DOCUMENTO MOVIMIENTO DE TIERRAS

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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
PROCEDIMIENTOS GENERALES
DE CONSTRUCCIÓN
Juan Tiktin
MOVIMIENTO DE TIERRAS
MOVIMIENTO
DE TIERRAS
* UTILIZACION DE LA MAQUINARIA
* PRODUCCIONES Y CASOS PRACTICOS
* COMPACTACION DE MATERIALES
* UTILIZACION DE COMPACTADORES
3ª Edición
Septiembre 1997
Prof. JUAN TIKTIN
Dr. Ingeniero de Caminos,
Canales y Puertos
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Foto Portada patrocinada por : EPSA INTERNACIONAL, S.A.
Obras de Movimiento de Tierras de la línea de al1a velocidad (AVE) Madrid-Barcelonaa
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Es propiedad. Reservados todos los derechos
©
E.T.S . Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
Servicio de Puhlicaciones
Ciudad Universitaria s/n. Madrid
I.S .B.N.: 84-7493-204- 1
PRÓLOGODELAUTOR
Este libro pretende ser de utilidad a los estudiantes de ingeniería civil y a los ingenieros
de obra.
Los primeros deben ver en este texto una serie de criterios de formación con objeto de que
den la importancia debida a las máquinas, en cuanto son elementos fundamentales en los
distintos procesos constructivos y económicos de una obra, centrándose fundamentalmente en
obtener una idea clara de las fases de trabajo de aquellas, método para calcular sus
producciones y obtener su máxima utilidad.
Al estudiar una obra hay que analizar las máquinas que se necesitan de acuerdo con el
proceso constructivo que se va a realizar. Si bien es cierto que este no se debe desarrollar sin
conocer las limitaciones de los medios disponibles en el mercado, porque el constructor se
arriesga a batir records mundiales antieconómicos .
Los ejercicios que figuran son el resultado de años de enseñanza en la Escuela de
Caminos de Madrid, y han sido puestos en exámenes, resueltos en base a los conocimientos
teóricos que se exponen en los capítulos. Los alumnos deben resolverlos sin leer la solución,
sabiendo que su lectura no sirve para retener la teoría del capítulo.
A los Ingenieros de Obra, se trata de inculcarles un espiritu científico para demostrar
teóricamente lo que ya saben por su experiencia y de esta forma puedan extraer de las
máquinas nuevas aplicaciones y desarrollos de procesos constructivos.
En realidad cuando un Ingeniero conoce bien una máquina, enseguida se da cuenta de
sus limitaciones, esto es lo verdaderamente importante y responde a la definición de
Ingeniero : el que es capaz de desarrollar y progresar una técnica.
A él van dedicados los casos prácticos y en la lectura de los ejercicios podrá encontrar
casos parecidos que le hayan ocurrido y quizá le den nuevas ideas.
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INDICE
CAPITULO 1.- CAMBIOS DE VOLUMEN EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS
1.1
EL MOVIMIENTO DE TIERRAS ..... ..... .. .. . .... ..... ..... .. .. ... .... .... ..... .. .. ... . .. ..... ....... ... .. .
1.1
1.2
OBJETO DEL CAPITULO
1.2
1.3
CAMBIOS DE VOLUMEN
1.2
1.4
ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO .. . .. ... ......... ... ... ... . .. ... ... . .. ..... ... .
1.4
1.5
CONSOLIDACION Y COMPACTACION . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . .. . . . . . .
1.6
1.6
VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR ... .. .... .. . .. ...... ... .... .. .. ... ... .. .. .. ..... . .. .
1.7
1.7
CONSIDERACIONES PRACTICAS EN EL EXTENDIDO DE CAPAS
1.9
CAPITULO 2.- ECUACION DEL MOVIMIENTO
2.1
OBJETO DEL CAPITULO ...... .. .. ... .. ... .. .. ..................... ... . ..... ...... .. .. ... . .. ... ...... .. .. .... .
2.1
2.2
ESFUERZO TRACTOR .. . .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. .. ... ... . .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. . .. .. .. .. . .. .. .
2.1
2.2.1
TRACCION DISPONIBLE
2.1
2.2.2
TRACCION UTILIZABLE
2.2
2.3
BALANCE ENTRE TRACCION DISPONIBLE Y UTILIZABLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3
2.4
RESISTENCIA A LA TRACCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4
2.4.1
RESISTENCIA A LA RODADURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4
2.4.2
RESISTENCIA A LA PENDIENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5
2.4.3
RESISTENCIA A LA ACELERACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.7
2.4.4
RESISTENCIA AL AIRE
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .
2.8
2.5
ECUACION DEL MOVIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8
2.6
CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS ........ ....... .. ... ....... ... .... .. ... . ... ... ... ....... .... ...... .. ....
2.10
CAPITULO 3.3.1
DETERMINACION DE LA PRODUCCION Y COSTE
DEFINICION DE LA PRODUCCION ....... .... ... .... .. .. . .. ...... .. ..... ... .. .. .. ..... ..... ... .. ... . ..... . .
3.1
3.1.1
CONCEPTO . . . . . . . .. .. . .. . . .. .. .. . . .. .. .. . .. .. . . .. . . .. .. .. .. .. . .. .. . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . . . . . . . . . . .
3.1
3.1.2
FACTORES . . .. . . .. .. ... . .. . . . .. . . .. . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . .. . . . . . .. .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1
3.2
EFICIENCIA HORARIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2
3.3
CICLO DE TRABAJO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5
3.3.1
CONCEPTO . . . .. . . .. . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . .. . .. . . . . .. . . . . . . .. .. . . . . . .. . . .. .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5
3.3.2
FORMULA DE LA PRODUCCION .. .. .. . .. .. .. . .. .. .. .. .. . .. .. . .. . .. . .. .. .. . . .. .. .. ... .. .. .. . .. .. .
3.6
3.4
CALCULO DEL COSTE DE LA UNIDAD DE OBRA .. .. .. .. . .. .. .. . .. . .. . . .. .. .. . .. .. .. .. .. . . .. . .. . .. . ..
3.7
3.5
CONTROL DE COSTES
3.8
3.6
CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS
/
.. . .. .. . .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. . .. .. .. . .. . . .. . . .. . .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. ..
3.9
(
(
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C.P. 3.1 PRODUCCIONES EN AUTOVIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.9
C.P. 3.2 CONSERVACION DE LA MAQUINARIA ... .......... .. ..... ... ... .. .............. .... .. .......
3.10
C.P. 3.3 LA CONJUNCION DE ACTIVIDADES SIMULTANEAS DIFERENTES . . . . . . . . . . . . . . . .
3.11
(
(
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(
CAPITULO 4.-
(
CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINAS DE
MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXCAVACION
(
(
4.1
SIGNIFICADO DEL MOVIMIENTO DE TIERRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1
4.2
CONSTITUCION DE SUELOS. TIPOS DE EXCAVACION ..... ......... ......... .. .... .. ..... ... . ... .
4.2
4.3
TIPOS DE EXCAVACIONES ... ..... .. ...... . ........ ... .. . .... . ... .. . ....... ...... .... ... ........ .. ........ .. .
4.3
(
(
(
4.3.1
EXCAVACION A CIELO ABIERTO .. .... .... ..... . .......... ..... ... .. . .. ..... ... .......... .. ..... .
4.3
4.3.2
EXCAVACIONES SUBTERRANEAS . ......... ...... .... .. ... .. ... .... .. . .. ... . ................... .
4.4
(
4.3.3
EXCAVACIONES SUBACUATICAS ................... ...... .. ...... . .. ... . ...... .. .... ........... .
4.4
(
CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINARIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5
4.4.1
MAQUINAS QUE EXCAVAN Y TRASLADAN LA CARGA ... .... ........................... .
4.5
4.4.2
MAQUINAS QUE EXCAVAN SITUADAS FIJAS SIN DESPLAZARSE
... .. ......... ... ..
4.5
4.4.3
MAQUINAS ESPECIALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6
4.5
CLASIFICACION DE ATKINSON DE UTILIZACION DE MAQUINARIA . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6
4.6
CLASIFICACION ATENDIENDO A LA EXCAVABILIDAD .. ......... .. .. ... ... . .... ... ... ..... ... .. ..
4.7
4.6.1
INDICES DE EXCAVABILIDAD, IE, DE SCOBLE, Y MUFTUOGLU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.7
4.6.2
CLASIFICACION DE FRANKLIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8
4.7
VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAS DISTINTAS MAQUINAS . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.10
4.8
ELECCION DE LA MAQUINARIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.12
4.9
MECANIZACION DE UNA OBRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.13
4.10 NEUMATICOS EN LAS MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS ... .. ... . ............. .. .. .
4.13
4.10.1 CAPACIDAD Y RENDIMIENTO .... .... .. ............. .. ....... ...... .. . ... ........ ... ... .... ... ...
4.14
4.10.2 DURACION Y FACTORES . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . ... ... .. .. .... .. . ... . . .. . .. . .. .. . . . .. . ... .. .... . ... . ...
4.14
4.10.3 DIBUJO ... ... .......... . ... .. ...... .. .. .... ....... .. ...... .... ......... .... . .. ... ... ... ........... ... ... . .
4.16
4.10.4 DENOMINACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.16
4.10.5 CONCEPTO T.V.H. ... ... .. ..... ... ... ..... ........ .. .... ....... . .. ... ..... ... .... .... .......... . ... .. ..
4.17
. . . . . . . .. . .. . . . . .. .. . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . ... . . .. . .. . . .. .. . . .. . . .. . . . . . .
4.17
4.4
4.11 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS
(
(
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l
CAPITULO 5.- EXCAVACION Y EMPUJE. EL BULLDOZER
5.1
5.2
TRACTORES, MODELOS Y CAMPO DE APLICACION . . . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .
5.1
5.1.1
EN CUANTO AL TIPO DE TERRENO .... ..... .... .. .............. ...... .. .... .. ...... ......... .. .
5.2
5.1.2
COMO ELEMENTO DE TIRO O DE EMPUJE . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2
5.1.3
RESPECTO AL EQUIPO DE TRABAJO ........ .... ................ . ........ . ........ . ............
5.2
EQUIPOS DE TRABAJO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3
2
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5.2.1
HOJA DE EMPUJE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .
5.3
5.2.2
ESCARIFICADOR (RIPPER)
5.6
. . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . .. . . . .. . . . . .. . .. . . . . . . . . . . .
5.3
CICLO DE TRABAJO COMO EMPUJADOR
.. .. . .. . . .. .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. .. . .. .. .. .. . .. . .. . . .. .. . .. .
5.8
5.4
CAPACIDAD DE LA HOJA DE EMPUJE .. . .. . . .. . . . . . . .. . .. . .. .. . . . . . . . . .. .. .. . . .. . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . .
5.8
5.5
DISTANCIAS DE EXCAVACION Y DE EMPUJE.. . .. .............. ................. .. ............... ... ..
5.11
5.6
PRODUCCION DEL BULLDOZER . .. .. . .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. .. . .. . . .. . .. .
5.13
5.6.1
MEDIANTE GRAFICAS DE PRODUCCIONES MAXIMAS TEORICAS .. ... .. . ... . .. .. ..
5.13
5.6.2
MEDIANTE LA DURACION DEL CICLO Y SU PRODUCCION .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .. ... .
5.16
5.7
TECNICAS DE EXCAVACION Y EMPUJE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.16
5.8
ESCARIFICABILIDAD DE UN TERRENO .. .. .. . .. .. .. .. . . .. .. . . .. . .. .. . .. .. .. .. . . . .. .. .. . .. ... .. .. . . . .. ..
5.19
5.9
DESGARRAMIENTO ECONOMICO
. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.21
5.10 PRODUCCION DE ESCARIFICACION
. . ... . ... . .. . .. .. .. .. . . . . .. . . .. .. .. .. .. . . .. . . . . . .. .. . .. .. . . . . . . . . . . .
5.24
5.11 TRABAJO COMBINADO DE ESCARIFICACION Y EMPUJE
. ... . ... . .. .. .. . . .. . . . . . .. . .. .. . . . . . .. .
5.12 UTILIZACION EN COMPARACION CON LA EXCAVADORA HIDRAULICA
5.25
... .... .......... .
5.26
5.13 UTILIZACION EN COMPARACION CON LA MOTONIVELADORA .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. . ..
5.27
5.14 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS .. .. . .. .. . .. .. .. .. .. . .... .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. .. . .. . .. .. .. . .. .. .
5.27
APENDICE 5.1
TECNICAS DE ESCARIFICACION
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.31
APENDICE 5.2
TRAFICABILIDAD . .. . .. .. . .. . .. .. .. . .. . .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. ... .. . .. .. . . .. .. . .. .. .. .. .. .. . . . .
5.33
CAPITULO 6.- EQUIPOS DE EXCAVACION Y CARGA. PALA CARGADORA
6.1
OBJETO Y DEFINICION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1
6.2
CARGADORAS DE RUEDAS
......... ...... ........... .... .. ..... .............. ........... .. ....... ..........
6.1
6.3
CARGADORAS DE CADENAS
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2
6.4
ESCARIFICADOR DE LAS CARGADORAS DE CADENAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3
6.5
PARAMETROS CARACTERISTICOS GEOMETRICOS ... ... .. ... .......... ..........................
6.4
6.5.1
ALTURA DE DESCARGA ......... ......... ... .. .... ........... .... ................... . .............. .
6.4
6.5.2
ALCANCE . . . . . . .. . . . . . .. . .. . .. . . .. . . . .. . . .. . .. . . .. . . . . . . .. . . .. .. . . .. . . .. . .. . . .. . . . . . .. .. . .. .. . . . . .. . .. . . . .
6.4
.......... ....... .... .. ................. ... ........
6.5
6.6.1
CARGA DE VUELCO .. .. . .. . .. .. .. .. . .. . .. .. ... .. . . .. . .. .. .. . .. .. .. .. . .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .
6.5
6.6.2
CARGA MAXIMA OPERACIONAL .. .. . .. . .. . .. . .. . .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .
6.5
6.6.3
CAPACIDAD DE ELEVACION DEL SISTEMA HIDRAULICO ............. .. .... ... . ... ...
6.5
6.6.4
FUERZA DE ARRANQUE . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . .. . . .. .. . . . . .. . . .. . . ... . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.6
6.6
PARAMETROS CARACTERISTICOS DINAMICOS
6.7
CICLO DE TRABAJO
.. . .. . .. . .. .. . .. . .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. . .. . . . .. .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. . . .. . .. .. .
6.8
6.8
FORMA DE CARGA
.. .. . . . .. . . .. . . .. . . . . .. . . . . . . .. .. . . .. . .. . .. . . .. . . . . .. . .. . . .. . . .. . .. . . . .. .. . .. . . . . . . . . . .. . . . . .
6.9
6,9
PRODUCCION
....... ........... ... ... . ...... . ... .. .. ............. .. ....... ........... .......... .... .............
6.10
6.10 CAMPO DE APLICACIONES .. . .. .. .. .. . .. . ...... .. .. .. .. .... . ..... .. . .. .. . .. .. .. . .... . .. .. .. . .. .... .. . .. .. .. .
6.14
6.10.1 CARGADORAS DE RUEDAS .. . .. .. .. . .. .. .. . . .. . .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .... . .. .. . .. . .. ..
6.14
3
(
(
(
(
(
6.10.2 CARGADORAS DE CADENAS
......... ... ........ .... .. ... .. ...... ..... . ..... ...... ........ .. .. .. .
6.15
(
6.10.3 COMPARACION DE CARGADORAS ....................... . ...................... . ............. .
6.15
(
6.11 COMPARACION ENTRE CARGA CON CARGADORA Y EXCAVADORA HIDRAULICA ... .
6.17
(
6.12 UTILIZACION DE LA CARGADORA EN ARRANQUE
......................... .. ......... .. .. ....... .
6.18
........... .. ............ ....................................... ................. . ..... .
6.18
6.14 MINI CARGADORAS ............ . .................................... ....... . ......................... . ........ .
6.20
{
6.15 CARGADORAS DE TUNEL DE BAJO PERFIL TIPO L.H.D.
. ... ... ....................... .... ...... .
6.21
(
6.16 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS ...... . ......... ................ ........ .......... .. .. ....... .. ..... .. . .
6.22
(
6.13 RETROCARGADORAS
C.P. 6.1
(
(
UTILIZACION DE LA CARGADORA DE CADENAS CON ESCARIFICADOR EN
(
ARRANQUE .... .. .... .. . .................. ..... ....... .......... ................. .... ... .. .......... .
C.P. 6.2
6.22
CORTE TIPICO DE UN VACIADO EN MADRID Y EXCAVACION CON
CARGADORA ..................... ........ ....... ........ .... ..... ........ ..................... .... . .
'
(
6.23
C.P. 6.3
DATOS PRACTICOS DE PRODUCCION EN OBRA
... ... .......................... .... ..
6.24
C.P. 6.4
COMPARACION ENTRE RETRO Y CARGADORA EN EXCAVACION ....... ... ... .
6.24
APENDICE 6.1
INDICADOR DE PESAJE DINAMICO EN CARGADORAS ............................. .
6.25
APENDICE 6.2
LA ELECTRONI CA EN LAS CARGADORAS ...... ... .. .......... ..... .. .. .... ............ .
6.26
(
(
(
.CAPITULO 7.- EQUIPOS DE CARGA Y ACARREO. MOTOTRAILLAS
7.1
OBJETO
... ....... .... .... .. ........ ... .. . ... ... ................ ... ... . .... ..... ....... . ...... ....... ... . ........ .. .
7.1
7.2
TIPOS DE TRAILLAS .................. ....................... ...... . .... ..... ... . ................ ........ .. .. . .
7.1
7.3
PARTES ESTRUCTURALES ...................... ......... ........ ..... ...... ....... ..... ........ ... ........ . .
7.2
7.3.1
ELEMENTO TRACTOR Y TRANSMISIONES . ..... .............. ... .. .... . .................. ..
7.2
7.3.2
CAJA
7.3
7.3.3
SUSPENSION ........ ....... ... .... ..... .. . .. ... ... ....... ... ..... ... .. ............. .. ........ .......... .
7.4
CICLO DE TRABAJO DE LAS TRAILLAS ... . .. .............. .... ................ .... ........ .... ....... . .
7.4
7.4.1
CARGA ................ ... .... ... .. ... .......... .......................... ............... ... . ............. .
7.5
7.4.2
ACARREO ........ ... ............ .... ... .. ..... ........ ......... .. .... ... .... .......................... . . .
7.6
7.4.3
DESCARGA ..... .. ...... .. ....... . ....... ... ........ .. ... .. .... ... ..... .... .. ..... ... .... . .... .......... .
7.6
7.4
7.5
METODOS DE EXCAVACION
.. . .............................. .. ... .. .... ...... . ....... ... ... . ... .. .... .... .
7.7
7.6
FORMACION DE TALUDES Y ZANJAS .......................... .... ... ..... ... .... . ... ... .............. .
7.7
7.7
TECNICAS DE EMPUJE DEL TRACTOR EMPUJADOR
. ... ......... ................ .............. . .
7.8
7.8
CICLO DE TRABAJO DEL EMPUJADOR ..... . .... .. .... ....... . ... ... . ....... ........ . ... ....... . ... . . ..
7.9
7.9
MOTOTRAILLA CON ELEVADOR DE PALETAS
......... .. ......... ........ .. ... ... .... . ........ .. .. .
7.10
7.9.1
CARGA ...... . ......... ... ...... ...... .................. ...... .......... ... . .............. .... .. ...... .... .
7.11
7.9.2
DESCARGA
7.12
7.10 MOTOTRAILLAS DE DOS MOTORES (EMPUJE-ARRASTRE) ....................... ...... ..... ..
7.13
7.11 UTILIZACION Y COMPARACION DE MODELOS DE MOTOTRAILLAS ........ ... ... ...... . .. .
7.14
7.12 PRODUCCION
7.17
4
(
7.13 ESTUDIO DEL CICLO DE TRABAJO DE UNA MOTOTRAILLA CONVENCIONAL
CON TRACTOR EMPUJADOR Y NUMERO OPTIMO DE MOTOTRAILLAS.................... .
7.18
7.14 CURVA DE INCREMENTO DE CARGA ...... ........... ............... .... .......... .... ........... ... ....
7.19
7.15 APLICACIONES
7.20
7.16 VENTAJAS
7.20
7.17 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS . ... . . . .. . . . . . . . . . . . ... . . .. . . ... . . ...... . ......... . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.22
APENDICE 7.1 TRAFICABILIDAD . . . . . . . . .. . .. . . . . . . . . . . . .. . .. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . ... . . . . . .. . . . . . .
7.35
APENDICE 7.2 SOLUCION ANALITICO-GRAFICA DEL COSTE MINIMO.................... ..... .....
7.36
CAPITULO 8.- EQUIPOS DE EXCAVACION EN POSICION FIJA.
EXCAVADORAS IDDRAULICAS
81
OBJETO Y DEFINICION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1
8.2
TIPOS ... .... ... ... .... .... ...... . .. ..... .. ....... ..... .. ........ ...... ... . .. . ..... ... . .... .. . .... .... ... ... . .. .......
8.1
8.3
EQUIPO DE TRABAJO
..... ... .. .. ........... ..... ....... . .... . ... ..... .. ..... .... ...... .... .. ..... .... ... . ...
8.4
8.3.1
EQUIPO DE EMPUJE FRONTAL. .. .. ............ .. .. . ....... .. ........ .. .. ............ .. ... .. ..... .
8.6
8.3.2
EQUIPO RETRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.6
8.3.3
EQUIPO DE BRAZO TELESCOPICO
. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.6
8.3.4
EQUIPO BIVALVA
........... .... ...... ... ........... .. ......... . .......... ...... .. .. .. .. . ... ... .... . .
8.7
8.3.5
EQUIPO DE MANDIBULAS HIDRAULICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.8
8.3.6
OTROS EQUIPOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.9
8.4
MARTILLOS ROMPEDORES HIDRAULICOS (M. R.H.) . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.9
8.5
CAPACIDADES DEL CAZO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.12
8.6
FUERZA DE EXCAVACION ...... .. ... .. ..... .. ... .. ..... ............. .. ... .............. .. .. ..... ....... .. ...
8.12
8.7
FUERZA DE EXCAVACION Y PESO DE LA EXCAVADORA . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.15
8.8
METODOS DE EXCAVACION Y CARGA
. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .
8.15
8.9
CICLOS DE TRABAJO
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.18
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .
8.19
8.10.1 FACTORES . . . . . . . . . . . ... . . .. . . ... .. . ... .. ... . . .. . . . . .. .. . . . . . .. . .. . . ..... .. . .. .. . . .. . . . . . . . .. . . ... . . . . . ..
8.19
8.10.2 PRODUCCION HORARIA ..... .. ....... .... . ... .. .. .. .. .. .. .... ...... .. .. ...... . ............. .......
8.21
8.10.3 INFLUENCIA DE LOS DESPLAZAMIENTOS . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.23
8.11 SISTEMA HIDRAULICO Y LA ELECRONICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.25
8.12 MINIEXCAVADORAS
8.27
8.10 PRODUCCION
...... . .. ... .. ....... ......... ............... ...... ........... . .. ... ... .. ... ... . .. .. ......
8.13 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS
. . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . .. .. .. . . . .. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.29
APENDICE 8.1 NUEVA GENERACION DE M.R.H. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.34
APENDICE 8.2 PLUMA DE DOS PIEZAS. VENTAJAS E INCONVENIENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.35
APENDICE 8.3 VARIABLES DE COMPARACION DE EXCAVADORAS. RANGO DE MODELOS
8.36
APENDICE 8.4 EXCAVACION DE TUNE LES. MAQUINARIA . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.38
APENDICE 8.5 EJEMPLO DE EXCAVACION DE UN DESMONTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.41
5
(
(
(
(
CAPITULO 9.- EXCAVADORAS DE CABLES
(
9.1
TIPOS ... ... ........ . .. .... ... .. .. ..... .. .. . ....... ..... ....... .. ......................................... ....... .. .. .
9.1
9.2
TIPOS MOVILES . .... .. .. . .. .. ... ...... .. ....... .. .... ... . ... .............. .. .... ..... .......................... .
9.1
9.3
DRAGALINA ...... ...... ..... .. ... ... .. .. . .. .. ... .... ... ... . .. . .... .... ........ ... ..... .. ... ..... .. . ..... .. . .. . .. .
9.3
9.3.1
EQUIPO DE TRABAJO . .. . . . .. . . . .. . .. . .. . . . .. . .. . . . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . .. . . . .
9.4
9.3.2
CICLO DE TRABAJO
9.5
(
(
. . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . .. . . .. . . . . . .. . .. . .. . .. . . .. . .. . .. . . .. . .. . .. . .
(
(
(
(
9.3.3
UTILIZACION . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . .. .. . . . .. . . . . . . . .. .. .. . .. . . .. .. . ... . .. . .. . . .. .. . . .. . . . . . . . . . .
9.7
9.3.4
PRODUCCION .. ... .. ...... ......................... .. .. ........ . ... .. .. ....... .................. ... ... .
9.8
9.4
CUCHARA BIVALVA ...... .... ......... .. .... ....... .... .... .. ... .. .. . ...... . .. ...................... ...........
9.9
(
9.5
GRUA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .
9.10
(
9.6
EXCAVADORAS ESTACIONARIAS (SCRAPERS) ..... ... ... . ... ............ . .. .. ... .. ...... . .......... .
9.11
(
9.7
SCRAPER DE ARRASTRE MONOCABLE . . . .. . .. .. . .. . . . .. . . . . . . . .. .. . . .. . . .. . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . .
9.11
9.7.1
PARTES ESTRUCTURALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . .. . . .. .. ... ... ... ..... ... . . .. . . . . . . ... . . . . . .. . .
9.11
9.7.2
EQUIPO DE TRABAJO .. .. . .. .. . .. . . . .. . . . . . . .. . ... .. . . .. .. . . .... .. ... ....... .... . . ... . . .. . .. . ... . .. .
9.11
9.7.3
CICLO DE TRABAJO .. . . . . .. .. . . . . . ... .. . . . .. .. . .. . . .. . .. . .. . ... . .. . .. .. . .. . .. ... . .. ... .. . .. ... .. .. . ..
9.13
9.7.4
FORMA DE TRABAJO .. .. .... .... ... .. .......... .. ............ . .......... ... .. ............ .. .. .......
9.13
9.7.5
PRODUCCION . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . ...... .. . . . . . ... . . . ... .. . . . . .. .. ... . . . . . . . . .. .. . . .... . . . .. . . .. ... ..
9.14
SCRAPER DE TRANSPORTE AEREO . .. ... ..... ... .. ...... .... ... .. ..... .... . ... .. . ... . ... .. ... ... .... .. .. .
9.15
9.8.1
PARTES ESTRUCTURALES . . .. .. .. . . .. .. . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . ... . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . . ..
9.16
9.8.2
EQUIPO DE TRABAJO .. ...... . ... . .. .... ... . ........ .. ... ........ ........... .. .. .... .. .. .... ... .. .. .
9.16
9.8.3
FORMA DE TRABAJO . . . . . . . . . . . .. .. .. .. .. .. . .. . . .. .. .. . .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. . . .
9.17
CASO PRACTICO DE DRAGALINAS . ...... ... .. .... ...... .. ..... .. .. .. .. .. ..... ... .. .. ..... ..... ...... .. . ..
9.18
9.8
9.9
CAPITULO 10.- ZANJAS. EQUIPOS DE EXCAVACION DE CARGA
CONTINUA. ZANJADORAS. ENTIBACION DE ZANJAS
10.1 ZANJADO RAS. OBJETO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.1
10.2 PROBLEMÁTICA DE LAS ZANJAS EN RELACIÓN CON LA MAQUINARIA
Y PROCESO CONSTRUCTIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.2
10.3 TIPOS DE ZANJADORAS .. . . . . . . . . . . . .. . . .. . .. . . .. . .. . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . . .. . .
10.4
10.4 ZANJADORAS DE BRAZO INCLINABLE . . . . . .. . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5
10.5 CORTADORAS DE DISCO CON PICAS
. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . .
10.6
10.6 ZANJADO RAS DE RUEDA . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . .. . .. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.7
10.7 COMPARACIÓN ENTRE ZANJADORAS Y RETRO .. .. ..... ...... ...... ...... ... ... .. .. ..... .. ..... ....
10.8
10.8 ENTIBACIÓN DE ZANJAS EN TIERRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.9
10.9 PROCESO MECANIZADO DE ENTIBACIONES . .......... .. .... ........... ... .. ............ ... . .. ..... . .
10.10
10.9.1 TERRENOS ESTABLES . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .
10.10
10.9.2 TERRENOS INESTABLES . . .. . . . ... .. .. .. . . . .. . .. . . . . . .. . .. . . .. . ... . . . . . . . . . .. . ... .. .. . . . . . .. .. . ... . .
10.10
10.9.3 ANCHO DE BLINDAJES
10.11
. . .. .. . . .. . .. . .. . .. .. . . . . .. . .. . . . .. .. . .. . . .. . . .. . . . . . . . . .. . .. . . . . . . .. . . . . . . ..
6
(
(
(
(
10.10 SISTEMA DE BLINDAJES POR PANELES .. . ..................... ... ......... ..... .... ... ... .. ... .... ... .
10.12
10.11 SISTEMA DE PANELES CONTABLESTACAS LIGERAS .......... ......... .. . .. ..... .... ............. .
10.12
10.12 COMPACTACION DE ZANJAS .. . . . . .. .. . .. .. . .. .. . .. . . .. .. .. ... .. .. .... .. .. .. .... ...... ... .. ..... .. . . ... . ..
10.14
10.13 COLOCACION DE TUBERIAS Y CONDUCCIONES SIN ZANJAS
..... .... ... .. . ..... .. ..... ... ..
10.15
10.13.1 PERFORACION DIRIGIDA DESDE SUPERFICIE ... .. .. .. .. .. .. .. . .. . . .. .. .. . .. .. ... . .. .. ..
10.15
10.13.2 PERFORACION MEDIANTE HELICE CONTINUA DESDE FOSO ................... . ..
10.17
10.13.3 PERFORACION CON MARTILLO DE FONDO (TOPO) ........ ... .. ........... ......... ..
10.17
10.13.4 MICROTUNELADORA .. .. .. ... .. .. .. . .. . . . .. .. .. .... ..... ... .. . . . . . . . . . . .. .. . ... . . . . . .. . .. .. . . . . . . .
10.18
10.14 CASOS PRÁCTICOS .. .. ... ...... . ... .......... ... ....... ... .... ..... ... .... .... ....... ....... ... ..... . .. ..... ..
10.15
CAPITULO 11.- ACARREO. CAMIONES Y DUMPERES
11.1 MEDIOS DE ACARREO .. .. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . ... .. .. .. . . .. . . . .. .. . .. . . . . . . . . . . ... .. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .
11.1
11.2 CAMIONES BASCULANTES .................... .. .............. . .... ...................................... ....
11.1
11.3 SEMIREMOLQUES BASCULANTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.2
11.4 CAMIONES DUMPER ............................... ... ... . ...... .. . .. .. .......... ...... .. .. .... .. ..... . ... .... ..
11.3
11.5 DUMPERES EXTRAVIALES .. . . . .. . .. .. .. .. . .. .. . .. . .. .. .. . .. .. . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . . . . . .. . .. . . . . . . . .. .. ..
11.4
11.5.1 CARACTERISTICAS FUNDAMENTALES
. . .. . . .. . .. . . .. .. .. .. . . .. . .. . . .. ... . . . .. .. . . . . . . . . .. ..
11.4
11.5.2 DUMPERES ARTICULADOS. COMPARACION CON RIGIDOS . .. .. . . .. . .. . . . .. . . . .. .. . .
11.7
11.5.3 RAZONES DE UTILIZACION .. .. .. .. . .. . .. . .. .. .. .. .. . . . .. . .. . . . . . . . .. . . . .. .. . . .. . . . . . .. .. .. .. .. . .. .
11.9
11.5.4 CRITERIOS DE SELECCION DE DUMPER O CAMION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.9
11.6 CICLO DE TRABAJO DE LA UNIDAD DE ACARREO .. .. . . . .. .. .. .. .. .. . . . .. . . .. . . .. .. .. .. .. .. .. . . .. .
11.9
11.6.1 TIEMPOS FIJOS . .. .. . .. . .. .. .. . . . . . . . . . . . . . . . .. ... . . . .. .. .. .. . ... .. . . .. .. .. .. . .. .. .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.10
11.6.2 TIEMPO VARIABLE
... .... ....... .. . ...... ... ..... ......... .......... . ... .... ....... .. .. ........... .
11.11
11.7 RELACION ENTRE EQUIPOS DE ACARREO Y CARGA ....... ... .. .... ... ... .... ..... ... . ........ ...
11.12
11.8 PRODUCCION DE LA UNIDAD DE ACARREO . . .. .. . . .. ... . . . . .. .. . .. . .. . ... .. . .. . . .. . . . .. .. . . . . . .. .. ..
11.14
11.9 FACTOR DE ACOPLAMIENTO, MF ... ....... .. ...... ..... .. ....... .................. .... ...... ... .... .......
11.14
11.10 CALCULO DEL Nº DE VEHICULOS NECESARIOS . . . . . . . . . . . . .. .. .. .. .. .. . . .. .. .. . . . .. . .. . . . . . .. . . . .. .
11.15
11.11 PISTAS DE OBRA Y SU MANTENIMIENTO . . . . .. . . .. . . . . .. . . . . . . . .. . .. . .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .. .. .. .. . . .
11.16
11.12 MOTOVOLQUETES DE OBRA ..................... ... ......... .. .... ............ .... .. .. .. . ..... .. . ....... ..
11.17
11.13 COMPARACION ENTRE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE ACARREO ..... ... ........ .... ... ....
11.18
11.14 TRANSPORTE DE MAQUINAS PESADAS ... ............ .. ... ............. ............ ..... ..............
11.19
11.15 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .
11.20
APENDICE 11.1 TRAFICABILIDAD DE LAS PISTAS
11.22
. . .. . .. .. .... .. .. .. .. .... ... . .. .. .. .. .. .. . .. . . . .. .. . . .. .
CAPITULO 12.- NIVELACION. LA MOTONIVELADORA
12.1 FUNCIONES Y APLICACIONES . . . . . . . . . . . . . .. .. . .. . ... .. .. .. .. . . . .. .. .. .. .. .. . . .. . .. .. . .. .. . . . . . . . .. . .. . .. . .
12.1
12.2 PARTES ESTRUCTURALES . ...... ........ ....... ... ..... ... .. .............. .. ... ... ....... .... .. .. .. ..........
12.2
12.3 MOTOR Y TRANSMISIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.4
7
(
(
(
('
(
12.4 BASTIDOR.MAQUINAS ARTICULADAS ....... .......... .. ............... .................. .. ...... .. . .. .
12.4
(
12.5 RUEDAS TRASERAS ...... .. ... ... ............ .... ....... .... .... ... .. .............. ... . .. .. ................... . .
12.5
(
12.6 RUEDAS DELANTERAS
12.5
.................... ... .............. ............ ........ .... .... ... ................. ..
(
(
12.7 EQUIPO DE TRABAJO ...... ................................ .. ..... ... .. .. .... ...... .. ...... .. ............. . ... .
12.7
12.7.1 BARRA DE TIRO ....... ...................... ..... .............. ......... ... .. . ....... ..... .. ... ....... .
12.7
12.7.2 CIRCULO DE CORONA .................... .. ... ...... ............ .. .. ...... ....... ................. . .
12.7
(
12.7.3 HOJA VERTEDERA Y MOVIMIENTOS ............ .. .... .. ........ .. ...... .. .. ... ........ ...... ..
12.8
(
12.7.4 CONTROL DE MOVIMIENTOS DE LA HOJA ................................................ ..
12.10
12.7.5 OPCIONALES ............................ .. .......... ... ......... ...... .. ..... .... .. ....... .. .... .. ..... .
12.11
12.8 SISTEMA DE TRABAJO .. .. . ..... ..... .. .... ...... .... .... .... ... ... .. .. ........ ... ..... .. . ....... . ........ ... .
12.12
12.9 PRODUCCION .............. ... ............. .... .. . ... .. .... .. .. .. ............ ..... .. .... ... .. .... ............. .. . .
12.13
(
(
CAPITULO 13.- EXTENDIDO Y COMPACTACION
13.1 EL PROCESO DE EXTENDIDO Y COMPACTACION .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. . . .. . .. .. .. .. .. .. . . .. . .. . . .
13.1
13.2 DENSIDADES.
.. . . . . . . . .. . .. .. . . . . . . .. .. . . .. . . .. . . . .... . .. .. . . .. . . . .. .. . . .. . . .. .. . . .. .. . .. .. . .. .. .. . . .. .. .. . . . . .
13.3
13.3 ENERGIA DE COMPACTACION .... ...... ...... ... ... . .. .... ............ .. ... ....... ....... ........ .. ......
13.6
13.4 LA COMPACTACION SEGUN LA ESTRUCTURA FISICA Y PARAMETROS DE LOS SUELOS 13.9
13.4.1 SUELOS PERMEABLES . . . . . .. . . . .. . .. . . .. . . .. . . .. . .. . . . . . . .. . ... . .. . .. . . .. .. . . . . ... . . . . . ... . . . . . . . .
13.11
13.4.2 SUELOS IMPERMEABLES ...... ... ....... .................. . ............ .... ... .. .... ... ........ .. .
13.11
13.5 TERRAPLENES
13.12
13.6 FINOS
. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . .. . . .. . . .. . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . . . . . .. .. .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .
13.13
13.6.1 IDENTIFICACION DE FINOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13.14
13.6.2 ANALISIS DE LA PARTE FINA DE UN MATERIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .
13.15
13.6.3 SUELOS PLASTICOS .. ....................... .................................... ..... ........ ... .. ..
13.16
13.6.4 COLAPSO DE TERRAPLENES DE SUELOS COHESIVOS....................... .... ........
13.17
13.7 COMPACTADORES DE SUELOS PLASTICOS ..........................................................
13.18
13.7.1 COMPACTADORES DE ALTA VELOCIDAD, PATA DE CABRA .. .. .. .. ... .. . .. . .. .. .. ..
13.18
13.7.2 COMPACTADORES VIBRATORIOS PATA DE CABRA .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. ..
13.19
13.7.3 COMPACTADORES VIBRATORIOS LISOS .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. .. .. .. .... .... .. . .. .. .. .. .
13.20
13.8 COMPACTADORES DE SUELOS GRANULARES .. .. .. .. . .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .. . .. . .. .. .. .. .. .. . .. .. ..
13.23
13.9 PEDRAPLENES ....... .... . .. .... ..... .. .. .... ... .. .... ..... .. ... . ...... ........ ........ .. .. .. .. . .... ............
13.23
13.10 MATERIAL TODO UNO .. . .. . .. . .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. . . .. . .. . ... .. .. .. .. .
13.24
13.11 PAQUETE DEL FIRME . . . .. . .. . .. .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .... . .. .. . .. .. .. .. .. . .. .. .. . .. .. .. . .. .
13.25
13.11.1 EXPLANADA . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . .. . .. .. .. . .. .. . . .. . .. . ... .. .. . . .. . .. .. ... . .... . .. .. .. .. . .. . . .. . ..
13.25
.. .. .. .. .. .... .. .. ... .. .. . .. .. .. .. . .. . .. .. .. .. .... .. .. .. .. .. .... .. ..
13.26
13.11.2 OTRAS CAPAS SUPERIORES
13.12 UTILIZACION DEL COMPACTADOR DE NEUMATICOS Y EL DE TAMBORES
VIBRATORIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . .. .. . .. .. . . .. . .. . . . . . . . . . . . .. . . .. .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .
8
13.27
l
l
13.13 PRESAS DE MATERIALES SUELTOS ............... ..... .................... .. ... .. ..... ....... ... . .. ..
13.28
13.13.1 TIERRAS .... ... ..... .... .. . . ....... . .. . .... .... ... ... .... ... .... .. ... ...... .. ... ... . ... ......... .. .... .
13.28
13.13.2 ESCOLLERA ... ... .. ..... .. . .... . .. . .. ... . .. . . .... ... . ... .. ..... ... .. .... .. ........ .. ..... . .... .......
13.28
13.14 RANGO DE ESPESORES DE MATERIALES, DENSIDADES, HUMEDADES ... .. ... ... .. .. ...
13.29
13.15 RANGO DE ESPESORES Y METODO DE COMPACTACION EN MOV. DE TIERRAS . ... . .
13.29
13.16 TRAMO DE PRUEBA Y DETERMINACION DE LA PRODUCCION ......... ..... ... . ... .. ... . ...
13.30
13.17 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS .. .. ... .... ....... .. ...... .. ... .. ... .. .... .. .... .. ... ... .... ... ... .... ..
13.33
C.P. 13.1 RENDIMIENTOS DE OBRAS ....... . ... .. ... ..... .......... .. ....... .. .. ...... ... .... .... ....
13.33
APENDICE 13.1 CONTROL CONTINUO DE COMPACTACION (METODO FRANCES) .. .. . . . . . .
13.36
APENDICE 13.2 NORMAS Y EQUIVALENCIA DE UNIDADES . . . .. .... ... .. . . . .. . . .. .. .. . . .. .. .. .. . . . . . .
13.38
CAPITULO 14.- ANEXO l. INTRODUCCION A LA COMPACTACION
VIBRATORIA
14.1 METODOS DE COMPACTACION .... .. .. .. .. .. .. ... . .. .. .. .. . ... .. .. .. ... ... .. .. . .. . . .. .. .. .. . . .. . . . . . .. .
14.1
14.2 SISTEMA DE VIBRACION DE UN COMPACTADOR VIBRATORIO DE SUELOS ... .. . ... .. .
14.2
14.3 PARAMETROS DE UN COMPACTADOR VIBRATORIO DE SUELOS . .. .. .. .. . . .. . ... . . . . . . . . . .
14.2
14.4 FRECUENCIA DE VIBRACION.. ........ .. ... ....... .... . ....... .. ... .. .. ... ... ... ..... ... . .... ... ... . ...... .
14.. 3
14.5 FRECUENCIA DE RESONANCIA . .. .. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . .. . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . .. . . .. . . . . . . . .. . . . . . . .
14..4
. . . . .. . . .. .. . .. .. .. .. .. . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . .. .. . .. .
14..4
13.4.1 SUELOS PERMEABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.11
13.4.2 SUELOS IMPERMEABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .
14.11
14.7 FUERZA CENTRIFUGA Y FUERZA APLICADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .
14..4
14.8 IMPACTO Y ONDAS DE PRESION . . .. . . . . . . .. . . .. . .. .. . . . . .. . . .. . . .. .. . .. .. .. .. . . . . . . .. . . . . .. .. .. . . .. .. ..
14..4
14.9 ESPACIAMIENTO
............. .. .......... ... ............... .. .. .... ......... . ..... .... .. .. ........ .. .... ......
14..4
14.10 EFECTOS PRINCIPALES QUE PRODUCE LA VIBRACION EN EL SUELO . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.8
14.11 SISTEMAS VIBRATORIOS . .. .. . . . .. . . .. . . . . .. .. . . . .. . . .. . . .. . .. . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . . . ... ... . .
14.9
14.11.1 VIBRACION CIRCULAR .. . ... .. .. . . . . .. . . .. . . .. . . .. .. .... .... ............ . .. . . ... .. .. .. . . . . . .. .. . . .
14.9
14.11.2 DOBLE VIBRACION CIRCULAR . .. .. . . .. . . . . ... .. .. .. . .. .. .. . . .. . .. . . . . . . . .. .. . . . . .. .. .. . . . . . .. .
14.10
14.6 AMPLITUD DEL MOVIMIENTO VIBRATORIO
APENDICE 14.1 COMPACTADO RES DE ALTO IMPACTO .. .. .. .. . . . .. . . .. . .. . . . .. . .. . . . .. . . .. . .. .. . .. . ..
14.10
APENDICE 14.2 MEDIDOR CONTINUO DE COMPACTACION .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . . . . . .. . . . . . ... .. .. .
14.12
BIBLIOGRAFIA DE EXTENDIDO Y COMPACTACION .. .. . . . . . . . . . ... .. .... .. . . .. . .. . ... . . ... ... . .. . .. . . . . .
14.12
ANEXO 2. PROCEDIMIENTOS DE MEJORA DEL TERRENO POR
VIBROFLOTACION Y VIBROSUSTITUCION
14.12 APLICACIONES . .. .. .. . . . .. .. . .. .. .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. . .. .. . .. .. .. .. . . .. .. . . . .. . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14.13
14.13 VIBROFLOTACION .. . .. . .... ..... .. .... ... . . .... .. .. .. . . . ... .. . ..... .. . .. .. .. .. . .. . .. . .. ... . ... . ... . . . . . . . . . ..
14.13
14.14 VIBROSUSTITUCION .... .. .. .. ..... ......... ... .... ... ..... ... .... ........ ..... . .... .. ............... . ... . .. .
14.17
9
r
(
(
(
CAPITULO 15.- DIAGRAMA DE MASAS ............... .. ... ............... .. ....... ........ ..
15.1
(
CAPITULO 16.- LA SEGURIDAD Y SALUD EN EL MOVIMIENTO DE
TIERRAS
r
(
16.1 PREVENCION ....... . .... ..................... . ..... .. ... ... .... ... .... ...... .. .. .... .. .... ... ......... ...... .. .
16.1
16.2 OBRAS DE TUNEL .............. .. .......... ... ... . .... ..... . ... .. . ........... .......... ....... ........... .. .. . .
16.1
16.3 CASO DE VACIADO DE SOLARES . .. ............. ... ......... .. .... . ... . .......... ........ .......... .... ..
16.2
16.4 EXCAVACIONES SOBRE CONDUCCIONES DE GAS Y ELECTRICIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16.3
(
CASO DE OBRAS A CIELO ABIERTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16.5
(
16.5.1 LINEAS ELECTRICAS ........ ............. ....... ...... ... ....................... .. . ..... ... ...... ....
16.5
(
16.5.2 SEGURIDAD EN LAS MAQUINAS . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. .. .. .. . . .. . . .. .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .
16.6
16.5
(
(
(
CAPITULO 17.- EL IMPACTO AMBIENTAL EN LAS OBRAS DE
MOVIMIENTO DE TIERRAS
17.1 PROTECCION DE LAS ACTUACIONES GEOMORFOLOGICAS
17.1
17.2 ALTERACIONES TEMPORALES DURANTE LA FASE DE OBRAS ... ......................... .. .
17.2
l
10
1.1
CAPITULO 1
CAMBIOS DE VOLUMEN EN MOVIMIENTOS DE TIERRAS.
1.1 EL MOVIMIENTO DE TIERRAS.
Se denomina movimiento de tierras al conjunto de operaciones que se realizan con los
terrenos naturales, a fin de modificar las formas de la naturaleza o de aportar materiales útiles
en obras públicas, minería o industria.
Las operaciones del movimiento de tierras en el caso más general son:
- Excavación o arranq uc.
- Carga.
- Acarreo.
- Descarga.
- Extendido.
- Humectación o desecación.
- Compactación.
- Servicios auxiliares (refinos, sancos, etc.).
Los materiales se encuentran en la naturaleza en formaciones de muy diverso tipo, que
se denominan bancos, en perfil cuando están en la traza de una carretera, y en préstamos
fuera de ella. La excavación consiste en extraer o separar del banco porciones de su material.
Cada terreno presenta distinta dificultad a su excavabilidad y por ello en cada caso se precisan
medios diferentes para afrontar con éxito su excavación.
Los productos de excavación se colocan en un medio de transporte mediante la
operación de carga. Una vez llegado a su destino, el material es depositado mediante la
operación de descarga. Esta puede hacerse sobre el propio terreno, en tolvas dispuestas a tal
efecto, etc.
Para su aplicación en obras públicas, es frecuente formar, con el material aportado,
capas de espesor aproximadamente
uniforme, mediante la operación de extendido.
De acuerdo con la función que van a desempeñar las construcciones hechas con los
terrenos naturales aportados, es indispensable un comportamiento mecánico adecuado, una
protección frente a la humedad, etc. Estos objetivos se consiguen mediante la operación llamada
compactación, que debido a un apisonado enérgico del material consigue las cualidades
indicadas.
A través de los sucesivos capítulos del libro se expondrán las distintas operaciones que
comporta el movimiento de tierras, prestando atención a la maquinaria que actualmente se
emplea, sus ciclos de trabajo y producciones, con ejercicios y casos prácticos.
(
(
(
1.2
(
(
1.2 OBJETO DEL CAPITULO.
(
(
El estudio de los cambios de volumen tiene interés porque en el proyecto de ejecución
(
de una obra de movinúento de tierras, los planos están con sus magnitudes geométricas, y todas
(
las mediciones son cubicaciones de m 3 en perfil y no pesos, ya que las densidades no se conocen
(
exactamente.
Los terraplenes
(
se abonan por m 3 medidos sobre los planos de los perfiles
(
transversales.
(
(
Los materiales provienen de industrias
transformadoras,
graveras, canteras, centrales
de mezclas, o de la propia naturaleza. En este caso el material ha sufrido transformaciones,
(
y
(
ha pasado de un estado natural en banco o yacimiento a un perfil, mediante las operaciones
(
citadas anteriormente.
(
(
En la excavaciones hay un aumento de volumen a tener en cuneta en el acarreo, y una
(
(
consolidación y compactación en la colocación en el perfil.
(
En los medios de acarreo hay que considerar la capacidad de la caja en volumen y en
toneladas, y elegir la menor de acuerdo con la densidad.
(
(
(
1.3 CAMBIOS DE VOLUMEN.
Los terrt:nos, ya sean suelos o rocas mas o menos fragmentadas, están constituidos por
la agregación de partículas de tamaños muy variados. Entre estas partículas quedan huecos,
ocupados por aire y agua.
Si mediante
una acción
mecánica
variamos
la ordenación
de esas partículas,
modificaremos así mismo el volumen de huecos.
Es decir, el volumen de una porción de material no es fijo, sino que depende de las
acciones mecánicas a que lo sometamos. El volumen que ocupa en una situación dada se llama
volumen aparente.
Por esta razón, se habla también de densidad aparente, como cociente entre la masa de
una porción de terreno, y su volumen aparente:
da =
d 1 = densidad aparente.
v. = volumen aparente.
M = masa de las partículas + masa de agua.
El movimiento de tierras se lleva a cabo fundamentalemnte mediante acciones mecánicas
1.3
sobre los terrenos. Se causa así
un cambio de volumen aparente, unas veces como efecto
secundario (aumenlo del volumen aparente mediante la excavación)
intermedio para conseguir la mejora del comportamiento
y otras como objetivo
mecánico (disminución
mediante
apisonado).
La figura 1.1 presenta esquematicamente
Material en banco
la operación de cambio de volumen.
Material suelto
Material compactado
Fig.1.1
En la práctica se toma como referencia
1 m 3 de material en banco y los volúmenes
aparentes en las diferentes fases se expresan con referencia a ese m 3 inicial de terreno en
banco.
La figura 1.2 representa la evolución del volumen aparente (tomando como referencia
1 m 3 de material en banco), durante las diferentes fases del movimiento de tierras.
Mientras no se produzcan pérdidas o adición de agua, una porción de suelo o rocas ,
mantendrá constante el producto de su densidad aparente por su volumen aparente, siendo esta
constante la masa de la porción de terreno que se manipula.
En el movimiento de tierras esta limitación se satisface muy pocas veces (evaporación,
expulsión de agua durante el apisonado, adición de agua para facilitar el apisonado, cte.), por
lo que la ecuación anterior no es de aplicación general.
(
(
1.4
('
(
VOLUMENES APARENTES
EXCAVACION
CARGA
(
COMPACTACION
TRANSPORTE
(
(
PISADA
CARGADA
1
(
(
COMPACTADA
(
(
(
VOLUMEN
EN BANÓJ
MACHAQUEO
l 'o
PRIMARIO
(
~ TRITURl,CION
~.ffiin
VOLADA
2,0
(
~
(
1,30 : · · l , 4 0 ~
1,25 a _l,50
::~ ~~·'.:f~~}f:-li.
1 ,.20 a
l, 30
(
Fig. 1.2
En adelante se entenderá que los conceptos de volumen y densidad se refieren a
(
volumen aparente y densidad aparente, aunque se omita el adjetivo aparente.
La Figura .1.3 indica variaciones en volúmenes y densidades en las operaciones
del
movimiento de tierras comentados en el apartado 1.1.
(
0-1 Volumen en banco
1-2 Excavación o voladura
2-3 Carga
3-5 Acarreo
5-6 Descarga-extendido
6-7 Compactación
Peso
6
Fig. 1.3 Volúmenes y densidades en el movimiento de tierras.
1.4 ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO.
Al excavar el material en banco,
éste resulta removido con lo que se provoca un
aumento de volumen.
Este hecho ha de ser tenido en cuenta para calcular la producción de excavación y
dimensionar adecuadamente los medios de transporte necesarios.
1.5
En todo momento se debe saber si los volúmenes
de material que se manejan
corresponden al material en banco (Banco, bank, B) o al material ya excavado (Suelto, loose,
S).
Se denomina factor de esponjamiento (Swell factor) a la relación de volúmenes antes
y después de la excavación.
Fw =
Fw = factor de esponjamiento (sweel)
V8 = volumen que ocupa el material en banco
Vs = volumen que ocupa el material suelto
d 8 = densidad en banco
d 5 = densidad del material suelto.
Se tiene que,
El factor de esponjamiento es < 1 . Sin embargo si en otro texto figura otra tabla con
factores > 1, quiere decir que están tomando la inversa, o sea p' = V5 / V 8 y si se desean empicar
las fórmulas expuestas aquí, deben invertirse.
Otra relación interesante es la que se conoce como porcentaje de esponjamiento. Se
denomina así al incremento de volumen que experimenta el material respecto al que tenía en
el banco, o sea:
sw =
Sw
V
S
- V
B
X
100
VB
% de esponjamiento
O en función de las densidades:
Son frecuentes tablas en las que aparece el valor del esponjamiento
para diferentes
materiales al ser excavados. Conviene por ello deducir la relación entre volúmenes o densidades
en banco y en material suelto. Para volúmenes se tiene:
dB = ( Sw + 1) x d
8
100
(
(
(
1.6
(
(
Para densidades resulta:
s
dB = (-W- + 1)
100
X
d
(
s
(
(
(
El % de esponjamiento y el factor de esponjamiento están relacionados:
1
s
( 10~ + 1) X ds
y por consiguiente
(
(
+ 1
conociendo el % de esponjamiento de un material se conoce su factor de
esponjanúento, y viceversa, sin más que operar en la expresión anterior.
EJ1 la tabla 1.1 aparecen los valores de Fw y Sw característicos
de distintos materiales
(
(
frecuentes en movimiento de tierras.
(
1.5 CONSOLIDACION Y COMPACTACION.
Las obras realizadas con tierras han de ser apisonadas enérgicamente para conseguir un
comportamiento
mecánico acorde con el uso al que están destinadas. Este proceso se conoce
genéricamente como compactación y consolidación del material (Shrinkage).
La compactación ocasiona un11 disminución de volumen que ha de tenerse en cuenta para
calcular la cantidad de material necesaria para costruir una obra de tierras de volumen conocido.
Se denomina factor de consolidación a la relación entre el volumen del material en
banco y el volumen que ocupa una vez compactado.
Fh = factor de consolidación
(shrinkage)
V e = volumen de material compactado.
Si en el proceso de compactación y consolidación
no ha habido pérdida ni adición de
agua (lo que es poco frecuente), el factor de consolidación puede expresarse según Ya x dª =
M de la forma:
Fh = factor de consolidación.
d 8 = densidad del material en banco.
1.7
Otra relación interesante es la que llamaremos % de consolidación. Expresa el % que
representa la variación de volumen del material en banco al material compactado, respecto al
volumen del material en banco, multiplicada por 100:
Con ello la relación entre volumen en banco y volumen del material compactado queda:
1
VB =
1 -
Sb
% de consolidación.
Si en el proceso de compactación y consolidación no hay pérdida ni adición dv agua (lo
que no es frecuente) es de aplicación la expresión Va x da = M y el % de consolidación puede
expresarse como:
Sh
de - dB
de
= - --
X
100
Sh = % de consolidación
En este caso la relación entre densidades es:
En cualquier caso, de las expresiones del factor de consolidación y el % de consolidación
se deduce que estos están relacionados por la expresión:
1
1 -
1.6 VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR.
En cada caso concreto conviene estudiar los valores de Fw, Sw, para poder calcular con
exactitud los cambios de volumen que va a experimentar el material en las distintas operaciones.
A falta de un estudio particular, pueden adoptarse los valores que aparecen en la labia
1.1.
(
(
(
1.8
MATERIAL
d1 (t/m3)
d¡¡ (t/m 3)
Sw (%)
Fw
CALIZA
1,54
2,61
70
0,59
(
(
ARCILLA:
Estado natural
Seca
Húmeda
1,66
1,48
1,66
2,02
1,84
2,08
22
25
25
0,83
0,81
0,80
1,42
1,54
1,66
1,84
17
20
0,86
0,84
1,96
1,72
1,57
2,79
2,28
1,06
43
33
25
0,70
0,75
0,80
1,51
1,60
1,25
1,90
2,02
1,54
25
26
23
0,80
0,79
0,81
1,66
2,73
64
0,61
(
(
(
ARCILLA YGRAVA:
Seca
Húmeda
ROCA ALTERADA:
75% Roca - 25% Tierra
50% Roca - 50% Tierra
25% Roca - 75% Tierra
(
(
(
TIERRA:
Seca
Húmeda
Barro
(
(
(
GRANITO FRAGMENTADO
GRAVA:
1,93
1,51
1,69
2,02
2,17
1,69
1,90
2,26
13
13
13
13
0,89
0,89
0,89
0,89
ARENA YARCILLA
1,60
2,02
26
0,79
YESO FRAGM~TAOO
1,81
3,17
75
0,57
ARENISCA
1,51
2,52
67
0,60
1,42
1,69
1,84
1,60
1,90
2,08
13
13
0,89
0,89
0,89
1, 72
2,02
1,93
2,23
13
10
0,89
0,91
TIERRA VEGETAL
0,95
1,37
44
0,69
BASALTOS O DIABASAS FRAGMENTADAS
1,75
2,61
49
0,67
NIEVE:
0,13
0,52
---
--
---
---
--
---
ARENA:
Natural
Seca
Seca de 6 a 50 mm.
Mojada de 6 a 50 mm.
Seca
Húmeda
Empapada
TIERRA YGRAVA:
Seca
Húmeda
Seca
Húmeda
13
(
(
Tabla 1.1 Densidades y cambios de volumen.
Al dimensionar los medios de transporte habrá de tenerse en cuenta no solo la capacidad
l
1.9
(m 3) que cada vehículo tiene, smo considerar
su carga máxima. Para no sobrepasada
es
necesano conocer la densidad del material que se transporta.
En la tabla J .1 se exponen las densidades del material en banco y suelto, para los casos
más frecuentes del movimiento de tierras. Respecto al transporte, ba de considerarse la densidad
del material suelto.
1.7 CONSIDERACIONES
PRACTICAS EN EL EXTENDIDO DE CAPAS.
La compactación en obra se realiza sobre capas de material, previamente extendido, que
se conocen con el nombre de tongadas.
El efecto de la compactación
sobre la tongada
se refleja
exclusivamente
en la
disminución de alttrra, puesto que sus dimensiones horizontales apenas vanan.
En la figura 1.4 se observa como al compactar una tongada de material (capa rayada en
el dibujo), su anchura "a" y su longitud "l" no varían, mientras que su espesor "hL" pasa a ser, por
efecto de la compactación, "he"·
Fig. 1.4
Por lo anterior queda claro que el cambio de volumen del material está fielmente
reflejado en el cambio de altura de la tongada.
Habida cuenta que el proyecto constructivo fija la altura de tongada en perfil, o sea
después de la compactación he , conviene conocer la relación entre he y hL para extender las
tongadas con el espesor hL adecuado.
(
1.10
('
Se denomina disminución
de espesor a la relación entre la diierencia
de espesor
(
(
producida por la compactación y el espesor inicial, multiplicada por 100:
(
hL - he
hL
= - - - X 100
(
(
Se = % de disminución de espesor (en obra lo llaman impropiamente esponjamiento).
(
h, = espesor inicial de tongada
he = espesor de la tongada después de la compactación
(
(
La disminución de espesor depende del tipo de material, métodos de compactación, etc.
Sin embargo,
en los materiales
granulares
(gravas,
suelos-cemento,
frecuentes en la compactación
debido a su excelente comportamiento
sensibilidad
etc.,
a la humedad,
aproximadamente
se ha observado
(
etc.) muy
(
mecánico, su escasa
(
zahorras,
que la disminución
de espesor
es
(
(
el 20 %
(
(
En el caso general:
= hL X
100 - se
100
Cuando se trata de terrenos granulares (Se "' 20, hay que comprobarlo en cada caso en
la obra):
O bien:
Estas consideraciones
motoniveladoras
hao de tenerse presentes en la operación de extendido con
o extendedoras,
es decir, que la producción
de una motoniveladora
extendido (material suelto) no coincide con la del compactador (material compactado).
en
2.1
CAPITULO 2
ECUACION DEL MOVIMIENTO
2.1 OBJETO DEL CAPITULO.
El objeto de este capítulo es la determinación
de la velocidad de traslación a la que
pueden funcionar las máquinas de movimiento de tierras durante su trabajo. Para dicho cálculo
será necesario conocer las características de la máquina (peso, potencia) y las del terreno sobre
el que se desplaza y su pendiente.
En este capítulo se estudiarán los tipos de tracción de las máquinas y los tipos de
resistencia al movimiento.
2.2 ESFUERZO TRACTOR.
2.2. l
TRACCION DISPONIBLE.
U na máquina dispondrá de una potencia
para desplazarse producida por el motor
RUEDA MOTRJZ
(unidad motriz) y que se aplicará en las
ruedas motrices mediante la transmisión.
MOTOR
Al esfuerzo, producido por el motor y la
transmisión,
se
denominará
tracción
disponible o esfuerzo de tracción a la
rueda, siendo ésta el diámetro total del
TRACCION DISPONIBLE (T 0 )
Tn = F = Poi / V
neumático,
o en el caso de cadenas el
diámetro
de la
rueda
cabilla
(rueda
motriz). La definición de esta tracción es,
por tanto, la fuerza que un molar puede
transmitir al suelo.
Fig. 2.1
La tracción disponible se puede calcular de forma aproximada para cada velocidad de
marcha mediante la expresión:
367 x Potencia (KW) x Rend. Transmisi ón
Velocidad (km/h)
(
(
(
2.2
r
(
El rendimiento de la transmisión, también llamado eficiencia mecánica, es la relación
'
entre potencia que llega al eje motriz y potencia del motor. Los valores más comunes se
(
encuentran entre el 70% y el 85%.
(
(
2.2.2 TRACCION UTILIZABLE.
(
(
La máquina en función de su peso dispondrá de una fuerza
determinada que se llama
(
tracción utilizable. Esta tracción depende del porcentaje del peso que gravita sobre las ruedas
motrices, que es él útil para empujar o tirar del vehículo, y de las superficies en contacto,
especialmente área, textura y rugosidad, tanto de las ruedas motrices como del suelo.
(
(
'
PESO (W 0 )
,- - - - -,
(
l
~cosa
r- --/
~
1
MOTOR
L----1_ ___ _
TRACCION UTILIZABLE (Tu)
Fig. 2.3
Fig. 2.2
En caso de pendiente sería su componente normal, W Cos a, Fig. 2.3.
Para calcular la tracción utilizable se ha de multiplicar el peso total que gravita sobre
las ruedas motrices por e1 factor de eficiencia a la tracción o coeficiente de tracción, cuyos
valores más comunes se encuentran en la tabla 2.1.
La tracción utilizable es independiente de la potencia del motor y se calcula mediante
la expresión:
Tu ( Kg) ;:: Wn ( Kg) x f r ( en %)
siendo W O el peso que soportan las ruedas motrices y fT el coeficiente de tracción en %
En el cálculo de la adherencia hay que tener en cuenta el número de ruedas motrices y
la carga soportada por las mismas, que se denomina peso adherente.
En los vehículos que llevan ruedas motrices y ruedas portantes se puede admitir en
primera aproximación que las ruedas motrices soportan entre 1/2 y 2/3 de la carga total.
(
(
2.3
FACTORES DE TRACCION FT
TIPOS DE TERRENO
NEUMATICOS
Hormigón o asfalto
Arcilla seca
Arcilla húmeda
Arcilla con huellas de rodada
Arena seca
Arena húmeda
Canteras
Camino de grava suelta
Nieve compacta
Hielo
Tierra firme
Tierra suelta
Carbón apilado
0,90
0,55
0,45
0,40
0,20
0,40
0,65
0,36
0,20
0,12
0,55
0,45
0,45
Tabla 2.1 Factores de tracción.
CADENAS
0,45
0,90
0,70
0,70
0,30
0,50
0,55
0,50
0,27
0,12
0,90
0,60
0,60
FUENTE CAT PH.
En movimiento de tierras hay tendencia a elegir, siempre que sea posible, maquinaria
de tracción total, es decir, tracción a todos los ejes; en el caso de camiones dúmpers y dúmpers
articulados, que se verán en el capítulo correspondiente,
la tracción puede estar aplicada al eje
de dirección y a los posteriores.
Hoy todas las cargadoras son de tracción total, es decir, a los dos ejes, y esto se
simplifica con el sistema articulado, en donde la dirección se realiza actuando en la articulación
con cilindros hidráulicos, en vez de poner los dispositivos con la complejidad mecánica que
llevan los tractores agrícolas con tracción también al eje de dirección delantera, en los cuales
no se puede obviar este problema al ser rígidos.
En los tractores y cargadoras de cadenas todo su peso es tracción utilizable.
2.3 BALANCE ENTRE TRACCION DISPONIBLE Y TRACCION UTILIZABLE
Una vez estudiados los tipos de tracción habrá que ver el movimiento del vehículo.
Dicho movimiento se basa en la reacción de sus ruedas o cadenas sobre el terreno, al cual le
transmite el esfuerzo T O que produce el par motor.
(
(
(
2.4
(
Si el esfuerzo de tracción T O es
mayor que el esfuerzo máximo de reacción
(
ADHERENCIA
del terreno Tu se produce el deslizamiento,
(
i
por lo que las ruedas patinan y la máquina
/ Í
/
avanza menos o puede llegar a detenerse.
DESLIZAMIENTO
~
7j,
Por el contrario
cuando
(
Tu es
(
fT
mayor que TO hay adherencia entre ruedas
= tg f
y suelo y el vehículo avanz.a correctamente.
Fig. 2.4
(
De todo lo anterior se deduce que de
nada sirve que una máquina tenga un grupo propulsor muy potente (que desarrolla mucha
tracción disponible), si no tiene el peso suficiente para conseguir un esfuerzo tractor (tracción
utilizable).
Por lo tanto, uno de los criterios de elección de una máquina de movimiento de
tierras es el de elegir máquinas con un equilibrio entre el grupo motopropulsor y el peso de la
misma. Se entiende por grupo motopropulsor el conjunto de motor y órganos de transmisión con
sus reductoras.
2.4 RESISTENCIA A LA TRACCION
2.4.1 RESISTENCIA A LA RODADURA.
Es la resistencia principal que se opone al movimiento de un equipo sobre una superficie
plana.
Se admite que es proporcional
al peso
total del vehículo, y se expresa por:
RR (Kg) = fR (Kg/t)
siendo RR:Resistencia
X
w (t)
Jli\JA PENETRACION
llAJA RESISTENCIA A LA RODADURA
a la rodadura
f R: factor de resistencia a la rodadura
W: peso del vehículo.
La resistencia a la rodadura depende del
tipo de terreno y tipo de elementos motrices,
neumáticos
o
frecuentemente
cadenas.
Los
valores
más
utilizados se recogen en la Tabla
ALTA PENETRi\CION
ALTA RESISTENCIA A I.A RODADURA
2.2.
Fig. 2.5
(
(
(
(
2.5
TERRENO
RUEDAS
CADENAS
Alta
Baja
presión"'
presión
Hormigón 1 i so . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
Asfalto en buen estado .......... .
20-32
Camino firme,superficie plana,
ligera flexión bajo la carga
( buenas condiciones) . . . . . . . . . . . .
20-35
Camino blando de tierra(superficie irregular con una penetración
de neumáticos de 2 a 3 cm) ...... .
50-70
Camino blando de tierra(superficie irregular,con una penetración
de neumáticos de 10 a 15 cm) .•...
90-110
Arena o grava suelta ...•....•..•. 130-145
Camino blando,fangoso,irregular o
arenoso con más de 15 cm de
150-200
penetración de los neumáticos ..•.
22
25-30
27
30-35
25-35
30-40
35-50
40-45
75-100
110-130
70-90
80-100
140-170
100-120
* Se puede considerar alta presión> 5 Kg/cm 2, llevando ésta dumpers y traíllas.
Tabla 2.2 Factores de resistencia a la rodadura fR (Kg/t).
FUENTE A. DAY,
En general cualquier vehículo de ruedas con neumáticos debe vencer una resistencia del
orden de 20 kg/t. cuando se desplaza sobre caminos o carreteras donde las cubiertas no acusan
ninguna penetración.
Dicha resistencia aumentará en torno a 6 kg/t. por cada incremento de penetración de
las ruedas en el terreno de 1 cm.
Esta resistencia también engloba la fricción de los engranajes internos y la flexión lateral
de los neumáticos.
Existe una expres1on que calcula, aproximadamente,
el coeficiente de resistencia a la
rodadura: fR = 20 + 4h, siendo h la deformación del neumático y el hundimiento del suelo (o
huella bajo la carga) medida en centímetros.
De todas formas, decir que hay una resistencia a la rodadura fija para un determinado
tipo de carretera o camino es erróneo, puesto que el tamaño del neumático, la presión de inflado
y la velocidad hacen variar dicha resistencia. Como en movimiento de tierras las velocidades son
menores de 80 Km/h, puede considerarse que no afecta la velocidad. Simplificando,
asignar valores generales a varios tipos de firmes, Tabla 2.2.
se pueden
r
2.6
2.4.2 RESISTENCIA A LA PENDIENTE.
(
(
Es la componente del peso del vehículo paralela al plano de rodadura. La expresión de
(
dicha resistencia es:
(
Rp = W x
sen a. - Rp(kg) = 1000 x W(t.) x sen a
(
(
para pendientes de hasta el 20% se puede hacer la siguiente simplificación:
(
(
sen a= tan a= ____i_ ; i (en%) - Rp(Kg)
=
100
±10 xi x W(t)
'
siendo ( +) si el vehículo sube y (-) si baja.
(
Por consiguiente la resistencia en rampa ( o la resistencia a la pendiente) es de 10 kg/t.
por cada 1% de rampa (o de pendiente).
Recíprocamente
rampa)
1 % de pendiente ( o de
equivale
a
kg/t.
10
de
incremento de esfuerzo tractor.
(
(
(
(
(
(
(
De todo lo anterior se obtiene
que la cantidad de kg-fuerza de tracción
requeridos para mover un vehículo es la
suma de los necesarios para vencer la
resistencia
a
la
rodadura
los
y
requeridos para vencer la resistencia a la
pendiente, es decir,
Fig. 2.6
R,otal
RESISTENCIA
A LA ROOAOURA
RESISTENCIA
A LA PENDIENTE
-
RESISTENCIA
-
TOTAL
=IR X W ± 10 Xi X W
R,,,t.al (kg) = 10 x W (t) x ( IR (kg/l) ± i )
10
donde
f R/10
pendiente
se
puede
equivalente.
desarrolla una
poner
como
una
A continuación
se
aplicación de las expresiones
anteriores.
Fig. 2.7
Dada una máquina cuyo peso es de W = 22 t, la cual se desplaza por una superficie que
tiene una pendiente i = -3% y con un coeficiente de resistencia a la rodadura de 50 kg/t que
equivale a una pendiente ficticia del 5%, se pide calcular la resistencia
total que tiene que
2.7
vencer la máquina en sus desplazamientos.
Dicha resistencia total será:
R, = 50 kg/t x 22 t - 3% x 22.000 kg= 440 kg
o bien
R, = 10 x 22 x (5 - 3) = 440 kg
2.4.3 RESISTENCIA A LA ACELERACION
Es la fuerza de inercia.
Supuesta una aceleración uniforme para pasar de la velocidad v 1 a v2 en un tiempo t:
dv
dt
a= -
La resistencia para acelerar la masa de un vehículo de peso W(t.) será:
1000~ lOOO(v2 -v¡) - R = 28 29 W(v2 -v,)
9,81
3600!
A
'
t
para v1
O y v2 = v quedará:
RA (kg) = 28,29 x W (t.) x v (km/h)
t (seg)
También se puede expresar esta resistencia en función de la distancia recorrida por el
vehículo, d(m):
2d
sustituyendo este valor de aceleración en la expresión de la resistencia a la aceleración resulta:
w
v; - v¡
v; (Km/h) -
v¡ (Km/h)
RA = - - x - - - = 3,93 x W(t) x - - - - -- - - 9,81
2d
d (m)
Por ejemplo, si un vehículo, desplazándose cuesta abajo, quiere frenar en una distancia
d (m), cuando circule a una velocidad v (km/h), el esfuerzo de frenado será:
v2
- 3,93 X W X d
Esta resistencia a la aceleración es poco importante en movimiento de tierras, pero en
el caso de frenado cobra cierta importancia ya que interesa conocer la distancia o el esfuerzo
de frenado del vehículo.
r
(
(
2.8
(
2.4.4 RESISTENCIA AL AIRE.
(
(
Esla resistencia no se suele tener en cuenta dado que las velocidades de los vehículos
al
í
cuadrado de la velocidad. De modo que RAIRE = K x S x V 2 siendo V (m/s.) la velocidad del
(
y maquínaria de obra son pequeñas y se sabe que la resistencia
al aire es proporcional
(
vehículo, S la superficie desplazada normal a la dirección del movimiento y K un coeficiente que
(
depende de la forma de la máquina (más o menos aerodinámica) y que está comprendido enlre
0,02 y 0,08.
(
(
(
La
(
cantidad determinante es el movimiento relativo del aire respecto al vehículo. Si la velocidad
(
Sin embargo, contra viento fuerte la resistencia al aire es un factor significativo.
de la máquína es de 16 km/h. y la velocidad del aire en sentido contrario es de 64 km/h la
velocidad relativa resultante será de 80 km/h. La resistencia al aire deberá tenerse en cuenta
para valores de velocidad relativa superiores a 80 km/h.
2.5 ECUACION DEL MOVIMIENTO Y DETERMINACIÓN DE VELOCIDADES.
(
Definidas todas las fuerzas que actúan en el movimiento de las máquinas de movimiento
(
(
de tierras, ahora hay que estudiar las relaciones entre ellas.
(
Los factores que se oponen al movimiento son:
Resistencia a la rodadura: RR == fR x W
Resistencia a la pendiente: Rr == ± 10 x i x W
Resistencia a la aceleración: Racel. == 28,29 x W x v/t ó Racel.
3,93 X W X v2/t
Resistencia al aire: Rai,c = K x S x v2
La resistencia total será la suma de todas las anteriores, cuya expresión será:
Rroro1 = IR X w ± 10 X i X w + Ra,el + K X s X v 2
Si no se consideran, como se dijo anteriormente,
las resistencia a la aceleración y la
resistencia al aire resulta:
Rrotal = /R X W ± 10 X i X W
El esfuerzo que la máquina debe suministrar a los elementos motrices para superar las
resistencias antes enumeradas es el menor de los siguíentes valores:
- Tracción utilizable: Tu == W fT para que exista adherencia y el vehículo avance.
- Tracción disponible: (es función de la velocidad) T 0 . Esta variará en función de la marcha y
2.9
de la velocidad alcanzada por la máquina. Se deberá tener que:
T D Y TU 2:: RTotal
Recíprocamente,
se puede obtener
conocida la resistencia total y las tracciones utili.7..able y potencia útil
la máxima
velocidad
que es capaz de alcanzar
la máquina
en sus
desplazamientos.
Todo lo que se ha expresado anteriormente
de forma numérica también se puede
representar gráficamente en un sistema de ejes coordenados, Fig. 2.8, en el cual se colocan en
abcisas las velocidades del vehículo y en ordenadas las tracciones,resultando
la curva T O para
plena potencia del motor y una reducción determinada de la caja de cambios.
También se representa
la curva Tu, que es una recta al ser independiente
de las
velocidades y puede cortar a la curva T 0 , o ser exterior T, u·
Caso Tu
Caso T, u
deslizamiento
V¡:
Tu< To,
Vz:
Tu = To, > RT,
V3 :
Tu> T 0 , To= RT,
v3 es válida
V4:
Tu > To, To< RT,
falta potencia luego V2 < v < V3
v2 es válida
v debe ser inferior a v3 , pero está limitada inferiormente por el valor v 5 de máx
T 0 , porque a su izquierda hay inestabilidad del vehículo (falta reducción en la
caja de cambios).
Aplicando lo anterior si T O 5T u,
siendo RT = W x (f R ± 10 x i), Tu = fT x W O x 1000
como debe ser RT ::; T 0 , resulta RT 5 TU
y sustituyendo W x (f R ± 10 x i) 5 fT x W O x 1000
debe cumplirse:
(R
± 10 X
5
1000 X ÍT X W D / W
entonces:
v = Pot x p ~ Pot x p
TD
RT
V
Pot x p
W X ( / R ± 10 X i )
V~
v,
V~
V
Fig. 2.8
Los fabricantes de tractores dan gráficas (Ver figura 2.9) para cada modelo de tractor
donde elegida una marcha Fl, F2, F3, se obtienen la gama de velocidades y tracción disponible.
Según sea el tipo de transmisión las curvas tendrán distintas formas.
(
2.10
(
(
083E-1
X 1 O' lb X 1 O' kg
160
'
1
o
i
1
!
1
1
60
5o
1
100
40
80
60
40
20
'
1
120
'
1
i\
20 r-..
1
'
1
1
1
1
1
1
j
¡
' i i ! ! !
1
í
!
1
Fl
1
!
1
1
\
- "'-~
~\
10
1
!
1
1
'\
30
1
! i
!
1
i
i
:
i
F2
~ I
¡
\1
F3
-
l'-..rt-
(
!
1
í
(
(
(
(
1
!
i :
1
1
o
6
10
14 km/h
12
....__ _2....__ _4~---'6----'-8- MPH
(
(
(
Velocidad
(
(
Fig. 2.9 Tractor Komatsu D83E-1 con convertidor de par.
2.6 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS.
EJERCICIO 2.1
Una misma máquina de movimiento de tierras tiene en distintas obras diferente tracción
utilizable. Dar una explicación, comentando una fórmula.
Solución:
La tracción utilizable viene dada por la expresión;
siendo:
- W = peso total que gravita sobre las ruedas motrices.
- fT = coeficiente de tracción del terreno.
El peso W será el mismo en las distintas obras, pero el coeficiente fT será diferente en función
del terreno ea que opere la máquina.
El producto W x fT podrá ser, pués, diferente al variar el fT del terreno en cada obra.
2.11
EJERCICIO 2.2
Dos tractores
iguales
remolcan
cargas
máximas distintas.
Dar una explicación
comentando una fórmula.
Solución:
La tracción disponible puede calcularse aproximadamente para cada velocidad mediante
la fórmula:
T
0
_ 367 x Potencia (KW) x Rendimiento
velocidad (Km/h)
-
Si los dos tractores son iguales tendrán la misma potencia. Bastará, por lo tanto, que
lleven velocidades distintas, para que varíe la tracción disponible y consecuentemente
la carga
máxima remolcada.
EJERCICIO 2.3
Un tractor de orugas de potencia al volante 300 H.P., se traslada en horizontal sobre
tierra suelta a una velocidad de 3,6 Km/h.
Calcular el peso teórico máx. del tractor para utilizar totalmente la potencia del motor.
NOTA: HP=Horse Power, caballos de vapor.
1 HP = 0,736 KW , 367 x 0,736 = 270 HP
Solución:
Cálculo de la tracción disponible:
T,
= 270 x P (H.P.) x TJ
D
270 X 300 X 0,75
V (Km/h)
3,6
16.875 Kg.
(se supone una eficiencia del 75%)
Cáculo de la tracción utili7..able:
Para utifuar totalmente la potencia del motor, el peso teórico máximo del tractor será
el que resulte de igualar la tracción disponible y la tracción utilizable:
fT = 0,6 (Tabla 2.1)
T0 = Tu -
16.875 = 0,6 x W -
W = 16·875 = 28.125 Kg.
96
W = 28,125 t.
(
(
2.12
(
EJERCICIO 2.4
(
Se supone un tractor de neumáticos de 4400 Kg. de peso, 100 H.P., la velocidad de 2,6
Km/h, y velocidad máxima 26 Km/h.
(
(
Suponiendo un coeficiente de eficiencia mecánica de 0,75, calcular la pendiente máxima
(
que puede superar a la velocidad máxima en tierra húmeda.
(
Solución:
(
(
(
Las fuerzas negativas se tienen que vencer con el esfuerzo de tracción del vehículo.
(
(
Cálculo de la tracción disponible:
T
0
=
270 x P (H.P.) x f1
V (Km/h)
270 X 100 X 0,75 = 779 Kg.
26
(
(
(
(
Cálculo de la tracción requerida:
Rr = ( IR + 10 x i ) x W
(fR en Kg/t, i en %, W en t)
De la tabla 2.2 se obtiene fR = 100 Kg/t por tratarse de tierra húmeda.
Rr = ( 100 + 10 x i ) x 4,4
Supuesto que Tu = fT x W es mayor que RT para que haya adherencia entre ruedas y
suelo, se deberá cumplir T O 2'. Rn por lo tanto:
779 = ( }()() + 10 X i ) X 4,4
=>
i = 1,1%
Comprobación de que se cumple Tu > T n·
Tu = W x IT = Ir x W x cos a
Como,
i = 7,7%
= a = 4,4° =- cos a = 0,997
Ir = 0,45 (por ser tie"a húmeda)
Luego, Tu = 0,45 x 4,4 x 0,997 ::: 1,974 Tn
=
Tu = 1974 Kg > Tv = 779 Kg
) o:
w
~
2.13
EJERCICIO 2.5
En una excavación superficial se desea que una traílla cargue su capacidad máxima en
los primeros 25 ro. de su recorrido. Los datos de la máquina son los siguientes: Volumen de la
caja colmada: 15 m 3 ; Peso en vacío: 21 t; Ancho de la cuchilla de corte: 3m; Potencia al volante:
233 H.P.; Rendimiento
mecánico:
0,85; Carga en ruedas motrices:
66%; Resistencia
a la
rodadura en pistas de acarreo: 40 Kg/t; Resistencia a la rodadura durante la excavación: 120
Kg/t; Resistencia al corte: 3 Kg/cm 2; Densidad de la tierra en banco: 1,%; Densidad de la tierra
suelta: 1,57; Coeficiente de tracción: 0,45.
Velocidad de transporte: 90% de la teórica de cálculo con un máximo de 60 Km/h. Se
considerarán horas de 50 minutos útiles.
No se considera la resistencia que ofrece el material suelto dentro de la traílla al llenado
de la misma. Se pide:
a) Profundidad de corte necesaria.
b) Resistencia máxima que se opone al movimiento.
c) lSerá posible llenar la mololraílla sin la ayuda de un tractor empujador?
d) Calcular las velocidades de acarreo y retorno si en el acarreo la pendiente es
ascendente del 2%.
Solución:
a) Profundidad de corte necesaria:
Como la mototraílla carga su capacidad máxima en los primeros 25 m. de su recorrido,
y el ancho de la cuchilla de corte es 3m, si "h" es la profundidad de corte, se cumplirá que:
F
w
ds
d
15 X 1,57 = 12 m3
1,96
= -
B
V 8 = h x 25 x 3 = 12
de donde:
h = 0,16 m. = 16 cm.
b) Resistencia máxima que se opone al movimiento:
Siendo W = peso total = tara + carga
R ,odadura = f R X W = 120 Kg/t X (21 + 15 X 1,57)1 = 5346 Kg.
Superficie de corte = 300 x 16 = 4800 cm 2
Rca,ga yrorte = 3 Kg/cm 2 X 4800 cm 2 = 14400 Kg.
Rtotal = R,od. + Rca,ga y corte = 5346 + 14400 = 19846 Kg.
(
r
(
2.14
r
(
e) Para llevar la Lraílla sin ayuda de un tractor empujador se debe cumplir que la
(
tracción utilizable no sea menor que la resistencia total que se opone al movimiento, pues en
(
caso contrario la mototraHla patinará y no será capaz de cargar.
(
Tu = fT X WT = 0,45 X 0,66 X 44500 = 13216 Kg.
(
Como Tu < Rtotal, no será posible.
(
d) Vendrá determinada por la tracción disponible mínima para igualar las resistencias
a la rodadura.
(
'
270 x P (H.P.) x µ .. 270 X 233 X 0,85
V
V (Km/h)
(
Resistencia a la rodadura en el acarreo:
Rida
= W X( fR,ida + 10 Xi)= 44,5 X (40 + 10 X 2)= 2660 Kg.
(
(
Haciendo TD .. Rida
Vida
-
270 X 233 X 0,85
2660
vida=-------
(
= 20,1 Km/h.
Como el enunciado dice que la velocidad de transporte es el 90% de la teórica de cálculo
será:
V ida
= 0,9 X 20,1
18 Km/h.
Igualmente para el retorno
= W x( fR, vuelta • 10 X i) = 21 x( 40 · 10 X 2) = 420 Kg.
Rvuelta
T
R
D = "'vuelta
X 0,85 = 127,3 Km/h
= V"""Ita = 210 X 233
420
V vuelta
127,3 Km/h.
Se toma, según el enunciado, el 90% de la calculada,
V vuelta = 0,9 X 127,3 = 114,6 Km/h. > 60 Km/h
Se toma la máxima: V vuelta = 60 Km/h.
(
3.1
CAPITULO 3.
DETERMINACION DE LA PRODUCCION
DE UNA MAQUINA Y COSTES
3.1 DEFINICION DE LA PRODUCCION.
3.1.1 CONCEPTO.
La Producción o Rendimiento de una máquina es el nº de unidades de trabajo que
realiza en la unidad de tiempo, generalmente una hora:
Producción
Unids. trabajo / hora
Las unidades de trabajo o de obra más comúnmente empleadas en un movimiento de
tierra son el m3 o la t, pero en otras actividades de la construcción se usan otras más adecuadas,
como el metro lineal en la construcción
de zanja.:; o de pilotes o el m 2 en las pantallas de
hormigón. La unidad de tiempo más empleada es la hora, aunque a veces la producción se
expresa por día.
3.1.2 FACTORES.
Esta cifra no es una constante del modelo de máquina, sino que depende de una serie
de factores particulares de cada aplicación:
a) Eficiencia horaria.
b) Condiciones de trabajo de la obra en cuestión:
b.1.- Naturaleza, disposición y grado de humedad del terreno.
Los materiales en estado seco tienen un volumen aparente que es el que ocupa la
capacidad de la máquina, pero en estado húmedo presentan una adherencia que hace aumentar
la capacidad. Si la humedad es excesiva, entonces no aumenta.
En el caso de margas y arcillas húmedas el rendimiento de excavación puede bajar
considerablemente
por adherirse el material a las paredes.
b.2.- Accesos (pendiente, estado del firme).
Repercusión de los accesos en el coste final de una obra. Tiene gran importancia el
(
(
(
3.2
(
trazado y conservación de las pistas y cammos interiores de la obra, porque repercuten:
(
- en la polencia necesaria de los vehículos y por consiguiente, en el consumo de combustible.
(
- en el tiempo de transporte, al conseguirse menores velocidades si están en mal estado.
(
- en la capacidad de transporte al ser mayores las cargas si están bien conservadas.
'
'
- en la propia logística, si se producen averías y no hay zona de estacionamiento.
Una falsa
(
economía inicial o de proyecto puede ocasionar llevar mayor repercusión a lo largo de la obra,
(
incluso en el plazo de ejecución si hay que variar el trazado de las pistas durante la obra.
(
b.3.- Climatología (visibilidad, pluviometría, heladas)
(
La climatología
(
no sólo afecta a las interrupciones de trabajo sino al estado del firme
pues el barro y la humedad reducen la tracción de las máquinas (traficabilidad).
Cuando la
temperatura es inferior a 2ºC en la sombra, deben suspenderse los trabajos de relleno.
{
(
b.4.- Altitud, que puede reducir la potencia de las máquinas.
(
e) Organización de la obra:
c.1.- Planificación: afecta a la producción de la máquina: esperas, maniobras, ...
Hay que cuidar el orden de los trabajos para reducir al mínimo el número de máquinas
necesarias y evitar embotellamientos
y retrasos.
c.2.- Incentivos a la producción.
d) Habilidad y experiencia del operador.
Estos factores no son de aplicación tola] y cada uno deberá emplearse sólo cuando lo
requieran las circunstancias.
3.2 EFICIENCIA HORARIA.
Se denomina Producción óptima o de punta (peak) PºP a la mejor producción alcanzable
trabajando los 60' de cada hora.
En la práctica se trabaja sólo 45 ó so' a la hora por lo que la producción normal P n será:
p n = 50 / 60 X pop = Ü,83 X pop = fb X pop
(
(
3.3
En lo sucesivo P se referirá siempre
a la Producción normal Pu.
fh entre los minutos
La relación
trabajados y los 60' de una hora es lo que se
denomina
eficiencia
horaria,
tiempo
productico o factor operacional ( operating
factor). Los factores de los que depende la
producción determinan la eficiencia horaria,
1
1
1,I·
como muestra la tabla 3.1.
1
a la i,
¡
producción, sobre todo con buenos factores
Si se consideran
incentivos
1
de organización, estos coeficientes se verán
incrementados,
pero en cualquier caso será
Fig. 3.1
difícil que alcancen valores superiores a 0,90.
Organización de obra
Condiciones de trabajo
Buena
Promedio
Mala
Buenas
0,90
0,75
0,60
Promedio
0,80
0,65
0,50
Malas
0,70
0,60
0,45
Tabla 3.1 Factores de eficiencia fh.
Por otro lado, en condiciones adversas de trabajo y organización, el tiempo real puede
llegar sólamente a ser el 50% del tiempo disponible.
INCENTIVO
ORGANIZACION
MIN/HORA
fb
SI
BUENA
50
0,83
SI
MALA
42
0,70
NO
MALA
30
0,50
Tabla 3.2 Incentivos a la producción.
Naturalmente una máquina no trabaja sólo una hora sino varias al día durante el período
que dure la obra, que puede ser de muchos meses. Esto hay que tenerlo presente al calcular la
3.4
(
eficiencia media, ya que las condiciones y la organización pueden ir cambiando con el transcurso
de la obra.
También es necesario tener en cuenta las pérdidas de tiempo que se ocasionan, ya que
año
(
(
el tiempo de trabajo continuo anual de una máquina (sin traslados ni esperas) sería de:
52 semanas x 40
'
'
'
horas - 8 fiestas oficiales x 8 horas = 2016 h
semana
día
(
(
y en la práctica es difícil superar las 1.600 horas, principalmente debido a:
<
- Averías de la máquina.
- Mantenimiento o conservación cada cierto número de horas de trabajo, aunque no se
incluirán en Jas pérdidas por reali?__arse normalmente en horas no laborables para la
(
máquina durante las de espera.
- Condiciones atmosféricas locales, que además de afectar a la producción de la máquina
entorpecen la marcha general de la obra.
medias,
expresado
como
porcentaje.
No
es normal
que
se
den
todos
simultáneamente.
Meteorología
9%
Maniobras
8%
Esperas
11%
Averías mecánicas
6%
Habilidad del operador
15%
Total máximo
"'60%
Tabla 3.3 Pérdidas de tiempo.
Se llama disponibilidad de una máquina (availability) a:
disponibilidad =
horas de trabajo
horas de trabajo + horas de reparaciones
Es conveniente antes de comenz.ar la obra hacer un estudio de las posibles condiciones
climatológicas que se puedan presentar durante su desarrollo.
El capítulo de averías de la máquina puede llegar a ser importante y para disminuirlo
hay que prestar atención a:
(
(
La tabla 3.3 expone algunos de los conceptos más comunes y ejemplos de sus valores en
condiciones
(
3.5
- Fiabilidad de la máquina.
- Rapidez en los repuestos y atención del suministrador.
- Cuidados y mantenimientos
a cargo del propietario.
- Habilidad del operador.
- Dureza del trabajo (material, accesos).
Todo lo anterior lleva en determinados ca~os a la compra de maquinaria nueva para una
obra, o a la adquisición de unidades de repuesto si se emplean muchas iguales, con objeto de
asegurar la continuidad de la misma y no interrumpir otras unidades de obra.
3.3 CICLO DE TRABAJO.
3.3.1 CONCEPTO.
Se denomina Ciclo de Trabajo a la serie de operaciones que se repiten una y otra vez
para llevar a cabo dicho trabajo. Tiempo del Ciclo será el invertido en realizar toda la serie
hasta volver a la posición inicial del ciclo.
FASES DEL CICLO DE TRABA.JO DE UNA TRAILLA
(o~~
CARGA
+
IDA
(o~
ACELERACIONES.
~,
@~
FRENAD+GIROS
1
DESCARGA
1
+
~b2
. VUELT_A
tiempo f.f¡o
+
tiempo variable
(transporte}
Fig. 3.2 Fases de un ciclo de trabajo.
duración
del
ciclo
(
3.6
Por ejemplo, en las máquinas de movimienlo de lierras el Liempo de un ciclo de trabajo
(
es el tiempo total invertido por una máquina en cargar, trasladarse y/o girar, descargar y volver
(
a la posición inicial. La suma de los Liempos empleados en cada una de estas operaciones por
'
separado determina el tiempo del ciclo.
r
<
En los capítulos posteriores correspondientes a las máquinas más importantes se llevará
(
a cabo un análisis de las operaciones o fases características de cada una de ellas.
(
(
El tiempo de un ciclo puede descomponerse en fijo y variable. El primero (fijo para
cada caso) es el invertido en cargar, descargar, girar y acelerar o frenar para conseguir las
velocidades
requeridas
en cada viaje, que es relativamente
constante.
(
El segundo es el
(
transcurrido en el acarreo y depende de la distancia, la pendiente, etc. Es importante considerar
separadamente la ida y la vuelta, debido al efecto del peso de la carga (vacío a la vuelta) y la
(
pendiente, positiva en un caso y negativa en el otro.
(
Para un resultado más preciso de la duración de un ciclo suele tomarse un valor medio,
obtenido de la medición de un gran número de ciclos, mientras que un número insuficiente
(
puede llevar a resultados erróneos, debido al cambio en las condiciones externas (material,
climatología, ...)
(
3.3.2 FORMULA DE LA PRODUCCION.
(
(
Una vez calculada la duración del ciclo de trabajo, -.:s posible estimar los ciclos que la
máquina realiza en una hora (60/durac. en minutos) y conociendo la capacidad de la máquina
(volumen de carga, ...) es inmediato el cálculo de la producción:
PRODUCCION ( t ó m 3 )
hora
= CAPACIDAD (
t ó m3
ciclo ) x
N1 CICLOS
HORA
Esta es la producción teórica horaria, pero la efectiva o real será la resultante de aplicar
a la anterior los factores correctores que se considere en cada caso y entre los que encuentran
algunos de los ya estudiados. Otros importantes se refieren al trabajo diurno o nocturno o al
empleo de neumáticos o cadenas. Si C es la capaciadad, la producción real es:
p r = C X o2 ciclos / hora
X f t X f2 X Í3 X . . • X fn
Capacidad
por
X
ciclo
Fig. 3.3 Esquema de producción.
Ciclos
por
hora
3.7
3.4 CALCULO DEL COSTE DE LA UNIDAD DE OBRA.
En el empleo de maquinaria en una obra se deberá buscar su utilización óptima, a íin
de no desperdiciar
los recursos.
Por ello se tratará de encontrar la mejor relación entre
rendimiento y gastos, es decir, el costo más bajo posible por unidad de material movido.
El coste horario de una máquina puede hacerse exhaustivamente mediante la suma de
varios factores. Los principales son:
- División del coste inicial entre el período de amortización que se pretende.
- Intereses del capital pendiente de amortización.
- Gastos de mantenimiento y reparaciones que se estima durante dicho período.
- Gasto en consumos de carburante y neumáticos.
- Mano de obra de los operarios, etc.
Con todo esto es posible llegar a un resultado de coste en Pts/hora. Hay que tener la
precaución de actualizar dicho valor si el período de amorti.7..ación es grande.
Para un Jefe de Obra, los costes que influyen en relación con la maquinaria son:
- mano de obra de maquinista: interviene en el coste de m 3 de la unidad de obra.
- consumo de gasoil: coste de gasoil/m 3 •
- reparaciones por averías, y pérdidas de producción por paradas.
La amortización contable de maquinaria es un coste que le llega de la central y que le
es ajeno en su dirección de obra, pero la depreciación de la máquina, sí que depende de la íorma
de utilizarla y del modo de conservarla.
Existe
un
manual
maquinaria (Seopan-Atemcop)
de
coste
de
admitido por
el MOPMA.
Existe otra íorma de estimar
los
costes horarios, procedente de la experiencia
y
válida
solamente
para
una
Amortización
40%
Consumo gasoil
13%
Mano de obra
17%
Averías y reparaciones
22%
Gastos generales
8%
primera
aproximación. Consiste en tomar como coste
horario un porcentaje
del coste inicial
o
precio de compra, 200-400 ptas/Millón, siendo
Tabla 3.4 Precio del m 3 (valores medios)
inversamente proporcional al tamaño de la
en movimiento de tierras.
máquina y añadir el coste del maquinista
(
3.8
del maquinista incluyendo cargas sociales, unas 2.500 Pts/hora (1993).
(
(
Como orientación del precio de una máquina puede tomarse entre 1000 y 1500 Pts./Kg.
r
(1993).
(
Los parques de maquinaria
de las grandes empresas evalúan los costes horarios
(
atendiendo a sus propios criterios de amortización y gastos, para luego facilitarlo a la obra.
(
Estos costes están contrastados con los precios de alquiler de la maquinaria en el exterior y son
similares, por lo que existen unos precios que se aceptan como costes horarios de mercado para
los diferentes modelos de máquinas y que generalmente
se dan sin combustible,
(
<
con o sin
(
operador, que se añadirá posteriormente.
(
Una vez conocido el coste horario de la máquina y calculado el rendimiento según se
(
(
explicaba en el apartado anterior, es fácil estimar el coste de producción:
(
COSTE DE PRODUCCION = COSTE HORARIO / PRODUCCION
La fórmula más general es:
pts
pts
unids. obra
==
hora
unids. obra
hora
En el movimiento de tierras lo más usual es:
pts
pts
t 6 m3
hora
t 6 m3
hora
refiriéndose la unidad de obra a material en perfil de carretera, cuando se da en volumen.
Pueden evaluarse los resultados con los oportunos factores, si bien con la precaución de
no aplicar más de una vez el factor correspondiente
a un obstáculo.
3.5 CONTROL DE COSTES.
En la obra hay que tener una estadística actual de los costes horarios totales incluído
operador, de las distintas máquinas, de forma que con el seguimiento de la producción de las
distintas
unidades se pueda conocer al día los costes de dichas unidades y en caso de
desviaciones negativas respecto a los precios que figuran en la oferta se puedan hacer ajustes
o cambios.
(
3.9
Los costes de una obra se dividen en directos e indirectos.
Son directos todas las unidades de obra suhcontratadas,
y aquellas que el contratista
principal ejecuta con su personal.
Indirectos, los de su propio personal de control de calidad, dirección y administración,
de forma que aunque los precios de los subcontratistas
sean fijos, retrasos de éstos en la
ejecución repercuten en sus costes indirectos y en aquellas unidades suyas que no avanzan de
forma que los costes aumentan con los retrasos.
En resumen, una vez fijados unos costes y unos plazos, éstos quedan muy ligados entre
sí.
Dado que los costes fijos de una empresa son proporcionales
al número de días de
ejecución de una obra , para disminuir éstos gastos generales hay que reducir el plazo.
Es necesario hacer un estudio económico,
pues normalmente
hay ciertos costes de
producción que aumentan al disminuir el plazo. Los plazos de ejecución vienen determinados
en ocasiones por motivos políticos,
inauguración,
caso de Obras Públicas ya que tienen fija la fecha de
o económicos de rentabilidad o reinversión si el cliente es privado.
Retrasos en el comienzo de las obras son antieconómicos cuando se tiene una fecha fija
de terminación.
El control de costes entra en la planificación
La planificación
(informatizada)
económica.
de una obra se divide en
a) Plan de obra o programa técnico: es un estudio del proceso constructivo descompuesto en
actividades
y de sus plazos de ejecución,
mediante
un modelo gráfico,
PERT, Red de
Precedencias, etc.
b) Planificación
(certificaciones)
económica,
con su
o plan
seguimiento
de objetivos,
de costes,
resultados
y producción
y actualización
cada determinado tiempo.
3.6 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS.
C.P. 3.1 Sobre producción.
Es difícil trabajar las ocho o diez horas, de una forma continuada, debido a esperas y
problemas de organización,
y muchas veces es más orientativo
para el contratista,
evaluar el
(
3.10
(
(
conjunto de las horas del día y así dar una producción por día y no por hora.
(
(
Cuando se dan datos de una obra de carretera, se suele dar el volumen total y los meses
en que se ha ejecutado, con las puntas mensuales de producción. Por ejemplo, en una carretera
de autovía de 11 Km. se dá el dato de ejecución 18 meses en el cual están comprendidos todas
las fases de construcción.
'
'
(
(
En el ejemplo anterior, hubo siete millones de m 3 de movimiento de tierras ejecutados
en 9 meses, o sea, una producción de 760.000 m3 /mes equivalente a 38.000 m 3/día de 10 horas.
(
En la Autovía de Andalucía, en un tramo de 49,6 Km, realizado en 24 meses, se llegó
entre varios tajos a 1 millón de m 3 ~e movimiento de tierras/mes, equivalente a 50.000 m 3/día.
(
{
En la construcción de autovías, una regla empírica aproximada de plazos de ejecución
en función del número de kilómetros puede ser;
(
t (meses) .. 18 + 0,1 x Nº Km.
(
C.P. 3.2
Mantenimiento de la maquinaria.
La conservación o mantenimiento de la máquinaria se suele clasificar en escalones:
ESCALOH
FOHCION
OPERARIO
MISION
lº
Mantenimiento preventivo:
diario, semanal o quincenal
Maquinista y
mecánico
especialista
-Engrase
-Inspección
-Cambios de aceite
2º
Reparación de averías en obra
Mecánicos
profesionales
-Cambios
-Sustitución de componentes
32
Reparación no posible en obra
Taller
-Desmontaje de la máquina
Tabla 3.5
El mecánico especialista es algo más que un mecánico, debe llevar instrumentos
de
diagnosis.
El primer escalón o mantenimiento preventivo es muy importante ya que puede evitar
averías importantes.
· El mantenimiento
de filtros y aceites de motores hidráulicos se hace en las horas
3.11
productivas, aprovechando las paradas.
- Durante el invierno se aprovecha para revisiones y reparaciones generales.
- Debe ser obligatorio
un parte quincenal de conservación
de consumos, averías y
necesidades.
- En cada máquina debe haber una tabla colocada
con los tipos de lubricantes
necesarios, sin permitirse cambios.
- Siempre debe haber un equipo disponible
correspondientes
de mecánicos
en el parque central
al segundo escalón, para en un plazo de 4-5 horas, estar en la obra.
- Las tecnologías actuales de las máquinas, hoy son difíciles para los maquinistas y debe
haber un equipo de mecánicos
especializados.
La doble función de maquinista
y
mecánico ya no es posible. (1993)
Dentro
del
aprovisionamiento
interrupciones
mantenimiento
de
la
maquinaria
de gasoil, ya que sus irregularidades
puede
incluirse
también
el
pueden ocasionar averías o al menos
de trabajo. Se necesita pues "conocer" el consumo diario de las máquinas y
proveer las cisternas de almacenamiento y transporte necesarias
C.P. 3.3
Caso particular de organización
de obra: La conjunción de actividades
simultáneas
diferentes en los procesos constmctivos.
Se observa que el estudio de las obras en general se realiza sobre actividades
procesos constructivos consecutivos
de
o independientes mediante programaciones lineales, pero
hay bastantes casos donde aquellos no son consecutivos sino simultaneos diferentes y es objeto
de este estudio explicar algunos criterios que ayuden a resolver esta problemática.
Los equipos
que trabajan
en actividades
diferentes
y simultáneas
deben estar
equilibrados en cuanto a tamaño y producción para conseguir una operación económica ( o sea
sin esperas unos de otros).
Un caso práctico en obras hidráulicas son las presas de materiales sueltos, en las que hay
que ir levantando simultáneamente
los espaldones, el núcleo central y los filtros, que al no ser
materiales homogéneos, tienen distinta maquinaria de puesta en obra y representan diferentes
actividades. Todos los factores externos, si repercuten en una actividad, repercuten en las otras.
En el caso anterior, los elementos de auscultación que se introducen en el núcleo representan
otra actividad simultánea. La diferenciación de materiales obliga a unos planes de ejecución muy
estudiados, debido a la dificultad que representa la conjunción de los procesos constructivos.
Hay que determinar la variable geométrica que marca el ritmo o su variación en función
del tiempo, es decir su producción, y en función de ella determinar los equipos correspondientes
y sus producciones
reales teniendo muy en cuenta los factores locales. A continuación
se
(
(
3.12
procede por iteracción a los cambios necesarios de capacidades, para que resulte un equilibrio
(
lo más económico posible. En el primer caso expuesto la variable geométrica es la altura.
(
r'
(
(
'
(
(
(
(
Es importante la elección de los equipos que intervienen en las distintas actividades
(
sobre todo en los que marcan el ritmo, porque una avería en uno de ellos representa una parada
en los restantes.
a)
b)
Este tema puede abordarse desde distintos puntos.
Conservación preventiva de la maquinaria, primer y segundo escalón, con disposición de
(
mecánicos y respuestos in situ.
(
Edad de la maquinaria, adquiriéndola nueva para la obra, o sino con muy pocas horas
de utilización (en buen estado).
c)
Valoración del costo horario de la máquina y eventualmente.
C.1. Tener otra de repuesto
C2. Sustituirla
por varias de menor producción de forma que nunca se llegue a la
paralización total de la obra, sino a una menor producción.
La logística
en la ejecución de actividades
diferentes simultáneas
puede plantear
problemas, con los siguientes factores a tener en cuenta.
A) Aprovisionamiento de materiales, procedentes de canteras, graveras, préstamos y su
movimiento en el interior de la obra.
B) Repercusión
de los accesos, estado de las pistas y ubicación de las zonas de
estacionamiento
para el caso de averías de los medios de transporte.
En construcción de firmes existen tres actividades que son fabricación, extendido de
aglomerado y compactación. Como las tres operaciones deben constituir un proceso continuo,
anteriormente
se necesitaba un gran número de camiones, que además de transportar
mezclas servían de almacén regulador
(
(
para asegurar
la continuidad
las
de la extendedora.
3.13
Actualmente esto se consigue con un vehículo de transferencia
tolva alimentadora autopropulsada
cinta transportadora
de mezcla, MTV, que es una
(Fig. 3.4) que recoge la carga de los camiones y mediante
alimenta la extendedora sin que esta pare, presentando grandes ventajas
de producción y regularidad superficial (calidad para el usuario)así como reducción del número
de camiones. La variable geométrica en este caso es la longitud, y su variación la velocidad de
avance de la exlendedora.
Fig. 3.4 Esquema de trabajo, el camión descarga al MTV, y éste
a la tolva precedida de la extendcdora de asfalto.
La continuidad en la fabricación se facilita mediante la colocación de uno o varios silos
reguladores o de almacenamiento a la salida de la planta asfáltica.
De esta forma las plantas discontinuas trabajan de forma continua cuando los camiones
faltan, y llenan su carga máxima, en vez de amasadas completas de mezcladora.
Los silos de almacenamiento se llenan una hora antes y así los camiones no esperan o
se necesitan menos. (Figs. 3.5 y 3.6)
D
D
[BJ
Fig. 3.5 Descarga directa de mezcladora de
planta asfáltica a camiones.
\
'
Fig. 3.6 Carga de mezcla asfáltica
de silo regulador.
r
3.14
(
(
Otro proceso constructivo donde se reafü.an tambien actividades simultáneas, es el de
'
•
(
los encofrados deslizantes en estructuras, donde hay tres actividades: colocación de armaduras,
elevación de encofrado y hormigonado.
(
En este caso la variación o sea, la velocidad de
elevación es importante porque determina la presión del hormigón sobre los encofrados.
(
(
En edificación, la prefabricación
es un caso típico, ya que mientras se van levantando
determinadas estructuras, otras se pueden ir prefabricando simultáneamente.
(
Tal es el caso de
vigas y losas de cubiertas prefabricadas con construcción in situ de pilares.
Siempre hay una actividad que predomina sobre las restantes. En los casos anteriores
citados de Jas presas de materiales sueltos, la actividad es la compactación del n6cleo, en la
carretera es la compactación del aglomerado y en los encofrados deslizantes es el hormigonado.
(
(
Se pueden citar otros casos de actividades
diferentes
simultáneas
como son la
construcción de zanjas en terrenos inestables con protección de blindajes metálicos. Las dos
(
actividades son colocación de blindajes y excavación. En la hinca de tuberías horizontales y
muros de pasos inferiores
mediante
gatos hidráulicos,
deben realizarse
las actividades
(
simultáneas de hincado y excavación.
Por lo tanto, en la programac1on de las obras hay que prestar atención a los casos
particulares
de actividades
simultáneas
y tener
presentes
los distintos
factores
antes
mencionados. Los caminos críticos del Pert detectan cuando son convenientes las actividades
simultáneas.
Las actividades simultáneas diferentes tendrán un fuerte incremento,
porque es un
sistema bueno y natural de acortar plazos de ejecución.
A nivel particular, intuitivamente, las personas procuran hacerlas también; 1a diferencia
importante, es que el individuo es el mismo, y se le desaconseja totalmente por el riesgo de
equivocaciones y accidentes.
EJERCICIO 3.4
Dos máquinas de movimiento de tierras del mismo tipo, pero de distintas características
técnicas dan una misma producción. Dar una explicación.
Solución:
La producción horaria de una máquina de movimiento de tierras viene dada por la
expresión siguiente:
(
3.15
Peso o volumen
n ° de ciclos
X
hora
ciclo
Producción horaria
Los factores del producto anterior pueden ser distintos, pero el resultado el mismo.
EJERCICIO 3.5
Un tractor agrícola de peso 3 t., 70 H.P., carga en ruedas motrices 60% del peso,
transporta arena seca en un remolque basculante de tara 1 t. y volumen 3 m 3• Transita por un
camino blando de tierra con una pendiente ascendente del 3% y la descarga a 2 Km.
El tiempo de carga es de 40 segundos, el tiempo de descarga 15 segtmdos y el de
maniobras 25 segundos. El coste diario del tractor, remolque y tractorista es de 88.000 pts.
La velocidad máxima posible del tractor es de 40 Km/h.
Calcular el volumen en banco, la producción y el coste de tonelada transportada.
Solución:
1º) Para determinar el volumen en banco transportado se
utilizará el valor que tiene el factor de esponjamiento (Fw) para arena seca.
22) Coste de t transportada.
VB
0 87 = '
3
=>
V
B
= 3 x O 87 = 2 61 m 3
,
'
Aplicando la fórmula del 3.4, hay que determinar el coste horario y la producción.
La producción viene dada por la fórmula del 3.3.2.
Para calcular el nº de ciclos por hora habrá que determinar el tiempo de ciclo, es decir,
el utilizado por la máquina en cargar, ir, descargar y volver (tiempo fijo y tiempo variable):
- tiempo fijo: es el invertido en cargar, descargar, girar y acelerar o frenar.
tr = 40 + 15 + 25 = 80 segundos
- tiempo variable: es el invertido por la máquina durante el transporte.
· tiempo de ida: tida = 2000 m / vida
· tiempo de retomo: tret = 2000 m / v,et
Habrá que calcular
respectivamente.
vida y vret para obtener
los tiempos
de ida y de retomo
3.16
(
Para ello se calcula la tracción requerida a la ida y a la vuelta:
(
(
RT.Ido = ( f R + 10 x i ) x Wida
Considerando;
(
f R = 50 Kg/t, por ser camino blando de tierra.
{
i = 3 (pendiente del 3%)
W;da
(
= peso total máquina = tara remolque + peso tractor + peso de la carga remolcada.
(
De las tablas 1.1: densidad suelta de arena seca: 1,34
dendidad en banco de arena seca: 1,54
W = 1 t + 3 t + 3 m) X 1,34 _f_ = 8,02 t
ml
Por tanto,
(
Ri,,,,. = (50 + 30) x 8,02 = 641 Kg
(
RT...,.,, = (K, - 10 x i) x wwelta = (50 - 30) x (1 + 3) = 80 Kg
Trace. utilizable =Tu= 60 xWxCr=0,6x3000x0,45=810Kg
100
(CT = 0,45 para camino blande y tractor de neumáticos)
270
x P
TJ = 270-x-70
=-~(H.P.)
- ~x~
- x-0,8
-
1lracci"6n d"isponz"ble = T
V (Km/h)
D
V
(Se supone una eficiencia mecánica del 80 %)
Resulta Tu > RT y habrá que calcular V para que se cumpla que T O e:: RT.
270 X 70 X 0,8 = 641 Kg
vida:
vida
Vida
= 23,5 Km/h = 6,52 m/s
TD
=,,
~'T..,
270 X 70 X 0,8
= - - - - = 80 Kg
v,a
v,et = 189 Km/h
Como V,e1 > V máx se toma como V,01 el valor de V máx, es decir, V,01 =40 Km/h = 11,11 m/s.
Será, pues:
tida
(
2000 m
=- - = 306 seg.
6,52 m
s
(
3.17
tra
2000 m
=-- = 180 seg.
11,11 m
s
Juego t,otal = tida + t,et + tmaniobras = 306 + 180 + 80 = 566 seg
Producción horaria:
Volumen en banco
= 2,61 m 3; densidad en banco
1,54 t/m 3
2,61 m 3 X 1,54 _t_
3 x 4 7 ciclos = 18,89 t/h
P = _ _ _ __ _ m_
ciclo
' hora
n ° ciclos = 3600 x 0,75 = 4 7 ciclos
hora
566
' hora
( Se supone una eficiencia horaria del 75 % )
Para el coste horario se supone jornada de trabajo de 8 horas, por consiguiente, el coste
horario será:
88.000 pis = 10.000 pts
8 horas
hora
El coste de tonelada transportada:
e = 10.000 / 18,89 = 529 Pts/t
EJERCICIO 3.6
En un movimiento de tierras, de trabajo diurno, de un sólo turno, se pueden utilizar
varias máquinas de las siguientes características:
Tractor de cadenas
Cargadora de ruedas
Mototraílla
48.000 Fts.
36.000 Fts.
108.000 Fts.
Capacidad m3
6
3
15
Tiempo de carga, seg.
20
10
50
Tiempo de descarga, seg.
o
5
30
Tiempo de maniobras, seg.
10
15
46
Velocidad ida, Km/h.
3,6
7,2
28,8
Velocidad retorno, Km/h.
7,2
14,4
36
Coste diario total con operario
3.18
(
(
Jornada de trabajo y tiempos productivos, considerarlos normales e iguales para todas
(
las máquinas.
r
(
La traílla durante la carga necesita ser empujada por un tractor, que puede atender a
(
4 traíllas.
(
(
Determinar las distancias a partir de las cuales es más económico utilizar:
a) La cargadora en lugar del tractor.
(
b) La trailla en vez de la cargadora.
(
(
(
Solución:
(
Se analiza previamente el tiempo fijo y el tiempo variable de cada máquina, con el fin
de determinar el tiempo del ciclo de cada una de ellas.
(
(
Se llama "d" a la distancia recorrida por cada pareja de máquinas.
(
(
Cargadora
Tractor
Mototrailla
Carga
20
10
50
tfijo
Descarga
o
5
30
(seg)
Maniobras
10
15
46
Total
30
Velocidad
Ida
1
(m/s)
Retorno
tvariable
Ida
(seg)
Retorno
2
d/1
d/2
Total
30
Total 126
2
8
4
10
d/2
d/8
d/4
d/10
El tiempo del ciclo de cada máquina será la suma del tiempo fijo y el tiempo variable
para cada una de ellas:
tciclo (seg)
Tractor
Cargadora
Mototraílla
30 + (3/2) d
30 + (3/4) d
126 + (9/40) d
Si se considera una eficiencia horaria de 5/6 (horas de 50 minutos), el número de ciclos
por hora en cada caso sería:
3.19
Tractor
Cargadora
Mototrailla
Para el cálculo del coste horario de cada máquina se considera jornada de 8 horas. En
el cálculo del coste horario de la traílla hay que añadir la parte proporcional del tiempo que
dedica el tractor empujador, que se supone 1/4, ya que empuja a 4 traíllas.
a) Cálculo de la distancia "d" para la cual es más económico utilizar la cargadora que el
tractor.
Deberá ser el coste de producción de la cargadora menor o igual que el del tractor, por
tanto:
36000
48000
36000
5
6x - - - -- x - x 8
6
30 +
X d
2
5
x-x8
6
x d
36000
3 X - - - --
30 +
i
4
720 X (30 +
i
4
X
i
~
tÍ)
90+~xd~60+3xd
4
=>
480 X (30 +
i
3o~lxd
=-
2
4
X
tÍ)
d~40m
b) Cálculo de la distancia "d" para la cual es más económico utilizar la traílla que la
cargadora.
Análogamente, deberá cumplirse que:
108()()() + .!. X 48()()()
4
36000
5 X 8
15 X
X 6
9
126 + X d
40
24 X (126 + _2._ X ti)
3
40
9
9 X d
252 + - X d ~ 90 +
20
4
=>
~
36000
36000
5
6 X
X X 8
6
3
30 + - xd
4
~ 12 X (30 + ~ X ti)
4
~
161 ~ - X d
20
q
d ~ 90 m
(
(
r
(
(
(
r
(
(
r
(
(
(
(
(
f
(
(
(
(
(
(
l
(
(
(
(
(
(
(
(
l
l
l
l
~)
l11
u
l
u
u
u
u
u
I.J
y
u
\
4.1
CAPITULO 4.
CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINAS
DE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXCAVACION.
4.1 SIGNlFICADO DEL MOVIMIENTO DE TIERRAS.
En construcción de carreteras, los capítulos en que se descompone la obra suelen ser:
- Retirada y reposición de servicios.
- Movimiento de tierras.
- Drenajes y obras de fábrica (marcos, tubos, cunetas).
- Estructuras (viaductos, pasos superiores e inferiores, puentes).
- Túneles.
- Firmes.
- Señalización (pintura, señales, barreras, mallas de cierre).
- Anejo de integración ambiental (plantaciones, hidrosiembra, pantallas).
La retirada y reposición de servicios comprende: accesos a fincas, vías de servicio, cruces
de líneas telefónicas, eléctricas, acequias, conducciones de agua y alcantarillado.
Los materiaJes que aparecen en movimiento de tierras son:
- Tierras.
- Tránsito.
- Rocas.
Estos materiales se pueden clasificar según su velocidad sísmica, y tomando unos valores
orientativos se utilizarán las máquinas que posteriormente se verán, y que pueden resumirse en
el siguiente cuadro, en una primera aproximación simplista:
EXCAVACION
VELOC. SISMICA
MAQUINA
Tractor hoja frontal
Tierras
< 1000 m/s
Excavadora
Traílla
Tránsito
Roca
1000 - 2000 m/s
> 2500 m/s
Escarificador
(Tractor cadenas)
Explosivos. Perforadoras.
Tabla 4.1 Velocidades sísmicas
Los volúmenes principales en que se descompone el movimiento de tierras figurarán en
el proyecto con sus precios como unidades de obra, las cuales se correspoden con distintas
actividades, pudiendo estar algunas de estas, agrupados en un sólo precio o unidad de obra.
(
(
4.2
(
(
(
(
Las distinlas aclividades son:
a) Despeje y desbroce del terreno (m 2):
(
Consiste en la demolición de obstáculos, como construcciones,
b) Excavación en tierra vegetal (m
(
arbolado, etc.
(
3 ):
Es el levantamiento de 1 cobertura de tierra vegelal y lraslado a verlederos o acopios
(
para posterior revegetación de taludes.
(
c) Excavación en suelos (m 3):
d) Excavación en préstamos para el núcleo (m 3).
e) Excavación en roca con voladura (m 3).
f) Terraplenes ( rn
(
(
3 ).
g) Pedraplenes con productos de voladura o escarificación
h) Explanada mejorada (m
(
(m 3).
(
3).
(
i) Refino de taludes en desmonte (m 2).
'
j) Refino de taludes en terraplén (m 2).
(
k) Sanco de taludes en roca (m 2).
1) Apertura de pistas de acarreo y caminos de acceso a los distintos tajos.
El movimiento de tierras puede representar en la variante de una autovía alrededor de
125.000 - 200.000 m 3 /Km., y con un precio orientalivo de 350 ptas/m 3., resultan de 45 a 70 M
ptas/Krn, y si se estima para la autovía un costo de 400 - 500 M ptas/Km.,
representa
aproximadamente el 20%, ocupando del 50 -60% del plazo de ejecución.
El movimiento de tierras en una presa de materiales sueltos depende de la longitud de
la presa y caudal punta de aliviadero, que es el que condiciona el volumen de hormigón, el cual
puede tener un costo económico total mayor que el del movimiento de tierras (el precio de la
unidad de obra de hormigón es muy superior al de las tierras).
Unas cifras de valores medios situarían el movimiento de tierras del 45 al 75% del
presupuesto total. En el caso de presas de hormigón puede representar del 5 al 10%.
En resumen, como orientación, movimienlo de tierras:
- Autovías - 20-30%.
- Presas de tierras - 45-75%.
- Presas de hormigón - 5-10%.
4.2 CONSTITUCION
Y TIPOS DE SUELOS.
Los diversos tipos de suelos que son considerados en el movimiento de tierras pueden
4.3
vanar desde roca sólida hasta tierra sola, pasando por todas las combinaciones de roca y tierra.
Así los diferentes tipos de materiales ofrecen diferente resistencia para ser movidos,
dependiendo del peso del material, dureza, rozamiento interno y cohesión.
Se tiene que una menor resistencia de remocióm implica una mayor facilidad de carga,
siendo ésta úJtima fundamental en la elección del equipo o tipo de maquinaria a utilizar.
Los distintos tipos de tierras se forman con rocas desintegradas,
residuos vegetales y
animales. Una vez formada, comprende materia mineral, materia orgánica, agua y aire.
Las tierras, en general, pueden dividirse básicamente en cinco grupos: arcillas, limos,
arena, gravas y materia orgánica. La realidad dice que se pueden encontrar estos materiales en
forma independiente o en varias combinaciones y mezclas.
4.3 TIPOS DE EXCAVACIONES.
Los tipos de excavación, se pueden dividir en tres grupos: a cielo abierto, subterráneas
y subacuáticas. Dependiendo de la constitución del terreno y del material excavado, se tendrán
que utilizar unos u otros medios de excavación.
4.3.1 EXCA VACION A CIELO ABIERTO.
La clasificación
podría ser la siguiente:
- En roca: es necesario utilizar explosivos.
- En terreno duro: uso de explosivos o ripado.
- En terreno de tránsito: término poco definido, en general se puede excavar por medios
mecánicos, pero no a mano.
- En tierras: se puede excavar a mano.
- En fangos: es necesario emplear medios especiaJes de transporte o hacer una desecación
previa.
Todos los trabajos pueden hacerse en seco o con agotamiento, nivel freático por debajo
del plano de excavación.
En este tipo de excavaciones
es fundamental
la elección del equipo idóneo para
transporte y carga.
Como norma general hay que considerar que el equipo de transporte debe ser cargado
4.4
(
(
entre 3 y 6 cargadoradas o ciclos del equipo de carga.
(
(
'r
Los puntos a tener en cuenta para seleccionar el equipo de transporte son: Recorrido,
distancia, pendientes y curvas, material a transportar, producción requerida y equipo de carga
(
disponible.
Los correspondientes
al equipo de carga, por orden de preferencia,
requerida, zona de trabajo o carga (amplitud y condicionantes),
cargar (en banco, ripado, volado), disponibilidad
son: Producción
características
del material a
'
(
(
requerida, equipo de transporte a utilizar.
(
4.3.2 EXCAVACIONES SUBTERRANEAS.
Pueden ser:
(
(
· En túnel y galerías: Normalmente es necesario el uso de explosivos o topos según longitud y
(
tipo de terreno. Debe tener sección suficiente para permitir el uso de medios mecánicos de
(
excavación, carga y acarreo (mayor de 3m 2).
También se utillizan rizadoras y martillos de percusión. Los escudos cuando los terrenos
son inestables.
· En pozo: Excavación en vertical o casi vertical, teniendo que ser extraídos los productos por
elevación.
Las dificultades,
organización,
medios
subterráneas, están fuertemente condicionadas
accesos
auxiliares
y coste
de éstas excavaciones
por la distancia de los frentes de ataque a los
y bocas de entrada y por la presencia
de agua, especialmente
en excavaciones
descendentes.
4.3.3 EXCAVACIONES SUBACUATICAS.
Son aquellas en las que no es posible una actuación desde tierra, siendo necesano el
empleo de material flotante o medios análogos.
Según la naturaleza del fondo, se pueden clasificar en:
- Arenas y fangos: Se pueden transportar por tubería los productos de excavación mediante
bombas y dragas de succión.
- Fondos moderadamente duros: Arenas consolidadas y rocas blandas, dragas de succión con
cabezal cortador.
4.5
- Fondos duros: Mediante dragas de arranque o rosario. El material extraído no puede
transportarse
por tubería, por componerse normalmente de trozos grandes.
- Rocas: Mediante martilo romperrocas o voladuras subacuáticas.
4.4 CLASIFICACION
Y TIPOS DE MAQUINARIA.
Se puede clasificar la maquinaria de excavación y movimiento de tierras, atendiendo a
su traslación, en tres grandes grupos.
4.4.1 MAQUINAS QUE EXCAVAN Y TRASLADAN LA CARGA.
- Tractores con hoja empujadora.
- Tractores con escarificador.
- Motoniveladoras.
- Mototraíllas.
- Cargadoras.
Son máquinas que efectúan
superficiales.
la excavación al desplazarse,
o sea, en excavaciones
La excepción es la cargadora, que cuando excava es en banco, pero luego se
traslada con la carga, aunque la aplicación normal de ésta máquina es para cargar material ya
excavado o suelto.
4.4.2 MAQUINAS QUE EXCAVAN SITUADAS FIJAS, SIN
DESPLAZARSE.
Realizan excavaciones en desmontes o bancos. Cuando la excavación a realizar sale de
su alcance, el conjunto de la máquina se traslada a una nueva posición de trabajo, pero no
excava durante este desplazamiento.
El desplazamiento necesario entre el órgano de trabajo (hoja, cuchara, cazo, cangilón,
etc.) se efectúa mediante un dispositivo cinemático que modifica la posición relativa de este
(
4.6
órgano de trabajo y el cuerpo principal de la máquina.
'
'r
En este grupo se encuentran:
- Excavadoras hidráulicas con cazo o martillo de impacto.
- Excavadoras de cables. Dragalinas.
(
- Excavadoras de rueda frontal.
(
- Excavadoras de cangilones.
(
- Dragas de rosario.
(
- Rozadoras o minadoras de túnel.
(
(
(
(
4.4.3 MAQUINAS ESPECIALES.
La excavación se efectúa empleando otros dispositivos,
siendo su campo de aplicación
generalmente más limitado.
- Topos: La presión sobre el terreno se logra por mediante el
desplazamiento del cabezal de la máquina y el desgarramiento
del mismo por un órgano dotado de movimiento rotativo.
- Dragas y bombas de succión: El material (arenas, limos) es arrastrado formando una emulsión
por una corriente de agua que es aspirada por una bomba, que puede impulsarla
por una
tubería.
- Dardos y chorros de agua: A gran presión, utilizan la energía cinética y el efecto de disolución
del agua para atacar y remover materiales disgregables.
- Fusión térmica: Se utilizan productos que rebajan el punto de fusión y permiten la perforación
y corte de rocas. Se emplea para corte y perforación de rocas y hormigón en circunstancias
especiales.
4.5
CLASIFICACION
DE ATKINSON
(1977) DE UTILIZACION
DE
MAQUINARIA ATENDIENDO A LA RESISTENCIA A COMPRESION.
(
4.7
APLICAC/°" POSIBLE
MARGINAL
* S• nk-1'9,tO OIOIOd1,1ro r,oro ,nct..-10/n rN,.,.,,...
M
8
<r
o
o
R _
ROCA
C _
SUELO COHESIIIO
G_
SUELO GRANULAR
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I Ol'OftClff'IOfQlnOI
<r
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COOIGO
R7
ROCA EXTREMADAMENTE RESISTENTE
200 r >
R6
ROCA M lJY RESISTENTE
100-200
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RESISTENCIA A
LA COMPIIESION
MN /m1 (MPc)
OESCRIPCIOO
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'-'
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a:
o
V,
R5
ROCA RESISTENTE
~ - 100
(.)
R4
ROCA MOO€RADAMENTE RESISTENTE
12,5 · ~
o
R3
ROCA MODERADAMENTE OEBIL
5· 12,5
R2
ROCA OEBIL
1,25·5
RI
ROCA MUY DEBIL
0,6- 1,25
C4(G4)
DURO (DEBILMENTE CEMENTADO)
0,15-0,6
C3(G3)
FIRME (COMPACTO)
0,08-0,IS
C2CG21
BLANDO ( SUELTO)
0,{)4·0,08
C l (G I)
l,füY BLANDO ( MUY SUELTO)
e(
a:
V,
o..J
w
:::,
V,
< 0 ,0 4
.
·-
-
..
Tabla 4.2 Rangos de utilización de distintos tipos de máquinas según la resistencia a compresión
4.6 CLASIFICACION ATENDIENDO A LA EXCA VABILIDAD.
4.6.1 INDICES DE EXCA VABILIDAD, IE, DE SCOBLE Y MUFfUOGLU.
Se estudian cuatro parámetros geomecánicos importantes que son:
- W: alteración por meteorización.
- S: resistencia a compresióm simple.
- J: separación entre diaclasas.
- B: potencia de los estratos.
Se rellena así el siguiente cuadro:
CLASES
DE
MACIZOS
MODERADA
ROCOSOS
PARAM ET ROS
1
2
ALTERACION
INTENSA
ALTA
Valoración ryv'¡
< o
5
15
20
25
RESISTENCIA DE LA ROCA (MPII)
< 20
20-60
40 - 60
60- 100
> 100
3
4
5
LIGERA
NULA
COMPRESION SIMPLE (MPII) t.(50)
< 0,5
0,5- 15
1,5- 2,0
2 • 3,5
> 3,5
Valoración (S)
o
10
15
20
25
SEPARACION ENTRE DIACLASAS (m)
0,3
0,6 • 1,5
0,6- 1,5
1,5 - 2
> 2
Valoración (J)
5
15
30
45
so
POTENCIA DE ESTRATOS (m)
< 0,1
0,1 - 0,3
0,3 • 0,6
0,6 • 1,5
> 1,5
Valoración (8)
o
5
10
20
30
Tabla 4.3 Evaluación del Indice de Excavabilidad.
(
(
4.8
(
(
En función de éste índice, resultan unos rangos de utilización
máquinas.
de distintos tipos de
(
(
r
(
CLASE
1
FACILIDAD DE
EXCAVACIOH
(W+S+J+B)
MUYFACIL
< 40
INDICE
EQUIPO DE
EXCAVACWN
TRACTORES
DE
RIPADO
MODELOS DE EQUIPOS
(
EMPLEADOS
A Tractor (Cat. D8)
e. Oragalina > 5 m 3
(
(Lima 2400)
C. Excavadora ele Cables > 3 m 3
(Ruston Bucyrus 71 RB)
DRAGAUNAS
FACIL
2
40 . SO
EXCAVADORAS
A Tractor (Cat. D9)
B. Oragalina > 8 m 3 (Marion 195J
C. Excavadora ele Cables > 5 m
(
(
(Rus1on Bucyrus 150 RB)
3
MODERADAMENTE
50 - 60
DIFICIL
DRAGAUNAS
EXCAVADORAS
DIFICIL
4
60 • 70
A Tractor • Excavadora · Pala
Cargadora (Cat. 09)
B. Excavadora Hiclrliulica > 3 m 3
(Cat. 245)
(
A Tractor - Excavadora • Pala
Cargadora (Cat. D10)
B. Excavadora Hiclrliulica > 3 m 3
(
(Cat. 245 6 O&K RH40)
5
MUY DIFICIL
70 - 95
6
EXTREMADAMENTE
DIFICIL
95 ·100
7
MARGINAL
SIN VOLADURA
Excavadora Hidráulica > 3 m 3
(Cat. 245 6 O&K RH40)
EXCAVADORAS
Demag H111
Excavadoras
Poclain 1000 CK
Hidrliulicas
> 7m3
P& H 1200
AH 75
Oemag H 185
Demag H 241
O & K RH300
> 100
Excavadoras
Hidráulicas
> 10m3
Tabla 4.4 Rango de utilización de maquinaria según el índice de excavabilidad.
Fuente: Ingeopres, Abril 92.
Se deduce de la tabla que a partir de un índice de 60 se necesitan ya máquinas muy
importantes, que entran más en el sector de minería que en el de Obras Públicas.
4.6.2 CLASIFICACION DE FRANKLIN DE UTILIZACION DE
MAQUINARIA DE EXCAVACION.
Como complemento a las clasificaciones
zonas de utilización
de excavadoras,
tractores
anteriores, el cuadro de Franklin relaciona
(escarificación),
según espaciamiento
entre
fracturas y un índice de resistencia a cargas puntuales.
En el ensayo de Franklin,{ s (MN/m 2) es un índice de resistencia a cargas puntuales (load
point test).:
En Geotecnia se considera R 0 " ' 20 Is. Se representan en la Fig. 4.1.
4.9
6
....,
EH
.§
:,:.
2
VOLADURA
(/)
~
VH
D::
::,
1-
u
100
07'
o
D::
u.
w
D::
1-
D::
00
,.
o
0,6
~
H
0,2
zw
o1z
w
:E
VH MUY GRANDE
M
0,06
L
~
u
~
VOLADURA DE ESPONJAMIENTO
(PREVOLADURA)
EH EXTREMADAMENTE GRANDE
0,02
Q.
EXCAVACION
V)
VL
w
0,006
-1
VL
0,03
L
0,1
M
H
GRANDE
M
MEDIO
L
PEOUEIIO
VL
MUY PEOUEIJO
EL
EXTREMADAMENTE PEQUEÑO
EH
O,!
!
10
30
INDICE DE RESISTENCIA A CARGAS PUNTUALES
1 e (M Pal
1
!il,k
iló,c!o.bo
.!,o
Re RESISTENCIA A LA COMPRESION (MPo)
o,o!í'loki/ói/óíl,
NUMERO SCHMIDT
Fig. 4.1 Procedimientos
de excavación de rocas según índices de Franklin.
Franklin da una correlación entre 15 y Re (Resistencia a compresión, el espaciamienlo
entre fracturas o grado de agrietamiento, el índice RQD (Rock Quality Desiguation, índice de
calidad conocido en mecánica de rocas) y el procedimiento de arranque, que se representan en
la Fig. 4.1.
. 1:-- AA ENI SCAS
2:-PIZ ARRAS
3:-GRANITOS
·,,.CALIZAS
5.-00 LOMIAS
6:-TACONtrAS
7.-CUARCUAS
100·
200
300.
'ºº
so o
&00
MPa
Tabla 4.5 Re. Resistencia a compresión de algunas rocas.
Se deduce de todo lo anterior, que cuando se lrala de rocas, la velocidad sísmica es un
dato más de los que hay que considerar para utilizar excavadoras, traclores o voladura.
(
4.10
RESISTENCIA ESPECIFICA A
LA EXCAVACION
DESCRIPCION DE SUELO/ ROCA
CLASE
EJEMPLOS
GENERAL
KL(N / cm)
o
Material granular
Carbones. minerales blandos, etc.
1
Blando. suelo suelto y arenoso
Arenas
11
Suelo relativamente denso
Arenas arcillosas blandas: Grava
media a fina; Arcillas blandas
o húmedas
KA(N / cm 1 )
{N / cm 2 )
4-
300
(
(
(
100-
500
13
r
(
200-
650
12- 25
300-
800
111
Suelo denso
Arenas arcillosas duras; Arcillas.
Lignitos blandos; Grava dura
250-800
20-
38
800-1.000
IV
Suelo muy denso
Arcilla dura: Pizarra arcillosa;
Carbón duro
400- 1.200
30- 50
l .000-1.500
Roca semisólida de baja
resistencia; Roca con bastantes
grietas
Pizarra arcillosa; Arcilla muy dura;
Fosforita blanda; Caliza muy
blanda; Carbones
500- 1.600
5Q- 70
6,000
8,000
VI
Roca semisólida relativamente
dura. Roca con grietas
Caliza blanda; Mármol: Yesos;
Arenisca; Fosforita dura; Pizarra;
Carbón muy duro; Mineral muy
fracturado
900-1 .950
70- 200
2,000-3.000
3,000
8,000
VII
Roca sem,sólida dura; Suelos
helados duros; Rocas con algunas
grietas
1,400-2,600
Caliza dura a extremadamente
dura; Mármol; Yeso; Arenisca dura;
Mineral pesado con algunas grietas
180- 500
3.000- 6.000
VIII
Rocas con pocas grietas
Mineral pesado con pocas grietas
8.000
IX
Roca prácticamente monolítica
Mineral pesado y masivo
8,000
V
(
RESISTENCIA A
COMPRES ION
(
(
(
Tabla 4.6 Ensayos geomccánicos para evaluar la excavabilidad de las rocas mediante rotopalas.
Resistencias especilicas KL y KA referidas respectivamente a 1 cm. de longitud del
corte creado por un cincel y a 1 cm. del plano de rotura abierto sobre la muestra de
roca. Fuente: O.K. - lngeoprcs, AbriJ 92.
4.7 VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAS DISTINTAS MAQUINAS.
(
La selección deJ tipo de máquina para carga, depende de los materiales, así como de las
circunstancias
que concurren en la carga.
- Las cargadoras necesitan materiales a granel y que no precisen excavación, tierras
fácilmente excavables y cargables, rocas sueltas, etc., debiendo realizarse la carga en terreno
firme con las de neumáticos y en terrenos encharcados o con barro con las de cadenas.
- Las retroexcavadoras
de cadenas pueden realizar su trabajo en terrenos difíciles,
encharcados, con malos accesos y salidas (zanjas, barrancos) y con una base de trabajo irregular.
También para aquellos trabajos que requieran gran altura de carga y corte , y donde el
pavimento sea malo para los neumáticos. Las retroexcavadoras de neumáticos por su movilidad
pueden considerarse más como urbanas y auxiliares.
Las excavadoras de empuje frontal eléctricas pueden utilizarse cuando además de
concurrir las condiciones anteriores, hay facilidad para utilizar una línea eléctrica. (Las grandes
cargadoras exigen motores eléctricos
cemento, ... ).
y se necesita
tender una línea: Minería, fábricas de
4.11
- Dragalinas; para el movimiento de materiales encharcados o fangosos, con frentes de
trabajo blandos que no soportan el peso de las máquinas convencionales.
MATERIAL A GRANEL
EXCAVACION FACIL
CARGADORAS
ROCAS SUELTAS
EXCAVACI ON DIFICIL
ACCESOS Y BASE DE
TRABAJO DEFICIENTES
EXCAVADORAS
CORTE Y CARGA
MAQUINAS
DE
GRAN ALTURA DE
UTI LIZACION_
MINERIA
CARGA
FABRICAS DE CEMENTO
EXCAVADORAS
ELECTRICAS
POSIBILIDAD DE
TENDER LINEA
MATERIALES CEGANOSOS
Y ENCHARCADOS
DRAGALINAS
FRENTES DE TRABAJO
BLANDOS
Fig. 4.2 Resumen de máquinas de carga.
Máquina
Aplicación
Tractor cadenas
Solo arranque y extendido
ª
15 m
Retroexcavadora
Arranque y carga
ª
10 m
Traílla
Corte + carga + acarreo +
ª
20 m
descarga + extendido
Cargadora
Cargar
Complemento de un equipo
Motoniveladora
Dragalina
Alcance, observaciones
3 - 5 ro
Extendido-nivelación
Mantenimiento de pistas
ª
Arranque-dragado
ª 30 ro
10 ro
Limpieza cauces en zonas
Donde se hunden
húmedas y blandas
tractor y retros
Tabla 4.7 Principales características
de máquinas fundamentales en movimiento de tierras.
(
4.12
(
4.8 ELECCION DE LA MAQU INARIA .
(
Deben tenerse en cuenta como requisitos previos los siguientes:
r
- Cumplir la producción requerida.
- Que se adapte y sea ílexíble a las condiciones presentes y futuras de operación.
(
- Que provoque una organi:t.ación lo menos costosa y complicada posible.
- Que tenga una fiabilidad suficiente.
- Que tenga asegurado por el fabricante, para un cierto tiempo de su vida, asistencia técnica
y repuestos (Servicio postventa).
(
(
CU M PL IR LA
-
PRO DUC CION
REQUERIDA
ADAPTACION A LAS
COND IC IONES
....
ADECUACION Y
ACOPLAMIENTO
---
(
R EQ U E RI DAS
FACTOR
ACOPLAMIENTO • 1
N' DE UN IDADES DE
...
ELECCION
DEL EQUIPO
T RANSPORTE NECESARIAS
ORGAN I ZACION
POCO COSTOSA
-
(T IEMPO ESPERA MINIMOS)
-
Y COMPLICADA
(
~ FI ABILIDAD 1
ACEPTABLE
AS E GURAMIENTO DE
,LA CALIDAD
-
SERVICIO
POST VENTA
Fig. 4.3 Criterios particulares de elección de una máquina.
En la elección de las máquinas es importante la nueva doctrina del Aseguramiento de
la Calidad. Esto se refiere a que el fabricante haya coosegido por algún organismo (T.U.V., por
ejemplo) la certificación de sus sistemas de calidad, de acuerdo a las exigencias de las normas
U.N.E.. Esta certificación de calidad puede cubrir también otros aspectos muy necesarios para
el usuario como son los servicios postventa.
Los criterios económico-financieros
de la siguiente forma:
para la elección de una máquina, pueden resumirse
4.13
CRITERIOS GENERALES DE
POR PRODUCCION
1 3/h 6 t/h
ECONOMICOS (POR COSTE)
ptas/1 3 6 t
COMPRA
ELECCION DE OHA MAQUINA
LEASING
EroliOHIOO-FIHANCIEROS
F!NANCI EROS
IHVERSIOM (ptas)
AHORTIZACION (ptas/h)
ALQUILER
SUBCONTRATACION DE LA UNIDAD DE OBRA
Tabla 4.8 Criterios generales de elección de una máquina.
4.9 MECANIZACION
DE UNA OBRA.
En construcción de autovías se necesitan fuertes inversiones en maquinaria. Un e_jemplo
de esto es la Autovía de Andalucía, un tramo de 49,628 Km., con un presupuesto
de 22.500
millones de pesetas; la inversión del Contratista General en maquinaria [ué de 3.000 millones.
Indice de mecanización de una obra= valor maquinaria en la obra
obra ejecutada en 1 año
Si la duración fue de 3 años, sale un índice del 40% y en 1,5 años del 20%, lo que quiere
decir, que a menor duración se requiere más maquinaria para una mayor producción. En obras
de carreteras,
el índice tiende al 100%, considerando
como maquinaria
la del Contratista
General y la de todos los subcontratistas.
El índice de inversión de maquinaria de una empresa es la relación entre el valor anual
de adquisición de maquinaria y la obra total anual.
El índice de inversión de las nueve principales empresas del Seopan en todo el conjunto
de obras varía entre el 3,6 y el 13,3%, de media 8% (Año 1991 ). Resulta decreciente con los
años porque sólo considera la maquinaria propia, no la de los subcontratistas,
y lo que evidencia
es que cada vez se subcontrata más.
Dos reglas elementales respecto a la maquinaria en la obra:
· Las máquinas son siempre baratas para el trabajo que realizan si están bien elegidas.
· Los nuevos modelos hacen obsoletos a los anteriores y antieconómicos
de producción
y
disponibilidad.
4.10 LOS NEUMATJCOS EN LAS MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS.
Es importante
la selecci(m
de los neumáticos
de las máquinas de acuerdo con las
condiciones en que han de trabajar, para obtener un adecuado rendimiento.
(
(
4.14
(
(
4.10.1
CAPACIDAD Y RENDIMIENTO.
(
(
(
ESFUERZO
PESO SOBRE
LA LLANTA
TRACTOR
(
(
INFLADO
(
CAPACIDAD DE LOS NEUMATICOS
PARA REALIZAR SU TRABAJO
HUELLA DE
LA LLANTA
COEFICIENTE
DE TRACCION
(
(
DIBUJO
(
TAMAAO
(
RESISTENCIA A
LA RODADURA
(
(
(
Fig. 4.4
(
El elemento sobre el cual se puede influir más directamente para variar el rendimienlo
(
de los neumáticos es el inflado. Al variar la presión de inflado varía el área de la huella, la
(
resistencia a la rodadura, la flotabilidad, etc.
(
(
PRESION
(
RESISTENCIA A
OIAMETRO
BALON
LA RODADURA
RENDIMIENTO
DE NEUMATICO
N• LONAS PLY
Fig. 4.5
En general, en un terreno blando o arenoso se deben usar neumáticos de medidas
mayores con la mínima presión de inflado, para que la presión unitaria sobre el terrreno sea la
menos posible.
4.10.2 DURAClON Y FACTORES.
La vida óptima de un neumático podría ser 5.000 horas o 80.000 Km (corresponde a una
velocidad media de 16 Km/h) y la duración promedio de unas ruedas molrices e;:s de unas 3.000
horas.
4.15
1' GRADO DE CARGA PARA
LA PRESION DE AIRE
CON QUE SE TRABAJA
2' VELOCIDAD DE MARCHA +----.J
FACTORES QUE INFLUYEN
EN
LA OURACION
OPERARIO
OE LOS NEUM,.TICOS
3' MANTENIMIENTO
COMPROBACION
PERI O O I CAi N F LA O O
4' CALIDAD ABRASIVA
DEL MATERIAL
Fig. 4.6
CONCICIONES
FACTOR
A
APLICAR
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
A. Presión del neumático
(kg/cm 2), en comparación
con la especificada.
100%
90%
80%
75%
70%
B. Carga del neumático, en
comparación con la
especificada.
100%
110%
130%
150%
--
C. Velocidad media (Km/h).
16
24
32
40
48
D. Posición de la rueda.
Traseras
arrastre
Frontales
Detracción
en camiones
basculantes
Detracción
en camiones
basculantes
Mototraílla
E. Clase de superficie de
recorrido.
Tierra
blanda
Camino
de grava
Grava
angulosa
Grava
angulosa
Roca
angulosa
DE USO
Tabla 4.9 Factores de reducción de la vida de los neumáticos.
En la actualidad
limitado
en gran medida
el tamaño de las grandes máquinas de movimiento de tierras está
por la duración
de los ne umáticos,
importante
del costo total de la máquina y su duración
condiciones
de temperatura,
calentamientos
velocidad,
terreno,
ya que suponen
una parte
puede llegar a ser reducida si las
etc. son adversas,
excesivos que los deterioran muy rápidamente.
ya que se producen
(
(
4.16
(
4.10.3 DIBUJO.
(
(
También es importante el
(
dibujo de los neumáticos para su
r
posterior comportamiento
•• W De.
IAIDW
DI
en el
'
PULGADAS
(
trabajo.
(
(
KCIIDAS DC. UVIU.TICO o A • 1
PICll'IL DEL Kl:1111.lrICO
l
(
(
(
(
(
Fig. 4.7
'
(
(
DIBUJO CON
TERRENO BLANDO
SURCOS PROFUNDOS !
(
TERRENO FIRME
TER RE NO ROCOSO
DIBUJO POCO PROFUNDO
CON SURCOS GRUESOS
DIBUJO DE LOS
NEU MATICOS
TERRENO QUE
(
SE HUNDE
HU ELLA LISA Y LO
MAYOR POSIBLE:> MINIMA PRESION
UNITARIA SOBRE
MINIMA PRESION
EL TERRENO
DE INFLADO
Fig. 4.8
4 .10.4 DENOMINACION.
La denominación de un neumático se realiza de forma universal por dos números, (por
ejemplo 24,00 x 25) expresados en pulgadas. El primero indica el diámetro del balón del
neumático, mientras que el segundo expresa el diámetro de la llanta metálica de la rueda.
4.17
4.10.5 CONCEPTO T.V.H.
Es un criterio para comparar resultados de la vida de neumáticos fuera de carretera (off
road), caso de dumpcres, traíllas, etc.
T.V.H.
representa
toneladas
medias
transportadas
x
velocidad
media
x
horas
recorridas. (Toneladas x Km recorridos en su vida).
Ejemplo: El camión A acarrea 35 t. a una velocidad media de 16 Km/h y se ban
cambiado los neumáticos cada 3.000 horas. El camión B acarrea 35 L a 20 Km/h, y se cambian
los neumáticos a las 2.500 horas.
Camión A: T. V.H. = 35 x 16 x 3.000 = 1.680.000 t x Km
Camión B: T.V.H. = 35 x 20 x 2.500 = 1.750.000 t x Km
Luego, han dado mejor resultado los del B.
Cada neumático tiene una cifra de fabricante de T.V.H., si las exigencias de trabajo son
superiores, habrá que reducir velocidad, o carga, o usar neumáticos con mayor T.V.H.
4.11 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS.
C. p_ 4.1
IJJfIDAD DE OBRA OORA OBRA
llQUIPO BASICO
CAPACIDAD
POTKHCIA
DESBROCE DE
TERRENO
1 Tractor
1 Cargadora neumáticos
3 Caminones du111per
3,7 111/ancho
1 7 1113
20 t
215 HP
180 HP
265 HP
1.125 m2/h
EXCAVACION EN
TIERRA VEGETAL
1 Tractor
2 cargadoras neumaticos
6 Camiones dumper
8,68 m3
1 7 m3
20 t
285 HP
180 HP
265 HP
240 m3/h
EXCAVACION EN
DESMONTE
SOLOCIOH A
2 Cargadoras
2 Tractores
15 Camiones dUJllper
5,4 m3
14,4 1113
20 t
375 HP
400 HP
265 HP
Suelo 540m3/h
Tránsito 460m3/h
Roca
400m3/h
EXCAVACION EN
DESMONTE
SOLUCION B
2 Cargadoras
2 Tractores
10 Camiones dunper
1, 7 111 3
8,68 m3
20 t
265 HP
285 HP
265 HP
suelo 250m3/h
Tránsito 210m3/h
Roca
180m3/h
1
1
PRODOCCIOB
(
4.18
(
ONIDAD DE OBRA OBRA OBRA
CAPACIDAD
EQUIPO BASICO
POTENCIA
'
PRODUCCIOH
EXCAVACION EN
DESMONTE
SOLUCION c1
1 Tractor como empujador
1 Tractor como escarificador
3 Mototraíllas
Peso
Peso
Perfil
42 t
55 t
22 m3
370 HP
520 HP
550 HP
a 300 m
640 m3/h
EXCAVACION EN
DESMONTE
SOLUCION c2
1 Tractor como empujador
1 Tractor como escarificador
3 Mototraillas
Peso
Peso
Perfil
42 t
55 t
22 m3
370 HP
520 HP
550 HP
a 700 m
600 m3/h
EXCAVACION EN
DESMONTE
SOLUCCION c3
1 Tractor como empujador
1 Tractor como escarificador
4 Mototraíllas
Peso
Peso
Perfil
42 t
55 t
22 m3
370 HP
520 HP
550 HP
a 1200 m
540 m3/h
EXCAVACION EN
VOLADURA
1 Carro perforador hidráulico con martillo
2 Martillos perforadores de 30 kg
1 Compresor
EXCAVACION EN
PRESTAMOS
2 Retroexcavadoras
15 Camiones bañera
f
(
(
'
- en traza: 25 ml/h
100 m3
- en cantera: 180 m3
3,8 m3
18 m3
360 HP
400 m3
Producciones en perfil.
(
Conocido el volumen de cada actividad, en función del número de equipos que se
preveen y de sus producciones, resultan los plazos de ejecución.
La parte correspondiente
a extendido y compactación
se estudiará en el capítulo
correspondiente.
l
l
(
5.1
CAPJTULO 5
EXCAVACION Y EMPUJE
EL TRACTOR DE CADENAS
(DOZER)
5.1 TRACTORES. MODELOS Y CAMPO DE APLICACION.
Los tractores son máqujnas especialmente diseñadas para e1ercer acciones de empuje
o de tracción.
Existen dos tipos:
1) Tractores
sobre ruedas. Tienen velocidades
de desplazamiento
Transmiten al suelo una presión específica de 0,35 MPa (3,5 Kg/cm
2)
hasta 60 Km/h.
y con un esfuerzo de
tracción disporuble en la barra de tiro de hasta 82.000 Kg.
2) Tractores sobre cadenas (dozer). Con velocidades máximas de desplazamiento de 15
Km/h transmiten al suelo presiones específicas de 0,04 MPa (0,4 Kg/cm 2) y según los modelos
se alcan7An esfuerzos de tracción disporuble en la barra de tiro de hasta 110.000 Kg. En la fig.
5.1 se presenta un tractor sobre cadenas.
Fig. 5.1 Tractor sobre cadenas con hoja frontal recta y escarificador (Bulldozer).
(
5.2
(
En Estados Unidos se utilizan como empujadores grandes tractores de neumáticos de
tracción total, mientras que en España los tractores de neumáticos, en pequeñas potencias, se
(
emplean más en la agricultura e industria y en movimiento de tierras se adaptan mejor los
modelos de orugas. En Obras Públicas los trabajos que realizan los tractores sobre ruedas son
(
de carácter auxiliar, como remolcadores de cisternas, barredoras, etc. Un caso particular son los
tractores agrícolas de tracción a las cuatro ruedas y grandes pesos (8.000kg) para remolcar
(
traíllas de 5 m Por ello este capítulo se ocupa únicamente de los tractores sobre cadenas.
3·
(
Respecto a las aplicaciones hay que analizar:
(
5.1.1 RESPECTO AL TIPO DE TERRENO.
(
En terrenos blandos y en rocosos son mejor las orugas que los neumáticos. En los
primeros debido a que interesa una gran superficie de apoyo para que no se hunda y, también
las orugas son ventajosas para que no exista deslizamiento
considera el peso total como peso de tracción).
(
(
y se tenga mayor tracción (se
En los rocosos (pies de cantera, para limpieza de los mismos) los neumáticos
se
desgastan con mucha facilidad, (giros, aceleraciones) incidiendo con importancia en el costo del
trabajo.
Las ventajas de los tractores de cadenas se pueden sintetizar en:
(
(
- Poca presión al terreno (0,4-0,8 Kg/cm 2). Los terrenos con agua tienen poca capacidad
de soporte.
- Grandes esfuerzos de tracción.
- En general donde la adherencia de la máquina es importante (terrenos accidentados
o con cierta pendiente).
- En espacios pequeños y difíciles por su capacidad de maniobra.
5.1.2 COMO ELEMENTO DE TIRO (PULL) O DE EMPUJE (PUSH).
Remolcando máquinas que no tengan tracción o suficiente potencia.
Arrastre de traíllas, compactadores de neumáticos, rodillos vibratorios pesados. Tuvo
mucha importancia como elemento de tiro, ahora menos por la tendencia que hay a máquinas
autopropulsadas.
Empuje de mototraíllas en la fase de carga.
5.1.3 RESPECTO AL EQUIPO DE TRABAJO.
Es su principal actividad, no se concibe en Obras Públicas sin sus equipos de trabajo (los
dos): Hoja de empuje recta (Bulldozer) y escarificador (ripper). Y otros que se utilizan con
menos frecuencia: la barra de tiro y el cabrestante (Fig. 5.2).
5.3
~~J~~1,··~JU=__:d- ~,
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Fig. 5.2 Barra de tiro y cabrestante.
1) Con hoja frontal recta (Bulldozer). Para excavaciones superficiales empujando el
material excavado a distancias pequeñas, normalmente hasta 20 m y como máximo hasta 100 m.
Aplicaciones:
- Explanaciones en carreteras, aeropuertos. Excava y apila la tierra para que luego la
cargadora cargue éste material ya suelto a los camiones ·para su transporte.
- Limpie:za de monteras en canteras, limpieza del pie de la cantera después de la voladura.
- Limpieza y desbroce de terrenos, destaconando y arrastre de bolos, apertura de caminos
en selva, derribando árboles con hoja en forma de cuña.
Para extendido de tierras, por ejemplo, un terraplén, para un paso superior en una
carretera, en un trébol o cambio de sentido. Cuando el movimiento de tierras se hace
con camiones, éstos descargan basculando y el bulldozer extiende; en presas de tierra
lo mismo. Consigue una primera nivelación.
Las máquinas más utifuadas en movimientos de tierra son las cargadoras y camiones por
su facilidad de subcontratación o alquiler. El bulldozer es entonces la máquina de excavación
superficial, excavando, transportando y amontonando dentro del radio de acción de cargadoras
y camiones.
2) Con escarificador. (ripper). Para fragmentar las rocas y preparar el terreno para su
arranque mediante la boja empujadora del tractor.
5.2 EQUIPOS DE TRABAJO.
El equipo de trabajo del tractor permite aprovechar su capacidad de empuje y tracción.
5.2.1 HOJA DE EMPUJE.
Se trata de una hoja en la parte delantera del tractor, acoplada a éste mediante sistemas
que permiten distintos movimientos de la hoja y por ello prestaciones ~erentes. Aparecen así
dos tipos que caracterizan al tractor: Hoja recta (Bulldozer) y Hoja angulable (Angledocer).
5.4
(
(
HOJA RECTA. MOVIMIENTOS.
(
(
Se observa en la figura 5.3. La hoja de empuje (1) permanece perpendicular al eJe
longitudinal del tractor. Está acoplada a la máquina mediante dos brazos de empuje (2)
(
r
articulados exteriormente a los largueros (3) del bastidor del tren de rodaje por un extremo, y
a la parle baja de la hoja por el otro. Una pareja de cilindros (5) suben y bajan la hoja
(
(movimiento de elevación y descenso). Entre los brazos empujadores y la parte superior de la
hoja están en un lateral un cilindro hidráulico (4) y en el otro colocado simétricamente un
(
husillo graduable (6), cuya longitud se fija manualmente. Actuando sobre el cilindro (4) se
(
(
consigue la variación de giro vertical (T), movimiento ªtiltª, desde la cabina (7). Cambiando
(
la longitud del husillo citado anteriormente y actuando sobre el cilindro (4) se varía la
inclinación de la hoja, movimiento ªtipª, que es menos frecuente (8).
(
Opcionalmente se puede sustituir el husillo por un cilindro hidráulico, en cúyo caso el
1
1
--~,....
T
3
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7
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Fig. 5.3 Hoja de empuje recta (Bulldorer).
Esta co_nfiguración
permite acoplar varios tipos de hojas, según el trabajo que se
pretenda realizar. Las hojas mas usadas son:
- Hoja universal o en "U". Su forma peculiar, con sus extremos formando 252 con el eje de la
hoja le permite disminuir los derrames laterales de material, ya que al avanzar el tractor, sus
extremos en ángulo "recogen" el material que tiende a perderse por los lados de la hoja. Es la
hoja de mayor capacidad y por ello la ideal para empujar materiales que no ofrezcan especiales
dificultades.
(
(
movimiento tip se efectúa desde el asiento.
6
(
5.5
- Hoja recta. Carece de extremos en ángulo como la universal, lo que le resta capacidad en el
transporte del material. Sin embargo da mejores resultados cuando el trabajo consiste en excavar
terrenos difíciles o rocas, como en la apertura de caminos, etc. Es de menor tamaño.
- Hoja semiuniversal. Se encuentra entre las dos anteriores en cuanto a forma y prestaciones.
Hay una tendencia a ella en los grandes tractores.
- Hoja amortiguada.
Diseñada para empujar mototraíllas, etc. Suele ser mas pequeña que los
otros tipos y está equipada con un refuerzo estructura
amortiguación de que está dotada
denominado
placa de empuje. La
hace posible que el tractor se acople como empujador con
una mototraílla, estando ambas máquinas en marcha. En empuje de tierras no consigue los
resultados que las hojas sin amortiguación.
En la fig. 5.4 se representan las hojas más frecuentes dentro del tipo genérico llamado
hoja recta:
"u"
SEMI "U"
RECTA
Fig. 5.4 Hojas rectas del Tractor sobre cadenas (Bulldozer).
La hoja en forma de U es la de mayor capacidad, para trabajos menos fuertes.
La hoja recta o plana es la de menor capacidad, para trabajos los más duros.
La hoja semi U es la de capacidad intermedia, para todo tipo de condiciones.
HOJA ANGULABLE. MOVIMIENTOS.
El eje de la hoja angulable (Angledocer) puede adoptar posiciones fijas distintas a la
transversal, con ángulos fijos a izquierda o derecha de 25°.
Su acoplamiento a la máquina se consigue (Fig. 5.6) mediante dos brazos de empuje (2)
solidarizados mediante un arco (3) en cuyo centro una rótula materializa la unión con la hoja
de elevación y
(1). Los cilindros (5) igual que en el bulldozer, permiten el movimiento
descenso. En ambos extremos de la hoja hay un conjunto de un cilindro hidráulico (4) y una
barra (6), la cual se puede colocar en tres posiciones distintas (7) manualmente, para el
movimiento lateral de la hoja, como antes se explicó.
Los movimientos "tilt" y "tip" se efectúan igual que en el bulldozer.
Con este equipo la hoja empleada es del tipo denominado angulable. Es recta para no
obstaculizar el flujo lateral del material que empuja, posee sección de curvatura adecuada para
favorecer el volteo del material y con ello su salida por la derecha o izquierda, según esté
orientada la hoja.
(
(
5.6
(
(
(
(
ANGULA8LE
r
(
Fig. 5.5 Hoja angulable.
(
f
(
(
(
(
(
(
(
T
+
1
Fig. 5.6 Tractor con hoja angulable (Angledozer).
El tractor con hoja angulable (angledozer) por su configuración estructural presenta la
hoja en posición muy adelantada lo que disminuye su esfuerzo de empuje frente al tractor con
hoja recta (bulldozer).
5.2.2 ESCARIFICADOR (RIPPER).
Está formado por un bastidor situado en la parte trasera del tractor, en el cual se fijan
1, 2, o 3 vástagos con dientes con un acoplamiento que permite cambiar su longitud. Mediante
cilindros hidráulicos (5) que actúan sobre el bastidor, estos dientes descienden clavándose en
el terreno y al ser arrastrados por el tractor producen profundos surcos, quebrantándolo y
aflojándolo cuando éste es excesivamente duro o cohesivo para ser removido únicamente con
la hoja frontal.
El modelo que se utiliza en el tractor sobre cadenas es el de paralelogramo ajustable
(Fig. 5.7.a y 5.7.b).
5.7
1
3
Fig. 5.7.b
Fig. 5.7.a
El ángulo de corte se varía durante la penetración meciante el cilindro hidráulico (1),
que es uno de los dos lados del paralelogramo,
que por consiguiente es variable hasta hacerlo
coincidir con el ángulo que necesita el terreno. El vástago varía su longitud de voladizo,
cambiando los taladros (2) de posición, de forma que sube más o menos respecto la placa o
barra portavástagos (3), con objeto de que lo que quede después en voladizo (4) sea lo que va
a penetrar en el terreno. Esto es importante para evitar que sufra esfuerzos que lo pueden
romper.
Hay que evitar esfuerzos transversales que
también le perjudican, como por ejemplo, girar la
máquina con el vástago introducido,
o sea, el tractor
debe avanzar siempre en línea recta.
La Fig. 5.7.b muestra en planta los vástagos,
aunque es más normal utilizar solamente el del medio.
Fig. 5.8.
Los vástagos están provistos de protectores
Fig. 5.8 Desgarrador gigante.
recambiables (dientes).
Para seleccionar el equipo de escarificador
adecuado hay que atender a tres factores
principales:
l.
Presión descendente
que se puede obtener en la punta del escarificador
por
medio del cilindro hidráulico; determina su penetración.
2.
Potencia al volante del tractor. que determina si el tractor tiene potencia para
avanzar con los dientes clavados en el suelo.
3.
Peso del tractor, que determina
si el tractor tendrá suficiente tracción para
utilizar su potencia (F max = peso x factor de tracción).
5.8
(
5.3 CICLO DE TRABAJO COMO EMPUJADOR.
(
(
El trabajo del tractor con su hoja empujadora consta de 3 fases (Fig. 5.9):
(
(
1ª Fase. Excavación o arranque:
(
El operador baja la hoja hasta que comience a clavarse en el terreno. El tractor continúa
avanzando, disminuyendo su velocidad y aumentando su empuje, en 1ª velocidad, entre
'
(
(
2,5 y 3 Km/h (42 y 50 m/min.).
(
2ª Fase. Acarreo y apilado:
El tractor continúa avanzando. El operador levanta la hoja para empujar y transportar
(
el material ya excavado sin proseguir la excavación. Puede pasar a 2ª velocidad, pero
<
invierte un tiempo
en el cambio de velocidad y resulta mas conveniente en general
mantener la 1ª velocidad. Después de acarrear, apila para lllla carga posterior por la
(
cargadora.
(
3ª Fase. Retorno:
El tractor se detiene, invierte la marcha y retrocede a mayor velocidad con la hoja
levantada para reanudar el ciclo de trabajo.
3ª FASE
RETORNO
Fig. 5.9 Fases del trabajo con hoja empujadora.
En el caso de usar el dispositivo
lateralmente y queda depositado formando
angledozer
UD cordón
el material
excavado es empujado
a UD costado de la parle excavada por el
tractor. Su distancia de trabajo suele llegar a 60 u 80 metros.
5.4 CAPACIDAD DE LA HOJA DE EMPUJE.
La hoja empujadora transporta el material y para ello es necesario UD esfuerzo que crece
a medida que aumenta la capacidad de la hoja empleada. De aquí que sea necesario limitar la
capacidad de la hoja de acuerdo con la potencia del tractor empleado y del material que se
5.CJ
pretende excavar o transportar.
La capacidad de una hoja no se puede determinar exactamente, ya que las dimensiones
del montón que se forma delante de la hoja dependen de las de la hoja, de su tipo y del talud
en reposo del material que se empuja.
El montón se pude asimilar a una cuña (Fig. 5.10), lo que da lugar al siguiente
planteamiento teórico.
Sea L la longitud de la hoja y H "u altura. Su capacidad V s (material suelto) será:
1
V5 =-xHxwxL
2
H
w=--
tga
Vs =
1
XL X H 2
2 tga
Fig. 5.10 Forma teórica de la carga.
Con lo que resulta la expresión teórica:
Vs
= -1 xHx
2
H
tg<x
X L
=
1
XL X H 2
2 tga
donde a es el ángulo del talud en reposo del material. La tabla 5.1. muestra los valores de
1/(2xtga) para distintos materiales muy frecuentes en el movimiento de tierras.
MATERIAL
1
1
a
1
1/(2xtga)
- seca
- mojada
20-452
1,36-0,50
25-45º
1,00-0,50
- empapada
25-30º
1,00-0,86
- seca
20-30º
1,30-0,86
- húmeda
30-45º
0,86-0,50
- empapada
20-452
1,30-0,50
Grava
30-50º
0,86-0,42
Mezcla de arena y arcilla
20-35º
1,30-0,71
Tierra común:
Arena:
Tabla 5.1 Angulos de talud en reposo y factor 1/(2 x tga).
1
(
(
5.10
(
Los valores de capacidad que se obtienen por este método solo tienen alcance teórico,
puesto que en la práctica la forma del montón que se forma delante de la hoja es similar a la
(
que muestran las siguientes figuras; 5.11, 5.12, 5.13, 5.14.
(
r
'
(
(
(
(
Fig. 5.11 Forma real del cúmulo (montón)
durante el empuje en una hoja recta.
Fig. 5.12 Material delante de una hoja
recta tipo "U" de gran capacidad.
(
(
(
(
Fig. 5.13 Cúmulo de material en hoja angulable.
Fig. 5.14 Salida material en una hoja angulable.
En la tablas 5.3, 5.4 y 5.5 figuran características de varios modelos de fabricantes de
tractores sobre cadenas (Dozers) con las capacidades de sus hojas. La capacidad de la hoja viene
dada por la expresión:
C = K X L x H2
VALORES DE K: (La norma S.A.E. da 0,75)
HOJA
Cat
Komatsu
Fiat-Hitachi
Semiuniversal
0,8
0,75
1
Universal
0,9
0,75
0,75
0,75
1
1
Recta
Tabla 5.2
PARAMETROS
CAT
KOMATSU
FIAT-HIT ACHI
D-4H
D-5H
D-58-1
FD-145
Potencia (KW)
70
97
97
94
Peso (t)
10
14
11
15
Longitud hoja (m)
2,60
3,16
3
3,59
5.11
PARAMETROS
CAT
D-5H
D-4H
KOMATSU
D-58-1
FIAT-HITACHI
FD-145
Altura hoja (m)
1,1
1,1
0,9
1,1
Capacidad (m3)
2,59
4,28
3,47
3,15
Tabla 5.3 Características
de varios modelos de tractores de tamaño pequeño.
Los tractores pequeños üenen utilidad en ensanches en sitios reducidos para extendido
de tierras y también fragmentación por su peso de suelos con bolos, etc.
PARAMETROS
CAT
D-6H
KOM
D-65
FI-HI
FD-175
CAT
D-7H
KOM
D-85
FI-HI
FD-20
Potencia (KW)
123
135
123
160
168
212
Peso (t)
19
15
18
27
24
28
Longitud hoja (m)
3,67
4
3,43
3,69
3,78
3,6
Altura hoja (m)
1,4
1,1
1,35
1,52
1,52
1,35
Capacidad (m 3)
5,61
4,8
5,1
6,68
7,73
5,5
Tabla 5.4 Características
PARAMETROS
de varios modelos de tractores medianos.
CATERPILLAR
D8N D9N
DlON
DllN
D135
KOMATSU
0355 D375
D475
FI-HI
FD-175
Potencia (KW)
212
276
338
575
213
306
391
574
257
Peso (t)
41
47
64
104
30
46
57
87
37
Longitud hoja (m)
3,94
4,32
4,86
5,6
4,13
4,31
4,70
5,26
4
Altura hoja (m)
11,69 1,65
2,05
2,31
1,69
1,87
2,19
2,61
1,65
Capacidad (m 3)
8,68 11,9
17,2
25,6
11,8
15,1
22,5
35,8
8,7
Tabla 5.5 Características
de varios modelos de tractores grandes con escarificador.
5.5 DISTANCIAS DE EXCAVACIÓN Y DE EMPUJE.
Hay dos reglas prácticas importantes:
1) El bulldozer utiliza una técnica de arranque o corte, no de transporte.
r
5.12
(
2) Deben conseguirse llenados totales de la hoja con el máximo esfuer.w posible de la máquina
(
y en el mínimo tiempo posible. Esto se consigue arrancando capas tan gruesas como sea posible
(
en función de las distancias de recorrido del tractor y dando por terminado el arranque cuando
la hoja esté llena.
(
Para una hoja empujadora determinada
y un tipo de terreno, a cada profundidad
de
r
(
(
excavación le corresponde una "distancia de llenado".
(
Sean:
(
V L = Capacidad de la hoja (m 3), (C)
(
Fw = Factor de esponjamiento
K = coeficiente del tipo de hoja
(
(
= Altura de la hoja
(
L = Longitud de la hoja
(
H
h = profundidad de excavación
dLL= distancia de llenado
(
(
De acuerdo con la figura 5.15 se tendrá:
(
Por otra parte
C = V5 = K
X
L x H2
Con lo que queda:
(.
= Fw X
=
Fw X
h
K
e
ó
X
X
h
H2
Fig. 5.15 Distancia de llenado.
Se llama distancia de empuje a la de excavación más la que recorre el bulldozer
transportando el material, sin excavar en el terreno.
Como resulta que después de que la hoja esté llena, y durante el transporte va perdiendo
material, es más rentable y consume menos gasoil si arranca el material durante todo el
recorrido a realizar, o sea, excavación + acarreo.
Por tanto, la profundidad de excavación será: h
Fw x C / (d x L) siendo "d" la
distancia total a recorrer.
La distancia de empuje depende del tipo de material, pendientes, etc., factores externos
a la máquina, por lo que cualquier cifra que se de resultaría errónea al aplicarla a un caso
concreto. Sin embargo, por comparación con otras máquinas -mototraillas, palas cargadoras de
5.13
ruedas- puede decirse como regla general que a partir de los 80 metros de distancia de empuje
el Bulldozer deja de ser rentable. De cualquier modo, su producción disminuye bastante aún en
distancias menores como puede verse en el apartado siguiente.
5.6 PRODUCCION DEL BULLDOZER.
La producción del bulldozer depende fundamentalmente
de su potencia y de la
distancia que hay que empujar el material hasta depositarlo en el lugar deseado.
Puede calcularse por dos procedimientos:
Utilizando las gráficas de producción
máxima teórica que dan los fabricantes para los modelos de tractores, o bien por el método
general de calcular
la producción
y el tiempo de cada ciclo de trabajo. Se explican
a
continuación.
5.6.1 PRODUCCION DEL BULLDOZER MEDIANTE GRAFICAS DE
PRODUCCIONES
MAXIMOS TEORICAS.
Presentan en abcisas la distancia de empuje, en ordenadas los m 3 / h de material suelto,
y una familia
corresponde
de curvas en la que el parámetro es la potencia del tractor. Cada gráfica
a un tipo de hoja. La tabla 5.6 presenta
una gráfica de Catepillar
con hoja
semiuniversal y la tabla 5.7 otra gráfica de Komatsu para hoja recta.
Semlunlversal
'
2400
1
1
2200
\
2000 -..1800
-
1
1
B
'
1
1
1
\
1600
\
\
\
\
1400 >-1200
-
1000 >800
600
\
\
e. '
11
1\
"
'
' " ' ' ' .....
\.
o1 ' \.
",, '
E - 071-1
--E·\, "" "" ......
"
... - " '
' -' '- -- --"'-
I',,.
....
\
'\.
400 -
200
Clave:
A-0 11ti
B- 0 1QN
C- 0 9i'!
D - 08N
-
o t__ ,
O
15
l
30
--
1
45
80
75
1
A
-- eo
~
l=t=
1
e
1
1
1
1
90 105 120 135 150 195 180 195 MEIBOS
Tabla 5.6 Producciones teóricas Bulldozers CAT con hoja semiuniversal SU
Los valores de producción que se obtienen de estas gráficas corresponden a la situación
ideal siguiente:
(
5.14
(
(
- Utilización 60 minutos/hora.
- Habilidad y motivación del operador buenas.
(
(
(
- Material sin djficultades de excavación y empuje.
- Terreno horizontal.
r
- No se utilizan técnjcas que reduzcan los derrames laterales en la boja.
(
(
(
Hojas Rectas
m 1 S!hr
'
2600
0475A
2400
~
. 2200
2000
I\
0375A
l
1800
(
(
\'
1\ \
1600
0355(\
1400
'
{
\
1200 015;~ \
1000
800
(
(
'1\
\
OllSII\\ 1\
s,m1-UI\\ 1\\
,,"'r--..:
"
r-.f\-"'-
085A ~
600 D83E
400
~ i::,...
'~
200
OO
(
",
15
)O
......
........
....
I'---
-
-r---. r--
e-- ¡--:::::::¡::.::::::; r---. r--- t:---
45
60
75
90
~
105 120 135 150
,65
180 195
Tabla 5.7 Producciones teóricas de ·Bulldozers Komatsu con hoja recta.
Como estas condiciones no son habituales es preciso aplicar a la producción teórica,
dada por la gráfica corresponwente,
los siguientes factores:
f h = factor de eficiencia horaria
f 0 = factor de habilidad y motivación del operario.
fu.= factor de llenado de la hoja (blade factor).
f P = factor de penruente del terreno.
fm = factor del método de trabajo.
El tipo de hoja se tiene en cuenta a la hora de escoger la gráfica de producciones
teóricas.
Los valores de f h se encuentran en el capítulo 3.
El factor de habilidad y motivación del operario está en la tabla 5.8.
El factor de llenado de la hoja (blade factor) tiene sus valores en la tabla 5.9.
El factor de penwente está en el gráfico de la tabla 5.10.
(
5.15
DE TRABAJO
CONDICIONES
fo
1
1
OPERADOR
Optimas
Buenas
Normales
Difíciles
1,00
0,90
0,95
0,80
0,80
0,75
0,70
0,80
0,60
0,75
0,65
0,45
- Excelente
- Muy bueno
- Normal
- Inexperto
0,50
0,65
0,50
0,40
Tabla 5.8 Factor de habilidad y motivación (f O )
1
TIPO
DE
fLL
MATERIAL
11
Material suelto, grava en montones
1,25 a 1,10
Tierra franca y homogénea
1,10 a 0,95
Material duro, difícil de cortar
0,90 a 0,80
Material muy suelto, arena
0,80 a 0,75
Material pegajoso, arcilla muy húmeda
0,80 a 0,70
l
Tabla 5.9 Factor de llenado (ftL).
'Yo de pendiente vs. el factor de empuje
( - ) Cuesta abajo
( +) Cuesla arriba
0.2
.,,,v . /
0.4
0.6
o.e
V
1,0
1,2
,.,
1.6
1- -
-
V
V
1
V
1,8
-30
.....''
1
1
1
-20
- to
o
10
20
30
% de PendlentP
Tabla 5.10 Factor de pendiente (fp) .
Fuea,e CAT
Como se verá más adelante algunas técnicas de excavación y empuje permiten a umentar
la producción. Así, hay que afectar a la producción teórica, de un coeficiente que refleje este
hecho.
Este es el factor de método de trabajo (Tabla 5.11).
(
5.16
(
METODO DE TRABAJO
fm
Normal
1,00
Empuje en zanja
1,20
'
'
(
(
(
Empuje de dos tractores en paralelo
1,15 - 1,25
'
Tabla 5.11 Factor del método de trabajo (fm)(
Teniendo en cuenta lo anterior la producción será:
(
(
R' = Producción
R
real (material suelto)
= Producción teórica según 1a gráfica (materia] suelto)
fh = Factor de eficiencia horaria.
f O = Factor de habilidad y motivación del operador
(
fu= Factor de llenado de la hoja (blade factor)
f P = Factor de pendiente del terreno.
fm = Factor del método de trabajo.
5.6.2 PRODUCCION DEL BULLDOZER MEDIANTE LA DURACION DEL
CICLO Y SU PRODUCCION.
(
(
Se calcula según se explicó en el capítulo 3, teniendo en cuenta que :
(
(
- La producción por ciclo es la correspondiente
a la capacidad de la hoja, que de no
tener datos prácticos se puede tomar como se explicó en 5.4,
medirla experimentaJmente
VL = K x L x H 2
o bien
tomando las medidas del montón con una cinta métrica.
FASE
OPERACION
VELOCIDAD (Km/h)
1ª y 2ª
Excavación y acarreo
2;5 - 4
3a
Retroceso
6 - 10
Tabla 5.12 Velocidades del bulldozer en empuje.
5.7 TECNICAS DE EXCAVACION Y EMPUJE.
La eficacia de un bulJdozer en una obra determinada depende de su producción horaria,
y por ello de la forma en que se organicen sus trabajos y las técnicas empleadas.
5.17
- En excavaciones en tierras duras, si la hoja no penetra, se puede recurnr a cortar sólo
con una parte de la hoja, desistiendo de cortar en toda su longitud (cortes escalonados Fig.
5.16), o bien se inclina una esquina de la hoja (movimiento "tilt"), representado en la Fig. 5.17.
En cada caso habrá que tantear el sistema más productivo.
Fig. 5.17 Movimiento "tilt".
Fig. 5.16 Cortes escalonados.
- También se pueden dar unas pasadas con el escarificador,
lo que facilita el corte de
la hoja.
- Cuando el suelo a levantar es muy plástico (arcillas, limos pegajosos) se acentúa el
efecto de empuje del material en la cuchilla de la hoja, y en sentido descendente; de no ajustar
perfectamente los mandos de profundidad, la hoja penetra más en unas zonas que en otras,
dejando una excavación irregular en el sentido de la marcha.
- Siempre que sea posible hay que procurar trabajar a favor de la pendiente.
-
Es
excavación
difíciles,
frecuente
que
en
aparezcan
etc. Para arrancarlos
el
trabajo
tocones,
de
rocas
se combina el
efecto de empuje del tractor con el de ascenso
de la hoja. La Fig. 5.18 muestra el derribo de
un árbol, en que se ha construido una pequeña
rampa para aumentar
la altura del empuje,
puesto que no trabaja con la hoja levantada.
En
(explanaciones
trabajos
a
de carreteras)
media
ladera
si la pendiente
transversal es menor de 30Q se puede iniciar la
excavación con una pasada que vaya apartando
el material ladera abajo,con lo que se va creando
Fig. 5.18 Arranque de un árbol.
un apoyo para mejorar la estabilidad en la siguiente pasada. El angledozer es especialmente
adecuado
para esta tarea (Fig. 5.20) pero se suele utilizar
movimiento "tilt" como se indicó anteriormente.
el bulldozer
valiéndose
del
(
5.18
(
(
(
(
Fig 5.19 Trabajo del Bulldozer, movimiento "tilt".
Fig 5.20 Trabajo del "Angledozer".
(
(
- En movimiento de tierras el angledozer está en desuso, pero en explotaciones
forestales: caminos y vías de saca de troncos es más útil que el bulldozer.
(
(
- En trabajos de empuje directo se puede dejar el material formando un terraplén, para
su posterior carga con otro equipo, organizando el trabajo según el esquema de la Fig. 5.21.
(
(
(
Fig. 5.21 Esquemas del empuje directo.
- Durante el empuje el material tiende a salirse por los extremos de la hoja. Esas
pérdidas pueden disminuirse mediante el trabajo en z.anja o el de dos bulldozer juntos.
El método en zanja (Fig. 5.22) consiste en excavar repetidas veces por Ja misma
trayectoria de manera que los bordes formados eviten que el material se salga de la hoja. El
montón central debe ser tal que se pueda llevar en la última pasada.
Fig. 5.22 Método de trabajo en zanJa.
5.19
El método de dos bulldozers en paralelo (Fig. 5.23) evita que se salga material
Fig. 5.23 Método en paralelo.
por el espacio que queda entre ellos y también, el tamaño del cúmulo que se forma delante de
ellos, es mayor del doble que para uno solo. Es interesante en recorridos largos.
- Cuando sea preciso formar un
montón hay que procurar empujar menos
material cuesta arriba, con montones
sucesivos 1, 2, 3, 4, 5, 6. Mientras hace el
~~
-
6
3
1
~----
\
\
~ ;,¡
montón 6, la pala carga el 1 y el 4.
Fig. 5.24 Formación de montones.
- Si se trata de extender el material depositado
medianos, de unas 20 t. de peso, proporcionando
5.8 ESCARIFICABILIDAD
2
por camiones, se utilizan tractores
su tamaño a los m 3 descargados.
DE UN TERRENO.
Las excavaciones superficiales, entendiendo como tales las realizadas a ras del suelo o
terreno, pueden ser realizadas por bulldozers y traíllas.
El bulldozer puede excavar sin necesidad de escarificado
previo, cuando se trata de
tierras en general, o con escarificado previo si el suelo es ya roca. Cuando las tierras son muy
duras para las traillas, también se sueltan escarificando con tractor.
En terreno no escarificable, hay que recurrir a la voladura, carga con cargadoras o retros
y acarreo con camiones.
La posibilidad de escarificar un terreno se suele estimar mediante la obtención de las
velocidades de propagación de unas ondas sísmicas. Este método se llama análisis sísmico y está
ligado a otros factores como se vió en el Capítulo 4.
Las ondas sísmicas se provocan golpeando con un martillo una placa de acero situada
en el suelo (Fig. 5.25.a) o con una pequeña cantidad de explosivo se produce un seismo artificial
(Fig. 5.25.b ).
(
5.20
(
A
(
(
A
~--
V,
8
V
(
(
e
(
Fig. 5.25.b Ondas esféricas producidas
Fig. 5.25.a Propagación de ondas
por carga explosiva.
sísmicas por refracción
I
(
(
Estas ondas se transmiten por el suelo y al encontrar distintas superficies que separan
las distintas capas se reflejan y refractan según las leyes del movimiento ondulatorio y llegan
a la superficie en distintos tiempos de milisegundos transcurridos,
donde son recogidos por los
geófonos, situados a distintas distancias.
El aparato registrador o sismógrafo permite en un sólo registro recoger, por medio de
varios canales, las señales de los distintos geófonos. Conocidas las distancias de los geófonos a
la fuente y los tiempos, se calculan por cociente las velocidades.
A partir de ciertas distancias se observa que la velocidad varía. Se debe a que la onda
viaja por estratos mas profundos y más densos, con lo que la velocidad ha aumentado.
Los resultados prácticos que se obtienen son la profundidad de los distintos estratos y
sus pendientes.
Una velocidad sísmica es una media de las correspondientes
que
encuentra,
consolidaciones,
tamaño
de
las
masas
rocosas
que
atraviesa
a los distintos materiales
y suelos
intersticiales,
durezas, de forma que constituye un excelente índice de referencia de las
dificultades que se van a encontrar para la escarificación
o excavación con medios mecánicos.
En un estrato se pueden encontrar rocas de 6000 m/s, suelos de 300 m/s, y obtener, por
ejemplo, una media de 1000 m/s, que es atacable por excavadoras y escarificable en el caso de
utilizar traíllas.
La figura 5.26 presenta una gráfica para estimar el método de excavación adecuado, en
función de las características
mecánicas de la roca y la distancia entre fracturas,
que debe
valorarse conjuntamente con la tabla 4.4 del Capítulo 4.
La tabla 5.3 determina
parámetros.
el tipo de tractor en función de una valoración
total de
(
(
5.21
ROCOSOS
DE
MACIZOS
1
2
:1
•·.
•
•
< 2
...
8 · 10
10 · 15
> 15
8 - 12
12 • 18
U5 • 20
NIO
Mode,ado
Ugoro
Nvlo
• • 12
12· HS
11 - 20
Mod.. .cto
NIO
Em-oma
e . 12
12 · 19
1e . 20
CLASES
PAAAIHTAOS
~
EH
REStSTENCtA A
Y()LAl)(JqA
~
j •..
~
!~.
!
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RES1$ITNCIA. A LA COMPRfSJ()H (MPl:)J
0,3 • 1
TRACTOR
AECOM(NOAOO
Ninguno • Ou• 1
Fig. 5.26
>
=
> .. '
Tabla 5.13
5.9 DESGARRAMIENTO
ECONÓMICO.
Hay muchas opiniones sobre cual es el límite entre realizar escarificación
Se puede señalar:
VELOCIDAD SISMICA (m/s)
V < 1000
Arranque con excavadora
V < 2000
SI
V > 2400
NO
2000 < V < 2400
Zona margina ble
o voladura.
ESCARIFICACION
Tabla 5.14
- Las lecturas de los geófonos deben seguirse con pruebas reales de escarificado, ya que
la producción puede variar en relación de 1 a 2 para una misma velocidad sísmica, según la
naturaleza y disposición de los estratos.
- Teniendo en cuenta que en la operacton de escarificado los tractores sufren mucho,
interesa utilizarlos sólo cuando la producción es importante o hay problemas ambientales.
La proximidad de edificios no es problema técnico, porque en las voladuras controladas
no hay peligro, pero se plantean dificultades de tipo político.
- En terrenos marginables, los límites de rentabilidad están en los 200 m 3 /h., si estos no
los supera, hay que ir a voladuras, aunque puede escarificarse si los volúmenes parciales no son
importantes.
- Si en una traza aparecen alternancias de rocas no escarificables
y otras que si lo son,
no interesa utilizar el bulldozer para escarificar y es más rentable la voladura, es decir que el
trabajo de escarificado
requiere continuidad y sistematización,
lo cual por otra parte es una
> ..
-
r
r
5.22
(
(
regla general en construcción de Obras Públicas.
(
(
- Según Ja clasificación de las rocas hay mayor o menor facilidad para la escarificación.
(
La Tabla 5.15 relaciona la estratificación.
(
r
(
Clasificación
de las rocas
Ejemplos típicos
Estratificación
y laminación
Posibilidad
escarificación
(
(
(
Igneas o
sedimentarias
Granitos, basalto
V: 3000 - 5000 m/s
Metamórficas
Gneis, pizarras,
cuarzo, esquistos
V: 3000 - 6000 m/s
Sedimentarias
NO
SI
Areniscas, calizas,
esquistos, conglomerados
V: 2000 - 6000 m/s
No, sino están
descompuestos
Depende de las
laminaciones
(
{
(
(
(
SI, HUCHO
Tabla 5.15 Clasificación de las rocas y su escarificabilidad
Los más
fáciles
(V= velocidad sísmica).
Las velocidades sísmicas de los suelos bajan mucho.
Tierra vegetal superior 200 - 800 m/s
Arcilla
500 - 2300 m/s
Limo
500 - 2000 m/s
Suelo arenoso
200 - 2500 m/s
Marga
Grava
200 - 700 m/s
500 - 2600 m/s
Tabla 5.16 Velocidades sísmicas de suelos.
ESCARIFICACIÓN EN ROCAS
DIFICULTAD
FACILIDAD
Aparienciad de roca sólida.
Fracturas, fallas, meteorización.
Falla de estrato.
Laminaciones > 30 cm.
Baja resistencia a compresión.
Estratos capas delgadas.
Textura no cristalina, (no quebradiza), grano fino.
Grano grueso.
Arcillas con humedad, elásticas o flexibles.
Tabla 5.17 Aspecto de las rocas y su escarificabilidad.
5.21
En escarificación se usan los mayores tractores posibles que son más rentables por
mayor producción, menos desgate y averías. El mínimo podría estar en las 45 t.
Cada tractor tiene su campo de utilización de materiales escarificables en función de su
peso. Los fabricantes dan para cada modelo de tractor una tabla de sus posibilidades, tomando
como referencia la velocidad sísmica, Tabla 5.18.
Velocidad Sismica
Metros por segundo x 1000 º
WLCANICAS
GRANITO
9,ISIJ.TO
AOCA.S TAAPEAIUS
ROCAS SEDIMENTARIAS
011N
"''"' CIU1,l
ROCAS METAMORFICAS
~=~
TIERRA VEGETAL
ARCILLA
MORENA GLAC IAL
ROCAS WLCANIOO
GOANITO
"'5AlT0
AOCAS """-'AAS
ROCAS SEDIMENMIAS
010N
AAENJSCA
LIMO COMSOI.IW>O
PfE®AIICl.l.OSA
""""""'"""'
""'°"
l'AI.Olf
Al~CALIZA
·--
ROCAS METAMORFlOO
, IIERRA VEGETAL
ARCILLA
MORENA GLACIAL
ROc.e.s WLCANIOO
""""º
,
"'''"º
CIIXJ..S TfWllAMA.S
. ROCAS SEDIMENTARIAS
09N
.IIRfNrSCA
l™O COHSOllDAOO
PIEDAA AACIUOS-'
COOGU)M( RAOO
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'IEOAACAlllA
--
R0c.e.s METAMORFIOO
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TIERRA VEGETAL
ARCILLA
MORENA .ULACIAL
ROCAS Wl.CANICAS
GI\ANIT0
"'5AlT0
AOCAS IRAPtAHAS
ROCAS SEDIMENTARIAS
........,.
Esot,STO
D8L
LMJQ)NS()U)AOO
-
P'llDMARCUpsA
.,__,...,.,
l'AI.IDI(
P!EOAA. CAllZA
·--
ROCAS METAMORFlCAS
Tabla 5.18 Velocidades sísmicas de distintas rocas y tractores adecuados.
DESGARRABLE
-
MARGINAL
(
(
(
5.24
(
(
A partir de un peso mínimo de 47 t. se observa poca diferencia entre las velocidades
sísmicas para los distintos modelos de tractores, siendo lo más importante la variación de
(
producción, ya que en los modelos mayores penetra más el desgarrador.
(
(
r
(
Por otra parte, en los proyectos, la roca como voladura tiene un precio en volúmenes
importantes alrededor de 425 ptas/m 3 y el escarificado otro, alrededor de 70 ptas/m 3 , por lo que
(
el contratista cuando la velocidad sísmica es elevada y la producción baja prefiere la voladura,
(
pero a su precio, y la Administración no acepta por considerar que es escariiicable.
Hay pues
una problemática entre producción y coste. La Fig. 5.27 presenta el aspecto de las curvas de
producción y costes en función de la velocidad sísmica.
(
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Vl:l..OCIDAD DE LA ONDA SISMICA !meuo&1...-dol
Fig. 5.27 Curva de producción y coste según velocidad sísmica.
Fuenle ESCARIO
5.10 PRODUCCION DE ESCARIFICACION.
La producción depende de la velocidad sísmica del terreno que se va a ripar y de la
potencia del tractor que se emplea. Varía además en cada caso concreto, en función del
distanciamiento
entre diaclasas, estratificación,
~
,,-,o I
COllOICIOl"-H
f
""m" ;
etc.
D10N CON UN VASTAGO
3.000
' 2 :?SO
~2000
, m~' --
-'l-- + - - - - - t - - t -
z25,0_
011N CON UN VASTAGO
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~
VELOCIDAD DE LAS ONDAS $!$MICAS
Fig. 5.28. Producciones del escarificador.
'º
(en metros por segundo x 1 000)
Tré'.ctores D-lON y D-llN de CAT
5.25
En cada caso habrán de realizarse pruebas "in situ" para valorar con mayor prec1s1on la
dificultad de escarificado. Pueden tomarse como punto de partida las gráficas de la Fig. 5.28 que
corresponden
a los tractores D-10 y D-11 de Catepillar u otros modelos de potencia similar
aunque como se ve en las gráficas, las producciones pueden variar de 1 a 2,5.
Las gráficas dan la producción del escarificador en material suelto.
5.11 TRABAJO COMBINADO DE ESCARIFICACION
Y EMPUJE.
Consiste en que, en una parte de la hora, el tractor escarifica de forma continua, y
cuando tiene ya todo ese material escarificado,
entonces el resto de la hora lo dedica a
empujarlo como bulldozer.
La producción en la fase de empuje · puede calcularse por las gráficas tal y como se
explicó en el apartado 5.6. Sin embargo es más conveniente calcular la producción por ciclo y
la duración del mismo, tanto en el trabajo de escarificación como en el de empuje. A tal efecto
se da las velocidades mas frecuentes en estos trabajos, en la tabla 5.19.
VELOCIDAD (Km/h)
TRABAJO
Escarificación
(1 ª velocidad)
- avance
1,5 - 2,0
- retroceso
2,0 - 6,0
Empuje
- avance
2,0 - 2,5
- retroceso
2,0 - 6,0
Tabla 5.19 Velocidades en el trabajo combinado de escarificación
y empuje.
Las velocidades de trabajo y maniobra (retroceso) dependen de las velocidades sísmicas
y distancias de recorrido;
crecientes con las distancias
éstas no suelen ser inferiores a 30 metros. Las velocidades
son
e inversamente con velocidades sísmicas. Se tienen que realizar
pruebas con distintas profundidades y cronometrar tiempos de ciclos.
Sean:
- Pb la producción horaria del tractor como empujador, y P. la producción horaria en el
trabajo de escarificación,
que se consideran
conocidas
por alguno de los procedimientos
explicados.
- tb el tiempo dedicado al empuje en cada hora de trabajo y t 0 el tiempo dedicado a la
escarificación
en cada hora de trabajo.
- X = producción desconocida en escarificación
durante un el tiempo t0
- X = producción desconocida en empuje durante el tiempo Íb
(
5.26
(
Nótese que ambas producciones se han designado con la letra ''X" porque el volumen
escarificado es el que hay que empujar.
(
t, y lb son fracciones de una hora y ambas suman una hora:
te + tb = 1
'r
Se tendrá para la producción en escarificación:
(
Análogamente para la producción en empuje:
Eliminando X se obtiene
(
tE =
(
pb
pb + pe
Resultando para la producción
(
Obsérvese que si PO > Pb entonces te < tb y viceversa.
(
5.12 UTILIZACIÓN DEL TRACTOR DE CADENAS EN COMPARACIÓN CON LA
EXCAVADORA HIDRÁULICA.
El desarrollo actual de las retroexcavadoras hidráulicas es tal, en su fuerza de arranque,
que están desplazando al tractor de cadenas en trabajos de excavación. Este se utiliza sobre todo
cuando el terreno no es excavable por la excavadora hidráulica y se requiere por consiguiente
la utilización del escarificador, o por cuestiones de humectación (ver C.P. 5.3).
Por otra parte se necesitan dos máquinas y dos maquinistas (tractor + cargadora) contra
una sola máquina (excavadora).
La excavadora no se desplaza durante el trabajo, sólo gira y su consumo es más
económico siendo muy alta su producción.
La Tabla 5.20 argumenta que en la excavación se utiliza el tractor cuando no se puede
hacer de otra manera.
MAQUINA
MOVIMIENTO
%PESO MAQUINA
CONSUMO GASOIL
MANTENIMIENTO YAVERIAS
Excavadora
Brazo, pluma y cazo
30 %
Menor
Menor
Bulldozer
Toda la máquina
100 %
Mayor
Mayor
Tabla 5.20 Comparación entre Excavadora y Tractor de cadenas (Bulldozer).
5.27
5.13 UTILIZACIÓN EN COMPARACIÓN CON LA MOTONIVELADORA.
En extendido de capas intermedias de terraplenes tiene ventaja sobre la motoniveladora
porque ataca de una sóla pasada
motoniveladora
el montón
que descarga
el camión,
mientras
que la
tiene que dar varias pasadas para extenderlo. En éste caso un tractor de 20 t.
es suficiente.
En pedraplenes, materiales difíciles o vertederos, tiene que utilizarse el bulldozer.
5.14 UTILIZACIONES DEL TRACTOR DE CADENAS SEGUN TIPOS DE OBRAS.
En líneas generales las siguientes:
CARRETERAS
EXTENDIDO
DESBROCE
Pedraplenes.
Tierras: desplazado
por motoniveladora
Muy útil, la retro
tiene que desplazarse
continuamente.
EXCAVACION
V. sismiva<lO00
Desplazado por retro
V> 1000
Escarificación
CAMINOS DE .MONTAÑA
OBRAS HIDRAOLICAS
Excavación a media ladera con hoja angulable
mejor que con hoja recta.
Extendido terrenos fangosos.
Terrenos poca capacidad portante.
Motoniveladora: no.
OTROS
Canteras: Limpieza de monteras.
Presas: Desbroze en laderas escarpadas.
Tabla 5.21 Utilización de tractor de cadenas.
5.15 CASOS PRÁCTICOS Y EJERCICIOS.
EJERCICIO 5.1
En un trabajo de empuje con dos bulldozer 010 y 011 se ha efectuado una prueba en
40 m. de recorrido a las siguientes velocidades:
010
011
Empuje:
1,6 Km/h
2,5 Km/h
Retorno:
6 Km/h
6 Km/h
5.28
con un tiempo de apilado de 5 segundos cada tractor. A continuación se realiw otra prueba, en
esta ocasión trabajando los dos bulldozer en tándem, el D11 delante y el D10 empujando al D11,
moviendo en este último caso 45 m 3 a las velocidades de:
Empuje: 3,5 Km/h
Retorno: 4,5 Km/h
r
con un tiempo de apilado de 8 segundos.
(
Se pide elegir cuál de las dos pruebas resulta la más conveniente para reali7.ar el trabajo
(
y justificarla.
Coste de tractores; D11: 135 Millones de pts, D10; 84 Millones de pts.
(
Para el cálculo de los costes horarios se tomará el 0,25 por mil, añadiendo el coste del
operario: 2.500 ptas/h. Se tomará como coeficiente de eficiencia horaria: 0,83.
Solución:
(
1ª Prueba.
A efectos de comparación
se pueden tomar las capacidades
(volumen suelto) de las especificaciones
técnicas de las hojas
del texto.
* D10:
=
1,6 Km/h = 0,44 m/s
(
v,ctorno
= 6 Km/h = 1,66 m/s
(
= 40 /
(
vida
tida
t,etomo
=
0,44 = 90 S.
40 / 1,66 = 24 S.
= 5 S.
= 119 S.
tapilado
t 1018¡
nº ciclos/h
= (3600
x0,83) / 119 = 25,12
Producción = (volumen / ciclo) x (nº ciclos / hora) = 432 m 3/h
* D11:
V;da =
2,5 Km/h = 0,69 m/s
= 6 Km/h = 1,66 m/s
tida = 40 / 0,69 = 57 S.
t,ctorno = 40 / 1,66 = 24 S.
tapilado = 5 S.
t,otal = 86,6 S.
v,etomo
Producción
nº ciclos/h = (3600 x 0,83) / 86,6 = 34,5
(volumen / ciclo) x (nº ciclos / hora) = 883 m 3/h
=
Producción total = Producción D10 + Producción D11 = 1315 m3 /h
coste horario = o ~ x (135 x 10 6 + 84 x 10 6 ) + 2 x 2500 = 59
' 1000
Coste del m3 = Coste horario/Producción
horaria
= 45,43 ptas/m 3
5.29
Se supone que los 45 m3 son de material suelto, caso de ser en banco habría que
convertirlos a suelto para poder comparar con los volúmenes anteriores.
2º Prueba.
vida = 3,5 Km/h = 0,97 m/s
V,etorno
= 4,5 Km/h = 1,25 m/s
tida = 40 / 0,97 = 41,23 S.
t,ctorno = 40 / 1,25 = 32 S.
lapilado = 8 S.
ttotal = 81,23 S.
nº ciclos/h =(3600 x0,83) / 81,23 = 36,7
Producción = (volumen / ciclo) x (nº ciclos / hora) = 1651 m3 /h
coste horario = o ~ x (135 x 10 6 + 84 x 10 6 )
' 1000
Coste del m 3 = Coste horario/Producción
horaria
+ 2
x 2500 = 59
36 ptas/m 3
Se ve que es más conveniente la segunda prueba ya que la producción es mayor y el
coste del m 3 es menor.
EJERCICIO 5.2
Se va a efectuar
una excavación superficial
mediante un trabajo combinado
de
escarificado y empuje con un tractor D10 equipado con un sólo diente en una roca de velocidad
sísmica 2300 m/s, y en recorridos paralelos de 88 m. de longitud. Al final de los recorridos una
pala cargadora efectuará la carga de la roca a los camiones.
Velocidad escarificado
1,6 Km/h
Velocidad de retroceso
Profundidad de ripado
3,2 Km/h
lm
Distancia entre carriles de ripado
1,5 m
Nº de pasadas
2
Velocidad de empuje
Velocidad de retorno
3,2 Km/h
6,4 Km/h
Cambio de marcha del bulldozer
en cualquier trabajo
10 seg
Tiempo de apilado al terminar el empuje
Factor de eficiencia horaria
30 seg
0,83
Se pide:
1) Tiempo que debe dedicar el operador del bulldozer a escarificado y tiempo que debe
dedicar a empuje, en cada hora de trabajo.
2) Producción necesaria de la cargadora.
(
5.30
(
Solución:
(
1.a) Cálculo de la producción corno escarificador:
1600 / 3600 = 0,44 m/s
vida =
v,ctorno
r
= 3200 / 3600 = 0,88 m/s
= 88 / 0,44 = 200 S.
tida
=
t,ctomo
88 / 0,88 = 100 S.
= 2 X 10 = 20 S.
t uoa pasada = 320 S.
tcambios
tciclo
=
(
(
2 X 320 = 640 S.
Volumen a excavar por ciclo = long. x prof. x carril
Volumen a excavar = 88 x 1 x 1,5 = 132 m 3 b
Producción = P. = 132 x (3600 / 640) x 0,83 = 616 m 3 b/h
Referido a material suelto que es el que tiene que empujar el bulldozer, será tomando
Fw = 0,6 (roca, tabla 1.2):
(
(
P 0 = 616 /0,6 = 1026 m 3 S/h (material suelto)
1.b) Cálculo de la producción como bulldozer:
(
= 3200 / 3600 = 0,88 m/s
V,etorno = 6400 / 3600 = 1,76 m/s
Vempuje
tida
= 88 / 0,88 = 100 S .
= 88 / 1,76 = 50 S.
t,etorno
tcambios
= 2 X 10 = 20 S.
tapílado
= 30 S.
tciclo
= 200 S.
La capacidad de la hoja es 17,2 m 3 S, luego la producción será:
Producción = Pb = 17,2 x (3600 / 200) x 0,83 = 256 m 3 b/h
La producción combinada será, aplicando las fórmulas:
t de empuje = tb = 1026 / (1026 + 256) = 0,8 h = 48 min.
t de escar. = t 0 = 256 / (1026 + 256) = 0,2 h = 12 min.
La producción de la pala será la producción combinada de escarificación o empuje.
X = t 0 X Pe = 0,2 X 1026 = 205 m3 S/h
CASO PRÁCTICO 5.3. Humectación en banco.
Un ejemplo en el cual el procedimiento de arranque debe ser por tractor y no por
excavadora es cuando se necesita dar a las tierras, para su posterior compactación, una
humectación importante en banco; entonces se lleva una red de tuberías ligeras tipo riegos de
aspersión y se coloca un cañón o monitor en el mismo banco, orientado por un operario, que
lanza su chorro delante de la hoja empujadora del tractor.
La Fig. 5.29 corresponde a un caso de escarificación y humectación en el empuje.
(
5.31
Monitor
Fig. 5.29 Humectación en banco con monitor
APENDICE 5.1 TECNICAS DE ESCARIFICACION.
Es necesario tener en cuenta las siguientes consideraciones:
- Utilizar la primera marcha, ya que la velocidad de 1 a 2 kms/h. proporciona
la
producción más económica.
- El escarificado debe realizarse a favor de pendiente siempre que sea posible, e incluso
construirse su propia rampa de un 2% a un 3% con la hoja empujadora en el transcurso del
trabajo, si el caso lo permite.
- En terrenos durns puede ser adecuada la siguiente técnica aplicable a un tajo de una
longitud L entre 3 y 4 veces la longitud del tractor y ancho cualquiera (Fig. 5.30).
- Se debe comenzar
con un sólo vástago,
a no ser que el terreno
tenga fácil
escarificación.
En terrenos difíciles es preferible un sólo diente que centra mejor los esfuerzos, sobre
todo en material que se rompe en grandes lajas. Tres dientes en materiales más fáciles.
- Para evitar roturas del vástago, éste no debe trabajar en voladizo, smo hundido
completamente, por lo cual la primera pasada de tanteo debe se con una longitud del vástago
menor y aumentarla posteriormente si se ha comprobado su eficacia basta estar seguro de cual
es la profundidad que admite el terreno. Una vez determinada ésta no cambiar la altura del
vástago.
- Si las cadenas patinan es señal de que el tractor no puede y hay que aligerar el esfuerzo
disminuyendo la penetración
metida en el terreno.
del vástago. La parte efectiva del vástago debe estar siempre
- Hay que procurar que el tractor tenga una marcha regular, evitando saltos que
producen roturas.
.532
(
- Si el tractor corre mucho es más rentable ir aumentando el número de vástagos y llevar
una velocidad más lenta.
(
- Si el material es extremadamente duro hay que buscar el mejor ángulo de penetración a
("
(
2• FASE
(
(
(
1° FASE
(
3• FASE
4 4 FASE: Empuje y apilado
(
(
FUENTE C. Cañabate
en terrenos duros.
1ª Fase: Escarificado transversal en un ancho L, en la parte inferior de la rampa.
Fig. 5.30 Técnica de escarificación
2ª Fase: Igual, pero en la parte superior plana.
3ª Fase: Escarificado longitudinal empezando en la parte alta ya escarificada, de forma que se
pueda clavar bien el escarificador.
4ª Fase: Empuje en sentido longitudinal de la rampa y apilado en la parte inferior para su carga
posterior.
El operador sitúa el vástago hacia atrás (Fig. 5.31.a), separado de la máquina y el
cilindro (1) es el que da la penetración en el suelo.
a
b
Fig. 5.31
e
(
5.33
En la Fig. 5.31.b, el cilindro (2) cambia el ángulo de penetración. El maquinista lo que
ve es el recorrido del cilindro (2), y aprovecha la fuerza del hidráulico, el peso del I.Iactor y su
movimiento para romper el suelo.
Una vez roto el material, el ángulo de penetración ayuda a romperlo hacia arriba. El
operador de movimientos de vaivén con el cilindro durante el avance (Fig. 5.31.c).
La
separación
entre
pasadas
o
carriles influye en la producción, porque
disminuye el nº de ciclos para cubrir una
superficie. Cuanto menor sea, más pequeños
serán los tamaños de material.
Una regla es que la separación sea la
t--J 1111 fl..
-~---- --- -- -- ..-Jllllt 1
- -- >-- ----- -~
- --- ~-
1 --- ~
·~
-
<J=a
->-
~
~
~
.....
.,,
>-
-
mitad del ancho del tractor. En el retorno,
el tractor toma la diagonal de la separación de carriles.
Fig. 5.32 Movimientos del tractor
- Escarificado cruzado: Consiste en escarificar en dos direcciones perpendiculares
de
forma que la superficie sea lo suficientemente suave para que pueda ser cargado el suelo con
una cargadora, es decir, el tractor no realiza funciones de empuje. Esto concuerda con la técnica
general de utilización del tractor de cadenas que es reducir al máximo o eliminar el trabajo de
empuje. En este procedimiento se considera que es la cargadora la que debe moverse y acudir
a cargar el material que el tractor ha excavado.
APÉNDICE 5.2 TRAFICABILIDAD.
Es importante el tipo de material a arrancar y su relación con la climatología.
Por ejemplo, para suelos arcillosos y según el contenido de humedad natural, la Tabla
5.22 da las condiciones de utilización.
LÍMITES PARA EL TRABAJO
TIPO DE TRACTOR
Pequeño (7 t) con cadena ancha
Pequeño (7 t) con cadena estándar
Grande (38 t) con cadena ancha
Grande (38 t) con cadena estándar
Máximo de la relación: (*)
Contenido humedad/límite plástico
Cohesión mínima
Kg/cm 2 (**)
1,60 - 1,65
1,45 - 1,50
1,45 - 1,50
1,40 - 1,45
0,20
0,30
0,30
0,35
FUENTE: WATERWAYS EXPE.RIMENT STATION, DATOS POR PARRAR Y DARLEY 197.S
(*) Demostrado s6lamente para suelos conteniendo
más del 60% de limo más arcilla
(·*) Demostrado sólamen te para suelos conteniendo
más del 90% de limo más arcilla
Tabla 5.22 Condiciones de utilización para suelos arcillosos según contenido de humedad
5.34
(
(
La humedad a que se refiere la Tabla 5.22 es la del relleno, que puede ser inferior a la
(
del yacimiento en verano y tiempo seco.
(
La resistencia a la cohesión (esfuerzo cortante) está medida en el ensayo de campo con
(
un penetrómetro de mano, (Cono de Ohio).
(
Las cadenas (zapatas) anchas son las mayores de 700 mm. y las estándar entre 550 y 600
mm., con presiones sobre el suelo entre 0,64 y 0,86 Kg/cm 2, para tractores mayores de 25 t.
'
(
Cada tipo de tractor tiene unas presiones en sus zapatas, y un valor del índice de cono,
que, es distinto según el modelo de pcnetrómetro (no están normali7..ados).
{
(
(
(
(
6.1
CAPITULO 6
EQUIPOS DE EXCA V ACION Y CARGA
CARGADORAS
6.1 DEFINICION.
Es una máquina autopropulsada
equipada con cuchara frontal y un sistema de brazos
accionado por cilindros hidráulicos, cuya función principal es:
Cargar materiales sueltos de abajo hacia arriba.
Transportarlos a distancias mínimas.
Descargarlos sobre tolvas de poca altura o sobre medios de acarreo, camiones o
dumperes.
Debido a la elevada fuerza de sus cilindros es capaz también de arrancar material en
banco o perfil de no mucha consistencia.
Hay dos tipos de cargadoras:
a) Sobre ruedas. Son la mayoría.
b) De cadenas. Para trabajos especiales.
Partes estructurales: Son las siguientes (Fig. 6.2).
- Bastidor y estructura soporte.
- Motor, generalmente diese!.
- Transmisiones de avance, hidráulicas o convertidor de par.
- Equipo de trabajo, que consta de:
• Mecanismo de elevación.
• Mecanismo de volteo.
• Cuchara.
• Otros accesorios. El más importante en las cargadoras de cadenas es el escarificador.
6.2 CARGADORAS DE RUEDAS.
Son cargadoras cuyo dispositivo de traslación está constituido por ruedas neumáticas de
gran diámetro, generalmente 4 ruedas todas motrices y, por tanto, todas del mismo diámetro.
Actualmente
todas las grandes cargadoras de este tipo son de bastidor articulado,
formado por 2 partes unidas entre si por medio de una articulación doble con su eje vertical,
desplazando por su mayor maniobrabilidad a las de bastidor rígido.
(
6.2
(
'
r
'
'
(
Fig. 6.1 Cargadora sobre ruedas articulada.
{
(
Cap.
aprox. m3
Peso
F.A.
t
103kg.
1,7-1,9
2,1-2,3•
11
11
13
2,7-2,9•
17
13
16
3,5·
--
--
--
--
--
3,8·
21
966F
150
220
4
28
21
23
43
40
180
270B
--
5,4•
980C
988B
--
MOD.
CAT
MOD.
VOL
MOD.
FI-HIT
MOD.
KOM
MOD.
--
621
721
821
---
20
320
380
--
--
--
--
551
35
470
--
--
--
500
--
--
55
600
--
--
--
CASE
MOD.
LIEB
MOD.
(
O&K
{
926E
936E
90
--
100
130
950F
120B
160
--
* Tipos más utilizados. Los modelos > 43 t son tipo canteras y minería.
F.A. = Fuerza de arranque; CAT = Caterpillar; VOL = Volvo; FI-HIT = Fiat-Hitachi;
KOM = Komatsu; CASE = Case; LIEB = Liebherr; O&K = O&K.
Tabla 6.1 Cargadoras sobre ruedas. Comparación de algunas marcas.
6.3 CARGADORAS DE CADENAS.
Las cargadoras de cadenas reciben este nombre debido a su sistema de desplazamiento,
que consiste en 2 carros de cadenas.
Cap.
aprox. m 3
Peso
F.A.
MOD.
MOD.
MOD.
MOD.
t
3
10 kg.
CAT
FI-HIT
LIEB
KOM
1,5
2,1
15
20
10
16
953
%3
145
175
621
631
535
755
2,8
27
21
973
20
641
--
Tabla 6.2 Cargadoras de cadenas con escarificador.
Comparación de algunas marcas.
(
(
6.3
Comparando
con las cargadoras
de ruedas, a igualdad de cuchara, el peso es muy
superior y, por consiguiente, la fuerza de arranque; a esto se une que el rozamiento con el suelo
también lo es y, por tanto la fuerza efectiva de excavación.
Brazos de elevación
unidos por puente
central
(4 ) EQUIPO DE
TRABAJO
Dispositivo
de volteo
Dispositivo
de elevación
(1) CHASIS
(2) MOTOR
TRANSMISIONES
DE AVANCE
(5) TREN DE
RODAJE
Fig. 6.2 Partes estructurales de una cargadora de cadenas con transmisión
hidroslática y motor en la parte posterior.
El equipo de trabajo normal consta de la cuchara delantera y de un escarificador situado
en la parte posterior, que sirve para soltar las tierras cuando son demasiado duras para su
excavación con la cuchara.
6.4 ESCARIFICADOR DE LAS CARGADORAS DE CADENAS.
Hay dos modelos:
a)
Escarificador de bisagra o radial (Fig. 6.3): El ángulo de ataque cambia a medida que
el vástago penetra en el terreno.
(
(¡_4
(
b)
Escarificador
de paralelogramo
(Fig. 6.4): En este modelo se mantiene el ángulo de
ataque prefijado antes de penetrar independientemente
de la profundidad.
(
'
(
(
(
(
(
Fig. 6.3 Escarificadores
La misión del escarificador
de cargadora de cadenas con varios vástagos.
a) Radial b) De paralelogramo.
es más bien de contrapeso
en los modelos con motor
delantero y convertidor de par, pero naturalmente se puede usar para soltar el terreno cuando
la excavadora se utiliz.a en desbroces o excavaciones. (Se comenta el uso del escarificador en el
caso práctico C.P. 6.1).
6.5 PARAMETROS CARACTERISTICOS
Son:
GEOMETRICOS.
- Altura de descarga.
- Alcance.
6.5.1 ALTURA DE DESCARGA.
Es la altura máxima ("D" en la Fig. 6.1) que hay desde el terreno hasta el borde de la
cuchara, puesta en su posición más baja, habiendo levantado previamente los brazos de elevación
hasta el máximo.
Cuanto mayor sea esta altura en una cargadora, mayor altura de caja y, por tanto, mayor
tonelaje podrán tener los camiones o dumperes.
6.5.2 ALCANCE.
Es la distancia máxima ("F" en la Fig. 6.1) que hay entre dos verticales, una tangente al
neumático o a la cadena (por delante de ambos) y otra que pase por el extremo del diente,
estando la cuchara volcada y en su posición más alta.
Cuanto mayor es la distancia de alcance, más profundidad puede alcanzarse en la carga
a un dumper y más completamente se podrá realizar el llenado.
(
6.5
6.6 PARAMETROS CARACTERISTICOS DINAMICOS.
Son:
- Carga de vuelco.
- Carga máxima operacional.
- Capacidad de elevación del sistema hidráulico.
- Fuerza de arranque.
6.6.1 CARGA DE VUELCO.
Es el peso mínimo en el centro de gravedad de la
carga que es capaz de levantar las ruedas traseras o ruedas
cabillas, en el caso de cadenas, del suelo en la posición más
avanzada de los brazos. Es la que da el fabricanle en la
ficha técnica.
6.6.2 CARGA MAXIMA OPERACIONAL.
Fig. 6.4 Carga de vuelco.
Es la carga de trabajo, pero con las siguientes condiciones:
a)
No debe exceder del 50% de la carga de vuelco. Normalmente se toma el 50% de dicha
carga en las cargadoras de ruedas y el 35% en las de cadenas (Norma S.A.E. J732C).
b)
Debe ser igual a la capacidad de elevación en cualquier posición de la cuchara, girada
402 •
c)
Para un tamaño y tipo de cazo determinado.
d)
La velocidad de marcha no debe ser superior a 6,43 km/h.
e)
En terreno firme, suave y llano.
6.6.3 CAPACIDAD DE ELEVACION DEL SISTEMA HIDRAULICO.
Es el mayor peso que los cilindros
pueden
levantar a una altura determinada por el fabricante.
Este ensayo se realiza con la máquina anclada
en su parte posterior, pues este valor es superior a la
carga de vuelco.
Fig. 6.5 Capacidad de elevación del
sistema hidráulico.
6.6
(
6.6.4 FUERZA DE ARRANQUE.
r
Es la fuerza de elevación
vertical medida en el borde de la
(
(
cuchilla de la cuchara.
(
Es
importante,
(
el parámetro más
ya que da una idea del
poder de excavación, de arranque, de
una máquina.
(
-25mm
(
(
M=F x L
L
(
M = Par de arranque
F = Fuerza de arranque según SAE
L = Longitud fondo de la cuchara
Fig. 6.6 Fuerza de arranque.
* FACTORES DE LOS QUE DEPENDE:
La fuerza de arranque depende de una serie de factores, como son:
(
a) Tipo de cuchara:
Cuanto más ancha menor es su fuerza de arranque. Debido a esto, se colocan las
cucharas anchas para mover arenas o gravas sueltas y, en cambio, para excavar materiales más
consistentes se usan cucharas más estrechas.
La cuchara convencional puede tener el borde recto o en V para facilitar el arranque.
El tipo más común es la cuchara de dientes (ver fig. 6.7.a). El modelo de usos múltiples ó 4 en
1 (ver fig. 6.7.b) se tratará en las retrocargadoras.
Fig. 6.7 a) Cuchara convencional con borde recto.
b) Cuchara de usos múltiples.
6.7
b) Geometría de los brazos:
La Geometría Z proporciona una mayor fuerza de arranque.
t
1
. 1
D
1
A
,- - - - - - - - - - E- - --
-
- --
F
¿1
1
--'--
Fig. 6.8 Geometría "Z".
c) Capacidad del hidráulico:
Si las fuerzas del hidráulico son altas, también lo será la fuerza de arranque.
d) Fuerza de penetración:
Fijándose en el proceso dinámico de carga, se puede observar:
Al principio, toda la energía que trae la cargadora al llegar al acopio de material se
transforma, casi instantáneamente,
en el momento del impacto, tratando de penetrar la
cuchara en el material. En ese momento, el dinamismo de la máquina exige mucho par
y poca o casi nula velocidad.
El peso que gravita sobre el eje delantero
(ruedas guía en cadenas) es mayor que el
que gravita sobre el eje trasero (ruedas
cabillas en cadenas) en el momento de la
penetración,
por lo que se produce un
desajuste de pesos (Fig. 6.9).
Esto
provoca,
en
la
tracción
por
Fig. 6.9
neumáticos, una pérdida de adherencia al
terreno en la parte posterior de la máquina, por lo que el eje trasero tenderá más al
deslizamiento
que el delantero.
Como consecuencia
de ello, (aparte del excesivo
desgaste de neumáticos), la tracción corre a cargo tan sólo de la potencia transmitida
(
6.8
(
al eje delantero, por lo que la Fuerza de penetración disminuye.
(
(
En la tracción por cadenas, se produce una pérdida de contacto de la cadena con el
'r
terreno en la parte posterior de la máquina. La superficie de contacto cadena-terreno disminuye
y, por tanto, también disminuirá la fuerza de penetración.
'
(
La fuemi de penetración variará en función de:
'
(
- la potencia del motor
- la desmultiplicación
de la transmisión
(
- el diámetro de los neumáticos o la superficie de contacto cadenas-terreno
'
- las condiciones de adherencia del terreno
(
- el peso de la máquina y su distribución
'
(
6.7 CICLO DE TRABAJO_
{
(
La cargadora en su trabajo simultanea la maniobra (avance, retroceso y giro), con los
movimientos de la cuchara (subida, bajada y basculación). El ciclo de trabajo consta de 4 fases:
1ª)
CARGA:
cargadora
La
empuja
avanzando con la cuchara
baja hasta hincarla en el
material, la llena (debido
a la presión de su borde
cortante
contra
el
terreno) y la pone boca
Fig. 6.10 Carga.
arriba,
elevándola
ligeramente
para
retroceder.
Es el resultado de los movimientos bien coordinados o fuerzas: empuje (a través del
convertidor de par y el rozamiento con el suelo), elevación y recogida (por la acción de los
cilindros hidráulicos) (Fig. 6.10).
2ª) ACARREO:
Con la
cuchara llena, la máquina
retrocede
y
eleva
y
bascula simultaneamente
la cuchara,
para que el
material excavado no se
derrame. En esta posición
puede
Fig. 6.11 Acarreo.
transportar
pequeñas distancias.
a
(
6.9
3ª) DESCARGA: Se coloca junto
al medio de transporte, ajustando
la altura
de vertido
al mismo,
bascula la cuchara y el material cae
en la caja o es amontonado.
Fig. 6.12 Descarga.
4ª)
MANIOBRA:
Retrocede
y
maniobra mientras baja la cuchara
vacia, hasta alcanzar el frente de
llenado en la posición
a ras del
suelo para comenzar el ciclo.
Fig. 6.13 Maniobra.
Cuando el punto de vaciado dista más de 8 ó 10 m. del frente de llenado, la 2ª y 4ª fases
se incrementan con el recorrido Lineal de la mayor distancia.
6.8 FORMA DE CARGA.
La carga en V que se utiliza normalmente (Fig. 6.14). El camión debe colocaarse a la
izquierda para que ambos conductores se vean. Si hay otro camión esperando, se sitúa a la
derecha. La cargadora debe atacar siempre con el eje de la máquina perpendicular al frente, sin
que la articulación forme ángulo, y sin ninguna rueda en el aire. Para ello deberá despejar la
zona.
Fig. 6.14 Carga en V.
f
6.10
(
(
6.9 PRODUCCION.
f
(
La producción de las cargadoras depende de vanos factores: capacidad y grado de
llenado de la cuchara, velocidades de maniobra y elevación y, método de carga.
r
(
a) Capacidad de Ja cuchara:
(
Hay que diferenciar la capacidad de la cuchara a ras o colmada, pues se utilizan ambas
según la clase de material a cargar.
Ambas están definidas por las Normas de la SAE (Society of Automotive Engineers),
según la figura 6.15.
CAPACIDADES DEL CUCHARON SEGUN LAS.A.E.
~
~
5
::,
~
:~
o
~
¡~
~
2.7
2.5
2.3
2.1
1.9
1.7
1.5
1.4
1.2
0.9
u
6.15 Capacidades de la cuchara.
'
M'
¿
' '0.9
.,
(
''
1.1
(
- - ~-'
"
1.3
A
1.5
1.7
r
...... $
1.9
2.1
DENSIDAD DEL MATERIAL (en miles)
(
e
2.3
lkg/M'
Fig. 6.16 Distintas cucharas de la cargadora
CAT 916.
Los fabricantes ofrecen cucharas de distintos volúmenes, según el tipo de material a
cargar. Los más normales en O.P. son uso general (densidad d= 1,8 t/m 3) y roca (d=2,3).
(
Como ]a carga máxima operacional no varía para un modelo de cargadora, se tiene que
Carga = d x Vo1, lo cual se refleja en una gráfica de selección (figura 6.16), que apareca en el
catálogo correspondiente, en la que se elije la capacidad en volumen que corresponde a la
densidad del material a utilizar.
La cuchara se llena más o menos según el tipo de material (factor de llenado, variable
del 65% al 100%). Por consiguiente, el volumen útil será: C0 = C x fu .
b) Tiempos básicos medios del ciclo de maniobra:
La duración del ciclo básico medio (carga, vaciado y maniobra) para una cargadora
cargadora, en buenas condiciones de trabajo (buen material, buena rodadura, operador
competente y buenas condiciones de vertido), puede estimarse en:
- 24 segundos para cargadora de ruedas
- 36 segundos para cargadora de cadenas
Cuando aumenta la distancia entre los puntos de carga y de vaciado, hay que añadir los
tiempos de recorrido de ida y regreso según la velocidad de la máquina.
(
6.11
Como orientación pueden tomarse los siguientes tiempos:
FASES DEL CICLO DE CARGA
TIEMPO (minutos)
MJNIMO
MAXIMO
Avance y llenado de cuchara
0,10
0,20
Recorrido y 4 cambios de marcha
0,20
0,35
Vuelco de cuchara y descarga
0.03
0,10
TIEMPO TOTAL
0,33
0.65
Nº CICLOS / H
180
92
Tabla 6.3 Tiempos de ciclos por fases.
La Producción (P) se obtiene multiplicando el volumen colmado de la cuchara C por su
coeficiente de llenado f LL, por el número de ciclos/hora
trabajados/hora
N y por el n2 de minutos realmente
(factor de eficiencia horaria).
Donde:
C =
fLL
Capacidad de la cuchara, en m3•
= Factor de llenado, (varía según la naturaleza del material).
te =
Tiempo del ciclo.
fb = Eficiencia horaria (tiempo efectivo de trabajo en minutos por hora de 60 minutos),
expresada en tanto por uno.
N
4'
Nº de ciclos por hora de 60 minutos de trabajo, que varía según las condiciones de éste.
p
~
.......
Cuanto mayor sea el llenado de la cuchara,
;,.
aumenta el tiempo del ciclo y disminuye la producción
(Fig. 6.17), hay pues, que hacer varias pruebas.
1
1
1
L/
1
1
1
1
I
1
1
1
1
1
'1
1
I
1
Fig. 6.17
Llenctdo
del cucharon
..
(
6.12
(
(
La primera observación es que no haya derrame del material ni durante el movimiento
'
(
de la cuchara, ni durante el acarreo del camión.
(
Factor de llenado en
porcentaje sobre la
capacidad colmada
del cucharón
MATERIAL
r
(
(
(
CARGADORAS
Agregados húmedos mezclados ..... . ........... .. .. . .. ..... .. .. ...• • .•. . .. ..
95 - 100%
Agregados uniformes:
Hasta 3 mm .................... . . ...• •• .... ... ..•. .. .. . .......•.........
3 - 9mm . ...... . . .... •• . • .. . .......... • •............ ... .....• . ......... .
12 - 20 mm ....... .• . • .. ....... . ... . ...... . . ..... .. . ............ . ........
24 mm . y más . .. ............. .. ..• • . ................. . ............ . ... ..
95 - 100%
85 - 90%
90 - 95%
85- 90%
Marga o arcilla húmeda .. ... . . . ..... •. ...... ........ . . . .. ... ......... . ... . . •
100 - 110%
(
Tierra, piedras, raíces .. . . ...... . . ... .... . .. .... . ..... .. . .. ..... . ........•...
80 - 100%
Materiales cementados .. ... . . .•. • .. .. . .. .... . ..... . .. .. • • . ... ....•.. . • . . ...
85 - 95%
Roca volada :
Muy bien . . ........ . . . ... . .. ...... • .•.. , . .. . . . .. •. . ...... • .. . ..•..... . ..
Normal .. . ... . ........... . .. .
Deficiente (con lajas o bloques) .. . . . •..•.. . . . . . . .... . .. . .. . ..•........ . ....
80- 95%
75 - 80%
60- 65%
Tabla 6.4 Factores de llenado fu..
(
(
'
Fuente CATPH
(
CONDICIONES DE TRABAJO
te (min.)
N
Optimas
0,33
180
Muy favorables
0,50
120
Malas
Muy difíciles
0,66
90
1,00
60
(
Tabla 6.5 Tiempos de ciclos totales.
Se suelen tomar valores de 100 ciclos/hora en condiciones normales de trabajo y 60
ciclos/hora en condiciones desfavorables.
En el caso de que las cargadoras efectuen transportes a corta distancia, el número de
ciclos/hora puede calcularse por las fórmulas siguientes:
• Cargadora de cadenas:
V Cargada = 3 km/h = 50 m/min.
V Vada = 6 km/h = 100 m/min.
TIEMPO MEDIO DE CARGA
N2 CICLOS/HORA:
0,6 min.
N =
60
d
O, 5 + d +
50
10 0
6000
60 + 3 X d
f.13
• Cargadora de ruedas:
V cargada
= 4,8 km/h = 80 m/min.
V Vacía = J0,8 km/h = 180 m/min.
TJEMPO MEDIO DE CARGA = 0,5 mm.
60
d
0,5 + d +
80
1 80
N ==
Nº CICLOS/HORA:
10800
90 + 3 1 25
X
d
'/)
o
E-<
:::,
~ 80
:,:
.o,, 70
~
60 .
~ so
o
:i::
a::
o
o..
40
ti)
30
~
20
o,._¡
u
f(l
Límite de distancia :,
·
•
•
;
-~r1. ···t, · ·- :-·--· r-
,
~· ·- :-· .. ' ··· · ··· !
·'
10
30
.50
70
: 90
110
:
130
150
1
1
:
DISTANCIA DE TRANSPORTE (m.)
1
1
1
1
80
160
Fig. 6.18 Intervalo de distancias económicas de acarreo.
Capacidad del cazo ( m 3)
0.7
1.3
1.5
l.9
2.3
2.7
3
4.3
4.6
6.1
7.6
Arcilla arenosa
Arena y grava
Tierra común
Arcilla dura
Koca bien volada
Excavación con raíces y
rocas
Arcilla humecta
Roca mal volada
65
62
58
55
48
105
97
90
79
70
125
120
llO
100
91
179
172
123
146
133
200
185
175
150
135
230
215
205
180
165
280
245
230
205
185
360
345
325
295
265
390
365
350
315
290
530
495
470
425
395
660
630
590
530
500
42
37
35
65
60
50
82
71
66
125
117
106
128
120
110
150
140
122
170
155
135
250
235
210
285
247
215
365
335
295
460
420
370
fh =1
Forma de carga en V.
Tabla 6.6 Producción (m 3/b) . Material en banco.
La labia anterior
y la siguiente,
muestran
producciones
habituales
(en m 3/b) de
cargadoras para distintos tipos de materiales y factores de eficiencia horaria (f h)- La tabla T.6.7,
indica tales producciones en función de distintas distancias de acarreo.
(
(
6.14
(
Potencia
Cuchara
Ciclo de carga en V
en
de
Recorridos:
CV
m3
5 m.
7,5 m.
10 m.
12,5 m.
63
95
130
160
180
0,4
0,8
1,3
1,6
1,8
2,1
3,2
45,4
90,9
121
190
219
249
371
35,6
71,5
98
148
169
194
295
29,3
58,9
79
125
140
161
241
24,9
50,1
67
105
121
136
207
(
(
240
fh = 1
Tabla 6.7 Producción (m 3/h). Material suelto.
(
(
(
(
(
(
(
(
(
Para el empleo de la máquina, exclusivamente en operaciones de carga, tiene gran
importancia evitar los desplazamientos innecesarios, limitándolos a los imprescindibles para
llenar la cuchara, retroceder girando y situarse en posición junto al vehículo de transporte.
Cuando la cargadora se utiliza como medio de transporte, el factor predominante en el
rendimiento de la máquina, es la distancia recorrida, disminuyendo su producción en orden
inverso a la misma.
(
(
Las cargadoras más pequeñas son más sensibles a las dificultades que encuentran de
material (grava machacada, roca volada) y estado (banco) que las grandes. Las cargadoras
(
grandes tienen ciclos mayores que las pequeñas y su producción, en general, no es un múltiplo
de la correspondiente a una pequeña.
(
6.10 CAMPO DE APLICACIONES.
6.10.1 CARGADORAS DE RUEDAS.
Debido a la gran anchura de sus cucharas, la fuerza de arranque es menor que la de las
excavadoras y, prácticamente, en arranque en movimiento de tierras están siendo sustituidas por
las retroexcavadoras.
En arranque por tractores de cadenas, cargando el producto a camiones (Fig. 6.19).
- En desmontes de rocas voladas con explosivos, o en canteras, con cuchara adecuada y
con neumáticos protegidos con tejas o cadenas protectoras.
Escolleras, debido a la gran capacidad de sus cucharas (hasta 10 m3), cargan y manejan
bien grandes bloques de roca.
l
6.15
Fig. 6.19
- Desbroce de tierra vegetal (Fig. 6.20).
- Alimentación de material suelto a tolvas en
plantas de aglomerado asfáltico, graveras,
instalaciones de hormigón y de machaqueo.
6.10.2 CARGADORAS DE CADENAS
terreno,
Debido a la mayor adherencia de las cadenas al
estas máquinas tienen mayor fuerza de
Fig. 6.20
penetración que las cargadoras de ruedas de análoga capacidad.
- Desplazamiento en terrenos embarrados donde los neumáticos se hunden: debido a su
gran superficie de contacto (presiones de las zapatas sobre el suelo de 0,3 a 0,7 kg/cm 2,
mientras que en los neumáticos son de unos 3 kg/cm 2).
- Desplazamientos
en fuertes pendientes, debido a su mayor tracción.
- Carga en canteras.
- Excavación en bancos de tierra por estratos de pequeña altura, donde no pueda entrar
una retro, por ejemplo, en obras subterráneas.
6.10.3 COMPARACIÓN DE CARGADORAS.
Al elegir una cargadora (cadenas o ruedas), las características
- Carga estática de vuelco.
más importantes son:
- Capacidades de la cuchara (vol.) y densidades.
Potencia del motor Diesel: proporciona empuje y desplazamiento.
- Peso de la máquina: da idea de su estabilidad.
Fuerza de arranque: interviene cuando se usa para excavar, según el tipo de terreno.
Altura de descarga y alcance: para alimentar tolvas, camiones, etc.
- Radio de giro.
- Luz sobre el suelo.
(
(
6.16
(
(
A continuación
se establece una tabla comparativa
de dichas características
entre
(
cargadoras de cadenas y de ruedas:
(
r
RUEDAS
CADENAS
COMPARACION
1 a 4,5 m3
Hasta 8 m 3
Potencias
70 a 300 HP
Hasta 550 HP
Complejidad mecánica
Mayor
Menor
Peso y precio de compra
Mayor
Menor
Costo de mantenimiento
Más caro
Más barato
Capacidades de cuchara
(
(
(
(
(
(
'
(
Transporte a obra en ciudad
Requiere plataforma
Rodando
Adherencia
Mayor
Menor
Riesgo de patinaje
Escaso
Mayor
Coeficiente de tracción <·>
Alto
Bajo
Fuerz.a de empuje y llenado
Mayor
Menor
Fuerz.a de penetración
Mayor
Menor
Aptitud de excavar en terrenos blandos
Mayor
Muy pequeña
Posibilidad de escarificar
Si
No
Superficie de apoyo sobre el terreno
Grande
Pequeña
Carga sobre el terreno (kg/cm 2)
Pequeña
Mayor
Superficie de rodadura requerida
Todo terreno
Explanación
Trabajo sobre afirmados
Los destroza
No los perjudica
Sobre terreno abrasivo
Gran desgaste
Poco desgaste
Sobre terreno rocoso con aristas
Resiste bien
Gran desgaste
Giro en suelos rocosos
Peligro de roturas
No
Agilidad de maniobra
Lenta
Rápida
Centro de gravedad
Bajo
Alto
Seguridad en el trabajo
Muy estable
Riesgo de vuelco
Estabilidad
Mayor
Menor
(
(
(
(
(
(
(
(
(
sin escarificado
Tabla 6.8 Comparación entre cargadora de cadenas y de ruedas.
(
6.17
6.11 COMPARACIÓN ENTRE CARGA CON CARGADORA Y CON EXCAVADORA
HIDRÁULICA.
La cargadora tiene que tener cuchara más ancha que su vía para proteger en el avance
a las ruedas o las cadenas, lo que reduce su fuerza de arranque lineal. Su ciclo de trabajo es
mayor que el de la excavadora, debido a los desplazamientos (la excavadora sólo gira).
Fig. 6.21
La altura de carga de una cargadora es aproximadamente 1 - 1,5 m. , mientras que en una
excavadora es de varios metros (esto hay que tenerlo presente cuando se utiliza una cargadora
para arranque).
La cargadora de neumáticos requiere como mínimo el doble de su longitud para
maniobrar sin problemas para ella o para los vehículos de acarreo en áreas reducidas. La
excavadora gira y permite situarse cómodamente a los vehículos de acarreo.
Las cargadoras grandes tienen ciclos mayores que las pequeñas y, a pesar de todo, su
alcance y altura de descarga no es suficientemente grande comparando con una excavadora. Así,
incluso los mayores modelos de cargadoras tienen dificultades para cargar los grandes dumpers
que frecuentemente se usan.
En la carga de voladuras hay que tener presente la menor fuerza de arranque de la
cargadora repecto una excavadora, lo cual quiere decir que una cargadora requiere una voladura
más intensa para que el material esté más troceado, suelto y movido.
CON EXCAVADORA
CON CARGADORA
Fig. 6.22 Carga de voladura.
En limpieza de pie de cantera la cargadora tiene ventaja sobre la retro, al dejar el suelo
mejor para los dumperes (Fig. 6.23).
(
(
6.18
(
(
(
(
(
(
(
(
(
Fig. 6.23
(
6.12 UTILIZACIÓN DE LA CARGADORA EN ARRANQUE.
La retroexcavadora ha desplazado normalmente a la cargadora en arranque, salvo casos
particulares. Si éstos se presentan hay que tener presente algunas consideraciones:
de
- Es más efectiva la cargadora
cadenas, debido a su mayor
tracción.
- La altura del banco debe ser
aproximadamente
a los ojos del
operador. Si aquel tiene una altura
importante, el material debe
empujarse con tractor de cadenas y
cargar desde abajo (Fig. 6.24).
Fig. 6.24
6.13 RETROCARGADORA.
Es una máquina autopropulsada
sobre ruedas con un bastidor especialmente diseñado
para montar a la vez un equipo de carga frontal y otro de retroexcavación trasero de forma que
puedan ser utili7--ados alternativamente
(Definición de AENOR, norma UNE 74-100-88).
Se trata de una máquina muy versátil y rentable que trabaja el mayor número de horas
en una obra. Esto es debido a su facilidad de transporte en el modelo sobre ruedas que es el más
normal, y a los equipos que lleva.
En apertura de zanja realiza la doble función de abrir la zanja con la retro y rellenarla
después con la cuchara frontal. Reemplaza el cazo de la retro por un martillo demoledor, cuando
encuentra en una zanja hormigón, pavimentos asfálticos u otro material no excavable fácilmente
así como en trabajos urbanos levanta firmes y pavimentos.
(
6.19
~¡
~'
100•
1890
2100
i~ODEWS
Pesos : 7 a 10 Tn .
HP : 80 • 105 .
Cazo : 1 a 11 2 m\
A : Profundiad maxima escavacíon de 4, 7 a 6 m.
B : Altura de descarga de J,3 a J,75 m.
Fig. 6.25 Retrocargadora
sobre rueda s (llamada Mixta en las obras).
Debido al carácter polivalente de esta máquina tiene interés el mayor número posible
de implementos, y entre clJos la cuchara de usos múltiples.
l EXCA V,\ CION
¡ 2 CARGA
5 RELLENADO
6 AGARRE
Fig. 6.26 Cuchara de usos múltiples.
Posiciones de los sectores
y aplicaciones.
Fig. 6.27 Cuchara de usos múltiples con los cilindros
hidráulicos que abren los sectores.
Ésta consta de dos sectores que se abren mediante una pareja de cilindros hidráulicos
que forman parte de la propia cuchara y que según la posición de los sectores tiene aplicaciones
distintas (Fig. 6.26) .
(
'
(¡_20
(
(
6.14 MINICARGADORAS.
'
(
Son muy útiles c.;n espacios reducidos y de poca altura, en donde las otras cargadoras no
podrían trabajar. U na aplicación característica
r
es el desescombro de plantas bajas de edificios,
ya que pueden penetrar en ellas por el portal (rehabilitación
(
de edificios) y descargar a los
camiones situados en la calle. El sistema de tracción de estas máquinas de chasis rígido difiere
(
El giro se obtiene por el
(
del de las grandes cargadoras,
siendo cada lateral independiente.
(
bloqueo de las dos ruedas de un mismo lateral mientras continúa la tracción en las otras dos.
Algunos modelos tienen cadenas de goma en vez e.le mee.las.
(
Dimensiones de un modelo de:
(
(
- cuchara ... 200 l.
- Peso ••••• 1387 Kg.
2,50 m
3,22 m
(
(
(
(
(
(
(
{
Fig. 6.28 Mirúcargadora.
Fig. 6.29 Minicargadora
con cuchara de uso múltiples, (posición 5) rellenando zanjas.
6.21
6.15 CARGADORAS DE TÚNEL DE BAJO PERFIL TIPO L.H.D.
No son propiamente cargadoras de movimiento de tierras, sLno que se emplean en los
túneles despues de la voladura. Su característica
fundamental es su bajo perfil y que su trabajo
más importante es el acarreo mientras que en las cargadoras convencionales no lo es.
El conductor está situado en un costado, lo que le permite ir en las dos direcciones con
comodidad (ver fig. 6.28). Estas máquinas descargan fuera de la boca del túnel formando un
montón, que luego será cargado a camión por cargadoras convencionales, o en una escombrera.
Su anagrama es L (load, carga), H (hauling, aca rreo), D (discharge, descarga) .
...LL¿ f / / / / /
-
- --
/
/
I / 111 ¿¿ / U
- -- -- 161 O
-- - 1950 - ------ - - - - -7760- - - - - - - - - - <
- - -- - - -8160 - -- · ___ ___ __ __...
Fig. 6.30 Gálibo de una cargadora de túneles LHD de 2 m 3 • Peso 15 t.
Posición de avance y de retroceso. Elevación de cuchara fuera del túnel.
Fig. 6.31 Carga de la cuchara en el frente
del túnel después de una voladura.
Utilización:
Los modelos más pequeños,
Fig. 6.32 Desescombrando el frente.
de cuchara entre 1,3 y 2 m3, en obras
hidráulicas, túneles de desvío y conducciones de tuberías y los mayores de 4,3 a 6 m 3 en túneles
de carreteras.
Para cada capacidad hay unas secciones mínimas del túnel, por ejemplo, el tipo de 1,5
m 3 pasa por una sección de 2 x 2 m 2 •
(
(
6.22
(
Las distancias prácticas de acarreo están en los 300 m., llegando incluso a 600-800 m.
En los túneles de Garraf (Cataluña) se han utilizado de 6 m3 y excepcionalmente
(
hasta 4 Km,
(
y en el Metro de Bilbao de igual capacidad y hasta 800 m.
(
Las velocidades dependen del estado del suelo, pero puede estimarse una velocidad real
media entre acarreo y retomo de 7 Km/h y superan pendientes entre 14 y 17%.
Cuando después de la voladura hay peligro de desprendimientos,
(
(
se utilizan con control
remoto, colocándose el operario con los mandos entre 25 y 40 m. del frente.
(
Han desplazado a las vagonetas sobre vía, cuyos trenes sólo se utilizan con máquinas de
excavación mecánica contínua, tales como escudos, topos y rozadoras, es decir, no en voladuras.
Los modelos pequeños, para túneles pequeños incluso transportan el hormigón en la
cuchara hasta las proximidades del frente donde puede estar situada una bomba de hormigón
estacionaria.
(
(
(
(
(
(
(
6.16 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS.
* C.P. 6.1 Utilización, de la cargadora de cadenas con escarificador, en arranque.
La figura 6.2 corresponde a un modelo de transmisión hidrostática con el motor situado
en la parte posterior, en cuyo caso la máquina no está bien equilibrada para utilizar el
escarificador tan dúramente como a veces se hace.
Con la utilización del escarificador es mejor el modelo de cargadora con motor frontal
y convertidor de par, que equilibra mejor el esfuerzo del escarificador impidiendo que se levante
la máquina.
La utilización
excavación
de la cargadora de cadenas es, en muchos casos, como elemento de
en lugares de baja altura, donde una retroexcavadora no entraría (obras
subterráneas), y su función es excavar y mover el material hasta el lugar en el que una cargadora
sobre ruedas es la que efectua la carga a camiones.
En estos casos, el material puede incluso ser muy duro para la cargadora y se utiliza el
escarificador para soltarlo, usándose la cuchara como hoja empujadora hasta donde esté situada
la cargadora de ruedas.
Este tipo de trabajo no es adecuado, porque se está confundiendo esta máquina con un
tractor de cadenas y hay diferencias muy importantes:
- Las tejas de la cargadora son menos altas que las de un tractor y con 2 ó 3 nervios, por
lo que tienen menos penetración y menos adherencia, mientras que las de un tractor de cadenas
tienen uno sólo y muy alto, que penetra y se clava más en el terreno.
6.23
- Los brazos de la cuchara de la cargadora de ruedas están sustentados por la torreta de
la superestructura
(Fig. 6.33.a), mientras que en un tractor de cadenas están sobre los largueros
del bastidor de la infraestructura
(Fig. 6.33.b), de forma que la cargadora
puede soportar
esfuerzos mucho menores.
Fig. 6.33
Por todo lo anterior, utilizar una cargadora de cadenas como un bulldozer es un gran
error sin considerar las limitaciones correspondientes.
Para el contratista
es muy cómodo tener dos máquinas en una, sobre todo desde el
momento en que el bulldozer está ausente de la obra, pero sería mejor utilizar un tractor
pequeño de 15 ó 20 t.
A igualdad de peso entre una cargadora de cadenas y un bulldozer pequeño o mediano,
el escarificador
de la cargadora es de menos peso y menos altura de vástago.
Concusión
sobredimensionadas
final: Las cargadoras
utilizadas
como bulldozers deben ser potentes y
en su trabajo.
* C.P. 6.2 Corte típico de un vaciado en Madrid para aparcamientos mediante
excavación con cargadora.
1.- Echadizo (rellenos sucesivos).
15 m.
2.- Veta negra: es la tierra fértil de labor de
-
0
0
0-0
la época de S. Isidro y posterior.
3.- Arena de miga (fácil, se sostiene).
4.- Tosco: es arena con arcilla,
difícil
Fig. 6.34
de atacar
con
muy duro,
una cargadora
de
ruedas.
Una cargadora de ruedas de 2,5 m 3 ataca bien y obtiene 1000 m 3/día; se mueve muy bien
(articulada),
hace la rampa, excava y carga a camiones.
Se puede hacer con una excavadora retro de 1,5 m 3 sobre ruedas:
6.24
(
(
Inconvenientes:
no tiene la movilidad de la cargadora, excava anclada al suelo con sus
(
patas de apoyo, tiene que excavar en un plano superior al de los camiones.
(
(
Ventajas: excava más fácil y en el tosco no tiene dificultades; la cargadora sí, lo hace,
(
pero le cuesta.
(
(
Las producciones para las capacidades señaladas son aproximadamente
(
iguales.
(
(
• C.P. 6.3 Datos prácticos de producción en obra.
'
(
CARGADORAS DE RUEDAS
(
Cuchara (m3)
Producción (m 3/h)
Coste horario (Pts/h)
2,7
140
5.000
4
180
6.000
(
(
(
• C.P. 6.4 Comparación entre la utilización de la retro y de la cargadora en excavación.
Utilizar una cargadora en una excavación para cargar camiones resulta más caro que una
(
retro, porque la cargadora requiere un bulldozer.
{
(
EQUIPO DE EXCA VACION
(
Bulldozer
Cargadora
Variante A
Camión
Retro
Variante B
Camión
Es más económica la Variante B, por eso se utilizan tanto las retros. Las cargadoras se
utilizan más en instalaciones, donde realizan función exclusiva de carga.
• EJERCICIO 6.5 Comparar el dato correspondiente al modelo de 4 m 3 con lo expuesto
en el Capítulo.
Solución:
Aplicando la fórmula de producción (pág 6.11), y adoptando los valores fu_
= 0,8, para
los datos P = 180 y C = 4, resulta:
180 = 4
X
O, 9
X
N X O, 8
6.25
Se obtiene: N = nº ciclos/h = 62,5; demasiado bajo, comparándolo con el valor de la
Tabla 6.4. Una explicación presumible es que exista una distancia de acarreo. Veamos cual,
entrando en la fórmula de la pág. 6.13:
N=
10800
90+3,2Sxd
= 62, 5
Se obtiene: d = 25 m., que es una distancia aceptable, lo cual quiere decir que la
cargadora no sólo carga, sino que recorre una distancia de acarreo.
* EJERCICIO 6.6 Comparar la capacidad de la cuchara de una cargadora modelo CAT
950 para una densidad d = 18t/m 3 con lo expuesto en el texto.
Solución:
El fabricante da corno dato en la ficha técnica:
Carga límite de equilibrio
estático
con máquina
girada:
10285 kg. Se toma como carga
operacional el 50% = 5 t.
Para la densidad dada se obtiene un volumen de cuchara de:
5 t
= 2, 9 m3
1, 8 t/m 3
que se corresponde con una de las capacidades del fabricante.
APENDICE 6.1 INDICADOR DE PESAJE DINÁMICO EN CARGADORAS.
Permite conocer el peso de la carga que está efectuando
durante su movimiento.
Consiste en un transductor de presión que se coloca en los cilindros hidráulicos de los brazos
de la cargadora, el cual envía una señal a un indicador digital situado en la cabina (ver fig.),
provisto de impresora.
Una aplicación interesante consiste en que el maquinista marca en el ordenador la carga
legal que debe llevar el camión que está cargando y el procesador automáticamente
resta cada
carga que se efectua. El maquinista apretando un botón puede conocer la carga de la cuchara,
de forma que se puede acabar la operación con una precisión de ± 1%.
El ordenador registra todas las operaciones efectuadas diariamente o en otro periodo,
de manera que constituye también un control de la producción, que puede pasar a un ordenador
central de seguimiento, situado en la oficina de obra o de la planta.
En plantas sencillas de hormigón, puede dosificarse una tolva de áridos sin báscula.
(
6.26
(
(
(
(
("
(
(
(
(
(
(
(
(
Fig. 6.35
APENDICE 6.2 LA ELECTRÓNICA EN LAS CARGADORAS.
Un micropocesador
controla las transmisiones
automáticas
de velocidades
según lo
permita el trabajo y las condiciones del suelo, de forma que el operador se concentra sólo en
la carga y en los movimientos adelante y atrás.
E l conductor apretando botones eléctricos selecciona dispositivos "down shift" o "Kick
down" (Fig. 6.36).
Fig. 6.37 Diagnosis E lcctronic Data
Monitor. Fuente Fiat- llitachi.
Fig. 6.36 Dispositivos "down shift" y "'kick down".
El down shiít reduce automáticamente la marcha impidiendo que por efecto del convertidor
de par se pase a una velocidad superior cuando desciende la máquina un desnivel. El kick clown
pasa de 2ª marcha a l ª.
6.27
Lleva instalado un dispositivo
de diagnosis con una pantalla de forma que avisadores
acústicos y luminosos identifican averías y control de niveles.
También está integrado en el procesador el número de ciclos que la máquina realiza en una
hora, por lo que puede llevarse un control de la producción.
r
(
(
(
(
(
'
(
(
(
(
'
(
(
(
'
(
(
{
(
(
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(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(._
L
e
e
l
l
l
(
lv
u
u
V
7.1
CAPÍTULO 7
EQUIPOS DE CARGA Y ACARREO. MOTOTRAILLAS.
7.1 OBJETO.
Las traíllas son máquinas ulilizadas
para el movimiento de tierras, que realizan las
siguientes funciones: arranque, carga, transporte, descarga y nivelación de suelos tales como
arena, arcilla, tierra e incluso zahorras, dependiendo de los distintos modelos de máquinas.
Fig 7.1 Mototrailla convencional.
7 .2 TIPOS DE TRAÍLLAS.
1) Autopropulsadas,
son las llamadas mototraíllas que pueden ser:
a) Convencionales,
de un sólo motor delantero y tracción delantera en el módulo de
tracción. (Fig. 7.2.)
(
7.2
(
(
b) De dos motores, uno delantero y otro posterior. Tracción a los dos ejes, o sea
total. (Fig. 7.3.)
(
(
(
·'
(
c) Con eJevador de paletas para la carga. De un sólo motor delantero y tracción igual que la
convencional. (Fig. 7.4.)
'
(
(
(
(
2) Remolcadas por tractores de cadenas: son adecuadas para distancias cortas. Los
modelos actuales son accionados hidráulicamente y se utilizan en Japón y U.S.A.. Tienen un
mayor esfuerzo de tiro, debido a una buena tracción incluso en pistas en mal estado.
De menores capacidades (3 a 5 m3),con grandes tractores de ruedas de tracción total.
7.3 PARTES ESTRUCTURALES.
En esencia, una mototraílla consta de 3 partes:
A) Elemento tractor y transmisiones
B) Caja
C) Suspensión
7.3.1 ELEMENTO TRACTOR Y TRANSMISIONES.
Es el que mueve la máquina y en él está situado el motor y la cabina del conductor.
El motor Diesel es turboalimentado,
potencia llega a los 550 CV.
Existen
para disminuir los problemas de la altitud. Su
mototraíllas que llevan además otro motor, situado en la parte posterior de
la caja, son las llamadas traíllas de dos motores, y que permiten un aumento de tracción al
utilizar la carga sobre las ruedas posteriores (en este caso motrices también) como peso
adherente.
carga.
Las
Esto mejora la tracción en fuertes pendientes y ayuda a reducir el tiempo de
transmisiones
son hidrodinámicas
y constan de: convertidor
cambios, diferencial y mandos finales planetarios.
Generalmente
de par, caja de
todas las marchas son de
'
(
7.3
servotrasmisión,
por lo que no hace falta el embrague, ni desacelerar al cambiar de marcha y
de cambios automáticos accionados eléctricamente.
7.3.2 CAJA.
La caja está abierta por su parte superior,
descendente,
y dotada con movimiento ascendente
y
provista en su borde de ataque de una cuchilla recambiable para hacer el corte
o excavación al terreno.
La caja consta de dos elementos importantes: la compuerta y la placa eyectora
la compuerta
situada en la parte frontal, es del tipo "sector", y sirve para cargar,
mantener la carga y descargar (abriéndola o cerrándola).
la placa "eyector", colocada en la parte posterior, sirve para empujar el material al
efectuar la operación de descarga.
BALANCÍN
COMPUERTA
Fig. 7.5 Compuertas y Placa eyector avanzando en descarga.
1) Eje de basculación.
2) Cuchilla de corte reversible
Los fabricantes para cada modelo dan las siguientes capacidades:
- Carga especificada en Kg, es la máxima que puede llevar.
- Capacidad al ras en m 3•
- Capacidad colmada en m3, que corresponde a una densidad determinada, ej. 1,4 t/m 3 •
Teniendo en cuenta la densidad de cada caso, se determina la capacidad en m 3 en
función de la carga especificada
la parte posterior
en Kg. La capacidad de la caja puede llegar a los 40 m 3• En
de la caja, lleva un eje de ruedas neumáticas
mototraílla es del tipo "2 motores").
(siendo motrices
si la
(
(
7.4
(
7 .3.3 SUSPENSIÓN.
(
f
El elemento de unión entre la caja y el elemento lractor, tiene forma de "cuello de
'
(
cisne", y en el se encuentran:
f
a) Cilindros hidráuJicos de dirección (fig.7.6.), el ángulo de giro es de 90°, de manera que
puede dar la vuelta en un espacio menor que su longitud total.
'
(
b) Cilindros hidráulicos de suspensión de la ca1a (fig. 7.6), son 2 cilindros que permiten la
(
elevación y descenso de la caja.
c) Balancín de apertura de la compuerta de sector (fig. 7.6,), que abre y cierra la misma.
'
(
e
A
(
B
(
(
(
(
(
Fig. 7.6. Traílla convencional, enganche automático frontal.
7.4 CICLO DE TRABAJO DE LAS TRAÍLLAS.
Consta de cuatro fases, que se representan en Ja figura 7.7 y que son:
1ª Carga.
2ª Transporte.
3ª Descarga.
4ª Retorno.
BALANCÍN
1ª FASE: Carga.
CARGA
- Se baja la caja.
- Se levanta la compuerta
h
7.5
2ª FASE: Acarreo.
- Se levanta la caja.
TRANSPORTE
- Se baja la compuerta.
EYECTOR
3ª FASE: Descarga.
- Se baja la caja hasta
DESCARGA·
la altura deseada.
- Se levanta la compuerta.
- La placa eyectora fuerza
el material a salir.
RETORNO
4ª FASE: Retorno.
- Se levanta la caja.
- Se baja la compuerta.
Fig. 7.7 Ciclo de trabajo.
7.4.1 CARGA.
El proceso de carga se realiza de esta manera:
El operador, una vez colocada la máquina en posición, actúa sobre el balancín de
apertura de la compuerta de sector para abrirla, y acciona los cilindros de suspensión de la
caja haciéndola bajar (con la máquina en marcha), hasta que ésta se apoye en el terreno y la
cuchilla penetre en el mismo, cogiendo un rulo de terreno, de manera similar a un cepillo de
carpintero. El espesor de la capa arrancada es aproximadamente de 25 cm.
Al avanzar la máquina, el terreno va llenando la caja, empujado por el material que
sigue penetrando en ésta.
Al estar la altura de la cuchilla fijada por los cilindros de suspensión, la mototraílla
corta el terreno por tongadas paralelas a la línea de pendiente, dejando el corte nivelado. En
esta fase de trabajo es cuando el motor necesita desarrollar toda su potencia. Las traíllas
convencionales de un sólo motor y tracción solo delantera no tienen tracción suficiente para
cargar la totalidad de la caja.
La resistencia
resistencia
a la carga depende de la resistencia
al
corte del suelo, y de la
que ofrece el propio material que está llenando la caja, al que va entrando.
Después de cargada aproximadamente la mitad de la capacidad, la resistencia que opone el
material que hay dentro es tan grande que no deja entrar más material, sino hay la ayuda de
un tractor empujador, el cual acorta también el tiempo de carga.
'
(
7.6
(
Una regla empírica, en lerrenos de Lipo medio, para calcular el esfuerzo de lracción
necesario
(
para la carga, es que se necesita 1 Kg. de esfuerzo de tracción por cada Kg. de
carga, (el Ej. 7.5 determina la carga máxima que puede cargar una mototraílla
(
de un sólo
(
molor sin ayuda de otra máquina).
(
Siempre que sea posible es conveniente efectuar la carga cuesta abajo para disminuir
(
las rcsislencias al movimienlo.
La zona de carga debe mantenerse bien nivelada y sin baches.
(
7 .4.2 ACARREO.
{
(
Una vez cargada la mototraílla, el maquinista cierra la compuerta de sector mediante
(
el balancín, para que no salga el material y acciona los cilindros de suspensión que levantan
(
la caja para que el fondo de la misma no roce con el terreno, quedando el conjunto apoyado
(
en las ruedas
posteriores y en las del elemento tractor, siendo posible alcanzar velocidades
(
altas, hasta 45 Km/h.
En los recorridos de ida y retomo, 2ª y 4ª fase del ciclo, conviene aprovechar las
(
de velocidad de las máquinas, manteniendo los itinerarios en buenas
máximas posibilidades
condiciones con motoniveladoras
La amortiguación
expresamente dedicadas.
no es como un automóvil,
(
y con el gran peso, si hay baches, el
impacto es grande y ocasiona lesiones a los conductores,
lo que es importante en el capítulo
de seguridad e higiene.
En
obras
exclusivamente
de
importancia,
para las mototraíllas,
es
conveniente
proyectar
unas
pistas
de
acarreo
dándoles amplias curvas (en el caso de que existan),
regándolas para evitar el polvo, e incluso zonas de aparcamiento para el caso de averías.
7.4.3 DESCARGA.
l
Al llegar al punto de vertido, el maquinista levanta la compuerta de sector mediante
el balancín y entra en acción el eyector, que avanza dentro de la caja (en el mismo sentido
que la marcha de la mototraílla),
expulsando el material
contenido
en ella por la parte
delantera.
Mediante los cilindros de suspensión de la caja (elevándola
o bajándola),
se puede
regular la altura de la capa formada por el material expulsado, extendiendo así un espesor
nivelado por la cuchilla.
Es necesario
compactación.
y económico aprovechar
el peso de las mototraíllas
para una previa
7.7
7.5 MÉTODOS DE EXCAVACIÓN.
Se analizan los dos siguientes:
a) Carga longitudinal intermitente.
Consiste en bajar y subir la cuchilla, con lo cuál la superficie del terreno queda
ondulada. Se realiza en los casos en los cuales se trabaja con materiales livianos o sueltos
para evitar que se amontonen frente a la cuchilJa
entrada de más material.
J? 1 A,/, r'
>;p >;> .¡,.,< ¿;
y la compuerta de la trailla, y dificulten la
r >.» > >7>2>.t,), ~ ,,,,, , 7 ..., P , ·" -'J)..,,/ ¿1 ;t
Fig. 7.8. Carga intermitente.
Avance longitudinal.
b) Carga mediante cortes alternados transversalmente.
Es para
longitudinales
obtener
cargas
rápidas
y colmadas.
Consiste
en
ir
dejando
cortes
en el terreno con suficiente material para cargar una traílla, de modo que
queden unas elevaciones para posteriores pasadas.
El ancho de los espacios intermedios
ruedas de un mismo eje.
7 ///?? !?
n
d
ha de ser menor que la distancia
t,·? "3" "t, n
o-------3 rn - - ~ - - - 2 ' 5 - - + - --
entre las
,,:?»Ur
, ,
3m
-
Fig. 7.9 Carga alternada. Sección transversal.
(1)/(2) cortes. (3) se corta en la siguiente pasada.
7.6 FORMACIÓN DE TALUDES Y ZANJAS. EXCAVACIÓN EN ESCALONES.
Consiste en ir haciendo cortes en el terreno, despla1líndolos
horizontalmente
uno de
otro a una distancia que defina el talud que se quiere conseguir.
De
esta
motoniveladora
Este
forma
se
obtendrán
una
sene
de
escalones,
que
mediante
una
darán el talud.
método
sirve
procediendo simétricamente
para
la
excavación
de
por cada uno de los laterales.
Para el corte de zanjas en V, es muy parecido.
canales
de
grandes
dimensiones,
(
7.8
(
(
'r
(
Fig. 7.10. Excavación en escalones.
'
7.7 TÉCNICAS DE EMPUJE DEL TRACTOR EMPUJADOR.
(
La misión del tractor empujador es ayudar en la carga a las traillas convencionales de
(
un sólo motor, por los motivos antes explicados.
(
SEHTIOO DE AVANCE
.EMPOJAOOR
TRAILLA
Fig. 7.11. Carga con tractor empujador.
(1) Tope de empuje. (2) Compuerta levantada.
El tractor empuja sobre el "Tope de empuje" de la mototraílla,
situado en la parte
posterior de la caja.
Es recomendable que los tractores vayan equipados de hoja con amortiguador,
cuál les permite empujar haciendo contacto hasta 4,8 Km./h.
La necesaria
intervención
de los empujadores
obliga
a tener
un número
lo
de
mototraíllas suficientes para que tengan empleo continuo.
Es equivocado perder tiempo para completar la carga de una mototraílla, porque la
pérdida de tiempo en una unidad en esta fase, retrasa todo el conjunto de unidades, mientras
que una carga incompleta no afecta a las demás.
En la práctica el empujador actúa hasta que ve rebosar material mientras no haya
llegado otra traílla, en cuyo caso cesa el empuje y se prepara para la siguiente.
Es muy importante
para reducir el ciclo de carga, dar la profundidad
necesaria en cada caso. Esta profundidad de corte depende de varios factores:
de corte
7.9
- Tipo de material a cargar.
- Tiempo invertido.
- Potencia del tractor de empuje.
El conductor
principalmente
de la
mototraílla
debe
llevar
la
máquina
de forma
que
sea
el empujador el que realice el esfuerzo de carga, así se evitará un desgaste
excesivo de neumáticos.
El conductor del empujador procurará
recta, ya que cualquier desviación
representará
mantener siempre la línea
un desgaste importante de los neumáticos de
la traílla, y reducción de la velocidad.
Cuando los neumáticos del tractor de la mototraílla
comien7..an a girar en falso hay
que disminuir el corte levantando la caja, lo mismo se puede decir cuando el empujador
comience a patinar.
Si el empujador no lleva hoja amortiguadora,
lo cuál no es normal en el trabajo de
éste, se suele soldar algún dispositivo en el tope posterior de la trailla para evitar la carga
concentrada sobre la hoja del tractor. De cualquier forma debido al gran ancho de la hoja
empujadora es fácil producir las desviaciones
antes mencionadas, que ocasionan desgaste en
los neumáticos de la traílla.
Por ello, si los conductores
no son muy experimentados
en lugar del método de
empuje, puede ser aconsejable el método de arrastre (pull), enganchando el empujador al
enganche automático frontal de la traílla (fig. 7.6).
7_g CICLO DE TRABAJO DEL EMPUJADOR.
Sistema en cadena:
El tractor (P) empuja a la traílla (Sl) durante el corte o carga que oscila entre 20-25
metros de distancia
de (A) a (B), aunque la traílla empieza a cargar sin el empujador,
mientras éste hace su maniobra.
Una vez subida la cuchilla, después de terminada la carga, el tractor debe seguir
empujando unos 5 m. que es la longitud necesaria
para que las ruedas traseras suban el
escalón que ha dejado en el corte y ya la traílla sale por sus medios (Fig. 7.12).
Fig. 7.12
r
(
r
7.10
(
Normalmente el sistema que se utiliza es el de carga en cadena.
(
La maniobra del lraclor debe ser la mínima, es la traílla la que le busca. El tractor
(
(
(P) retrocede en ángulo unos pocos metros de B a C, justo para dejar que la trailla siguiente
r
(S 2 ) vaya al corte que dejó la anterior. Puede ser en ángulo como en la figura 7.13 o marcha
(
atrás en línea recta hasta prácticamnete
(
el punto anterior A, dependiendo del ancho de la
(
zona de trabajo.
(
(
Si el circuito es cerrado, la trailla S2 puede venir como indica la S/ .
(
(
(
(
(
(
(
Fig. 7.13
Conciciones de carga
Favorables
Ciclo (min.)
Medias
1,2
1,6
Desfavorables
2
Tabla 7.1 Tiempo del ciclo del empujador. TP
El tiempo del ciclo del empujador depende de las condiciones de carga favorables,
medias o desfavorables, y en él está incluído el tiempo de carga de la traílla, tabla 7.14.
- FAVORABLES: Si el préstamo es grande para realizar maniobras fáciles, terreno
ripado previamente,carga
cuesta abajo, y usando un tractor empujador equilibrado
con el
tamaño de la traílla.
(.
- DESFAVORABLES: las opuestas.
7.9 MOTOTRAILLA CON ELEVADOR DE PALETAS (SCRAPER ELEVATING).
La potencia necesaria en la fase de carga (aproximadamente
necesaria
en fase
(
de transporte)
es debida
a los motivos
del 150 al 200% de la
anteriormente
explicados:
rozamiento de la cuchilla con terreno, penetración de la cuchilla en el terreno y rozamiento
interno del material cargado, empujado por el que está penetrando.
7.11
2.44 m
2.44 m
LIIL_L....::::~--==~_,____l!J_--1----_L
f
(Arriba)
12.84m .)
(Abajo)
(2.62m)
,___ _ _ _ _ _ 3.94 m
f - - - - - - Caja levantada (9 .78 m.l
Caia al nivel del suP.lo (10 R m \
Fig. 7.14 Traílla ID762 (8,5 m 3) con elevador de paletas (1).
Con
objeto
de aumentar
la producción
y disminuir
estas
resistencias,
se ha
desarrollado la mototraílla con elevador de paletas, montado en la parte delantera de la caja,
con la misión de facilitar la carga.
La diferencia con las traíllas convencionales
se describe seguidamente.
es la forma de carga y de descarga que
7.9.1 CARGA.
Las paletas del elevador,
montadas sobre 2 cadenas sm fin, arrastran
el material
excavado por la cuchilla (dotada generalmente de dientes) al interior de la caja.
Las cadenas están dotadas de movimiento propio (independiente
del avance de la
máquina) mediante un motor hidráulico colocado en la parte superior del elevador.
La mototraílla
autocargable
carga sm ayuda
lamayoría
de los materiales.
Hay
excepciones, como son: las piedras grandes, la caliza partida, la roca volada y cualquier otro
material
que rompa en fragmentos
demasiado
grandes,
para pasar entre las hojas del
elevador y el borde cortante. El elevador no es un triturador de roca y no debe emplearse
como tal.
El elevador,
cuando
se encuentra
con una
piedra
demasiado
grande,
lleva
un
dispositivo de giro que hace elevarse la parte inferior del mismo, para no dañarle; penetra la
piedra en la caja y rápidamente vuelve a su posición inicial.
(
(
(
7.12
(
(
(
r
(
(
(
(
CD
(
(
Fig. 7.16 Montaje flexible del elevador (1).
Fig. 7.15 Elevador de pale tas (2).
(
Motor hidráullico (3).
Los suelos con un alto contenido de humedad y una gran cohesión interna, pueden
adherirse al elevador, apelotonándose
y creando gn·-,les vacios en la carga.
El elevador produce un desmenuzamiento
del material lo que motiva que la caja
pueda llenarse en su totalidad sm dejar huecos.
La capacidad de carga, es
aprovechada
al
máximo al producirse una distribución
uniforme y mejor compactada.
7.9.2 DESCARGA.
La posición del elevador, en la parte delantera de la caja, hace que no sea utilizable
el dispositivo de descarga utilizado en las mototraíllas convencionales
Fig. 7.17 Carga
(compuerta de sector).
Fig. 7 .18 Descarga
Pa ra la desca rga, el suelo de la caja se desplaza hacia
atrás, a la vez que el cyector
empuja el material directamente sobre el terreno, dónde es extendido y nivelado por el borde
posterior.
(
7.13
EYECTOR
Fig. 7.19 El suelo de la caja se desplaza para el extendido.
7.10 MOTOTRAILLAS DE DOS MOTORES
Esta
permite
mototraílla
con
motor
delantero
y posterior
sobre
las ruedas
traseras,
aprovechar el peso total de la máquina para el esfuerzo tractor y esto, unido a la
gran potencia total, les permite ser autocargables sin ayuda de un empujador.
Las mototraíllas
de 2 motores se complementan
con una 2ª mototraílla
dispuesta e n
tándem con la primera, trabajando en pareja y recihen entonces el nombre de mototraíllas
de
empuje y arrastre, (push pull scrapers).
Fig. 7.20 Mototraíllas cargando por el sistema empuje-arrastre.
Dispositivo de acoplamiento:
Llevan en su parte delante el elemento de enganche constituído
por un tope elástico
de empuje y un fiador, y en la parte trasera el tope de empuje y el gancho.
Para la unión de ambas mototraíllas, baja el fiador y se engancha a la mototraílla que
va delante, este enganche
es automático al chocar una con otra y el desenganche se realiza
desde la cahina por el conductor actuando sobre un cilindro hidráulico.
La fase de carga se realiza en 2 etapas:
1ª Etapa: la mototraílla
trasera vacía e mpuja a la delantera,
mientras
ésta carga,
hasta que está totalmente cargada .
2ª Etapa: la mototraílla delantera, ya cargada y con la caja elevada, tira de la trasera
(
7.14
(
mientras carga esta última. De esta manera utilizan conjuntamente la potencia de ambas para
cargar cada una.
(
Concluida la fase de carga se desenganchan y termman su ciclo por separado.
entre sí,
(
porque si hay desfases y uno llega al corte antes que el otro, y tiene que esperar para la
carga, entonces no lo hace y carga por separado; el tiempo de carga es entonces
(
El trabajo por parejas exige que los maqmrustas
estén muy pendientes
prácticamente el doble y se pierden las ventajas de la pareja.
Debido a lo anterior, si se necesitan vanas parejas se complica el trabajo y resulta
'
(
(
más económico utilizar traíllas convencionales y un empujador.
(
(
7.11 UTILIZACION Y COMPARACION DE MODELOS DE MOTOTRAILLAS.
(
La utilización del tipo adecuado de mototraílla, en cada clase de trabajo, depende de
una serie de factores económicos:
Material excavable, duración de neumáticos,
resistencia
a la rodadura,
(
pendiente,
distancia de acarreo, costos: carga, acarreo y relleno, disponibilidad mecánica.
Es rentable su utilización en una obra a partir de los 500.000m 3, y principalmente
pueden cargar cuesta abajo.
s1
(
Dado que realiza el corte y extendido, s1 el material se destina a vertedero, tienen
(
menos interés.
Hay que procurar que el circuito de recorrido sea independiente de otros vehículos, y
si es posible que sea cerrado, es decir, una pista de acarreo y otra de retorno.
El material ideal para cargar mototraillas es arcilloso ligero.
Los arenosos
secos y limpios,
y arcillosos
húmedos
se cargan mal, y los muy
pegajosos, a la hora de descargar, quedan adheridos a las cajas; en terrenos pizarrosos y con
un ángulo de estratificación no muy elevado se puede cargar el material bien (aunque no con
buenos rendimientos).
Se facilita la carga de los terrenos
previamente, lo cual beneficia posteriormente en la compactación.
En terrenos duros, es conveniente
escarificar
arenosos
secos
regando
previamente antes del corte porque
aumenta la profundidad de éste, dismmuyendo la longitud del mismo y por consiguiente el
tiempo de carga.
Cuando se escarifica conviene que sea distinta la zona de corte de la de escarificado
de forma que no se produzcan interferencias entre ambas.
7.15
Si el terreno se humedece mal, el escarificado
permite que penetre me1or el agua, y
se necesilan cisternas regadoras delante de la traílla en el corte, lo que complica, pero por
otra parte la humedad facilita la carga.
La zona de corte debe estar bien nivelada, sin baches, zanjas o piedras, lo mismo que
la de acarreo, y esté exenta de polvo, necesitándose
una motoniveladora
y una cisterna.
Fig. 7.21
MATERIAL
CARGA
DESCARGA
Arcillosos ligeros secos
B
B
Arcillosos pesados
B
M
Arenosos secos y limpios
M
M
Terrenos pizarrosos (Bajos rendimientos)
B
R
Escarificar antes
B
B
B
Duros
Roca con fragmentación
uniforme y % de
finos. Tamaños < Abertura de salida.
Tabla 7. 2 Material excavable con traílla.
MODELO DE TRAILLA
CONVENCIONAL DE 1 MOTOR
CON ELEVAOOR DE PALETAS
DE 00S MOTORES EMPUJE-TIRO
TIPO DE MATERIAL
Hasta roca escarificada
Hasta el tamaño de grava
Hasta el tamaño de grava fina
DURACION DE LOS
NEUMATICOS
Entre 800 h. (roca volada) y 3000 h. (arena)
Entre 600 h. (grava grande) y 2500 h. (arena)
Entre 400 h. (roca escarificada) y 2000 h. (arena)
RESISTENCIA A
LA RODADURA
10-15 cm. penetración
neumático 20-50 Kg/t
< 12 penetración
neumático 20-50 Kg/t
25-30 cm. penetración
neumático > 50 Kg/t
7.16
(
(
Ventajas de las traíllas de empuje-tiro (push-pllll) sobre lo otros modelos.
(
Son derivadas de su mayor lracción al tener dos motores, o sea:
- si en el trayecto de acarreo hay pendientes posilivas.
(
- cuando el vertedero eslá mojado, enlonccs se atasca menos.
(
- si predominan las condiciones de humedad, como suele ser en el Norte de Europa,
pero en climas secos, como en España, lienen menos ventajas sobre las
convencionales con lraclor empujador.
(
(
- s1 el material es duro, carga mejor la convencional con tractor empujador.
(
(
Utilización de las traíllas con elevador.
Cuando las condiciones del material son muy buenas, tierras blandas y sin piedras,
entonces la carga es muy rápida; respecto a las distancias, son más interesantes en distancias
cortas, de 200-500 m., ya que las laras son mayores, y entonces predomina la carga, en la
cual tienen ventaja.
:~
J.,,,;,t.~-,,\"flJ'"'3l-.:r'-"~:r-:J~
":!í'l:Si.,Jt'2t'CM11:.~
7.17
MODELO DE TRAILLA
CONVENCIONAL DE 1 MOTOR
CON ELEVADOR DE PALETAS
DE DOS MOTORES EMPUJE-TIRO
INDEPENDENCIA
Necesita un empujador
Totalmente independiente
Debe trabajar por parejas
8%
7%
PENDIENTE SUPERABLE
DISTANCIA DE
ACARREO
COSTOS:
30 %
> 200 - 300 m.
< 2000m.
> 150 - 200 m.
< 800 m.
> 150 - 200 m.
< 1600 m.
medio
bajo
medio
bajo
medio
bajo
mayores
alto
medio
95 %
90 - 95 %
85 - 90 %
Carga
Acarreo
Relleno
DISPONIBILIDAD
MECANICA
Tabla 7.3 Comparación de modelos de mototraíllas.
Las traíllas con elevador de paletas resultan
suprimir el empujador.
más económicas
que las convencionales
al
La tabla 7.3 proporciona la comparación entre los distintos modelos de traíllas.
Siempre hay que tener presente que tendrá menos averías cuanto más sencilla sea.
CONVENCIONALES
Capacidad colmada m3.
Carga t.
Potencia KW.
CAT 621, TEREX 14C
CAT 631E, TEREX 24C
CAT 651E, TEREX 46C
15,3
21
246
23,7
34
336
33,6
47
410
CON ELEVADOR DE MATERIALES
Capacidad colmada m3.
Carga t.
Potencia KW.
CAT 613, J.D. 762
CAT 615, J.D. 862
CAT 623
8,4
12
131
12,23
17
198
17,1
25
272
DE EMPUJE Y ARRASTRE
Capacidad colmada m3.
Carga t.
Potencia KW.
CAT 627
CAT 637
CAT 657
15,3
21
168
23,7
33,6
47
410
34
336
Tabla 7.4 Rango de modelos de mototraíllas.
(
7.18
'
7.12 PRODUCCION.
<
La expresión es:
p = C X nº ciclos/h.
X fh
(
P = C x 60/T e x fh x Fw
(
(
Siendo:
P = Producción en m 3 /h de perfil.
C = Capacidad de carga.
(
Fw = Factor de esponjamiento.
(
f h = Factor de eficiencia horaria.
Te = Tiempo del ciclo en minutos.
(
(
Para determinar el tiempo del ciclo se toma:
- Tiempos fijos: Carga, descarga, aceleraciones,
(
desaceleraciones,
(
frenados y giros.
(
- Tiempos variables: Dependen de la distancia de acarreo, la velocidad que puede conseguir
(
en él y la velocidad de retorno.
(
Para calcular las velocidades hay que estimar las condiciones del camino, o sea:
- Resistencia a rodadura
- Pendientes, si vuelven por el mismo camino, serán de distinto signo.
- Coeficientes de tracción
y el método expuesto en el Capítulo 2 y ejcrcicos del mismo.
l
VELOCIDAD DE ACARREO Kl.jb.
REPARTO
8 - 13
24 - 48
13 - 24
(3)
(1)
(2)
(3)
1,4
0,3
0,7
0,5
0,8
0,3
0,3
0,5
1
0,4
0,5
0,5
1,4
0,5
0,7
0,5
(1)
0,8
0,5
0,3
0,5
(2)
(3)
1
0,7
0,5
0,5
0,4
1
0,7
0,5
carga
Aceleración en carga
Descarga
2 Giros de 180°
Aceleración y desaceleración
y frenado (retorno vacía)
0,8
0,15
0,3
0,5
(2)
1
0,2
0,5
0,5
0,3
0,4
0,6
0,3
0,4
0,6
0,3
0,4
0,6
Tiempo total
2,05
2,6
3,5
2,2
2,8
3,7
2,4
3,1
4,2
(1)
Tabla 7.5 Tiempos fijos para mototraílla.
Condiciones: 1) favorables, 2) medias, 3) desfavorables.
La tabla 7.5 da unos tiempos fijos para mototraíllas, tanto convencionales con tractor
empujador como de 2 motores y con elevador de paletas.
7.19
Cuando dos traíllas de 2 motores trabajan por parejas por el sistema empuje-tiro el
tiempo de carga para cada una es la mitad del que figura en la tabla 7.5.
Hay un incremento de productividad debido a: escarifacado,
humidificación
previa y
carga cuesta abajo, ya que el efecto de la pendiente es equivalente a un % de aumento de
esfuerzo tractor.
7.13 ESTUDIO DEL CICLO DE UNA TRAILLA CONVENCIONAL CON
TRACTOR EMPUJADOR. Nº OPTIMO DE MOTOTRAILLAS.
Cuando se utilizan traíllas convencionales
empujador que se aprovecha
distancias de acarreo.
es necesaria la utilización de un tractor
para empujar varias traíllas,
normalmente
de 3 a 5 según
Con el fin de que no se produzcan esperas tanto por parte de las mototraíllas como
por el empujador, hay que calcular el número Nº óptimo de traíllas, el cual es un número
ideal o teórico no entero, eligiendo el número entero más adecuado.
Principio de equilibrio:
Si
se
consideran
dos con juntos con N 1 y N 2 elementos
cada uno, que están
perfectamente sincronizados, con tiempos de ciclos T 1 y T 2, se tendrá que sus frecuencias son
las mismas, f 1 = f 2 , siendo:
luego: N 1
N 2 x T ¡/T 2
Aplicándolo al caso de traillas:
N,= nº de traíllas que puede empujar un empujador.
NP= nº de empujadores.
T •= el tiempo del ciclo de las traíllas.
T P = el tiempo del ciclo del empujador.
Conociendo pues los tiempos de los ciclos de las traíllas y del tractor empujador, con
Np = l se determina N 0 P;
N 0 P = 1 x T,/Tp
N 0 P es un número no entero y según se tome N,>NP ó N,<Np resulta la siguiente discusión:
Ns
TRAILLAS
EMPUJADOR
<Nop
no esperan
espera
> NºP
esperan
no espera
PRODUCCION
---máximo
Tabla 7.6
COSTE (ptas/m 3)
minimo
----
(
7.20
(
Los tiempos dd empujador, pueden tomarse de la tabla 7.5. Los ejercicios 7.1 y 7.2
explican como se reali7,an estos cálculos.
(
(
La determinación
(
de N, se puede realizar aplicando que el factor de acoplamiento
Mach Factor (MF) sea óptimo:
'
M.F. = Prod. equipo carga/Prod. equipo trans. = 1
NP x C x (60 / TP> = N5 x C x ( 60 / T 5)
resultando igual que antes.
(
Se utiliza normalmente un tractor empujador tipo D9 con 3 mototraíllas de 34 t. de carga.
(
(
7.14 CURVA DE INCREMENTO DE CARGA.
(
En una primera aproximación parecería que el coste más bajo se obtendría cargando
la caja al máximo antes de que deje el corte. Sin embargo, ensayos realizados demuestran
(
que la máxima capacidad reduce la producción, en lugar de aumentarla.
Esto es debido a que al principio la tierra entra fácilmente, pero a medida que se va
llenando la caja, la que entra encuentra mayor resistencia y el ritmo de carga disminuye, o
sea, aumenta el tiempo de carga.
Con los resultados de los ensayos de obra se establece una relación entre carga y
tiempo que es la curva de incremento de carga.
Se empuja una traílla durante 0,1 mm, se pesa la carga y se toma la media de
diferentes pruebas. Se repite por incrementos de 0,1 min. sucesivamente hasta que se
comprueba que no hay incremento de carga. Se dibuja la curva correspondiente.
t
40
30
20
10
o, 1
0,2
0,3
0,4
0 ,5
0,6
0 ,7
min
Fig 7.22 Curva de incremento de carga. Tiempo de carga - toneladas.
(
7.21
La curva de incremento de carga se complementa con una tabla, que puede hacerse
para cada caso concreto de distancia de acarreo, en la que se determinan las producciones
correspondientes a cada tiempo de carga, obteniendo así la producción máxima y el tiempo
óptimo de carga.
El ejercicio 7.4 explica el sistema ordenado de cálculo.
La curva de la fig. 7. 23 muestra como varía el tiempo óptimo de carga y la
producción, en relación con la distancia, para una traíJla de 15 m3 .
A cada distancia le corresponde
un Top que aumenta al aumentar las distancias,
lo
que es lógico, porque va teniendo más importancia el tiempo de acarreo y retorno y la producción decrece.
\
uso
1.1
r:
-~
~ 1.0
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\
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o.4
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Z400
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1
-
i-~o...,
""
'-
1200
'ºº
1800
D18TANCIA 01! ACARRCO CN MCTR!OS
Fig. 7.23
7 .15 APLICACIONES.
Entre las aplicaciones más corrientes se citan las siguientes:
A) Carreteras: Compensación de volúmenes en traza.
B) Aeropuertos: Excavación del terreno.
C) Obras Hidráulicas:
Presas de tierra
7.16 VENTAJAS E INCONVENIENTES.
Ventajas:
a) Independencia.
No dependen de otros equipos.
b) Compromiso
entre
mejor carga
y mejor
acarreo.
Las excavadoras,
cargadoras,
(
7.22
(
dragalinas,
(
etc., sobrepasan sólo en carga y los canuones unicamente en acarreo. La
capacidad de carga y acarreo es una ventaja en muchas obras.
(
(
c) Depositan la carga en capas delgadas uniformes,
que facilitan
las operaciones
de
extendido.
''
d) Alta producción en condiciones favorables y economía de mano de obra.
e) Descargan al progresar sobre la traza y van creando una compactación
r
(
previa al ir
circulando.
(
'
f) Son rentables hasta 1200 m. (1993).
(
(
Sin embargo, los inconvenientes que presentan son:
(
a) La limitación en la profundidad de corte no permitiendo mezclar capas estratificadas
(
(tierras mezcladas).
b) Sensibles a las condiciones meteorológicas,
con bajo grado de a provecha miento.
No
(
obstante, se puede hacer una preparación de caminos después de la lluvia.
c) Poca altura libre sobre el suelo, lo que exige pistas bien cuidadas y niveladas.
d) Necesidad de conductores experimentados.
e) Maquinaria de elevado coste de adquisición y operario.
f) Mayor consumo de combustible que otros medios de transporte. El consumo es de 1
1/m 3 de perfil, en 300-400 m. de distancia, frente a los 0,65 1/m 3 de los dumpers.
g) Las distancias de acarreo están limitadas.
h) Las traillas dan averías, y conviene tener una de repuesto.
Los
resúmenes
siguientes
dan
una
comparación
con
otras
soluciones
excavaciones superficiales.
EQUIPOS PARA
EXCAVACIONES
SUPERFICIALES
(
TRACTOR
CARGAOORA
CAMIONES
Sin escarificar ••.•..•.....•.• Tierras
Escarificando rentablemente ..• Rocas (v<2000 m/s)
Voladuras ..................... (v > 2000 m/s}
MOTOTRAILLAS
Sin escarificar .•.•••.•.•..... Tierras
Escarificando ...•.•...•.•....• Tierras muy duras
Límite de costo ...........•... Distancias
Tabla 7.7
para
7.23
90
1
bJ +J
'
75
!
'
/
• ¡,,
,,,.
,,,..- .
_,,
.,,,..~ ... --
Excavadora 7 cornione~
- - - - E•plonadoro
_ _ Mototraillc¡.
11
1
2
-.
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1 1
o
(.)
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1
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N
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1
1
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1 1 '1' 1
o o
,r _,
o
o
o
1
8
o
N
OIS TAN CIA S
Fig.7.24 Costes de diversos equipos en función de distancias
1- Bulldocer, costo más alto que trailla en 40-80 m.
2- Traillas, más bajo que e. ·::ivadora y camión, basta 1200 m.
3- Excavadora y camión más bajo, a partir de 1200 m.
7.17 CASOS PRÁCTICOS Y EJERCICIOS.
EJERCICIO 7 .1
Varias mototraíllas
excavan y transportan
hasta una distancia de l.000m., estando
cargadas de 20 km/h y en vacío 40 Km/h. Consultadas tablas para estas velocidades dan los
siguientes tiempos fijos en minutos:
Carga
Descarga-giros
1
0,5
Aceleración-desaceleración
0,8
Las mololraillas son ayudadas para la carga por un tractor de cadenas que invierte
cada vez, entre posicionarse y empujar, un tiempo total de 2,2 minutos.
Calcular cuántas traíllas puede empujar el tractor.
Solución:
Se cakuJa el tiempo del ciclo de la mototraílla:
tiempo fijo= 1 + 0,5 + 0,8:;;: 2,3 minutos
(
7.24
(
(
tiempo variable = tiempo ida + tiempo retorno
(
1000 m
= 3 minutos
20000 m
60 m
t ida
(
(
(
{
t retorno =
1000 m
= 1, 5 minutos
40000 m
60 m
tvar.
(
'
(
= 4,5
(
tiempo ciclo = 2,3 + 4,5 = 6,8 minutos
(
Llamando N al número de traíllas; T s al tiempo del ciclo de la traílla; T, al tiempo
del ciclo del tractor y sabiendo que se debe cumplir que el número de ciclos de la trama (Ns)
debe ser igual al del tractor (N 1) se cumplirá:
Nxl:8= 1
6 '
X
l:_
2 ,2
Nx
1 X
=N=6
'2'
8
(
{
2= 3,09
= 3 traillas
EJERCICIO 7 .2
(
Se va a realizar un trabajo de excavación de 50.000 m3 en perfil con mototraíllas
ayudadas por un tractor empujador siendo necesario calcular el número de mototraíllas
(
necesarias en cada caso para la carga y transporte del material excavado.
La carga útil de cada traílla es de 26,7 t y la distancia de transporte 2,0 Km,
suponiendo una velocidad de acarreo de 27 Km/h. la velocidad de retorno en vacío es de 45
Km/h. Se supone un costo diario del tractor de empuje de 56.000 Pts., y un coste diario de
cada mototraílla de 108.000 Pts.
El tiempo de carga de la mototrailla
es de 0,8 minutos calculándose
un tiempo
empleado en aceleraciones, giros y descargas de 2 minutos. El tractor recorre cada vez una
distancia total de 150 m. a una velocidad de 6 Km/h entre el punto de origen y el punto de
empuje y retomo.
Se suponen jornadas de 8 horas y factor de eficiencia de 0,8. Densidad en banco del
material: 1,78 t/m 3 •
Se pide:
1) Determinar el número de traíllas necesario,
total de la operación en los casos siguientes:
plazo de ejecución en días y coste
7.25
La) Con el mínimo coste del m 3 con la máxima producción.
1.b) En el mínimo plazo de ejecución con el mínimo coste.
2) Representar
gráficamenle
los costes y producciones
obtenidas en los casos de
empleo de 3,4,5 y 6 mototraíllas.
Solución:
Ciclo del tractor:
tP = 0,8 + d/v, donde d = 150 m y v = 6 Km/h
100 m/min.
tP = 0,8 + (150 / 100) = 2,3 min.
Ciclo de la traílla:
Vida = 27 Km/h = 450 m/min
tida = 2000 / 450 = 4,44 min
V ret = 45 Km/h
t,et = 2000 / 750 = 2,66 min
= 750 m/min
tcarga + lrnaniobra = 0,8 + 2
Total: T 5 = 9,9 mio
Aplicando la fórmula del texto, N, = Ts / Tp =9,9 / 2,3
Se pueden considerar 4 ó 5 traíllas.
Si se consideran
= 2,8 mio
4,3
4 traíllas,
espera el tractor
(habrá menos coste y menos producción).
Si se ponen menos traíllas que 4, caso de 3, las traillas consumen su tiempo exacto
del ciclo, igual que en el caso 4, el tractor espera más.La producción y los costes disminuyen.
Si se consideran 5 traillas, esperan las traíllas, y el tractor trabaja a tope, habrá más
producción, pero aumenta el coste.
Si aumentan las traíllas (caso de 6), ya no aumenta la producción, porque el tractor
es la misma que antes pero aumentan los
no puede aumentar sus ciclos. La producción
costes.
Por consiguiente el mínimo coste con la máxima producción corresponde a 4 traíllas
(La), y la máxima producción con el mínimo coste es para 5 traíllas (1.b).
La producción por traílla es:
P=Cx
siendo C = 26,7 t / densidad = 26,7 / 1,78
p = 15 X __§_Q_
9,9
15 m 3
X Ü
'
8 = 72,72 m3 /h
Coste horario (se supone jornada de 8 horas):
- del tractor: 56000 / 8 = 7000 pts/h
- de la traílla: 108000 / 8 = 1.3500 pts/h
(
(
(
7.26
coste pts/m 3 =
- Caso de tres traíllas:
(
(
coste total / h
produce. total / h
(
P 10101 = 3 x 72,72 = 218 m 3 /h
(pts/m 3 )
Coste
(
= ( 3 x 13500 + 7000) / 218 = 2 18
pts/m 3
(
Coste total = 50000 x 218 = 10,89 millones pts
Plazo = 50000 / (218 x 8) = 29 días
(
(
- Caso de cuatro traíllas:
P 101• 1 = 4 x 72,72 = 291 m 3 /h y análogamente
Coste (pts/m 3) = 209 pts/m 3
;
Coste total
{
= 10,45 millones pts ; Plazo = 22 días
'
(
- Caso de cinco traíllas:
Hay que calcular el tiempo del ciclo, en el cual ya está incluida la espera. Vendrá
(
dado por la fórmula:
N, = t, / tP
como N, = 5 y tP = 2,3 min, t, = 5 x 2,3 = 11,5 min, cada traílla espera 11,5 - 9,9
p = 15 X
60
11,5
X Ü, 8
(
(
1,6 min
(
= 62, 6 m 3 / h
(
P101at = 5 X 62,6 = 3l3 m 3 /h
(
Coste (pts/m 3 ) = ( 5 x 13500 + 7000) / 313 = 238 pts/m 3
(
= 50000 x 238 = 11,9 millones pts
Coste total
(
Plazo = 50000 / (313 x 8) = 20 días
(
- Caso de seis traíllas: estas esperan más que antes.
Como N, = 6 y tP = 2,3 min, l, = 6 x 2,3 = 13,8 min, cada traílla espera 13,8 - 9,9 = 3,9 min
p
y análogamente
= 15 X ~ X Ü, 8 = 313 m 3 / h
2,3
Coste = 281 pts/m 3 ; Coste total
í
14 millones pts ; Plazo
= 20 días
oplimo ficlócio
COSTE
Ptas.ln?
pts/m3
nº traillas
3
'
4
5
6
•
7.27
EJERCICIO 7.3
En una obra de autovía se van a utiliza
siguientes:
Distancia de transporte
traíllas,
siendo
los datos de obra los
600 m.
Resistencia a la rodadura
20 Kg/l
Producción real medida en perfil
352 m 3 / h
Eficiencia horaria
0,82
Se pide:
1) Hacer un estudio comparativo
Autacargables
y Push-pull, determinando
menor coste del m 3 transportado,
entre los tres tipos de traíllas:
Convencionales,
que maquinaria hay que seleccionar
para obtener
cuál es el 1º' equipo, el 2º y 3º en orden
indicando
creciente de precios.
2) Calcular dicho coste mínimo
3) calcular el importe de la inversión en el equipo elegido.
Para el cálculo del coste horario de los distintos
modelos se tomará el 0,26 1
y
deberá agregarle el coste del conductor, estimado en 2500 pts/hora.
En el caso de traíllas convencionales considerar: Velocidad de acarreo:
22 Km/h
Velocidad de retorno:
36 Km/h
Tractor empujador necesario:
Traillas modelo 621E: D8N.
Traíllas modelo 631E: D9L.
Traíllas modelo 651E: D11 ó 2 unidades D9L.
Tiempo empleado por el tractor empujador en recorridos y maniobras, excluído el
empuje de la traílla: 0,6 minutos.
621 E
480r--.----,---- .-- .--,----,---,---.--r-~-~
MOTOTRAILLAS CONVENCIONALES
Condiciones Camino de acarreo plano
Los porcenla¡es de es1a 9,a11ca corresponde n
sólo a la res~tenc,a a la roc:1adura
Efic1enc1a
100 % 160 m1n. de 1rabajo hOra)
g:~;~d~~l.d;~ i;:¿e~~~~,.17~ ~~:J
m'
651 E
1.120
Peso sin carga J0.479 lc:g
1
T1emoo h10· 1.4 mmulos .
960
_..__
200
_,__
_,__
____¡__
400
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_,__
600
_1__
_1__
800
_;__
_J
1 .000 metros
640
DISTANCIA EN MEDIO CICLO
,,, .
480
Cond1c,cnes Carr,1na ae aca rreo ::ilanc
~o:. o•.>1.::e1 1la;e~ ót:, -?bid (_:jra!1ca corresoonoer
sola a a ·es,s·,erc,a a •a roo aoura
1
00 ": :60 mir oe ,,aoa1o "Ora,
Dens,oao cc1 maie,1.JI 1 7'80 .«~r.-·'
Carga ut•, 3..: 000 1<g , 19. · r t'I
Peso :,,n :a;rga .13 9,15 ;¡_g
T1emoj '1¡0 1 3 n-1nutos
!
7
--i
\ '\ r--.....
\ ........... --.. r--,...~
... !',..
'r--....
320
~
.........
200
400
600
-- -
800
1 000
-
..._
r--_
800
1 000
DISTANCIA EN MEDIO CICLO
600
1
-~
--- --
---
.......
i
o
DISTANCIA EN MEDIO CICLO
1
\\
'\'\
\ ' ...........
.....
160
º-------~
J OO
200
1
'\.
631 E
Ehcierc,a
1
Peso sin carga: 59.420 kg .
Tierl)po fi¡o: 1.3 minutos.
\~
_..__
1
g:i;:!i/!~.~:¿e~:·_1:s~ ~~ 3
1
o c___
1
Condoones: Camino de acarreo plano.
Los porcenta¡es de -esta gráfica corresPOnden
sólo a la resistencia a ta rOdadura
Eficiencia : 100 % (60 m1n . de trabajo/hora) .
1 200
1 400
1 600 metros
1.200
1 400
2%
6%
10%
1.600 m
(
(
7.28
'
(
TIRO Y EMPUJE (Push-Pull)
m3
MOTOTRAILLAS AUTOCARGABLES
615C
657 E - PP
1.12o
1
960
~
1· 1
1
-
_1~~
Poso sm carga . 72.120 kg.
-
~:~
Tiempo 11,0. 1,7 minutos.
.~
480
I_
1
1
- Condioones : Camino de acarreo plano.
Los porcenlaJe5 de es1a grál1ca corresponden
sók> a 1a ,esis1encia a 1a rodadura.
Et1cienoa : 100 % (60 min . de traba,~C)(a).
g:~::~/:~.'0~e~~~:
800
l
~'\ ~
'r\." ~ r--....
' r--.. i'--.. ,._ .... .........
480
~)O
i--
..._
N r-...
200
......
r-- r--.
r - r--
160
t--
\
400
600
800
1.000
~
-
-
6%
-
1.200
1.600 m,
1.400
~
~~
1
1
..
320
1.000 metros
1
1
1
1
1
~
320
\ ~0
~ ...
N i'--.. r-,..,, -..
1:d~ -~ e~~'. :
-
Peso sin carga. 3.3.612 kg.
,..__
~ ~ ,-.....
í'- r--.. r- ,,._- r---
riemp0 hjo:
1,6 minutos.
1
1
r-- r-- ,.._
........
,- ..._
160
o
200
200
Peso sin carga: 52 .385 kg.
Ttempo t110: 1,6 minutos .
m'
400
600
--r-- r--
-
800
--~
1.000
1
1
1
-
6%
10%
1
1
sólo a la resistencia a la rodadura.
Elioencia. 100 % (60 min. Oe trabaiqtiora).
g:~;:~1il:d;~.~:~e~~~
:.\1f~ ~~~J
~
~ :=::::::
Peso sin carga: 36.130 kg.
.._
---
Tiempo r~o: 1,5 minutos.
i-.....
o
200
400
-- 600
800
1.200
1.400
:::::::: r=:::: i:::F:::::: r--....
200
-
10%
1.000
-.......::
o
-
2%
6%
DISTANCIA EN MEDIO CICLO
::-,......
,_
.... ¡-.....; r--. i-=-- ._
lo,
160
1.600
1.600 me·
1
1
1
(
1
PltSO sin carga: 14.670 kg.
Tiempo fito: ,.6 manulOS.
1
Condiciones : Camino de acarreo plano.
Los Porcen1a1es de esla grahca. corresponden
480
1.400
= :d~~.~;·:=_,¡~o~t~~
320
1.600 m•
1.400
1
1.200
613C
2%
160
1
1.000
800
Ccndir:aonH: Cammo da aea.rreo P'ano.
Los t,Qter'l1a¡as da esta gr.alica corresponden
sé*> • la ra5fSl.encia • la rodadura.
Efiofnoa: 100 % (60 mln. de 1rabajq,'hota),
627E - PP
m3
600
1
1.200
10
DISTANC IA EN MEDIO CICLO
DISTANCIA EN MEDIO CICLO
~
400
~
.........
2'¾
6'¾
1
1
-
_1.,7:~ ~~3
1
de
g:';~di~~:cs:~.~ez;'.=_1·ttt ~~,
Los por,;entaJes de esta gráfica couespondtn
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320
1
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1o
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Los porcentajes do asta gráhca corresponden s6IO a la res+Sll!ncia I la todadut1.
Ehe,enoa : 100 % (60 min .
traba¡o,,hora).
160 1---- 1----
1
1
1
800
Condicaones : Camino do acar,eo plano.
640
'··~-
-
623E
m'
480
637 E - PP
1
-
600
400
10 %
:
1
~
r-- r-- 2%
DISTANCIA EN MEDIO CICLO
m3
r--
r-- r--- r---
-
DISTANCIA EN MEDIO CICLO
o
200
....
(
o
- -- -
r--,_"'- ......... "--
320
480
......
160
1
g:,~~~/r1.~e~;~=. mk(~~
...._r---_
""' r--
á!i
1
1
I:~
Peso s,n c:,rga: 23 .400 kg .
Tiempo fijo· 1,6 minutos.
~
ü
z
-
1
Condlc10nes : Cam,no de acarrl'IO planO.
Los porcentaíes oe esla grjfica Q)l'f8s;ionden
50'0 a ta, res1s1anoa a ta rodadura.
Eí!Clenoa: 100 % (60 mtfl. de ltab.¡q,ho,a).
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!
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"
1
o1i 320
~
640
(
-
\
400
600
800
DISTANCIA EN MEDIO CICLO
2%
6%
10%
1.000 metros
7.29
TRAILLAS, PRECIOS DE MERCADO (1992)
MODELO
CAPAC. (m 3 )
PESETAS
TRACTOR EMPUJADOR
M ptas.
NECESARIO
627E
15,3
46,60
637E
657E
23,7
33,6
77,90
-----
96,43
---
613C
615C
8,4
12,2
22,14
31,59
---
623C
621E
17,5
15,3
45,44
---
38,24
D8N
631E
651E
23,7
33,6
58,78
75,52
D9L
D11 ó dos D9L
---
Tabla 7.8
TRACTORES
MODELO
POTENCIA (KW)
PESO (t)
M PTAS.
D8N
212
31
48,43
D9L
276
575
42
84
63
135
DllN
Tabla 7.9
Solución:
En el enunciado no se menciona organización
de la obra, por consiguiente
no se
considera, o lo que es lo mismo tomar 100%.
Como los gráficos del enunciado están para eficiencia horaria del 100% (60 minutos
de trabajo / hora), y en el ejercicio la eficiencia es del 82%, la producción que se debe
buscar en los gráficos debe ser mayor o igual que:
352 / 0,82 = 429,3 "' 430 = Pmínima
I) Convencionales:
Para calcular el nº de traíllas que puede empujar un tractor se debe obtener primero
el tiempo del ciclo de la traílla y el tiempo del ciclo del tractor.
Para la traílla:
v ida
= 22 Km/h =
367 m/min
(
(
7.30
(
V ret = 36 Km/h = 600 m/min
= 600 / 367 = 1,64 min
(
Írct = 600 / 600 = 1,00 min
(
lida
tfijo = 1,4 min
'
Ttot.il trama = 1,64 + 1 + 1,4 = 4,04 min
Para el tractor empujador será:
f
(
'
ttotal tractor = tmaniobras + tcmpujc = 0,6 + 1,4 = 2 min
Se debe cumplir que el nº de ciclos por hora de la traílla sea igual que el nº de ciclos
por hora del tractor empujador.
(
(
(
(
Subíndice s indica traílla (scraper) y p tractor (empujador)
N P = 1 por haber un sólo tractor
(
N, = 4,04 / 2 = 2, puede empujar dos traíllas.
a) Para la 621E y 2% de resistencia a la rodadura se obtiene (para 600 m. de distancia) 215
m 3 /h
(ver gráfica).
(
Como el tractor empujador puede empujar dos traíllas, la producción
será: 2 x 215 = 430 m 3 /h que será mayor o igual que la producción mínima.
Coste horario de la mototraílla 621E:
- sin mano de obra = 260 x 38,4 = 9942 pts/h
- mano de obra = 2500 pts/h
- total
= 12442 pts/h
(
Coste horario del tractor empujador D8N:
- sin mano de obra = 260 x 48,43 = 12592 pts/h
- mano de obra = 2500 pts/h
- total = 15092 pts/h
El coste total del equipo = 2 x 12442 + 15092 = 39976 pts/h
Producción real = 430 x 0,82 = 353 m 3 /h
Coste del m 3 transportado =
39976 pts/h / 353 m 3 /h = 114 pts/m 3
Inversión: 2 x 38,24 + 48,43 = 124,91 Millones
b) Si se toma el modelo 631E,la producción será: 2 x 340 = 680 m 3 /h que será mayor o igual
que la producción mínima.
Coste horario de la mototraílla 621 E:
- sin mano de obra = 260 x 58,78 = 15283 pts/h
- mano de obra = 2500 pts/h
- total
= 17783 pts/h
Coste horario del tractor empujador necesario, modelo D9L:
- sin mano de obra = 260 x 58,78 = 15283 pts/h
- mano de obra = 2500 pts/h
- total = 18880 pts/h
El coste total del equipo
2 X 15283 + 18880
54446 pts/h
7.31
Producción real = 680 x 0,82 = 558 m3 /h
Coste del m3 transportado = 54446 pts/h / 558 m 3 /h = 98 pts/m 3
Inversión: 2 x 58,78 + 63 = 180 Millones
Si se loma el mocelo 651E, se ve que salen producciones
parecidas,
pero costes
horarios muy altos.
ll) Autocargables:
Modelo 623E, producción según gráfico 215 m3/h x 2 unidades
tomando dos inferiores.
430 m3 /h, no llega
Coste horario del modelo 623E:
- sin mano de obra = 260 x 45,44 = 11814 pts/h
- mano de obra = 2500 pts/h
- total = 14314 pts/h
El coste total del equipo
=
2 x 14314
= 28629 pts/h
Producción real = 430 x 0,82 = 353 m 3 /h
Coste del m3 transportado = 28629 pts/h / 353 m 3 /h = 81 pts/m 3
Inversión: 2 x 45,44 = 90,88 Millones
III) Empuje-tiro:
Modelo 627E, producción según gráfico 220 m 3 /h x 2 unidades = 440 m3 /h.
Coste horario del modelo 627E:
- sin mano de obra = 260 x 46,G = 12114 pts/h
- mano de obra = 2500 pts/h
- total = 14614 pts/h
El coste total del equipo = 2 x 14614 = 29232 pts/h
Producción real = 440 x 0,82 = 360 m3 /h
Coste del m3 transportado = 29232 pts/h / 360 m3 /h = 81 pts/m 3
Inversión: 2 x 46,6 = 93,2 Millones
Modelo 657E, producción según gráfico 450 m 3 /h inferiores.
Coste horario del modelo 657E:
- sin mano de obra = 260 x 96,43 = 25071 pts/h
- mano de obra = 2500 pts/h
- total = 27571 pts/h
Producción real = 450 x 0,82 = 369 m3 /h
Coste del m3 transp. = 27571 pts/h / 369 m3 /h = 74,78 pts/m 3
Inversión: 1 x 96,43
96,43 Millones
(
7.32
POR COSTO
MODELO
EQUIPO
pts/m3
l2
Push-pull
1 X 657E
2 X 627E
74,78
81
96,43
93,2
22
Autocargables
2 X 623E
81
90,88
12
Convencionales
2 X 621E
1 x D8N
114
124,91
32
2 x 631E
1 x D9L
98
2º
INVERSION (MILL.)
'
POR INVERSION
(
(
(
'
(
(
(
(
32
Convencionales
180
{
Tabla 7.10
Dado que las autocargables
tienen problemas porque no sirven para todo tipo de
terrenos, parece la más aconsejable el modelo push-pull, y mejor que una del 6657E, dos del
627E que aseguran una producción en caso de avería.
{
(
(
EJERCICIO 7.4
La traílla del ejercicio 2.5, de volumen colmada 15 m3 presenta los siguientes tiempos
de carga según sea el llenado:
(
(
Capacidad de carga en m
3:
Tiempo de carga en minutos:
14
14,7
15 15,2
0,6
0,8
1 1,2
(
Tiempos de aceleración , giros y descarga igual a 3,1 minutos.
Calcular la producción máxima en m 3 /h y tiempo óptimo de carga, si la distancia de
transporte es de 1 Km y fh = 100% .
Solución:
En el ejercicio 2 .5 se calcularon las siguientes velocidades;
v.carreo =
330 m/mm
v,etomo =
1000 m/min
El tiempo de un ciclo completo de traíUa será:
t traflla = tcarga + tdescarga + lmaniobra + laearreo + t ,ctorno
= lcarga + 2,1 + (1000 / 300) + (1000 / 1000) = t carga + 6,43
Se
hace
correspondiente
un
cuadro
considerando
los
tiempos
de
carga
dados,
el
tiempo
al resto del ciclo de la trailla, el n2 de ciclos por hora, y la producción
ontenida como producto de la capacidad de carga por el nº de ciclos por hora.
7.33
Tcarga (min)
OTROS TIEMPOS
Ttraílla
N2 CICLOS/H
CAPACIDAD CARGA (m 3)
PRODUCC. (m3/h)
0,6
6,43
7,03
7,11
14
99,5
0,8
6,43
7,23
6,92
14,7
101,7
1
6,43
7,43
6,73
15
100,95
1,2
6,43
7,63
6,55
15,2
99,6
Tabla 7.11
La producción máxima es 101,7 m3 /h, que corresponde a un tiempo de carga de 0,8
minutos.
EJERCICO 7.5
Determinar para una traílla convencional modelo CAT 621E y en unas condiciones
normales de trabajo, cuál es la carga máxima que puede cargar en horizontal sin ayuda de un
tractor empujador, aplicando la regla práctica, 1 Kg de tracción por 1 Kg de carga.
Solución:
Siendo:
W E = Peso en vacío de la traílla
WL = Peso de la carga
WT = Peso total (W L + WE)
RR = Resistencia a la rodadura.
g = pendiente
CT = Coeficiente de tracción.
WD = Peso en las ruedas de tracción.
Se toma W O aprox. 50% de W T para traillas convencionales,
de un motor y tracción
delantera.
Suponiendo que el motor tiene suficiente potencia, se tendrá que siendo:
T O = resistencia a la rodadura + tracción necesaria para la carga.
Aplicando la definición:
CT
* 0,5 * WT = WT * (RR + 0,0lg) + WL
y sustituyendo W T y despejando W L,
(
(
7.34
(
(0,5CT - RR - 0.01g)
resulta
WL -
(
WE
---------------------- -----
(
1 - (0,5CT - RR - 0,0lg)
(
Para una trailla mod CAT-621E, de carga máx. 21 t. el peso en vacío es W 8 = 30 t. y
considerando g = 0, en horizontal, RR = 40 kg/tn = 0,04 kg/kg y CT = 0,6, resulta:
(
que es apróximadamenle
(
la mitad de la carga de 21 t.
(
EJERCICIO 7 .6
(
Para la excavación de un desmonte de un tosco muy duro se dispone de un tractor
empujador, otro tractor para el escarificado y 3 molotraíllas convencionales,
efectuar una compensación de volúmenes a una distancia media de 700 m.
que tienen que
(
'
(
(
Datos de la obra.
Mototrailla:
Volúmen de traílla colmada: 27,5 m3.
Factor de esponjamiento:
(
(
0,8.
(
Velocidad de acarreo: 18 Km/h.
(
Velocidad de retorno: 36 Km/h.
(
Tiempo de carga: 0,8 min.
Tiempo de descarga y giros: 1,1 min.
Tiempo de aceleración y desaceleración:
0,3 min.
Coste horario de cada mototraílla incluído operador: 17.000 Ptas.
Tractor empujador:
Peso: 42 t.
Tiempo del ciclo del tractor: 2,2 min.
Tractor escarificador:
Peso: 42 t.
Un sólo diente, un pase.
Velocidad escarificado: 2 Km/h.
Velocidad de retroceso: 6 Km/h.
Profundidad escarificado:
0,6 m.
Separación surcos escarificado:
1 m.
Longitud de un ciclo: 50 m.
Tiempo de cada inversión de marcha: 10 seg.
Coste horario incluído operador del tractor de 42 t: 14.000 Ptas.
7.35
El factor de eficiencia horaria de la obra es de 0,83. Se pide:
a) Producción total de las mototraillas en perfil.
b) Producción del tractor escarificador.
c) Coste del m 3 de terreno compensado.
d) Analizando
los datos se puede verificar que existe un cuello de botella que impide
aumentar la producción.
lCuál es el cuello de botella?. Si se resuelve el cuello de botella
cuál sería la producción.
Solución:
a) Ciclo de la traílla, sin esperas:
vida = 300 m/min
V rct = 600 m/min
tfijo
= 0,8 + 1,1 +0,3 = 2,2
tida = 700 / 300 = 2,32 min
t,0 1 = 700 / 600 = 1,16 min
t1otal = 5,69 min
N!l de traíllas / tractor = 5,69 / 2,2 = 2,58, como hay tres traíllas, estas esperan.
Tiempo real de cada traílla con su espera, t / 2,2 = 3, t = 6,6 min
N!l ciclos
= so'/ 6,6' = 7,57 min
Capacidad de traílla en perfil: 27 x 0,8 = 22 m 3 b
= 22 x 7,57 = 166,6 m3 b/h y traílla.
Producción total = 166,6 x 3 = 498 m 3 b
Producción
= 50 / 2,2 = 498 m 3 b, o bien
Puede llegarse también por la producción del tractor
por la producción de traíllas, considerando 2,58 traílas en vez de 3:
Producción por traílla = (50 / 5,69) x 2,2 = 193,32 m 3 b /h
Producción total = 193,32 x 2,58 = 498 m 3 b/h
b) Producción del escarificador:
ve,carificado = 33,3 m/min
V retorno = 100 m/min
Si vuelve en diagonal d = /(50 2 + 12) = 50 m, luego es igual la distancia recorrida
escarificando que en retorno.
tida = 50 /33,3 = 1,5 min
t,etorno = 50 / 100 = 0,5 min
2 cambios = 0,33 min
t101a1 = 2,33 min
N!l ciclos / hora = (60 / 2,33) x 0,83 = 21,37
Volúmen escarificado por ciclo = 50 x 1 x 0,6 = 30 m3
Producción
=
30 x 21,37 = 641 m 3 b / h
(
(
7.36
(
(
c) Coste
(
C = ((17000 x 3) + (14000x 2)) / 498 = 158,6 Ptas/m 3
(
(
r
d) El cuello de botella lo produce el tractor empujador. Si se rebajase ese tiempo las
traíllas no esperarían y alcanzarían su máxima producción.
(
t del ciclo del tractor debía ser = 5,69 /3 = 1,89 min
entonces el n11 de ciclos de cada traílla = 50 / 5,69 = 8,78
Producción total = 3 x 22 x 8,78 = 580 m 3 b/h
El escarificador no causa cuello de botella.
(
(
(
e) El tosco es una mezcla de arcilla y arena en proporciones muy variables de unos
casos a otros.
(
(
(
Al quedar disgregado por el escarificador
compactarse
plasticidad.
por un compactador
vibratorio,
se convierte en un material fino que puede
o uno de impactos y pies tamping según la
(
(
(
La mototraílla
puede extender espesores de 30 a 40 cm que compactados quedan en
25 - 30 cm.
(
APÉNDICE 7 .1 TRAFICABILIDAD_
(
(
(
En los terrenos arcíJ!osos hay que considerar antes de ejecutar la obra, las peores
condiciones meteorológicas, para preveer la humedad natural.
l
(
Máximo de la relación: (*) (**)
Humedad/ Límite plástico
- %de limo y arcilla:
Resistencia al
corte mínima con
el molinete (Vane)
Kg/cm 2 (*)
50%o más
menos del 50%
Traíllas remolcadas y pequeñas( < 15 m3)
- Operación con "máxima eficacia"
- Operación "posible"
1,1
1,3
0,9
1,2
1,40
0,60
Traíllas motorizadas medias y grandes (> 15 m3)
- Operación con "máxima eficacia"
- Operación "posible"
1,0
1,2
0,9
1,1
1,70
1,00
DATOS DEL TRRL SEGÚN FARRAR Y DARLEY, 1975
(*) Estos límites no se han demostrado para suelos conteniendo más del 10% de partículas mayores de 20 mm.
(**)Lte. plástico obtenido por el método descrito en BSJ377 con material secado al aire pasando por tamiz 85425¡,m
Tabla 7.12 Condiciones límites para el trabajo de traíllas en rellenos
cohesivos, según determinados grados de eficacia.
La Tabla 7.12 del TRRL (Transport and Road Research Laboratory) relaciona la humedad
7.37
en el tajo con el ensayo del Límite Plástico según la norma BS-1377 (British Standard).
En los ensayos aludidos se toma como referencia la profundidad de la huella de los
neumáticos dejada
por la primera pasada de la trailla, excluidos los salientes de los dibujos.
Según sea ésta, se deducen las siguientes conclusiones:
Profundidad máx. de huella
Operación
Consecuencias
50 mm.
"Máxima eficacia"
Sin problemas
100 mm.
"Posible"
Requiere Mantenimiento de motoniveladora
200 mm.
"Posible"
Anti económica
300 mm.
Si no hay alternativas
Necesita ayuda permanente
Tabla 7.13 Profundidades de la huella y tipos de operaciones.
La Tabla 7.14 relaciona las profundidades de las huellas y las velocidades medias. Es
conocido que las profundidades de las huellas determinan la resistencia a la rodadura y
según sean éstas, se obtienen distintas velocidades, como se vió en el Capítulo 2.
30
1
1
1
1
~
TUILLA C°" DO!LEMO'IOIICCAINIADA)
1
~
E 2S
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--
- ....__
I
....__
r-
ªº
10
20
30
40
.SO
60
70
90
PROIUNDIDAD MEDIA DE LA HUELLA 1mm)
100
Tabla 7.14 Relación entre la velocidad de transporte y la profundidad media de las
huellas de la ruedas (todas las velocidades corregidas a gradiente nulo).
APÉNDICE 7.2 DETERMINACIÓN DEL COSTE MÍNIMO POR LA CURVA DE
INCREMENTO DE CARGA. SOLUCIÓN ANALÍTICO-GRÁFICA.
Teniendo dibujada la curva se puede determinar
gráficamente
el ciclo óptimo de
carga al que corresponde un coste mínimo.
El coste será:
E = Coste horario del equipo
producción horaria
Ptas ¡ t
(
(
r
7.38
t
siendo:
(
Y = C(x), la curva de carga (t).
(
Ce = Coste horario del empujador (pts/h).
te = Tiempo de maniobra del empujador (min).
(
r
x = Tiempo de carga del empujador (min).
C, = Carga correspondiente
(
a ese tiempo (t).
te+ x = Ciclo del empujador (min).
(
C, = Coste horario de una traílla (pts/h).
'
'
'
(
N, = Nº de mototraillas.
tv = Tiempo del viaje de la mototraílla (min).
tv + x = Ciclo de la mototraílla (min).
(
(
1e, Caso:
(
(
El tractor no espera y la producción del eqwpo es la suya. El
Sobran mototraíllas.
coste E será:
(
ce + Ns X Cs
=-------X
E=
60
t0 + X
60
x e (x)
(
te+ X
e (x)
(
El mínimo se obtendrá derivando e igualando a O;
E' =
C
e
+ N
S
X
C
S
X
C ( X) - C ,. ( X)
c
60
C' (x)
=
e (x)
t0 + X
2
X
( te
(x)
+ X)
o
(
= tg a
es decir, el máximo se obtiene trazando la tangente desde el pto. P tal que OP = te (Fig. 7 .22)
2° Caso:
Faltan mototraíllas,
el tractor espera. La producción
depende de las mototraillas.
Igual que en el caso anterior, se tendrá:
e' (x)
=
e (x) = tg p
tv + X
y el máximo respecto p ' es op' = t , + x.
3cr Caso:
Solución
teórica. El n 2 de traíllas es justo el que requiere el empujador.
traíllas ni el empujador esperan. Igual que en los casos anteriores,
desde el punto p" tal que:
Ni las
se trazaría la tangente
7.39
Comparando
resulta
que el tiempo
de carga menor corresponde
cuando sobran
mototraíllas.
y
CARGA
CURVA DE CARGA
P'
X
t V
Fig. 7.25
(
(
(
(
r
(
(
(
(
'
(
(
(
(
'
(
(
(
'
'
(
(
{
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(.
l
l
L
l
c._,,
L
(...,
l.,,
l,;
lJi
l.,¡
u
L.,
L,
~
o
u
8.l
CAPÍTULO 8
EQUIPOS DE EXCAVACIÓN EN POSICIÓN FIJA.
EXCAVADORAS HIDRÁULICAS.
8.1 OBJETO Y DEFINICIÓN.
Las excavadoras hidráulicas son máquinas de movimiento de tierras, diseñadas para
excavar el terreno, de ahí su nombre. Se llaman hidráulicas porque su equipo de trabajo se
mueve mediante cilindros hidráulicos.
La característica principal que las diferencia de otras máquinas,
cargadoras, es que trabajan fijas, moviendo solamente la superestructura.
como son las
Cuando la excavación a realimr sale de su alcance, el conjunto de la máquina se traslada
a una nueva posición de trabajo, pero no excava durante este desplazamiento.
Otra función distinta de la de excavar que realizan estas máquinas, es la carga de roca
volada en canteras. Las grandes dimensiones de sus elementos de trabajo las permiten tener una
capacidad de carga muy superior a la de las cargadoras, en cuanto a alcance y altura y, al
evitarse los desplammientos, se disminuyen los tiempos de los ciclos, alcanzándose mayores
producciones.
8.2 TIPOS.
Se distinguen varios tipos según sus partes estructurales:
Infraestructura:
TREN DE RODAJE
Superestructura:
EQUIPO DE TRABAJO
Tipos
Velocidad de desplazamiento
Sobre ruedas
O - 20 km/h.
Sobre cadenas
O - 3 km/h.
Equipo de empuje frontal
Equipo retro
Equipo bivalva
Tabla 8.1 Tipos de equipos de excavación en posición fija.
(
(
8.2
(
(
(
(
(
PlUDa,
(
r
(
(
(
(
(
Contrepeao
(
(
(
(
Refrigerador
•c•'1•
(
(
(
Fig. 8.1 Partes estructurales de una excavadora hidráulica.
EXCAVADORAS SOBRE RUEDAS.
(
Unicamente son del tipo retro-excavadoras y modelos con capacidad de cazo pequeño.
Necesitan apoyos estabilizadores para no moverse durante la excavación.
El tren de rodaje sobre ruedas consta de:
Bastidor con corona dentada, en la que se acopla la plataforma de la superestructura
permitiendo su giro.
Dos ejes de ruedas neumáticas.
La figura 8.2 corresponde a la ficha técnica de un fabricante. Se observa que figuran
varios brazos o balancines (N2 1, 2, 3, 4) con distintas fuel7.3s de excavación según sus
longitudes, así como las curvas correspondientes
a su campo de trabajo. Para el n2 3 se han
señalado los máximos taludes que puede perfilar.
El alcance está referido al eje de la máquina, pero a los efectos de la excavación de
zanjas, se debe considerar, a partir de los estabilizadores en las de ruedas, y desde el exterior
de las orugas en las de cadenas. Para una profundidad determinada el alcance máximo será el
punto de corte de la curva del brazo elegido con la cota del fondo de la zanja.
m11
°
1
8.3
10
9
8
Fig. 8.2 Equipo con cuchara retro,
Mod. MH 6 PMS de O&K.
6 ·
5
¡
1
4 •
ti .m,.,t,
DIN 24086
Fuerza de Fuerza de
Pluma multiposición
3,6 m
~
1)
2)
3)
4)
51
6
MH 6 PMS-PLA
MH 6 PMS-A2
Pluma
multiposición
de 3,6 m
MH6PMS-PLA/A2 Mango de 2,0 m
_M_H_6_P_M_S_-_A_4_---< Cuchara retro de
MH 6 PMS-HDA4
0,91 m3 (SAE)
----,,-----1----+---+------""lc--+-..>< - d---i--====+===;
1
' --
8 -
- - - ' - - - - - 1 - - - - - - ' - - ---'------ - - ' - - - - ' - - - - - - ' --
12
11
10
9
8
eoer·
1c1ente d eestabTd
11 ad
3
11
Carga de la cuchara del 100%. Alcance máximo.
Peso especifico=1 ,8 t/mJ o en 1l= 1,6 t/m 3.
Area de giro total de 360°.
Conjunto inferior apoyado.
~
~- ~
• lncorporaciOn posible.
Obsérvese la carga
móvil !
Cuchara retro para roca
Cuchara
B
ñ
SAE
m3
1,45
1,25
1,06 0,81
0,65
1,06
0,91
0,81
0 ,65 0,56 0,42
CECE
m3 1,3
1, 1
0,9
0,7
0 ,6
0,9
0 ,8
0,7
0,6
A ras
m3 1,14 0,95 0,8 4 0,64 0 ,52 0,84 0,71 0,64 0,52 0,46 0,35
mm 1300 1200 1100 1000 850 1100 1100 1000 850
0,5
0,38
0,6
2300
750
600
Opcional
5
5
5
5
4
5
5
4
4
4
3
(11)
kg
kg
840
785
740
670
605
720
685
635
580
535
480
560
Pluma multiposición
Mango hasta...m
* *
2 ,011
2,6
3 ,2
2,0 11
2,0
2,6
3,2
4,0
4,0
3,2
Pluma multiposición
Mango hasta ... m 2,0 11
2,0
3 ,2
4,0
4 ,0
3,2
3 ,2
4,0
4,0
4 ,0
4,0
4,0
Pluma multiposición
Mango hasta ... m
3.2
4,0
4,0
4,0
4,0
4 ,0
4,0
4,0
4 ,0
4,0
4,0
~ -Q
MH 6 PMS-PLA
apoyada /360°
MH6PMS-A2
apoyada/360°
MH 6 PMS-PLA/A2
MH 6 PMS-A4/HD
apoyada/360°
21,5 t
22,4 t
Om
2
Cuchara retro
del 25 %, según DIN 24087
19,9 t
20,3 t
21, 1 t
~--~-~-~
4
5
6
7
146 kN (15 t)
146 kN (15 t)
146 kN (15 t)
146 kN (15 t)
139kN(14,2t)
118 kN (12,0 t)
104 kN (10,6 t)
91 kN ( 9,3 t)
2,0 m
2,6 m
3,2 m
4,0 m
(
Pieza Nº
Pieza N2 Perno de cojinete
2,6
0429( 0427c 04277 0427€ 04275 04274 0425€ 04273 04255 04272 04271
17115
05080
(
'
8.4
SOBRE CADENAS.
Es el tren de rodaje más utilizado, debido sin duda a la mayor adherencia y poca presión
que ejercen las zapatas sobre el terreno (0,4-0,8 kg/crn 2, mayor flotabilidad). Consta de:
(
r
(
- Bastidor con corona dentada.
- Dos carros de cadenas con tejas o zapatas.
(
(
(
(
(
(
(
Distribución de peso óptimo entre
chasis y torreta
Fig. 8.3 Excavadora hidráulica sobre cadenas. Empuje frontal y retro.
8.3 EQUIPO DE TRABAJO.
Según sea éste, la excavadora hidráulica recibe un nombre u otro:
- Excavadora de empuje frontal (Fig. 8.3 Izquierda).
- Retroexcavadora (Fig. 8.3 derecha).
- Excavadora bivalva.
- Excavadora con brazo telescópico y cazo retro.
El equipo de trabajo consta de:
a) PLUMA (Fig. 8.4): Su elevación y descenso se produce por la acción de una pareja
de cilindros hidráulicos(l),
uno a cada costado. Puede ser de 2 tipos:
Monobloque: formada por una sóla pieza(A). Excavadora con 3 conjuntos de cilindros
hidráulicos: 1, 2, 3 (Fig. 8.4 Derecha).
Formada por dos piezas (A y B) unidas por una articulación.
Excavadora con 4
conjuntos de cilindros hidráulicos : 1, 2, 3, 4 (Fig. 8.4 Izquierda). Presenta ventajas e
inconvenientes respecto a la utilización que se comenta en el Apéndice 8.2
8.5
R ~ 2,Bm
8
I
1
1
Cilindros hidráulicos
A
~~ I
~
~
Fig. 8.4 Tipos de plumas.
b) BRAZO (C, Fig. 8.4): es el elemento de unión entre la pluma y el cazo, articulado
en ambos elementos. Su movimiento se produce mediante la acción de un cilindro hidráulico (2).
c) CAZO: puede ser de 2 tipos:
Cazo convencional (Fig. 8.4): Para la descarga bascula por el giro producido por un
cilindro hidráulico (3), que produce también la fuerza de arranque del cazo.
Cazo de descarga por el fondo ó 4 en 1 (Fig. 8.1): Es el más moderno y se usa
exclusivamente en excavadoras de empuje frontal.
Se abre el fondo para la descarga mediante cilindros hidráulicos colocados en
el propio cazo a ambos lados del mismo. Da ciclos más rápidos, pero es más pesado,
complicado y costoso. Tiene también un cilindro de empuje (Fig. 8.1).
Los cazos llevan el labio inferior cortante reforzado con robustos dientes recambiables.
Cazo convencional.
Cazo de descarga por
el fondo ó 4 en l.
Cazo vibrante.
Fig. 8.5 Tipos de cazos.
La posición de los dientes es primordial
para evitar romperlos y obtener el meJor
rendimiento. Hay que cortar el terreno y no arrancarlo, lo que limita la resistencia.
(
(
(
~-6
Es preciso que los dientes se apoyen sobre el terreno, pero no así el cazo, con el fin de
aumentar la fuerza de arranque.
(
(
(
8.3.1 EQUIPO DE EMPUJE FRONTAL.
'
El cazo está colocado con los dientes orientados al exterior de la máquina, para el
(
arranque se mueve alejándose de la misma, elevándose en un plano superior.
'
(
Aplicaciones:
(
• Excavación de bancos en altura, por encima del plano de apoyo de la máquina.
(
• Carga en frente de cantera después de la voladura.
(
8.3.2 EQUIPO RETRO.
(
(
El cazo tiene los dientes orientados
hacia la máquina.
El arranque
se produce
acercándose a la máquina si está en un plano inferior, con recorrido de abajo hacia arriba, y s1
haY. un frente en un plano superior (poco frecuente), lo hace de arriba hacia abajo.
(
Aplicaciones:
• Excavaciones por debajo del plano de apoyo de la máquina.
• Excavación de paredes verticales estables.
• Trincheras y z.an jas destinadas a tuberías, cables, etc.
• Excavación de cimientos para edificios.
• Refino de taludes.
8.3.3 EQUIPO DE BRAZO TELESCÓPICO.
Puede ser sobre
camión o autopropulsada
cadenas.
con
En la punta del
brazo lleva articulado
el cazo ( o uno de los
múltiples accesorios
intercambiables
entre
sí), que puede realizar
Lodos los movimientos
de la
hombre.
man o
del
Fig. 8.6 Modelo de equipo con brazo telescópico y útil para demolición.
8.7
Aplicaciones:
El diseño original de este tipo de máquina le permite excavar en lugares inaccesibles
para la excavadora hidráulica convencional, como:
• Bajo bóvedas de poca altura.
• Con obstáculos de árboles o postes.
• Canales con revestimiento delgado que no admitan choques.
• Rincones de obra, etc.
8.3.4 EQUIPO BIVALVA.
Se trata de una cuchara prensil, compuesta por dos mandíbulas de acero, que se articulan
entre sí accionadas por cilindros hidráulicos y que pueden cerrarse para cargar los materiales
excavados, abriéndose posteriormente
para descargar.
Aplicaciones:
La cuchara bivalva es de gran utilidad para llevar a cabo movimientos de tierra con
problemas de poco espacio para la maniobra y, sobre todo, para alcanzar profundidades mayores
(utilizando alargadores) que las obtenidas con un equipo retro, como en pozos, zanjas profundas,
pilotes, pantallas continuas, etc .
•
l ··i -1
1
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;-
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J-- - - -
--
!
ALAl<Gl,DORE :3
Fig. 8.7_ Equipo bivalva.
(
(
(
8.8
8.3.5 EQUIPO DE MANDÍBULAS HIDRÁULICAS.
Esle equipo
mayor
utilización
tiene cada vez
(
r
en demoliciones,
ofreciendo
la
ventaja
de demoler
estructuras
de hormigón
de forma
(
ruido
y
(
respetando
el
(
controlada
reduciendo
vibraciones,
es decir,
<
medio ambiente.
(
(
Representan una ahernaliva a
(
los martillos hidráulicos.
(
Al acoplarse al brazo de una
(
excavadora pueden actuar inclinadas
en cualquier posición.
(
Fig. 8.8 Mandíbulas hidráulicas.
Las mandíbulas pueden ser de
(
dos tipos:
(
(
a) Para trih1ración
estructuras,
de hormigón
armado:
es la denominada
demolición
primaria:
corte de vigas, demolición de pilares o solamente de las cabezas de las mismas,
rotura de losas,etc.
La fuerza de trituración y corte se obtiene por la acción de dos cilindros hidráulicos y
las mandíbulas recambiablcs son de aceros de alta resistencia.
b) Para pulveri7.ación
de hormigón: Se utiliza en la llamada demolición secundaria, es
decir, pulverizando en pequeños fragmentos los bloques de hormigón obtenidos en la demolición
primaria.
Mandíbulas para trituración
de hormigón armado,
Mandíbulas para pulverización
de hormigón.
Fig. 8.9 Tipos ele mandíbulas para demoliciones.
E l hormigón,
t
(
así triturado,
puede ser directamente
reciclado
como material
de
construcción para relleno o material de carreteras. Los redondos pu<;den ser totalmente recuperados.
8.9
Existen también modelos para ser suspemlidos
por grúas, actuando sólo verticalmente.
necesita
una unidad
independiente
energía
hidráulica,
colgándose
En este caso se
que proporcione
la
manguera
de
conducción también de la grúa.
8.3.6 OTROS EQUIPOS (Fig 8.11).
Los más interesantes en movimiento de tierras son:
• Cazo en forma de V: para abrir zanJas.
• Cazos estrechos para r.anjas.
• Martillo rompedor hidráulico.
• Pinza para bloques de escollera. Es giratoria, de forma
que se orienta para la colocación. Con un rendimiento
Fig. 8.10 Mandíbulas demoliendo
la cabeza de un pilar.
muy superior al del cazo.
• Escarificador
o ripper.
En cimentaciones:
• Resbaladera para martin<.:tc.
• Mástil para cimentaciones.
" ~
'
'
'
,
.
,.,
Fig. 8.11 Equipos de trabajo.
8.4 MARTILLOS ROMPEDORES HIDRÁULICOS (MRH) .
Su empleo es muy importante, hasta el punto de que las retroexcavadoras en alquiler en
muchas regiones de España llegan a la obra con dos cazos y un martillo hidráulico, sin que el
usuano haya hecho ninguna petición.
(
(
8.10
(
(
(
í
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
Fig. 8.12 Martillos rompedores hidráulicos, llamados en obra Pica-Pica.
Para su empico en retroexcavadoras o retrocargadoras se requiere que éstas tengan una
preinstalación hidráulica.
Estructuras y losas de hormigón de 20-60 cm.
Demolición urbana.
Pavimentos asfálticos.
Apertura de zanjas.
Obras civiles. Canteras.
Otra opción a la voladura.
Tabla 8.2 Utilización de MRH.
Si hay libertad total de voladura, en general, ésta puede ser rentable. Sin embargo, el
aumento creciente de la utilización del MRH en las obras (hammerability) evidencia que la
posibilidad de voladura es cada vez más limitada por problemas ambientales.
A veces se dan estratos de roca dura y arenas, que resultan ineficaces para la voladura,
y donde el MRH es la solución.
Hay modelos ligeros que pueden montarse en minicargadoras,
reducida, liberan al operario del penoso esfuerzo de soportarlo.
aunque su efectividad es
8.11
Características
Pequeños
Medianos
Peso (Kg)
450
1000
1300
2200
3800
6400
Energía de impacto (J)
730
2300
2800
5200
9000
12000
600-1800
400-700
350-650
350-520
350-550
300-400
Diámetro del útil (mm)
70
100
115
140
170
195
Peso mínimo retro (t)
5-8
15-20
18-26
25-40
40-70
60-100
Zanjas
Zanjas
Saneo túneles
Fragemntación secundaría en canteras
Frecuencia
Trabajo típico
Pesados
Supermartillos
Avance en túneles calizos
Producción en canteras calizas
Tabla 8.3 Rango de MRH y aplicaciones.
La
utilización
en
túneles
calizos de unos 100 m 2 de sección es
cada vez mayor, sobre todo en algunos
países
como Italia,
presentando
ventaja el<:: simultanear
la
el arranque
con la carga (Fig. 8.13).
Hay que elegir
el tipo de
martillo adecuado a la facilidad
de
rotura del malcrial y a la producción.
Puede no se1· adecuado
el que se
recibe con la retro cuando ésta se
alquila.
El MRH debe surninistar
la
energía de golpe y frecuencia óptima
para las características
de la roca.
Fig 8.13 Utilización del MRH en túneles.
Rotura del material
DIFÍCIL
FÁCIL
Factor predominante
Energía de golpe
Frecuencia elevada
Objetivo
Mayor arranque
Mayor producción
Sin explosivos
Tabla 8.4 Factores de elección de MRH.
(
(
8.12
(
(
8.5 CAPACIDADES DEL CAZO.
(
(
Estas son según las normas SAE y CECE:
• Capacidad a ras.
r
• Capacidad colmada, con taludes. Es la que se considera normalmente.
(
(
2
~
-----0 1
2
--,,
(
(
(
(
(
Fig 8.15 Capacidad del cazo
retro según CECE.
Fig. 8.14 Capacidades del cazo
retro según SAE.
Norma y taludes
Tipo de cazo
SAE
CECE
- De empuje frontal
1:2
1:2
- Retro
1:1
1:2
(
Tabla 8.5 Taludes de capacidades de cazos según normas.
En la tabla anterior se observa que las capacidade5 CECE en las retro son menores.
8.6 FUERZA DE EXCAVACION.
(
La penetración del cazo de una excavadora en el material en su estado naturaJ o banco
se produce por la acción combinada de las dos fuerzas siguientes:
1) La fuerza de empuje del brazo o balancín de la excavadora que ejerce el cilindro
hidráulico que actúa sobre él y que se considera aplicada en los dientes (Fig. 8.16).
Esta fuerza es llamada ( en las fichas técnicas de los fabricantes) fuerza de penetración
o ataque, y es la que se produce cuando se hinca el cazo.
Tiene el valor:
El valor de b es muy proporcional
a la longitud del brazo, lo que quiere decir que si
aumenta el brazo, disminuye la fuerza del empuje, o sea, es para terrenos menos duros, pero se
obtiene más alcance de excavación.
Los fabricantes de excavadoras ofrecen vanos tipos de brazos de distintas longitudes:
• Corto, para trabajos muy duros.
8.13
• Normal, para condiciones standard.
• Largo, para excavaciones a gran
F,
FUERZA DEL CILINDRO GEL BRAZO
profundidad.
a
Interesa el brazo corto para
conseguir
mayor
fuerza
de
penetración, que es muy importante;
LONGITUD
DEL BRAZO
con uno largo habría que colocar un
cazo
más
estrecho,
de
menos
<
producción.
Para alcanzar más profundidad
j
.. ""
""
a:
:::,
r.r..
o
b
F0 = FUERZA DE GIRO
DE LA CUCHARA
es preferible una pluma más larga, o
montar
sobre el brazo
un equipo
bivalva.
Si la obra lo requiere se debe
cambiar la pluma o el balancín,
F. = FUERZA DE EMPUJE
DEL BRAZO
porque sus importes son del orden del
10% del de la excavadora,
y esta
Fig. 8.16 Fuerzas que se producen en el brazo.
cambia de prestaciones.
2) La fuerza de excavación del cazo o giro del cazo, producida por la fuerza del
cilindro hidráulico que actúa sobre él, y que también se considera aplicada sobre el ancho del
cazo, o sea, convienen cazos más estrechos para terrenos más densos.
Esta fuerza es llamada (en las fichas técnicas de los fabricantes) fuerza de excavación,
y es la que se produce cuando el cazo hace el giro para arrancar el material.
Tiene el vaJor:
Esta fuerza es independiente de la longitud del brazo, o sea, es constante para los tres
tipos antes mencionados y tiene un valor parecido a la fuerza de empuje del brazo más pequeño.
De la fórmula anterior se comprueba que
los cazos de radio d más corto producen mayor
fuerza de excavación que los de radio más largo,
"'
LARGO
esto es importante según la dureza del trabajo y
tamaño del material (carga en canteras) (Fig 8.17).
La máxima fuerza de excavación
/
puede
considerarse según como se tomen las referencias.
Fig. 8.17 Cazo corto y largo.
- Si se considera el cilindro que ataca el brazo, se corresponde con una carrera media
(
(
8.14
(
(
(
del mismo, y demás ánguJos de la Fig. 8.18.
- Si se toma como referencia la posición de la pluma y el brazo son los de la Fig. 8.19.
r
(
(
(
(
/3
a
(
(
Fig. 8.18
Fig. 8.19 Án~os favorables de movimiento.
AnguJo del cazo
a: 16-32 °
Ángulo del brazo 8: 65-80 °
(
(
- Si se toma como referencia el terreno, el ánguJo de ataque depende del tipo del mismo,
pero en condiciones medias, puede considerarse los de la Fig. 8.20.
(
(
l
l
Fig. 8.20 Posiciones de trabajo.
Lo anterior se refiere a que hay que mover la excavadora si la posición de excavación
no es eficiente. Puede moverse hacia adelante o hacia atrás en cualquier momento durante el
ciclo de trabajo (Fig. 8.21).
8.15
Fig. 8.21 Movimientos de la excavadora durante
el trabajo para tomar ángulos favorables
de máxima fuerza de arranque.
8.7 FUERZA DE EXCAVACIÓN Y PESO DE LA EXCAVADORA.
La Fig. 8.22 muestra la
componente horizontal,
F H, de
la fuerza de excavación
y el
equilibrio de fuerzas determina
que FH $ µ x W, siendo W el
peso
operacional
de
la
excavadora y µ el coeficiente de
rozamiento de las cadenas con
el suelo, que puede suponerse
""0,6.
En -las excavadoras de
empuje frontal si FH > µ x W,
se produce desplazamiento
en
Fig. 8.22 Composición de fuerzas.
sentido contrario.
En las retroexcavadoras,
que trabajan de abajo a arriba, Fv se suma al peso de la retro,
es decir, tiende a clavarla más contra el suelo y la fuerza de excavación es mayor que en las de
empuje frontal.
_ _ _ _._,._ _ _ _ _ _ _ _
Sin embargo si FH excede a µ x W, puede
ocasionar en la retro su caída por el terraplen.
8.8 MÉTODOS DE EXCAVACIÓN Y CARGA.
A) TRABAJO CON EQUIPO FRONTAL:
La excavadora y el dumper están situados
en el mismo plano, en el corte. Es el método
habitual para la extracción de material a rrancado
Fig. 8.23 Trabajo con equipo frontal.
(
8.16
(
mediante explosivos. El método de carga es en V como muestra la Fig. 8.23 o en paralelo con
dos camiones, uno a cada lado.
(
(
(
B) TRABAJO CON RETROEXCA VADORA:
B.1)
La excavadora
(
está sobre el
material a extraer y carga éste en un transporte
(
situado en el plano inferior (Fig. 8.24). Este
(
método permite trabajar con ángulos de giro
reducidos (30º), lográndose con ello superior
rendimiento.
Ésta es la disposición
Es muy importante
que hay
(
para reducir los
ciclos, que los camiones se situen en planta de
Fig. 8.24 Trabajo con retroexcavadora.
'
forma que los ángulos de giro sean los menores
posibles (Fig. 8.25).
- - 01111 1
~
Fig. 8.25 Trabajo con retroexcavadora.
J
1 111 J
Situación en planta.
8.2 ) La excavadora y el transporte están en el mismo plano, sobre el material a extraer,
cuando es difícil o imposible circular por un plano inferior (Fig. 8.26).
Fig. 8.27 Excavación de zanjas.
Transporte en el mismo plano.
Fig. 8.26 Carga en V, mismo plano, camión paralelo
(
8.17
En desmontes se organi7.a el trabajo para que la retro se construya su propia rampa y
se ponga en un nivel superior.
En zanjeo en calles, el camión se sitúa detrás de la retro, ángulo d,; giro 180°.
La altura del banco debe corresponderse
con el talud natural (Fig. 8.28, Fig. 8.29) y la
dureza del material para que el cazo sea llenado en una pasada, estimándose ésta en un 60% de
la máxima profundidad de excavación, o la longitud del brazo.
/ 2m
4m
60°
Fig. 8.29 Altura de carga en
productos de voladura
Fig. 8.28 Altura del banco en tierras duras.
C) EXCAVADORA PARA DRAGADOS:
Se eligen plumas y brazos de gran longitud
para efectuar dragados a gran profundidad (hasta
20 m.) y cazos retro.
El caso exagerado de la Fig. 8.22, muestra
el problema
de estabilidad
que se plantea con
grandes profundidades si se pretenden fuerzas de
excavación elevadas porque el momento de vuelco
puede
ser
superior
al
de
estabilidad
del
contrapeso.
Una solución es utilizar cazos de menor
ancho de corte y capacidad.
D) COMO GRÚA (Fig.8.31):
Para elevar cargas tiene un gancho soldado
Fig. 8.30 Excavadora para dragado.
Caso extremo.
en
la parte
exterior
de la cazo del que
se
suspenden los cables de elevación de la carga. La
máquina debe ubicarse en suelo firme y superficie
uniforme, no debiendo la carga exceder en ningún caso del 75% de la carga de vuelco. Se debe
procurar que la carga se desplace a escasa distancia del suelo y próxima a la máquina, ya que
la capacidad de elevación disminuye con la distancia de ésta a la máquina.
El fabricante
da para cada modelo una tabla con cargas en sentido longitudinal
transversal (opción más desfavorable, la transversal).
y
(
(
8.18
(
(
(
(
(
'
(
Fig. 8.31 Capacidad de elevación.
(
E) OTROS TRABAJOS DE LA RETRO:
(
Desbroce de terrenos (Fig. 8.32), ensanches en carreteras, colocación de bloques de
escollera en laludes de presas y espigones de playas, perfilado de laludes (Fig. 8.33), etc.
(
(
(
(
(
(
(
(
(
Fig 8.32 Desbroce de terrenos.
Fig. 8.33 Perfilado de taludes.
(
8.9 CICLOS DE TRABAJO.
El ciclo de trabajo de una excavadora hidráulica consta de cuatro fases.
FASE A: La máquina hinca los dientes del
cazo en el terreno y lo mueve en el frente de
excavación cargándolo.
Este movimiento
depende
del eqmpo
de
.~
trabajo: en las excavadoras de empuje frontal es de
abajo a arriba; en las retro el movimiento es de arriba
hacia abajo, como se ha visto en otros apartados.
Fig. 8.34 Arranque con empuje frontal.
FASE B: Una vez cargado el cazo, eleva éste (en las de empuje frontal ya suele estar
elevado al acabar la fase de carga) mediante la elevación de pluma y brazo, y se produce el giro
de la plataforma hasta el punto de descarga: dumper, camión, etc.
FASE C: Colocado el cazo sobre la caja del dumper, se procede a la descarga de
material, basculando (Fig.8.35.a) o por el fondo (Fig. 8.35.b).
FASE D: Descargado el cazo, la plataforma gira hacia el frente de excavación para el
ciclo siguiente.
8.19
Fig. 8.35 Fase C, descarga sobre transporte con excavadora de empuje
frontal.
El ciclo de trabajo de la retro sobre ruedas consla de las siguienles fases:
a) Bajada de estabilizadores.
b) Excavación hasta agotar el alcance de la máquina según el diagrama de la misma
teniendo en cuenta la profundidad de excavación.
e) Elevación de estabilizadores
y traslado a un nuevo alcance de la máquina.
8. 10 PRODUCCIÓN.
8.10.1 FACTORES.
La producción de una excavadora depende de numerosos factores, cabe destacar:
a) La capacidad del cazo: Suele variar entre 1,2 y 3,7 m3, aunque las de empuje frontal
llegan a 14 m3 • Esta capacidad está en correspondencia con la altura de frente de excavación,
en la cual trabaje más económicamente: si el frenle no es suficientemente alto, la máquina tiene
que realizar varios barridos con su cazo antes de conseguir llenar éste; mientras que si el frente
es demasiado alto el cazo se llena antes de terminar el recorrido, derramando el material
sobrante. En ambos casos se produce un descenso en la producción.
b) Grado de llenado (fu.,): Debido a la forma, disposición, etc. del material, se produce
una variación en el llenado de la cuchara.
e) La capacidad de acarreo: Debe ser entre 3 y 4 veces la capacidad del cazo. Si el
camión fuese demasiado
producción.
d) Naturaleza
pequeño, los tiempos muertos al arrimar y salir harían bajar la
del material
a excavar: Según sea el material
a cargar variará el
rendimiento, desde una arena con algo de cohesión, que produce el rendimiento óptimo, hasta
un terreno con grandes bolas o roca fracturada por explosiones, en cuyo caso aquel baja
bastante. Esto se refleja en el factor de llenado fu,· Fig. 8.36.
(
8.20
(
i:
Ficll
Arena, grava,
tiena 1uelta
. 'Regular
.,,.
Tierra
· grava arcillosa
,o
·.;
.
~
..,
1(
-~;;"
t!
.,,
'
(
(
Semidificil
Arcilla pegajosa
roca tri1urada
{
Dificil
Pizarra blanda
y OlraJ rocas
{
{
!!
-;
(
~
(
50
iS
Eficiencia del cuchar6n, E, % de la capacidad
(
(
Fig. 8.36 Efectividad de carga de las excavadoras.
Gráfica de factor de llenado, fu.
(
(
e) Duración media del ciclo de trabajo: Cuanto más corto sea éste, mayor producción
(
se podrá conseguir (sin tener en cuenta la duración de los desplazamientos).
f) Ángulo de giro: Es muy importante
(
disminuir el ángulo que tiene que girar la
plataforma desde la posición de carga en el frente de excavación a la de descarga sobre dumper.
Se supone de 90º como standard, si es menor, aumenta la producción, y si es mayor disminuye.
Capacidad noninal de la cuchara
,.,
0,55
o, 7
0,9
1
1, 2
1,7
2,6
3,6
Arcilla húmeda o arenosa ligera
Seg
12
12
14
14
14
16
18
23
Arena o grava
Seg
12
12
14
14
14
16
18
23
Tierra común
Seg
15
15
16
16
16
18
20
25
(
(
(
(_
(
Arcilla dura y tenaz
Seg
18
18
20
20
20
22
24
29
Arcilla húmeda pegajosa
Seg
21
21
24
24
24
25
27
32
Roca muy bien troceada, fácil de recoger
Seg
12
12
14
14
14
16
18
23
13
13
15
15
15
15
17
22
12
12
14
14
14
16
18
23
Escombros con piedras y raíces molestas par la cuchara (sin tener en
cuenta las pérdidas eventuales de tiempo para elegir punto de ataque)
Roca mal partida de medida superior a la cuchara (sin tener en cuenta
las pérdidas eventuales de tiempo para desplazar los bloques)
Seg
Seg
Ta a 8.6 Duración del ciclo de trabaJo (ángu o de giro: 90º y altura óptuna de corte).
Fuente P.C.S.A. (Power Crane and Shovcl Association). Modificada.
g) Carrera: Se llama carrera al recorrido del cazo una vez efectuada la penetración en
el material hasta el momento en que cesa la operación de corte, es la altura (H) del frente de
penetración.
El % de carrera óptima es la relación entre la anterior y la óptima H/L.
Carrera óptima (Fig. 8.37) es la carrera en la que se consigue el llenado total del cazo
8.21
de una sola vez sm que sobre o falte material (S). Para ello, la capacidad del cazo debe ser
proporcionada a la altura del banco.
L
E=Dª
L
e
a X ]
Siendo:
1
L = carrera óptima de ataque (m.)
e - Capacidad nominal de la cuchara (m'.)
a~ Profundidad de ataque (m.)
1 - Anchura media de la cuchara (m.)
Fig. 8.37 Carrera óptima L.
h) Organización de la obra (f m) (management factor): No cabe duda que la producción
variará según el grado de organización que exista en la obra y en el trabajo.
i) Desplazamientos de la excavadora: La producción de la máquina viene sensiblemente
afectada por las pérdidas de tiempo producidas por los desplazamientos,
frecuentes.
sobre todo si éstos son
8.10.2 PRODUCCIÓN HORARIA.
P(BJ = P(sJ x Fw , Fw < 1 (Si Fw > 1 se divide)
Siendo:
PceJ = Producción horaria m 3 /h en banco. P<sJ O material suelto
C = Capacidad nominal del cazo (m3.), a la que le corresponde una carrera
óptima, Tabla 8.7
Fw = Factor de esponjamiento del material.
te = Duración media de un ciclo teórico, en segundos supuesto un giro de 90º
entre carga y descarga.
Fh = Factor de eficiencia horaria.
f 0 = factor de corrección debido al giro desde el corte a la descarga.
f H/L = factor de corrección debido al % de carrera óptima.
0,55
o, 70
1,12
1, 50
1, 90
2, 25
2,60
3
3,6
Ir\
1,5
1,8
2,15
2, 35
2,55
2,66
2, 75
2,8
3,2
Arena y grava
m
1, 5
1,8
2,15
2,35
2,55
2,66
2, 75
2,8
3,2
Tierra común
In
2,05
2,35
2,8
3,1
3,4
3,55
3,65
3, 7
4,1
2,4
2, 7
3,3
3, 7
4
4,25
4,4
4,6
5
2,4
2, 7
3,3
3, 7
4
4, 25
4,4
4,6
5
Capacidad nominal del cazo
m'
Arcilla húneda o arenosa ligera
Arcilla dura y tenaz
Arcilla hlÍlleda y pegajosa
,.
In
Taba 8.7 Carrera de ala q ue ó ptima.
....,_..
1.r..,
,\.,. ,/"'\,
(
(
8.22
Debido a las condiciones especiales <le cada caso, no siempre será posible aplicar un giro
(
de 90º, ni la carrera éiptirna, sino una fracción o múltiplo de cada uno. La Tabla 8.8 da f 0 x fH/L·
(
(
H/L
GIRO (en grados)
Carrera
(
(en %) de
la óptima
45
60
75
90
120
150
180
40
0,93
0,89
0,85
0,80
0,72
0,65
0,59
60
1,10
1,03
0,96
0,91
0,81
0,73
0,66
80
1,22
1,12
1,04
0,98
0,86
0,77
0,69
100
1,26
1,16
1,07
1,00
0,88
0,79
0,71
120
1,20
1,11
1,03
0,97
0,86
0,77
0,70
(
140
1,12
1,04
0,97
0,91
0,81
0,73
0,66
(
160
1,03
0,96
0,90
0,85
0,75
0,67
0,62
(
(
(
{
'
Tabla 8.8 Producto f0 x fH/1., para diferentes carreras y ángulos de giro. FUENTE P.c.s.A.
• fu. = factor de llenado debido a la variación en el llenado del cazo.
(
(
m'
Capacidad nominal del cazo
0,55
o, 70
l ,12
1,50
l, 90
2 1 25
2,60
3
Coeficiente de
esponjamiento
Designación del terreno
Excavac i ón
fácil
(
Factor fLL
Arcilla hlÍJlleda o arenosa ligera
1,3
1, 15
1,15
1,15
1,16
1,16
1,16
1, 20
1, 22
Arena y grava
1,13
0,93
Or 93
0,96
0,96
0,96
0,98
1,02
1,02
EXcavac1ón
lll.editma
Tierra común compacta virgen
1,19
1,0
1,0
1,0
1,04
1,04
1, 04
1,06
1,06
Excavación
Arcilla dura y tenaz
1,49
1,1
1, 1
1,1
1,12
1,12
1,12
1, 16
1,17
dura
carga
Arcilla hlÍllleda pegajosa
1,43
Roca muy bien partida
1,56
O,8
0,89
0,90
0,91
0,94
1,00
1,02
1,02
Escombros conunes con piedra y raíces
1, 75
O,87
0,87
O,87
0,90
0,90
O, 95
0,96
0,96
Roca mal partida
2,0
O, 58
0,75
Or78
O,83
0,85
0,91
1,05
1,14
Tabla 8.9 Factor de llenado: f11. .
FUENTE r.c.S.A
• fm = Rendimiento general de la obra. Varía entre 0,80 en el mejor de los casos y 0,60 en el
regular.
8.23
Capacidad nominal cazo m3
Arcilla húmeda ligera: - in situ
- excavada
Arena, grava:
- in situ
- excavada
Tierra común:
- in situ
- excavada
Arcilla tenaz:
- in situ
- excavada
Arcilla húmeda pegajosa:- in situ
- excavada
Roca bien partida:
- in situ
- excavada
Escombros comunes con - in situ
piedras y raíces:
- excavada
Roca D.al partida:
- in situ
- excavada
0,55
o, 70
1,12
1,50
1, 90
2,25
2,60
3
101
124
177
234
271
306
342
378
132
93
162
230
306
350
399
443
489
118
169
226
259
298
333
364
105
133
190
255
293
338
378
414
80
101
150
200
213
261
302
329
94
120
180
239
285
311
359
391
61
77
110
150
182
217
244
266
92
116
164
223
275
325
364
399
47
63
89
121
150
170
201
226
65
89
128
172
213
239
297
325
57
81
116
146
177
214
230
253
90
126
180
230
277
315
355
396
53
65
93
132
149
177
200
217
93
116
177
215
262
311
351
382
33
52
77
105
129
142
186
222
67
96
154
209
257
285
372
443
Tabla 8.10 Valores de P (m 3 /h);in situ: en banco, excavada: material suelto.
FUENTE P.C.S.A.
Rendimiento efectivo de excavadoras normales en la excavación de diversos terrenos y
en las siguientes condiciones:
Carrera de ataque óptima
Giro de 90 2
Excavación sin pérdida de tiempo para desplazamientos
de la máquina
Hora de trabajo = 50 minutos (factor de eficiencia horaria: fh)
Rendimiento general de la obra = 0,80 (factor de organización:
fm)
8.10.3 INFLUENCIA DE LOS DESPLAZAMIENTOS.
Hasta aquí se ha prescindido de las pérdidas de tiempo que se producen en los cambios
de posición de la excavadora.
El n 2 de desplazamientos
en una hora N que tiene que efectuar una excavadora es:
N=
siendo:
P == Producción horaria real (m 3 /h.)
V O == Volumen en m 3• que puede excavar sin moverse de una posición, es decir,
con las cadenas o ruedas inmóviles.
8.24
Este volumen V O se
(
puede calcular:
V 0 = L X H X 10
(
siendo:
L
'
LongiLud
frenle
de
5-16,,4-1
Lrabajo
-.. ....
(m).
H = Altura media
de
dicho
1
frente
1
(m).
10
Avance
logrado
en
''
cada
desplazamiento
(
\
i.....!L.,
1
1
1
\
(
\
1
lt&
:1 1 r-···J.
1
' '\ \
1
__l
_
'
1
I
I
(
(
I
I
1
I
I
(m).
El desplazamiento
con
la
(
._J
10 está relacionado
capacidad
(
nominal del cazo.
Fig. 8.38 Cálculo de V 0 •
Capacidad nominal del cazo
113
O,57
o175
1,12
1,50
1, 90
2,25
10 = Longitud para cada desplaza.miento
Duración, td del desplazamiento, incluso maniobras,
m.
seg,
1,3
1,4
1,6
1, 7
1,8
30
35
40
50
55
2165
3
1, 9
2
2, 4
65
70
75
Tabla 8.11 Longitud y duración aproximada de desplazamiento de las excavadoras normales en
curso de excavación, sobre sucio firme y suficientemente
Se calcula N y si:
limpio de escombros (P.C.S.A.).
N < 4 para cazos de 0,375 a 0,75 m 3 .
N < 3 para cazos de 1,12 a 1,9 m3.
N < 2 para cazos de 2,25 a 3 m3 .
Se aplica la fórmula de la producción sin desplazamientos.
Si N es superior a estos valores, la producción vendrá dada por:
p = (C X
fw)
X
3600 - N
t
X
td
X
K
X
fh X f m
8.25
Duración media aproximada del desplazamiento de la máquina, comprendido el tiempo
id
necesario de maniobra (en segundos).
Está relacionado con la capacidad del cazo.
8.11 SISTEMA HIDRÁULICO Y LA ELECTRÓNICA.
3
CIRCUITOS
La elevada fuerza de arranque de las
excavadoras
mediante
hidráulicas
se
consigue
un sistema hidráulico
(de aquí
EXCAVACION
1
2
proviene su nombre), generalmente formado
por circuitos combinados
mediante dos o
tres bombas según fabricante,
que actúan
sobre los siguientes movimientos (Fig. 8.39):
1) De excavación o empuje, o sea, elevación
13
y descenso de la pluma, el brazo, y el ataque
del cazo (tres tipos de cilindros hidráulicos).
Fig. 8.39 Circuitos del sistema hidráulico.
2) De giro, que se produce antes o después
de la fase de arranque.
3) De traslación, en este caso los anteriores no actúan.
El circuito de excavación lleva bomba de caudal variable, de forma que la potencia (W)
proporciona mayor velocidad (caudal Q), cuando se requieren movimientos rápidos (Fig. 8.40)
y mayor fuerza (presión P) cuando excava.
P1
'
t:J· .
.• __.·.·._
.··:···. _·
01 . '•: .. ·.
-o-.--------·
Inclinación
2
la bomba
-~
Fig. 8.40
de
Caudal
Potencia
Menos
l.
Más
Más
2.
Menos
Menos
Más
(
R.2(,
(
(
La eleclrónica
introduce
en las excavadoras
un
microprocesador
que conlrola
la posición de las bombas y e l régimen del motor, para reducir e l consumo,
(
disminuir la fatiga de l operador, con lo que aumenla el rendimienlo y elimina los errores por
(
automáticamenle
distracción.
(
En cuanlo cesa la demanda de potencia, el sistema de ahorro de combustible corta la
inyección del motor y reduce el régimen de revoluciones,
el cual se recupera
(
al accionar
cualquier movimiento de trabajo.
(
La diferencia entre marcas es el circuito electrónico que controla un dispositivo selector
de la potencia en tres escalones del 100%, 85% y 70% (un cuarto esca lón con 35% para
operaciones más lentas por FiaL-Hítachi)
según el me nú o modo, que se cliga, de acuerdo con
las prioridades de trabajo.
(
'
(
MODO
SIGN I FICADO
p
Producción
E
Economía
L
Precisión, lento
(
(
Tabla 8.13 Siginificado de los modos más normales.
La Fig. 8.42 indica los modos más normales con su significado,
característico
esquematiza
lo más
de cada modo.
p
MODO
L
E
Trabajo
Velocidad
de l motor
100%
Prioridad
85%
Producción
Acabar lo antes posible
'
Consumo de gasoil
Fig. 8.42 Modos típicos del microprocesador;
Otro sistema electrónico
©.
70%
Precisión
en la operación
Lrabajos, prioridades y r6gimcn del motor.
de diagnosis para mantenimiento
de la máquina recoge un
8.27
número
importante
de datos
de la misma,
como presiones,
temperatura ,
niveles,
cte.,
sustituyendo a todos los relojes y controles convencionales.
Este sistema
tiene varios
niveles de aviso y alarma según la
importancia de que haya que parar
la máquina de forma in:;.tantánca, a
determinados tiempos o al final de
la jornada.
Cada marca da un nombre
a los distintos sistemas electrónicos
mencionados.
La Fig. 8.43 corresponde a
la disposición
Tipo .. ......... ....... ...... .............. ............. ...... ... ... .... pilotados
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
1O.
11 .
12.
13.
14.
15.
16.
Traslación adelante
Traslación atrás
Extensión penetración
Recogida penetración
Rotación a izquierda
Rotación a derecha
Bajada de brazos
Elevación de brazos
Recogida de cuchara
Apertura de cuchara
Palanca de seguridad
desconexión mandos
Cuadro electrónico
Selector de trabajo P-E-L
Selector velocidad
lenta/veloz
Reposapies
Selector "Auto-l dling" motor
2
de los mandos de
una excavadora
moderna,
con el
selector de modelo de trabajo (nQ
Fig. 8.43 Disposición de mandos
en una excavadora .
13 ), y el dispositivo de ralentí del
motor
o
(nQ 14),
también
FUENTE Fl·Hl
muy
conveniente para tiempos de espera, y que al actuar sobre él de nuevo, recupera el régimen de
revoluciones prefijado.
8.12 MINIEXCA V ADORAS.
La necesidad de realizar excavac10nes en ciudad, en espacios muy reducidos, ba hecho
nacer unas miniexcavadoras sobre orugas, cuya característica
fundamental no es la producción,
sino el servicio que realizan. Se transportan fácilmente en canúones de dos ejes y se descargan
por rampas de tablones sin necesidad de una grúa.
Ocupan poco espacio en las calles, algo menos que un automóvil, y permiten descargar
a los mismos tipos de camiones. Puede cambiarse el cazo por un martillo rompedor hidráulico
ligero.
En obras civiles se utilizan también como auxiliares de otra excavadora, ya que pueden
bajarse con una grúa a sitios muy reducidos en dimensiones y holgura, donde pueden excavar
y apilar material para luego ser extraído con una retro.
Incluso puede desmontarse
la cabina y proteger al operador con una red para poder
trabajar en sitios de casi un metro de altura.
Debido a la flotabilidad
obrero no podría.
de las orugas, pueden trabajar en sitios fangosos donde un
(
8.28
(
m
4 ---~--~
(
(
r
(
(
(
(
5
- - -- 2490 --,--:..,..:··1-0º -1
º ....,
(
~ 980+-¡
(
(
2230
__,
_j 1
225
0,88m
3 ~ - - ~ - - - - ' - - -----'-----'
4
3
2
Om
._____ 3540 - ------
Fig. 8.44 Miniexcavadora.
Fig. 8.45 Miniexcavadora trabajando en una cimentación.
(
8.29
8.13 CASOS PRÁCTICOS Y EJERCICIOS.
EJERCICIO 8.1
Un banco de tierra común tiene 200.000 m 3• que hay que excavar en 150 días laborables
en jornadas de 8 horas, de 50 minutos útiles cada una. La altura tola! del banco es de 11,25m.
que se excavan en 3 estratos aproximadamente
iguales. Los dumpers se colocarán junto a una
excavadora en la posición más favorable.
Se pide:
l) Seleccionar y justificar la capacidad mínima de la cuchara.
2) Para dicha cuchara, que reducción en días se puede ofrecer en el plazo de ejecución.
Solución:
1) Primero se calcula la producción horaria necesana:
200000 m 3
P =
150 días x
= l66,3m 3 B / h
d8 ,.h
ia
De la Tabla 8.10 se obtiene, para tierra común, una producción de 150 m 3 /h, con una
capacidad nominal de cuchara de 1,12 m 3, aunque se necesita una producción de 166,3 m 3 /h.,
que es algo mayor. Se tantéa inicialmente con la cuchara de l,12 m 3• y con el ángulo de giro de
la excavadora más favorable de las tablas, que es 45º, con lo cual aumenta mucho el rendimiento
y se podrá obtener la producción necesaria.
De la Tabla 8.7 se obtiene, para tierra común y capacidad nominal de la cuchara de 1,12
m
3•
una carrera de ataque óptima de valor 2,8 m.
Como se tienen que excavar estratos de 11,25 / 3 = 3,75m. el % de carrera óptima será:
100 X ( 3,75 / 2,8 ) = 134 %.
De la Tabla 8.8 se obtiene, para 134% de carrera óptima y 45º de ángulo de giro el valor:
fo X fH/L
= 1,14
La producción real será 114 x 150 = 171 m 3 B/h., que resulta ser mayor que los 166 m 3 /h.
necesarios, luego se considera una capacidad mínima de cuchara igual a 1,12 m 3 •
La Tabla 8.9 da fu. = 1, si fuese otro valor, P aumentaría o disminuiría.
2 ) Para la cuchara elegida la producción
es de 171 m 3 /h. Para conseguir 200.000 m 3 de
excavación se necesitarán:
200.000 m 3 = 1. 170 h
171 m 3 / h
En jornadas de 8 horas:
1170
8
= 146 dÍé
'
r
8.30
(
La reducción en días en el plazo de ejecución será:
215 -194
21 días
'
<
EJERCICIO 8.2
(
(
Se va a excavar en un barrio de una ciudad, una zanja en tierra par el tendido de una
tubería de saneamiento, con una máquina retroexcavadora modelo MH6. Se pueden elegir varios
modelos de cuchara y de brazo para el trabajo de la máquina según la ficha técnica adjunta. La
(
zanja tiene 4m. de profundidad, 1,45m. de ancho, y se estima una resistencia al corte del terreno
(
{
de 1,6 Kg/cm 2 •
Se toma como fuerza de excavación de la máquina el 50% de la fuerza de arranque del
catálogo, para considerar el coeficiente de corrección. Para la elección de la cuchara considérese
(
(
que el ancho de la misma debe ser 0,9 w siendo w el ancho de la zanja. Se tomará la capacidad
SAE de la Tabla.
(
El tiempo que emplea la retroexcavadora en subir estabilizadores,
trasladarse una corta
distancia y bajar los estabilizadores es de 90 seg. Se considera carrera óptima de ataque la que
(
(
corresponde a la longitud del brazo. El alquiler de la retroexcavadora con operador cuesta 7.000
Ptas/h.
Los camiones que van al vertedero, tienen 10 m 3 de capacidad y tardan en posicionarse
detrás de la retroexcavadora 1 min, y en su viaje de ida y vuelta 45 min., colocándose detrás de
la retroexcavadora,
para dejar sitio a un costado de la zanja para situar los blindajes metálicos
de seguridad y la propia tubería a colocar. Se considera un coeficiente de eficiencia horario de
(
0,83.
Se pide:
1) Tipo de brazo que utilizará, justificando la elección.
2) Producción de la retroexcavadora
en m 3 /h. en banco.
3) Coste de m.l. de zanja.
4) Nº de camiones necesarios.
Solución:
1) El ancho de la cuchara es 0,9 w, siendo w = 1,45 m.: 0,9 x 1,45 = 1,3 m., que le corresponde
en la ficha técnica, la capacidad SAE de 1,45 m 3 •
Volumen suelto: Ys = f 11 • C
Siendo:
C = capacidad de la cuchara
= 1,45 m 3
fu = factor de llenado = 1,04
Para tierra, según tablas:
Ys = 1,04 . 1,45
1,5 m 3 •
,..
8.31
V5 / Fw;
Volumen en Banco: V 8
Fw = 1,19 según la tabla para tierra.
Y 8 = 1,5 / 1,19 = 1,267 m3
Si la carga la hace en una sola pasada, la penetración
ª de la cuchara en el terreno será:
V 8 = 1,267 = 4. 1,45 . a ; Siendo a = 0,3161 m 2
La sección de ataque será, pues: 0,218 x 1,45 = 0,3161 m2 y la fuerza necesaria de excavación
será: Fe = S x Re, siendo:
S = sección = 0,3161 m2
Re = resistencia al corte : 1,6 Kg/cm 2
F 0 = 0,317 m2 • 16 Tn/m 2 = 5,07 Tn
Con la fuerza de arranque F. = 2 x Fe según el enunciado, retendrá:
F. = 2 x 5,07 = 10,17 t.
y hay que elegir en la ficha técnica el brazo que dé como mínimo esta fuerza, y el más largo
posible
porque
aumenta
el alcance
y da
mayor
producción,
al repercutir
menos
el
desplazamiento de la máquina.
Se toma pues, el brazo de 3,2 m. que tiene Fa = 10,6 Tn. Le corresponde un alcance en
el diagrama de la máquina que es el punto de corte de la curva nº3 con la profundidad de 4 m.,
y resultan 6 m. cortados desde la posición de los estabilizadores.
2) El tiempo del ciclo de trabajo se obtiene de la tabla, para capacidad de 1,45 m 3 y cazo de
tierra común: t = 21 seg. y carrera óptima de ataque 3,2 m.
Carrera en % de la opt = 4 / 3,2 = 1,25 y con ángulo de giro de 180º resulta:
Í¡ X Í2 = 0,69
Luego, Tiempo ciclo real = 21 / 069 = 30,34"
Como el alcance es de 6 m. como se vio anteriormente, el volumen que puede excavar
sin moverse será,
V O 8 = 4 x 1,45 x 6 = 34,8 m3 b
Y 0 ,s = Volumen suelto = 34,8 x 1,19 = 41,41 m3 S
nº de ciclos a excavar = 41,41 / 1,5 = 27,6 ciclos
tcicios = 27,6 X 30,43" = 840 "
tdcsplazamiento = 90 "
Total = 980 "
P = Volumen x nº ciclos/hora x eficiencia horaria
P = 34,8 . ( 3600 / 980 ) . 0,83 = 112 m 3 B/h.
3) Arranque
112 m3 /h
= 19, 31 m·S/h
4 X 1 , 45 m2
Corte = 7000 / 19,31 = 363 prf/m · S
(
8.32
(
4) Número de camiones necesarios:
El número de ciclos para cargar un camión será:
Capacidad del camión =
vcuchara
(
10 m 3 = 6, 67
1,5 m3
r
(7)
(
(
Tiempo del camión en viaje de ida y vuelta = 45 min. = 2700 seg.
(
(
El tiempo del ciclo del camión será:
e
lcarga
=
(
7 . 30,43 = 213 seg.
(
= 1 min. = 60 seg.
l,otal ciclo camión = 2973 seg.
lpusición
(
(
Prod/Camión = (3600 / 2973) x 7 x 1,5 x 0,83 = 10,55 m 3L/h
= 112 x 1,19 = 133,28 m3L/h
n2 de camiones = 133,28 / 10,55 = 12,63 (13 camiones)
Prod/Excavadora
Caso Práctico 8.3. Determinación de la profundidad de excavación.
(
{
(
{
Existen indicadores digitales de profundidad con señalización en la cabina que facilitan
(
el control contínuo de la profundidad requerida.
-:lE.'5
l
Fig. 8.46 Indicador digital de profundidad.
Fig. 8.47 Nivelación mediante rayo láser.
También hay otro sistema basado en
rayo laser. Se coloca un detector en la pluma que provee señal acústica o visual en panel de
control situado en la cabina (Fig. 8.47).
8.33
Caso práctico 8.4 Utilización de una miniexcavadora JCB 801.
La Fig. 8.48 muestra la limpieza de un cauce pequeño de un río, situándose la máquina
en el lecho, totalmente anegada hasta la plataforma del maquinista, en las proximidades de un
puente, para facilitar el paso del agua y evitar inundaciones.
donde no cabe una retro normal.
Así trabaja en un sitio reducido,
Fig. 8.48 Ulilización de miniexcavadora en cauce de rio.
Caso práctico 8.5
Demolición en La Rue Balzac de París con
la excavadora hidráulica Komatsu, modelo Dash 5,
con brazo especial
para demoliciones
de tres
secciones articuladas alcanzando una altura de 24
m. y dispositivo de mordazas hidráulicas.
No se podían utilizar explosivos,
por la
proximidad inmediata de otros edificios y las
autoridades decidieron mantener las calles abiertas
al tráfico con todas las garantías de seguridad, con
lo que tampoco
suspendidos
podían
utilizarse
golpeadores
de una grúa, si bien el espacio era
muy limitado para hacer oscilar estos golpeadores
con la fuerza suficiente.
Fig 8.49 Utilización excavad. en demolición.
(
(
8.34
(
r
(
APÉNDICE 8.1 NUEVA GENERACIÓN DE MARTILLOS HIDRÁU LICOS
(
ROMPEDORES (MRH).
(
(
r
Las nuevas tecnologías desarrolladas por los prinicipalcs fabricantes de MRH aumentan
su utifüación, de forma que junto con el desarrollo de las retroexcavadoras,
convierten a ésta
(
máquina en una excavadora universal para todo tipo de terreno. Por este motivo se llama de
nuevo la atención en este apéndice.
(
Existe una nueva generación de MRH denominados supermartillos
de carrera variable,
en los que se engloban los de más de 4.000 J.
(
Se caracterizan por dos importantes aspectos:
(
1) Variación automática de la carrera del pistón en función de la energía rebotada.
(
(
2) Onda de choque de fuerza progresiva.
La energía pasa, de valores reducidos y gran
frecuencia, a energías altas y bajas frecuencias, eliminando la disipación de energía
cuando falla la resistencia de la roca por rotura, fisuración o apoyo.
(
(
(
' l .
F
Pistonl
- , ..l
., .
rebotada
(
{
(
(
Fig 8.50 Esquema de un MRH y reparto de energía.
F es la fuerza en el extremo del útil, S la sección en contacto con la roca, variable en
cada instante de penetración y N tensión de compresión.
La penetración siempre va acompañada de una absorción de energía y a medida que
aquella aumenta, lo hace la sección S. Por consiguiente disminuye la presión hasta un valor
inferior
al coeficiente
característico
de la roca, lo que hace detenerse
la penetración,
produciendo a partir de ese momento un retroceso de energía potencial o rebote.
Así se puede resumir que habrá rebote mínimo si la roca es blanda o no hay apoyo del
útil, se rompe la piedra o la herramienta, y rebote máximo cuando es insuficiente la energía de
choque para la gran resistencia que la roca opone.
En resumen, si hay rebote, la roca no rompe, el útil no penetra, la energía es insuficiente
y no ha podido ser utilizada.
Es preciso aprovechar esa energía devuelta e incrementar
la
energía del golpe siguiente.
El ataque con energía débil evita resbalar sobre el material después del primer golpe,
8.35
y permite mantener el útil sobre el punto elegido. El útil queda en su lugar para realizar el
siguiente golpe más fuerte. El ataque progresivo controlado, permite:
1) Controlar mejor el úil, cuando el martillo rectifica un perfil ó una zanja.
2) Aumentar la precisión sobre superficies lisas.
3) Aumentar la productividad en todo tipo de materiales.
4) Facilitar la rotura de bloques, evitando que el útil resbale sobre rocas dispuestas en bies.
Modelos BRV - Montabert
32
43
53
Peso Kg
1250
2000
2900
4000
1000
5700
1425
%00
2000
Energía por golpe variable automáticamente:
- máxima en terreno duro
(J)
- mínima en terreno blando (J)
Tabla 8.1 4 Rango de MRH, de carrera variable.
Uno de los inconvenientes de estos MRH era el ruido en medios urbanos, y existen
modelos insonorizados para esta aplicación. La Fig. 8.51 indica las diferencias entre un martillo
amortiguado y uno normal.
dB(AJ A
70
10 m
20 m
30m
Las c urvas de volumen de ruido del marullo está n medidas en campo abierto. golpeando sobre una placa de
acero cubierta con una capa de a re na de 150 mm.
Fig. 8.51 Volumen del sonido de un modelo para
ciudad. Fuente Rammer.
APÉNDICE 8.2 VENTAJAS E INCONVENIENTES RESPECTO A LA UTILIZACIÓN
DE LA PLUMA DE DOS PIEZAS EN RETROEXCA V ADORAS.
* Ventajas:
- Adopta posiciones, más cerca o más lejos de la máquina.
- Trabaja en espacios más reducidos.
(
8.36
- Puede construir laludes sm mover la máquina.
(
- Permite zanjear debajo de la máquina si la zanja es menor que su ancho.
con
'
'
- La articulación absorbe parte de las vibraciones y amortigua más, cuando se trabaja
martillo.
(
* Inconvenientes:
(
(
- No es apta para producción debido a que tiene menos fuerza, y sólo se coloca en
máquinas pequeñas de de 15 a 25 t.; fundamentalmente
para obras de tipo urbano, y en
(
(
carreteras para taluzar.
(
APÉNDICE 8.3 VARIABLES DE COMPARACIÓN DE EXCAVADORAS.
(
(
RANGO DE MODELOS.
(
Existen una sene de variables, que sirven para comparar unas excavadoras hidráulicas
(
con otras, entre las que se puede señalar:
a) Pendientes sobre las que puede trabajar la unidad con una buena seguridad, tanto
para ésta como para el operador (algunos modelos remontan pendientes de hasta el 80%).
Es conveniente conocer si:
(
• Existe posibilidad de engrase de los elementos del motor, aunque la máquina esté
inclinada continuamente.
• Dispone de frenos en los motores de lraslación, que la mantienen inmovilizada durante
la excavación.
b) La cabina, bajo los aspectos de utilidad, comodidad y seguridad es uno de los
elementos a tener en cuenta en la comparación para un mayor rendimiento del operador, y con
ello, conseguir mayor producción.
e) El mantenimiento es esencial, cada vez se tiende más a reducir los puntos de engrase
y a aumentar las horas de utilización sin mantenimiento,
así como la utilización de relojes e
indicadores de niveles. Actualmente es frecuente el engrase centralizado.
d) Las hojas de especificaciones
técnicas que reflejarán la mayor cantidad de datos
técnicos expresados lo más claramente posible.
Entre las principales dimensiones de las excavadoras están:
• Alcance.
• Altura.
• Altura de vertido.
8.37
Y entre los pará metros característicos:
• Fuerza de Penetración (F p).
• Fuerza de Arranque (FA).
• Potencia Hidráulica .
Cuchara retro.
Cuchara 4 en 1
Alcance
A
Alcance
A
Altura
B
Profundidad
B
Altura de vertido
e
Altura
e
1
Fuerza
de arranque
1
Fuerza de
penetración
!+-- - - A - - --
- ---A----
Fuerza
de arranque
~\
Fuerza de
'netración
Fig. 8.52 Dimensiones principales y párámetros característicos de las excavadoras .
..
Fi-Hi
CAT
KOM
Lieb
1
FH-200.3
320
PC-210.5
R 912
20-24 t·
1,2
FH-220
325
PC-240.5
R 922
RH 8
125
.
1,5
FH-300.5
330
PC-300.5
R 942
RH 9
1288
42 t
2,3
FH-400.5
235
PC-400.5
R 954
RH 20
220B
64 t
3,5
70 t
3,7
PC-650.3
R 974
RH 30C
350
Peso
Cazo
19-20 t
26-30 t
CASE
O.K.
1088
245
EX-700
375
• Tipos más normales
•• Capacidad del cazo (m 3) con d = l,8
Tabla 8.12 Modelos de retroexcavadora en O. P. sobre cadenas de algunos fabricantes.
Fiat-Hitachi, Carterpillar, Komatsu, Liebherr, O. K., Case.
e) Excavadoras de ruedas o de cadenas. Las retros sobre ruedas tienen la ventaja de los
desplazamientos por sus medios en áreas urbanas, no necesitando el transporte sobre góndolas, lo que
representa inconvenientes de maniobras en calles estrechas, con coches mal aparcados.
El inconveniente principal en su tajo, es que en los frecuentes desplazamientos requiere levantar los
gatos de apoyo, y conviene dado la irregularidad del suelo donde está situada, que dichos gatos sean
independientes los cuatro.
PESO
CAZO
CASE
O.K.
AK.
LIEB.
FI-HI
FAI
CAT
17
1 m3
888
MH5
H7
900
FH 150W
1000
214B
20
1,2 m3
1088
MH6
HlO
902
----
llOO
224B
Tabla 8.13 Modelos más normales de retroexcavadoras sobre ruedas, de algunos fabricantes:
Case, O.K., Akerman, Liebherr, Fíat-Hitachi, FAI, Caterpillar.
(
(
8.38
(
(
APÉNDICE 8.4 EXCAVACIÓN DE TÚNELES. MAQUINARIA
(
(
Una aproximación general a esta cuestión, consiste en los procedimientos típicos siguientes:
a)
Perforación en roca, con voladura. Maquinaria: Carros perforadores (Jumbo).
'r
(
De éstos hay una última generación de Jumbos robotizados, con diana en el microprocesador del carro,
que elimina el replanteo en la sección del túnel, consiguiéndose unos rendimientos espectaculares
respecto a los Jumbos convencionales.
(
(
(
Carga y transporte con cargadoras tipo L.H.D ..
b)
Perforación en roca: Topos, dependiendo del diámetro del túnel y característics de la roca: dureza,
abrasividad, fallas.
(
(
(
c)
Excavación normal en tierra: método Belga. Martillos picadores neumáticos de 4 Kg.
<
(
d) Excavación a sección completa en tierra con peligro de desprendimientos: utilización de Escudo.
e)
Excavación mecanizada en tierras.
'
Hay distintos métodos de galerías de avance, laterales, etc, y secciones, dependiendo los pases del tipo
de terreno, el cual a su vez condiciona los tipos de sostenimiento (Clasificación Austriaca de los mismos).
(
Si la sección tiene galibo suficiente, la maquinaria consiste en retroexcavadora y camiones.
(
Existe una técnica de sostenimiento previo al avance, mediante la utilización del método Premill,
(
consistente en un precorte mecánico con una maquinaria especial, parecida a una sierra que talla el perímetro
de la sección, y un relleno o sostenimiento de hormigón proyectado.
(
f)
Excavación en terrenos de tránsito.
Utilización de retroexcavadora, provista de martillo rompedor hidráulico.
Si la sección lo permite, cargadora de ruedas, en un costado y transporte con camiones. Es la solución
más económica en este terreno.
En condiciones geológicas mixtas, si la sección no permite la situación simultánea de cargadora y retro,
existe una excavadora ITC con martillo rompedor y cazo de retro colocados juntos en el brazo, y provista de
cinta transportadora para cargar camiones (Fig. 8.53).
En formaciones blandas, utiliza el cazo como retro (2') y el martillo se retrae (l').
En formaciones más duras, el martillo se coloca en posición avanzada para trabajar (1), y el cazo (2)
no actúa. Alternativamente, después de fragmentar con el martillo, éste retrocede y es el cazo el que efectúa la
carga del material, encauzándolo a la cinta, la cual descarga a los camiones situados en la pate posterior.
Otra situación técnica que aconseja el empleo de,, esta máquina ITC es cuando aparece agua en el túnel,
el suelo se vuelve fango, y aunque haya suficiente sección de túnel para la cargadora, ésta se hunde en los
giros al cargar los camiones.
8.39
TUN NE L HEAOING MACHINE
SCHAEFF IT( MOOEL 312 H
BOOM EQUIPMENT H6
WITH LARGE TDOL HOLDER
O
1
2
3m
¡,,,,¡,,, ,¡,,,,w..u.L.u.w..u.J
13501
....
.,,"'a,
o
..,"'
Fig. 8.53 Máquina ITC, retro-martillo-cargadora.
1) Martillo hidráulico en posición avanzada de trabajo.
1) Martillo hidráulico en posición trasera, de reposo.
2) Cazo de retro hidráulico en posición de reposo.
2') Cazo de retro hidráulico en posición de trabajo, arranque.
Fuente: Cortesía de FCC, UFE Ricia 1-B, A VE Madrid-Zaragoza.
(
8.40
APÉNDICE 8.5 EJEMPLO DE EXCAVACIÓN DE UN DESMONTE.
(
(
'
La fig . 8.54 corresponde a la sección trasversal de un desmonte a rebajar. Se pide explicar el
(
esquema del proceso de excavación .
'
(
(
(
(
(
(
12 m.
(
(
(
(
Fig 8.54 Sección trasversal
(
Solución:
(
(
Primeramente se divide la sección trasversal en una cuadrícula, de dimensiones
aprroximadas, 10 m de ancho y 3-4 m de alto, fig . 8.55, con secciones del l al 9, no teniendo por qué
coincidir las líneas verticales, ni ser los anchos todos iguales.
R.1
(
R,
R.
2
CD
CD
R. J
R"J
G)
CD
®
(J)
Fig 8.55 Sección trasversal. Secuencias.
A continuación se estudia cómo se va a realizar la excavación en un corte longitudinal del
desmonte.
8.41
La retro se coloca en la posición R 1, fig 8.55 y 8.56. Un tractor bulldozer, o ella misma si no
hay disponible un bulldozer, ejecuta una excavación en cuña para obtener un desnivel de 3,5-4 m,
que es la altuta de banco apropiada para una excavación con retro.
------·-----
J
3,5-4 m.
Fig 8.56 Sección longitudinal
De esta forma, al carga los caminones, éstos circulan por un nivel inferior al de la retro. A
continuación se hacen los cortes a, b, c, den la sección 1, fíg. 8.57.
E>
/
J
3,5-4 m.
Fig 8.57 Perfil longitudinal
Los anchos de unos 1O m son los necesarios para que puedan moverse los camiones, de
forma que mientras se está trabajando en una sección, el restante tráfico de la obra puede circular
por la otra, en la que no hay ningún corte hecho.
Así, una vez terminada la sección (l) del primer banco, se ejecutaría la siguiente, sección
(2), ocupando la retro la posición R ' 1, fig . 8.59. Los camiones pueden circular para la carga por el
corte (1) ya efectuado.
,
8.42
(
'
'
R'1
Traficoobra
J ,. ..
-
l~___
IO_m
_. _ _---,,~_ _ _
IO_m_._ _-,,._ __ _
IO_m._
_
(
'
-;
''
(
Fig 8.59 Sección trasversal
(
(1) Sección ya excavada
(
(2) Sección excavándose
(
(
(
Una vez excavado el primer nivel del desmonte, la retro baja al piso inferior del banco ya
excavado, y se sitúa en la posiciones R2, R'2 y R"2 ,fíg 8.55 y 8.60, repitiéndose el proceso, y
estando los camiones situados siempre en un piso inferior al de la retro.
(
(
(
-------------(
(
(
Fig 8.60 Sección longitudinal
Las figuras 8.55 y 8.6 1 muestran el desmonte en las fases sucesivas y con las distintas
posiciones que toma la retro.
R,,R;. R;
_Q
R,,R;,R;
R,,Rj,R;
Fig 8.61 Sección longitudinal
F: Rasante definitiva
9.l
CAPÍTULO 9
EXCAVADORAS DE CABLES
9.1 TIPOS.
• Móviles. Antigua Excavadora Universal y versiones modernas.
• Estacionarias.
Scrapers de arrastre.
Oi,renos titil• Ñ
acnacióa J carp.
Fig. 9.1 Móvil. Antigua. excavadora universal.
ca••· ira,rll
Fig. 9.3 Scraper de transporte aéreo. Bicable.
Fig. 9.2 Scraper de arrastre. Monocable.
9.2 TIPOS MÓVILES.
La excavadora
universal
de cable de empuje frontal
fue el modelo primitivo
de
excavadora y apareció a princicios de siglo.
A diferencia
de las hidráulicas,
las cuales mueven su equipo de trabajo mediante
cilindros hidráulicos, éstas lo hacen mediante cables y cabrestantes. Mientras excavan estan fijas,
igual que la hidráulica.
El equipo básico es normalmente
sobre cadenas y en la plataforma
superior
se
9.2
(
encuentran tres cabrestantes, uno de elJos para cambiar la inclinación de la pluma y los otros
dos para los equipos de trabajo.
(
Hay excavadoras de cables de empuje frontal todavía en la minería y algunas canteras,
(
(
(
pero con grandes capacidades
accionamiento,
de cazo (mayores de 10 m 3) y con motores eléctricos
de
(
es decir, precisan una linea eléctrica de alimentación.
(
(
l'olH 11lr1,na H -
la 111. . .
-•
t
'
(
(
'
c...,.,,,,.
•••«IIM~•7
,._ ¡-
(
(
Fig. 9.4 Excavadora de cables de empuje frontal.
Fig. 9.5 Equipo de trabajo.
9.3
son accionados por
Una versión moderna actual consiste en que los cabrestantes
motores hidráulicos, suprimiéndose las transmisiones por correas de los modelos antiguos.
Las aplicaciones según el equipo de trabajo son:
•
Grúa con gancho de elevación.
•
Cazo especial de almejas en excavación de cimentaciones, en muros pantalla, llegando
a grandes profundidades.
•
Dragalina con cazo de excavación.
•
Hincadora de pilotes prefabricados con un mástil grúa suspendido de la pluma, por el
que corre un martinete.
•
Perforadora de pilotes, con mesa rotativa (Kelly)
CD
®
®
Fig. 9.6 1) Mesa rotativa KELLY para perforaciones de pilotes.
2) Cazo bivalva para excavaciones de muros pantalla.
3) Mástil hincapiloLes.
9.3 DRAGALINA.
Actualmente
material.
es la excavadora de cables más utilizada, trabaja mediante arrastre del
(
9.4
t
(
(
(
C•b!e o• ,1,,oción
(
(
,.
-s-,,
-E~
(
(
(
(
(
(
(
(
(
Fig. 9.7 Dragalina. Esquema de cable.
(
9.3.1 EQUIPO DE TRABAJO.
Su equipo de lrabajo está constituido por:
a ) Pluma de celosía o brazo.
b) Cazo.
'
c) Cables.
(
a ) Pluma de celosía o brazo:
La Pluma es de celosía, su inclinación varía entre los 30º y los 80º con la horizonlal; ésta
se consigue
mediante
cables que van apoyados en un caballete
auxiliar colocado
sobre la
superestructura. Su longitud se modifica añadiendo o quitando elementos intermedios atornillados
a su parte media.
b) Cazo:
El cazo tiene forma de caja paralepipédica, con dos caras abiertas: la superior y la frontal,
que sirven de entrada del material. Los laterales tienen agujeros para permitir la salida del agua.
Lleva unos dientes en el labio delantero del fondo. Puede bascular alrededor de una horquilla de
suspensión, mediante el cable de vuelco. El cazo está unido a la excavadora mediante 2 cables.
c) Cables:
• Cable de arrastre: va desde el cazo al cabrestante de arrastre, se utiliza para acercar el
cazo a la máquina.
• Cable de elevación: sirve para subir y bajar el cazo, pasa por la polea del extremo de la
pluma y va al cabrestante de elevación.
l
9.5
Fíg. 9.8 Dragalina.
CAPACIDAD DRAGALINA
RANGO DE CAPACIDADES
L = Longitud de la pluma (m)
16
19
22
22
25
28
31
Angulo de la pluma (aprox.)
30
40
4U
30
30
30
30
C = Capacidad de cazo (m 3 )
2,5
2,3
1,9
1,5
1,2
1,0
0,8
R = Radio de la carga (m)
15,7
16,4
18,7
20,9
23,5
26,1
28,7
T = Profundidad de excavación
(Taludes 1: 1,5)
9,5
10,3
12,0
13,2
15,1
17,0
18,8
U = Altura de descarga (m)
4,2
8,6
10,9
8,8
9,7
11,4
13,1
W = Alcance de excavación (m)
19,8
22,2
25,3
26,2
29,4
31,7
35,9
Z = Longitud de cazo (m)
5,6
5,4
5,1
4,8
4,6
4,4
4,2
Peso del cazo vacío (kg)
2340
2190
1870
1610
1330
1080
830
6550
6080
5120
4210
3290
2710
2120
Peso del cazo lleno (kg)
(y = 1700 kg/m 3)
Tabla 9.1 Rango de capacidades de dragalina.
9.3.2 CICLO DE TRABAJO.
El ciclo de trabajo de la dragalina consta de seis fases:
1º ) Lanzamiento e hinca del cazo:
9.6
(
Con el cable de arrastre, el maquinista acerca el cazo a la máquina y al mismo tiempo
Lira del cable de elevación para mantener el cazo en el aire. Suelta el cable de arraslre y una wz
rebasada por el cazo la vertical del extremo de la pluma, va dejando cable de elevación con
habilidad, para que el cazo caiga en el punto de iniciación de la excavación.
(
(
(
(
(
(
(
(
(
'
(
Fig. 9.9 Ciclo de trabajo. 1ª Fase.
Sube el cazo, para que luego haga de péndulo, y se sueha al final del recorrido.
2º ) Arrastre y carga del cazo:
Una vez hincado el cazo en el terreno, se recoge cable de arrastre a la vez que se suelta
cable de elevación, con lo cual el cazo arrastrándose por el terreno, va cargándose a medida que
se acerca a la máquina, operación facilitada por los dientes dispuestos en el borde de ataque.
3º ) Elevación del cazo:
Cuando éste se encuentra prox1ma a la excavadora, se levanta mediante el cable de
elevación, en combinación con el cable de arrastre para evitar el vuelco del cazo.
4º ) Giro de la plataforma:
Se produce el giro de la superestructura,
colocado el cazo en la posición de la fase
9.7
anterior, hacia el lugar de descarga.
5º ) Descarga:
Una vez colocado el cazo en el punto
de descarga, se suelta el cable de arrastre, y
se tira del cable de elevación, con lo que el
cazo, al llegar bajo el extremo de la pluma
se pone automáticamente
en posición
de
descarga y los materiales se vacían sobre
acopio, dumper (Fig. 9.10), etc.
6º ) Giro a la posición inicial:
Efectuada la descarga, la máquina
gira sobre la corona dentada para repetir el
ciclo, generalmente a la vez que se efectúa
Fig. 9.10 Descarga sobre dumper.
este giro. Se realiza el acercamiento del cazo
a la máquina y se mantiene éste en el aire, como al comienzo de la fase 1ª.
LANZAMIENTO E HINCA
~
/T
S
ELEVACION
T
Fig. 9.11 Dragalina. Ciclo de trabajo. Fases. Cable: T = tenso, S=suelto
9.3.3 UTILIZACIÓN.
Debido a la mayor duración del ciclo, el rendimiento es menor que con otros eqmpos
de excavación.
(
9.8
(
(
En general, se excavan mejor los terrenos
excavadora (en seco o en agua).
situados
(
por debajo de la cota de la
(
f
Los terrenos a excavar no pueden ser duros, pues difícilmente entraría el cazo en ellos.
(
Se empica en terrenos en que no puede acercarse la máquina, como ocrurre en terrenos
(
pantanosos o anegados de agua.
'
En excavaciones bajo el mar o el borde de un río, opera desde la orilla. Así, en obras
(
hidráulicas, en encauzamientos de
ríos, excava las partes cóncavas y
(
draga el perfil del río para recuperar
(
su pendiente o corrije los márgenes y
coloca
escollera,
no existiendo
máquina que lo haga más rápido. El
(
·-- - ~ '
cazo en estos casos lleva una serie de
ranuras o perforaciones que sirven
de graveras en las
orillas de los ríos o con nivel frcático
(
(
para evacuar el agua y reducir el peso
de arrastre. Frecuentemente se utiliza
en explotación
(
: \[ \.., 1.l m /5 m
1.5 m
(
Fig. 9.12 Excavación de un canal por dragalina
que avanza por un eje.
(
elevado.
La dragalina es la
máquina
más adecuada
en la construcción
canales cuando
de
los
materiales
se
extraídos
(
amontonan en caballones
longitudinales,
avanzando por el eje de
Fig. 9.13 Dragalinas excavando trasversalmente en un canal.
la excavación.
l
La distancia a que puede proyectarse el cazo para comenzar la excavación (radio máximo
de excavación)
depende mucho de la habilidad
del conductor.
El alcance normal puede
aumentarse en el tercio de la proyección horizontal del brazo.
Si el canal es suficientemente
ancho, se pueden colocar dos, una a cada margen.
9.3.4 PRODUCCIÓN.
La fórmula general:
p = C X fu X nº cicJos/h X fh
(C, fu y fh tienen el mismo significado que los vistos en excavación).
9.9
La profundidad óptima de corte es ua concepto análogo al de las excavadoras, aunque
aquí el cazo se mueve longitudinalmente,
en lugar de en vertical y existen tablas para distintas
capacidades de carga facilitadas por la P.C.S.A. (Power Cranc and Shovel Association), así como
tiempos de ciclos y los coeficientes de giro, carrera óptima y llenado, de forma análoga a lo
expuesto en excavadoras.
Dado que el interés del cálculo de la producción de la dragalina es sobre todo en
excavaciones de canales, y esta utilización no es frecuente en España, no se incluyen estas tablas.
9.4 CUCHARA BIVALVA.
En la misma máquina de la dragalina se puede sustituir el cazo de ésta por una cuchara
bivalva, compuesta por dos mandíbulas o valvas. Las valvas no tienen capacidad de corte en
excavación, sino es por su propio peso, y para aumentar la fuerza de penetración se la deja caer
desde una cierta altura.
INCLINACIÓN
CABLE DE ABERTURA YCIERRE (C)
~
CABLE DE ELEVACIÓN (E)
TENSIÓN
o
SIN TENSIÓN
e
E
E
C
e
Posic10n mcial.
Llenado
cuchara.
de
la
El evación de
cuchara con
la
la
Vaciado
cuchara.
de
la Descenso con
cuchara vacía.
carga.
Fig. 9.14 Excavadora con cuchara bivalva. E y C tambores de los cabrestantes.
la
f
9.10
(
El material a excavar tiene que ser relativamente
elemento de carga que de excavación.
blando. Es más propiamente
un
(
f-
El borde de unión de dichas mandíbulas puede ser liso o con dientes.El borde liso es
(
utilizado para excavar terrenos sueltos o sin gran cohesión, en los demás casos se deberán
utilizar mandíbuJas con dientes.
(
(
(
Se utiliz.a para la ejecuc1on de carga de tierra en espacios limitados (pozos, zanjas de
cimentación, etc.) o profundidades que superen las posibilidades de trabajo de las excavadoras.
En excavaciones tienen mucho menos fuerza de arranque que los cazos hidráulicos. También se
(
usa en operaciones de dragado.
(
Aplicación en muelles puertos (carga a granel de minerales, clinker a barcos).
(
La profundidad a la que puede trabajar la cuchara no está limitada más que por la
posibilidad de enrollar sobre los cabrestantes la longitud de cable necesaria. Se llegan a
sobrepasar los 20 m. La capacidad varía entre 0,3 y 5 m 3 •
(
(
(
Los movimientos de elevación y descenso de la cuchara se realizan mediante el cable del
mismo nombre que está accionado por un cabrestante.
La apertura
correspondiente
y cierre se realiza
por mediación
de otro cable accionado
por su
cabrestante.
9.5 GRÚA.
Si a la máquina anterior se le quita el cazo y se pone en su lugar un gancho, se convierte
en una grúa.
La pluma de ésta se puede levantar y bajar mediante el cable de levantamiento,
accionado por un cabrestante (elevación
inclinación y alcance de la misma.
máxima 70º a 82º) que permite hacer variar la
La elección de una grúa viene dada por su carga de
elevación con el máximo alcance; lógicamente la carga varía
según el brazo de palanca.
La
importancia
normalmente
grúa
como
tal
es
una
máquina
de
mucha
por lo que
características
especiales,
son máquinas distintas de la excavadora
y
universal y deben estudiarse por separado.
Los modelos sobre cadenas tienen plumas de celosía de
Fig.
9.15 Grúa
DEMAG
CC1200,pluma 66 m,carga 250t.
gran longitud para grandes alturas, y capacidades de carga muy
importantes.
9.11
Un modelo de macrogrúa es la provista de un anillo en la parte inferior Ringer que les
permite plumas con alcanzes mayores en altura y radio.
Los modelos sobre ruedas normalmente tiene la pluma telescópica hidráulica, aunque
también hay modelos con pluma de celosía.
9.6 EXCAVADORAS ESTACIONARIAS (SCRAPERS).
Estas excavadoras
instalaciones
de arena.
pueden montarse
en un lugar fijo de forma permanente
o en
temporales. Son máquinas muy utilizadas en explotaciones de graveras y bancos
Excavan mediante el arrastre de un cazo que se va llenando mediente la tracción que
ejerce un cable desde un cabrestante movido por un motor.
Existen dos tipo de Scrapers:
• Monocable: el transporte es mediante arrastre por el fondo de la excavación.
• Bicable o transporte aéreo (slackline cableway): en el cual el cazo después de llenado,
es transportado
colgado de un cable aéreo (cable vía).
Su aplicación
típica es en
graveras subacuáticas y donde se necesite un transporte importante.
9.7 SCRAPER DE ARRASTRE MONOCABLE.
9.7.1 PARTES ESTRUCTURALES.
Está constituído por:
• Un Poste de Cabeza (o Poste Fijo): con unos vientos anclados en el terreno y unas
poleas de cabeza por las que pasan los cables.
• Un Caballete Posterior: que anclado al terreno mediante cables bridas sirve de soporte
a la polea de regreso.
9.7.2 EQIDPO DE TRABAJO.
Su equipo de trabajo está formado por:
a) Cazo:
Cazo con forma de herradura en planta, abierta por el fondo y en su parte delantera y
superior.
9.12
(
(
Su
parte
trasera
tiene
(
forma
curvada, esto es debido a que la tierra al
acumularse en esta pared, ejerce una mayor
(
presión que si ésta fuese recta, con lo que
(
cambia la orientación del cazo y para así la
excavación.Trabaja
suelo.
arrastrándosde
(
por el
·-
(
(
b) Cables:
Fig. 9.16 Cazo del scraper monocable.
(
(
El cazo va unido a dos cables:
(
• Cable de arrastre: de la parte delantera del cazo a otra polea del poste de cabeza y de
ésta a un tambor de cabrestante.
(
(
• Cable de retorno: desde la parte posterior del cazo a la polea de regreso y de ésta al
poste de cabeza, pasa por la correspondiente polea y llega al segundo tambor del
cabrestante.
'
(
(
(
'
(
(
(
Fig. 9.17 Scraper de arrastre de dos tambores.
Si se quiere que el scraper barra un área mayor, se colocan dos caballetes posteriores
unidos entre sí por un cable y la polea de retorno puede deslizar mediante otro cable
traccionado por un tercer tambor de cabrestante.
9.13
r
Co~tl,J'-"«-n
.._¡,,
',>
Fig. 9.18 Scraper de arrastre de tres tambores.
9.7.3 CICLO DE TRABAJO.
Consta de Lres fases:
Fase A: Arrastre del cazo.
Fase B: Descarga.
Fase C: Retorno.
9.7.4 FORMA DE TRABAJO.
Se lleva el cazo al punto donde se desee comenzar la excavación mediante el cable de
retorno.
Una vez colocado en dicho punto se tira del cable de arrastre y el cazo se va arrastrando
por el terreno, a la vez que se acerca al poste de cabeza, cargándose.
Una rampa a modo de gran canaleta, sirve para elevar el cazo con el material excavado,
hasta su parte más elevada. Una abertura del fondo de la rampa en ésta zona sirve para
descargar el material sobre una tolva, vehículo o cinta transportadora.
En este scraper no se eleva el cazo del suelo, por lo que no es posible paralizar la
excavación en un determinado punto.
Una vez efectuada la descarga, mediante el cable de retomo, se lleva el cazo al punto
de excavación, aumentando la profundidad del surco de excavación.
9.14
:,fil
orla
olt:a
'''
Corte a-a
'º" ali uro .,.,,,,,
(
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(
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Vista en Planfa
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(
(
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Ñ6 ••31u, 9,w1rvl•,.,• fria
"
lo Po/e o rsf•r1111
(
Fig. 9.19 Forma de trabajo.
9.7.5 PRODUCCIÓN.
p
C X f1 l X
nº ciclos
h
3600
t
Siendo:
C = capadidad de cazo
t = tiempo de ciclo
f 11
factor de llenado
f h = factor de eficacia horaria
Se supone que la velocidad es igual en excavación que en arrastre. Se tendra que:
t
=
L
vi
+
L
vr
=
L
X
( v i + Vr )
vi - vr
=
L
V/
9.15
Siendo:
L
L = Longitud de recorrido
Y¡, v,
= velocidades de ida y retorno
V'
=
P = C X f<
X
resulta que:
V' X
36 OO
L
X
fh
p
Fig. 9.20 Curvas de producción ele
scraper de arrastre.
PxL=K
siendo:
K = C X f<
Resultan
X
V'
familias
X
3600 X fh
de curvas en función
de la capacidad
del cazo (Fig. 9.20); las
velocidades son muy similares para todos.
9.8 SCRAPER DE TRANSPORTE AEREO.
EXCAVACIÓN
,
Fig. 9.21 Scraper de transporte aéreo.
(
9.16
9.8.1 PARTES ESTRUCTURALES.
'
(
Está constituido por:
(
• Poste fijo: estructura que se fija al terreno, de mayor altura que el modelo anterior y
(
anclada media nte vientos. Lleva poleas de cabeza.
(
<
• Caballete poste rior: estructura fija de altura reducida. Colocada al otro extremo de la
(
excavación y anclada también ¡¡J terreno.
(
9.8.2 EQUIPO DE TRABAJO.
(
(
Formado por:
(
(
a ) Cables:
• Cable vía o carril: Colocado entre las dos orillé:1s de fa excavación está anclado en el
caballete posterior y pasando por el poste fijo llega al cabrestante de tensión de dicho
cable, con el cual se le puede dar mayor o menor tensión.
• Cable de arrastre: Es el que sirve para mover el cazo alejándolo o acercándolo del poste
fijo, mediante su correspondiente
(
cabrestante.
(
Carro de vuelco
Bl cable de
5rrastre tira taabién
del cerro de vuelco
Dispositivo de vuelco del cazo
Fig. 9.22 Posiciones sucesivas de vertido mediante el carro de vuelco y tope.
(
9.17
b) Cazo:
Es el elemt:nlo de carga. Eslá abierto en su parle delantera y en la superior, igual que
el monocablc. Eslá suspendido del cable vía por un carrillo portacazo que lleva unas poleas que
corren sobre el cable vía y, un dispositivo de vuelco. Si se quiere ampliar su radio de acción es
necesario colocar varios anclajes (caballetes) en la orilla opuesla al posle fijo.
9.8.3 FORMA DE TRABAJO.
Comien7.a
éste con el transporte
del cazo al punto donde se desee comenzar la
excavación; para ello, se tensa el cable vía y se suelta el cable de arrastre. El cazo desli7.a por
gravedad sobre el cable vía, y al llegar al punto deseado se frena, medianle el cable de arrastre.
Seguidamente se suelta el cable vía para que el cazo descienda y llegue al lt:rreno;
tirando con el cable de arrastre el cazo excava y se llena. Una vez lleno, se tensa el cable vía,
con lo que se eleva el cazo y con el cable de arrastre se le lleva hacia el poste fijo para su
descarga. Esto se efectúa automáticamente
al tope de vuelco.
Una vez
mediante el dispositivo de vuelco del cazo al llegar
realizada ésta operación, se repite el ciclo, volviendo el cazo al punto de
excavación.
Cable de arrastre
Cable carril
r
Vano máx. = 8 h
1
------- ----------
-------
---_,,----------------- -------------------e_:::_________ -------l
o,
· ·: .
Tractor
Fig. 9.23 Scraper acoplable a dragalina.
A veces puede sustituirse el equipo de cabrestantes por una draga lina.
(
(
9.18
(
(
f
~
/
(
(
'°
(
Fig. 9.24 Ejemplo de dragado en un puerto. Descarga sobre tolva.
(
C.P. 9.1 Utilización de dragalinas en el "Acondicionamiento
Guadiana" en Badajoz, por el Parque del M.O.P.T.
de las márgenes del Río
(
(
(
(
(
C)
(
(
Fig. 9.25 Estado inicial.
Fig.9.27 Dragalinas dragando
el cauce del río
Fig.9.26 Construcción de espigones
Las Figs.
9.25,
9.26,
9.27, 9.28, muestran
las
distintas etapas. El dragado de 1.800.000 m se efectuó,
3
mediante dragalinas que se hicieron su propio camino hasta
casi la otra margen del río, mediante la construcción de los
espigones de las Figs. 9.26, 9.27. Los terraplenes con
productos de excavación fueron 1.200.000 m3 y la longitud
(]
de acondicionamiento
2,8 Km.
Llegaron a estar simultáneamente 6 dragalinas con
capacidades
de
""
2,5
m3 ,
alcances
de
25
m.,
y
profundidades de dragado de 3 m.
Fig. 9.28 Estado final después de
excavados los espigones y
protegidas
las márgenes con
escollera.
Con las rmsmas máquinas se construyeron y
acondicionaron islas para la avifauna y colocación de la
escollera de las márgenes.
Terminado el trabajo se retiraron los espigones (Fig. 9.28).
,.
10.1
CAPÍTULO 10.
ZANJAS
EQUIPOS DE EXCA V ACION DE CARGA CONTINUA.ZANJADORAS
ENTIBACION DE ZANJAS
10.1 ZANJADORAS. OBJETO.
Las zanjadoras T.C.M. (Trench culting machines) son máquinas especialmente diseñadas
para la apertura rápida de zanjas continuas en campo abierto. También se las llama zanjadoras
continuas y trincheradoras.
Esencialmente son palas metálicas que arrancan la tierra de manera regular, por debajo
del nivel de la unidad, trabajando para abrir una zanja del ancho deseado y de una cierta
longitud. Estas zanjas quedan perfectamente acabadas, con el fondo plano y los bordes limpios,
aptas _para instalar en ellas conducciones de aguas, tuberías, cables, etc. Se utilizan también para
hacer zanjas en terrenos rocosos, en lugar del sistema de perforación y voladura (D + B, Drill
and Blasting).
Una característica inportante de estas máquinas es que excavan y descargan el material
al mismo tiempo, situándolo en un cordon paralelo a la zanja en la superficie del terreno,
mediante una cinta transportadora
situada transversalmente
a las máquinas. El tren de rodaje
puede ser de cadenas o ruedas.
125"
(317cm)
1
31 "'
(78.7cm )
.,.........__,~_ _L_
(157 cm)
62"
1
1
68
0-60"'
(0- 152 cm)
35 .6"
(9 0. 5 cm)
-,
''
1
''
/
75.9"
(1 93cm)
140.5" (3 57 cm) - - - - - --l
Fig. 10.1 Zanjadora Yerrneer con eqwpo retro. Peso 3,2 L. , 40 kw.
10.2
La potencia necesaria en proporcional a la sección transversal de la zanja, lo que quiere
decir que, dada la potencia de una máquina tiene una limitación en ancho y profundidad, y que
(
si aumenta la profundidad hay que disminuir el ancho a excavar.
(
10.2 PROBLEMÁTICA DE LAS ZANJAS EN RELACIÓN CON LA MAQUINARIA
(
Y EL PROCESO CONSTRUCTIVO.
Está ligada a la seguridad de los obreros que tengan que trabajar dentro de la zanja.
Lo primero que hay que estudiar es la profundidad; si ésta es poca, caso de instalaciones
de gas y cables (telefonía), aunque el terreno sea tierra no es necesaria la entibación de la :z.anja
(existen también blindajes metálicos para este fin).
(
(
(
(
(
Si el objeto de la zanja es la colocación de colectores de saneamiento o distribución de
aguas, se necesitan mayores profundidades y anchos y, en el caso de tierra, existe el peligro de
derrumbamiento de las paredes, que ocasiona accidentes mortales y es el origen más frecuente
de éstos en la construcción.
(
(
La seguridad en la construcción exije, cuando son zanjas en tierra, protección de los
trabajadores en su interior, sea con entibaciones en madera o en los llamados blindajes
metálicos, de los que hay varias marcas en el mercado.
Las zanjas en tierra pueden excavarse con retros, siendo posible simultanear
las
actividades de excavación y colocación de blindajes.
Si la excavación se hace con zanjadoras continuas, la colocación de blindajes debe ser
posterior.
Si la excavación es en roca, no se necesitan protecciones y la utilización de zanjadoras,
en lugar del sistema D + B, depende de la longitud de la zanja y del consumo de picas. En
relación con este consumo pueden servir de orientación los criterios que se siguen para la
utilización de los topos en perforación de túneles.
Los inconvenientes del sistema D + B, brevemente resumidos son:
- Mayor complicación de la obra.
- Impacto ambiental.
- Mayor coste en general.
La Tabla 10.1 (Pag. 10.3) resume lo comentado antes.
Las Tablas 10.2 y 10.3 (Pag. 10.4), dan sucesivamente el consumo de picas/m 3 en función
de la resistencia a la compresión de la roca y su abrasividad medida en SiO 3 • Primero se entra
en la tabla T 10.2 y, con los resultados obtenidos, en la tabla T 10.3.
(
(
(
10.3
-----<
CABLES
GAS
UTILIZACION
SISTEMA DE APERTURJ\
DE ZANJA
~----<COLECTORES
TERRENO
ENTIBACION
ROCA
PERFORACION
ZANJADORAS
CONTINUAS
T C M
RETRO
o
ALMEJA
y
VOLADURA
LONG. ZANJA
ZANJADORAS
CONTINUAS
T C M
CONSUMO DE
CONTENIDO
PICAS/M3 1--~.-DE SILICE
Si03
ENERGIA
NECESARIA
Kw/m3
RESISTENCIA
A
COMPRESION
Rc(Kg/cm2)
I
EXCAVACION DE ZANJAS'
TEMAS
PROD.
M3
M.L DE AVANCE
RELLENADO DE ZANJA: OPERAC. IMP. UTILIZACION
~
APILAR EXCAV. A LO LARGO
OPERACION
CABLES - RELLENO DE ZANJAS RAPIDO
RAPIDA
TUBERIAS - RELLENO DE ZANJAS LENTO
ESTABILIDAD
LENTA
TIERRAS
.__
PELIGRO DERRUMBE PAREDES ANTES DE RELLENO
EXCAV. CON RETRO O ALMEJA
ENTIBAC. DE PROTECCION
ANCHO DE ZANJA (TIERRA A TIERRA)
[
ZANJA
RELLENO
ANCHO
PROF.
CABLES
GAS
TELEF.
PEQUEÑO
40 cm.
50
RAPIDO
-----1 UTILIZACION: COLECTORES LENTO
AGUA
POTENCIA
NECESARIA
T C M
A
90C.
GRANDE
1 A 3 m.
GRANDES
4 A 8m.
PROP. A LA SECCION TRANSVERSAL. PARA UNA MAQUINA
DETERMINADA.
AUMENTA PROF. DISMINUIR ANCHO A EXCAVAR
Tabla 10.1 Problemática de las zanjas.
10.4
Energía necesaria.
Energía necesaria.
Energía necesaria.
Resistencia a la
compresión.
SiO3 < 30%
SiO3 """30%
SiO3 > 30%
Kp/cm 2
Kwh /m3
Kwh/m3
Kwh/m 3
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1.000
J. 100
1.200
1.300
0.2
0.4
0.7
1.5
2.3
3.4
4.5
6.0
7.5
9.5
11.5
13.8
16.5
0 .8
1.6
2.7
3.7
4.8
6.0
7.5
9.3
11.0
12.8
16.0
l. 7
3. 1
4.5
6.0
7.5
9.2
ll.O
12.8
16.0
(
(
(
(
(
(
(
(
<
Tabla 10.2 Cálculo de la energía necesaria para la excavación.
(
EJE\'IPLO DE ROCA DE 600 kp/ cm 2 Y 30 % DEL SiO 3 :
-+
(
ENE RG IA NECESA RIA PARA LA EXCAVACION 6.0 Kwh/ m 3
(
Consumo de picas.
Consumo de picas.
Consumo de picas.
SiO3 < 30%
SiO3 ""' 30%
SiO3 > 30%
Kwh/m 3
Picas/m3
Picas/m 3
Picas/m3
1
2
3
4
0.01
0.02
0.03
0.04
0.02
0.03
0.05
0.07
0.09
O.JI
0.13
0.14
0.17
0.19
0.21
0.24
0.26
0.28
0.31
0.33
0.03
0.05
0.08
0.10
0.13
0.17
0.20
0.23
0.26
0.28
0.32
0.36
0.39
0.43
0.47
0.51
Energía necesaria.
5
0.05
6
7
8
9
0.06
0.08
0.09
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
0.17
0.19
0.21
10
11
12
13
14
15
16
Tabla 10.3 Cálculo del consumo de picas.
EJE:VIP LO DE ROCA DE 600 kp/ cm 2 Y 30 % DEL SiO 3
ENERG IA :'-IECESARIA PARA LA EXCAVACION: 6.0 Kwh/ m 3:
-
CONSU:VIO DE PICAS: 0.11 Picas/ m 3
10.3 TIPOS DE ZANJADORAS.
Según sus características
* Tren de rodaje:
funcionales se pueden dividir atendiento al:
- Ruedas
- Cadenas
(
(
r
..
10.5
* Equipo de trabajo:
- Brazo inclinablc
- Disco con picas
- Rueda excavadora
10.4 ZANJADORAS DE BRAZO INCUNABLE.
Consiste en una sene de cangilones o cuchillas montados sobre cadenas que excavan en
la dirección del eje de avance de la máquina y vierten la tierra sobre una cinta transportadora
dispuesta transversalmente
/
,.,
a la máquina.
' _/
,,, ,,:: .-
;~1~)__ ______
~~:: : l _
~
--o·:: . . •.,.'· . 55°
Lo_
...
V=O
~
~ 2.~
lfAll..
1/Sm.
...- - - -- - ---i
.
V:V,
Fig. 10.2 Zanjadora de brazo inclinablc.
1) Cinta transportadora.
2) Cordón de excavación. 3) Nivelador de fondo.
El equipo de trabajo está constituido por:
• Brazo de cangilones:
el levantamiento
del brazo se consigue mediante 2 cilindros
hidráulicos colocados a cada lado de aquel, lo mismo que la fuerza de penetración contra el
suelo para poder excavar.
Los cangilones tienen unos elementos cortantes atornillados y recambiables que son de
varias clases según sea la naturalez.a o el estado en que se encuentre el terreno:
- Cuchillas: de rápida extracción, terrenos no rocosos.
- Dientes cónicos (picas): para terrenos rocosos.
- Dientes cuadrados: endurecidas al carbono, para terrenos congelados.
• Nivelador de fondo (Crumber): Con él se consiguen zanjas de fondo limpio. Lleva una
zapata en su estructura que impide a la máquina excavar a más profundidad de la requerida.
10.6
(
Para facilitar el comienzo del zanjeo este nivelador se repliega mediante los cilindros
hidráulicos correspondientes.
(
(
El transportador
de descarga está situado transversalmente
al eje longitudinal
de la
r
máquina y con despla7.amicnto a derecha e izquierda, siendo su altura de descarga regulable.
'
(
La forma de trabajo es la siguiente:
(
(
1º) La máquina empie7.a excavando sin moverse; el brazo de cangilones o dientes desciende
progresivamente hasta la profundidad deseada.
22 ) Avanza y se mantiene a la velocidad máxima compatible con la naturaleza del terreno.
(
(
(
La velocidad de los cangilones o cuchillas está regulada eventualmente
de la misma
(
(
manera.
La tierra excavada se deposita
en cordón lateral,
o se carga en los aparatos de
'
transporte, que se sitúan debajo del extremo de salida del transportador y marchan a la misma
velocidad que la zanjadora, hasta que se llena su caja.
(
La inclinación del brazo respecto a la horizontal no sobrepasa los 55º.
(
Existen modelos, en los cuales hay un carrete posterior que deposita una tubería flexible
de plástico para drenaje, e incluso el transportador de descarga rellena la zanja según avanza
la máquina, o carga un camión al que empuja mediante una lanza.
10.5 CORTADORAS DE DISCO CON PICAS.
El equipo de trabajo es un disco de gran diámetro, unos 2 metros, y 25 mm. de espesor,
que lleva en su periferia unos segmentos cambiables con cortadores en forma de picas.
0 - - - 1 - - -- E - - - - 1
Fig. 10.3 Cortadora de disco. ROCK SA W Mod. RS
K, Max. profundidad de corte 1.21cm. M, Ancho de corte 11 a 13 cm.
(
(
r
10.7
La fuerza de penetración del disco sobre el suelo se consigue mecliante la acción de unos
cilindros hidráulicos que toman como reacción el elevado peso de la máquina (hasta 9 Tn)
La cortadora de disco con picas tiene las siguientes aplicaciones:
• Corte de roca y terrenos congelados.
• Corte de pavimentos de hormigón, juntas de expansión, tendido de cables, ele.
• Corte perfilado de zanjas en calles:
- Los límites de la zanja se cortan con el disco quedando perfectamente delimitados.
- Con el material excavado se rellena la junta cortada para no enlorpecer el tráfico hasta
la llegada de la retro que abra la zanja para un tenclido de tubería,etc.
- Se abre la zanja entre los cortes efectuados anteriormente.
- Se reconstruye el pavimento quedando unas juntas en la superficie
perfectamente
acabadas.
Este corte se hace normalmente, en pequeñas longitudes, con sierras de disco empujadas
a mano o autopropulsadas, que son las más utilizadas para cortar juntas en pavimentos de
hormigón.
Fig. 10.4 Cortadora de disco cortando losas de hormigón en una autopista.
• Reparación de partes dañadas en carreteras o autopistas: se procede de la misma forma
perfilando con el disco el contorno de la losa a reparar.
• Pavimentos de puentes: cortando hormigón y armaduras.
10.6 ZANJADORAS DE RUEDA.
El equipo de trabajo está formado por una rueda con cangilones dotados de dientes
cónicos (picas).
El ancho de la zanja viene definido por el tamaño del cangilón, aunque los dientes dan
un sobreancho que en definitiva es el que marca el interior de la zanja.
10.8
Forma de trabajo:
al comenzar
el giro de la rueda, comienza
la excavación;
(
los
materiales extraídos por los cangilones son elevados por éstos a la parte superior de la rueda
y vertidos sobre la cinta transportadora
'
transversal que puede depositarlos a uno de los lados
de la zanja o en las cajas de los vehículos de transporte.
f
En la parte delantera de la rueda lleva el apoyo guía que descansa sobre el fondo de la
zanja y sirve para perfilar las paredes y el fondo, y arrastrar los materiales finos hacia los
(
cangilones.
(
Tiene
de excavación
más velocidad
que la de brazo
inclinable,
pero
tiene
el
inconveniente de que necesita grandes radios en las curvas.
Poliputo d• tkHct6n
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7,00,,
11'/STA FRONTAl.
Fig. 10.5 Zanjadora de rueda. Ancho zanjas desde 45 a 162 cm. Máxima profundidad 3 m.
10.7 COMPARACIÓN ENTRE ZANJADORAS Y RETRO.
Las retroexcavadoras
están limitadas a terrenos de cierta excavabilidad (ver Cap. 4).
Las zanjadoras pueden actuar en cualquier terreno, incluso en roca. La excavación por
medio de estas unidades presenta unas características
propias: el material queda finamente
dividido, lo cual facilita la operación de su movimiento y contribuye a una mayor eficacia y
rendimiento del trabajo.
TAMAÑOS
profundidad
x ancho
Medios
Grandes
1,60-2,5m x 30-75cm
5,5m x 150 cm
Tabla 10.4 Tipos de zanjadoras.
Las velocidades de avance (ml/h) pueden variar , según el tamaño de la zanja y la clase
de terreno. Por otra parte, existe la posibilidad
de adaptar diversos elementos cortantes o
r
r
f'
10.9
cuchillas adicionales, para aumentar la anchura de las zanjas. El pescante puede descentrarse
hacia cada lado, permitiendo la excavación en una posición cercana a una pared o adyacente a
una fila de postes.
Hay que destacar la función imprescindible
que cumplen las retropalas y
miniexcavadoras (retro), donde resulte necesario hacer zanjas en tierras de 40 cm. de ancho y
a veces menores, con profundidades que superen el metro. Una trinchera de este tipo no se
puede abrir con retroexcavadoras, ya que el cazo presentará siempre una medida superior a la
precisa. Y realizar la obra manualmente a pico y pala, resulta poco económico
desventajas tanto más acentuadas cuanto más larga deba ser la zanja.
y lento,
10.8 ENTIBACIÓN DE ZANJAS EN TIERRA.
Los colectores de aguas residuales, que se necesitan tender en barrios de promociones
del IPPV, o a la entrada en nuevas depuradoras, necesitan ir a profundidades variables entre 4
y 8m., necesitándose hacer las zanjas correspondientes. Si éstas son en roca no hay peligro de
desprendimientos,
pero si son en tierra sí lo hay y los corrimientos
pueden ocasionar accidentes mortales, cuestión desgraciadamente
no pueden preveerse y
no infrecuente.
Los departamentos de Seguridad de Trabajo de las Empresas constructoras se preocupan
por este tema, pero en la práctica al no haber una legislación que exija la entibación de las
zanjas a partir de cierta profundidad, ésto qued? a !a decisión del Jefe de Obra, a veces
supeditada a un conocimiento del estado actual de la ténica en entibaciones metálicas o a la
cuestión del mayor gasto que representa.
Una solución es dejar unos taludes naturales con el correspondiente
aumento de
excavación y posterior relleno o colocar unas entibaciones justo en el ancho mínimo para colocar
las tuberías.
Las figuras 10.6 y 10.7 ilustran las diferencias, habiendo una economía en movimiento
de tierras y ciclos de máquinas de aproximadamente el 50%.
11
11
~,
~~
(O)
Fig. 10.6 Excavación con taludes.
Fig. 10.7 Excavación con blindaje.
La entibación de madera presenta problemas de espacio en las zanjas, ya que la madera
es más voluminosa a igualdad de resistencia que la chapa de acero y, por otra parte, la
entibación de madera es difícilmente recuperable y resulta cara, requiere además buenos
encofradores o carpinteros, hoy profesión escasa; por ello se imponen las soluciones de acero.
10.10
10.9 PROCESO MECANIZADO DE ENTIBACIONES.
'
'
Se utilizan cajones metálicos (trench box) que se colocan unos encima de los otros,
formando torres que se pueden colocar en el terreno despues de la excavación, para permitir la
(
entrada de los obreros, en caso de terrenos estables, o se hincan al mismo tiempo que se excava
(terrenos inestables).
(
(
(
10.9.1 TERRENOS ESTABLES.
<
(
La figura 10.8 muestra las operaciones en el caso de terrenos estables.
La torre consta de varios pisos según profundidad de la zanja y altura de los elementos
de cajones, que se van metiendo dentro de la zanja, ya en sitio protegido por los blindajes o se
montan en el exterior y se coloca la torre completa. Normalmente se utili7.a una grúa para las
operaciones de elevación, y la excavadora realiza las operaciones de excavación, o la excavadora,
con un gancho soldado al cazo, hace alternativamente las funciones de grúa.
(
(
(
(
(
(
(
1.
Después
de
excavado se baja el
cajón de blindaje
para instalación de
tuberías.
2.
Se
excava
fuera del cajón
para el próximo
tubo.
3.
Se tira del
cajón
hacia
adelante
y
se
rellena la zanja.
Fig. 10.8 Terrenos estables.
10.9.2 TERRENOS INESTABLES.
Se simultanea la excavación y la colocación del primer piso de la torre de blindaje.
10.11
Se golpea el cajón hasta que está hincado en su altura (ej.lm.) y se continúa la
excavación colocando otro piso de la torre encima del anterior, y así se prosigue hasta llegar a
la profundidad deseada. Las alturas de cada piso dependerán del sistema de blindajes.
El sistema de las figuras 10.8 y 10.9 es de grandes cajones o cajones gigantes.
G)
®
,¡,w.•
.-
:. :
I
Se coloca el
cajón en la línea
y se excava en su
interior .
l .
Se golpea el
cajón
para
hincarlo
en
su
altura .
2.
3 . cuando el cajón
alcanza el fondo
la
se
coloca
tubería .
se
continúa
el
proceso
llenando
con
tierra
el
tramo anterior .
4.
Se tira del
cajón
aprox.
a
45º.
continua
Se
5.
e x e a v a n d o ,
golpeando el cajón
para colocar la
próxima
longitud
de tubo .
Fig. 10.9 Terrenos inestables.
10.9.3 ANCHO DE BLINDAJES.
Lo que marca la pauta en zanjas es el diámetro D de las tuberías y a partir de éste van
partiendo las demás medidas. Para trabajar, colocando las tuberías, se necesita un ancho interior
del blindaje de D + 30cm. y conociendo el tipo de blindaje y sus espesores se tiene el ancho
exterior del mismo. Si el terreno es estable y se puede excavar primero y colocar despues el
blindaje, el ancho de la zanja debe ser como mínimo 10 cm. mayor que el exterior del blindaje. Si
es inestable y se coloca el blindaje y después se excava en su interior, el ancho exterior del cazo
debe ser 30 cm. más pequeño que el interior del blindaje.
10.12
(
(
1.
"º"
15
15
Fig. 10.10 Interiores de blindaje.
(
(
(
10.10 SISTEMA DE BLINDAJES POR PANELES.
(
(
Los paneles se apilan a un costado de la zanja y se
forman módulos arriostrando los paneles con dos codales o
tornapuntas, y se forma así un módulo; se colocan unos sobre
otros en dicho costado formando una torre y después de
atornillarlos, con la grúa se coge la torre y se introduce en la
zanja si el terreno es estable.
Si es inestable se van metiendo módulos y se forma la
torre dentro de la zanja, trabajando los obreros ya protegidos
dentro del blindaje.
Fig. 10.12 Formación de una torre
con varios módulos.
Fig. 10.11 Formación de un
módulo de blindaje con
2 paneles y 2 tornapuntas.
Fig. 10.13 Zanja entibada.
10.11 SISTEMA DE PANELES CON TABLESTACAS LIGERAS.
En este sistema se forma un marco en la parte superior de la zanja, constituido por unos
paneles que tienen una cámara interior por la que se introducen unas tablestacas ligeras, que se
hincan en el suelo y se empotran en el fondo de la zanja.
r
r
r-
10.13
hincan en el suelo y se empotran en el fondo de la zanja.
t
:;,_, <, · ,
In stalar el panel con
cámara en la excavación
previa y ajustarlo por
husillo al ancho de la zanja.
.,
t
•
Introducir las tablestacas
y descenderlas por presión ,
vibración ó hincado.
Entibación con cámara
terminada, tablestacas
apoyadas sobre paneles y
en el suelo de la zanja.
Extracción después del
rellenado y compactación;
extracción por equipos
de vibración.
Fig. 10.14 Blindaje de zanjas por paneles con cámara y tablcstacas ligeras.
El procc<limiGnto
dG hinca v1:1ría según la naturaleza
del sucio, siendo por presión
(golpes, caso de sucios cohesivos) o por vibración (suelos granulares).
Elornm 15
!
_ ---..J.2! ~ - -....
Eloram15
0-150
Momento estático Nm 61
Energla eléctrica
380V
50 Hz
63A
30-60 kVA
Fuerza centrifuga kN
MS-SH,---- ~'=" -
-
-,
E•cr1111,1z. cAJ
~I
MS-SH
Fuerza centrífuga kN
Momento estático Nm
CompresiónTracción kN
Poso kg
Alimentación hidréulica
210
58
40
830
350 bar
120-1601/min
Potencia de le excavadora 100 kVA
Fig. 10.15 Vibradores de tablestacas ligeras.
Estas tablestacas ligeras no form1:1n cerrojo entre sí como las normales tipo Larsen, por
lo que no pueden constituir recintos estancos.
Si el nivel freático es superior al fondo de la zanja se recurre al sistema de Wellpoint,
colocando una serie de tubos perforndos hincados a ambos lados de la zanja y conectados con
una tubería ligera, de chapa galbanizada y acoplamientos
succiona el agua rebajando el nivel.
rápidos, a una bomba de vacío que
'
10.14
'
(
TABLESTACAS
Peso
kg/m
Momento flcctor
max. admisible
kNm/m
St KE 300
17
7,7
23,3
17
Medidas
mm
~
l- o-l
KRUPP
KD 11
33
5.5
}5
KRUPP
KD III S
(
(
'
'
(
(
KRUPP
50
KDVI
50
Fig. 10.16 Tipos de lablcstacas ligeras.
(
(
(
(
10.12 COMPACTACIÓN DE ZANJAS.
(
Después de que la zanja ha sido rellenada necesita ser compactada.
Si el material es granular, es adecuada la vibración y pueden usarse planchas vibrantes
con inversión de marcha, ya que no es fácil el giro de las planchas.
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1
// ;>fftT
B
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A
Fig. 10.17 Compactación de zanjas: Rodillo de zanjas (A) y plancha vibrante (B), de control
remoto. Plancha vibrante accionada hidráulicamente con retro (C). Pisón (D).
Debido a que muchas veces el relleno es material con contenido arcilloso se utilizan
pisones y rodillos vibratorios con segmentos o tacos en la superficie.
10.15
En zanjas profundas, sitios estrechos, trasdós de encofrados de muros, etc., estas
máquinas, por motivos de seguridad, pueden ser dirigidas por control remoto de rayos
infrarrojos desde la superficie (Fig. 10. 7).
10.13 COLOCACIÓN DE TUBERÍAS Y CONDUCCIONES SIN ZANJAS
A veces la apertura de zanjas en ciudades, para colocación de tuberías y líneas de
servicios, plantea problemas serios de corte de tráfico en las calles , molestias y peligros a
transeúntes por las zanjas abiertas, asientos en edificios colindantes, o incluso problemas
técnicos por la apertura de trincheras de grandes dimensiones, cruce de carreteras y
ferrocarriles , ríos, reposición de firmes .
Todo ésto se evita con distintos sistemas que constituyen la "Trenchless technology" o
"No dig", cuya ejecución requiere maquinaria y empresas subcontratistas muy
especializadas, además la tubería debe ser de alta calidad, por los esfuerzos a que está
sometida.
La elección depende del tipo de terreno, longitud y diámetro de las conducciones.
Los sistemas son los siguientes:
-Perforación dirigida desde superficie
-Perforación mediante hélice continua desde foso
-Perforación con martillo de fondo
-Microtuneladora
10.13.1 Perforación dirigida desde superficie
Es la más interesante, por utilizarse en los pasos de calles en las conducciones de gas en
ciudades, tema muy actual, y que ha sido desarrollado en U.S.A. por el Gas Research Institute,
aunque también se utiliza en otros servicios (teléfono, electricidad, TV, etc.)
Consiste en una máquina autopropulsada sobre cadenas, colocada en superficie, fig.
10.18 que introduce en el terreno, mediante perforación, una serie de barras huecas de 3 a 5 m .
de longitud cada una, que se van empalmando sucesivamente y que transmiten la rotación a
una cabeza perforadora que tiene una forma de bisel.
Fig. 10.18 Perforación dirigida, salvando obstáculos de servicios
(1 ) Máquina en superficie
(2) tren de varillaje
(3) cabeza perforadora
(4) operario con localizador y detector
de ot ras conducciones
(
10.16
''
La perforación se consigue mediante un sistema de avance por empuje y una rotación y
se favorece la introducción en el terreno mediante una inyección potente de agua.
El cambio de dirección se consigue parando la rotación, y colocando el bisel de la cabeza
en la posición adecuada para que con el empuje, el taladro ascienda, descienda, o se mantenga
en horizontal, volviendo posteriormente a la rotación y empuje.
Las barras huecas se adoptan a las curva de la trayectoria ya que constituyen un
varillaje flexible.
Un sensor electrónico colocado en la cabeza perforadora emite señales de radio a un
aparato localizador, transportado por un operario que se mueve en la vertical, el cual conoce así
en todo momento, dónde se encuentra la cabeza perforadora, profundidad y dirección,
transmitiendo por radio dichas señales al operador de la máquina.
Previamente se ha efectuado un barrido de la zona y se conoce donde están los obstáculos
de las líneas de servicios que hay que salvar, cuyas profundidades están reflejadas en la
pantalla del localizador.
Cuando la cabeza encuentra un obstáculo, emite una señal y el operador retrocede y
cambia la dirección de navegación.
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
La profundidad máxima es 15 m, que es lo que permite la transmisión de señales desde
el localizador a la superficie.
El proceso de trabajo es el siguiente:
l. Apertura de un foso de entrada de reducidas dimensiones 1 x 1 x 1 m, y otro de salida o
una cala, o una pequeña rampa de introducción, realizados con un martillo
hidráulico o neumático.
2 . Ejecución de un taladro piloto de pequeño diámetro 4-6 cm hasta la salida o final de
recorrido.
3. En el pozo de salida se desconecta la cabeza de perforación y se monta un escariador o
ensanchador de un diámetro 20% mayor que el de la tubería a colocar, la cual se
acopla al escariador.
La máquina tira en sentido
arrastrando la tubería.
contrario, el escariador ensancha la conducción, y va
Se inyecta agua a presión, o bentonita a través del escariador para facilitar la operación,
enfriar la cabeza y consolidar las paredes .
Según el tipo de terreno y diámetro puede ser necesario ejecutar varias pasadas con
distintos diámetros de ensanchadores hasta llegar al definitivo para acoplar la tubería.
Cuando existe peligro de desprendimiento de las paredes del taladro, se recurre a
inyecciones de bentonita. Si la tubería es de drenaje, no se puede utilizar la bentonita que
colmataría los orificios, empleándose polímeros biodegradables, y además el esfuerzo de tiro
está limitado por la menor resistencia de esta tubería.
Al final de la obra se obtiene un gráfico con las cotas dadas por el sensor que señalan por
consiguiente las líneas de servicios transversales.
Con este sistema se consiguen elevados rendimientos, hasta 100 m/día en tubería de
<!>200 cm, con 2 operarios.
(
(
10.17
10.3.1 Perforación mediante hélice continua desde foso
Se utiliza para colocación de tuberías de acero de <j>250 a 600 mm. , hasta una longitud
máxima de 60 m.
Se construye un foso de entrada y otro de salida, fig. 10. 19
!:
Fig. 10.19 Perforación mediante hélice continua
En el foso de ataque se sitúa un primer tubo en un bastidor metálico deslizante sobre
carriles. En el interior del tubo está una hélice, con su cabeza de ataque, adecuada al tipo de
terreno.
Un cilindro hidráulico empuja el tubo con su hélice y un motor hidráulico produce la
rotación de la hélice que perfora el material y lo extrae. Cuando se ha introducido el primer
tubo, retrocede el cilindro hidráulico y se empalma un segundo tubo en su hélice y así
sucesivamente hasta llegar al foso de recepción.
10.13.3 Perforación con martillo de fondo (topo)
Un martillo de fondo de accionamiento neumático Fig. 10.20 realiza un taladro
horizontal, desde un foso de salida o sin él.
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Fig. 10.20 Perforación con martillo de fondo neumático topo (1)
(
(
10.18
Efectúa perforaciones hasta 150 mm y como no va dirigido puede torcerse, estando
limitado a unos 15-20 m de longitud . El topo arrastra un cable y concluida la perforación, se le
engancha, en el foso de salida la tubería al colocar, y se tira del cable desde otro extremo. Se
utiliza en terrenos consolidados, y no es adecuado en arenas, por el peligro de desprendimiento
de las paredes.
(
(
(
(
(
(
10.13.4 Microtuneladora
Se utiliza para la hinca de tubería de hormigón armado hasta 1200 mm, con camisa de
chapa, soldada en cada junta.
(
Se construye un pozo, y un sistema de cilindros hidráulicos empuja un anillo metálico de
ataque, detrás del cual se coloca un primer tramo de tubería, fig. 10.21
(
(
(
(
(
(
(
(
(
Fig. 10. 21 Hinca de tubería con microtuneladora
El anillo metálico puede tener una corona rotativa o un brazo rozador, según el tipo de
terreno.
El material excavado cae a una cinta transportadora, que descarga a una vagoneta la
cual es izada desde un pórtico con cabrestante o grúa en la superficie.
Después de avanzada la longitud correspondiente a un tubo, retroceden los cilindros y se
procede a la colocación del siguiente tubo que es bajado al pozo por el pórtico o grúa.
Para disminuir el rozamiento de la tubería con el terreno y por consiguiente la
fuerza de empuje de los cilindros, se inyecta bentonita en el exterior de los tubos,
fig . 10.22.
r
10.19
Fig. 10.22 Hinca de tubos con microtuneladora y bentonita
10.14 CASOS PRÁCTICOS
C.P. 10.1 Zanjadora Vermeer MOD T-600D , sobre cadenas (Fig. 10.1). Peso 8,5 t, 85 kw.
Recopilación de diversos trabajos realizados por máquinas de este modelo .
DUREZA DEL TERRENO EN ESCALA
PRODUCCION m3 /h
"MOHS"
Tierra natural
0-1
1-2
2-3
3-4
4 - 4 1/2
Más de 4 1/2
150
120
85
45
23
1.3
¿-?
(
(
(
10.20
(
Rendimientos en terrenos prácticamente compactos. Según se vaya presentando
estratificación, fragmentación, envejecimiento, etc., aumenta el número de m 3 excavados por
la máquina en proporciones difícilmente evaluables.
(
(
C.P. 10.2 Zanjadora Case MOD. 860T (Fig. 10.22) Peso 8 t., 62 Kw .
(
(
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Fig. 10.22 Zanjadora CASE 860 Tm, peso 8 t ., pot. 62 kw
Obra: variante de Arganda (autovía de Levante)
Trabajo: Apertura de zanja de 60 cm. de profundidad y 40 cm. de ancho, en 14 Km. para t ubos y cables de
servicio S.O.S., telefonía
Producción. 2500-3000 m/día
(
(
11.1
CAPITULO 11.
ACARREO. CAMIONES Y DUMPERES.
11.1 MEDIOS DE ACARREO.
En movimiento de tierras los vehículos que se utiliz.an para el acarreo, después de la fase
de carga realizada por cargadoras y excavadoras, son los siguientes:
a) Camiones basculantes.
b) Semi remolques basculantes o bañeras.
c) Camiones- Dumper.
d) Dumperes extraviales.
d.1) Rígidos.
d.2) Articulados.
11.2 CAMIONES BASCULANTES.
Son utiliz.ados
por los alquiladores
locales y rara vez pertenecen
al parque del
contratista.
Respetan el gálibo de carreteras, ancho 2,50 m. y altura máxima 4 m., así como las
cargas máximas por eje admitidas por Tráfico, que son; 13 t. eje simple, 20 t. eje doble, y 26 t.
eje triple con distancias entre ejes homologadas.
Normalmente
son de tres ejes, eje simple delantero y doble trasero, que es el de
tracción.
Pueden tener caja basculante con visera por encima de la cabina para proteger a esta de
impactos durante la carga.
Llevan exteriormente
en la cabina una placa con la tara incluído el basculante y el
P.M.A. (peso máximo autorizado), que se corresponde en la terminología inglesa con el Gross
Weight (peso bruto), y la carga a transportar es la diferencia.
Los más frecuentes en ciudades son de dos ejes, tara de 9,5 t. y P.M.A. de 20 t., por
consiguiente la carga máxima es de 10 t., y su caja es de unos 8 m 3 •
La caja basculante puede ser reforzada, pero el chásis del camión es normal, aunque con
algunas mejoras en ballestas.
Es preferible que estas cajas tengan la mayor altura posible de descarga, porque así
perjudican menos a las extendedoras cuando descargan en la tolva de las mismas, o descargan
cordones, sobre el perfil de carretera, que pueden tener entonces mayor altura.
11.2
(
(
Como estos camiones se eligen fundamentalmente porque pueden circular por carreteras,
'
tienen que respetar el P.M.A. que figura en su tarjeta de tráfico.
(
(
Ventajas.
'
- Facilidad de alquilar o subconlratar.
(
- Poca tara, pueden transportar grandes cargas por carreteras generales.
(
(
- Mayores velocidades máximas en buenas carreteras.
Inconvenientes.
(
- Ruedas pequeñas y bastidor de una sola pieza, no apto para terreno malo.
- Fuera de la carretera, cargas fuertes, o pistas en mal estado, aumentan los costes de
(
(
{
reparación. No es mecánica proyectada para fuera de la carretera.
- Velocidad lenta en carreteras en mal estado.
- Mayortes radios de giro que los dumpers y maniobran peor en carga y decarga.
11.3 SEMIREMOLQUES BASCULANTES.
(
En el argot de las obras se llaman corrientemente
bañeras, porque la caja es muy
(
(
alargada y tiene gran capacidad, 18 m 3•
(
RUEDA
I
KING PIN
Fig. 11.1 Cabe7..a tractora de 2 ejes y bañera de 2 ejes.
Están formados por una cabeza tractora (250-270 HP) que puede tener eje doble trasero
(_
11.3
o sencillo.
El semiremolque basculante apoya mediante un pivote (King pin) sobre una placa rótula
(llamada 5ª rueda) colocada en la cabeza tractora.
El semiremolque tiene dos o tres ejes traseros y el vehículo completo puede tener
entonces 4 o 5 ejes.
La descomposición
de pesos puede ser la siguiente:
TARA (t.)
CABEZA TRACTORA
7
SEMIREMOLQUE
7
TOTAL VEHICULO
camión articulado
14
PMA. (t.)
CARGA (t.)
38
24
CARGA/PMA
TARA/CARGA
TARA/PMA
63 %
60 %
36 %
Tabla 11.1
Aplicaciones típicas.
Acarreo de áridos y aglomerado asfáltico por carretera. En pistas interiores de la obra
llevan fácilmente más sobrecarga, debido al gran volumen de la caja, 20 m3 contra 13,5 m 3 de
un dumper de tres ejes. Con copete, en el interior de la obra, puede llegar a 22-24 m 3 •
Inconvenientes.
Las bañeras son lentas en bascular y en maniobras. Sólo pueden ir sobre firmes de
carreteras (transportando gravas, aglomerado), no sobre caminos sin afirmar, porque sólo tiene
tracción la cabeza tractora y la mayor parte del peso está atrás, en los ejes del semiremolque.
Tiene tendencia a patinar y además inestabilidad produciéndose muchos vuelcos si hay peraltes
en las curvas.
11.4 CAMIONES DUMPER.
Son unos camiones muy reforzados y robustos de mayor tara que los basculantes
normales y más apropiados para circular por pistas interiores de obra en mal estado.
Tienen tres ejes, los dos traseros son de tracción y el delantero de dirección puede ser
también de tracción, lo cual es preferible.
11.4
f
Tienen el gálibo de carretera,
y cuando el eje delantero
es de tracción
puede
(
desconectarse el diferencial delantero para disminuir el consumo.
f
La tara oscila según marcas de 13,7-16 t. y el PMA es de 26 t., luego la carga puede ser
(
de 11-13 l., pero dentro de la obra llevan fácilmente una carga muy superior, entre 18-28 t.
(
(
La caja normal es de 13,5 m3, pero con realces (remontacl1:1) llega a los 16 m3, unas 28
t., con lo que el peso total en el interior de la obra puede llegar a unas 45 t.
(
(
(
(
(
(
(
(
(
Fig. 11.2 Camión Dumper de 3 ejes, ruedas gemelas, PMA 26 t.
11.5 DUMPERES EXTRAVIALES (OF ROAD).
11_5.1 CARACTERISTICAS FUNDAMENTALES_
- Es un basculante con unas características especiales de cargas por eje y gábilo que no
le permiten circular por carreteras.
- Su peso propio es del orden de 3 a 4 veces superior al de un camión normal, relación
tara/carga equivalente a 0,75 mientras en un camión es de 0,5.
- Tiene dos ejes, uno delantero de dirección y otro posterior de tracción con ruedas
gemelas (dumpers rígidos).
11.5
(\
\\
\\
\\
,, ,· )
,,, ,
;
<
r
'
- -\
3 810
\< 490
\
5s•'-
1
7 545
3 530
\
\
3 940
.1
Fig. 11.3 Dumper extravial de chásis rígido de 26 m 3 y carga útil 40 t.
- Todos los elementos de un dumper están dotados de una gran robustez, sobre todo en
los elementos de suspensión, eje y bastidor ya que circulan por pistas mal construidas.
- Los amortiguadores
desempeñan
un papel fundamental
en la estabilidad
de los
dumpers, ya que además del gran peso que tienen normalmente, se le exigen grandes velocidades
por pistas en las que en muchas ocasiones no entraría un camión normal, ni siquiera en vacío.
- En cuanto a su velocidad de desplazamiento son capaces de alcanzar los 50 ó 60 Km/h.
en pistas cuidadas por lo que necesitan motores de gran potencia.
- A pesar de alcanzar estas velocidades, la absorción de los golpes producidos al rodar
es tal, que el confort alcanzado en la conducción de estas máquinas es realmente extraordinario.
- Están dotados de un gran par en los mandos finales que se consigue por medio de un
alto número de reducciones a lo largo de todo el tren de potencia mediante la caja de cambios
y el convertidor de par, que hacen posible la marcha por terrenos que exigen la variación
continua del par transmitido a las ruedas.
Motor
3512
Control electrónico
de la transmisión
Convertidor de par
Mandos
finales
Servotransmisión
planetaria
Fig. 11.4 Transmisión Standard.
FUENTE CAT
(
(
11.6
(
- La dirección totalmente hidráulica permite maniobrar con el mínimo esfuerzo para el
conductor, logrando así fácilmente radios de giro mínimos. Por ello, pueden maniobrar en
(
espacios reducidos.
(
(
(
Capacidad de carga:
(
- Hay que establecer una separación en las capacidades necesarias para Obras Civiles
y las de Minería a Cielo Abierto. Este límite podría situarse en las 75 t. de carga útil (pay load)
(
(
(
para Obras Civiles, llegando hasta 250 t. en Minería.
(
(
Caja:
(
(
- Existen tres capacidades de caja:
(
· Standard (el ras): SAE, máxima densidad 2085 Kg/m 3•
· Colmada 1:1
· Colmada 2:1, máxima densidad 1660 Kg/m 3•
(
(
(
Esta última es la que debe considerarse para el acarreo y estudios comparativos de
cargadora-dumper.
- Es UD elemento de gran robustez, ya que durante la carga (sobre todo si se trata de
materiales procedentes de voladuras, con grandes tamaños y pesos) se producen fuertes
(
impactos.
- Está construída con aceros especiales de alto límite elástico y reforzada mediante
nervios transversales y huecos por donde circulan los gases de escape, produciendo el
calentemiento de la caja y facilitando así el despegue de materiales húmedos en el vaciado.
(
- El fondo de la caja suele tener forma de V, de manera que el centro de gravedad quede
lo más bajo posible con el fin de aumentar la estabilidad durante el acarreo.
~:
- El dumper rígido dispone de unas ruedas de gran diámetro y anchura. Además sus
neumáticos disponen de un dibujo profundo y muy marcado que les dan gran adherencia.
- El límite de utilización de los neumáticos se define en toneladas kilómetro por hora
y la vida estimada de los neumáticos es unas 3.000 horas.
- El precio de adquisición no incluye neumáticos.
Debido a que el desgaste de los
neumáticos debe ser siempre anotado como un coste especial, se resta su precio del de
adquisición de la máquina; anotándose el precio de UD juego de neumáticos en un apartado
distinto.
r
,..
11.7
11.5.2 DUMPERES ARTICULADOS. COMPARACION CON RIGIDOS.
Los durnperes articulados tienen capacidades de 22-36 t, de 2 ó 3 ejes, tracción trasera
o total (3 ejes); a los de tracción total se les llama dumperes todo terreno. Ruedas delanteras
no direccionales,
giro por la articuJación.
Presentan ventajas según sea la utilización .
. ,------- ¡.
----· /\
/
1
//
/
&\'
'
'
\
\
\
'1
\
1----- - - -5560
\
f
3 570
~
2530
f - - 3210
1
_..j 1
----j
''
\
2 940
i---- - - - . . ! . . - - - - - ' - - 10085
Fig. 11.5 Dumper articulado de 3 ejes de 22 rn 3 y carga útil 36,5 t.
ARTICULADO
RIGIDO
~
H'< H, MAS CICLOS
DISTRIBUCION
CARGADO
L'> L
GIROS MAS
MAYOR ESTABILIDAD
Fig. 11.6 Comparación entre dumpers rígidos y articulados.
6 300
'
11.8
(
MOVIMIENTO DE TIERRAS
CARGA
TARA
VOLUMEN
(l)
(l)
COLMADO
(
(
MODELOS
(
CAT
EUCL.
KOM.
TEREX
35
31
22 m 3
769 e
R 32
325
3305
50 - 60
40
34 - 40 m 3
773
R 60
465
3308
80
61
54 m3
(
(
(
(
TEN DENCIAS;
Grandes proyectos de Obras Públicas
'
(
- Movimiento de tierras: 50 - 60 t.
- Canteras: 50-60t.
- Minería: > 60 t.
(
(
Tabla 11.2 Dumperes rígidos. Carterpillar, Euclid, Komatsu, Terex.
(
MOVIMIENTO DE TIERRAS
CARGA
TARA
VOLUMEN
(t)
(t)
COLMADO
22,5
19
27
32
(
MODELOS
(
VOLVO
CAT
TEREX
13,5 m3
A25
025
2766B
21
16 m3
A30
D300
3066
25
19 m3
A35
D350
---
(
Tendencias: 22,5 t. por tener gálibo de carreteras y luego se pasa al de 32 t.
Tabla 11.3 Dumpercs articulados.
La Tabla 11.4 y la Figura 11.6 resumen los puntos más importantes de comparación.
RIGIDO
1
ARTICULADO
Tracción
Al eje trasero
Atodos los ejes
Sitios fangosos, lluvias y
terreno blando
Mal
Sale incluso hundido hasta
la mitad de las ruedas
Distribución de pesos
Peor
Más compensado
Consumo de gasoil
Mayor
Menor
Maniobrabilidad
Peor
Mejor
Relación potencia/carga
Mayor
Menor
l
l
,.
11.9
ARTICULAOO
RIGIOO
Velocidades
Mayores
Menores
Recorridos
Mayores
Menores
Altura de carga
Mayor
Menor
Equipos de carga necesarios
Mayores alturas
Menores alturas
Estado de pistas
Bueno, requiere mantenimiento
por motoniveladora
Indiferente
Seguridad marcha atrás
en vertedero
Mala, por excesiva presión del
eje trasero
Buena
Carga voladura en canteras
Muy apto, para grandes impactos
Mal
Tara/carga
Mayor
Menor
Tabla 11.4 Comparación entre dumper rígido y articulado.
- Un inconveniente en los dumperes rígidos es que no
pueden transitar sobre las capas granulares del firme, sus
cargas son demasiado elevadas y producen asientos, siendo
sólamente aptos para caminos de obra.
11.5.3 RAZONES DE UTILIZACION.
Donde se exige una gran producción.
Mayor disponibilidad y bajo coste por m 3 •
La rentabilidad depende del número de horas
Fig. 11.7 Dumper articulado
descargando en vertedero.
Fuerte ángulo de basculación.
de trabajo y la cantidad de material transportado.
Debido a su gran robustez, la durabilidad de sus componentes es mayor y menores los
desgastes. Mientras que la vida útil teórica de un camión convencional es de unas 5.000
horas, la de un dumper puede llegar a 30.000.
11.5.4 CRITERIOS DE SELECCION DE DUMPER O CAMION.
Es fundamental analizar:
- Recorrido de acarreo, pendientes y curvas.
- Distancias.
- Estado del terreno y climatología durante la obra.
- Material a transportar.
- Producción requerida.
- Equipo de carga disponible o previsible, etc.
(
11.10
En resumen, se debe utiliz,ar dumperes cuando:
(
(
- No circule sobre carreteras, se requiera la máxima capacidad ascensional,
colocación en pequeñas áreas y poco espacio de maniobra.
rápida
- Hasta los 1.200 m. de distancia son utilizables a buenos costos las motolraíllas, pero
a partir de esta distancia (y a cualquiera, siempre que las condiciones del material o de las pistas
(
sean tales que imposibiliten el empleo de aquélJas) es necesario trabajar con dumpers. Para el
(
cálculo de rendimientos se suele utilizar una distancia tope de 5.000 m.
- Si los dumperes son sólo para 4 ó 5 meses no interesan, porque el transporte a obra
es muy caro
- Se precisa la máxima flexibilidad para transportar diversos materiales en condiciones
variables de trabajo.
(
(
(
CRITERIOS ECONOMICOS
DUMPER
CAMION
Inversión
MAYOR
MENOR
Envejecimiento
LENTO
RAPJDO
Amortizacion
20.000 h.
5.000 h.
93 %
MUCHO MENOR
- Tierras
2500 < L < 5000
> 3Km
- Rocas
<5000
NO
30 %
25 %
Disponibilidad
Distancia L
en condiciones duras
Reparaciones y mantenimiento
Tabla 11.2 Comparación económica.
11.6 CICLO DE TRABAJO DE LA UNIDAD DE ACARREO.
Será la suma de los tiempos fijos y los variables invertidos en cada ciclo de trabajo.
POSICION ... MIENTO EN
ZON,_ DE CARGA
TIEMPOS FIJOS
CARGA
POSICIONAMIENTO EN
ZONA DE DESCARGA
+
DESCARGA
CICLO DE TRABAJO
ACARREO
TIEMPOS VI\RIABLES
RETORNO
Fig. 11.8
(
r
,..
11.11
11.6.1 TIEMPOS FIJOS.
- Maniobra de posicionamiento
en la zona de carga.
- Tiempo de carga: Depende del tiempo del ciclo del cazo de la pala o excavadora y del
número de cargas o cazos que tiene que efectuar para llenar el vehículo de acarreo. Su producto
da el tiempo total del ciclo de carga.
- Tiempo de descarga: Se suele incluir en él la desaceleración del vehículo, maniobra de
posicionamiento en la zona de descarga, y la aceleración de nuevo. Todo puede escilar entre 1
y 2,5 minutos.
COMPARACION DE CICLOS DE CARGA
MAQUINA
MIN.
MEDIO
MAX.
COMENTARIOS
Excavadoras
15"
30"
40"
No se desplaza
Cargadoras de cadenas
20"
25"
30"
Pequeños desplazamientos
Cargadoras de ruedas
30"
40"
50"
Mayores desplazamientos
Ciclo de carga: nº de cargas
X
tiempo del ciclo de cada cazo
Tiempos fijos de acarreo: tiempo de carga + tiempo de maniobra
Tiempo de maniobras del vehículo de acarreo;
- Zona de carga: 0,6 a 0,8 minutos
- Zona de descarga: 1 a 1,2 minutos
Tabla 11.6 Comparación de ciclos de carga.
FUENTE: CAÑABATE
11.6.2 TIEMPO VARIABLE.
En función de la distancia recorrida. Hay que calcular los tiempos de:
* Acarreo
* Retorno
Para ello se necesitan conocer cuáles son las velocidades máximas posibles teniendo en
cuenta las resistencias
a la rodadura y las pendientes.
En el Capítulo 2 se explica como se
calculan estas velocidades.
Los fabricantes
de dumpers, en el catálogo correspondiente
a cada modelo, dan un
nomograma (ver Capítulo 1) que permite obtener la velocidad máxima conociendo la resistencia
total.
(
11.12
(
11.7 RELACION ENTRE EQUIPOS DE ACARREO Y CARGA.
(
(
Cuando se necesita reducir el coste por m o t movida, es necesario sacar la más alta
producción del equipo de acarreo. El tiempo de parado, como sucede mientras se carga, debe
3
(
f
mantenerse en el mínimo con objeto de que el vehículo de acarreo esté el mayor tiempo posible
(
realiz.ando su función, y se aproxime al caso límite que es la traílla, que carga en movimiento
(
y es u.na máquina de movimiento continuo.
(
(
Por otra parte hay que cuidar que el tiempo de carga no sea tan corto que otro vehículo
no pueda situarse sin originar un tiempo de parada excesivamente largo en la unidad de carga.
(
(
Ambos equipos deben elegirse de forma que las unidades de acarreo sean Uenadas con
un número exacto de cazos completos de la unidad de carga, sea cargadora o excavadora.
(
(
(
Es importante el consumo de gasoil/ro 3 movido, y para esto es mejor no sobrecargar el
(
dumper, y se demuestra que el consumo semanal es más bajo por m 3 y los dumperes tienen
(
mayor vida (amortización) y menor gasto (reparaciones por averías).
(
CARGADORA RUEDAS
Modelo Peso
capacidad
cuchara
25 t
40 t
3,8-5,7 m3
3
5,7-8,5 m
DUMPER RIGIDO
carga
Vol111en
collado
30-35 t
45-60 t
19-22 m3
26-34 m3
H2 de
ciclos
o pases
Tie1po (seg)
cada
ciclo
Total
4- 5
50"
50"
200-250 11
200-25011
(
(
(
(
CARGADORA RUEDAS
4- 5
DUMPER ARTICULADO
Hin. 12 t
20 t
2,1-2,3 m3
3,5-3,8 m3
22,5 t
13,5 m3
6
4
50"
50"
300"
200"
Min. 15 t
20-25 t
2,5-2,8 m3
3,5-4,5 m3
32 t
3
19 m
8- 7
6- 4
50"
50"
350-400"
300-200"
EXCAVADORA
DOMPER ARTICULAOO
Min. 23 t
30 t
40 t
11 3 m3
1I 7 m3
2,5 m3
22,5 t
3
13 ,5 m
10
8
6
30"
30"
30"
300"
240 11
180"
40 t
50 t
2,5 m3
3 m3
27 t
16 m3
6
30"
180"
50 t
60 t
3 m3
4 m3
32 t
19 m3
5
30"
150"
Tabla 11.7 Combinación deseable entre cargadora con material suelto
y retroexcavadora
en arranque, y tipos de dumperes
11.lJ
La Tabla 11.7 compara las retroexcavadoras y los dumpcres articulados porque en obras
que van ananzando, la retro de cadenas se mete por cualquier tipo de terreno, igual que el
dumper articulado, que no necesita preparación de accesos.
Aunque el n2 de ciclos de la retro es mayor que el de la cargadora, como el tiempo del
ciclo de la excavadora
es más rápido, resulta
un tiempo total similar o menor para la
retroexcavadora.
Cuando no se utilizan durnperes articulados, en acarreo el modelo más utifüado es el
camión dumper de 13,5 m 3 que carga máximo en 10 pases.
Hay que tener presente que la altura de descarga del elemento de carga sea adecuada
en relación a la del vehículo de acarreo.
A- B ~ 0,3 x C
si e= 3,5 m~ A - B ~ 1 m
e= 2,5 m~ A - B ~ 0,75 m
Fig. 11.9 Altura de descarga para excavadoras.
Cargadora
DC
DR
Pequeña
y media~ H+30 cm
e,
"'
(W/6)+50 cm
::r
Grande* H+(W/12)
W/3
45°
Fig. 11.10 Altura de descarga para cargadoras.
90º
Fig.11.11 Elevación del cazo durante
el giro de la excavadora.
·-- (10.430mm) _ ___________. . ,
(.·
Fig. 11.12 La cargadora de ruedas es más
limitada en su altura de descarga que una
excavadora, y también si las características
del suelo son malas, tiene desgaste en las
ruedas que puede oscilar entre 20-50% de los
costes de mantenimiento, con ventajas para
la excavadora de cadenas que no se desplaza.
Fig. 11.12
(
(
11.14
11.8 PRODUCCION DE LA UNIDAD DE ACARREO.
(
(
(
La fórmula es:
p = C X n11 ciclos/h
X Íb =
C X (60 / te) X fh
(
(
siendo:
(
- P: producción en m3 /h. ó t/h.
- C: capacidad de carga en m3 o t.
- t 0 : tiempo total del ciclo.
- fb.: factor de eficiencia horaria.
(
(
Se pueden considerar distintos tipos de producción:
(
(
- Producción necesaria o de proyecto
- Producción esperada o de cálculo
(
- Disponibilidad = Prod. necesaria / Prod. cálculo
- Reserva de disponibilidad = (Prod. necesaria - Prod. cálulo) / Prod. cálculo
11.9 FACTOR DE ACOPLAMIENTO, MF_
(
(
La adecuación del equipo de acarreo consiste en su adaptación a las condiciones
requeridas de trabajo con el menor coste compatible.
El acoplamiento del equipo se logra mediante el empleo del número de unidades de
acarreo necesarias en cada caso, para conseguir que la espera sea mínima o nula, y que al equipo
de carga le suceda lo mismo.
El factor de acoplamineto o Match Factor es:
MF = PRODUCCION DEL EQUIPO DE ACARREO
PRODUCCION DEL EQUIPO DE CARGA
Se elige el número de unidades de acarreo de forma que MF sea lo más próximo posible
a l. El objetivo principal es conseguir el menor precio del m 3 cargado y transportado.
EXCAVADORA ESPERA
DUMPER ESPERA
Optimo
NO
NO
<1
Obras civiles.Min. costo
SI
NO
>1
Minería.Máx. producción
NO
SI
MF
ACOPLAMIENTO
1
Tabla 11.8
,.
11.15
11.10 CALCULO DEL NUMERO DE VEHICULOS NECESARIOS PARA QUE UNA
EXCAVADORA O CARGADORA NO PARE.
Es análogo a lo que se vió en el Capítulo 7 sobre tractores empujadores y traíllas.
Principio: Cuando se tienen dos sitemas perfectamente sincronizados,
sus frecuencias
son las mismas, f 1 = f2 • Si:
- T 1 = Tiempo del ciclo del sistema 1
- T 2 = Tiempo del ciclo del sistema 2
- N 1 = N 2 de unidades del sistema 1
- N 2 = Nº de unidades del sistema 2
como f 1
f 2 , se verificará:
Aplicando a este caso, será:
N 2 de ciclos / h de vehículos
1
.
T ciclo total de veh.
fil de veh.
= Nº de ciclos / h de la cargadora
x fil de veh. =
1
d
x 1
T ciclo total carga ora
.
ciclo de acarreo + ciclo de carga
ciclo carga
ciclo de acarreo + n 2 de cargas x t ciclo de carga
vehiculo
nº de cargas x t ciclo de carga
vehículo
también:
ciclo de acarreo
n2 de cargas x t ciclo
.
de carga
+ 1
vehículo
.
Nv = rfa no entero, se puede elegir
por defecto
por exceso
Elección:
a) Por defecto - cargadora espera - ciclo de carga aumenta, menor producción, menor
inversión, menor coste de unidad de obra .
b) Por exceso --. vehículos esperan - ciclo de acarreo aumenta, mayor producción,
mayor inversión, mayor coste de unidad de obra.
f
(
(
11.16
(
Este cálculo también puede hacerse poniendo MF = 1 y despejando Nv.
(
11.11 PISTAS DE OBRA Y SU MANTENIMIENTO.
Las pistas de acarreo, debido tanto a las inclemencias meteorológicas, como al constante
tránsito de las unidades de acarreo, están sentenciadas a deformarse; de todas formas, dicho
deterioro puede controlarse durante un buen tiempo, dependiendo del tipo de material empleado
en su construcción.
(
(
(
(
En cualquier caso, debe establecerse un programa de mantenimiento que garantice la
seguridad, y al mismo tiempo la economía.
(
La existencia de baches u otros obstáculos producen una deflexión en los neumáticos que
desvía su dirección
(
normal de marcha, lo que supone un incremento
en el esfuerzo de
conducción, al tener el conductor que compensar estas anormalidades.
{
(
(
Además de degradarse la seguridad, el deterioro de la pista puede resultar muy costoso
desde el punto de vista del mantenimiento, ya que aunque los dumperes están diseñados para
admitir considerables abusos, el desgaste sobre cada componente de la unidad se incrementa
significativamente cuando circula sobre una superficie
definitiva, una disminución importante en su vida útil.
en mal estado, lo que supone, en
Los caminos de acceso, en tiempos secos, pierden humedad y por consiguiente cohesión
y se desmoronan originándose baches. El polvo que se forma disminuye la vida de los motores
de los camiones y traíllas. Se necesita regar continuamente
con agua, o efectuar riegos
superficiales de emulsión.
Fig 11.13 En pistas, cisterna y motoniveladora.
Cuando se riega el camin,o se efectúa en dos mitades, los vehículos cargados transitan
por el lado seco, y los de retorno por el regado.
Aquellas zonas, donde el aflojamiento del material de la pista (por salidas, bermas, etc.)
pueda ocasionar un incremento en la resistencia a la rodadura y retardar así la velocidad media
del vehículo, deben inspeccionarse
periódicamente,
sanearlas y compactarlas adecuadamente.
La motoniveladora es el equipo más útil y universal para el mantenimiento de las pistas,
nivelando salientes y roderas, rellenando baches, peraltando curvas, cuidando las aguas de
desagüe (muy importante para evitar desbordamientos sobre la pista), etc.
(
11.17
Los vehículos de acarreo van t..irando continuamente
mantenimiento
tierras, piedras, que exigen el
de la motoniveladora.
La preferencia de ésta se justifica por la ganancia de velocidades de los equipos de
acarreo, camiones o mototraíllas.
Después de las lluvias se requiere una preparación de caminos, se quita el barro unos
centímetros con la hoja, sin que sea necesario escarificar, y según el estado se puede extender
algún material adecuado, nivelar y compactar; en escasas horas se está en condiciones de volver
al tráfico.
Si por las pistas transitan sólo los dumperes y los caminos son duros, no tienen mucha
inmportancia los baches, pero si transilan camiones de obra, por ellos no pasan.
11.12 MOTOVOLQUETES DE OBRA.
Llamados también en obra dumper.
Fig. 11.14 Dumperes articulados, 4 ruedas motrices.
a) Descarga frontal.
b) Descarga a tres lados.
- Capacidad: Son de pequeño tamaño, capacidades normales de 500 - 1000 litros, carga
1000, 1500 y 2000 Kg.; la tolva está situada en la parte frontal.
(
(
11.18
(
(
- Utilización: Para acarreo de hormigón, escombros sacos de cemento, herramientas, etc.
(
- Tracción: Puede ser simple al eje situado debajo de la tolva, o total, a los dos ejes.
r
- Dirección: A las ruedas traseras o articulados, en este caso giro por cilindro hidráulico,
accionado por dirección hidráulica tipo Orbital.
(
- Descarga: Por gravedad soltando una palanca, o mediante cilindro hidráulico de doble
efecto. En este caso puede descargar una parte de la capacidad y volver a su posición
para descargar en otro sitio. El sistema de gravedad exige descargar la totalidad.
(
(
La tolva puede tener descarga frontal o ser giratoria mediante un cilindro hidráulico que
acciona su giro. La altura de descarga puede ser baja o normal (aproximadamente 50 cm.), o alta
(especial, 1,5 m.).
(
(
(
(
(
(
11.13 COMPARACIÓN ENTRE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE ACARREO.
Se compara la carga útil con el peso en vado y con la potencia instalada para algunos
modelos de máquinas de familias distintas, observándose que los ratios son bastante similares
dentro de cada familia.
BIJLLOOZER
CAT D-10
PALA RUEDAS
CAT 966F, 3,8 1 3
TRAILLA
CAT 651E, 33 1 3
CAMIOH BASCIJLAHTE
PEGASO 12.23
CARGA UTIL C
33 t
6,5 t
47 t
10 t
PESO VACIO T
55 t
21 t
60 t
9,5 t
POTENCIA (KW)
385
172
400
170
KW/t DE CARGA
11,5
26,5
8,5
17
PESO BRUTO C+T
88
27,5
107
20
C/(T+C)
0,35
0,23
0,43
0,5
T/(T+C)
0,64
0,76
0,56
0,5
C/T
0,54
0,30
0,78
1
T/C
1,66
3,20
1,27
1
11.19
CAMION ARTICULADO
"BAÑERA"
CAMION DUMPER
MERCEDES 2635
DUMPER RIGIOO
TEREX 3307
DUMPER ARTICULADO
OOS F.JES, VOLVO A25
CARGA UTIL C
24 t
18 t
45 t
25 t
PESO VACIO T
13,8 t
13,7 t
34 t
15 t
POTENCIA (KW)
235
213
385
188
KW/t DE CARGA
10
12
8,5
7,5
PESO BRUTO C+T
38
32
79
40
C/(T+C)
0,63
0,56
0,57
0,62
T/(T+C)
0,36
0,42
0,42
0,37
C/T
1,73
1,31
1,32
1,66
T/C
0,57
0,76
0,75
0,60
Tabla 11.9 Comparación entre distintos sistemas de acarreo
Las conclusiones inmediatas de este cuadro son:
- El bulldozer y la cargadora
anlieconómicos
como elementos
excavación y carga.
La traíl1a
tienen una relación
de acarreo
T /C elevada, por lo que son
y deben utilizarse
fundamentalmente
como
tiene una T /C mayor que los camiones y dumperes no
compitiendo en distancias > 2 Km.
- La traílla tiene una potencia similar a los dumpers, sin embargo teniendo en cuenta el
esfuerzo durante la excavación, resulta un consumo práctico de 1 litro/m 3 de perfil, mientras que
el dumper es de 0,65 litro/m 3 de perfil en 300-400 metros de recorrido.
- Los camiones dumperes tienen una buena relación C/T en comparación
con los
dumperes, porque las bañeras no son aptas para movimiento de tierras en el interior de las
pistas de obra.
- Hay que tener presente que las cargas de camiones basculantes y camiones dumper son
las correspondientes a tráfico, y menores que la realidad en el interior de las obras, por lo que
la relación real de C/T mejora notablemente y los vehículos que ofrecen un buen futuro de
mercado son los dumper articulados y los camiones dumper.
11.14 TRANSPORTE DE MÁQUINAS PESADAS.
Se utilizan scmiremolques de plataforma baja, llamados góndolas, con varios ejes en la
parte posterior, según la carga, que son arrastradas por una cabeza tractora de gran potencia.
11.20
(
(
(
Las máquinas grandes como lraclores de cadenas, traillas, excavadoras, etc., suelen lener
ancho superior a 2,5 m., por lo que se necesita permiso especial para su transporte (al solicitarlo
(
hay que detallar itinerario, cargas, anchos, alluras), e ir dos coches con banderas de señalización
de peligro delante y detrás.
(
Para la carga de las máquinas, la góndola tiene unas rampas que se pliegan y quedan
(
verticales durante el transporte, el cual se efectúa a una velocidad moderada.
(
(
(
8210
(
(
(
(
(
(
Fig. 11.15 Góndola de 3 ejes, obligatorio frenos ABS.
11.15 CASOS PRÁCTICOS Y EJERCICIOS.
EJERCICIO 11.1
En una cantera se tiene una excavadora de 8 m 3 y se prevé utilizar dumperes de 50 t para
transportar material de densidad 1,6 a una distancia de 4 Km. Se admiten sobrecargas hasta un
5%. El ciclo de la excavadora es de 40 segundos. La velocidad de los dumperes es en acarreo
de 24 Km/h y en retorno de 48 Km/h. El cosle de la excavadora es de 640.000 ptas/día y el del
dumper 160.000 ptas/día.
Se consideran jornadas de 8 h., con horas de 50 minutos. No se consideran tiempos de
maniobras en los dumperes, ni de descarga, para simplificar. Factor de llenado del cazo: 60 %.
Calcular el número de dumperes que aconseja adquirir, justificando su informe.
Solución:
Hay que calcular el nQ de dumperes anterior y posterior al faclor de acoplamiento
óptimo y su producción y coste de la tonelada.
111) Cálculo del tiempo de carga: Para ello se calcula previamente la capacidad del cazo en t y
el nQ de cazos necesarios para cargar el dumper:
,.
...
11.21
Capacidad cazo: V x y x f 11 = 8 x 0,6 x 1,6 = 7,68 t
nº de cazos: capacidad dumper / capacidad cazo = 50 / 7,68
6,5
Tanteo: 6 y 7 cazos.
- Con 7 cazos:
carga dumper = nº cazos x capacidad cazo = 7 x 7,68
53,76 t
Sobrecarga: 53,76 / 50 = 1,07, 7% excede.
- Con 6 cazos:
carga dumper
= 6 x 7,68 = 46,08 t menor que 50 t
luego hay que tomar 6 cazos.
Como el ciclo de la excavadora es de 40 seg y tiene que realizar 6 cazos para cargar el
dumper, el tiempo de carga será:
tcarga = 40 X 6
240 seg
2º) Cáculo del tiempo del ciclo del dumper;
lcíclo dumper = Ímaníob y descarga + tcarga + t,carreo + tretorno
Ímaniobras y descarga
Íacarreo = d / V acarreo
tretorno
d / V retomo
=O
4 / 24 = 600 seg
= 4 / 48 = 300 seg
tciclo dumper = 600 + 300 + 240 = 1140 seg
aplicando las fórmulas del texto N d = td / t.
= 1140 / 240
4,75
lo que da un resultado de 4 6 5 dumperes.
Producción = volumen x n9- ciclos
ciclo
hora
a) Si se consideran 4 dumperes:(los dumperes no esperan)
nº ciclos / dumper
= (50 x 60) / 1140
2,63 ciclos/h
La producción por dumper:
p (t/h) = 2,63 X 46,08 = 121,2 t
Producción total
= 4 x 121,2 = 485 t/h
Coste horario = (640000 + 4 x 160000) / 8h = 160.000ptas/h
Coste de t: 160.000 / 485 = 329 ptas/t
b) Si se consideran 5 dumperes:
leido dumper = (nº dumper / IlQ excavadora)
X
tciclo excav.
tciclo dumper = 5 X 240 = 1200 seg
nº ciclos / dumper
= 3000 / 1200 = 2,5 ciclos/h
11.22
(
La producción por dumper:
P (t/h) = 2,5 x 46,08 = 115,2 t
(
Producción total = 5 x 115,2 = 576 t/h
Coste horario = (640000 + 5 x 160000) / 8h = 180.000ptas/h
Coste de l: 180.000 / 576 = 312 ptas/t
(
(
(
PRODUCCION
COSTE (Ptas/t)
485
329
4 Dumperes
(
(
5 Dumperes
576
312
(
1) A partir de 5 dumperes la producción no aumenta, ya que es la máxima que puede
realizar la excavadora. Esta producción se puede calcular también a partir de ella:
(
nº de ciclos = 3000 / 40 = 75 ciclos/h
(
p = 75 X 7,68 = 576 t/h
2) Para 5 dumperes, la producción es la máxima y el coste es menor que para 4, luego
es el mínimo.
La solución sería adquirir 5 dumperes.
APÉNDICE 11.1 TRAFICABILIDAD DE LAS PISTAS.
(
La capacidad de soporte de cargas de un suelo depende de la humedad del mismo, su
constitución,
etc., pero es una función relacionada con la resistencia al hundimiento de las
ruedas cargadas de un vehícuJo, la cual puede determinarse con la ayuda de un penetrómetro
y se expresa como resistencia a la penetración del suelo.
15-25cm
Fig. 11.16 Penetrómetro.
FUENTE VOLVO
Cuando el penetrómetro es presionado en el suelo, el resorte es comprimido en relación
a la fuerza que se necesita para vencer la resistencia del suelo. La fuerza que se requiere para
que el penetrómetro
penetre lentamente
a través de la capa de suelo, es por lo tanto
proporcional a la resistencia del tipo del suelo y su capacidad de sustentación. El valor indica
la resitencia del suelo y se denomina valor de penetrómetro.
A cada vehícuJo se le puede asignar un valor del penetrómetro, el cual indica cuál debe
l
,.
11.23
ser la resistencia mínima para que el vehículo pueda transitar.
Clase
Tipo de sustentación
Valor del penetrómetro
1
Excelente
> 90
2
Buena
70 - 90
3
Razonable
50 - 70
4
Mala
Muy deficiente
30 - 50
5
< 30
Tabla 11 .10 Valores de penetrómetro.
FUENTE VOLVO
Según la clase de sucio será necesario un refuerzo del mismo para que el valor del
penelrómetro
propiedades.
corresponda
al del vehículo.
La climatología
influye mucho y cambia las
Variaciones de la sustentación
Material
Lluvia
Sequía
Suelos finos
Baja
Aumenta
Mejora
Arena suelta
Empeora
Tabla 11.11 Influencia de la climatología en el valor de sustentación.
Tipo de superficie
Resistencia a la
Hundimiento de
rodadura (%)
neumáticos (cm)
Hormigón, seco
2
Asfalto, seco
Macadán
3
Camino de grava, bien compactado
3
Camino de tierra, compacto
3
2
4
Camino de tierra, firme, con huellas
5
6
Terreno descampado, firme, seco
6
8
Relleno de tierra, blando
8
10
Terreno descampado, blando, seco
Terreno descampado, pegajoso, mojado
Arena o grava, blanda
Camino de tierra, profundo, con huellas, poroso
12
15
12 -15
15 - 18
15 - 30
18 - 35
16
20
10 - 20
12 - 25
Barro o arcilla, flojo, húmedo
35
40
Hielo
2
Terreno descampado, pegajoso, húmedo
FUENTE VOLVO
Tabla 11.12 Resistencia a la rodadura en función del hundimiento de los neumáticos.
(
(
(
(
(
(
(
(
(
t(
(
''
'
(
{
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
l
(
(_
L
l.,
(_
(
(_
l
12. l
CAPITULO 12
NIVELACION. LA MOTONIVELADORA.
12.1 FUNCIONES Y APLICACIONES ..
Su función principal es la nivelación del terreno, moviendo pequeñas canlidades de lierra
a poca distancia. La motoniveladora corta y levanta la tierra para reempla7..arla en la misma
zona, o cerca, dándole forma, nivelándola, y dándole un perfil diferente.
Esto lo consigue mediante una hoja que tiene una sene de movimientos de rotación
horizontal y de elevación vertical. Esta hoja se halla situada en el centro de la máquina y con
una distancia entre ruedas muy grande.
Gracias a su construcción
especial, respecto a otras máquinas, realiza su función de
manera más rápida, mejor y más económica.
Al realizar una explanación, si se utiliza un buldozer, cualquier irregularidad en el
terreno, hace que se produzca una variación en la profundidad del corte de la hoja de empuje,
en razón de 1:1'8. En cambio, en el caso de utilizar una motoniveladora, ésta disminuye
notablemente, llegando a 1:0'56 (Fig. 12.1), debido a la situación de la hoja vertedera, entre las
ruedas delanteras y el tren de rodaje trasero. Cuanto mayor sea !a distancia entre ejes, menos
repercuten los desniveles del terreno en las variaciones de altma de la hoja. Esto explica la
considerable longitud de estas máquinas.
Fig. 12.1 A) Precisión de un bulldozer.
Fig. 12. l B) Precisión de la motoniveladora.
(
(
12.2
Las aplicaciones típicas son:
(
(
* Extendido de un cordón de materiales descargado por camiones y nivelación.
* Mezcla de materiales descargados. En varios países de América se utili7_,a para reali7.,ar
las mezclas asfálticas en frío, o sea, los camiones descargan la gravilla, la cisterna regadora con
rampa extiende la emulsión o "cut back" y la motoniveladora
la mezcla y extendiéndola.
realiza varias pasadas amasando
'
'
'
(
Igual puede usarse para estabilizaciones in situ con cemento o cal, cuando no se dispone
(
de las mezcladoras móviles "Pulvimixer".
(
* Excavación de cunetas en tierras y conservación
de las mismas.
(
* Nivelación de taludes.
(
* Excavación de canales de fondo llano en tierras.
(
* Mantenimiento
y conservación de carreteras y pistas.
(
Para la amortización de estas máquinas puede considerarse lo siguiente:
CONDICIONES
AÑOS
HORAS
EXCELENTES
7,5
15.000
MEDIAS
SEVERAS
6
5
12.000
10.000
Tabla 12.1 Amortización de la motoniveladora.
12.2 PARTES ESTRUCTURALES.
- Motor y transmisiones.
- Bastidor.
- Ruedas traseras.
- Ruedas delanteras.
- Equipo de trabajo:
· Barra de tiro.
· Corona o círculo.
· Hoja vertedera.
· Accesorios.
(
'\
EQUIPO DE TRABAJO
'"'~ s:.
MOTOR
\\
\\
·~
ji
i
1
~
-
BARRA DE
TIRO
INCLINACION
RUEDAS DELANTERAS
,....
I
.
·~
M ,.,, ..~,
-~
,-...>
N
\;)
"\
CHASIS
~ --
-----=.;_
:·
TREN DE RODAJE
TRASERO (EN TANDEM)
11 - Cilindros de elevación Je la hoja
13 - Ruedas delanteras de dirección
17 - Cilindros de inclinación de la hoja
12 - Bastidor
15 - Rótula
18 - Hoja
., '
r
12.4
(
(
'
'
f-(
'
'
'
(
(
(
Fig. 12.2
12.3 MOTOR Y TRANSMISIONES.
(
Potencia hasta 80 KW. para modelos indicados en trabajos de conservación de carreteras
y potencia de 100 KW en adelante para trabajos de construcción.
La transmisión normal es mediante convertidor de par y caja de cambios tipo power shift
que permiten cambios de marchas sin parar la máquina ni desembragar.
12.4 BASTIDOR.
Puede ser rígido o articulado.
- BASTIDOR ARTICULADO: Accionado mediante cilíndricos hidráulicos, que lo hacen
girar ""20° a cada lado del eje longitudinal de la motoniveladora.
Estas motoniveladoras
BASTIDOR RECTO
(articuladas)
tienen tres posiciones básicas de trabajo:
GIRO CON BASTIDOR ARTICULADO
Fig. 12.3
MARCHA CON BASTIDOR EN DIAGONAL
r
12.5
Esta articulación proporciona una sene de ventajas:
- Reduce sensiblemente el radio de giro, con lo que aumenta la maniobrabilidad.
- Aumenta el número de trabajos diferentes que puede realizar la máquina.
- En la nivelación de taludes permite que las ruedas delanteras vayan por el talud, con
lo que la hoja puede subir más y nivelar mayor longitud de talud. La motoniveladora
avanza
estable con el tándem trasero en terreno horizontal.
- En construcción y refino de cunetas, las ruedas delanteras pueden ir sobre la cuneta
y las traseras motrices sobre el firme con mejor coeficiente de traccción (0,90 en asfalto contra
0,50 en terreno blando).
- En extendido no conviene la marcha en diagonal, aún siendo articulada, porque sufre
mucho la transmisión y es mejor avanzar en línea recta.
12.5 RUEDAS TRASERAS.
Son cuatro motrices montadas en balancín, oscilando en un plano vertical en tomo al
piñón motriz, absorviendo las irregularidades del perfil y asegurando mayor tracción.
Los ejes traseros soportan el 70% del peso total de la máquina, por lo que el centro de
gravedad de la máquina está muy próximo a la parte ógida en las articulaciones.
12.6 RUEDAS DELANTERAS.
Son directrices y además inclinadas entre 15 y 20° hidráulicamente
desde los mandos de
la cabina.
- Algunos modelos tienen también tracción a las ruedas delanteras y por lo tanto es
mayor la fuerza de arrastre, aproximadamente una tercera parte más que con tracción sólo en
ejes traseros. En ésta situación, la hoja es "arrastrada"
consigwente,
más que empujada desde atrás, por
puede mover cargas mucho mayores en una pasada, nivelar material más difícil,
y trabajar satisfatoriamente
en grandes pendientes (más tracción).
Tiene como inconveniente
que el diferencial,
situado entre las ruedas delanteras,
disminuye mucho la altura libre sobre el suelo del eje delantero (en este caso las ruedas
delanteras no son inclinables).
Este sistema proporciona una elevada producción en condiciones difíciles.
12.l
Es importante instruir al maquinista en las ventajas que representa utilizar debidamente
las ruedas inclinables delanteras:
- Cuando
la máquina
pesado de desplazamiento
realiza
lateral
un trabajo
de tierras,
se
produce una reacción que tiende a desviar la parte
delantera de la motoniveladora
(
SENTIDO DEL..../
NCLINAMIENTO
DE LAS RUEDAS
•
@
hacia el lado en el
que la punta de la hoja está más avanzada; mediante
la inclinación de las ruedas delanteras, se contraresta
(
(
éste efecto y se mantiene una marcha perfectamente
(
recta (Figuras 12.4.a y 12.4.b).
Fig. 12.4.a
ALZADO
PLANTA
'
Avance
(
1
777
origina mo1entos en sentido
contrario que equilibran el Kf de F
Fig. 12.4.b La inclinación de las ruedas contraresta la presión de trabajo lateral.
- Si la máquina excava una zanja o cuneta, y todas las ruedas de un lado marchan por
la parte inferior de la misma, mediante la inclinación de las ruedas, éstas ruedan verticalmente
tanto sobre el fondo de la zanja como sobre el terreno original, evitándose la tendencia al
desplazamiento que se producuría al llevar las ruedas en posición oblicua.
Normal
Inclinada
\
\
\
Normal
Inclinada
\
__
\
\
\
\
\
,
\
\
\
\
\
Fig. 12.5 Ruedas verticales, excavación en zanja.
Fig. 12.6 Ruedas verticales, refinando taludes.
,..
12.7
- En el corte y nivelación de taludes de no mucha inclinación cuando la motoniveladora
marcha directamente sobre el plano inclinado, se inclinan las ruedas hacia la parte alta del talud
para eliminar el efecto de resbalamiento que se produce, al quedar la máquina acuñada sobre
el plano de trabajo.
- El ajuste de inclinación de las ruedas directrices es también muy 6til para la graduación
exacta de la altura de corte de la hoja, pudiéndose variar dicha altura de forma muy rápida y
uniforme sin necesidad de recurrir al accionamiento simultáneo o alternativo de los cilindros
hidráulicos laterales.
- Se reduce el radío de giro de la máquina, lo que facilita notablemente las maniobras.
Además de la inclinación de las ruedas, el diseño del eje delantero permite un giro de las ruedas
de unos 50º a la derecha o a la izquierda, y una oscilación que mantiene las dos ruedas
delanteras en continuo contacto con el suelo en terreno accidentado, proporcionando así un
mejor control de la dirección.
12.7 EQIDPO DE TRABAJO.
12.7.1 BARRA DE TIRO.
Esta pieza está situada en la parte central delantera de la motoniveladora, bajo el
bastidor y unida a éste en la parte anterior por una articulación de rótula y en la posterior por
dos cilindros hidráulicos llamados brazos de elevación (Fig. 12.7).
Su objeto es soportar la corona o círculo dentado que a
BRAZOS DE
ELEVACJON
su vez sujeta la hoja.
Pivotando sobre la rótula delantera, puede subir, bajar
o inclinarse hacia uno u otro lado mediante los brazos de
elevación. También puede desplazarse a derecha e izquierda y
/
puede colocarse completamente vertical a cualquier lado de la
máquina, con objeto de que la hoja realice taludes de hasta 90°.
CORONA
BARRA DE TIRO
Fig. 12.7
12.7.2 CIRCULO O CORONA.
Está situado bajo la barra de tiro suspendida
por varios puntos. Tiene un dentado
interno y lleva un cilindro hidráulico que la premite trasladarse a derecha e izquierda.
Su objeto es sujetar la hoja, posibilitándola
un movimiento circular horizontal de 360°.
El movimiento de giro del círculo se consigue mediante un motor hidráulico, con un
piñón que ataca al dentado interno de la corona.
(
12.8
12.7.3 HOJA VERTEDERA Y MOVIMIENTOS.
(
'
'
Es el elemento de traba jo de la motoniveladora y está soportada por el círculo, llevándo
en el borde de ataque cuchillas reemplazables.
'
(
Sus dimensiones varían en longitud, altura y espesor, dependiendo de la potencia de la
máquina.
(
EJE DEL OWilS
/:
.ANGUlD DE LA
CUCHIUA
J.__
T"'-ÓNDELA
I
OJOtlUA
(
...
~
.-.oEI.ANTE
Nivelación a la izquierda
Nivelación a la derecha
Fig. 12.8 Talón, pie de la hoja y ángulo de giro.
(
Se denomina:
(
- Pie de la hoja: El punto de la hoja que se encuentra lo más próximo a las ruedas delanteras.
- Talón de la hoja: El más alejado.
- Angulo de la hoja: ángulo formado entre el pie de la hoja y el eje del bastidor de la niveladora.
Los diferentes movimientos que se le pueden imprimir son:
a) Elevación o descenso de la hoja respecto al suelo
A= Cilindro hidráulico que
desplaza la corona.
B = Cilindros hidráulicos que
actúan sobre la barra de tiro.
Fig. 12.9
b) Giro de la misma en su plano horizontal
Este movimiento permite vanar el ángulo de la hoja respecto a la sección longitudinal
de la máquina.
,.
12.9
Además cuanto menor es el ángulo de giro de la hoja, lo es el ancho de trabajo, pero
mayor es su rendimiento, ya que el material se desliza transversalmente con mayor facilidad. Por
eso, cuanto más duro es el material a nivelar, menor es el ángulo que se aplica a la hoja.
El ángulo de la hoja toma distintos valores según el trabajo a realizar.
a
OPERACION
45°
55°
Cortar terrenos duros
Cortar terrenos blandos
60°
90º
Nivelación y extendido
Mantenimiento
'
\
Tabla 12.2 Valores del ángulo de la hoja.
Fig. 12.10 Giro de la hoja.
c) Variación del ángulo de ataque de la hoja respecto al terreno (inclinación)
Influye mucho en el rendimiento
del trabajo a realizar. Conviene elegir el ángulo,
dependiendo del tipo del suelo y las condiciones de trabajo. Generalmente tiene tres posiciones:
Angulo .6
Máximo 55°-70°
OPERACION
Normal 36°-38º
Nivelar y extender
Arrancar
Mínimo 25°-32º
Arrancar capas superficiales
Fig. 12.11 Angulo de ataque.
Tabla 12.3 Valores del ángulo de ataque.
d) Movimiento lateral respecto del círculo
Se utiliza para trabajos de extendido de materiales dispuesto lateralmente,
relleno de
zanjas y nivelación entre obstáculos.
B
Dezplazamiento a
la izquierda.
Desplazamiento a
la derecha.
A
Fig. 12.12 Movimiento lateral de la hoja respecto del círculo.
(
12.10
(
e) Inclinación de los extremos de la hoja (Movim. "Tilt")
(
MOV. " TILT "
(
Para excavación y terminado de cunetas y
zanJas, nivelación de taludes, etc.
e------~,J
f
(
(
(
Fig. 12.13
(
f) Desplazamiento lateral del círculo fuera de la máquina a ambos lados
Este movimiento
hace posible que la hoja trabaje en una posición
exterior a la
trayectoria de las ruedas. Se utiliza en trabajos de corte de taludes, de diferentes inclinaciones
y excavación de rampas laterales, así como en nivelación de curvas estrechas.
(
(
(
Fig. 12.14
12.7.4 CONTROL DE MOVIMIENTOS DE LA HOJA.
Las motoniveladoras modernas son totalmente hidráulicas y el control de los distintos
movimientos es total, desde la cabina de conducción.
Estas máquinas son difíciles de conducir, por la gran cantidad de movimientos distintos
que puede realizar. Como consecuencia de ésto lleva numerosas palancas en el interior de la
cabina; en los modelos más sofisticados, éstas han sido sustituidas por botones pulsadores que
tiene como consecuencia una mayor comodidad para el operario y una mayor productividad
durante la jornada laboral (mayor rapidez en la realización de los movimientos).
El trabajo del maquinista es de responsabilidad,
porque si lo ejecuta mal, estropea el
realizado por otros operadores en días anteriores y requiere pues, buena experiencia y si la tiene
ya en otras máquinas de movimiento de tierras, le es más fácil aprender el de ésta máquina.
- Control automático de la hoja: Tiene por objeto mantener una inclinación de la hoja
prefijada en el panel de control. El operador no necesita realizar ninguna maniobra para
compensar las desigualdades
del terreno, pudiendo realizar nivelaciones
con una precisión
extraordiaria.
El aparato, cuyo mecarusmo sensitivo va adosado a la barra de tiro, consta en esencia,
12.ll
de un péndulo que según el ángulo de inclinación
de la hoja suministra
una intensidad
de
corriente proporcional a éste.
El panel de control, en la cabina, tiene un mando que marca el grado de inclinación de
la hoja, y deja pasar una intensidad de corriente proporcional a la incl1nación, la cual tiende a
equilibrarse con la intensidad de corriente que regula el péndulo. Este equilfürio se consigue
meiliante una válvula electro-hidráulica,
que actúa sobre la hoja.
12.7.5 OPCIONALES.
- Escarificador.
La motoniveladora, aunque es una máqu1na pesada y fuerte, está proyectada para nivelar
y no para escarificar para lo cual existe otra máquina específica que es el tractor (dozer).
1--- - -- - - - - - 9.07 m - - - - - - -- - -- - - - ;
1--- - - - - - - -- - - 9.78 m - - - - -- - - - - - -- - ;
Fig. 12.15 Modelo JD770-A, 15 t., con escarificador delantero y porterior.
El objeto del escarificador es facilitar el trabajo a la hoja vertedero, en aquellos terrenos
que por su dureza, no puedan ser cortados o nivelados directamente
Normalmente está colocado
en la parte posterior, donde el peso es mayor. Es accionado por un cilindro hidráulico, y puede
ser de uno o varios dientes.
Estos dientes
han de penetrar
en el terreno
atravesando
rápidamente la capa superior, para evitar un desgaste inútil.
- Cuchilla zanjadora.
Con la forma de la cuneta se acopla en el extremo de la hoja vertedera y sirve para la
construcción
y reparación
de cunetas. De ésta forma, una cuneta se consigue en dos o tres
pasadas de la cuchilla.
- Hoja empujadora frontal.
Se monta delante de las ruedas delanteras
y slfve para realizar
explanaciones
de
materiales sueltos o de poca dureza.Está más ind1cada en las motoniveladoras de tracción total.
(
(
12.12
'
(
(
(
(
• Delantero ,
(
(
'
(
1887
{
- - - - - - - - - 8 2 8 4 - - -- - - - - - - - - l
(
---------8521----------~
(
Fig. 12.16 Fiat 156A, peso 14,5 t, 122 KW.
(
- Trailla niveladora.
Se coloca debajo del bastidor, en la parte central. Es una pequeña traílla y sirve para el
(
transporte de materia a pequeñas distancias y rellenar pequeños desniveles.
(
(
12.8 SISTEMA DE TRABAJO.
Como complemento a todo lo anterior se comentan las siguientes cuestiones:
a) Número de pasadas: Si los tramos son cortos resulta más rápido levantar la hoja y dar
marcha atrás sin nivelar. Si los tramos son largos, más de 80 m., interesa dar la vuelta con la
máquina y nivelar en el otro sentido también.
En prenivelado tres pasadas y en refino seis pasadas, regresando marcha atrás.
Velocidad de nivelación entre 6 y 14 Km/h dependiendo también si es nivelado o refino.
Velocidad de retroceso de 15 a 30 Km/h según esté plano o con cordones.
b) Extendido: El maquinista regula la cuchilla al espesor correspondiente,
la dá un
ángulo para facilitar el desplazamiento de los materiales, elige el ángulo de ataque y debe
procurar que no quede otro cordón importante en el borde retrasado de la hoja.
c) Prenivelado: Conviene colocar unas estaquillas a unos 10 metros de separación, y una
a cada lado del carril que nivele.
,..
12.13
d) Ajuste o refino: En este caso conviene colocar olra estaquilla más en el centro del
carril.
e) Sistema automático de nivelación: Se coloca un hilo de referencia topográfica sobre
la capa a nivelar. La máquina lleva un palpador que toca el hilo o un dispositivo de ultrasonido.
Este es el mejor y más moderno y tiene la ventaja de que no toca el hilo colocado por
el topógrafo
y por consiguiente
microprocesador,
no hay enganches.
con varios sensores
que permiten
El sistema de ultrasonido
nivelación
longitudinal
lleva un
y transversal
(peraltes). Es el sistema ideal en refinos de coronación.
En los dos casos anteriores, el sistema empleado actúa sobre los cilindros hidráulicos
que suben o bajan automáticamente
la hoja.
12.9 PRODUCCION.
Si se quiere calcular la producción de extendido la fórmula es:
P = l x e x d x nº ciclos/h x fh
siendo:
1: ancho de extendido en el carril
longitud de la hoja por el seno del ángulo de giro.
e: espesor de extendido.
d: distancia de extendido.
f b: factor de eficiencia horaria.
Para el cálculo del nº de ciclos/h hay que considerar:
- Tiempo fijo de maniobra.
- Tiempos variables según velocidad de trabajo y retroceso (tomando los tiempos medios).
- Número de pasadas.
Como orientación, para una motoniveladora de 13 t. (150 H.P.), puede tomarse:
· Extendido: 250 m 3/h .
. Prenivelación:
1600 m 2 /h.
· Refino ( ± 1 cm.): 400m 2/h.
12.14
(
(
(
TAMAÑO
PESO
POTENCIA
(t)
Pequeño
MARCAS Y MODELOS
(KW)
LONGITUD
HOJA (11)
ALTURA
HOJA (u)
11-13
100
3,65
600
CAT 12G, CH-710A
Mediano
14
115-140
3,65
600
CAT 140G, CH-720A, OK Fl56A
Grande
16-18
130-150
4,30
700
CAT 14G, CH-740A, OK F206
Mayor
21-27
150-180
4,90
800
CAT 16G, CH-780A
(
(
Tabla 12.4 Rango de modelos (CAT = Carterpillar, CH = Champion, O.K.).
Amortización normal: 10 años.
(
(
(
(
13.l
CAPITULO 13.
EXTENDIDO Y COMPACTACIÓN.
13.1 EL PROCESO DE EXTENDIDO Y COMPACTACIÓN.
Los espesores de las tongadas en el caso de lerraplenes y presas de tierra pueden ser
variahles. Eslán muy relacionados con las posibilidades de compactación, que dependen del tipo
de material.
* Tipo del material (granulometría, % de finos < 80µ,
plasticidad, grado de humedad)
* Energía de compactación:
· Tipo de compactador y características
- Nº de pasadas
- Velocidad (espaciamiento
en vibrantes)
Tabla 13.1 Causas determinantes de los espesores de extendido.
Obtener una producción elevada en el arranque no presenta problema, éste radica en
el extendido y compactación en un solo tajo, porque la limitación del espesor de cada tongada
exige disponer de grandes superficies en los terraplenes.
La compactación
en obra es un proceso rápido, producido por la energía y acción al
moverse unas máquinas, compacladores,
cuyo objetivo es proporcionar los resultados que se
relacionan en la Tabla 13.2 a la estructura de los materiales.
Objetivos
Control. Ensayos
Efecto
Aumento de la
- Capacidad portante
· De penetración o índice CBR
resistencia
- Estabilidad del
- Triaxiales
terraplén
- Corte
- Compresión simple
Disminución del
- Impermeabilidad
- Permeabilidad
Resistencia a la
- Limitación de asientos
- Módulo de deformación Edomélrico
deformación
y cambios de volumen
volumen de huecos
Tabla 13.2 Objetivos de la compactación.
El equipo de movimiento de tierras de extendido a su paso por el material suelto de las
capas de terraplén ocasiona ya una cierta compactación por su propio peso y la vibración de su
movimiento, estimándose en un 70-80 % de la solicitada PN, de forma que el procedimiento de
compactación tiene que hacer el resto.
(
(
13.2
Otro caso de extendido son las capas del paquete del firme que tienen unos espesores
fijos y que normalmente se extienden en su espesor completo, debiendo conseguir la
'
(
compactación las densidades especificadas para ellas. En las capas del firme no hay pues libertad
para variar espesores, pero hay que comprobar si la extendedora es capaz de dar el espesor
(
suficiente antes de compactar y si los compactadores son capaces de actuar eficazmente en todo
el espesor.
(
El caso más corriente lo constituyen las estructuras de materiales sueltos, terraplenes
y pedraplenes de carreteras, presas y otras construcciones, en las cuales hay libertad para elegir
los espesores de las tongadas, y donde las características
geotécnicas de los materiales son
decisivas para la elección del Procedimiento Constructivo.
(
· Sistema de arranque, acarreo y extendido
· Espesores de extendido
(
· Características de los materiales
· ± % de humedad respecto al óptimo
(
· Método de compactación y tramos de prueba
Tabla 13.3 Procedimiento Constructivo.
(
· Mototraíllas
· Tractor de cadenas
· Hoja empujadora de compactador
· Motoniveladora
Tabla 13.4 Métodos de extendido.
Los medios o controles que se siguen en obra para conocer s1 se ha alcanzado la
compactación adecuada, varían según el tipo de materiales, Tabla 13.5.
Terraplenes
Pedraplenes
· Densidad seca
· Índice de huecos
·K = Evz/Ev 1
· Asientos (placas de carga)
· Densidad ( macrocatas)
· Huella
(
Tabla 13.5 Control de compactación.
La densidad seca es la masa de elementos sólidos en la unidad de volumen del suelo
considerado.
K = Evz/Ev 1 es la relación de módulos de deformación del 1º y 2º ciclo de carga,
realizados mediante el ensayo de carga con placa. El ensayo de la huella es la media de 10
asientos producidos por el paso de un eje de lO t, medidos por nivelación.
'
,..
13.3
13.2 DENSIDADES.
La densidad seca medida en el tajo debe ser la especiíicada en el pliego de condiciones.
Normalmente se considera el % sobre la obtenida en el laboratorio según el ensayo Proctor
Normal (PN), o el Proctor Modificado (PM). Los rangos habituales para terraplenes son los de
la Tabla 13.6.
E l ensayo Proctor consiste en compactar el material contenido en un molde cilíndrico
de dimensiones
standard,
por medio de una maza, que se deja caer libremente
desde
determinada altura y un cierto n 2 de veces. Realizando el ensayo con el material y diferentes
grados de humedad, y después de desecar, los resultados se llevan a un gráfico (Figs. 13.l y
13.2), obteniendo una densidad máxima seca para una humedad llamada óptima .
.
Coronación
PM
PN
97-98 %
100-103 %
95 %
98 %
Núcleo
Tabla 13.6 Rangos habituales de Proctor en terraplenes.
El aspecto de la curva Proctor de densidad-humedad,
da una idea de la compactabilidad
del material ensayado.
y,
1\1
~
~
V'
...... V
u
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~·
'º'
1
''1 ~~ ,
1
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1
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1
1
'
1
o
1
1
)
' 5 '
1
1
1)
w
"
V
composición
granulométrica
10
·
wop
\
\
..
w
·,
'º
Fig. 13.2 Curva Proctor redondeada.
Fig. 13.1 Curva Proctor angulosa.
Ys = dens. seca w = % de humedad
La Fig. 13.l representa
1\
il
1
•
\
/!t
JI
• IO IJ 11
wop
--!'"-----
1
1
1
1
1.1
:
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'
1
1'
V"
[7'
I
n
y, _ _
-
\
1.1.
una curva muy angulosa,
de característica
especial.
que se corresponde
con una
El ángulo fuerte significa
que una
variación pequeña en la humedad causa una baja importante de densidad, y como es muy difícil
en obra mantener la humedad en valores muy próximos a la óptima w 0 p, esta curva corresponde
a un material de mala compactabilidad.
Si la curva es redondeada,
Con -1% baja al 90% y con -2% al 80%.
Fig. 13.2, donde ambos lados caen suavemente, indica en
general un material de buena granulometría
y compactabilidad.
13.4
(
La curv¡¡ grnn uJométrica,
cuanto sea más relativamente
recta y de menor pendiente,
'
mejor es su gra du ación de tamaño y porcentajes, y más fácil su compactación.
(
(
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IO
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\
(.6)
\
--......:-
'
'\ \
...... '\'
"
10
0,1
(
1) Zahorra natural,
gradación contínua, con
pocos finos
2) Grava natural, sin finos
3) Suelo fino, limoso o
arcilloso.con arena fina
4) Suelo arenoso. de
gradación uniforme
5) Arena limpia. de
gradación contínua
6) Suelo gravoso-arenoso,
con falta de intermedios
.......
'\.
\
l5)
'\
(2)
A•CL.L..AS
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........... \
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MIH4
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•
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i-,u,.
0,020
(
(
'
(
(
(
Fuente MOPU. Tccoolog{a de carretera 1987
Fig. 13.3 Curvas granulométricas de distinta compactabilidad.
(1), (2) y (3) son las mejores.
Los métodos normales de obtención de densidades
en obra son el aparato nuclea r
(Fig.13.4 y Fig.13.5), y el cono de arena (Fig.13.6) .
(
(
Contador
Nuclear
Scnso=
Fig. 13.5 Gamadensímetro
de retrodispersión.
//J ............,..........
:·:=
~
'·
,_. •• ,--e, ... ,u~,
Fig. 13.4 Gamadensímetro de
transmisión directa.
h
Fig. 13.6 Método del cono de arena .
(
,.
13.5
El método más fiable es el de arena, pero es más lento y depende de la destreza del
operario, y del estado de los medios auxiliares que utilice.
Las densidades se obtienen cada un número determinado de m 3 (en la nueva propuesta
de PG3, cada 500 m 3), o en la superficie definida como lote (5 ensayos en 500 m 2 ).
Las densidades conseguidas con los nucleares deben contrastarse con las obtenidas por
otros métodos.
En el nuclear de transmisión directa, la varilla no se introduce hasta el fondo de capa,
sino hasta la mitad. La varilla tiene una longitud de 25 cm. Se emplea normalmente con sucios.
El de retrodispersión
se utiliza cuando hay dificultad para la introducción de la varilla,
y su efecto es en una profundidad de 6-12 cm, apto para suelo cemento, grava cemento y mezclas
asfálticas.
La densidad no es uniforme en el espesor compactado y la medida por cualquier método
es una media de la capa. Su variación se corresponde aproximadamente con la Fig. 13.7, siendo
en el fondo de capa y superficie menor que a una cierta profundidad
y cuanto mayor sea la
exigencia de densidad, menor debe ser el espesor de la capa o tongada.
e
e
,.z
110
y,
110
1•
e•, a
,,.
Fig. 13.7 Variación de la
densidad seca en un espesor.
,
z
Fig. 13.8
Sin embargo el efecto de compactación
de capas sucesivas (Fig. 13.8) produce un
aumento de la compactación (zona rayada), de forma que la densidad media de la altura total
compactada en terraplenes se aproxima a la obtenida con el método de ensayo.
Generalmente el efecto en profundidad con los rodillos vibratorios es mayor del lado
húmedo que del seco respecto del W op, y más importante cuanto más arcilloso es el material.
Materiales más secos requieren menores espesores.
El reparto de densidades depende también de las amplitudes de vibración, con bajas la
densidad aumenta en superficie, y con elevadas en fondo.
f
'
13.6
(
En determina dos
matcrialc..:s especiales, la capacidad portante (Índice CBR ) disminuye
a l a umenta r la de nsidad, Fig. 13.9, presentundo
es decir que d objetivo de la compactación
un máximo wn un valor inferior i:ll 100% PN,
(
no tiene por que ser la máxima densidad, pero en
(
li:l mayorfo aq uella i:lUmc nta con la densidad.
(
n
d
1
e
•
e
B
R
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12
11
10
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9
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7
6
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4
3
2
1
o
93
'
97
96
98
99
100
o/o Compactación ,.epecto Proctor NOfmat
94
95
(
Fig. l3.9
13.3 ENERGÍA DE COMPACTACIÓN.
(
En los ensayos PN y PM de laboratorio se comprue ba que las de nsidades secas crecen,
coq las energías empicadas por unidi:ld de volumen, a la vez que las humedades óptimas son
menores, Fig. 13.1 O.
La energía
aproximadame nte
PM es 2,635 J / cm 3 y la PN es 0,58 J/ cm 3 , s iendo
-
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2
4
6
a
10
12
l4
16
l8
20
FUENTE DyC
Fi~ 13.10
Densidades según energías
en laboratorio.
Fig. 13.11 Densidades según encrgfos en obra.
'I) Compactador de 6T 2) Compactador de lOT
13.7
Ys
1
2
E
Fig. 13.12 Densidades secas en función de las energías utilizadas.
y, = densidad seca Kg/dm 3 E = energía J/cm 3
Curva 1 (laboratorio)
Curva 2 (obra)
L
a
humedad óptima W op,PN es importante, no sólo porque señala la densidad máxima, sino pcrque
se corresponde aproximadamente
con la humedad de equilibrio, necesaria en el terraplén para
evitar posteriores deformaciones. Si al aumentar la energía (PM) , se compacta del lado seco,
pueden ocasionarse hinchamientos y colapsos al humedecerse posteriormente
el te rraplén por
las lluvias.
Si se continuasen las pruebas de laboratorio aumentando las energías, se obtendría una
curva como la 1 de la Fig. 13.12, indicando que para alcanzar una densidad determinada
se
necesita en la obra mayor energía que en el laboratorio, pues en éste interviene el efecto de
confinamiento del molde.
La energía ulili;,,ada en obra para un mismo compactador
pasadas, desconociéndose
exáctamente
el alcance en profundidad,
es una función del nº de
osea la masa de suelo
compactado.
La curva 2 indica que su pendiente, o sea
ad
aE
!J.. densidades
!J.. energía
-- = --------
al principio
de la compactación aumenta muy rápidamente, siendo luego cada vez es menor, hasta un punto
en el cual prácticamente
no sirve de nada , aumentar el nº de pasadas.
El efecto en profundidad de la energía en obra, o sea del nº de pa sada s, depende del tipo
de compactación. En el caso de vibración, las densidades crecen en profundidad con las pasadas.
13.8
(
(
(
'
<
'
'
5 iO
l
+
Fig. 13.13 Compactación vibratoria. Densidades
y profundidad según nº de pasadas.
Fig. 13.14 Compactación con rodillos pata de
cabra. Densidades y profun. según nº
de pasadas.
(
(
(
La Fig. 13.13 representa curvas de densidades, profundidades en compactación vibratoria
para distinto nº de pasadas: 2, 4, 6, observando que las densidades
profundidad según nº de pasadas.
máximas crecen en
En el caso de compactación por amasado, rodillos pata de cabra, las densidades máximas
aumentan hacia la superficie, Fig 13.14, es decir la compactación es de abajo hacia arriba.
Al incrementar
la energía (nº de pasadas),
se consiguen densidades
mayores con
menores humedades, Fig 13.15, y para una misma densidad, mayores espesores e' >e, Fig. 13.16.
e
'Y,
e'
.G
··.4
~
~
··.2
~
w
Fig. 13.l 5 Incremento de densidades con
la energía y disminución de humedad.
4·
6
nº da p888daa
Fig. 13.16 Aumento de espesores
con la energía.
(
r
t"
13.9
13.4 LA COMPACTACIÓN SEGÚN LA ESTRUCTURA FÍSICA Y PARÁMETROS DE
LOS SUELOS.
Para compn.:ndcr las posibiLidades <le compactación hay que consi<lernr las Jisúntas fases
de la estructura del material.
1
2
(2) Después de la compactación.
(1) Durante la compactación.
Fig. 13.17 Fases del material a compactar.
Fases
Composición
Volúmenes
Sólida
Esqueleto mineral
Y,
Líquida
Agua
vw
Gaseosa
Aire
v.
Pesos
P,
V
Pw
p
o
Parámetros
Peso específico <le las partículas
y = P,/V,
Densidad aparente
Ya = P/V
Densidad seca
Y, = P,/V
Humedad
w = Pw/P ,
Porosidad n, ó % huecos
Huecos de aire
n = (V.+Vw)/V=l-( y.fy)
n. = 1-y,(w+l/y)
Grado de saturación
s = Vw/(V 3 + Y w) = w(l/ y,-1/y)
Saturación total
s=l; V 3 =0; y,= 1/(w+l/y)
Tabla 13.7 Fases y parámetros.
Según los tipos de sucios, estos parámetros toman disúntos rangos (Fig. 13.18).
La Fig. 13.19 muestra las familias de curvas de y, en (unción de los huecos del a1rc,
según la fórmula y , = (1-n.)/w + 1/y
(
13.IO
'
n
(
K
f
coeflcl•nte
n
permeab!!!d~d
f
(
(
....
(
.,
llmo
wolla
redondeadas, angulares
Tamatio auelos
<
Forma de sueloa
(
Fig. 13.18 Permeabilidad de sucios, porosidad y formas.
Al variar la humedad se obtiene la gráfica de Ys en función de w (Fig. 13.20) que puede
presenlar mínimos y máximos según el material.
Tiene interés representarla
sobre la Fig. 13.19 porque se ve la evolución de la densidad
al disminuir el volumen de huecos de aire con el proceso de compactación.
Y,
U
20
lO
(
U
Fig. 13.19 Familia de curvas y , en
función de n. y de w.
20
w -J.
W¾
Fig. 13.20 Curva de y , función de w sobre la
familia de y., función de n. y w.
Cuando aumenta la humedad n. disminuye, o sea el aire es expulsado de forma creciente
hasala un punto determinado
de w en que la densidad disminuye pues una parle del agua
desplaza los sólidos. Si w aumenta la curva se acerca asintolicamenlc
a la de saluración del
suelo. La Fig. 13.21 muestra como varían algunos paráme tros con la plasticidad.
13.11
w
permeabllldad
LL
Fig. 13.21 Variación de la humedad, densidad seca y
permeabilidad , según el límite líquido.
En los suelos con finos donde más del 35% es de tamaño < 80µ, cuanto mayor es la
plasticidad menor es su permeabilidad (Fig. 13.21) y más difícil corregir su humedad natural ( ±)
en capas ya extendidas, siendo preferible en banco o perfil (más costoso reducir que aumentar).
Cuanto más plásticos, mayor es la cohesión, y más difícil la compactación, requiriéndose
más energía/volumen (mayor carga lineal o n2 de pasadas), o menor espesor.
Los suelos limosos, al ser más permeables, absorben más humedad que las arcillas
después de las lluvias pero se orean mejor y es más fácil corregirla.
A continuación
se estudian algunos tipos de suelos:
13.4.1 SUELOS PERMEABLES.
Caso típico arenas limpias.
Es fácil evacuar el agua, ésta actúa de lubricante de la fase sólida, y se puede disminuir
el volumen de huecos Y a con la compactación.
13.4.2 IMPERMEABLES (ARCILLOSOS).
A) Con exceso grande de humedad natural.
Presentan muy pocos huecos. El agua no puede salir. No disminuye el volumen del
conjunto, dada la prácticamente nula compresibilidad del agua, se está en un estado semifluido,
que cede bajo la carga, desplazándose toda una masa.
No se puede compactar, hay que eliminar el agua, oreando, o sustituir el material.
(
13.12
(
B) Con humedad nalural muy seca.
'
(
Si el % de humedad es muy pequeño, la exisLcncia de aire y agua establece fuerzas de
cohesión entrt: los granos, debido a la tensión superficial del agua, lo cual impide una
compactación adecuada.
(
(
13.5 TERRAPLENES.
En gcneral resulta más rápida y eficaz la compactación
en espesores pequeños, sin
(
embargo se encarece el extendido y debe hacerse un estudio económico del coste, según varíen
los espt:sores.
(
Los materiales pueden ser;
(
- Finos
- Granulares
- con finos
- sin finos
La nueva redacción del PG3 clasifica los suelos para terraplenes en:
(
Seleccionados SS, Adecuados SA, Tolerables ST, Marginales SM, Inadecuados SI.
Situación
Altura
Tongadas
Coronación
50-60 cm
2
Núcleo
Variable
Muchas
SS, SA, ST, SM
Cimienlo
"' 1 m
2 -3
SS, SA, ST, SM
Tipos de suelos
(
SS, SA, ST
Tamaño máximo < % e, 25% < 0 / 2 , e = espesor de tongada
Tabla 13.8 Terraplenes en carreleras según PG3.
<0,08 mm
Gravilla
Arena
Limos y arcillas
Fina
Media
Gruesa
0,08-0,4 mm
0,4-2 mm
2-5 mm
Grava
Bolos o
piedra
5-20 mm
20-80 mm
>80 mm
Tabla 13.9 Granulometría general.
Respecto a la elección y utilización
de la maquinaria
durante la construcción
del
Lerraplén, es necesario predecir el comporLamjenLo del suelo en las condiciones meteorológicas
r
13.13
de humedad
previsibles
(ver traficabilidad
de tractores,
Tabla 5.22, traíllas,
Tabla 7. 12,
dumperes, Tablas Jl .10, 11.11 , 1 1.12) con los e nsayos correspondientes.
Otro ensayo con experiencias en climas húmedos del Reino Unido, es el índice MCV,
desa rrollado por el TRRL.
El peso de las máquinas tiene importancia, y no se utiliz.arán siempre las más pesadas
y de mayor producción.
La compactación
de las tongadas se hace desde los extremos hacia el centro. En los
bordes con los taludes se extienden tongadas más delgadas y se compactan con equipos más
ligeros.
Los espesores y compactadorcs adecuados se analizan posteriormente según los tipos de
sucios.
En relación a la granulometría
nuevo PG3.
y finos, la Fig. 13.22 corresponde a la propuesta del
...
100
to
to
10
TERRAPLEN
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BAJA PLASTICIDAD
:ALTA
PLASTICIDAD
1
TAMAÑO O,: LAI PAfHICULAI EH •"'
Fig. 13.22 Granulometría de terraplenes,
pedraplenes. Tamices
característicos 20 y 0,080 mm.
Fig. 13.23 Gráfica de Casagrande de
plasticidad de sucios.
13.6 FINOS.
Suelos de grano fino son aquellos en los que más de un % determinado pasa por el tamiz
ASTM nº 200 de 0,074 mm (50% para la clasificación
equivalente en la UNE de 0,080 mm (80µ).
Comprenden limos y arcillas.
ASTM y 35% para la AASHTO), o el
(
(
13.14
13.6.1
IDENTIFICACIÓN
DE FINOS.
(
Es importante,
porque según sean los materiales se compactan con procedimientos
(
distintos. Hay pruebas visuales para clasificar los suelos en granulares y plásticos (Fig. 13.24).
r
(
2
'
f
(
.. ..
~
(
(
4
(
(
Fig 13.24 Pruebas visuales de suelos.
1, 2 y 3 Suelos cohesivos:
l.
Se forma una pelota con su humedad natural, si no se puede, o es difícil de moldear, es
menos plástico, o la humedad está debajo de la óptima.
2.
Si se deshace en fragmentos uniformes, la humedad está debajo de la óptima.
3.
Si se forma </) aproximadamente
4.
de 3 mm. el suelo tiene plasticidad.
Muestra en un tubo de ensayo y se agita. Se deja reposar 1,5 ruin., s1 el agua queda
turbia y se advierten dos niveles de depósito, hay un % de arcilla.
5.
Suelo granular.
6.
Arcilla o limo: Se coge un puñado de suelo con su humedad natural, si la mano queda
manchada después de frotarla, los finos son arcillas. Si al frotar las manos los finos
quedan sueltos y no pegados, son limos.
La Tabla 13.10 presenta una guía de relación de suelos, complementaria
de la anterior.
13.15
Lo que hay que buscar
Suelos granulares, arenas finas, li1os
Suelos plásticos (cohesivos), arcillas
Aspecto y tacto.
Los grano gruesos se ven; el suelo tiene
un tacto granoso al cogerse con los dedos.
Los granos no pueden verse; el suelo
tiene un tacto uniforme y untoso al
cogerse con los dedos.
Movimiento de agua en
los dedos vacíos.
Se echa agua en la palma de la mano, se
extiende una pequeña cantidad de suelo y
se agita. Aparece agua en la superficie.
Al dejar de agitar, el agua desaparece.
Mismo ensayo pero no hay indicio de agua
saliendo de los huecos.
Plasticidad.
Huy poca o ninguna plasticidad.
Plástico y pegajoso. Puede arrollarse.
Cohesión en estado
seco.
Poca o ninguna resistencia en estado seco.
Se cuartea y hace escamas rápidamente.
Elevada resistencia en seco. Se cuartea
con dificultad. Baja porosidad.
Sedimentación en
agua.
Se separa por sedimentación de forma
rápida.
Se mantiene en suspensión en agua durante
varias horas a menos que se flocule.
Tabla 13.10 Guía de selección de sucios.
Fuente: Ingersoll Raad
13.6.2 ANÁLISIS DE LA PARTE FINA DE UN MATERIAL.
Viene definida por la Tabla 13.11.
Característica
Control
Índice de plasticidad
Límites de Atterbeg
% de arena
% de arcilla
Equivalente de arena
Granulometría por sedimentación
Tabla 13.11 Análisis de la parte fina de un suelo.
La sedimentometría
se basa en obtener la velocidad de sedimentación
mediante el
método del densímetro aplicando la ley de Stokc. Tiene la ventaja sobre los límites de Atterbeg,
que separa claramente los limos de arcillas y da un porcentaje, lo que es importante porque
estos materiales se comportan y compactan de distinta forma.
Este análisis es más utilizado para núcleos de presas de tierras que en carreteras.
80µ < arena fina < 400µ
2µ < limos < 80µ
O < arcillas < 2µ
Tabla 13.12 Granulometría de finos.
(
(
(
13.16
(
La fracción más fina de un material es la que tiene mayor superficie especifica y por
consiguiente la más sensible a la acción de la humedad. La parte activa, es por tanto la arcilla.
~ granos
(enµ)
66.3
48.3
35.4
22.0
16.0
11.7
8.4
6.0
3.6
1.5
%de la muestra total
8.4
7.3
6.1
5.0
4.0
2.9
2.2
1.4
1.0
0.4
(
'
(
Fuente: Euroconsult.
Fig. 13.25 Ejemplo de análisis granulométrico
Tamices segon designoc1ó:'l UNE
---
por sedimentación,
muestra z:ahorra artificial.
(
ANALISIS GRANULOMCTRI CO POR SEDIMENTAelON
Arenas /
Limos
Limos / Arcillas
Arcillas /
(
Coloides
;'
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1
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1
---1\,
!
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o2
0 .50.• 0.J
O, 1 O.DI
0.02
o.o 1
0 .005 0.003
"romano mm c~scolo logorrtmico)
X
Ref. muestro:
0.001
(
""
0 .0005
0.0002
3450
FUENTE AEPO
Fig. 13.26 Análisis granulométrico
(izq.) y por sedimentación
(dcha.) de una muestra de limo arenoso.
13.6.3 SUELOS PLÁSTICOS.
Los suelos excesivamnete plásticos, son inadecuados según el PG3, por la susceptibilidad
a las variaciones de volumen (expansión, entumecimiento)
con las variaciones de humedad, ya
que una parte del agua de lluvia, pasa a través del firme, o puede penetrar en el terraplén,
alterando el estado de tensiones.
Una parte de los materiales
inadecuados
según el PG3, pueden ser válidos para
determinadas partes de un terraplén (núcleo), según su altura, previo análisis detallado y con
determinadas precauciones de colocación. Estos materiales deben estar definidos en el Pliego
General de Prescripciones
Técnicas Particulares (PPTP) del proyecto en cuestión.
La práctica actual es aprovechar al máximo los mater:ales existentes y al utilizarlos hay
que considerar no sólo principalmente sus propiedades intrínsecas geotécnicas, sino la situación
en que se van a encontrar una vez colocados y la influencia en la humedad in situ de las
condiciones meteorológicas
previsibles. Deben cumplir las siguientes condiciones:
(_
13.i7
1)
Ser posible la puesta en obra en condiciones
de producción
con la maquinaria
de
durante la construcción
y
movimiento de tierras.
2)
Buenos coeficientes de t.eguridad para la estructura construida.
3)
No les afecte la capa freática o el movimiento de agua.
4)
Las deformaciones,
hinchamientos
y asientos instantáneos
diferidos post- constructivos sean admisibles para la funcionabilidad
de la construcción
(Servicio o calidad para el usuario).
Se resume en :
· Proceso Conslruclivo adecuado
· Estabilidad de la estructura
· Dispositivos de drenaje e impermeabilización
· Calidad para el usuario
Tabla 13.13 Condiciones para aprovechamiento
Si los materiales son definitivamente
mayores precios, considerándose
inadecuados
de cualquier material.
se necesita ir a un préstamo, con
fuera de la traza, distancias superiores a 2 Km.
Respecto al contenido de humedad en las arcillas, si tienen poca agua, son duras y
firmes, pero más alla del contenido óptimo de humedad, aumenta más su plasticidad y es más
difícil compactarlas,
aunque es más seguro como se comentó en el apartado 13.3.4.
Si la plasticidad es reducida, en tongadas con espesores máximos de 30 cm., los bolos
de material arcilloso se pueden romper durante el extendido con los bulidozers por el efecto de
su propio peso (son suficiente los tamaños pequeños de tractor), o se retiran si son lentejones,
y la compactación se realiza con compactadores
Si la plasticidad
es elevada,
IP > 20,
vibratorios de tambor liso.
son
necesanos
rodillos
pata
de cabra
o
compactadores estáticos de alta velocidad con p1~ones.
Los limos, que también son finos carentes de plasticidad, se compactan normalmente con
compactadores
vibratorios de tambor único.
13.6.4 COLAPSO DE TERRAPLENES DE SUELOS COHESIVOS.
La pérdida de resistencia
de los suelos cohesivos
se produce
porque el proceso
constructivo moderno de terraplenes es muy rápido, no permitiendo los asientos naturales con
el tiempo. Durante la construcción se consiguen densidades altas con humedades reducidas, pero
después de las lluvias otoñales, al saturarse o aumentar la humedad, la capacidad portante (
Índice CBR) se reduce notablemente. La causa es la inestabilidad del suelo, por el incremento
de la presión de agua en los poros del suelo.
13.18
13.7 COMPAC,'TADORES DE SUELOS PLÁSTICOS.
(
13.7.1 COMPACTADORES DE ALTA VELOCIDAD, PATA DE CABRA
(
'
(PISONES).
(
Constan de cuatro tambores con unas patas en la superficie de los mismos y una hoja
{
extendedora en su parte frontal (Fig. 13.27), que se utiliza para el extendido, evitándo los
bulldozer. Después se dan las pasadas necesarias hasta llegar a la densidad especificada. De esta
(
forma se tienen dos máquinas en una, lo que les da una preferencia sobre el rodillo vibratorio
si el material está en los límites inferiores de suelos tolerables.
(
(
(
Fig. 13.27 Compactador pata de cabra (pisones ó pies
"tamping").
Son compactadores que combinan el efecto de amasado producido por las patas, con el
impacto (efecto dinámico) originado por su alta velocidad, que produce una cierta rotura del
material, cuando está en forma de bolos.
La compactación se realiza de abajo a arriba según pasadas (Fig. 13.28). Las velocidades
más lentas son en las primeras pasadas y más rápidas en las últimas, velocidad media 7-10
Km/h.
La Fig. 13.28 muestra el impacto en el sentido de avance.
:l.<>
· 6 a 8 km/h
2º
10a 12 km/h 15a 18 km/h
Fig. 13.28 Compactación ascendente.
1º, 2º y 3º pasada.
Fig. 13.29 Sentido de avance.
(
,,.
13.19
Si la humedad es excesiva, las patas al remover el terreno ongman una aireación en los
huecos que dejan. Los espesores dependen de la altura de las patas que suelen ser como máximo
20 cm., no debiendo la capa sobrepasar mucho este espesor si se quiere obtener una densidad
real media del 100% del PN. Sin embargo, para lograr una mayor producción
se extienden
también capas de 30 cm., y en este caso deben empicarse los rodillos de mayor peso, que son
de 32 t, siendo suficiente unas 6 pasadas.
Modelo
815 B.
825 e
Peso
20 t
32 t
Potencia
157 KW
231 KW
Altura de los pies
198 mm
191 mm
Espesor de tongadas compactadas
20 - 25 cm
25 - 30 cm
Velocidad de compactación
7 - 10 Km/h
7 - 10 Km/h
Ancho de la hoja empujadora
3,76 m
4,53 m
Nº de pasadas extendido y compactado 100% PN
6 -9
5- 8
Tabla 13.14 Com pactadores
pata de cabra. CA1.
Antiguamente se utilizaban rodillos pala de cabra remolcados por tractores de cadenas,
pero este tipo de máquinas ha caido en desuso; prácticamente no se fabrican, lo cual no quiere
decir que si se dispone de ellos no deban utili.7..arse, únicamente que la producción es más lenta
por la baja velocidad del tractor y el número de pasadas necesario, de 15 a 20.
13.7.2 COMPACTADORES VIBRATORIOS PATA DE CABRA (Fig. 13.30).
Este tipo de rodillos combina el
efecto
de la vibración
con un mayor
impacto ya que la superficie de contacto
de
las
cabezas
de
las
patas
es
aproximadamente 1/3 de la de un tambor
liso, debido a la separación
patas, y por consiguiente
entre las
el impacto es
tres veces superior y mejora así la fuerza
para vencer los rozamientos internos.
Por este motivo interesa que las
palas penetren y no se apoye el tambor
en la parte lisa, para lo cual el espesor de
la capa no debe ser superior a la altura
de la patas y aunque esto no pueda
Fig. 13.30 Compactador vibratorio de tambor
único, pata de cabra.
conseguirse en la práctica exactamente, al menos deben elegirse los espesores de capa menores
(
13.20
(
posibles,
porque entonces mejora mucho la compactación
y se necesitan
menos pasadas,
f
aumentando la producción. Son reconmendables los modelos más pesados con tracción también
'
al tambor, de peso 16-20 t, alturas de pata 100-127 mm. y espesores de tongada 20 cm.
r
Estos modelos pueden llevar hoja empujadora aunque ésta es pequeña y en 6ste tipo de
máquina no resulta eficaz, por lo que el extendido debe realizarse con otra máquina, que
normalmente es una motoniveladora o el tractor de cadenas antes aludido. Este último realiza
un extendido de estas capas intermedias con una nivelación elemental, que es suficiente,
bastando para el extendido y nivelación 1-2 pasadas.
(
Una combinación interesante en compactación de arcilla, para grandes producciones,
es un compactador pata de cabra de alta velocidad, que extiende y realiza las primeras pasadas
rompiendo los bolos, y un compactador vibratorio pata de cabra que realiza las pasadas
posteriores, compactando en profundidad.
(
13.7.3 COMPACTADORES VIBRATORIOS LISOS.
Los modelos pesados de 17-20 t en algunos tipos de arcillas han dado también buen
resultado, hincando con la vibración los terrones de arcilla, sin romperlos, en la masa de las
arcillas. Sin embargo dan mejor trabazón los pata de cabra autopropulsados, que tienen además
la ventaja del extendido con la hoja frontal.
(
13.8 COMPACTADORES DE SUELOS GRANULARES.
Si el material es granular son adecuados los compactadores vibratorios de tambor liso,
llamados también compactadores de suelos (Fig. 13.31), dependiendo el modelo adecuado de las
características del material y espesor de la capa. En estos casos el extendido puede ser con
bulldozer o motoniveladora.
Fig. 13.31 Compactador vibratorio de tambor único liso.
13.21
Peso
10-13 t
16-17 t
20 t
Potencia
100 KW
150 KW
180 KW
Ancho del tambor
2,10 m
2,10 m
2,20 m
Carga axial Kg/cm
30
45
65
Amplitud máx. vibración
J,70
1,70
1,90
Frecuencia
20/30 HZ
20/30 HZ
20/30 HZ
Fuerza centrífuga
250 KN
250 KN
250 KN
Tabla 13.15 Compactadores vibratorios de tambor único liso. Rango de modelos.
Al aumentar la densidad por el número de pasadas, hay que vanar la frecuencia,
bajándola, y si hay varias amplitudes, la última pasada debe hacerse con la menor, para dar una
compactación superficial.
13.8.1 SUELOS GRANULARES.
A) Sin finos.
Aquellos en los que los tamaños inferiores a 0,080mm (UNE) o 75µ (ASTM) son
menores del 5%.
Son suelos de poca cohesión, en los que los compactadores pesados tienden a hundirse,
por lo que son preferibles los de menor carga axial, dando las pasadas iniciales sin vibración.
Al aumentar el tamaño y % de los gruesos, debe aumentar también la carga axial del
compactador.
Los espesores aumentan al disminuir los tamaños, llegando en arenas hasta 70 cm.
En los compactadores se utilizan frecuencias de vibración altas y amplitudes bajas.
Respecto a la humedad, debido a la menor absorción de los gruesos, tiene menos
importancia la de compactación, o sea, no es tan rigurosa la Wop·
En los suelos arenosos, la adicción de agua facilita tanto el desplazamiento de los granos,
que a veces es un procedimiento de compactación. Esto es interesante para rellenar huecos cerca
de obras de fábrica o estructuras que pueden dañarse por la acción de los compacta<lores, en
las primeras tongadas del terraplén sobre e11as. En el caso de utilizar este sistema de rellenar
con arena y adicción de agua, hay que asegurarse de que la arena no tenga por donde escaparse,
pues de lo contrario fluiría. Esto puede presentarse en la construcción de túneles si se cortan
acuíferos.
l3.22
f
(
(
..
. ..
. . . .· . ·@
i
.
.
. .. .
@
(
·: ·-_. ·.·@ .·.··.
(
@
Fig. 13.32 Colocación de arena (1), compactada con agua,
alrededor de un tubo (2). (3) Geotextil
(
(
En los suelos arenosos puede producirse
(
pues el colapso por la entrada de agua que
disminuye el volumen, sin que concurra un aumento
'
(
de carga. Se producen entonces los socavones
rompiéndose el pavimento, casos más frecuentes en
ciudades, Fig. 13.33
B) Con finos.
(
(
Cuando los tamaños inferiores a 80µ están
comprendidos entre el 5 y el 35%.
La parte fina tiene más influencia
Margo
del metro
_______________ _ _ _ _,,
en la ,__
humedad, ya que los gruesos (5-20 mm) tienen poca
absorción y por consiguiente la humedad óptima es
Fig. 13.33 Socavón en el Metro de
Munich.
más importante.
Los espesores son menores que en el caso anterior.
hpelOm {cm)
6
25
50
" finos/Total
Fig. 13.34 Husos de espesores según el % de finos.
13.23
13.9 PEDRAPLENES.
Si en la traza de la carretera
aprovecha para pedraplenes.
hay voladuras o roca escarificada,
este material se
A veces el núcleo es de pedraplén y la coronación de material
granuJar.
El extendido es mediante tractor de cadenas de tamaño mediano, en capas que pueden
llegar hasta 80-100 cm, y excepcionalmente
Respecto a la granuJometría
hasta 200 cm, utilizándose en este caso el grande.
se admiten tamaños máximos del espesor de la tongada
siempre que queden integrados en la misma sin salir esquinas, lo cual requiere un control
riguroso, y se recomienda que el tamaño máximo sea inferior a la tongada.
La arena (Tamiz UNE 20) está limitada al 30% y los finos (Tamiz UNE 0,08) al 10%
para evitar emigraciones a los huecos y posibles asientos posteriores.
Las lajas deben ser < 30% para no dificultar la reducción de volumen de huecos de la
compactación.
La descarga debe hacerse a unos 2 m. del borde, empujando después el tractor (Fig.
13.35), con el fin de que no haya segregación de tamaños, al rodar más los gruesos que los otros.
Antes de los pases del
compactador la superficie tiene que estar
bien aplanada por el tractor.
La compactación
se realiza con
compactadores vibratorios de suelos, de
tipo pesado, de 16 a 20 t., frecuencias de
vibración
las
más
bajas
posibles,
y
Fig. 13.35 Extendido del tractor.
amplitudes altas, mayores de 1,6 mm.
DyC
El riego de compactación depende de la naturaleza de la roca (aumenta en las blandas,
R 0 < 600 Kg/cm 2), climatología
y funcionalidad
de la obra, cuanto más humedad mejor
compactación. Puede variar entre un mínimo del 5% por cuestiones de traficabilidad,
hasta un
20%, habiéndose utilizado en algún caso el agua de mar.
El control de compactación
por Producto Terminado, consiste en la obtención de la
porosidad "n", o el índice de huecos "e". Para ello se excava una macrocata con una retro y se
carga el material en un camión, para posterior pesada.
El
volumen
impermeabili?..ando
se
mide
con
agua,
procedente
de
una
cisterna
con
contador,
las paredes con un plástico.
También se puede hacer un control topográfico
pesando los camiones que se van
(
13.24
(
vertiendo y midiendo el volumen ocupado del pedraplén, obteniendo asi la densidad.
Los espaldones (zona exterior o borde) deben tener un ancho de unos 4 m., y se ejecutan
en tongadas menores que el núcleo (zona interior), siendo más difícil para los compactadores
llegar al borde, incluso se utilizan los más ligeros.
(
(
Fig. 13.36 Compactación de pedraplenes.
La macrocata es también útil para comprobar la calidad del esqueleto mineral V, y la
granulometria
resultante, después de realizada la compactación.
Si el pedraplén es de altura importante también se requiere un control de medición del
asiento debido a su peso propio, el cual se realiza por topografía, oscilando entre el 0,25-1 % de
la a!tura total.
13.10 MATERIAL TODO UNO.
Se llama así al material no clasificado
procedente de excavación, cuando tiene una
granulometría desde tamaños normales de 20-30 cm., incluso los de 60 cm. pero no excediendo
del 35% los > 15 cm. En general son materiales que no son ni terraplén ni pedraplén.
Se extiende en capas de espesor entre 1 y 1,5 del tamaño máximo.
Es compactable de forma similar al material granular. El control de compactación es
mediante el ensayo de placa de carga, de diámetro el mayor posible, (/> 30, 60, 80 cm., según sea
el tamaño máximo y la capacidad portante exigida.
También se controla la compactación con macrocatas, como si fuesen pedraplenes.
Según la granulometría,
y de más a menos restrictivo, los controles de compactación
serían: nuclear, placa de carga, macrocata.
13.25
13.11 PAQUETE DEL FIRME.
Está constituído de abajo arriba por las capas que figuran en el siguiente cuadro.
Ref
capa
1
Explanada
2
VARIANTE A
- Subbase de zahorra natural
- Base de zahorra artificial
3
4
Rango espesor
en perfil (et)
Extendido por
Co1pactación
Motoniveladora
-compactador vibratorio de suelos
de 15 t.
50
20 - 25
20 - 25
VARIANTE B
- Suelo cemento
- Grava cemento
15 - 25
15 - 25
Extendedora
Aglomerado en caliente:
- Base
- Intermedia
- Rodadura
8 - 12
-Compactador de dos tambores
vibratorios de l0t.
-Compactador de neumáticos 21-35t.
-compactador liso estático l0t en
aglomerado.
6- 9
4- 6
Tabla 13.16 Paquete de firme.
E] ensayo de laboratorio en las Ref. 1, 2 y 3 es el PM; en obra en Ref. 1 y 2 el nuclear
de transmisión directa y en la Ref. 3 el nuclear de retrodispersión.
Fig. 13.37 Compactador de dos tambores vibratorios para
suelo cemento, grava cemento y mezcla asfáltica.
13.11.1 EXPLANADA.
Esta es una capa muy importante ya que sus capas superiores son caras, y debe ser
'
13.26
extendida lo más precisa posible en espesor, sin pasarse de la cota, porque cualquier desigualdad
negativa en los varios Km. de un tramo de carretera, representa muchas toneladas de material
de la capa superior, que constituyen una partida que se gasta innecesariamente
ahorrarse.
y que debe
(
•
Este es un motivo económico y también hay otro técnico, porque la regularidad
superficial de cada capa influye en la siguiente superior, y así hasta la rodadura, que es la que
da la calidad al usuario.
Por otra parte, al ser el cimiento del firme, las especificaciones
de compactación y
controles deben ser más rigurosos, recomendándose además del nuclear la placa de carga.
Interesa, pues, que la nivelación sea lo más perfecta posible y se utilice una
motoniveladora dotada de los últimos adelantos de nivelación, que en este momento es el
sistema de ultrasonido, porque no hay contacto con el hilo de nivelación de la capa. La
motoniveladora realiza un refino de precisión con unas seis pasadas y precisión ± 1 cm.
En los casos en que se coloque firme de hormigón hidráulico sobre la explanada, puede
ser más conveniente nivelar con refinadora o Trimmer en vez de motoniveladora, porque la
refinadora puede nivelar en el ancho total de la extendedora de hormigón de 10 m. y además
requiere menor habilidad para el maquinista que una motoniveladora.
Si se puede disponer de esta máquina, resulta más precisa y simple de manejo que una
motoniveladora para utilizarla en la explanada, aunque el firme no sea de hormigón hidráulico.
ffs X/\
Fig. 13.38 Niveladora refinadora Trimmer. Refinadora de base Gomago 8500B, Cat TR-500.
13.11.2 OTRAS CAPAS SUPERIORES.
Lo dicho anteriormente sobre la importancia de la nivelación en la explanada vale para
las capas superiores, es decir, son rentables las extendedoras con los perfeccionamientos
disponibles en el mercado que sean capaces de colocar los espesores del firme lo más próximos
a los del proyecto.
(
f
(
13.27
13.12 UTILIZACIÓN DEL COMPACTADOR DE NEUMÁTICOS Y EL DE DOS
TAMBORES VIBRATORIOS.
La rapidez que se consigue en la
compactación
vibrantes
con
los
ha desplazado
compactadores
el efecto
en
profundidad que tiene el compactador de
neumáticos y su utilización queda reducida
a una mejora de la calidad superficial, por
un efecto de amasado.
Esta
es
acción
muchas administraciones
compactación
importante
y
lo exigen en la
de suelo cemento y grava
cemento, formando parte del equipo de
compactación
con
los
compactadores
vibratorios de doble tambor, que son los
Fig. 13.39 Compactador de 7 neumáticos, 21 t.
que se utilizan para las mezclas asfálticas.
El compactador normal de neumáticos tiene una carga por rueda de 3 t. La velocidad
de trabajo es ~ 6 Km/h.
Compactador
de
neumáticos
Carga+ lastre
a 21 t
30 t
1 35 t
Ancho compactación
1800 mm
2500 mm
2100 mm
N2 de ruedas
7
9
7
Carga máx. por rueda
• 3t
• 3t
~ 5t
• Suelo cemento y aglomerado
* Grava cemento y capas muy gruesas de aglomerado
Compactador
de dos
tambores
vibratorios
Peso
a 10 t
1 16 t
Ancho compactación
1600 mm
2100 mm
Amplitudes
0,15 - 0,4 mm
0,4 - 0,8 mm
N2 de tambores
2
2
Carga axial Kg/cm
30
37
Capas
* Capas finas 5-6 cm de aglomerado
** Capas gruesas 8-12 cm de aglomerado
*** Suelo cemento y grava cemento
* Si tiene varias amplitudes, elegir la menor.
** Si tiene sólo dos amplitudes, tomar la mayor. Si tiene varias, tomar 0,4 mm
***Tomarla mayor de las que tenga
Tabla 13.17 Equipo de compactación. a Modelos más utilizados.• Modelos de más producción.
(
(
13.28
13.13 PRESAS DE MATERIALES SUELTOS.
13.13.1 TIERRAS.
(
(
13.13.1.1 NÚCLEO.
Si el material es fundamentalmente arcilloso, como es el caso más frecuente, es válido
lo referido en el apartado 13.3 utilizándose los rodillos pata de cabra y compactadores de alta
(
(
velocidad con pies tamping en extendidos de 25-40 cm. y 20-30 cm. en perfil (compactado).
Si hay riesgo de lluvias al finalizar la jornada se sella la tongada con rodillo liso y al
reanudar el trabajo se rompe la superficie lisa con el pase del pata de cabra.
La pluviometría puede reducir los meses de extendido si la humedad natural es muy
superior a la óptima, y también influye en la traficabilidad de las máquinas.
A veces se recurre a las gradas de disco para orear el núcleo y disminuir su humedad.
Las densidades son más exigentes que en carreteras, y se extienden capas de igual o
menor espesor.
(
(
'
''
(
13.13.1.2 ESPALDONES.
Si el material es conglomerado se compacta con rodillos vibratorios lisos. El extendido
es con un tractor mediano en capas de unos 60 cm. y 50 cm. en perfil.
(
La humectación es un problema importante en estas presas de tierras, porque el riego
con cisterna no penetra bien en estos espesores y el gran número de cisternas necesarias
(
complica el tráfico. Es preferible la humectación en cantera, con arranque mediante tractores
en vez de retroexcavadora, regando con cañones delante de la hoja empujadora; este sistema
(
requiere una balsa y red de tuberías del tipo de riego por aspersión.
Cuando el material es grava o escollera, la climatología no influye en el extendido, salvo
fuertes lluvias o heladas. Con estos materiales y en el caso de núcleos inclinados se puede
adelantar la elevación del espaldón contrario a la inclinación cuando no se está en la estación
de las arcillas del núcleo. El otro espaldón puede ir subiendo a cota inferior que el núcleo.
Si se utilizan traíllas se riega delante del corte.
13.13.2 ESCOLLERA.
La altura de las tongadas puede ser entre 0,5 y 2,5 m. siendo el tamaño máximo de la
piedra aproximadamente el 70% de la altura de la tongada,
anteriormente en pedraplenes.
pero es válido lo dicho
Los finos son necesarios para la compactación y crear una superficie superior de la tongada de
forma que los compactadores no trabajen sobre las esquinas y puntas de la escollera.
Terminada la compactación de cada tongada se lanza un chorro de agua a presión de 2-4
atm. con monitores para arrastrar los finos al interior y formar una zona rugosa de contacto
entre tongadas.
13.29
El tamaño de la piedra depende de la capacidad del cazo de las cargadoras, que debe
ser el triple del volumen de la piedra, y ésta a su vez condiciona la capacidad de los dumperes,
que conviene tengan un volumen entre 4 y 5 cucharas de la cargadora. Piedras de 1 m. requieren
cargadora mínima de 3 m 3 y dumperes mínimos de 20 t., resultando tongadas de 1,5 m. que se
extienden y refinan con tractor o con retro.
13.14 RANGO DE ESPESORES DE MATERIALES, DENSIDADES, HUMEDADES.
La Tabla 13.18 resume rangos para distintos materiales referidos al ensayo PM. El %
de humedad es referido al peso seco.
Tipo de 1aterial
Espesor
tongadas (et)
Densidad seca
d (t/13) PM
H111edad ópti1a
Wap %
Método control
co1pactación.
Pedraplén
50 - 100
n= 12-17% huecos
Agua 10 -20
Macrocata
Todouno
40 - 80
2 - 2,2
5- 9
Placa de carga
Suelo granular
40 - 80
1,9 - 2,1
6 - 10
Nuclear
Zahorra
30 - 40
2,1 - 2,3
8 - 12
Nuclear
Arena arcillosa
25 - 40
1,8 - 2
8 - 10
Nuclear
Arena limosa
20 - 30
1,9 - 2,1
8 - 10
Nuclear
Limo arenoso
25 - 35
1,7 - 1,9
8 - 11
Nuclear
Limo
20 - 25
1,6 - 1,8
10 - 12
Nuclear
Limo arcilloso
20 - 25
1,5 - 1,8
12 - 16
Nuclear
Arcilla
20 - 25
1,5 - 1,7
16 - 30
Nuclear
Tabla 13.18 Rango de espesores compactados, densidades y humedades para distintos materiales.
13.15 RANGO DE ESPESORES, SUELOS Y MÉTODO DE COMPACTACIÓN EN
MOVIMIENTO DE TIERRAS.
Pata de cabra
Vibratorios
Espesor compactado (cm)
20 - 30
25 - 60
Velocidad de trabajo (Km/h)
7 - 10
2-4
Nº de pasadas
5 -8
4-8
Tab1a 13.19 Esquema simplificado de método de compactación y compactadores.
(
(
13.30
(
(
(
Pedraplén
1 Todouno
1 Granular
1 Limos
Vibratorios
j Limos, arcilla
Arena arcillosa
'
1 Arcilla
(
r
Pata de cabra vibratorios
Pata de cabra
{
'
Tabla 13.20 Esquema simplificado de suelos y máquina de compactación.
(
13.16 TRAMO DE PRUEBA Y DETERMINACIÓN
DE LA PRODUCCIÓN.
{
Debe tener una longitud de unos 150 m. Es útil si hay grandes volúmenes de materiales
homogéneos. Puede ser en la misma traza con autorización de la dirección de obra.
(
'
El objeto del mismo puede ser determinar:
(
a) La humedad necesaria
b) Número de pasadas, cuando el espesor de la capa es fijo
(
c) El espesor, cuando éste no está fijado en el pliego de condiciones
d) Características del compactador, cuando éste es vibratorio, tales como frecuencia y amplitud.
e) Comparación de varios compactadores para determinar el más favorable, obtención de
densidad, producción y asientos. En este caso hay que hacer un tramo para cada uno.
Hay muchos casos en que los materiales son uniformes, como son las subbases, bases
y núcleos en el caso de presas y en ellos está justificada la conveniencia de hacer un tramo de
prueba. Cuando los materiales son cambiantes, se hacen ensayos granulométricos,
plasticidad
lúnites de
y Proctor con el material de todos los tajos y como máximo cada 2 días para
determinar la densidad y humedad óptima, variándola ± 1 ó 2 puntos del lado de la curva, seco
o húmedo, que interese geotécnicamente.
Normalmente el PN es para suelos.
Con algunos tipos de arcillas, o en el caso de núcleos de presas, puede ser más
conveniente
pasarse al lado húmedo para evitar hinchamientos
posteriores o saturar para
contrarrestar presiones en el fracturamiento hidráulico producido en la puesta en servicio, así
como aumentar la capacidad portante de la arcilla, la cual del lado seco es baja.
13.31
2---
'º
E
E
"':::
EQUIPOS PARA
TRAMO DE
PRUEBA
JO
EXTENS . lcOM PACT .
#
"'
RODILLO
VIBRANTE
1
so
z
w
LEBRERO
RAHILE
2
(mi
0 . 60
ll so
BULLOOZE•
"' 'º
ESPESOR
OE
CAPA
<(
0 . 60
160
3
'º
4
'º
RODILLO
< 0.60
VIBRANTE irrrgulor
PATA
DE
L1 SO
CABRA
LEBRERO
RAHILE
0. 50
185 TT
lO
'º
NUMERO DE PASADAS DOBLES
Fig. 13.40 Pruebas de compaclación.
Gran terraplén Nafa-Sur. FUENTE A. Soriano
La Fig. 13.40 se refiere a un terraplén del A VE de 45 m. de altura, con material
fundamentalmente
pizarras. El tramo 3 se hizo con espesor antes de compactar 30 cm., dando
3 pasadas de pata de cabra para trocear bien el material y 4 pasadas posteriores
de rodillo
vibrante liso, midiéndose asientos menores. Éste es un ejemplo de conclusiones al realizar un
tramo de prueba.
Cuando se trata de oblener el espesor más favorable, Fig 13.41, se construyen escalones
determinándose
en cada uno el número de pasadas necesario
para obtener la densidad
especificada, y si ésta se alcanza, se calcula la producción correspondiente,
cual es la máxima.
20
25
30
delerminándose así
40
Fig. 13.41 Tramo de prueba. Ejemplo de escalones.
También se hacen carriles con distintas humedades y pasadas, Fig. 13.42.
(
13.32
(
(
(
(
(
(
r
(
.
(
e
(
a
(
(
(
fig. 13.42 T<amo de P,-ueba. Ejemplo de cambio, de humedades y n• de pasada.
La fórrnula de la producción es:
p (m' / h) ,
~
(
X L
(m) X V (m/ h) X K,_ X fh
(
e, espeso, de la capa de,pué, de -pactada, o sea, en pe,fil
L: longitud del tambor
(
N: número de pasadas
K 1 : coeficiente de solape entre pasadas
V: velocidad de trabajo
fh : factor eficiencia horaria
PS
e1
espesores
Fig. 13.43 Cun,a, de densidades y p,o<Jueción en función de espe,ore, a,. cte. del compactado,.
(
13.33
Para un compactador determinado, de un ancho L, y a una vcJocidad constante para la
prueba, para cada número de pasadas, se obtiene una curva de densidades para distintos
espesores (Fig. 13.43).
La curva d3 da 1a densidad para un valor supuesto de N =3 pasadas, en la que
normalmente al aumentar el espesor, disminuye la densidad alcanzada.
Si se aumenta el ni? de pasadas (energía en obra), aumentará la densidad, y se obtendrán
sucesivamente las curvas d4 (N =4) y d5 (N =5).
Por otra parte, la producción, para un valor fijo de N, será P
corresponderá a las rectas P3 (N =3), P4 (N =4) y P5 (N =5).
K x e, luego
Si se quiere conseguir una densidad determinada d 1, ésta podrá alcanzarse con el espesor
ei, obteniendo una producción máxima, Punto Pl, en la intersección con la recta P3 (N =3).
En el espesor c 2 , la producción máxima será el P2 en la intersección con P4. En el
espesor e 3 sería el P 3 • Uniendo los puntos Pi, P 2 y P3 se tiene una curva que dará un máximo
(espesor e', N entre 3 y 4: se toma 4). Variando las velocidades se obtienen nuevas curvas.
Para cada compactador hay que hacer, evidentemente, nuevos tramos.
El interés del tramo prueba está también en relación con sus resultados en el aspecto
económico, y el valor de los compactadores a utilizar.
Para los valores de las densidades debe tomarse la media de un número suficientemente
importante de ensayos, y en puntos adecuados para que sean lo más representativos.
El cálculo de la producción puede hacerse también estudiando un ciclo completo. Para
ello se considera una longitud determinada, ancho y espesor final y se obtiene por consiguiente
la capacidad, C, del compactador. El tiempo t del ciclo será el utilizado en dar las pasadas
necesanas.
p = C X 60
t
X
fh
Siendo:
el tiempo del ciclo:
l = Nº de pasadas x t de cada pasada
sustituyendo:
X
p = ]
C = ancho x espesor x distancia = I x e x d
N x d / V
V
1 X e X V
e X d X -- X fh =
N
Nxd
X
fh
En realidad habría que considerar en el te los tiempos invertidos en los cambios de
sentido y durante los recorridos en el material compactado para cambiar de carril, pero se
pueden englobar en el coeficiente fh cuando se emplea la fórmula.
(
13.34
13.17 CASOS PRÁCTICOS Y EJERCICIOS.
(
C. P. 13.1 Rendimientos de obra:
- Compactador de alta velocidad con pisones de 32 t, capas de 25 cm, 450-500 m 3 /h.
'
- Extendido material de terraplenes y compactación
(
"-'80 pts/m 3•
f
t
- Rodillo vibratorio de suelo de 10 t, 200-300 m /h.
3
- Extendido de grava cemento:
(
1 Extendedora con regla de 10 m. de ancho.
(
2 Compactadores tándem vibrantes de 15 t.
(
1 Compactador de neumáticos de 5 t/rueda.
Produción del equipo: 600 t/h.
- Extendido de aglomerado:
(
1 Extendedora de 10,5 m.
2 Compactadores tándem vibrantes de 10 t.
(
2 Compactadores neumáticos de 3 t/rueda.
(
Producción del equipo: 180 ml/h.
EJERCICIO 13.2
Se va a realizar al extendido nivelación y compactación de un material granular de factor
de esponjamiento 0,8 y se exige una producción mínima en volumen en perfil de 5000 m 3/día,
con un horario de trabajo de 11 horas/día. Los camiones que suministran el material son de 16
m 3, la máquina niveladora extiende camión por camión, en tongadas de un ancho de 3,5 m y un
espesor de 25 cm., siendo necesarias 6 pasadas sin considerar el retorno. La velocidad de trabajo
es de 7 Km/h y la velocidad de retroceso 16 Km/h. El tiempo de maniobras es de 10 segundos.
Para la compactación se utiliza un rodillo vibratorio de 15 t y 2,15 m de anchura, siendo
necesarias 4 pasadas realizadas a una velocidad de 3 Km/h.
Calcular cuantas motoniveladoras
y rodillos vibratorios
se necesitan. Se supone un
coeficiente de eficiencia horaria de 0,83. La compactación tiene un coeficiente de solape de 0,9.
Solución:
a) Producción de la motoniveladora:
Se necesita una producción en material suelto de :
P = (500 / 11) x (1 / 0,8) = 568 m 3 L/h
Como la máquina niveladora extiende camión por camión, en tongadas de 3,5 de ancho
y un espesor de 25 cm, la longitud de extendido será:
16 m3 = 3,5 x 0,25 x L; L = 18,29 m
Cálculo del tiempo del ciclo:
v ida
= 7 Km/h = 1,94 m/s
13.35
V,0 1 = 16 Km/h = 4,44 m/s
l;da
= L / V ida = 18,29 / 1,94 = 9,43 s
l,cr
= J / Y rct = 18,29 / 4,444 = 4,12 S
= 10 S
t rota! = 23,55 S
tfijo
tiempo del ciclo = t,01ai x n2 de pasadas
=
141,3 s
P = (volumen / ciclo) x (n2 ciclos / hora)
p = 16 X (3600 / 141,3) X 0,83 = 338,3 m 3 /h
Se tendrá que trabajar con dos motoniveladoras:
P = 2 x 338,3 = 676,6 m 3 L/h mayor que 568 m 3 L/h
b) Producción del rodillo vibratorio:
Se necesita una producción en perfil de 5000 / 11 = 454 m 3 b/h
La producción de un compactador viene dada por la expresión:
P = .!!_
N
X ]
X
V X K X fh
e: 0,8 X 0,25 = 0,20
donde:
N: 4 pasadas
l: 2,15 m (ancho del rodillo)
V: 3 Km/h
K: 0,9 (coeficiente de solape)
fh: 0,83
quedará por tanto:
p = (0,20 / 4) X 2,15 X 3000 X 0,9 X 0,83 = 241 m3 b/h
Se necesitan dos compactadores:
P = 2 x 241 = 482 mayor que 454
EJERCICIO 13.3
Se forma un terraplén de 16000 m 3 con una altura de 4,5 m y un terreno mixto granulararcilloso con objeto de formar una presa en un lago artificial de un club de golf.
La compactación se realiza con un rodillo vibratorio de 15 t, con patas de cabra con una
altura de patas de 20 cm y un ancho de 2,15 m.
Se pide estimar cuántos días son necesarios.
Solución:
Se estima un espesor de tongadas de 15 cm, para que la altura de tongada sea 3/4 de la
altura de las patas y sean necesarias menos pasadas, que se evalúan así en 4. Se supone un K =
0,8.
La producción de un compaclador viene dada por la expresión:
(
(
13.36
e
P = N
X
1
X
V X K X fh
(
(
(
(
e: 0,8 X 0,15 = 0,12
donde:
N: 4 pasadas
1: 2,15 m (ancho del rodillo)
V: 3 Km/h
f
K: 0,8 (coeficiente de solape)
(
fh: 0,83
quedará por tanto:
p
(0,12 j 4) X 2,15 X 3000 X 0,8 X 0,83 = 128 m 3 b/h
'
Suponiendo jornada de 8 horas, se necesitarán:
16000 / (128 x 10) = 13 días
APÉNDICE 13.1 CONTROL CONTINUO DE COMPACTACIÓN
(MÉTODO FRANCÉS).
Admite la siguiente alternativa de control de compactación,
a) Por densidad ó método convencional de producto terminado. Define el % de densidad
Proctor para distintas partes de terraplén, explanada, y suelos sensibles al agua (lote de
control).
b) Control
continuo
o del Procedimiento
utilizado.
Para ello se basa en una
clasificación francesa del suelo A,B,C,D según utilización y subclasificaciones.
Para cada tipo de suelo compactado se fija el espesor máximo de la tongada y en lugar
de especificar o controlar el número de pasadas, lo hace por el parámetro Q/S siendo:
Q = Volumen se suelo compactado en un tiempo determinado
S = Superficie cubierta o barrida por el compactador en ese mismo tiempo
S
L x D
donde: L = Ancho del compactador
D = Distancia recorrida controlada por un cuentakilómetros colocado en el compactador
Los compactadores se clasifican según la tabla:
(
13.37
Neumáticos
Tipo
Vibratorios
Carga/rueda
Tipo
t
Pata de cabra
Carga axial
Kg/cm·l
P1
2,5 a 4
Vl
15 a 25
P2
4a6
V2
25 a 35
P3
> 6
V3
25 a 45
V4
45 a 55
V5
> 55
Veloc.
2 a 3 Km/h
Veloc.
< 6 Km/h
Tabla 13.21 Clasificación
Tipo
Carga axial
Kg/cm · l
PD1
30 a 60
PD2
> 60
Veloc.
12 Km/h
francesa de tipo de compactadores y velocidades.
Para cada tipo de sucios, desarrolla una tabla con las siguientes notaciones:
1ª cifra ( espesor de las capas)
Signos
O: Máximo posible
~
1: Delgadas, máximo (15-30 cm según capas)
(==:::::J
F
~
2: Medias (25-50 cm según capas)
2ª cifra (intensidad de compactación)
Signos
O: Intensa
_J1L
_41_
_ill_
1: Media
2: Débil
Tabla 13.22 Notaciones. Método francés de compactación. Fuente 1. Morilla
y de acuerdo al tipo de compactador, asigna los valores de 0/S y del espesor e. El sistema de
control de Q/S es más sencillo que el del número de pasadas.
(
(
'
13.38
(
APÉNDICE 13.2
(
Ensayos referenciados en el texto y normas correspondientes.
(
(
(
''
Ensayo
Norma
PN
PM
NLT-107176
NLT-108176
Humedad
Cono de arena
NLT-102
NLT-109172
Carga con placa
Huella
NLT-357186
SNV-670365
Indice MCV
Inglesa TRRL año 1976
Equivalencias de unidades de presión de S.I. y métrico (K=mil, Mega=un millón).
Pa = N/m 2 "' 10·5 Kg/cm 2
KPa "" 10·2 Kg/cm 2
MPa = 10 Kg/cm 2
1 Kg/cm 2 = 10 t/m 2 "" 100 KPa =10· 1 MPa
10·1 MN/m 2
1 Kg/cm 2 "' 102 KN/m 2
Equivalencias de tamices.
Tamiz UNE
Tamiz ASTMz
40
l½"
20
3 / 4"
10
3
5
2
nº 4
nº 10
0,40
nº 40
nº 200 (75µ)
0,08
/e"
La abertura del tamiz UNE es la misma cifra en mm.
(
(
13.39
Equivalencias de unidades de presión de S.I. y métrico (K = mil, Mega = un millón).
Pa = N/m 2 "" 10·5 Kg/cm 2
KPa "' 10·2 Kg/cm 2
MPa = 10 Kg/cm 2
1 Kg/cm 2 = 10 t/m 2 "" 100 KPa = 10·1 MPa
10·1 MN/m 2
1 Kg/cm 2 "" 10 2 KN/m 2
Equivalencias de tamices.
Tamiz UNE
Tamiz ASTMz
40
11;;
20
10
3//
3/ s"
5
nº 4
2
nº 10
0,40
nº 40
0,08
nº 200 (75µ)
La abertura del tamiz UNE es la misma cifra en mm.
(
f
t
'
(
(
(
(
(
í
(
'
(
(
(
'
(
{
(
(
{
{
(
(
(
(
(
(
(
(
l
(
(
(
(
l.
L
l
l
(
l
(.
~
14.1
CAPÍTULO 14
ANEXO I. INTRODUCCIÓN A LA COMPACTACIÓN VIBRATORIA
Se exponen los conceptos básicos que permiten progresar las técnicas de aplicación de
los compactadores
vibratorios.
14.1 MODOS DE COMPACTACIÓN.
Existen
básicamente
cuatro
formas
de compactar
los suelos,
según
el efecto
predominante (Fig. 14.1) o combinación de los mismos, a los que se corresponden distintos tipos
de compactadores,
Tabla 14.1.
Peso estático
Amasado
Impacto
Vibración
Fig. 14.1 Formas de compactar.
Peso estático
Amasado
Impacto
Vibración
(s)
(p) Y (sp)
(pq)
(v)
Antigua apisonadora
-triciclo 15-20 l _
l+- ldem tándem 8-10 l _
_
Pisones 70-90 Kg __
_compacladores de neumáticos 21-35 1 _
1
Planchas
vibrantes
¡..---50-300 Kg_
i---Rodillos pata de cabra remolcados 5-10 t _
1
¡ . _ Compactadores
autopropulsados
pata de cabra 20-32 t _ _ _ _....,.1
1
,..-_ _ _ _Compactadores vibratorios pata de cabra 16-20 t -
i
Compacladores vibratorios
,.,-_ _ _ _ de tambor liso 10-20 t _ _ __,-~11
1
Tabla 14.1 Formas de compactar y compactadores
(
f
14.2
(
14.2 SISTEMA DE VIBRACIÓN DE UN COMPACTADOR VIBRATORIO DE
SUELOS.
'
(
Un compactador vibratorio (Fig. 14.2) tiene un Lambor de masa M 0 (Masa vibrante), en
'
cuyo interior (Fig. 14.3) hay un eje provisto de una masa excéntrica, m, que al girar a un número
(
determinado de revoluciones, w, produce una fuer:,.a centrífuga, Fe, la cual origina la vibración
del cilindro.
''
(
(
Fig. 14.3 Cilindro M 0 •
Fig. 14.2 Compactador vibratorio de suelos.
El movimiento vibratorio pasa a través de los discos laterales del cilindro al tambor o
chapa curvada, y desde ésta se transmite al suelo.
El tambor vibranle completo con su eje, está suspendido flotante en ambos lados por
medio de unos amortiguadores constituídos por varias placas sandwich de hierro-goma-hierro
vulcanizadas que impiden el paso de las vibraciones al bastidor (masa aislada). Una placa de
hierro de] sandwich está atornillada al tambor y la otra al bastidor.
El perfecto estado de estos amortiguadores es importantísimo para el correcto
funcionamiento del compactador vibratorio, y constituyen una parte esencial de vigilancia.
14.3 PARÁMETROS DE UN COMPACTADOR VIBRATORIO DE SUELOS.
Fig. 14.4 A = Unidad motriz B = Unidad vibrante
Para designar los parámetros que intervienen se utiliza la terminología de las Normas
Europeas, para Compactadores vibratorios y Compactadores de suelos, del Comité para Equipos
'
(
14.3
de Construcción
Europea (CECE) Sección III .
PARÁMETROS
SÍMBOW
UNIDADES
D
L
cm
cm
M
Kg
Mo
Kg
Ml
M
1/L
M
1/ (lxD)
Kg
Paráletros geonétricos
-Diámetro del tambor
-Longitud de la generatriz vibrante
Paráletros ponderales o estáticos
-Peso operacional: peso total de la máquina
-Masa vibrante
-Carga axial sobre el rodillo vibrante: Parte de la masa
total M, ejercida sobre el suelo por el rodillo vibrante
-carga axial en el ancho de compactación
-Número de Nijboer < 0,25
Kg/cm
Kg/cm 2
Parámetros dinámicos
-Frecuencia de la vibración
-Fuerza centrífuga, Fe= mr w2 , w= nQde rpm.
-Amplitud nominal, o teórica en el aire, A0 = mr/M
0
f
Fe
Ao
Hz
N
mm
Tabla 14.2 Parámetros de un compactador vibrante de suelos.
14.4 FRECUENCIA DE VIBRACIÓN.
El movimiento vibratorio del cilindro es una armónica sinusoidal con una amplitud y una
frecuencia, Fig. 14.5.
e
"O
.5
:g
A = Amplitud
y-ASenwt
w • 2lTf
:g
f = frecuencia
w = vetoc. angular
= 2Jrf (rad/s)
>
o
:e
.\. = long. de onda (m)
T = Período (seg)
Fig. 14.5 Armónica del movimiento vibratorio.
La frecuencia de vibración del cilindro es la misma que la velocidad de rotación del eje
excéntrico, w, pero con un determinado desplazamiento
de fases.
La vibración del cilindro produce la del suelo, que tiene también la misma frecuencia,
(
'
14.4
aunque con otro determinado desplazamiento de fases.
'
(
(
,-
14.5 FRECUENCIA DE RESONANCIA.
Los suelos reaccionan de distinta forma a distintas frecuencias de vibración. Cada suelo
(
tiene una frecuencia de vibración propia de resonancia y se ha comprobado experimentalmente
que si se vibra a su frecuencia de resonancia se consiguen las densidades máximas, lo que
supone que los desplazamientos o amplitudes de movimiento son los máximos.
(
{
(
Las frecuencias naturales de materiales de suelos han sido conocidas mediante ensayos
por el profesor Converse en 1957 y publicadas por la ASTM (boletín n2 156), Tabla 14.3.
(
(
Tierra de relleno suelta
1100 a 1150
Materiales de base escogidos
Mezclas arena arcilla
1150 a 1300
1200 a 1300
Arena mediana limpia
Gravilla con piedra
1300 a 1400
1300 a 1400
Arena gruesa limpia
1400 a 1600
{
(
(
Tabla 14.3 Frecuencias de resonancia.
De lo anterior se deduce que hay que procurar vibrar a la frecuencia más próxima a la
de resonancia del suelo en cuestión (los casos de excepción son las descompactaciones en suelos
de resonancia aguda).
Sin embargo la dificultad está en variar la frecuencia de vibración automáticamente en
cada pasada, ya que al ir compactando cambian las condiciones del suelo.
14.6 AMPLITUD DEL MOVIMIENTO VIBRATORIO.
Cuando el tambor vibra, éste se desplaza
en un movimiento hacia arriba y hacia abajo.
Esta distancia vertical se denomina amplitud
(2A
Fig. 14.6.
0 ),
Dado que no es posible
2 A0
AMPLITUD
Fig. 14.6 Movimiento vibratorio del
tambor.
conocer
la
amplitud del sistema cilindro-suelo, se toma
como referencia la amplitud del cilindro (masa
aislada), supuesto en el aire.
{
14.5
14.6.1 DETERMINACIÓN DE LA AMPLITUD NOMINAL A 0 •
,
... - - ....
Sea el cilindro de masa M0 y centro de gravedad
O, y una masa excéntrica
de masa m y centro de
gravedad Gm, con excentricidad
r, que gira también
alrededor de O. El centro de gravedad del conjunto está
en GM. (Fig. 14.7).
Si gira la masa excélrica,
se desarrolla
una
fuerza centrífuga Fe = m x r x w 2 que pasa por el eje
o, y que tiene su reacción en este eje, siendo ambas
fuerzas
interiores
al sistema,
por consiguiente,
movimiento de las masas excéntricas
posición
Fig. 14.7 Obtención de A 0 •
de
GM.
desplazamiento
Para
del
el
no modifica la
que
esto
se
cumpla,
cilindro
debe
ser
en
contrario al de las masas excéntricas, osea cuando GM describe una circunferencia
el
sentido
de radia r,
el centro de gravedad del cilindro O describe otra de sentido inverso y de radio A 0 tal que:
m X r = Mo X Ao -
Aº= m X r / Mo
El movimiento vibratorio del tambor, está pues, en desfase con la masa, y su valor
máximo es n, que corresponde
a la máxima amplitud para la frecuencia
próxima a la de
resonancia.
La amplitud teórica o nominal, no depende, pues, de la frecuencia de vibración f.
La amplitud real si, y cuando la frecuencia es próxima a la de resonancia f" alcanza su
valor máximo.
La Fig. 14.8 representa la variación de la
A
amplitud A en relación a la f/f ,.
Al aumentar las frecuencias, ocurre que al
suelo le resulta difícil seguir el movimiento
y
disminuyen las amplitudes hasta el valor asintótico
Aa.
o
Fig. 14.8 Variación de amplitudes
reales según f/f,
La Tabla
un rango
amplitudes.
Suelos arenosos
Suelo cemento, grava cemento
Mezclas asfálticas
14.4 presenta
1,6 · 1,9 mm
"'1 mm
0,2 - 0,8 mm
Tabla 14.4 Rango experimental de amplitudes de compactadores vibratorios.
de
f
(
14.6
(
Cuanto mayores sean los espesores a compactar convienen amplitudes más grandes, por
consiguiente son más favorables los compactadores cuanto más amplitudes tengan.
(
Al aumentar la compactación con el número de pasadas, lo hace también la rigidez de
la capa, por consiguiente conviene disminuir la amplitud de vibración, es decir de más a menos,
según número de pasadas.
14.7 FUERZA CENTRÍFUGA Y FUERZA APLICADA .
Cuando el tambor desciende en su movimiento, las fuerzas que transmite al suelo son:
(
- la componente de la fuerza centrífuga sobre la vertical, cuyo valor máximo es,
'
Fe = m X r x w2 = A 0 x M 0 x w 2
Sin embargo debido al desfase entre el movimiento ondulatorio del cilindro y el giro de
la masa excéntrica, ambas fuerzas no tienen por que coincidir en el mismo sentido y sumarse
algebraicamente. Incluso el cilindro puede estar en despegue, en el aire, cuando la Fe está en
su máximo hacia abajo.
Por eso no tiene utilidad llamar fuerza dinámica o fuerza aplicada a la suma de las
fuerzas M 1 y Fe· Estas tienen interés en el impacto que se verá posteriormente.
14.8 IMPACTO Y ONDAS DE PRESIÓN.
El cilindro en su movimiento oscilatorio experimenta unos desplazamientos verticales,
del suelo (despegue),
ya que éste no puede seguirle, y acumula una energía
potencial, que se transforma en energía cinética de caida. Esta se convierte en energía de
impacto en el contacto con el suelo.
..
El nº de impactos por segundo coincide con
la frecuencia f del movimiento vibratorio.
Esta sucesión de impactos propaga por el
suelo unos trenes de ondas de presión, en forma de
ondas esféricas, con una velocidad de propagación,
que depende de la rigidez del suelo.
Estas ondas de presión,
que son muy
superiores, por ser instantáneas,
a las producidas
únicamente
oscilatorio
por el movimiento
sistema tambor-suelo,
Fig. 14.9 Ondas de presión.
'
(
- la que ejerce la gravedad, M1.
levantándose
'
'r
'
''
estructura
inicial
del
ocasionan la rotura de la
del
suelo
y
una
nueva
{
14.7
reordenación de sus partículas en otra más cerrada.
Las presiones y deformaciones desarrolladas por las ondas de presión están desfasadas
entre sí, en función creciente con la rigidez del suelo.
Si se compacta una capa de material sobre otra ya compactada, las ondas de presión al
llegar a otra más rígida, se reflejan con otra onda de presión de menor intensidad.
Fig. 14.10 Reflexión de las ondas de presión.
La intensidad de esta onda depende de la energía absorbida, de la rigidez de la capa
inferior y del espesor.
Si éste no es grande, puede suceder que descompacte las zonas superficiales.
Consecuencias:
- la energía del impacto debe ser proporcional al material y espesor de la capa.
- mayor energía requiere mayor espesor de la capa. Para que no haya rebote por
reflexión y se absorba la energía, la capa debe ser capaz de conseguirlo.
14.9 ESPACIAMIENTO DE LOS IMPACTOS.
El espaciamiento
de los impactos depende de la velocidad
a que se desplaza el
compactador y de la frecuencia de los impactos.
e=vxt= V
X
1
f
Para una determinada velocidad, cuanto más alta es la frecuencia,
espaciamientos o más próximos están los impactos.
menores son los
f
(
14.8
t
FRffl.lOCIA = {'
(
'r
(
(
(
Fig. 14.11 Impacto por unidad de
longitud.
Las velocidades
más lentas compactan
'
Fig. 14.12 Espaciamiento del impacto.
tongadas
más difíciles,
(mayor espesor
(
o
(
dificultad) debido a mayor duración del tiempo de vibración.
(
Las velociades están comprendidas entre 1-4 Km/h según materiales y espesores.
(
(
(
(
(
Fig. 14.13 Velocidad lenta.
e= espaciamiento de vibraciones
Fig. 14.14 Velocidad rápida.
En la transmisión de las ondas de presión y del movimiento vibratorio tiene importancia
la superficie de contacto entre el tambor y el suelo, y cuanto mejor y mayor sea ésta, también
lo será aquella. Por consiguiente, cuanto mayor sea el diámetro del tambor vibrante1 mejor será
la compactación por vibración.
14.10 EFECTOS PRINCIPALES QUE PRODUCE LA VIBRACIÓN EN EL SUELO.
Reducción del rozamiento interno, produciendo una estructura más cerrada (Fig. 14.16).
- Sobrepresiones dinámicas ejercidas por las ondas de presión creadas por los impactos.
La eficacia de la vibración depende de:
- Las características del suelo
- La amplitud de vibración
- La energía de las ondas de presión.
- El espaciamiento de los impactos.
14.9
Compactación estática
Posible efecto puente
Compactación vibratoria
Efecto de la reducción del roz. interno
Fig. 14.15 Reducción del rozamiento interno por la vibración.
14.11 SISTEMAS VIBRATORIOS.
14.11.1
VIBRACIÓN CIRCULAR.
El tambor soportado
por una suspensión
flexible es libre para moverse en todas
direcciones. Es el modelo normal.
Se consigue una mayor compactación en superficie que en profundidad.
~I
Fig. 14.16 Vibración circular polidireccional.
14.11.2 DOBLE VIBRACIÓN CIRCULAR.
Tiene lugar cuando dos tambores con vibraciones circulares trabajan muy próximos. Las
ondas se componen alcanzándose una onda de mayor amplitud y parecida frecuencia a la mitad
de distancia.
(
'
14.10
'
(
/-
/ ,J.\
\..
'
J
(
(
(
(
(
(
Aumenta el efecto:
~ 80% en suelos
50% en asfalto
f
Fig. 14.17 Composición de ondas en
compactadores de doble tambor
vibratorio, con vibración circular.
(
Fig. 14.18 Compactador de doble
tambor vibratorio.
(
(
APÉNDICE 14.1 COMPACTADORES DE ALTO IMPACTO.
Existe una nueva generación de compactadores de Alto Impacto creados por la marca
Rabile, en los que se consigue, como consecuencia de la teoría correspondiente,
(
una amplitud
mayor que en los convencionales.
La teoría del impacto consiste en que a la vez que se levanta el rodillo del suelo,
acumula una energía potencial que se transforma en cinética, transmitiéndose al suelo en su
l
caída.
(
(
Como la
1
2
x M x v2
, en esta
teoría se aumenta lo más posible la velocidad
de caída, disminuyendo la masa.
Para aumentar la velocidad de caída se necesita mayor recorrido del golpe, o sea de la
amplitud, y también se disminuye el n2 de golpes, o sea la frecuencia.
Así la energía cinética en cada impacto es mayor, y el compactador disminuye su masa
total, resultando una máquina más ligera, con menos potencia, pero con más energía de
compactación en capas gruesas, que es su aplicación, reduciendo el número de pasadas respecto
a los convencionales.
APÉNDICE 14.2 MEDIDOR CONTÍNUO DE COMPACTACIÓN.
Existen instrumentos colocados en los compactadores vibratorios que orientan al
operador sobre el estado de compactación del terreno, y cuando debe suspender el número de
14.11
pasadas.
Existen diferentes sistemas según los fabricantes.
Uno de ellos llamado "compactómetro",
consta de:
- un acelerómetro colocado en el tambor vibratorio
- un microprocesador
- un reloj analógico o indicador de resuJtado colocado en la consola del operador
El acelerómetro registra la aceleración vertical del tambor al impactar sobre el material
y cuanto mayor sea su rigidez (al aumentar la densidad por el número de pasadas) lo será la
componente vertical de la aceleración.
La Fig. 14.19 indica los tipos de ondas que se van deformando con el número de pasadas.
El microprocesador calcula el cociente entre la
amnplitud del 1er armónico de la onda deformada y la
amplitud de la sinusoide descrita por el eje del tambor
en la 1ª pasada. Este cociente
analógico
aparece en el reloj
y cuando es máximo, lo es la rigidez del
suelo, y por tanto el nivel de consolidación alcanzado.
Es necesario calibrar el instrumento y mantener
uniforme
el material,
así como
la velocidad
del
compactador y sus características dinámicas, frecuencia,
amplitud.
Fig. 14.19 Compactómetro sobre
compactador vibratorio. Ondas
deformadas según nº de pasadas: 1,
6, 12.
14.12
BIBLIOGRAFÍA DE EXTENDIDO Y COMPACTACIÓN.
(
(
- Conferencias de:
Luis Fernández Montes.
(
Félix Fernández Castellá.
(
Carlos Otero.
(
Julián Rojo López.
(
(
- Teoría y práctica de la compactación. Julián Rojo.
- Sistematización de los medios de compactación y su control, MOPU, Diciembre 1987.
- Terraplenes y pcdraplcnes. MOPU.
(
(
(
(
- Manual de tierras. Bureau of Reclamation. USA
(
- Documentación de las empresas:
Dragados y Construcciones.
(
Agromán.
Aepo.
(
(
(
Elsamex.
Eu.rocons ulting.
(
Bomag.
lngersoll Rand.
(
Dynapac.
14.13
CAPÍTULO 14
ANEXO 2. PROCEDIMIENTOS DE MEJORA DEL TERRENO POR
VIBROFLOTACIÓN Y VIBROSUSTITUCIÓN
14.12 APLICACIONES.
En terrenos de gran superficie y con estratos débiles en profundidad donde se pueden originar
cargas repartidas que produzcan asientos, se puede mejorar la densidad del terreno natural mediante los
procedimientos de vibroflotación y vibrosustitución.
Estos procedimientos son más costosos pero más rápidos que la precarga, y más económicos que los
de pilotaje; se utilizan sobre todo en cimentaciones industriales, depósitos de instalaciones depuradoras,
pasos de carreteras por valles, etc. y donde las condiciones no permiten sustituir la totalidad del terreno.
En terrenos portuarios ganados al mar, lo más económico es dejar que se asienten con el tiempo y
según sean las cargas posteriores puntuales que se establezcan, recurrir a pilotes en los sitios adecuados.
A continuación se describen los procedimientos y la maquinaria utilizada, sin entrar en el estudio
del terreno y cálculos, que serían competencia de geotécn.ia.
4.13 VIBROFLOTACIÓN.
Consiste en la acción combinada de la vibración y la saturación del suelo. Para ello se introduce en
el terreno un vibrador suspendido de una grúa, fig. 14.20, y mediante su peso, el efecto de la vibración, y el
de un chorro de agua a elevada presión se produce w1 desplazamiento de las partículas, rellenando por
licuación los confines del terreno en los que surte efecto la vibroflotación, y reorganizándo así las partículas
en una estructura más densa.
Para que la vibración surta efecto, el suelo debe tener menos del 15% de finos (tamiz nº 200, 0,074
mm.), arenas limpias, escasas en España.
Cuando este contenido es superior, se necesita entonces, una aportación de material importante,
siendo adecuado el proceso de refuerzo mediante vibrosustitución o columnas de grava.
El equipo e instalaciones consta de:
Equipo de vibroflotación formado por el vibrador, equipo generador hidráulico o eléctrico y bomba de
agua.
Maquinaria e instalaciones aux.iliares: grúa, pala cargadora, taller mecánico.
(
14. 14
t
Acopios de áridos, arena, etc. e instalaciones de agua.
(
(
(
(
'
(
(
(
(
Fig. 14.20 Equipo de vibroflotación en la obra
Vibrador (torpedo). Es un cuerpo cilíndrico, fig 14.21, de 30-45 cm 0 , longitud 2-3 ,5 m y peso 2-4 t.
Tiene una masa excéntrica. accionada por un motor eléctrico de 30-100 Kw o hidráulico de hasta 160
kw.
La frecuencia de vibración varia entre 30-50 Hz, y la amplitud de vibración de la masa excéntrica es de
5-10 1mn. con fuerza de impacto de 5-30 t.
El vibrador tiene w1os tubos de prolongación de 10-15 m, hasta la polea de cuelgue de la grúa.
El grupo generador eléctrico o hidráulico está montado en la parte posterior de la grua.
Grúa. Se necesita de unos 24 m de altura, 24 t de carga, y un peso de 50 t. Ésto exige en algunos casos
aumentar la capacidad po11ante del terreno mediante un tratamiento previo del mismo con zahorra y
posterior compactación.
La bomba de agua es de presión y caudal variable. El suministro de agua es importante. unos 100 1113/h.
lo que exige instalaciones especiales, depósitos, etc.
14. 15
_ _ ___ Polea de cuelgue
Sección de conexiones
Mangueras de agua
1./n
Mangueras _hidrAulicas
o cables eléctricos
1.6-111
1--- - - Tubos de prolongación
.--~_ _ _ _ Chorros superiores
,__ _ __ Aislador de vibraciones
,_____ Vibrador
lt,lm
tt-_ _ _ _ Paso de
agua a la
boquilla de la punta
·- --Peso excéntrico
Aletas para impedir el giro
r --
-
-
-
Cono de punta
Fig. 14.21 Esquema del vibrador
Procedimiento constructivo, fig 14.22.
Se introduce el vibrador y se inyecta agua a baja presión y caudal elevado por la boquilla de la punta. fig
4.22. 1, consiguiéndose la penetración por el peso propio ayudado por el chorro del agua, y se alcanza así
la profundidad deseada.
Se corta la inyección de agua por la punta, y se inyecta agua con poco volumen y alta presión por los
chorros superiores, fig 14.22.2, situados a unos 2 m de la punta. Este aumento de la presión es lo que
origina un desplazamiento lateral del suelo y una reordenación a una estructura del mismo, empezando ·
el proceso de compactación. Se va elevando a distancias de unos 50 cm, manteniendo en cada posición
de 0,5-2 minutos. La vibración se efectúa continuamente.
Se forman así columnas cilíndricas de masa compacta de l-3 m, fig 14.22.3. El procedimiento permite
llegar económicamente hasta unos 15 m de profundidad, ,nmque los bulbos de presión por la teoría
elástica producen presiones importantes entre 6 y IO m de profundidad.
(
14. 16
1
2
(
(
(
(
··. \
(
~ (
(
(
(
.
,'
,, ,.,
',' ''
: · wat«
.,, 11ushing
..
Fig 14.22
_3
Esquema del proceso de vibroflotación:
1. Introducción mediante chorros de agua
en la punta.
2. Estado de licuación mediante agua a
presión y vibración .
3. Formación de columnas y relleno del
cráter en superficie.
Comp~ed
column
14.17
El proceso se repite siguiendo los vértices de mallas triangulares de lado máximo 3 m, fig. 14.23.
aunque el alcance o influencia decrece desde los 2 m, en el caso de arenas limpias hasta los 0,7 m, en
arenas con más del 15% de finos.
1,s ,,, < D < 3 111
d
Fig. 14.23 Mallas y zona de influencia
En la superficie del terreno se forman unos cráteres o embudos en las cabezas de las perforaciones, que
son la prueba de que se ha producido una compactación en el interior del terreno, alrededor de la
perforación. Estos embudos se rellenan con arena.
4.14 VIBROSUSTITUCIÓN.
Es un procedimiento de refuerzo del terreno que utiliza los mismos medios que el anterior, pero
con diferencias de procedimiento, y se utiliza cuando el terreno tiene más del J5% de finos. En este caso se
introduce en el terreno un relleno granular. que forma unas columnas densas de grava, que rigidizan la
estructura del suelo, aumentan su resistencia, disminuyen los asientos y constituyen unos drenes, que
aceleran la consolidación del suelo cohesivo.
j
Fig. 14.24 Aportación de grava a las perforaciones mediante cargadora.
(
14. 18
El vibrador o torpedo penetra en el terreno con la ayuda de un chorro de agua o aire, según el
contenido de humedad del suelo, fig. 14.25. y si el terreno es más resistente mediante impactos de caída del
(
vibrador. Si se utiliza el aire comprimido, éste mantiene estables las paredes del agujero.
(
r
(
SlEO CON B A J O ~ DE KMDAO
(
f
'
(
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SlElO CON Al.10 CON1EN1DO DE JUSW>
(
Fig. 14.25 Columnas de grava
Suelos con distintos contenidos de humedad
Cuando se ha alcanzado la profundidad deseada, se extrae el vibrador, se descarga en el interior un
primer relleno de grava, introduciendo de nuevo el vibrador. La grava debe ser de machaqueo, tamaño
máximo 25-60 mm.
Se fonna así una tongada compactada por vibración de unos 50 cm de espesor. Se saca el vibrador
y se repite el proceso. El efecto de éste es conseguir la penetración de la grava dentro del terreno,
14.19
constituyendo una columna de nrnyor diámetro que el de la perforación, alcanzarlo de 80 a 100 cm, fig
14.26.
ENCEPADO
I
TERR[?tO BLANDO
/1'.
COLl.t\NAS DE CIHJA
COLU111tAS DE GR~A
Fig 14.26 Columnas de grava.
Las columnas resultantes tienen unas medias de admisión de grava de aproximadamente de Im3/m,
la longitud oscila entre 8 y 12 m, el 0 de unos 60 cm, su distribución: una columna cada 5-7 m 2, y
rendimiento medio 140 mi/día. Se necesita un vibrador trabajando y otro en reserva. Los precios medios de
ejecución son 5.000 pts/ml, más costes de instalación y transporte.
Tanto el método de vibroflotación como el de vibrosustitución permiten acercarse hasta unos 3 m
de los edificios colindantes, sin peligro de vibraciones, debido a que el alcance disminuye mucho a partir de
los2m.
En la vibrofloración la aportación de material es escasa, mientras que en la vibrosustitución es
importante, ya que se elimina el terreno natural, el cual sale por el efecto de retomo del agua y es sustituido
por grava.
Sin embargo los efectos ambientales en las columnas de grava pueden ser importantes por todo el
fango que ocasiona el retorno de agua de los agujeros, que inunda toda la plataforma de trabajo, terrenos
circundantes y cultivos, además de dificultar el tránsito de la maquinaria y del personal. Por este motivo, las
máquinas utilizadas conviene que sean sobre cadenas. Además, la arena puede contaminar los rios y
f
(
(
14.20
acuíferos de la zona con sus detritus y lodos, por todo lo cual hay que aplicar las medidas correctoras
pertinentes, plantas de desarenado, balsas de sedimentación, zanjas filtrantes, etc.
(
(
La fase final del proceso en ambos métodos, consiste en un descabezamiento de las colwnnas,
removiendo la capa superficial en todo el área, en una profundidad aproxü11ada de I m, y compactándola
(
con maquinaria convencional. Se forma así una plataforma que encepa todas las columnas, fig 14.26.
<
f
(
(
(
{
(
(
15-1
CAPITULO 15
DIAGRAMA DE MASAS
En las obras de infraestructuras lineales la elección de la maquinaria a emplear en el
movimiento de tierras se hace en una primera aproximación por las condiciones de excavabilidad del
terreno. y en segundo por las distancias de transporte originadas por los volúmenes de excavación en
desmontes, y rellenos de terraplenes.
Estos volúmenes, y las distancias de transporte. se rcílcjan en los diagramas de masas (figuras
15 2 a 15.6 ).
Siempre que sea posible hay que buscar la compensación transversal en las secciones a media
ladera, ya que de esta manera la distancia de transporte se reduce considerablemente, con lo que se
ahorra tiempo y dinero. pudiendo ser el bulldozer la máquina más adecuada.
El diagrama de masas permite la compensación longitudinal de volúmenes de desmonte y de
terraplén. y también la obtención de sus distancias de transporte.
Puede suceder que esta optimización técnica no se corresponda con la de la rentabilidad, al
excederse en las distancias económicas de las máquinas. caso de las traíllas. ya que influye, de forma
importante, el consumo y precio del gasoil .
Si hay déficit o exceso puede ser necesario recurrir a préstamos o vertederos, que deberán ser
reacondicionados y revegetados, con el consiguiente coste. al que hay que aí'ladir los cánones a abonar a
los propietarios.
En esta cuestión inten'icnen. por supuesto. la calidad de los materiales que se encuentren,
m..:diante los correspondientes sondeos geotécnicos. t:!nto dentro como fuera de la traza, pues el PG3
tiene una clasificación de aquellos para cimentación, núcleo o coronación del terraplén. Esto influye en
el orden de extendido de las tongadas. y por consiguiente en las distancias de transporte, según sean
pcdraplenes. suelos seleccionados. etc.
El volumen de préstamo se calcula conforme al siguiente balance. siendo :
Vn :
Volumen de desmonte en el tramo.
VA :
Volumen de desmonte aprovechable.
F, :
% de volumen de desmonte no aprovechable (suelos inadecuados).
Vr :
Volumen de terraplén .
Fh :
Factor de contracción después de compactar.
V:
Volumen no compensado.
Fw :
Factor de esponjamiento.
El volumen aprovechable será :
V0 ·(1 - I·~)
V,i = ---¡,-,- - h
(
(
15-2
y el Volumen no compensado:
(
V=
F,,
'
Si V > O,, deberá ir a vertedero.
Si V < O,, deberá venir de un préstamo.
(
(
Todos los volúmenes V0 , VT, están referidos al perfil teórico o en banco, por lo que a efectos de
transporte deberá considerarse el factor de esponjamiento Fw .
El volumen de desmonte debe superar aproximadamente en 10-15 % al de terraplén, debido a la
{
'
compactación enérgica a la que se somete al terraplén (factor de contracción Fh).
La compensación óptima de volúmenes está muy influida por el Impacto ambiental, y se tiende
(
no sólo a igualar los volúmenes de desmonte y terraplén, que representan obviamente costes núnimos,
sino también a reducir el impacto ambiental , es decir, evitar terraplenes altos y prolongados, que ocupen
zonas de alto valor económico (zonas de cultivos) o ecológico, y sustituirlos por viaductos. Igualmente se
suprimen los grandes cortes de desmontes y se sustituyen por túneles, en otros casos por permeabilidad
(
territorial.
Sin embargo, todo ello encarece el proyecto constructivo y tiene que existir la voluntad de
gastar todo este dinero por parte del Director del Proyecto, representante de la Administración, que es
quien financia la obra. Así, pues, el autor del proyecto debe conocer previamente cuales son las
exigencias y prioridades de la administración respecto al impacto ambiental (Declaración de Impacto
Ambiental).
Un condicionante importante son las obras de drenaje transversal, caños, estructuras, etc.
(figura 15.1.), que obligan a curvas y pendientes en las pistas de acarreo, desvirtuando las distancias
teóricas.
(1)
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(1)
,,
,,
/
- - -'
\
,,
,
/_ffl
(2)
Figura 15. J.- Obras de drenaje transversal, estructuras(!), y repercusión en las pistas de
acarreo (2).
Aunque normalmente el contratista subcontrata el movimiento de tierras, las obras de drenaje
son ejecutadas por éste, lo que exige una buena planificación y coordinación entre ambos.
El Diagrama de Masas es la integral de los volúmenes de desmontes menos los de terraplenes
(V0 - VT) a lo largo del tramo considerado entre dos Pk., que es el que se estudia.
(
15-3
l er caso: V0 = VT (figura 15.2.).
En la figura a) se compara el perfil del terreno con el de la rasante de la vía . La ordenada
representa el volwnen por unidad de longitud en cada punto.
En la figura b) la ordenada representa el volwnen acumulado de desmontes menos terraplenes
desde el origen al Pk correspondiente.
En el Pk 3 el diagrama de masas muestra el valor acumulado de volwnen de desmontes menos
terraplenes, que es positivo por ser todavía favorable a los desmontes.
El punto Pk 2 es el punto de inflexión, por ser donde se encuentra el paso de desmontes a
terraplenes, y a partir de él, el volumen acumulado disminuye.
La pendiente de la gráfica b) indica si se está en desmontes {D) o terraplenes (T), según sea
positiva o negativa.
En el Pk 4 el volwnen acmuulado es O pues se han compensado los desmontes con los
terraplenes.
La distancia media de transporte de los materiales para la compensación es la que une los
centros de gravedad de ambos volúmenes.
o.)
---·I
ed
-1r- - - ---"--
-
;' PERFIL DEL TERRENO
- ~ - - + - - - - - --r~ - - #"RASANTE DE
~
1
°PK. .
LA VÍA
6)
1
4
Figura 15.2. - V0 = Vr
DIAGRAMA
DE MASAS
15-4
(
2 º caso: Yo> YT ( figura 15 .3.).
En el Pk 3 el volumen acumulado ( Y0 - YT) es positivo, es decir, en el tramo Pkl - Pk3 no hay
(
compensación de volúmenes, y la ordenada en éste último es el volumen excedente, que hay que
r
transportar a vertedero.
J.
1-
¡
l
Ve ¿J.~
.1.
'
'
3
VT c.d•
PK
11Vo-VT
2
3
Fk.
(
DIAGRAMA
DE MASAS
Figura 15. 3. - Vv > VT
3 er caso: Yo < YT ( figura 15 .4.).
La ordenada en el Pk3 es negativa y representa el volumen de préstamos necesario para
compensar los terraplenes en el tramo Pkl - Pk3 . Puede suceder que V0 sea mayor que YT, pero haya un
material rechazado por no cumplir las calidades exigidas por el PG3 .
.,
~
V0
d.
d.
1'
l
PERFILES
cc}9
PK
Vr
1
•
DIAGRAMA
DE MASAS
1
Figura 15. 4. - V0 < VT
15-5
4º Caso: Modificación de la rasante (figura 15.5.).
Hay que tener en cuenta que tanto los volúmenes de desmonte como los de terraplén, dependen
de la diferencia entre la cota del terreno y la del perfil de la obra, por lo que se pueden variar ambos
modificando el perfil de ésta ( figura 15.5.) . .
Un aumento de las cotas del trazado disminuye el volumen de desmontes y aumenta el de
terraplenes, y al contrario, una disminución provoca un aumento de desmontes y una disminución de
terraplenes. Por tanto, cambiando la rasante se pueden ajustar ambos volúmenes para obtener la
compensación óptima entre ambos.
Hay que buscar que esta compensación de volúmenes lo sea por tramos no excesivamente
largos, y no referida a la totalidad de la obra, ya que ocasionaría distancias de transporte "d" demasiado
grandes.
(1 )
1
!__
(3)
(2)
PERFILES
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1
' (4)
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1
.....
(5) ' .....
......
-,
DIAGRAMAS DE
MASAS
1
l) Perfil del terreno.
4) Diagrama de masas primitivo.
2) Rasante primitiva.
5) Diagrama de masas modificado.
3) Rasante modificada.
Figura 15. 5. - Modificación de la rasante.
(
(
15-6
5° Caso: Caso general completo.
(
Después de haber visto las figuras 15.2 a 15.5, se puede pasar ya a considerar un caso completo,
(
con varios desmontes, terraplenes, un túnel y un viaducto (figura 15.6 .).
El V 0 del tramo a, Pkl a Pk2, se compensa con parte del terraplén b, Pk2 a Pk3.
Entre Pk3 y Pk4 hay déficit, el cual deberá compensarse con el material del túnel entre Pk4 y
(
(
Pk5.
(
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J..-ª-1----b--.---+--c--.-.f'-d--f-_e ·- + --___:_f_ _ ,----,l'--- ~111----.¡,f~
1
TRAMOS
(
1
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PERFILES
1
1
1
1
1
1
1
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1
1
1
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AREAS
DESMONTES
TERRAPLÉN
'
1
1
1
i
(
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1
1
'
(
1
-- - - 1f I pi(
(
DIAGRAMA
DE MASAS
Figura 15.6.- Trazado con túnel y viaducto.
El material restante del túnel, entre Pk5 y Pk6 compensa con el terraplén del Pk6 al Pk7.
El terraplén entre Pk7 y Pk8 se compensa con el desmonte entre Pk8 y Pk9.
El viaducto no entra para nada en el diagrama de masas, y su mayor influencia reside en que la
compensación de masas está limitada por éste, el cual, en la práctica, es infranqueable debido a la
longitud que normalmente suele tener, y cuyo rodeo con pistas supondría un elevado incremento de las
distancias de transporte. Por consiguiente, el material de desmonte entre el Pk9 y el PklO no puede
transportarse al otro lado del viaducto y deberá ir a un vertedero próximo.
Los programas informáticos obtienen automáticamente los volúmenes y los diagramas, pero no
eximen del conocimiento de cómo funciona la compensación de volúmenes.
15-7
Ejemplo real, tomado de la descripción del folleto de la obra del AVE Zaragoza - Madrid,
Tramo Calatayud - Ricia, subtramo lA, cortesía de F.C.C.
MOVIMIENTO DE TIERRAS
En el Anejo nº 8 se desarrolla todo lo referente al movimiento de tierras del Proyecto, se
establece la clasificación de las excavaciones, se efectúa un estudio de compensación de tierras, se
indican los préstamos y vertederos a utilizar y se obtienen las distancias de transporte de los distintos
volúmenes de tierras a usar. Dicho anejo se complementa con los correspondientes diagramas de masas
parciales y acumulados.
El resumen global del movimiento de tierras es el siguiente:
En terraplén
Ref.
Volumen compensado transversalmente:
155.391 m3
( 1)
Volumen compensado longitudinalmente:
425 .038 m3
(2)
0 m3
(3)
Volumen de excavación no apto para terraplén:
458.853 m3
(4)
Volumen de excavación sobrante:
720.518 ru3
(5)
Volumen total transportado a vertedero:
1.179.371 m3
(6) = (4) + (5)
Volumen procedente de préstamos:
Clasificación de las excavaciones:
Excavación normal:
185.194 m3
rerreno ripable:
584.892 m3
Utilización de explosivo:
301.024 m3
Excavación en túnel :
522 . 105 m3
En el siguiente cuadro se reflejan las distancias medias de transporte de los volúmenes de tierra
procedente de la excavación :
Ref.
Volumen de excavación. Distancia media de transporte.
No útil para terraplén.
4
458.853 m 3
904 m
Compensación transversal terraplén.
1
155.391 m 3
15 m
Compensación longitudinal terraplén.
2
425 .038 m3
609 m
Sobrante de la compensación longitudinal .
5
720.518 m3
409 m
l.759.800 m3
557 m
TOTAL
(
15.8
'
(
(
Maquinaria a utilizar:
(
( 1) Ejecución con Bulldozer
(2) y (5) Traíllas, sujeto a que el material no sea roca. El volumen (2) está en el límite
de rentabilidad, pero si se hace el (5), ya si interesa.
(4) Dúmper o camiones.
(
(
(
(
Ejemplo real descompensación de Tierras tomado del flolleto ( D.y C.) de la
variante de Bellavista y Dos Hermanas, CN-14 de acceso a Sevilla.
Este ejemplo explica como un análisis de la compensación de masas lleva a una
conclusión tan importante como modificar la traza.
El volumen total de la excavación en explanación a cielo abierto ascendía a la cantidad de
(
'
(
(
(
1.069.269 m3 de los cuales se utilizarían para terraplén 251.263 m3, siendo necesario un volumen
de tierras procedentes de préstamos de 2.843.942 m3_
La descompensación llevó a considerar la posibilidad de modificar la rasante proyectada
con las siguientes condiciones:
Que no hubiera variaciones significativas, sobre todo ampliación de expropiaciones.
Introducir mejoras medioambientales.
(
Que el material de la excavación procedente de la traza fuera apto para la ejecución de
terraplenes según el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares.
Que no se alterasen las características mínimas de trazado exigidas de velocidad
establecida, gálibos, etc ...
Que el cambio de rasante no supusiera un retraso en el desarrollo de los trabajos, más
bien una tendencia a la mejora en plazos.
Que no se incrementase sensiblemente el Presupuesto.
Realizados los estudios, se modificó la rasante con las siguientes mejoras adicionales:
Económica, por aprovechamiento del material de la traza para rellenos.
Medioambiental, por disminución de excavaciones en préstamos en zonas exteriores, y
mayor facilidad de compensación con vertidos y restauración de dichas zonas.
Disminución de distancias de acarreo, y sobre todo el que éste sea realizado por la misma
traza en lugar de por caminos alternativos, lo cual supondría más impactos negativos en
cuanto a emisión de gases y ruidos.
16.1
CAPITULO 16.
LA SEGURIDAD Y SALUD EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS.
16.1
PREVENCIÓN.
En este capítulo no se va a tratar de los aspectos generales de la Seguridad y Salud que
salen del objetivo de este libro y se suponen conocidos.
La Prevención, consiste en la evaluación de los riesgos y las medidas a tomar para evitar
los accidentes que puedan ocasionar.
En general, los factores de riesgo provienen fundamentalmente
de cuatro causas:
1) La maquinaria.
2) El hombre; maquinistas, conductores y trabajadores.
3) El ambiente.
4) La organización de la obra.
Estas causas se interfieren y muchos accidentes provienen de varios factores. A continuación
se analizan distintos tipos de obra.
16.2
OBRAS DE TÚNEL.
En la perforación de un túnel hay maquinaria de movimiento de tierras, pero el ambiente
presenta unas características
muy particulares: la falta de iluminación y la de estrechez que puede
producir aacidentes en los cruces con las máquinas, independientemente
de derrumbamientos
inesperados que ocasionen accidentes graves. La ventilación defectuosa puede afectar a la salud.
La fatiga de los obreros al trabajar en el interior del túneles es mayor, y puede ocasionar
accidentes, por lo que los tumos de trabajo deben ser menores, o alternar con descansos al aire
libre.
La figura del vigilante de seguridad y del técnico de seguridad tiene más relevancia que en
otros tipos de obras.
Los equipos
de protección
individual
(EPI):
cascos reflectantes,
gafas,
mascarillas,
auriculares, monos impermeables con tiras reflectantes, botas adecuadas son muy necesarios.
Las máquinas provistas de señales acústicas marcha atrás y balizas de señalización.
f
16.2
(
Debe mantenerse la prudencia y vigilancia de los conductores, así como que funcione bien
f
t
f
el sistema de limpieza de los cristales de las cabinas.
16.3
r
CASO DE VACIADO DE SOLARES.
Se necesitan distintos tipos de vallas según indica la figura 16.1.
(
(
(
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(
(
(
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·. ~ , -::f,~aselas
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'---. "'-.._
'---..._ '---..._
Valla de
cerramiento
de obra
/""'"',,
•
1
'
'
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,... ' ") "'\
)
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(i)
Valla de
protección
de vaciado
protección
de peatones
Fig. 16.1 Protección de un vaciado. Distintos tipos de vallas en una obra.
Cortesía
de Lain.
Libro "Planificación
y ejecución
de la Prevención"
(
16.3
En el caso de zanjas, la entibación de las mismas con blindajes metálicos se ha tratado en
el capítulo 10.
Pasarelas con barandillas en vez de tablones, y escaleras que sobresalen un metro por encima
del nivel de acera, son otras medidas ncesarias, que se reflejan en la figura 16.2.
Fig. 16.2 Pasarelas y escaleras correctas.
16.4
EXCAVACIONES SOBRE CONDUCCIONES DE GAS Y ELECTRICIDAD.
Hay que evitar
roturas
y daños
en estas
conducciones,
dando
las
instrucciones
correspondientes.
En las obras de gas, para evitar fugas que pueden ocasionar explosiones.
En la eléctricas, porque pueden quedar al descubierto los cables a tensión en su interior.
En la reposición de servicios deben tenerse en cuenta las precauciones
que indican las
figuras 16.3 y 16.4.
La figura 16.5 señala las distancias de seguridad según los procedimientos
de excavación.
(
(
16.4
t
f
(
(
í
'
(
(
(
(
Fig 16.3 Precauciones en conducciones de gas.
Fig. 16.4 Precauciones en líneas eléctricas.
'
(
Prohibido calzado con herrajes metálicos
Obligatotio prendas (EPI) y
(
y herramientas metálicas para evitar chispas.
herramientas aislantes.
(
(
(
PELIGRO
PEL I GR O
TUSERIA DE
GAS
CABLES CON
TENS ION
-.,.· -_ -
.. _... , _: ._;..
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- -' ..,·..-. ..·-- ',.·I l~.:_-.... ·..-
Fig. 16.5 Caso de excavaciones sobre conducciones de gas y electricidad.
l
16.5
Hay unas distancias mínimas de seguridad según distintos procedimientos de excavación:
Ref.
Procedimiento
Distancia mínima
1
Retro
3 m.
2
Martillo
1 m.
3
Pico y pala
0,5 m.
En todos los casos de conducciones, y una vez al descubierto, hay que procurar tender unos
puentes, y apoyar o suspender de ellos las tuberías, para evitar flexiones que puedan ocasionar
roturas.
16.5
CASO DE OBRAS A CIELO ABIERTO.
16.5.1
LÍNEAS ELECTRICAS.
Pueden ocasionar accidentes las líneas eléctricas, si la retro sube el cazo para la
descarga, y pasa a menos de 5 m., ya que se produce el efecto arco. Las figuras 16.6 y 16.5 contienen
recomendaciones
a este respecto.
\
/ )'(DIOS DE 66.000 Y.
1 ZONA OE RIESGO ]
r5m.-..
1
¡
~
6 - - ~ "-=-~-e::::'.'""~ -=:;:--~a ·
Fig. 16.6 Efecto arco con líneas
elétricas < 66.000 V
Separación
~ 3 m.
Fig. 16.3 Efecto arco con líneas eléctricas > 66.000 V
Separación
~ 5 m.
(
16.6
(
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(
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Fig. 16.8 Caso de contacto de basculante,
Fig. 16.9 Si no es posible separar la máquina,
intentar bajarlo y alejarse.
el conductor debe saltar lo más lejos.
(
(
(
Fig 16.10 Nunca bajarse estableciendo circuito
Fig 16.11 Conductor debe visualizar si el basculante
alta tensión-máquina-conductor-suelo
está bajado, observando una regleta
Cortesía PACSA.
soldada a la visera del basculante.
16.5.2
SEGURIDAD EN LAS MÁQUINAS.
En general, la maquinaria de movimiento de tierras, debe tener sistemas de seguridad, los
cuales debe controlarse que están en buen estado de funcionamiento.
los siguientes puntos:
Resumiendo lo anterior, son
16.7
Cabinas antivuelco (Fig. 16.12).Consiste en un bastidor de refuerzo de forma que al volcar
la máquina resista sm aplastar al conductor. Este bastidor era exterior en los modelos
antiguos y actualmente está integrado en el interior de la cabina, formando parte de la
misma.
Estas cabinas se llaman ROPS (Roll Over Protection System).
Fig. 16.12 Cabina ROPS.
Cinturones de seguridad.Son
ventajosos en choques; el inconveniente
es que al volcar
impiden saltar al conductor.
Espejos retrovisores y limpia parabrisas.
Señales acústicas marcha atrás; que sirve de aviso a otros trabajadores.
Freno de emergencia y calzos para estacionamientos
en pendientes.
Focos potentes para trabajos nocturnos.
Lámparas intermitentes colocadas en el techo de la máquina, que ayudan a avisar cuando
se acerca a un operario.
Disposistivo que indique si el bascu1ante está bajado, figura anterior (16.11).
La figura 16.13 recoge algunas normas para las máquinas y la figura 16.14 instrucciones a
los operadores.
(
(
f
16.8
(
CONTROL DE
LOS GASES
/
--
ESTRUCTURAS DE PROTECCION
CONTRA VUELCOS Y CAIDAS DE
OBJETOS. CABINA ROPS.
'
('
(
....,_ _ ~
.ASIENTOS ANTIVIBRATORIOS
(
(
ALARMA EN
MARCHA ATRAS
ALARMAS Y LUCES
EN LOS MANDOS
YLUZ
.__ SISTEMAS DE
FRENO DE SEGURIDAD
Y APARCAMIENTO
CONTROL DEL RUIDO
<80dB
CONTROL
____.
DEL POLVO .,,.-----
BLOCAR LA CAJA
DE MARCHAS O DIRECCJON
EN PARADA
(
(
(
(
(
(
(
Fig. 16.13 Normas de seguridad.
(
(
(
(
Transporte de maquinaria
En el lugar de trabajo
(
(
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: Antes de comen:iar el trabajo
'
· Comruuehn 0110 las luce~ dr.l vchlculo. fumos, lucci; de pmr.. c te. han sido ,cvisados.
- Ante(; de cern"' · asc9lircse de quf! el Yehlculo r.~tlt en 1crrcno flrmn y llano.
- Algunos vehículos. como 109 c,1mi0Ms con pl,,tnforma hascul:mte. oueden necesitar
un apoyo pnre ll't m isma, durontl'! I& opr.u1ci6n de crugn.
- El vchlculo debe est;"tr ari:1rc11do en linea recta, y con et freno riues10.
- Ef conductor del \/'P.hlculo ha de actuar como gula du,ontl'! la ope,aci6n de c"rga.
lu scl'lnles deben habor!l:e c:oncrrtado de antemano v se h,m di, sfl!gvir
con torlo cuidado.
- Cuando se carga o dcseor9a: en unA vla p,·1hlica, hnv Qt Jr. coloca, vigil-3ntcs p3,a
d'crcf'\er o desYinr el tr~fico. Es10s hombres sólo dchcn rl.,,sc d~I comfoctor del vehlcuto
- L11 mllqulnstl,. se tr,11spa~ará suav"mente desde la ramr111 . o lugar de ce,911,
el vehfculo de lr&n!lporte,
Al fin de la jornada
- L11 m11quln11rie se colocart rte taf manera que la carga sobre los eJos sea la conecta,
v que el vehlcuto no quede desequlfibrado en su movlmlP.nto.
~~.
_1
Otros puntos.
t
Una forma de presentar las normas
de seguridad a los operarios.
Fig. 16.14 Instrucciones a los operadores.
16.9
16.5.2
ORGANIZACIÓN DE LA OBRA.
La organización repercute en la seguridad.
El tráfico interno de la obra, se refiere no sólo al de los vehículos, sino al de las personas,
destino y lugares de acopios (Logística).
Los acopios de áridos no deben situarse debajo de las
lineas de alta tensión, ya que si crecen en altura se van aproximando a aquellos.
Una organización defectuosa ocasiona choques, vuelcos, y atropellos.
En las obras de movimiento de tierras, todo se hace fundamentalmente
con máquinas y no
debe haber personas no autorizadas en sus proximidades.
Las máquinas cuanto más grandes, mayores ángulos muertos de visibilidad tienen, y por
consiguiente posibilidad de accidente a personas o cosas próximas.
En las excavaciones en laderas con bulldoceres hay que indicar los recorridos y giros para
evitar vuelcos, y otras instrucciones que señala la figura 16.15.
8ULLDO~E R.
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HOTO Tl<.A \ Ll..A S
AD€i..ANTe- y S'UltlDA r-1AR.C-HA A1i'c,A_S
VG"LO(ÍO~O
Oé MA~(l,/A
Fig. 16.15 Precauciones de maquinaria en pendientes.
1.
16.10
(
(
Las pendientes en proximidad de zanjas, en época de lluvias, y por formación de barrizales,
(
pueden ocasionar deslizamientos de los camiones y vuelcos.
(
Advertencia
a los conductores
r
que después de la
(
comida se cerc1onen que no hay nadie recostado a la sombra
(
del vehículo. A pesar de la existencia de comedores se han
(
dado casos de accidentes de atropello por este motivo
Si las máquinas
pasan
cerca
de taludes
Cargas
Dinámicas
pueden
(
(
(
ocasionar su desplome y vuelco de estas. Fig. 16.16.
(
Los conductores
de máquinas que se desplacen
(
a
(
velocidad sobre pistas de acarreo, según el estado de las
(
mismas y tipo de vehículo; traílla, dumper, motovolquete,
cargadora,
camión, pueden necesitar
riñoneras
o cinturón
(
Fig. 16.16 Posibilidad de vuelco.
antivibratorio de protección, cuando el vehículo salta por los
(
(
baches.
~
LA SEGURIDAD EN LA
,__MA_Q_U_IN_AR_I_A_D_E_E_X_C_A_V_A_C_IO_N
_ _ .l9Mf7
TRABAJO/
ORGANIZACION
DEL
SOBRECARGAS
~
CAIDAS DURANTE LAS
SUBIDAS O DESCENSOS
DE LAS MAQUINAS
"
FALTA DE MANTENIMIENTO
(
FRENOS, CABLES EMBRAGUES
(
POR REALIZAR TRABAJOS
SOBRE ELEMENTOS DE LA
MAQUINA EN MOVIMIENTO
VELOCIDAD, VISIBILIDAD,
PENDIENTES
ERRORES DE MANIOBRA
CONTACTO DE UNA PARTE DE LA
MAQUINA
CON UNA LINEA ELECTRICA
MANIOBRA CON
PERSONAS DENTRO DEL
RADIO DE ACCION
SEÑALIZAR
V<57000V d=3 rn
V>52000V d=5 ID
CONDUCCIONES
SUBTERRANEAS D>l ,5 ID
ATENCION
ALOS
ACCIDENTES~
PUESTAS EN MARCHA INTEMPESTIVAS
CAUSADOS POR:
ASEGURARSE ANTES QUE LA MAQUINA ESTE DESEMBRAGADA
Fig. 16.17 Riesgos en una máquina.
(
(
POR FALTA DE
PROTECCION DE
LOS ENGRANAJES
ESTACIONAMIENTO
O PASO DE PERSONAS
BAJO LAS CARGAS
(
16.11
La figura 16.17 ofrece un resumen de los puntos de la prevención en el trabajo de una
máquina.
La figura 16.18 recoge instrucciones de organización (técnicas de excavación).
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Fíg.16.18 Técnicas de excavación.
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(
(
L
L
e
l
l
17.1
CAPITULO 17.
EL IMPACTO AMBIENTAL EN LAS OBRAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS.
17.1
PROTECCIÓN DE LAS ACTUACIONES GEOMORFOLÓGICAS.
Las principales alteraciónes
geomorfológicas
están provocadas por los movimientos de
tierra, desmontes y terraplenes, que pueden producir en algunas zonas impactos más importantes
que en otras. Las medidas preventivas corresponden al proyecto, que es donde se deben minorar
las actuaciones geomorfológicas
que originan la nueva carretera.
También entran en este apartado la estabilidad de taludes, que a veces está reñida con la
ocupación espacial, y que puede requerir soluciones estructurales como muros de contención, en
las cuales hay que tener presente el impacto paisajístico
cuya medida correctora
es el muro
re vegetado.
Las medidas paliativas al movimiento de tierras, son la restauración revegetaliz.ada
superficies afectadas, la cual independientemente
de las
del efecto paisajístico tiene otro más importante,
que es la contención de la erosión producida por las lluvias.
La compensación de masas para conseguir unos costes reducidos, puede llevar en algunos
casos a cortes del terreno demasiado fuertes, grandes trincheras o terraplenes muy altos, con el
consiguiente impacto paisajístico, por eso actualmente los volúmenes de movimiento de tierras son
menores, y aumenta la construcción
de túneles (menores desmontes y trincheras),
y viaductos
(menores terraplenes).
El impacto ambiental repercute en la compensación de volúmenes en el sentido de que de
no debe ser automática según el programa informático del trazado, es decir, que las tierras de un
desmonte vayan a la sección más próxima del terraplén, sin analiz.ar el valor ocupacional en función
del valor del terreno ocupado, pudiendo ser más necesario ecológicamente
llevarlos a vertedero.
Esto quiere decir, que en principio hay que modificar el terreno lo menos posible, porque siempre
se pueden encontrar préstamos que su extracción no cause impacto.
Por otra parte, para disminuir el impacto ambiental de préstamos y vertederos es necesario
optimizar el movimiento de tierras en el traz.ado, encajando el diagrama de masas para no recurrir
a préstamos ni llevar a vertederos, aprovechando los materiales in situ, incluso estabili7..ándolos para
convertir los suelos inadecuados en tolerables. Se elimina así el impacto acústico y las molestias
ocasionadas por el tráfico de camiones al pasar por los núcleos periurbanos.
(
17.2
(
Otra mllllmización del impaclo geomorfológico
es aprovechar los huecos de la extracción
de materiales de préstamo como vertederos para el material excedente de excavación.
(
(
''
En algunos casos el material a vertedero se deposita en ciertos lugares de la lraza para
formar diques de tierra antirruido a zonas periurbanas, evitando así las molestias ocasionadas por
(
el tráfico de camiones y reduciendo los costes de transporte y adecuación de vertederos.
(
17.2 ALTERACIONES TEMPORALES DURANTE LA FASE DE OBRA.
(
(
La protección hidrológica constituye quizás la parte principal de las medidas correctoras,
porque una alteración correspondiente
(
puede llegar más lejos que las restantes, al estar más
desfasada en el tiempo. En los casos de túneles las afecciones hídrogeológicas
pueden ser más
(
(
importantes que las superficiales.
La figura 9.5 muestra un plano del trazado estudiado por los proyectistas,
con las zonas
'
rayadas excluidas a la contrata para todo lo citado anteriormente.
(
Las medidas correctoras son las siguientes:
(
En el caso de que los planos de las zonas excluidas no existiesen, controlar que los acopios,
(
(
vertederos, instalaciones y vertidos no afecten a la libre circulación del agua superficial y
freática.
(
Desvío provisional de arroyos para evitar las aportaciones de sólidos producidas por el
movimiento de tierras, y posterior restitución y encauzamiento.
Controlar que los vertidos de aceites y grasas de la maquinaria de obra sean a contenedores
especiales o a balsas específicas, igual que le lavado de las máquinas. Posteriormente
un
camión cisterna con aspiración lleva los aceites a instalaciones específicas de recuperación
o se transportan en contenedores.
Colocar balsas de decantación para las aguas de lavado de las plantas de tratamiento de
áridos, instalaciones de lodos, con objeto de evitar que los sedimentos vayan a los cauces
naturales, y también, para recuperar estas aguas reciclándolas,
exige.
si la situación de sequía lo
17.3
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Pozo
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Sondeo
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34
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Cola de nivel del agua
NUmero de registro
Estudio lnforma11,.,o
Trazaoo e studiado
Zonas de exclusión
Fig. 9.5.- Zonas de exclusión por contaminación de aguas. (Fuente: INARSA).
Prohibir el vertido de las lechadas del lavado de las autohormigoneras a los cauces naturales
o sus proximidades. En los hormigonados próximos a cauces hay que tomar disposíciones .
para evitar fugas, como ataguías, cercos, etc.
Control de afecciones a las aguas subterráneas, en la perforación de túneles, caso de que
existan.
Las aguas procedentes de túneles excavados con escudos o topos deben tratarse en balsas
con desengrasadores de aceite e instalaciones de filtrado para evitar que estas aguas que
17.4
contienen aceites vayan por cauces naturales sin tratamiento.
(
(
Tomar muestras de agua en los cursos interceptados aguas arriba y abajo de los puentes y
realizar los análisis comparativos de determinados parámetros como temperatura, oxígeno
(
disuelto, DBO, Ph, turbidez, etc.
(
(
Colocar fosas asépticas en los servicios sanitarios, para evitar la contaminación por las aguas
residuales. Aunque esta obligatoriedad
(
pertenece a Seguridad e Higiene, es una medida
correctora ambiental. Las fosas deben quitarse terminada la obra. La figura 9.6 corresponde
<
a una hormigonada in situ.
(
La degradación de las aguas afecta seriamente a la fauna acuática, anfibia e ictícola.
'
(
En la construcción de las pilas de los puentes se acentúa también la contaminación con la
(
construcción de islotes y desvíos, que alteran el hábitat de la fauna local ictícola, obligándola a
(
desplazarse
a otros lugares, lo cual aboca en la desaparición
de algunas de ellas, y sugiere
programar dichas construcciones fuera de las épocas reproductoras,
según la importancia de esta
(
(
fauna.
(
(
Por ello antes y después de la construcción del puente han de cuantificar las especies
acuáticas y, si procede, reali7.,ar una repoblación cuando se haga la restitución forestal.
(
Las pistas de acceso al lugar del puente deben anularse terminada la obra, y restituirse a
(
la situación original para evitar la contaminación del río por lavado de coches, vertido de residuos,
(
excursiones, etc.
BIBLIOGRAFÍA:
" Medidas correctoras del impacto ambiental en las infraestructuras
JUAN TIKTIN.
Publicación Colegio de Caminos. 240 Páginas, 92 Figuras.
lineales. "
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