Caminos II

Caminos IIRendimiento de maquinarias

En el presente documento dispondremos a analizar las funcionalidades de las mquinas y su rendimiento el cual lo hace preferible de las dems mquinas para construccin de carreteras y otros. Asimismo mencionaremos los respectivos clculos para determinar el rendimiento de las diferentes maquinas

Sandro venero soncco20/05/2014

indiceINTRODUCCIN4CLCULO DE LOS RENDIMIENTO DE LAS MAQUINARIAS DE CONSTRUCCIN5QU SON LAS MQUINARIAS DE CONSTRUCCIN?5CONCEPTOS UTILIZADOS EN MAQUINARIAS5Potencia:5Potencia disponible:5Potencia utilizable o necesaria:5Fuerza tractiva o rimpull:5FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO5Resistencia al rodamiento:5Resistencia por pendiente:5Eficacia de operacin:5Condiciones climticas:6Efectos de la altura sobre el nivel del mar:6Destreza y pericia de los operadores6Distancias a la que los materiales deben transportarse o moverse: Para Establecer el tipo y cantidad de mquinas a utilizar, teniendo en cuenta: longitud, pendiente, condiciones del camino de acarreo, superficie de las reas de carga.6CALCULO DEL RENDIMIENTO DE UNA MAQUINA6PROCEDIMIENTOS PARA EL CLCULO DE RENDIMIENTOS6a)Investigar directamente con un operador de confianza:6b)Generando un banco de informacin en base a las obras ejecutadas6Anteriormente6c)Consultar tablas y manuales del fabricante de la mquina7d)Mtodo general71.Capacidad volumtrica de la maquina72.Tiempo del ciclo73.Numero de ciclos por hora74.Rendimiento terico75.Rendimiento de eficiencias8Factores:8TIEMPO O DURACIN DEL CICLO81)CARGADOR FRONTAL8Calculo de rendimiento9Ejemplo:92)Motoniveladora10Calculo del tiempo total11Calculo del rendimiento11Ejemplo113)Rodillos12Clculo del material suelto compactado en una hora12Ejemplo124)Excavadora13Clculo del rendimiento13Ejemplo155)Tractor16Calculo de rendimiento17Ejemplo17

INTRODUCCIN

A la hora de ejecutar una obra de construccin, siempre es importante calcular previamente o durante el proceso constructivo el rendimiento de las mquinas que se utilizarn para saber si cumple con las expectativas de la obra, si la mquina trabajar a la velocidad del proyecto. Por ello en el presente trabajo se describe las frmulas para calcular el rendimiento de cada distinto tipo de maquinaria. Ac solo se trataron las siguientes mquinas:

Cargador Frontal Motoniveladora Excavadoras Rodillos tractor

Para cada mquina el clculo del rendimiento es distinto pues cada mquina trabaja de distinta manera en distintas reas: el camin transporta, la excavadora excava la tierra, el rodillo compactan el suelo, la niveladora nivelan la tierra y el cargador frontal coloca la tierra en el camin.

Caminos IIPgina 19CLCULO DE LOS RENDIMIENTO DE LAS MAQUINARIAS DE CONSTRUCCIN

QU SON LAS MQUINARIAS DE CONSTRUCCIN?Las maquinarias de construccin son un conjunto de mquinas que sirven para sustituir, ayudar o mejorar el trabajo del hombre en la industria de la construccin. Desde tiempos remotos, el ingenio del hombre le hizo concebir herramientas y mquinas que le permitieron aumentar la produccin y dignificar su trabajo, facilitando un uso ms noble de sus facultades. Las mquinas, al aumentar el rendimiento y disminuir costes y plazos, han permitido realizar obras que mejoran el nivel y condiciones de vida de la humanidad.

CONCEPTOS UTILIZADOS EN MAQUINARIAS Potencia: Es la energa de accin o la capacidad de ejecutar un trabajo a una velocidad determinada. Se requiere potencia para empujar o jalar una carga. Potencia disponible: Es la suministrada por la mquina para ejecutar cierta cantidad de trabajo, es decir, la capacidad que tiene una mquina para desarrollar un trabajo especfico a una velocidad determinada. Potencia utilizable o necesaria: Es la mnima cantidad que tiene que desarrollar una mquina para un trabajo especfico considerando las restricciones impuestas por las condiciones del trabajo. Fuerza tractiva o rimpull: Es la fuerza que genera el vehculo mediante sus fuerzas motrices o de traccin multiplicadas por el coeficiente de traccin.

El estudio de las diferentes clases de potencia y los factores que afectan a cada una de ellas, nos da a conocer las razones de que una mquina pueda o no ejecutar un trabajo especfico.

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO Resistencia al rodamiento: Es la fuerza que opone el terreno al giro de las ruedas. El vehculo no se mover mientras no se venza esta fuerza. Esta resistencia se mide en kilogramos y la fuerza necesaria para moverla se expresa en kilogramos de traccin. Depende del tipo de suelo y del inflado de los neumticos (cuando sea el caso). Resistencia por pendiente: Debido a la fuerza de gravedad que acta sobre el vehculo, la inclinacin del terreno ofrece resistencia al movimiento de la mquina en el ascenso. Esta resistencia se mide en kilogramos. Al descender unapendiente, la fuerza de gravedad es favorable y se denomina ayuda enPendientes. Eficacia de operacin: Es el porcentaje de tiempo que la mquina efectivamente trabaja durante las ocho horas que dura la jornada. Este factor lo determina cada empresario o contratista y por lo general es de 5/6 que significa que la mquina trabaja 50 de cada 60 minutos (0.83)

Condiciones climticas: Las horas de trabajo efectivas de un equipo se ven afectadas por la lluvia, viento y condiciones climticas desfavorables. Efectos de la altura sobre el nivel del mar: Debe tomarse en cuenta que al aumentar la altura sobre el nivel del mar, disminuye la presin atmosfrica y baja la potencia de todo motor de aspiracin natural. Lgicamente, se reduce la fuerza de traccin del vehculo. Destreza y pericia de los operadores Distancias a la que los materiales deben transportarse o moverse: Para Establecer el tipo y cantidad de mquinas a utilizar, teniendo en cuenta: longitud, pendiente, condiciones del camino de acarreo, superficie de las reas de carga.

CALCULO DEL RENDIMIENTO DE UNA MAQUINA

La eficiencia optima de una maquina es la relacin entre rendimiento y gastos que d como resultado el costo ms bajo posible por unidad de material movido. Influyendo directamente en la productividad factores tales como la relacin peso potencia, la capacidad, el tipo de transicin las velocidades y los costos de operacin. Hay otros factores menos directos que influyen en el funcionamiento y productividad de las maquinas como la facilidad de servicio, la seguridad; la disponibilidad de piezas y las conveniencias para el operador; lo cual no es posible mostrarlos en tablas ni grficos y dependern del criterio y la experiencia de las personas relacionadas con el clculo de estas productividades.

Existen varias maneras para llegar a conocer el rendimiento de una mquina, debindose tener el cuidado necesario para aplicar los valores obtenidos con cualquiera de ellos, pues veran unos respecto de otros. La mejor manera de conocer la continuacin citaremos tres de los caminos que se utilizan:

PROCEDIMIENTOS PARA EL CLCULO DE RENDIMIENTOSInvestigar directamente con un operador de confianza: Tomando en cuenta las caractersticas de la mquina y de la obra. Este mtodo es emprico y se basa nicamente en la experiencia. Debemos ser cuidadosos son la informacin obtenida por este medio, pues si ben son datos reales, no significa que sean confiables, pues el operador no toma en cuenta todos los factores que intervienen en el rendimiento.Generando un banco de informacin en base a las obras ejecutadasAnteriormente: Esto es, basarse en datos histricos de la mquina. Puede resultar el ms confiable de todos aunque hay que considerar las diferencias entre las obras ejecutas anteriormente y la obra por realizanConsultar tablas y manuales del fabricante de la mquinaEsta Informacin es muy til, sobre todo cuando no se tienen a la mano los datos de los primeros mtodos mencionados. Debe tomarse en cuenta, sin embargo, que todos los datos se basan en un 100% de eficiencia en las operaciones, lo cual no es posible conseguir de modo consistente, ni aun en condiciones ptimas. Por lo tanto, al utilizar los datos sobre operacin y productividad, es necesario rectificar los resultados de las tablas, usando factores adecuados a fin de compensar la menor eficiencia en la obra, la habilidad del operador, las caractersticas del material, las condiciones de los caminos de acarreo, la altitud, y otros factores ya comentados que puedan reducir la produccin en un trabajo determinado.

Mtodo general Capacidad volumtrica de la maquina

Tiempo del ciclo

Dnde:

Tiempo fijo. Que es aquel que no cambia para un mismo tipo de mquina y trabajo (duracin pequea), maniobras, carga y descarga. Tiempo variable. Es aquel que depende de la distancia a recorrer y de la velocidad.

Numero de ciclos por hora

Rendimiento terico

Rendimiento de eficiencias

Factores:

Factor de abundamiento Factor por tipo de suelo Factor por tipo de trabajo o factor de acarreo Factor por pendiente Factor por operacin o tiempo efectivo Factor por tipo de operador Factor de carga

Es lgico pensar que no todos los factores se aplican a todas las maquinas. Deben seleccionarse de acuerdo a las condiciones de trabajo que se presenten para cada una de ellas.

TIEMPO O DURACIN DEL CICLO El tiempo necesario para hacer de ida y vuelta se denomina tiempo de ciclo. En cualquier trabajo, las mquinas se adaptan a un ciclo de trabajo determinado. En este ciclo de estn incluidas las operaciones de carga, acarreo, descarga y retorno al lugar original, con algunas variaciones en ciertos casos. El tiempo de ciclo es el que invierte una mquina para llevar a cabo todas estas operaciones. Para determinar el tiempo de ciclo para cualquiera de las unidades solo basta con medir varias veces el tiempo invertido por la mquina en un ciclo completo y obtener el trmino medio. El tiempo de ciclo, como ya se mencion, consiste de dos partes: tiempo fijo y tiempo variable. El tiempo fijo es el que invierte una mquina, durante un ciclo, en todo aquello que no sea acarreo y retorno. Incluye el tiempo para cargar, descargar y maniobrar en el curso del trabajo. Todos estos tiempos son ms o menos constantes, sea cual sea la distancia a que se lleve o acarree el material. El tiempo variable es el que se necesita para el acarreo, o, en otras palabras, el tiempo invertido en el camino acarreando el material y regresando vaco, y vara con la distancia a recorrer y la velocidad de las mquinas

CARGADOR FRONTAL

El cargador frontal es un equipo tractor, montado en orugas y en ruedas, que tiene un cucharn de gran tamao en su extremo frontal. Los cargadores frontales son equipos de carga, acarreo y eventualmente excavacin. En el caso de acarreo se recomienda realizarlo en distancias cortas.

Calculo de rendimiento

Dnde:

Q: capacidad del cucharon del cargador frontalE: eficienciaF: factor de esponjamientoEC: eficiencia del cucharonT: tiempo de ciclo

Ejemplo:

Se tienen los siguientes datos sobre un cargador frontal:

Cargador frontal modelo: FR 140 Eficiencia: 50/60=0.83 Factor de esponjamiento: .1.10 Eficiencia del cucharn: ..85% Distancia a transportar: ..50 m. Velocidad de vuelta:10 km/h Velocidad de ida: ..5 km/h El tiempo de ascenso-descarga-descenso: .20 seg Capacidad del cucharn en m: ..2.5m

Se pide determinar su tiempo de ciclo y su rendimiento

Solucin

Tiempo de ciclo

Motoniveladora

La motoniveladora es una mquina muy verstil usada para mover tierra u otro material suelto. Su funcin principal es nivelar, moldear o dar la pendiente necesaria al material en que trabaja. Se considera como una mquina de terminacin superficial. Su versatilidad est dada por los diferentes movimientos de la hoja, como por la serie de accesorios que puede tener.

Calculo del tiempo total

Dnde:

T: tiempo de cicloL: longitud por perfilarV: velocidad de la pasada E: eficiencia

Calculo del rendimiento

Dnde:

R: rendimientoL: longitud por perfilar (en metros)a: ancho de la calzada ms berma (en metros) T: tiempo total (en horas)

EjemploSe tiene los siguientes datos sobre una motoniveladora

Longitud por perfilar en metros 312mAncho de la calzada ms berma ..6mMotoniveladora modelo..120GVelocidad en primera y segunda pasada ...2km/hVelocidad en tercera y cuarta pasada ..4km/hVelocidad en quinta y sexta pasada ...5km/hEficiencia .0.75/h

Se pide determinar su tiempo de ciclo y su rendimiento Tiempo totalSolucin

Otra forma

Rodillos

Los rodillos son mquinas autopropulsadas que se emplean en la compactacin de tierras con espesores de 20 a 30 cm. Su peso vara de 5 a 15 toneladas y la velocidad de trabajo entre 2 y 10 km/h.

Los rodillos pata de cabra son mquinas remolcadas por tractores de pequea o mediana potencia, que pueden ser normales o vibrantes, y que se utilizan para a compactacin de terrenos con excepcin de arenas, gravas y piedra partida. Disponen de depsitos para lastre, que pueden estar vacos o llenos de agua o arena, lo que permite aumentar la presin que transmiten al terreno.

Clculo del material suelto compactado en una hora

Dnde:

R: material suelto compactado en una hora (m3)V: velocidad de la mquina que compacta (en km/h) 0.8 km/hE: eficiencia de la preparacinD: profundidad de la capa de material suelto (en metros)A: ancho efectivo del rodillo compactador (en metros)N: nmero de pasadas necesarias para compactar 4 Ejemplo

Se tienen los siguientes datos sobre un rodillo compactador

Profundidad de la capa de material suelto 0.3 m Ancho efectivo del rodillo compactador..1.67 m Nmero de pasadas necesarias para compactar 4 Velocidad de la mquina que compacta .0.8 km/h Eficiencia de la preparacin aproximadamente0.83

Se pide determinar su tiempo de ciclo y su rendimiento.

Solucin

Excavadora

Mquina autopropulsada sobre ruedas o cadenas con una superestructura capaz de efectuar una rotacin de 360, que excava, carga, eleva, gira y descarga materiales por la accin de una cuchara fijada a un conjunto de pluma y balance, sin que el chasis o la estructura portante se desplace

La definicin anterior precisa que si la maquina no es capaz de girar su superestructura una vuelta completa (360), no es considerada como excavadora. La presin de los planos de trabajo, tales como pluma, balance, estructura portante, etc.; fija y unifica los criterio clasificadores

Clculo del rendimiento Frmula de Produccin

Dnde:

Volumen del cucharon Se considera la capacidad colmada afectada por los factores de llenado

La capacidad del balde o capacho se mide colmada, con pendiente 1:1

Eficiencia: La eficiencia de una excavadora puede llegar a 50 min/hora Tiempo del ciclo: Un ciclo se considera como el total de las operaciones de corte, giro con carga, desplazamiento o viaje, descarga, giro vaco y regreso vaco.

volumen de cucharon (m3)tiempo de la fases de trabajo en segundos

cargaGiro con cargadescargaGiro vacototal

0.76542314

0.76-1.15642315

1.5-1.9643417

2.3754420

2.7764522

3764522

3.87874624

Factor de volumen:

Factores de Corte y Giro

% profundidad optimangulos de giro

45607590120150180

400.930.890.850.800.720.650.59

601.101.030.960.910.810.730.66

801.221.121.040.980.860.770.69

1001.261.161.071.000.880.790.71

1201.201.111.030.970.860.770.70

1401.121.040.970.910.810.730.66

1601.030.960.900.850.750.670.62

Ejemplo

Se desea determinar el rendimiento de extraccin de material tipo arcilla, con una pala mecnica de 1 1/2 yd3. Con un costo horario de $ 120.00, considerando una altura mxima de ataque de 3 m, descargando en camiones mediante un giro de 120. El Coeficiente de Abundamiento material clase I es: 40 %

Solucin

ProduccinVolumen Cucharn: Vol. Colmado* factor de llenado Vol. Cuch. = 1.50*1.10 = 1.65 Yd3

Tiempo del ciclo Para 1 y d 3 =14 seg

Eficiencia

minutosfactor

601

550.92

500.83

450.75

Factor de Angulo de cortePara giro de 120 % Corte = (3.0 / 2.76)*100 Alto Real/Alto Corte% Corte = 108

Factor = 0.872

100%0.88

108%Factor

120%0.86

Factor de volumen

E: Abundamiento del material Para arcilla = 40 % Factor Vol. = 1/(1+0.4) = 0,7143

Produccin= (1.65*0.83*0,872*0.7143)/14 = 0,0693 yd3 / seg. = 219.34 yd3 / hora = 167.44 m3 / hora

TractorEl tracto es una maquina muy generalizada, est diseada para trabajos mltiples, especialmente para empujar o jalar equipos de construccin y que en consecuencia puede usarse en toda clase de trabajos de carreteras

Tractor caterpillarProfundidad permisible

D-81.75

D-71.75

D-61.50

D-61.25

Clase de materialEstado actualConvertido a TABLA 1

Estado naturalEstado SueltoEstado Compactado

ArenasNaturalSueltoCompactado1.000.901.051.111.001.170.950.861.00

Tierra comnNaturalSueltoCompactado1.000.801.111.251.001.390.900.721.00

ArcillasNaturalSueltoCompactado1.000.701.111.431.001.090.900.631.00

Tipo de tractor (material suelto) TABLA 2

Empujador rectoEmpujador angular

D-82.4 2.9

D-72.2 2.5

D-51.42.0

D-41.2 1.8

Calculo de rendimiento

Dnde:Q: capacidad de la pala del empujador en material sueltoF: factor de conversinE: eficienciaCm: tiempo que dura en ciclo de trabajo en minutos

Factores de conversin volumtricaTipo de sueloFactor de conversin

Tierra suelta1.10

Roca suelta1.20

Roca dura1.15

Ejemplo

Se efecta el movimiento de tierra para construccin de terraplenes con un tractor D-7 en tierra comn, distancia de transporte 30m, con un empujador angular

Se tieneValor de Q..tabla N2Valor de E es 80%Valor de F.. (Tabla N1) natural a sueltoVelocidad de ida.2.4km/hVelocidad de retorno vaco.4km/h

Determinar el nmero de metros cbicos movidos por hora

SolucinPor formula tenemos

Dnde:Q: capacidad de la pala del empujador en material sueltoF: factor de conversinE: eficienciaCm: tiempo que dura en ciclo de trabajo en minutos

DATOSBuscando el valor de QQ=2.5 ..tabla n 2Buscando el valor de FF= 1.25 tierra comn..tabla n 1

Vamos a buscar el valor de Tiempo fijoEn una ida y una vuelta hay dos veces cambio de engranajes, o sea

Tiempo variable

Ciclo totalCm=0.33+0.75+0.45=1.53 minutosTeniendo todos los datos aplicamos la frmula de rendimiento

Resumen de ejercicios

TRACTORRendimiento:

Dnde:Q: capacidad de la pala del empujador en material sueltoF: factor de conversinE: eficienciaCm: tiempo que dura el ciclo de trabajo en minutosEjemploSe realiza un trabajo, tractor D-7 en tierra comn, distancia de transporte 20 m con empujador angularQ: 2.25 m3.tablaE: 80%F: 1.25..tablaDeterminar el nmero de metros cbicos por horaHallamos Cm Tiempo fijoEn una ida y una vuelta hay dos veces cambio de engranaje o sea10*2=0.33 minutosTiempo variable

Ciclo totalCm=0.33+0.75+0.45=1.53 minutosTeniendo todos los datos aplicamos

MotoniveladoraCalculo de tiempo total

Dnde:T: tiempo de cicloL: longitud por perfilar V: velocidad de la pasadaE: eficienciaCalculo de rendimiento

Dnde:R: rendimientoL: longitud por perfilar (m)a: ancho de la calzada ms berma (m)T: tiempo total (h)EjemploSe tiene los siguientes datos sobre una motoniveladoraLongitud por perfilar en metros 312mAncho de la calzada ms berma 6mMotoniveladora modelo 120GVelocidad en primera y segunda pasada 2km/hVelocidad en tercera y cuarta pasada 4km/hVelocidad en quinta y sexta pasada 5km/hEficiencia 0.75/hSe pide determinar su tiempo de ciclo y su rendimiento Tiempo total

Otra forma

RODILLOCalculo del material compactado en una hora

Dnde:D: profundidad de la capa del material suelto (m)A: ancho efectivo del rodillo (m)N: nmero de pasadas necesarias para compactarR: material suelto compactado en 1 hora (m3)V: velocidad de la mquina que compacta 0.8km/hE: eficienciaEjemploSe tiene los siguientes datos sobre un rodillo compactadorProfundidad de la capa del material suelto 0.3mAncho efectivo del rodillo 1.67mNumero de pasadas necesarias para compactar 4Velocidad de la mquina que compacta 0.8 km/hEficiencia de la preparacin aproximadamente 83%, 0.83Se pide determinar su tiempo de ciclo y su rendimiento

CARGADOR FRONTALCalculo de rendimiento

Dnde:Q: capacidad del cucharon del cargador frontalE: eficienciaF: factor de esponjamientoEc: eficiencia del cucharon tomar 1.10T: tiempo de cicloEjemploSe tienen los siguientes datos sobre un cargador frontalCargador frontal FR 140Eficiencia 50/60 =0.83Factor de esponjamiento 1.10Eficiencia de cucharon 85%Distancia a transportar 50mVelocidad de vuelta 10km/hVelocidad de ida 5km/hEl tiempo de ascenso-descarga-descenso 20sgCapacidad del cucharon en m3Se pide determinar su tiempo de ciclo y su rendimientoTiempo de ciclo