descarga trasera. En ocasiones esta caja es reforzada para trabajos ms severos como transporte de roca. Pertenecen al grupo de equipos con chasis rgido.

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Vagonetas

Son unidades que se usan tambin para efectuar grandes movimientos de tierra, soportadas sobre uno o dos ejes de llantas y articuladas a un tractor para su desplazamiento.

Dichas mquinas cuentan con una caja amplia montada sobre un bastidor y de un vehculo propulsor. La caja es generalmente de funcionamiento hidrulico, de forma alargada y de un ancho mayor en la parte superior que en la base y puede ser descargada por el fondo, mediante un sistema de compuertas o bien de descarga lateral.

Volquetes articulados

Se clasifican a menudo en la categora de los camiones, pero en realidad se encuentran entre el grupo del tractor remolque y del camin, aunque son de menor capacidad de todas maneras es considerado como equipo del tipo pesado.

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En la actualidad se construyen modelos an ms pequeos que los normales que funcionan a base de gasolina, as como carretillas motorizadas.

Los Dumptors son volquetes, compuestos por un motor, una caja y un bastidor, formado por una sola unidad para efectuar acarreos cortos. Presentan adems un chasis semejante al de los tractores de llantas y tienen la particularidad de ser operados en ambos sentidos mediante dos tableros de control que se encuentran en el interior de la cabina, lo cul se logra con un giro de 1800 del operador.

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Los Dumptors son volquetes, compuestos por un motor, una caja y un bastidor, formado por una sola unidad para efectuar acarreos cortos. Presentan adems un chasis semejante al de los tractores de llantas y tienen la particularidad de ser operados en ambos sentidos mediante dos tableros de control que se encuentran en el interior de la cabina, lo cul se logra con un giro de 1800 del operador.

RENDIMIENTO DEL EQUIPO PESADO DE ACARREO

En estos equipos juega un papel decisivo su capacidad de traccin contra su peso (cargado y/o vaco) y las resistencias que encuentran a su rodamiento, lo cul influye en la velocidad de desplazamiento y por lo tanto en el tiempo de cada ciclo de operacin.

Para conocer y poder calcular sus rendimientos, conviene familiarizarse con algunos conceptos y aprender el manejo de grficas que proporcionan los fabricantes.

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FUERZA DE TRACCIN DE LAS LLANTAS (RIMPULL). Este concepto se refiere a la fuerza de traccin que por especificacin de construccin tiene disponible una mquina en las llantas a diversas velocidades, la que le permite al rodar, jalar con carga pesada.

PESO DE LA MQUINA. Se refiere al peso total y debe conocerse si viaja vaca (por especificacin del fabricante) o si viaja cargada y el volumen que acarrea de acuerdo a su abundamiento y peso especfico.

RESISTENCIA TOTAL. Para que una mquina se mueva, se oponen bsicamente dos clases de resistencia, la que se conoce como resistencia al rodamiento y la resistencia para vencer alguna inclinacin del camino, y se maneja en por ciento de pendiente. La primera se da en Kg. por tonelada de peso de la mquina, pero puede transformarse en un equivalente a un por ciento de pendiente con lo cul se tienen ambas resistencias en la misma unidad. La transformacin se efecta considerando cada 10 Kg. / ton., de resistencia de rodamiento igual a 1% de pendiente. Es decir existe una pendiente real topogrfica y una pendiente virtual por resistencia al rodamiento, que la mquina debe vencer.

Para conocer las resistencias al rodamiento, se utiliza la siguiente tabla, en que se marcan los diferentes tipos de camino y su resistencia en Kg. / ton. o por ciento de pendiente que proporcionan los fabricantes de acuerdo a la experiencia acumulada por sus mquinas y pruebas en laboratorio a escala natural.

TIPO DE CAMINO RESISTENCIA AL RODAMIENTO kg. / ton %

1. Superficie dura, lisa estabilizada con humedad y mantenimiento y sin penetracin inferior de las llantas.

20 2

2. Superficie firme, lisa sin 30 3

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estabilizar, con polvos, que se flexiona ligeramente bajo la carga o est ondulada con mantenimiento regular y algo humedecida. 3. Superficie lodosa, con carriles de las rodadas, sin mantenimiento ni estabilizacin. Penetracin de las llantas entre 4" y 6".

75 7.5

4. Arena suelta o grava. 100 10 5. Camin en psimas condiciones de mantenimiento (blando, fangoso con rodadas).

100 - 200 10 - 20

Perdidas por altitud

La potencia de las mquinas se ve disminuida por la altitud y aunque cada modelo tiene sus propias caractersticas que se deben consultar, puede suponerse una prdida del 1% por cada 100 metros, VELOCIDAD de los 1,500 metros de altura sobre el nivel del mar. Esta prdida de potencia es directamente proporcional tambin a una prdida de traccin de las llantas (rimpull).

Curva de velocidad, resistencia, fuerza de traccin (vtr)

Esta curva, como la que se muestra a continuacin, es una especificacin del fabricante y debe consultarse precisamente la de la mquina y modelo que se va a estudiar. Sea motoescrepa, camin pesado, vagoneta o volquete; cada una es diferente.

En la parte inferior se marca la velocidad de trnsito en Km. / hora y que corresponde a las diferentes velocidades de su transmisin y que en la figura van desde la primera hasta la octava.

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Del lado derecho la resistencia total, toda ella transformada a una pendiente que en este caso va desde el 2% hasta el 30%.

En la parte izquierda la fuerza de traccin que puede desarrollar la mquina en sus distintas velocidades marcada en Kg. X 1000 y KN, (rimpull).

Y por ltimo en la parte superior el peso de la mquina, que se debe tomar segn sea el caso vaca cargada.

El manejo de la curva es el siguiente:

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Supongamos que la mquina tiene que vencer una resistencia total equivalente a un 10% de pendiente y que conocemos el peso vaca, y que llega tener un peso adicional de 21,770 Kg. Hllese la traccin y la velocidad mxima utilizable.

Primero obtenemos el peso total, para entrar en la grfica:

Peso de operacin (vaca) + Carga til = Peso total 29,120 Kg. + 21,770Kg. = 50,890 Kg.

Entramos a la grfica, con este peso descendemos verticalmente hasta encontrar la lnea diagonal que corresponda al 10% de resistencia total. Desde este cruce trazamos una lnea horizontal, hacia la izquierda en donde se obtendr la fuerza de traccin que es de 5,200 Kg., as como tambin vemos que esto se logra en 4a. velocidad. De este punto descendemos verticalmente para hallar la velocidad mxima utilizable, que es de 13 Km. / hora.

Por la tanto la mquina subir la pendiente (resistencia total) 10% a una velocidad mxima de 13 Km. / hora en 4 Velocidad. La traccin disponible es de 5,200 Kg. Como mximo y como se ver ms adelante, esta velocidades son ptimas y sobre todo en tramos cortos y deben afectarse de velocidad coeficiente, ya que el cambio de velocidad no puede ser instantneo.

Para los tramos donde el equipo est transitando vaco, se lleva a cabo la misma secuencia, pero tomando como referencia la lnea del peso vaco.

Como se puede observar, tanto la traccin, resistencia total, as como la velocidad, estarn en funcin del peso de la carga.

Curva de optimizacion de frenaje (of)

Esta es llamada de varios modos; en los catlogos en Ingls se denomina Retarder Curve " y en los editados en Espaol le llaman " Rendimiento de los

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frenos ", pero su uso se refiere fundamentalmente a la velocidad ptima a la que segn el fabricante puede descender libremente la mquina, sin tener necesidad de abusar de los frenos, provocar su calentamiento y desperfectos, as como posibles accidentes. Estas mquinas tienen instalado un mecanismo retardador que las lleva precisamente a la velocidad ptima en una pendiente descendente.

Esta curva se maneja para los tramos de camino con pendiente negativa, pero se debe considerar siempre la resistencia al rodamiento positiva, ya que siempre se opone a l, aunque sea de bajada.

EJEMPLO

Utilizando la grfica que se presenta.

Supongamos una motoescrepa cargada con un material que pesa 21,770 Kg. que desciende por una pendiente del 20% en un camin de clasificacin "A".

Necesitamos conocer la velocidad para optimizacin del frenaje con el equipo vaco y cargado.

Resistencia total pendiente efectiva = Pendiente real Resistencia al rodamiento.

RT = -20% + 5% = -15%

Ahora calculemos el peso total, para entrar en la grfica;

Peso de operacin (vaca) + Carga til = Peso total

29,129 Kg. + 21,770 Kg. = 50,890 Kg.

Entrando en la grfica con este peso, descendemos verticalmente, hasta tocar lnea diagonal correspondiente al 15% de pendiente favorable. Desde este cruce

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pasamos horizontalmente hacia la izquierda hasta tocar la curva de optimizacin de frenaje y tenemos 5a. velocidad que es de 19 Km. / hora.

TRACCIN. Un elemento importante a revisar, en algunas ocasiones en estas mquinas es la traccin efectiva que es la fuerza que realmente puede aplicar la llanta para el rodamiento y que se ve afectada tanto por el peso del equipo que soporta cada una de las llantas como por el coeficiente de friccin con el piso.

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De esta manera la Fuerza de Traccin utilizable ser igual a la Fuerza de Traccin aplicada a cada rueda multiplicada por el coeficiente de Friccin.

Este coeficiente es variable segn se ve en el siguiente cuadro.

MATERIAL COEFICIENTE DE FRICCIN PARA

LLANTAS Concreto

Arcilla Seca

Arcilla hmeda

Arcilla seca con rodadas

Arena seca

Arena hmeda

Rezaga

Tierra firme

Tierra suelta

0.90

0.55

0.45

0.40

0.20

0.40

0.65

0.55

0.45

La fuerza de Traccin utilizable slo puede aplicarse a las llantas motrices que cargan aproximadamente el 54% del peso total cuando va cargada, y el 60% cuando va vaca en las motoescrepas y el 50% siempre en los camiones de fuera de carretera.

83

EJEMPLO:

Calcular la Fuerza de Traccin utilizable por una motoescrepa que lleva un peso total de 45,000 Kg. para el caso de transitar en tierra firme y en tierra suelta.

Peso sobre las ruedas motrices = 45,400 X 0.54 = 24,516 Kg.

Coeficiente de Traccin

Tierra firme = 0.55

Tierra suelta = 0.45

Fuerza de traccin utilizable en tierra firme = 24, 516 X 0.55 = 13,483 Kg.

Fuerza de traccin utilizable en tierra suelta = 24,516 X 0.45 = 11,032 Kg.

Si la traccin requerida por la mquina fuera mayor que cualquiera de estas cantidades, estara imposibilitada para moverse, pues las llantas patinaran.

CLCULO DEL RENDIMIENTO

Para poder determinar el rendimiento, se debe considerar los tiempos fijos, ya que :

Tiempo de Ciclo = Tiempos Fijos + Tiempo Ida + Tiempo Regreso.

Los Tiempos Fijos pueden variar de acuerdo a las condiciones de trabajo.

Tiempo Fijo = Carga + Maniobras y Esparcimientos.

Ejemplo de Tiempos Fijos para Motoescrepas CAT (las condiciones de trabajo pueden hacer variar los tiempos).

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Modelo

Tipo de Carga Tiempo de Carga (Min.)

Maniobra y esparcimiento o maniobras y descarga (min)

613B 621B 623B

627B 627B/E. y T. 631D 633D 637D 637D/E. y T. 639D 641B 651B 657B 657B/E. y T.

Autocargadora Un D8K Autocargadora Un D8K Autocargadora Un D9H Autocargadora Un D9H Autocargadora Autocargadora Un D9H Un D9H Un D9H Autocargadora

0.9 0.7 0.9 0.6 0.8* 0.7 0.9 0.6 0.9* 0.0 0.7 0.7 0.5 1.0*

0.7 0.7 0.7 0.6 0.7 0.7 0.7 0.6 0.7 0.7 0.7 0.7 0.6 0.7

* Tiempos de Carga del par de mquinas, incluso el tiempo de transferencia.

EJEMPLO

Se requiere realizar el movimiento con motoescrepas de 16 yd3 de 200,000 m3 mensuales (medidos en banco) de un material arcilloso - arenoso con abundamiento del 20% y con un peso especfico de 1,780 Kg/m3 (3,000 Lbs/yd3). Se trabajan dos turnos de 12 horas 25 das al mes.

85

La capacidad de las escrepas es de 16 yd3 (12.22 m3) y su peso vaca es de 29,120 Kg. La superficie de rodamiento es del tipo dos (firme, lisa sin estabilizar con flexionamiento regular). El trabajo se encuentra a 3,000 m.s.n.m. Calcular el nmero de Motoescrepas necesarias si la eficiencia del trabajo es del 75% (45 minutos efectivos por hora) y el perfil del camino es el siguiente.

ANLISIS DE LA RESISTENCIA TOTAL

Rodamiento (Tipo2) (30 Kg/ton) = 3%

Pendiente (10 Kg/ton) = 1%

RESISTENCIA TOTAL EN KG/TON

VIAJE DE IDA VIAJE REGRESO

TRAMO R P TOTAL TRAMO R P TOTAL

A B C D

30 30 30 30

30 50 -100 10

60 80 -70 40

D C B A

30 30 30 30

-10 100 -50 -30

20 130 -20 0

RESISTENCIA TOTAL EN EQUIVALENTE A % DE PENDIENTE

TRAMO IDA TRAMO REGRESO

86

A B C D

6% 8% -7% 4%

D C B A

2% 13% -2% 4%

RESISTENCIA TOTAL EN KGS. INCLUYENDO LA PERDIDA DE POTENCIA POR ALTITUD (15%)

TRAMO IDA TRAMO REGRESO

A

B

C

D

60 X 50.9 X 1.15 = 3,512 Kg.

80 X 50.9 X 1.15 = 4,682 Kg.

-70 X 50.9 X 1.15 =- 4,097 Kg.

40 X 50.9 X 1.15 = 2,341 Kg.

D

C

B

A

20 X 29.1 X 1.15 = 669 Kg.

130 X 29.1 X 1.15 = 4,350 Kg.

- 20 X 29.1 X 1.15 = 669 Kg.

0 X 29.1 X 1.15 = 0 kg.

PESOS DE LA MQUINA

VACIA 29,120 Kg. @ 29.1 TON.

CARGADA 29,120 + 1,780 x 12.22 50,872 Kg. @ 50.9 TON.

87

Fuerza de traccin utilizable

Coeficiente de friccin = 0.45

Prdida de potencia por altitud (1% 100 mts. despus de 1,500)

(se aprovecha el 85% - 0.85)

Mquina cargada (54% del peso) 50,872 X 0.54 X 0.45 X 0.85 = 10,508 Kg.

Mquina vaca (60% del peso) 29,120 X 0.60 X 0.45 X 0.85 = 6,683 Kg.

Comparando la fuerza de traccin utilizable contra la mxima resistencia observamos que el viaje de ida cargada puede disponer de 10,508 Kg. y la resistencia mxima es de 4,682 Kg. y de regreso disponemos de 6,683 Kg. y la mxima resistencia es de 4,350 Kg. Esto quiere decir que la mquina puede transitar sin patinar. Esta revisin no necesita hacerse cuando la mquina transita sobre caminos de operacin en buenas condiciones de mantenimiento.

Clculo de las velocidades de translado. De la curva VRT tomamos las resistencias en porciento (solamente las positivas).

En los tramos cuya pendiente es favorable, usamos la curva OF(*) .

Tomando el 80% de la velocidad por ser tramos cortos.

TRAMO RESIS- TENCIA

IDA VELOCIDAD

( + ) V M (0.8)

TRAMO RESIS-TENCIA

REGRESO VELOCIDAD

( + ) V M (0.8)

A

B

C

D

6

8

7

4

6a = 25 K/h

5 a = 18 K/h

6a = 27 K/h

7 a = 35 K/h

20 K/h

14 K/h

22 K/h

D

C

B

A

2

13

2

0

8a = 50 K/h

4a = 10.5 K/h

8a = 49 K/h

8a = 48 K/h

40 K/h

8.4 K/h

38.4 K/h

88

28 K/h

38.4 K/h

(*) (*)

CLCULO DEL CICLO

TRAMO IDA TRAMO REGRESO

A

B

C

D

0.200 X 60/20 = 0.6 min. 0.300 X 60/14 = 1.29 min. 0.400 X 60/28 = 1.09 min. 0.400 X 60/28 = 0.85 min. TIEMPO 3.83 min.

D

C

B

A

0.400 X 60/40 = 0.60 min. 0.400 X 60/8.4 = 2.85 min. 0.300 X 60/38.4 = 0.47 min 0.200 X 60/38.4 = 0.31 min. TIEMPOS 4.23 min.

CICLO TOTAL = Tiempos fijos + Tiempos de ida + Tiempos de regreso

89

= 1.4 min. + 3.83 min. + 4.23 min. = 9.46 min.

Nmero de viajes por turno de 12 horas.

Produccin mensual medida de la motoescrepa

P = 57 viajes/turno X 2 turnos X 25 das X 12.22 m3 capacidad = 34,827 m3 sueltos

Como el problema se refiere a material en banco y este se abunda en 20%, el volumen que nos interesa ser:

P = 34,877 / 1.20 = 29,064 m3 medidos en banco

Finalmente el nmero de motoescrepas requeridas para este trabajo ser :

motoescrepas

Camiones y Vagonetas se tratan igual, y cada mquina tiene sus propias curvas.

BANDAS TRANSPORTADORAS

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Bandas Transportadoras El transportador de banda es una mquina formada por una banda sinfn plana que sirve para transportar, elevar o distribuir materiales que se colocan en su cara superior. Opera entre una polea principal (motriz) y otra terminal (de retorno). Su carrera superior se apoya en grupos de tres rodillos, dispuestos de manera tal que le dan a la banda la forma de canal con lo cual la carga se centra y los derrames se reducen. La carrera inferior se apoya en rodillos planos, llamados de retorno, que a su vez descansan en una armazn o bastidor. Los sistemas transportadores de banda varan desde unidades pequeas, que se cargan con palas de mano, hasta unidades gigantescas que transportan millares de toneladas de material a lo largo de varios kilmetros. Si se les compara con los camiones o motoescrepas se ver que tiene menor movilidad y flexibilidad, s