Clasificacion de Equipos i

CLASIFICACION DE LA MAQUINARIA

La maquinaria según la relación de Peso/volumen, es decir según su capacidad se clasifica

de la siguiente manera:

Maquinaria Pesada

Maquinaria Semipesada

Equipo Liviano

Herramienta menor

De acuerdo con el objetivo general de este documento, nuestro objeto de estudio será la

maquinaria pesada, a continuación se profundizará en la clasificación de tipo maquinaria,

según las tareas que puedan desempeñar dentro de un proyecto de infraestructura vial.

MAQUINARIA PESADA

Este grupo de máquinas, se caracteriza por las grandes proporciones geométricas

comparado con los vehículos livianos, y se identifican por el peso y volumen considerado;

además se requiere de un operador capacitado y la operación varía según la maquinaria; se

utiliza en movimientos de tierra de grandes obras de ingeniería civil y en obras de minería a

cielo abierto.

Las máquinas para movimiento de tierra se caracterizan por ser, en general equipos

autopropulsados utilizados en construcción de: caminos, carreteras, túneles, ferrocarriles,

aeropuertos, obras hidráulicas y edificaciones.

Están construidos para varias funciones como son: soltar y remover la tierra, elevar y cargar

la tierra en vehículos que han de transportarla, distribuir la tierra en camadas de espesores

controlados, y compactar la tierra. Algunas máquinas pueden efectuar más de una de estas

operaciones.

La maquinaria pesada utilizada en un proyecto de infraestructura vial, se puede agrupar de

la siguiente manera:

1. Equipos de trituración y procesamiento de materiales

2. Equipos para excavación y cargue de materiales

3. Equipos para cargue de materiales

4. Equipos para acarreo de materiales

5. Equipos para empuje y nivelación de materiales

6. Equipos para compactación de materiales

1. EQUIPOS DE TRITURACION DE MATERIALES

Los equipos de trituración se pueden clasificar, dependiendo de los tamaños de piedras que

estas procesan, en primarias, secundarias y terciarias.

1.1 TRITURADORAS PRIMARIAS

De Quijada

Giratoria

Molino de martillos (roca blanda)

1.2 TRITURADORAS SECUNDARIAS

Cónicas

De rodillos

Molino de martillos

1.3 TRITURADORAS TERCIARIAS

De rodillos

Molino de barras

Molino de bolas

Un concepto importante en estas máquinas es la relación de reducción, que es el cociente

de dividir el tamaño de la mayor piedra que puede entrar a la trituradora, entre el tamaño de

la mayor piedra que puede salir de la misma. En general, las trituradoras primarias tienen

un valor de la relación de reducción entre 10 y 12, mientras que las que tienen valores bajos

en este cociente son destinadas a las etapas secundarias y terciarias de la trituración.

2. EQUIPOS PARA EXCAVACION Y CARGUE DE MATERIALES

Las excavadoras son las maquinas más utilizadas actualmente en obras civiles, ya que estas

sirven para excavación, cargue, demoliciones, perforaciones y manejo de cargas entre otras

funciones. Estas máquinas se pueden ensamblar de acuerdo al tipo de labor que se va a

realizar, puesto que sus fabricantes ofrecen distintas y variadas alternativas de

superestructuras, boom, brazos y aditamentos, para la configuración más adecuada de la

excavadora.

Las excavadoras según el funcionamiento del cucharon, se clasifican en retroexcavadoras y

palas frontales. En este documento nos dedicaremos a estudiar las retroexcavadoras sobre

orugas, de arranque hacia dentro y cargue hacia afuera, puesto que estas son más versátiles

y las que comúnmente se utilizan en nuestro medio para proyectos de infraestructura vial.

2.1 RETROEXCAVADORAS DE ORUGAS

Las retroexcavadoras son empleadas para el movimiento de tierras y otros materiales.

Aunque una excavadora es un vehículo autopropulsado, es decir, capaz de desplazarse de

un lugar a otro, su posición de trabajo permanece invariable, a veces mediante su fijación al

terreno. Una excavadora está constituida por una o más cucharas, una estructura adecuada

que imprime a éstas la fuerza necesaria y un bastidor móvil sobre carriles, o bien dotado de

orugas, que permiten su desplazamiento y llevan a cabo las diferentes operaciones;

excavación, cargue y descargue sucesivamente sin interrupciones.

3. EQUIPOS PARA CARGUE DE MATERIALES

Los equipos de cargue como su nombre lo indica, son máquinas empleadas para la

excavación de terrenos o para la carga y descarga de materiales diversos.

En los proyectos de infraestructura vial, generalmente se usan los cargadores sobre llantas,

los cuales son muy versatiles y de alta maniobrabilidad, se emplean generalmente para

apilamientos, cargue de volquetas y alimentación de tolvas.

Su equipo especial está constituido por dos brazos articulados, que soportan en sus

extremos una pala que puede girar en torno a su propio eje. La forma de la pala varía según

el material que hay que manejar.

3.1 CARGADORES FRONTALES

El cargador frontal es un equipo tractor, montado en orugas o en ruedas, que tiene un

cucharón de gran tamaño en su extremo frontal. Los cargadores son equipos de carga,

acarreo y eventualmente excavación, en el caso de acarreo solo se recomienda realizarlo en

distancias cortas.

El uso de cargadores da soluciones modernas a un problema de acarreo y carga de

materiales, con la finalidad de reducir los costos y aumentar la producción. En el caso de

excavaciones con explosivos, la buena movilidad de éste le permite moverse fuera del área

de voladura rápidamente y con seguridad; y antes de que el polvo de la explosión se disipe,

el cargador puede estar recogiendo la roca regada y preparándose para la entrega del

material.

Los cucharones del cargador frontal varían en tamaño, desde 0.19 m3 hasta más de 19.1 m3

de capacidad, colmado. El tamaño del cucharón está estrictamente relacionado con el

tamaño de la máquina.

Estos equipos se utilizan para remover tierra relativamente suelta y cargarla en vehículos de

transporte, como camiones o volquetas y son generalmente articulados para permitir

maniobras en un espacio reducido.

Para seleccionar un cargador se deben tener en cuenta algunos parametros para no

equivocarse y conseguir el mas adecuado según las necesidades que se tengan, tal como se

describe a continuación:

Altura de descargue:

Un factor importante en la eleccion de un cargador, es el del mecanismo del cucharon, el

cual se diseña para tener una altua de vaciado, siendo esta la distancia vertical del suelo al

punto mas bajo de los dientes del cucharon colocado a su maxima elevacion con un angulo

de inclinacion de vaciado de 45°. Tal atura es proporcional al tamaño del cargador, esto

hace posible que el cargador vacíe a un camión o unidad de acarreo de tamaño

adecuadamente equilibrado.

Carga Nominal

Para lograr la seguridad estatica al volcamiento, el peso del tractor debe ser generalmente

de 40% a 60% mayor que la capacidad de carga volcante. De acuerdo con lo anterior,

pueden calcularse aproximadamente los tamaños del cucharon y del tractor que se

necesitarian para obtener un cargador balanceado. Se considera operativa bajo las siguiente

condiciones:

La capacidad de levantamiento de la maquina en todas las posiciones del cucharon

no debe ser menor que la carga de operación especificada.

Con aditamento del cucharon del tamaño y tipo especificado

A una velocidad de traslación maxima de 6km/h

La superficie de operación debe ser dura, moderadamente suave y nivelada para

cargadores de llantas.

4. EQUIPOS PARA ACARREO DE MATERIALES

4.1 VOLQUETAS

Las volquetas son quizás la maquinaria más utilizada en cualquier tipo de obra civil. Son

vehículos automóviles que poseen un dispositivo mecánico para volcar la carga que

transportan en un cajón que reposa sobre el chasis del vehículo. La composición mecánica

de la volqueta depende precisamente del volumen de material que pueda transportar el

cajón. Por tal razón, este tipo de maquinaria de carga cumple una función netamente de

transporte ya sea dentro de la misma obra o fuera de ella.

Existen las volquetas más comúnmente utilizadas que son las de 7 metros cúbicos, estas

generalmente poseen solo dos ejes y se pueden utilizar para transporte interno o externo en

la obra.

Generalmente, dentro de la obra son utilizadas para transportar cualquier tipo de material

que por tiempo, por cantidad y por factibilidad, el ser humano no puede transportar. Fuera

de la obra las volquetas son utilizadas para transportar de las canteras a la obra o viceversa

el material que se requiera llevar allí.

5. EQUIPOS PARA EMPUJE Y NIVELACION DE MATERIALES

5.1 TRACTORES TIPO ORUGAS

A estos equipos se les denomina de varias maneras, siendo este quipo generalmente

conocido también como "bulldozer". Estas máquinas remueven y empujan la tierra con su

cuchilla frontal. La eficiencia de estas máquinas se limita a desplazamientos de poco más

de 100 metros en forma horizontal.

Los bulldozers (del inglés: niveladora) son máquinas motorizadas de gran potencia. Es un

tipo de topadora que se utiliza principalmente para el transporte de materiales de gran

volumen, lo cual permite abrir caminos y despejar áreas bloqueadas o inaccesibles.

Se denomina topadora o bulldozer a una máquina utilizada en construcción para el

movimiento de tierras. La hoja es de chapa de acero reforzada con nervios. Dicha hoja de

empuje frontal, está fija al chasis del tractor mediante unos largueros y unos cilindros

hidráulicos, quedando esta perpendicular al movimiento de la máquina. Los movimientos

de la hoja son por tanto de tilt (inclinación lateral) y pitch (inclinación con respecto al eje

vertical). Aunque el tractor permite movimientos verticales de elevación de la hoja, con

esta máquina no es posible cargar materiales sobre camiones o tolvas, por lo que el

movimiento de tierras lo realiza por arrastre.

Un bulldozer dispone principalmente de dos modos de trabajo: la placa o pala metálica y el

rompedor o ripper. La placa metálica, ubicada en la parte delantera de la máquina, es usada

para poder desplazar el material hacia un lugar determinado mediante empujado del mismo.

El rompedor, situado en la parte trasera de la máquina, es utilizado para escarificar o

romper el material a trasportar, para poder excavar un material que la pala delantera no es

capaz de excavar, debido a su rozamiento interno. Por tanto, se escarifica para facilitar el

posterior transporte del material.

Su aplicación preponderante es el empuje de tierras en base a su hoja topadora, pero

además es capaz de portar algunos accesorios y herramientas también útiles, como el

desgarrador o ripper, cadenas y hojas especiales para desmonte y rastras para preparación

de terrenos.

Las operaciones más usuales en las que participan los tractores son:

Desmontes.

Despalme.

Trazo piloto de caminos.

Caminos auxiliares.

Excavación y acarreo hasta 100 m.

Auxiliar para empuje de escrepas.

Trabajo en laderas.

Rellenos.

5.2 MOTONIVELADORAS

Las motoniveladoras, son utilizadas para mezclar los terrenos, cuando provienen de

canteras diferentes, para darle una granulometría uniforme, y disponer las camadas en un

espesor conveniente para ser compactadas, y para perfilar los taludes tanto de rellenos

como de cortes.

Estas máquinas están compuestas de un tractor de cuatro ruedas, que en su parte delantera

tiene un brazo largo o bastidor apoyado en un tren delantero de dos ruedas, las cuales son

de dirección. Además, está equipada con una hoja de corte dotada de movimientos vertical

y horizontal, y de rotación y de translación en su propio plano, la misma está montada entre

su eje delantero y sus ejes traseros de tracción.

El movimiento horizontal de la hoja varía de 0° a 180°en relación al eje longitudinal de la

máquina. En el plano vertical su inclinación puede llegar a 90° en relación al suelo. Esta

gran movilidad de la hoja de corte le permite situarse con precisión en diversas posiciones,

puede girar horizontalmente mediante la rotación del círculo de giro, e inclinarse

lateralmente con relación a su eje vertical, también puede inclinarse con relación a su eje

horizontal, además puede desplazarse vertical y lateralmente, lo cual le permite cortar,

mezclar, nivelar y botar los materiales de exceso.

Las motoniveladoras tienen amplia maniobrabilidad y radio corto de viraje, debido a su

bastidor articulado y a las ruedas delanteras de viraje cerrado. Sus ruedas delanteras tienen

inclinación lateral con respecto a sus propios ejes, lo que les permite adaptarse fácilmente a

los desniveles del terreno, y soportar empujes laterales cuando trabaja con la cuchilla

inclinada.

Están dotadas de un escarificador frontal que opcionalmente se acomoda en la parte

delantera o trasera del equipo. Este aditamento se utiliza para aflojar el suelo cuando el

material a ser cortado se presenta muy duro. El escarificador normalmente está compuesto

de 11 dientes removibles que pueden ser ajustados hasta una profundidad de 30 cm. Si el

esfuerzo del escarificador fuera demasiado, se puede reducir el número de dientes.

El tamaño de la cuchilla dependerá del uso que vaya a dársele en la construcción, esta

puede ir desde los 2.50 hasta los 7.30 metros

Sus principales usos son:

Nivelación.

Mezclado.

Escarificado.

Cunetas.

Conservación de caminos.

6. EQUIPOS PARA COMPACTACION DE MATERIALES

Consiste fundamentalmente en el proceso artificial que se sigue para lograr el aumento en

la densidad de un suelo natural o de relleno, a fin de obtener la mayor estabilidad de él. Este

proceso se realiza mediante el empleo de equipos mecánicos o manuales (energía) y la

adición de agua que fuere necesaria. Existen cuatro factores inciden en el logro de una

buena compactación, y son estos:

Tipo de material que se va a compactar (Comportamiento físico – mecánico).

Contenido óptimo de humedad del material (Ensayo Próctor).

Correcta elección de los equipos que se van a utilizar.

Técnicas que se van a emplear.

Una compactadora es una máquina pesada que consta de un tractor y de un cilindro de gran

peso que va delante y funciona a modo de rueda delantera. En otros casos constan de dos

cilindros, uno en la parte delantera y otro en la parte trasera, funcionando de igual manera

como ruedas.

Las aplanadoras se utilizan en construcción para compactar materiales. Son imprescindibles

durante la construcción de carreteras, tanto en la conformación de terraplenes como en la

conformación de la carpeta de rodadura de pavimentos flexibles, siendo utilizadas también

para alisar superficies u otro tipo de tareas en obras diversas.

La compactación de los suelos es una operación mecánica que ayuda a elevar la densidad

del suelo, este trabajo sirve para realizar obras como conformar y estabilizar vías,

terraplenes y rellenos. Hay tres factores importantes que afectan esta operación:

Gradación del material:

Un suelo con una buena gradación se compactará mejor y más fácilmente que uno con mala

gradación, porque las partículas pequeñas tienden a llenar los espacios vacíos que existen

entre las partículas grandes, por lo tanto quedan menos espacios vacíos después de la

compactación.

Contenido de humedad:

La cantidad porcentual de agua que se encuentra en el suelo es muy importante en la

compactación, pues el agua ayuda al acomodamiento, unión y cohesión de las partículas del

material granular que se esté compactando.

Para bajos contenidos de humedad, el agua está en forma capilar produciendo compresiones

entre las partículas constituyentes del suelo, lo cual tiende a la formación de grumos

difícilmente desintegrables que dificultan la compactación.

El aumento del contenido de humedad hará disminuir esta tensión capilar en el agua,

haciendo que una misma energía de compactación produzca mejores resultados. Sin

embargo, si se aumenta demasiado el contenido de agua, una gran parte de los vacíos se

llenaran de agua, dificultando el desplazamiento de las partículas de suelo produciendo una

disminución en la eficiencia de la compactación.

Por esta razón se habla de una humedad óptima para suelos finos, para el cual el proceso de

compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen

Esfuerzo de compactación:

Es el método que se emplea con el fin de aplicar la energía mecánica en el suelo, los

esfuerzos de compactación pueden ser por:

Peso estático o presión

Amasado

Impacto, percusión

Vibración o sacudimiento

Tipos de compactadores

Los equipos de compactación se pueden clasificar de la siguiente manera:

Pata de cabra

Pisones

Rodillo liso

Rodillo liso vibratorio

Rodillo de pisones vibratorio

Neumático

TIPO DE COMPACTADOR IMPACTOPRESION

VIBRACION

AMASADO

PATA DE CABRA X PISONES X X RODILLO LISO X RODILLO LISO VIBRATORIO X X RODILLO DE PISONES VIBRATORIO

X X

NEUMATICO X X

MATERIAL

ESPESOR DE CAPAS (Pulgadas)

PASADAS

TIPO DE COMPACTADOR

GRAVA 8-12 3-5PISONES VIBRATORIOLISO VIBRATORIONEUMATICO

PATA DE CABRA

ARENA 8-10 3-5

PISONES VIBRATORIOLISO VIBRATORIONEUMATICOLISO ESTATICO

LIMO 6-8 4-8

PISONES VIBRATORIOPISONESNEUMATICOPATA DE CABRA

ARCILLA 4-6 4-6PISONES VIBRATORIOPISONESPATA DE CABRA

PAVIMENTADORAS ASFÁLTICAS (finishers).

Es una máquina que distribuye y le da forma al asfalto, la combinación de agregado y un

agente aglutinante que se utiliza en la pavimentación de caminos. El asfalto es puesto en un

área determinada como una carretera o un estacionamiento por las pavimentadoras de

asfalto, con ciertos espesores predeterminados.

El equipo consta de un tractor, la tolva y la unidad de rodillos. El tractor, puede estar

montado sobre ruedas (ancho de carpeta hasta 8 m.) o sobre orugas (hasta 12 m.). La

velocidad del viaje (no operando) de las pavimentadoras de oruga es alrededor de 5 km/hr.,

mientras que las de ruedas alcanzan 20 km/hr.

Los rodillos constituyen la parte más importante de una pavimentadora; en inglés se les

denomina "screeds" y hay de dos tipos de compactación: vibratorio y de apisonamiento; y

también se manejan dos características: fijas o telescópicas (de extensión).

PRODUCTIVIDAD

En primera instancia, se debe calcular un valor teórico de producción, apoyándose en las

formulas y métodos que a continuación se describirán. Dichos valores, deben ajustarse

posteriormente por medio de los factores que afectan el rendimiento de la obra; para la

aplicación correcta de estos factores se debe tener en cuenta lo siguiente (Solanilla, 2006,

pág. 101):

Datos reales obtenidos en otros proyectos

Experiencias en obras similares

Conocimientos del comportamiento de las maquinas

Conocimiento de la eficiencia de los operadores

Conocimiento de los materiales

Conocimiento del terreno

Conocimiento del clima

Conocimiento del medio donde se desarrolla el proyecto.

La producción puede darse en m3/h o en ton/h; existe una formula general que se

aplica para calcular la producción de los equipos móviles: producción o volumen de carga

por ciclo (el material puede ser suelto o en banco), multiplicada por el número de ciclos por

hora, esto se afecta por la eficiencia respectiva de cada tipo o forma de trabajo. (Solanilla,

2006, pág. 102)

Q=q∗N∗E

Q: Producción por hora (m3/h) ó (ton/h)

q: Producción por ciclo (m3) ó (ton)

N: Numero de ciclos por hora

E: Eficiencia de eficiencia

PRODUCCION DE TRACTORES CON HOJA TOPADORA

La producción se puede determinar con base en las siguientes especificaciones y datos suministrados por el fabricante o por medio de fórmulas, según la practica recomendada por la norma SAE J1265

Producción de un tractor con hoja topadora de acuerdo con las gráficas de producción del fabricante.

En este caso se debe aplicar la siguiente formula:

Produccion (m3S /hr )=producciónmáxima (m3S /hr )∗factoresde corrección

Producción máxima

La producción máxima que se encuentra en las gráficas, se basa en las siguientes

condiciones:

100% de eficiencia, es decir, 60 minutos por hora de trabajo.

Tiempos fijos de 0.05min (3seg) para los cambios de velocidad en máquinas con

servotransmisión.

La máquina excava o arranca material por 15 metros y luego empuja amontona la

carga. Entonces se considera el tiempo de descarga 0 seg.

Densidad del material suelto 1370 kg /m3

Coeficiente de tracción:

Maquinas con orugas: 0.5 o más

Maquinas con llantas: 0.4 o más

Las hojas topadoras tienen control hidráulico.

El cambio o marcha recomendado en la servotransmisión según la operación a

ejecutar es:

TABLA 2.5 PAGINA 131

La aplicación de las marchas está basada en suelos desde horizontales hasta cuesta abajo,

sin extensiones en las topadoras, para evitar el derrame de material o protecciones para las

rocas. Si se varían estas condiciones estándar las marchas para cada operación también

pueden variar. Por ejemplo, se pueden acarrear más cantidades de material pero a una

velocidad menor.

Si se desea hallar la producción en banco, se le aplica el factor carga correspondiente a la

producción suelta corregida, de acuerdo a las tablas.

Producción (m3B/hr )=producción (m3S /hr )∗factor decarga

Factores de corrección: La siguiente tabla sirve para encontrar este factor y aplicándolo a

la fórmula 1 se puede obtener el dato más real de la producción.

La grafica de producción calculada o estimada, simula las de los fabricantes, ellos estiman

la producción de acuerdo a las condiciones anteriormente enumeradas y a una gran numero

de pruebas y estudios en condiciones y trabajos diversos. En esta grafica las cantidades del

eje “X” significa la distancia de acarreo o de empuje, pues los primeros 15 metros se han

considerado como de excavación o arranque, las cantidades del eje “Y” significa la

producción máxima suelta por hora, y cada curva es para cada modelo de maquina con el

mismo tipo de topadora, es decir, todos con su correspondiente hoja ya sea recta,

semiuniversal o universal, etc.

PRODUCCION DE UN TRACTOR CON HOJA TOPADORA DE ACUERDO A

ESPECIFICACIONES DE LA MAQUINA

Si no se tienen las gráficas de producción de la máquina, se puede emplear la siguiente

formula

Q=q∗N∗E∗e

Donde:

Q :Producción por hora¿

q :Producción por ciclo(m¿¿3)¿

N :Numerodeciclos por hora

E :Factor de eficiencia

e :Factor de pendiente

Producción por ciclo (q):

Un tractor no tiene una capacidad volumétrica determinada. No hay ningún contenedor o

tolva; en su lugar, la cantidad de material que el tractor mueve depende de la cantidad que

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

producción son tres:

(1) El tipo y condiciones de material

(2) El tipo de cuchilla

(3) El tiempo del ciclo.

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

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

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

rodarán sobre el terreno y se colmarán. Los materiales sin cohesión (arenas) se conocen

como materiales muertos porque no muestran propiedades de esponjamiento o copete

La producción por ciclo o capacidad de la hoja topadora se puede calcular en base a la

norma SAE J1265, la cual se apoya en las dimensiones de la hoja. Existen en general tres

tipos de cuchillas para las actividades de empuje de material: recta (S), universal (U) y

semiuniversal (SU), además la tipo cojín (C), usada para actividades de empuje de otros

equipos. Cada una de ellas, por su forma específica, logra acomodar el material frente a ella

de una determinada manera, de modo que un mismo tractor puede tener rendimientos

diferentes según el tipo de cuchilla usado.

Los fabricantes proporcionan una capacidad de cuchilla teórica, basada en la norma SAE J1265. Para una cuchilla recta, la capacidadVs puede estimarse con la siguiente ecuación, en función del ancho de la cuchilla (W) y la altura efectiva (H) o altura de material.

Vs=0.8WH2

Para la capacidad de la cuchilla universal Vu se sugiere la siguiente ecuación, en función de la capacidad de la zona recta, más la fracción equivalente a la zona angular, como se indica a continuación:

Vu=Vs+ZH (W−Z ) tan x

Donde:

Vu = capacidad de la cuchilla universal, en m3 suelto.Vs = capacidad de la cuchilla en la zona recta, en m3 suelto.W = ancho de la cuchilla, en metros, excluyendo los bordes.

H = altura efectiva de la cuchilla, en metros.Z = longitud del tramo angular, medido de manera paralela al ancho de la cuchilla, en metros.X = ángulo de la sección angular.

Numero de ciclos por hora: El ciclo de operación de un tractor está compuesto por cuatro labores:

1) Tiempo en arranque o excavación2) Tiempo de empuje3) Tiempo de retorno4) Tiempo requerido para realizar el cambio

El número de ciclos por hora se calcula con la siguiente formula:

N=60/TcDonde,

Tc: tiempo de un ciclo (min)

Los valores de los tiempos se pueden obtener de una toma directa en obra, si no es posible se aplica la siguiente formula:

Tc=Da/ A+De /E+Dr /R+Tf

Donde,

Da :Distancia dearranque oexcavación (m )

A :Velocidad dearranque oexcavación (m /min )

De :Distanciade empuje (m )

E :Velocidad deempuje (m /min )

Dr :Distancia dereversa (m )

R :Velocidad dereversa oretorno (m /min )

Tf :Tiempo para efectuar el cambiode marcha (min )

Las marchas o cambios que se usas en cada operación y sus velocidades medias respectivas son:

TRABAJO

NUMERO DE MARCHAS Y SU VELOCIDAD

ADELANTE 3, REVERSA 3

(F3/R3)

ADELANTE 4, REVERSA

4 (F4/R4)

VELOCIDADES MEDIAS

km/hr (m/min)

CORTE O ARRANQUE EN PRIMERA (F1) F1 2-3 (33-50)EMPUJE O ACARREO SEGUNDA (F2) F2,F3 3-5 (50-83)REVERSA O RETORNO R2 R3 5-7 (83-116)

PRODUCCION DE CARGADOR SOBRE LLANTAS

Para el cálculo de producción de los cargadores también se encuentran gráficas y tablas de los fabricantes que ayudan a aplicar la formula general de producción. Estas tablas están hechas con base en numerosas pruebas y bajo ciertas condiciones ideales de operación, para cargue o cargue y acarreo, pues los cargadores también pueden efectuar trabajos de acarreos.

Producción de un cargador en la operación de cargue

La producción por hora se puede obtener aplicando la siguiente formula:

Q=q∗N∗E

Donde,

Q=produccion por hora¿

q=produccion por ciclo (m3 )=ql∗K

ql=capacidad colmadadel cucharonacorde aespecificaciones del fabricante

K=factor del cucharon

N=numerode ciclos por hora=3600Tc ( 1

hr )Tc=tiempodel ciclo ( seg )

E=factor de eficiencia

La producción por ciclo ql es la capacidad colmada, según la norma SAE vista en el

capítulo anterior, este dato se encuentra en las hojas de especificaciones de la máquina. El

factor del cucharon se puede escoger de acuerdo a las siguientes tablas:

De acuerdo a la tabla anterior el valor del factor del cucharon lo puede escoger de la siguiente tabla:

Para encontrar el número de ciclos por hora N para cargue, primero debe encontrarse el tiempo del ciclo del cargador para cargue. Este tiempo es la suma de los tiempo de carga, más el tiempo de maniobras, más el tiempo de descarga.

Hay dos sistemas de realizar el cargue de volquetas: cargue en V o cargue en cruz.

En las siguientes tablas se pueden obtener los datos promedios de los ciclos para cada sistema de cargue, aunque estos tiempos se pueden acortar disminuyendo la distancia del movimiento D, o suceder lo contrario:

Los cargadores sobre orugas tienen menor capacidad de carga que los de llantas, por eso no se consideran en la última columna.

Para el cálculo de la producción se pueden utilizar estos valores o tomarse valores de tiempo reales en la obra; de todas maneras es muy buena práctica hacer los cálculos teóricos para tener un punto de comparación y determinar la eficiencia de dicho rendimiento.

Para determinar el factor de eficiencia en la producción del cargador, se puede utilizar como guía la siguiente tabla, sin embargo si se desea tener mayor aproximación en la producción del cargador, estos valores se pueden calcular de acuerdo a las condiciones reales de operación (minutos reales trabajados en una hora/60 minutos).

FACTOR DE EFICIENCIA

CONDICIONES DE OPERACIÓN

EFICIENCIA DEL TRABAJO

BUENAS 0.83PROMEDIO 0.75

MODERADA 0.67DEFICIENTE 0.58

A continuación se muestran unas tablas de producción estándar para cargadores con cucharones de distintas capacidades, el cual se constituye en un método práctico puesto que para determinar dicha producción solo se necesita calcular el tiempo del ciclo y cruzar este valor con la capacidad del cucharon.

Producción de un cargador en la operación de cargue y acarreo

La producción por hora se puede obtener aplicando la siguiente formula:

Q=q∗N∗E

Donde,

Q=produccion por hora¿


ql=capacidad colmadadel cucharonacorde aespecificaciones del fabricante

K=factor del cucharon

N=numerode ciclos por hora=60Tc ( 1

hr )Tc=tiempodel ciclo (min )= D

1000Vc /60+ D

1000Vv /60+Z

D=distancia delacarreo (m )

Vc=velocidad de acarreocargado (km /hr )

Vv=velocidad deretorno ovacío (km /hr )

Z=velocidad de retornoo vacío (km /hr )


Para determinar el número de ciclos por hora, se pueden tomar los datos reales en la obra o se pueden tomar los datos reales en obra o se puede tener en cuenta la siguiente tabla para hallar las velocidades de desplazamiento tanto cargado como vacío y aplicar la fórmula para hallar Tc.

El tiempo fijo Z es igual a la sumatoria de los siguientes tiempos:

Z=t1+t 2+t3+t 2

Donde,

t 1: tiempo decargue (0.20 a0.35min . )

t 2: tiempo de giro (0.15min . )

t 3: tiempo de vuelco (0.10min . )

Por lo tanto el valor de Z oscila entre 0.60 a 0.75 min

Por otro lado, para determinar el valor de la eficiencia para un cargador que sea utilizado para cargar y acarrear materiales, se puede utilizar como guía que se muestra a continuación






En este orden de ideas, también se cuenta con unas tablas de producción estándar para la operación de carga y acarreo de cargadores, las cuales deben ser afectadas por los factores de cucharon y eficiencia.

Las condiciones que se tuvieron en cuenta para las anteriores tablas fueron:

1) Tiempo del ciclo: tiempo de acarreo + tiempo fijo + tiempo de retorno2) El tiempo fijo es igual a la suma del tiempo de carga + tiempo de giro+ tiempo de

descargue.3) El tiempo fijo se tomó de 0.6 min4) Los cambios o marchas del acarreo son en segunda (F2) y el de retorno en tercera

(F3)

Aunque se dispone de estas tablas para calcular producción de los cargadores cuando realizan la operación de cargue y acarreo, es importante señalar que existen graficas específicas de referencia sobre los tiempos de viaje de cada máquina suministrada por los fabricantes, en la cual se relaciona la distancia de acarreo, ya sea cargado o vacío, el tiempo gastado y la resistencia total.

La información suministrada en las gráficas para los cargadores sobre llantas se traducen en las siguientes suposiciones para la velocidad de operacion:

1) Cuarta marcha, cuando la resistencia total esta ente el 2% y el 6%2) Tercera marcha para una resistencia total entre el 8% al 10%3) Segunda marcha para una resistencia total del 15%4) Primera marcha para una resistencia del 20%

PRODUCCION DE EXCAVADORAS

El cálculo de producción de las excavadoras depende también de la carga útil media del cucharon, el tiempo medio del ciclo y la eficiencia del trabajo. Del mismo modo, los fabricantes de estas máquinas generan tablas, las cuales son muy útiles al momento de aplicar las formula general de producción.

Calculo de la producción de una excavadora en su operación de cargue

La producción por hora se puede obtener aplicando la siguiente fórmula:

Q=q∗N∗E

Donde,

Q=produccion por hora(m3 /hr )


ql=capacidad colmadadel cucharonacorde aepecificacionesdel fabricante

K=factor de cucharón

N=numerode ciclos por hora=60T c (

1hr )


La producción por ciclo ql es la capacidad colmada de carga del cucharon, y según la norma SAE, esta se encuentra en las hojas de especificaciones de la máquina. Este valor deber ser afectado por el factor de cucharon o llenado, el cual depende del tipo de material con el que se vaya a trabajar, como se indica en la presente tabla.

Para determinar el número de ciclos por hora N de excavación, primero se debe buscar el tiempo de ciclo de la excavadora, el cual se calcula de la siguiente manera

T c=Tiempode carga+Tiempode giroconcarga+Tiempo dedescarga+Tiempo de girosin carga

El tiempo necesario para el ciclo de una retroexcavadora se puede determinar a través de mediciones en campo o basándose en las tablas de ciclo estándar. En dichas tablas se relacionan el peso de la máquina, la capacidad del cucharon, el ángulo de giro de operación. El valor encontrado en la tabla deber ser afectado por el factor de conversión, el cual depende de las condiciones de la excavación, el área de trabajo y el operador.

Los tiempos mostrados en la tabla anterior se calcularon bajo las siguientes premisas:

1) Un operador con una habilidad normal.2) No hay obstáculos en la ruta de circulación del equipo.3) Las condiciones de trabajo son favorables.

Descripción de condiciones de trabajo

Fácil: Material fácil de excavar como tierra suelta o arena; operador con buena habilidad; sin obstáculos en el área de la maniobra; descarga en pila o volqueta.

Normal: Material más difícil de excavar como tierra compacta, arcilla seca y dura; tierra con menos del 25% de roca; pocos obstáculos en el área de la maniobra; descarga en una pila grande.

Moderada: El material a excavar es más duro, con más contenido de roca o piedra; la descarga más difícil, descarga en volqueta pequeña.

Difícil: Material muy difícil de excavar, con bastante piedra, roca de voladura, caliza, areniscas, pizarra bituminosa; personal y obstáculo en el área de la maniobra; se descarga en áreas pequeñas y se requiere el alcance máximo del equipo.

Numero de ciclos

Luego de conocer el tiempo del ciclo se procede a calcular el número de ciclos por hora de la maquina aplicando alguna de las siguientes formulas:

si el tiempo esta dadoen segundos :N=numerode ciclos por hora=3600Tc

si el tiempo esta dadoenminutos :N=numerode ciclos porhora=60T c






De igual forma, en el medio se cuenta con tablas que permiten hallar la producción de una excavadora. Las tablas que se muestran a continuación contienen datos de una producción estándar y para saber la producción se parte del conocimiento previo del tiempo de ciclo el cual se enlaza con la capacidad del cucharon; teniendo en cuenta que para hallar un valor cercano al real se debe afectar por los factores de cucharon y el de eficiencia.

PRODUCCION DE VOLQUETAS

Para determinar la producción por hora de una volqueta, se debe tener en cuenta la formula general empleada para el cálculo de la producción en las maquinas anteriormente analizadas.

Q=Qc∗N∗Ev

Donde,

Q=Producciónde lavolqueta por hora¿

Qc=Producción por ciclo (m3 )

N=Numero deciclos de la volqueta por hora

Ev=Eficiencia del trabajode la volqueta

Producción por ciclo Qc:

La producción útil de una volqueta por ciclo, es la capacidad de carga de su contenedor y este se puede establecer por la capacidad de volumen o peso. Sin embargo, en obra el equipo de carga realiza cargues completos de la capacidad de su cucharon y por ende es probable que no se complete exactamente la capacidad máxima de cargue de la volqueta al realizar un numero de ciclos (n) para dicho cargue. Por lo anterior, para obtener un valor de la producción de una volqueta cercano a la realidad, es necesario basarse en la siguiente formula:

Qc=n∗ql∗K

Donde,

n=numerode ciclos paraque la cargadora llene la volqueta

ql=capacidad de cucharonde lacargadora

K=factor del cucharonde la cargadora

Numero de ciclos por hora (N):

Para determinar el número de ciclos de la volqueta por hora se hace mediante la siguiente

N=60/Tcv(min)

Tcv es el tiempo del ciclo de la volqueta, el cual se calcula por medio de la siguiente expresión:

Tcv=nTc+ DcVc

+T 1+DvVv

+T 2

Donde,

n=numerode ciclos paraque la cargadora llene la volqueta

Tc=tiempodel ciclo de lacargadora

Dc=distancia deacarreo de lavolqueta cargada

Vc=velocidad promedio dedesplazamiento de la volquetacargada

T 1=tiemporequerido enespera parainiciar ladescarga+tiempo de descarga

Dv=distancia deacarreo de la volquetavacía

T 2=tiempo decolocacióne inicio del cargue

Para la aplicación de la fórmula de producción se puede aplicar el valor del factor de eficiencia de la volqueta que se ha utilizado para las otras maquinas






Calculo del número de volquetas necesarias:

“Para que la producción sea lo más eficiente y económica posible se deben analizar dos aspecto en conjunto: en primer lugar, una vez se calcula la producción por hora una volqueta, se determina cuantas volquetas se necesitan para la producción requerida o programada (Nvp).” (Solanilla, 2006, pág. 186)

Nvp= ProduccionhorariarequeridaProduccionhoraria por volqueta

Seguidamente se procede a realizar el cálculo, con el propósito de obtener una combinación más aproximada entre la maquina cargadora y la volqueta, y conseguir la máxima eficiencia de ambas, por medio de la siguiente expresión:

Nv= tiempode ciclode la volquetatiempode cargue

Al aplicar las dos fórmulas descritas anteriormente, se puede dar los siguientes casos:

Que:

Nv=Nvp

Nv>Nvp

Nv<Nvp

Donde Nv es el número de volquetas necesarias de acuerdo al ciclo de trabajo y a la maquina cargadora y Nv p es el número de volquetas necesarias de acuerdo a la producción requerida.

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Clasificacion de Equipos i