Embed Size (px)
Citation preview
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN, A.C.
LICENCIATURA EN INGENIERÍA DE CONSTRUCCIÓN CON RECONOCIMIENTO DE VALIDEZ OFICIAL DE ESTUDIOS DE LA S.E.R SEGÚN ACUERDO No. 84330 DE FECHA 27 DE NOVIEMBRE DE 1984.
CONTROL DE PRODUCTIVIDAD DE LAS MAQUINAS Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN
TESIS PROFESIONAL, QUE PARA OBTENER EL TITULO DE LICENCIADO EN INGENIERÍA DE CONSTRUCCIÓN PRESENTA:
R O Q U E Z E P E D A Z U Ñ I G A
MEXICO D.F. 1996
A mis padres... Que con su ejemplo y apoyo me han impulsado siempre a superarme.
A mi esposa... Por darme todo su amor y confianza para alcazar la meta trazada.
A mis hijos... Esperando se den cuenta que siempre sere su amigo y que me importa mucho su superación.
A mis hermanos... Por su apoyo y confianza que siempre me han tenido.
A todos mis amigos ...
AGRADEZCO MUY ESPECIALMENTE AL :
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN, A. C.
A MIS MAESTROS , ASESORES Y MIEMBROS DEL JURADO:
ING. JOSÉ A. AGUIRRE BALCELLS. ING. RAUL IBARRA RUIZ. ING. ARTURO FLORES ALDAPE. ING. RAUL ANTONIO CORREA ARENA ING. ROGELIO EPIGMENIO CASTILLO A.
A TODAS LAS PERSONAS QUE ME AYUDARON DE ALGUNA FORMA CON ESTE TRABAJO.
ÍNDICE
CAPÍTULOS PAG.
Justicicación 8 Objetivos 9 Metodología 10 Introducción 11
I.- Definición 13 II.- Productividad y eficiencia de equipo de construcción 15 III.- Producción de las máquinas 17 IV.- Factores de selección del equipo 27 V.- Productividad del equipo tractor 29 VI.- Productividad de una motoconformadora 40 VII.- Productividad de una motoescrepa 43 VIL- Productividad de un cargador frontal 56 VIII. 1.-Productividad y costos de cargadores por transportador de bandas 61 IX.- Productividad en las operaciones de excavación de trincheras 67 IX. 1.- Productividad de las palas 69 IX. 2.- Aplicación y productividad de las grúas 83 IX. 3.- Productividad de una draga de arrastre 84 X.- Equipo de acarreo 88 X. 1.- Uso y productividad de los equipos de acarreo 88 X. 2.- Determinación de la producción de equipos de carga y agragados 93 XL- Diagrama de flujo para el proceso de producion de agregados 103 XIL- Productividad y costo de las bombas de concreto 113 XIIL- Equipo para la producción de mezclas asfálticas 117 XIII. l.-Planta de asfalto de producción por lotes 117 XIII. 2.-Secador de agregados 119 XIII. 3.-Cribado y almacenaje de agregados calientes 121 XIII. 4.-Dosificación de los materiales del lote 122 XIII. 5.-Mezcladó'eh una mezcladora de paletas 124 XIV.- Planta/oe asfalto de producción continua 125 XV.- Productividad de las plantas de asfalto 126
Concpciones 129 Bibliografía 131
8
J U S T I F I C A C I Ó N
Durante mi vida de trabajo , en el medio de la construcción me he dado
cuenta , que este país necesita , que la producción de cada persona sea la mejor, esto es
porque cada sexenio el sistema de gobierno nos pone en la tesitura de volver a empezar,
por tal motivo la producción es muy importante , ya que con los ciclos de trabajo se puede
reducir los costos económicos a su menor expresión con el mejor rendimiento posible .
Para la productividad y eficiencia de los equipos de construcción , es
muy importante conocer y estudiar cada equipo , ya que por los motivos anteriormente
expuestos , uno de los rubros económicos más golpeados , es la industria de la construcción
la cual tiene la necesidad de producir y eficientizar cada uno de sus componentes mecánicos
y recursos humanos , para que el país se pueda mantener en un nivel medio y razonable en
productividad .
Conforme me adentro en mi trabajo al paso del tiempo me ha nacido la
inquietud de expresar el estudio de la productividad de estos equipos , para que de esta
manera se pueda evitar las perdidas y tiempos muertos , que son un concepto muy costoso
para las dependencias y compañías , por lo expresado anteriormente , me decidí a
desarrollar el tema : CONTROL DE PRODUCTIVIDAD DE LAS MAQUINAS Y EQUIPOS DE
CONSTRUCCIÓN , como trabajo recepcional que creo es un concepto muy importante para
la industria de la construcción .
9
O B J E T I V O S
El presente trabajo tiene como objetivo general que los constructores se
den cuenta de la necesidad de establecer un sistema , programable , con factores de
selección , para la productividad y eficiencia de los equipos de construcción en beneficio de
la obra y de la empresa .
OBJETIVO PARTICULAR
Despertar el interés de los constructores por la importancia de la
productividad y eficiencia de los equipos de construcción desde un punto de vista profesional
para la reducción de costos en obra y empresa .
B I B L I O T E C A
10
M E T O D O L O G I A
1.- Por mi experiencia en el tiempo que he laborado en la industria de la
construcción , me di cuenta de lo importante de la producción a cualquier nivel.
2.- La mayoría de los medios de comunicación nos ponen a pensar en
la necesidad que se tiene de resolver la problemática del subdesarrollo , falta de
productividad.
3.- El subdesarrollo , nos obliga al análisis para poder determinar sus
causas , problemas y efectos de productividad .
4.- Haciendo uso de toda la información y documentación obtenida ,
propongo algunas bases técnicas y prácticas que se pueden emplear para establecer un
sistema , por equipo , de acuerdo a las necesidades en particular de cada obra .
5.- Esperando sea de ayuda lo propuesto , con lo que se podra atacar
la problemática detectada.
11
I N T R O D U C C I O N
Tratar de exponer todo lo concerniente al control y productividad de los
equipos de construcción . En el presente trabajo , resultaría un tanto cuanto difícil, por los
alcances tan grandes del tema y la cantidad tan grande de equipos de construcción en la
actualidad .
Por lo tanto el desarrollo de este tópico se encamina principalmente a
tratar los aspectos de productividad de los equipos para reducir los costos y ser más
competitivos para las empresas en genera..
La competitividad que puede haber entre las mismas empresas depende
de la importancia que se le de a la productividad en cada caso en particular, las empresas
grandes dependen de los programas de productividad de sus equipos y parques vehiculares
que la mayoría de las ocasiones son muy grandes .
Las empresas pequeñas cuyo equipo se reduce a maquinaría menor
como : revolvedoras , malacates, apisonadoras , vibradores , etc. Tienen la necesidad de
ser más productivas , que las empresas grandes o gigantes sino, estas quebrarían por no
tener tanto poder económico , parte fundamental en utilidades , indirectos , directos y
financiamiento , los cuales se ponen en juego en épocas de recesión y crisis como las que
se viven en la actualidad .
12
Un programa de productividad , comprende el procedimiento a seguir
para el cumplimiento de un ciclo de trabajo en el menor tiempo posible , con el mejor equipo
y la cantidad de unidades necesarias, para de esta forma hacer la mayor cantidad de ciclos
en una hora . Reduciendo costos y tiempos en el uso de la maquinaria incrementando
utilidades en obra y por lo tanto en la empresa .
Los operadores deben de ser observados para poder examinar la
capacidad de cada uno en particular, de esta forma contratar los mejores posibles dentro de
los parámetros normales , de productividad hora-hombre .
13
1.-DEFINICIÓN.
- Productividad: calidad de productivo, capacidad o grado de producción
por unidad de trabajo.
La productividad total de un factor productivo se define como la cantidad
de producto que puede obtenerse mediante la aplicación de dicho factor, asignando valores
fijos a las cantidades empleadas de los otros factores:
Para una función de producción.
La productividad total del factor XI será.
El concepto de productividad total permite definir los conceptos de
productividad media y de productividad marginal.
GRÁFICA DE PRODUCTIVIDAD
c a n t i d a d e s
d e
P r o d u c t o cantidades de factor
Productividad media y marginal del factor Xj en la Producción de q
14
Productividad media y marginal del factor XI en la producción de Q.
La productividad media de un factor productivo es la cantidad del
producto obtenido por unidad de dicho factor considerado, o lo que es io mismo, la
productividad total dividida por la cantidad empleada; para el factor XI la productividad será:
La productividad marginal, de un factor productivo se define como la
relación entre la variaciones de su productividad total y las variaciones en su cantidad
aplicada, permaneciendo las demás constantes, o lo que es lo mismo, la derivada parcial de
la función de producción con respecto ai factor considerado, lo que se expresa para el factor
XI como:
De los dos conceptos de productividad que se exponen, el concepto de
productividad media suele ser el que en lenguaje común se utiliza más frecuentemente.
PRODUCTIVO: ( De el latín productivus).
Que tiene virtud de producir.
PRODUCTO: (De el latín productus).
Cosa producida, caudal que se obtiene de una cosa
que vende y también el caudal que una cosa
reditúa.
FORMULA DE PRODUCTIVIDAD
Xi = ^Q = q (Ii, X2 , Xn)
Xi
15
II. PRODUCTIVIDAD Y EFICIENCIA DE EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN.
La productividad de los equipos de construcción, es la expresión para designar el rendimiento del equipo en una hora. Para obtener la producción de cualquier máquina es indispensable conocer y calcular los factores que intervienen en ella, son constantes para el análisis de rendimientos y semejantes para cualquier tipo de trabajo que se desarrolle. En otras palabras, la productividad de un equipo indica el número de unidades de trabajo que produce el equipo en una hora. Esto no es una cantidad ñja para un equipo dado, sino que depende principalmente de las condiciones del trabajo y de la dirección del mismo, así como de la destreza del operador, de su persistencia, y de la coordinación con las demás fuerzas de construcción. A la mejor productividad que puede esperarse, regida generalmente por las limitaciones de diseño del equipo, se le denominara productividad óptima o de pico, qp. Dicha productividad esta basada en que el equipo trabaje los 60 minutos completos de cada hora. Considerando una tolerancia por factor humano, en la producción del equipo no automatizado, habrá un régimen de producción un poco mas bajo al que llamaremos productividad normal, qn. Esto supone que la mayoría de los operadores, no trabajan un equipo a su máximo rendimiento en forma continua, sino que toman un descanso aproximadamente cada hora. La productividad normal puede suponerse igual a la productividad óptima, durante 45 o 50 minutos cada hora. Esto significa que qn (48 / 60) qp = 0.8 qp. El factor 0.8 puede considerarse como un promedio normal, y se le denomina factor de eficiencia de trabajo, fw. Adicionalmente al factor fw, que es bastante predecible, es necesario usar un factor de dirección del trabajo, fj, para tomar en cuenta las interrupciones de operación del equipo debidas a factores dependientes del trabajo y de la dirección del mismo. La combinación de estos dos factores da un factor de eficiencia general de operación. Este factor de la productividad real, fa es el producto fw X fj, Y.
qa = faqp = fwfjqp=fjqn, en donde qa = productividad real.
La sección de costos de carreteras de la Oficina de Caminos Públicos de los EE.UU. determinó, tras un amplio estudio de las operaciones de construcción realizado que el tiempo medio productivo del equipo durante las horas de trabajo " netas disponibles ", es de 44 minutos, o sea, del 73% de ese tiempo.
16
Esta es la eficiencia de trabajo, fw, esta misma eficiencia vario, en la construcción de
carreteras, desde una productividad alta de 53 minutos por hora, para los raspadores de hoja
de empuje con tractor de orugas, hasta una baja de 38 minutos por hora, para las palas
motorizadas.
En las determinaciones de productividad, debe reconocerse también, que si las
condiciones del medio y de operación de construcción no son adecuados para que el equipo
realice su trabajo, se reducirá aún más la q promedio para el proyecto total. Algunos estudios
han demostrado que el tiempo productivo medio real, en construcción es menor del 50% del
tiempo total disponible, considera los retrasos mayores, de 15 minutos o mas, debido a:
reparaciones del equipo, variaciones atmosféricas, planeación deficiente, etc.
TABLA No.l FACTORES DE EFICIENCIA DEL EQUIPO.
Estado general
Bueno Promedio
Deficiente
Eficiencia de
trabajo, f„
0.90 0.80 0.70
Eficiencia combinada, f.
_,,. Condición de dirección f]U'^, *,A del trabajo
Irab., f¡ de trabajo Bueno Promedio Deficiente
1.00 Bueno 0.90 0.77 0.59 0.85 Promedio 0.80 0.68 0.52 0.65 Deficiente 0.70 0.60 0.45
Se sugieren algunos valores representativos para las eficiencias de trabajo y para los
factores de dirección del mismo, que podrán utilizarse en la estimación de productividades
para condiciones dadas. Estas eficiencias consideran el elemento humano, la disposición del
trabajo, las condiciones atmosféricas las fallas de la maquinaria y la disponibilidad de partes
de repuesto y de servicio. En la planeación, la utilización de las productividades del equipo
debe ser lógica y realista. El técnico de planeación debe conocerlas y aplicar su criterio al
utilizarla.
Al comparar un equipo con otro, o al considerar varios equipos en operación
simultanea, las productividades usadas de cada uno deben ser comparables.
17
En general, lo anterior significa que debe usarse, ya sea la productividad óptima, o la
normal, para cada equipo, en tales determinaciones. De esta manera, la condición de dirección
del trabajo, que no depende del equipo, no afectara la comparación.
La productividad del equipo de construcción es una base importante para su selección
al planear una operación.
Al seleccionar el equipo correcto para realizar una operación total que requiera
muchas horas de trabajo, deben tomarse en consideración las eficiencias.
III. PRODUCCIÓN DE LAS MAQUINAS.
Para obtener la producción de cualquier máquina es indispensable conocer y calcular
los factores que intervienen en ella, son constantes para el análisis de rendimientos y
semejantes para cualquier tipo de trabajo que se desarrolle y son los siguientes:
1. PRODUCCIÓN DE LAS MAQUINAS.
a). Capacidad de la máquina:
Lo primero es determinar la capacidad de la máquina, lo cual denominamos " LA
CARGA" por ciclo.
b). Tiempo del ciclo:
La segunda operación es calcular el tiempo del ciclo de la maquina normalmente, se
divide en seis movimientos: extracción, carga, acarreo, maniobras, descarga y regreso.
Hallando el tiempo del ciclo, puede determinarse el número de ciclos por hora.
c). Producción por hora:
El tercer punto consiste en calcular la producción por hora mediante la multiplicación
de la carga por ciclo y el número de ciclos por hora. Con esto se obtiene una producción por
hora al 100% de EFICIENCIA. Luego se multiplica el resultado por el factor de eficiencia en
el trabajo, el cual se basa en el empleo del tiempo.
18
d). La cuarta operación es considerar los factores de corrección que haya. Estos
factores podrían basarse en la aptitud del operador, los métodos de producción, el tiempo
atmosférico, el transito de vehículos, causas de fuerza mayor, etc. La habilidad de un
contratista para determinar y emplear estos factores de corrección, en las condiciones
existentes, tendrá gran influencia en su éxito en las operaciones de movimiento de tierras.
Mediante estas cuatro operaciones, se halla la producción estimada de la máquina en
una hora. Esto es el resultado de la comprensión y utilización de los fundamentos de
movimiento de tierras.
Para estimar la producción, utilizamos las cuatro operaciones básicas.
A.l. Capacidad de la máquina, o carga por ciclo. ¿ Cuanto cargaría o conduciría la
máquina en cada ciclo?. Esto depende del tamaño del bote, cucharón o de la caja. ( No se
preocupe de la posibilidad de llenar con exceso o muy poco, pues depende de las diversas
condiciones del trabajo). Para esta operación, solo se necesita la capacidad indicada la cual
puede hallarse en las hojas de especificaciones de las diversas máquinas.
B. 1. Tiempo de ciclo. Consideremos las cinco partes del tiempo del ciclo.
b.2. Tiempos de extracción y carga. Para cada una de las máquinas, este tiempo es
diferente y variable, aun en aquellas que son del mismo tipo, ya que esta íntimamente ligado al
tamaño de la máquina, a la capacidad del elemento cargable, a la resistencia del material, a la
habilidad del operador y a los movimientos que ejecuta durante el ataque.
Así para las cuchillas empujadoras o Dozers, el tiempo de carga es aquel durante el
cual se llena la cuchilla y varia principalmente con la distancia que necesita cortar para
llenarse y la velocidad de desplazamiento, esto mismo sucede con las escrepas,
motoconformadoras y con todas las máquinas en que para llenarse necesitan caminar, pues la
velocidad, el ancho de la cuchilla y la profundidad del corte nos marcan este tiempo.
b.3. Rendimiento de las máquinas que trabajan con cuchillas cortadoras.
Supongamos que se va a calcular el rendimiento de un tractor, el proceso lógico es :
1. Hincar lentamente la cuchilla según se desplace, a la profundidad que permitan la
dureza del suelo y el modelo del tractor.
2. Cortar en primera velocidad o segunda, en una longitud en que se llene la
cuchilla.
19
3. Levantar la cuchilla ligera y lentamente, para continuar con el acarreo hasta el
lugar de acomodo o descarga del material.
4. Continuar empujando el material hasta el límite del acarreo.
5. Hacer el frenado, movimiento de la cuchilla, cambio de velocidad y regreso en
tercera velocidad, para cerrar el ciclo e iniciar otro; el cierre se hará frenando, bajando la
cuchilla y cambiando velocidad, para quedar listo para otro ciclo.
Datos para calculo de la producción o rendimiento de un tractor cortando el material
30 -70 -0 con acarreo de 20m.
Ancho de la cuchilla 4.04m. altura 1.52 (cuchilla 8.S cat.)
Area de la cuchilla 6.14m2. capacidad 7.63 m3 según norma JI265 de la SAE que se
obtiene con la formula Vs = 0.8 WH2, en la que:
Vs= capacidad de la hoja recta o de giro horizontal.
W = ancho de la hoja excluyendo las puntas de los extremos (3.3m)
H = altura efectiva de la hoja tomando en cuenta las esquinas
superiores (1.52).
Velocidad en la. 2.7 km/h., en 2a. 3.5 km/h, en 3a. 4.8kg/h, y reversa en 3a. 4.8 kg/h.
Profundidad de corte 0.3m.
CÁLCULOS.
Area de corte 4.04 m. x 0.30 m. = 1.21 m2 x lm. = 1.21 m3.
Vol. 7.63 m3/1.21 m3 = 6.30m. longitud de llenado de la cuchilla
en la.
Vel. 45 m. por min. tiempo de llenado.
CORTE = 2 700 m. en 3 600 seg. en X X= 8.40 seg.
ACARREO = 20 m. - 6.37m. = 13.63 m.
3 500 m. en 3 600 seg: 13.63 m. X X = 14.02 seg.
MANIOBRAS = Frenado, levante de la cuchilla,
engranaje en reversa = 12.00 seg.
í' 1 4 ¿ I Z T n C A l ivii tuir Xwai . " ) .ko de 1» Ova»tniocioo
2 0
REGRESO = 20 m. en 3a. 4.800 m. en 3 600 seg. :
20 m. enX X= 15.00 seg.
MANIOBRAS = Frenado bajar la cuchilla y cambio
a l a .= 12.00 seg.
Tiempo total del ciclo 61.51 seg.
61.42 seg. /60 = 1.024 min. = 60/1.024 = 58.59 ciclos/h.
58.59 cicl. x 7.62 m3 = 446 m3/h. en condiciones óptimas.
446 m3/h x 0.8 x 0.8 x 0.8 x 0.75 = 171.26 m3/h. (efectivos)
los coeficientes de 0.8 corresponden a:
0.8 eficiencia en tiempo.
0.8 eficiencia de la cuchilla.
0.8 eficiencia del operador.
0.75 eficiencia por organización de la superintendencia.
Estos coeficientes deben ser estudiados cuidadosamente para su aplicación.Las
motoescrepas y las motoconformadoras, son también máquinas de cuchillas por lo que el
rendimiento se calcula en forma semejante, excepto cuando la motoconformadora o tractor
están trabajando con la cuchilla en ángulo, en el que el ciclo se considera constante y el
producto en función de la dureza del material que vierte en forma constante, al lado opuesto
del corte.
El rendimiento en este caso se calcula tomando en cuenta la velocidad de
desplazamiento de la máquina el ángulo de la cuchilla y la profundidad de corte, cuando los
materiales están sueltos, se considera el volumen que es capaz de mover la cuchilla en función
de la velocidad.
Ejemplo:
Una motoconformadora 120 B (cat.)
cuchilla de 3.66 m. x 0.61 de altura.
velocidades la. 4.2 km/h; 2da. 6.4 km/h; 3ra. 10.1 km/h;
4a. 15.6 km/h y en 5a. 22.7 km/h. reversa 3a. 15.4 km/h.
21
Supongamos movimiento de material suelto para humedecer en 150 m. de long,
lo. maniobras y movimiento del material.- Acomodar cuchilla, engranar velocidad y
arrancar a 4.2 km/h. en los primeros 5 m;
4,200 m. en 3600 seg. 5m. en X X= 4.28 seg.
cambio a 2a. 6.4 kms/h en 1 Om. 6400 en 3600 seg.
lOenX X= 5.62 seg.
cambio a 3a. 10.1 km/h. en 135 m. 10 1000 en
3 600 seg. 135 m. en X X= 48.12 seg.
2do. maniobras.- Levante de la cuchilla engrana
je en 3ra. reversa = 12.00 seg.
3a. Regreso 15.4 km/h en 150 m. 15400m. en
3600 seg.: 150 m. en X X = 35.06 seg.
4o. Maniobras para iniciar otro ciclo= 12.00 seg.
Tiempo del ciclo 117.08 seg.
117.08 seg./60 seg. = 1.95 min./ciclo.
60 min./1.95 min. = 30.77 ciclos/h.
capacidad de la cuchilla por metro (con talud 1:1)
0.61 mx 0.30 m = 0.18 m2.
0.18m2. x 150 m. = 27.00 m3 ./ciclo.
27.00 m3 ./ciclo x 30.77 ciclos/h = 830.79 m3/h.
830.79 m3/h. x 0.8 x 0.8 x 0.8 x 0.75 x 0.75 = 239.26 m3/h.
CORRECCIONES.
0.8 coeficiente de tiempo.
0.8 coeficiente cap. de cuchilla.
0.8 coeficiente de operador.
0.75 coeficiente por abundamiento.
0.75 coeficiente de organización de la superintendencia.
0.29 coeficiente total de corrección.
22
b.4. Las maquinas que para cargar llenar un bote o cucharón tienen un tiempo que
varia también en función de la resistencia del material, del ángulo de giro, altura de descarga y
de la habilidad del operador.
Como se identifico anteriormente el rendimiento de los cargadores esta en función del
ciclo de trabajo, y este de la dureza del material y del acomodo del vehículo por cargar o de la
tolva donde se vaciará el material.
El ciclo por lo tanto estará formado por:
El tiempo de carga + el tiempo de maniobras + el tiempo de viaje + el tiempo de
descarga.
Por experiencia y datos estadísticos, los fabricantes de maquinaria proponen una tabla
de tiempos de carga en minutos, en función de la dureza del material que se expresa así:
Materiales uniformes 0.03 a 0.06 min.
Materiales húmedos mezclados 0.04 a 0.06 min.
Margas húmedas 0.05 a 0.07 min.
Tierra vegetal con piedras y raíces 0.05 a 0.20 min.
Materiales cementados 0.10 a 0.20 min.
Materiales volados, buena fractura 0.20 a 0.30 min.
Materiales volados, mal fracturados 0.30 a 0.50 min.
Consideran los tiempos de maniobras, incluyendo el recorrido básico, los 4 cambios
de sentido del movimiento y los virajes necesarios en 0.22 min. con operador competente y de
0.27 con operador bueno.
El tiempo de viaje se calcula de acuerdo con la distancia y la velocidad de la máquina
considerando acarreo y regreso.
Finalmente estiman el tiempo de descarga entre 0.02 y 0.10 min. considerando la
resistencia del vehículo o tolva en que se vacía.
Ejemplos:
Se va ha cargar el material producto de despalme, tierra vegetal, con algunas piedras
de +- 0.20 m. de arista y algunas raíces; que previamente se amontono.
23
Carga, tierra vegetal, etc.
Maniobras, op. competente
Acarreo no hay
Descarga
0.10 min.
0.22 min.
0.00 min.
0.05 min.
ciclo 0.37 min.
60 min/ 0.37 min = 162 ciclos por hora de 60 min. 162 x 1.53 m3 cap. del cucharón =
247.83 m3/h.
2.47.83 m3 x 0.8 x 0.95 x 0.75 = 141.28 m3/h.
CORRECCIÓN:
0.8 coeñciente de tiempo.
0.95 coeficiente de cucharón.
0.75 coeficiente de organización.
En cualquier caso es aconsejable para el calculo de tiempos, aprovecharse de las
tablas que proporcionan los fabricantes, corrigiendo el tiempo indicado con los coeficientes de
que hablamos anteriormente y que también vienen tabulados. Todo lo anterior, mientras se
obtienen estadísticas propias que proporcionen al Ingeniero tiempos promedio obtenidos por
observación; como norma para cálculos raídos, indicaremos los tiempos promedio lógicos para
cada una de las máquinas.
a) Tractores entre 0.20 min. y 1.5 min.
b) Motoescrepas entre 0.60 min. y 1.0 min.
c) Cargadores entre 0.05 min. y 0.20 min.
d) Retroexcavadores entre 0.06 min. y 1.0 min.
e) Dragas entre 0.50 min. y 1.2 min.
f) Palas entre 0.50 min. y 1.0 min.
b). Tiempos de acarreo. El tiempo de acarreo depende del peso transportado, de la
potecia disponible, de la fuerza motriz, de la pendiente compensada, de las condiciones del
camino de acarreo, y de la distancia.
24
c). Tiempos de descarga. Las maniobras y la descarga es de 0.2 a 0.10 minutos
usualmente.
d). Tiempos de regreso. Cuando la máquina regresa, habrá dos diferencias en
relación con el acarreo. En primer lugar estará sin carga, y la segunda diferencia es que el
sentido de la pendiente sera opuesto.
PRODUCCIÓN DE LAS MAQUINAS EN ACARREOS A
DIVERSAS DISTANCIAS.
Tiempo de carga: La forma en que se carga y el tipo de máquina determina el tiempo
que se invierte en ese concepto, depende de la obra.
Tiempo de descarga: Depende de la utilización que se de al material (tendido,
amontonado, en montones para formar camellón, o desperdicio).
Tiempo de acarreo y regreso: Pueden estimarse utilizando las gráficas adjuntas o
calculándolas en función de la velocidad y distancia, considerando las condiciones del camino
en cuanto a resistencia al rodaje y pendientes, para entrar con la pendiente compensada.
CONJUNTOS O GRUPOS DE MAQUINAS EN FUNCIÓN
DEL TRABAJO QUE DESARROLLAN.
Con objeto de facilitar el estudio de las máquinas de construcción, vamos a
relacionarlos formando grupos con aquellas que consideramos ideales en la ejecución del
trabajo indicado. No quiere decir esto que solamente sean eficientes en este concepto de
trabajo, ya que pueden ser igualmente eficientes en el desarrollo de 2, 3 y hasta 4 conceptos
diferentes como se ve en el cuadro siguiente, en donde las agrupamos para identificarlas con el
concepto y así poder hacer su selección casi automáticamente.
En toda obra de construcción de cualquier tipo seguimos un proceso lógico de trabajo
y de acuerdo con este podemos fijar los grupos que consideremos en nuestro cuadro y que son
los siguientes:
25
a) Desmonte
b) Despalme
c) Cortes
d) Acarreos
e) Terraplenes
f) Compactaciones
g) Cribados y Triturados
h) Excavaciones para estructuras
i) Maniposterías
j) Concretos
k) Pavimentos
1) Maniobras
En la pagina siguiente presentamos un cuadro que conjunta a las máquinas de tal
forma que nos sea fácil hablar de ellas en cualquier tipo de trabajo constructivo.
CLASIFICACIÓN DE LA MAQUINARIA SEGÚN EL TRABAJO IDEAL QUE PUEDEN DESARROLLAR.
MAQUINARIA EMPLEADA EN CONSTRUCCIÓN.
A) Desmontes: 1. Tractores.
2. Aditamentos especiales.
B) Despalmes: 1. Tractores.
2. Escrepas.
3. Moto escrepas.
4. Cargadores frontales.
Sobre la curva masa.
— En prestamos.
En bancos.
26
C) Cortes : 1. Tractores de orugas.
2. Tractores de neumáticos.
3. Cargadores frontales.
4. Palas mecánicas.
5. Dragas de arrastre.
6. Retroexcavadoras.
7. Escrepas.
8. Moto escrepas.
9. Escrepas autocargables.
10. Zanjadoras.
11. Dragas de succión.
12. Perforadoras.
13. Compresores.
D) Carga 1. Cargadores frontales.
2. Palas mecánicas.
3. Dragas de arrastre.
4. Retroexcavadoras.
5. Dragas de succión.
6. Escrepas.
7. Moto escrepas.
8. Escrepas autocargables.
9. Bandas transportadoras.
10. Cangilones.(elevador).
E) Transporte : 1. Escrepas.
2. Moto escrepas.
3. Camiones fuera de carretera.
4. Camiones volteo.
5. Volquetes para roca.
6. Vagonetas de descarga inferior o lateral.
7. Camión silo ( para cemento ).
8. Autotanques.
9. Pipas.
10. Transportadores de banda.
11. Ferrocarriles.
12. Barcos, chalanes y gangiles.
27
F) Tendido l.Motoconformadora.
2. Moto escrepas.
3. Tractores.
4. Rastra de discos.
5. Tendedoras de concreto.
6. Esparcidores.
7. Petrolizadoras.
IV. FACTORES PARA LA SELECCIÓN DEL EQUIPO.
Los factores mas importantes al hacer la selección de equipo para realizar una
operación de construcción, son costos y facilidad de conservación. Es decir, se escoge el
equipo que pueda hacer el trabajo al mínimo costo total, siendo iguales los demás factores.
Hay otros factores significativos a considerar en la selección del equipo, que deben
analizarse en cada selección y son los siguientes:
1. Trabajo u operación especifica a ejecutar.
2. Especificación de construcción.
3. Movilidad requerida por el equipo.
4. Influencia de las variaciones atmosféricas en el funcionamiento
del equipo.
5. Tiempo programado para hacer el trabajo.
ó.Balanceo del equipo interdependiente.
7. Versatilidad y adaptabilidad del equipo a otros conjuntos de
maquinaria.
8. Efectividad del operador con el equipo.
Una solución factible al problema de selección de equipo para condiciones de campo
reales, comprendera indudablemente varios de estos factores. En efecto, una selección de
equipo que dependiera de un solo factor seria una operación de construcción muy extraña.
CLASIFICACIÓN DE LA MAQUINARIA SEGÚN EL TRABAJO
IDEAL QUE PUEDEN DESARROLLAR
MAQUINARIA EMPLEADA EN OONSTRUCCION
Desmontes Despalmes
1.-Tractores
2.-Aditamentos Especiales
Cortes
1.- Tractores
2.- Escrepas
3.- Motoescrepas
4.- Cargadores frontales.
Carga Transporte
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
1C
-Cargadores frontales
-Palas mecánicas
-Dragas de arrastre
-Retroexcavadoras
-Dragas de succión
-Escrepas
-Moto escrepas
-Escrepas Autocarga bles.
-Bandas transportadoras
.-Canj ilones(elevador)
Tendido
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
-Moto conformadora
-Moto escrepas
-Tractores
-Rastra de discos
- Tendedoras de coi ere to
- Esparcidores
- Petrolizadoras.
1.-Tractores de orugas
2.-Tractores de neumáticos
3.-Cargadores frontales
4.-Palas mecánicas
5.-Dragas de arrastre
6.-Retroexcavadoras
7.-Escrepa8
8.-Moto escrepas
9.-Escrepas autocargables
10.-ZanJadoras
11.-Dragas de succión
12.-Perforadoras
13.-Compresores.
_L 1.- Escrepas
2.- Moto escrepas
3.- Camiones fuera de carretera
4.- Camiones Volteo
5.- Volquetes para roca
6.- Vagonetas de descarga lnfe rlor o lateral.
7.- Camión silo(para cemento)
8.- Autotanques
9.- Pipas
10.- Transportadores de Banda
11.- Ferrocarriles
12.- Barcos chalanes y Gangiles
CLASIFICACIÓN DE LA MAQUINARIA SEGÚN EL TRABAJO IDEAL
QUE PUEDEN DESARROLLAR
MAQUINARIA EMPLEADA EN CONSTRUCCIÓN
Compactación
Carga
Estática I
Tratamiento de materiales
1.-Rodillos lisos
2.-Patas de cabra
3.-Tamping Rollers
4.-Gridd Rollers
5.-Rodilíos neumá ticos(sencillos y multiples).
6.-Duo-pactors
Carga dinámica de impacto y Vibratorios _ ^
Auxiliares
1.
2.
3.
4.
-Pizones(neumáticos
-Rodillos lisos
-Rodillos de pisones
-Rodillos de rejillas.
1.-Plantas Cribado-ras.
a)Vibratorias b)De gravedad c)Rotatorias
2.-Plantas Trituradoras.
a)De martillos b)De bolas c)De quijadas d)De rodillos e)De conos f)De impacto
3.-Plantas para pro ducir concreto.
a)Hidráulico b)Asfáltico
4.-Dosificadoras
S.-Reclcladoras.
I
Trabajos Subterráneos
I.-PARA CONCRETO a) Mezcladoras b) Vibradores
bl) De regla b2) De inmersión b3) De cimbra
c) Bombas
el) lanzadoras
d) Guarnicionadoras
e) Lavadoras
f) Cortadoras
g) Llanas
h) Pulidoras
i) Compresores y rompe_ doras ~
II.-PARA ESTRUCTURAS a) Piloteadoras b) Grúas c) Malacates d) Bombas para agua e) Dobladoras para va
rilla. f) Cortadoras de vari
lla. g) Soldadoras h) Compresores
III.-PARA ASFALTOS a) Recicladores b) Bombas para asfalto c) Serpentines d) Calentadores e) Autotanques nodrizas f) Cortadoras y rebaja
doras. ~
1.-Rezagadoras 2.-Ventiladoras 3.-Tren de barrena
ción. 4.-Brazos neumáti
eos. 5.-Torres 6.-Escudos 7.-Compresores 8.-Malacates 9.-Topos
29
Sin embargo, para lograr mayor comprensión y capacidad para aplicar los diversos
factores en la selección, se estudiaran uno por uno. Al hacer esto, se supondrá que, mientras se
estudia un factor dado, los demás factores permanecen subordinados en cuanto a su efecto.
V. PRODUCTIVIDAD DEL EQUIPO TRACTOR.
La producción que puede esperarse o estimarse para un equipo montado en tractor es
extremadamente variable, a causa de la gran variedad de operaciones, como el desmonte
(despeje) de terrenos, el corte y el retiro de tierra superficial y la excavación ordinaria. Si se
usa el tractor como empujador, su producción será secundaria a la de las motoescrepas. El
tiempo del ciclo del tractor para al contacto con la motoescrepa, empujarla para su carga,
puede estimarse en 1.5 a 2.5 minutos. Por lo general, esta operación debe planearse de manera
que las motoescrepas no tengan que esperar al empujador. En otras palabras, el papel
secundario del empujador, índica que no es éste el que rige la productividad de la operación de
movimiento de la tierra. Cualquier dilación que pudiera ocurrir, debería ser por el tractor de
empuje o de tiro.
El tiempo de ciclo de los tractores que se usan como empujadores o tiradores para
motoescrepas en el movimiento de tierras, puede estudiarse en el campo. Tales estudios se
hacen con cronómetros, y se realizan empleando observadores cuidadosos, o bien, mediante
fotografía de lapsos de tiempo. Si se hacen observaciones de suficientes ciclos, puede hacerse
un análisis estadístico de los resultados para lograr la óptima exactitud.
La Oficina de Investigación sobre Caminos (Highway Research Board), con sede
central en Washington, D:C: patrocinó un estudio de tiempo de esta naturaleza para nueve
tractores grandes de orugas, utilizados en siete trabajos en el este y en el oeste de .los Estados
Unidos. Los resultados de estas operaciones de campo, indicaron que el tiempo total medio del
ciclo para un empujador, incluyendo el tiempo de espera a las motoescrepas, era de 2.5
minutos.
En esta tesis el significado de productividad es la cantidad de material de
construcción manejado en una hora. La productividad de una operación de desgarramiento es
difícil de estimar, y a menudo no es necesaria. La tenacidad o dificultad de desgarramiento de
la roca formada en capas, comparada con la tierra encostrada, sugiere una parte de la variedad
del esfuerzo necesario.
} , . . . O * r- 'J *
30
También, la necesidad de desgarramiento no es, por lo general, de carácter continuo.
A menudo se hace a la vez que se carga el material que se esta excavando. Esta es la razón por
la que un tractor equipado con accesorios para un proyecto grande de terracerias, tiene con
frecuencia tanto una hoja frontal como un desgarrador trasero. En tal situación, sin haber una
necesidad continuada de desgarramiento, la productividad es secundaria, muy inexacta, y su
estimación carece de importancia real.
Sin embargo, para una mayor operación de desgarramiento, es económicamente
deseable saber que productividad puede estimarse. La determinación de la producción por
desgarramiento, puede hacerse por uno de los tres métodos que se recomiendan enseguida. En
cualquier caso, será una determinación muy variable a causa de la falta de uniformidad de las
propiedades del material. En consecuencia, los dos primeros métodos para determinar la
productividad, se basan en la experiencia real del trabajo dado. El tercero podida usarse para
hacer una estimación lógica para una operación futura de desgarramiento. Se dice que el
primer método es el mas exacto. Se basa en el registro de las secciones transversales
topográficas original y final del área, desgarrada, indicando el tiempo usado en el
desgarramiento. Esto da el volumen del material, el cual se divide entre el tiempo real
trabajado para determinar el volumen en banco movido por hora. El segundo es semejante,
pero no utiliza el volumen medido por secciones transversales, sino que se basa en el contéo
de las cargas de material movidas por las motoescrepas o las unidades de acarreo. Este método
requiere conocer la carga referida a su medida en banco, que se mueve en cada viaje, y la
supone igual para todos los viajes.
El método que puede aplicarse para estimar un futuro trabajo de desgarramiento, se
basa en suponer la velocidad media a la que se moverá el equipo de desgarramiento, en cada
viaje que haga en el viaje por desgarrar. Esta velocidad será menor que la máxima velocidad
que permita la transmisión del equipo con el que se va a hacer el desgarramiento: En efecto,
puede acercarse mas a la mitad de esa velocidad. Conociendo la distancia que se ha de cubrir
en cada paso, puede calcularse el tiempo de cada ciclo.
A este hay que agregar el tiempo necesario para levantar el desgarrador, pivotear, o
girar, y bajar el desgarrador en el retorno, para determinar el tiempo total del ciclo. Este
tiempo permitirá calcular el número de pasadas del desgarrador por hora. El volumen que ha
de desgarrarse se basa en el ancho entre pasadas, la profundidad media de penetración y la
longitud del área cubierta.
31
La estimación hecha para una operación de desgarramiento, aplicando ese método,
podría ser como la siguiente:
Datos : Tractor de orugas con un diente, para desgarrar en
primera velocidad; velocidad max. v = 2.5 km/hr; 0.75 m.
entre pasadas, siendo cada una de 0.60 m. de
penetración; el área a desgarrar tiene 90 m. de largo.
Estimación: Velocidad media = 1.6km/hr (26.67m/min.) con
tiempo para maniobras entre pasadas, o sea,
tiempo fijo, TF= 0.25 min; se supondrá que la
hora de trabajo es de 45 minutos.
Tiempo del ciclo = 90 + TF = 3.37 + 0.25 =
26.67
3.62 min, y para 45 min/hr; 45 = 12.4 pasadas /hr.
3.62
Volumen desgarrado 90x0.75x0.60 =40.5m3/
1
Productividad estimada = 40.5 x 12.4 = 502 m3/hr.
Nota : Comparando las estimaciones hechas por ese método
con los resultados reales de campo, generalmente se
encuentra que la estimación es de 10 a 20% mas alta
que la producción real obtenida en campo.
Productividad en excavación de tierras hecha con tractor equipado de hoja frontal de
empuje. La productividad de este tipo de operación es una evaluación importante,
particularmente cuando debe hacerse el movimiento de tierra antes de que pueda procederse
con otros Trabajos.
32
Con otras palabras, el caso es particularmente importante cuando el tractor equipado
con hoja utiliza por si mismo una parte del valioso tiempo total del proyecto.
Para estimar la productividad del tractor equipado con hoja, debe descomponerse su
ciclo de trabajo en partes significativas.
El tractor estará cargando durante una parte de su recorrido, por lo que no es
necesario separar el tiempo de carga para esta operación. Se tiene el tiempo variable (TVC)
que usa el empujador en su recorrido con la carga. Y el tiempo (TVV) que utiliza para
regresar en reversa para tomar la siguiente carga, lo cual hace con la hoja levantada y vacía.
Cada uno de estos tiempos variables puede determinarse dividiendo simplemente la distancia
recorrida entre la velocidad de marcha, en metros por minuto (m/min.) para el engranaje
empleado.
Los tiempos variables determinados de esa manera, no toman en cuenta el tiempo
adicional que toma el llegar desde el reposo hasta la velocidad regulada del trayecto, o
viceversa: A este tiempo adicional se le conoce como el tiempo de aceleración o de
desaceleración, y se le considera como tiempo fijo (TF) a causa de su naturaleza constante. Si
se hace el viaje en cualquier dirección en un engranaje que solo requiera el cambio de marcha
hacia adelante a reversa, se puede considerar que el tiempo fijo del empujador es de 0.10 a
0.15 minuto.
Si es necesario un cambio adicional a una velocidad mas alta en cualquiera de las dos
direcciones, el tiempo fijo podría estimarse en 0.20 a 0.30 minuto.
El tiempo total del ciclo del empujador se determina por una modificación de la
ecuación.
TT= TF + TVC'+TW'.
Para excavación en terreno relativamente compacto o duro, y acarreo relativamente
corto, el empujador de hoja viajara hacia adelante a la velocidad mas baja y máxima potencia.
Esto significa que el TVC, se basara en 2.4 a 4.0 km/hr. (40 a 66.67 m/min). El viaje de
retorno sera un poco mas rápido, ya que entonces no interesa la potencia, a menos que el
tractor regrese ascendiendo una pendiente.
La productividad máxima, o sea, la producción esperada en una hora de sesenta
minutos, puede determinarse usando la ecuación se combina con un factor de abundamiento,
en la cual.
33
qp = producción máxima, en metros cúbicos de material.
VI = medido en banco, por cada 60 minutos,
sw = carga de la hoja frontal empujadora medida suelta, m3.
CT= factor de abundamiento expresado en forma decimal
tiempo total del ciclo en minutos.
Las productividades de operaciones realizadas con tractor equipado de hoja
empujadora, dependen primordialmente del tamaño de la hoja y del tractor que la empuja, así
como de la distancia a la que se mueve el material. Se puede desarrollar un conjunto de curvas
para los diferentes tamaños de hojas de tractor, si se necesita hacer estimaciones frecuentes.
Ejemplo de productividad de un tractor equipado con hoja frontal de empuje. L a
operación del tractor con hoja, a distancias cortas, es muy común. El material a mover, las
distancias y las pendientes del área de trabajo, y el equipo a utilizar, pueden variarse y
asimismo determinarse. Por lo tanto, debe calcularse la productividad para cada operación. A
continuación, se presenta un ejemplo, para enseñar como se hacen tales determinaciones.
Datos: una hoja recta de 3.90 m de largo y 1.20 m de altura,
sujeta a un tractor de orugas (de transmisión directa) de
190 hp, para mover material arenoso seco 30 metros,
horizontalmente.
Hallar: una estimación de la producción normal que debe
esperarse en una hora de trabajo de SO minutos.
Resolución: (a) determinar la carga total arrastrada por esta hoja
estimar el material suelto usando la ecuación.
V2 = (1.5x1.2) x 1.2x3.9 =4.21 m3.
2
y de la tabla sw = 1.14, de manera que
Vb = 4.21 = 3.69 m3, medida en banco.
1.14
34
(b) para los tiempos de ciclo, se supone que el
empujador avanza en primera velocidad ( 2.4 km/
hr = 40 mpm) y que retrocede en 2a. velocidad
en reversa (3.2km/hr = 53mpm).
30 30 TVC + TVV= + ;
40 53
( tiempo de viaje ) = 0.75 + 0.57 = 1.32 minutos;
suponiendo que se hace un cambio, TF = 0.3, de
manera que TT = 1.32 + 0.3 = 1.62 minutos.
(c) hallar la productividad, usando la ecuación
60 x 3.69 qp = = 137 m3/hr,
1.62
y para una hora de trabajo de 50 minutos,
50 qn = x 137 = 114 m3/hr.
60
TABLA 2 Tiempos del ciclo para tractores de orugas de empuje o de tiro, trabajando con motoescrepas
de tractor dotado de neumáticos de caucho
Tiempo, en minutos
Operación Intervalo Promedio
Ayudar a la carga de la motoescrepa Maniobras: retroceso, giro, y contacto
con la motoescrepa Kspera por la motoesuepa siguiente Retrasos menores
Total del citlu T5-3.2 2.5
0.9-1.0
0.5-1.2 0.0-1.0 0.0-0.8
1.1
0.8 0.4 0.2
35
02 04 06 0.S 10 1.2 Tiempo de carga, minutos
FIGURA 1 "¡urvas de rrecmiiento de la carga para diversos tractores-empujadoreJ (cortesía dr la Caterpillar Tractoi Co )
Tractores, del mas grande al más pequeño
Distancia a la que se mueve el material, metros
FIGURA '¿ Comparación de las productividades de los tractores equipados con hoja de empuje.
36
T R A C T O R E S
3 9
40
VI. PRODUCTIVIDAD DE UNA MOTOCONFORMADORA.
La productividad de una motoconformadora en su operación básica de nivelación, se
calcula de acuerdo con el tiempo utilizado para hacer su trabajo. Esta es diferente de la
productividad de un tractor de hoja frontal y de otros equipos para movimiento de tierras, los
cuales se calculan hálanos en los metros cúbicos movidos por hora. En el caso de una
motoconformadora, el volumen real de material movido es demasiado variable y no se
considera de primera importancia. Lo que es más significativo para este equipo es el número
de pasadas que se requieren para nivelar un área dada, o sea, las veces que la
motoconformadora tiene que recorrer el área hasta nivelarla completamente. El número de
pasadas depende del estado inicial de la superficie a nivelar y de la precisión en el acabado.
En general, la velocidad de avance es relativamente lenta y constante, para permitir al
operador mantener buen control de su nivelación. La experiencia del operador bajo las
diferentes condiciones de nivelación, hará posible estimar el número de pasadas que se
necesitan para hacer la operación de nivelación. Se pueden emplear valores estimados de tales
variables para determinar la productividad de una motoconformadora.
La fórmula que se emplea para determinar el tiempo requerido para hacer una
operación de nivelación es:
(df + dr) N , en minutos
T =(vf +vr ) E
en la cual, df = distancia, en metros lineales, que debe recorrer
la motoconformadora hacia adelante, en una
dirección por ciclo,
dr = distancia recorrida en el retorno, para comenzar
el ciclo siguiente de nivelación,
vf = velocidad media de avance, en metros por
minuto,
vr = velocidad media de retorno, en metros por
minuto.
41
N = número de pasadas hacia adelante, que debe
hacer la motoconformadora pasando por un
punto dado del tramo que se esta nivelando.
E = eficiencia de operación de la
motoconformadora.
Si la operación es suficientemente corta, el retorno puede hacerse en reversa,
recorriendo la misma dictancia que en el viaje hacia adelante. En tal caso, la velocidad del
viaje puede tomarse como el promedio de las velocidades de avance y retroceso, va. Entonces
la ecuación anterior puede cambiarse a:
T = 2dN en minutos
vaE
en la cual, las literales tienen el mismo significado que en la fórmula anterior y d es la
distancia recorrida en una dirección, expresada en metros.
La eficiencia de operación de una motoconformadora depende de una variedad de
factores, entre los que se cuentan la habilidad del operador y los lincamientos sobre los que ha
de guiarse, es decir, las estacas o las líneas a las que ha de nivelar. Otro factor clave es el grado
de uniformidad, la regularidad o la rectitud de la operación. La nivelación de un campo de
fútbol americano debe hacerse con mucha mayor eficiencia que la de las pendientes laterales y
acequias de desagüe de un tramo curvo de camino.
Si la motoconformadora trabaja por si misma y el operador regula su tiempo
productivo, la eficiencia E, puede variar entre el 70 y el 90%. Con frecuencia una
motoconformadora trabaja en una flotilla de equipo para movimiento de tierras. Bajo tales
circunstancias, quizá la motoconformadora no sea la que controle la producción de toda la
operación. En ese caso, la eficiencia de la operación de la motoconformadora se vería reducida
a un valor inferior al intervalo dado antes.
42
Ejemplo de productividad de las motoconformadoras.
Se usara un ejemplo para demostrar como se determina el tiempo productivo de una
motoconformadora. Consideramos la nivelación de un campo de fútbol americano, en el que
se ha vaciado con cierta uniformidad material suelto. Este material es lo suficientemente
granular como para permitir su desagüe, si se eleva el nivel de la superficie existente 15
centímetro, y se compacta. La vista en planta del área del campo, que aparece en la figura
muestra dos acercamientos de la operación de nivelación: El primer método ilustrado,
comienza en el lado superior del campo, y sigue recorridos, por tramos, avanzando y
retrocediendo. Se cuenta como una pasada cada vez que la motoconformadora avanza desde un
extremo del campo hacia el otro. Se supondrá que cada pasada de la motoconformadora,
provista de una hoja de 3.30 m de largo, cubre una faja del campo de 2.40 metros de ancho.
Ademas, que cada faja requiere cuatro pasadas para eliminar las pilas y nivelar el material
satisfactoriamente. Entonces, N = 24/2.40 x 4 = 40 pasadas.
Para este procedimiento, se utilizara la ecuación con una velocidad media hacia
adelante y hacia atrás. Si la motoconformadora avanza a una velocidad máxima de 6.4 km/hr y
retrocede a una velocidad máxima de 19.2 km/hr, la maquina tendrá, una velocidad media, con
tiempo para aceleración, etc; va = 9.6 km/hr. Se supondrá que la eficiencia de la
motoconformadora, independientemente de los demás equipos, es del 80%. Entonces, el
tiempo requerido para la operación sera:
T= 2x108x40 = 68 minutos.
9.6 (16.67)0.80
El otro procedimiento, consiste en avanzar continuamente, a una velocidad media de,
digamos 4.8 km/hr, dando vueltas cerradas fuera del área de campo. Esto significa que cada
viaje que da la maquina desde un extremo del campo al otro, en cualquiera de las dos
direcciones, es una pasada: La longitud de cada pasada debe aumentarse por la vuelta
semicircular que da en cada extremo: Entonces, usando la ecuación modificada se tiene:
T= (108 + 3.14x6) x 40 = 8 0 minutos.
4.8 (16.67) 0.80
43
VIL PRODUCTIVIDAD DE UNA MOTOESCREPA.
La producción o trabajo útil que puede esperarse de una motoescrepa en una hora,
depende de varios factores. Por supuesto, las característico de diseño y las capacidades de la
motoescrepa son solo las mas importantes. Adicionalmente, la productividad dependerá: (1)
la naturaleza del material excavado y cargado; (2) la potencia disponible para cargar; (3) las
rutas de acarreo, sus pendintes, su alienación y estado; (4) las velocidades de recorrido que son
posibles en tramos continuos de ruta de acarreo; y (5) la eficiencia del operador que maneja el
equipo. El material que se esta manejando, afecta a la productividad de la motoescrepa por su
reacción a ser cortado o excavado y cargado al recipiente de ella.
El material trabajable óptimo, es el que no contiene mucho material aglutinante o
cohesivo, como la tierra de labor, la arcilla seca o húmeda y el limo arenoso. Un material que
se desprende de su matriz en terrones, como la arcilla seca, es el mas deficiente para fines de
producción de volumen con motoescrepas, porque da origen a grandes huecos en las cargas
acarreadas.
Una regla practica que tiene validez, y que puede hacerse extensiva para abarcar el
elemento tiempo, diciendo que "una motoescrepa requiere kilo por kilo a cargar en un minuto
"'. Esto se basa en pruebas de campo y en observaciones hechas por los fabricantes de
motoescrepas. El rendimiento puede ilustrarse gráficamente como en la figura (tiempo de
crecimiento de carga de una motoescrepa).
La curva indica que, con suficiente esfuerzo tractivo y condiciones promedio del
material, la mayor parte de una carga completa se obtiene en un minuto completo de carga: Se
podría empacar una carga completa si se utilizan 2 minutos, pero la duplicación del tiempo no
origina una situación que se acerque siquiera al doble de la carga.
También debe reconocerse que a mayor potencia disponible, como la que tendría un
tractor empujador, podría lograrse una carga mayor en menor tiempo. Evidentemente, el
técnico de planeación no puede reducir su tiempo de carga a cero, ni utilizando los tractores
mas potentes que encuentre para cargar. Debe encontrarse un punto de equilibrio económico,
que para ser un tiempo de carga de la motoescrepa de un poco menor de un minuto, con el
potente equipo actual.
44
Con la ayuda de los tractores empujadores o de tiro, se supone que puede alcanzarse
el 100% de la capacidad de carga de la motoescrepa. A un nuevo sistema de aplicación de
esfuerzo extra para cargar una motoescrepa, se le ha llamado método de empuje-tiro o de
"ayuda extra": Bajo este sistema trabajan dos motoescrepas, unidas extremo con extremo, en el
área de carga. Para cargar la primera, se utiliza un bloque empujador, de manera que la
segunda motoescrepa sirva como en la que se indica el tiempo de carga en la curva de
crecimiento de la carga. OA se traza partiendo del origen (0), y extendiéndose hacia la
izquierda, en dirección contraria al TC. La escala vertical es el volumen del material a cargar
en la motoescrepa. Estos trazos se ilustran en la gráfica de la figura, la cual constituye un
resumen de este método gráfico.
El tiempo óptimo de carga, TCs, para la motoescrepa, se encuentra trazando una linea
tangencial desde el punto A hasta la curva de crecimiento de la carga. Esta es tangente a la
curva en el punto S. La pendiente de la linea AS, da la productividad óptima por lo que se
refiere a la motoescrepa. El valor se determina como sigue:
Pendiente de AS = lado vertical
lado horizontal
= m3 de carga / viaje
tiempo de ciclo/ viaje
Pendiente = m3 de carga / minuto = productividad.
Cualquier otra línea que se trace desde el punto A a la curva, dará una productividad
menor; así, solo AS da el óptimo TCs.
Puede seguirse el mismo procedimiento para el tractor empujador, que tiene un
tiempo de ciclo menor entre los tiempos de carga. Su tiempo de ciclos menos el TC, variará
con la longitud de la trayectoria y del tiempo de carga. Pero la diferencia para el empujador
puede ilustrarse con certeza razonable por un valor tal como OB. La productividad óptima con
respecto al tractor empujador, se encuentra por la línea tangencial BP. Y el tiempo óptimo de
carga para el tractor empujador es TCp.
45
El tiempo de carga que se usará, TC, debe estar comprendido entre TCs y TCp para
que la operación sea económica. Como el tiempo total del ciclo del tractor empujador, TTp, es
mucho menor que el de la motoescrepa, el tractor empujador puede ayudar a la carga de varias
motoescrepas. Puede juzgarse el número de motoescrepas adicionales que puede manejar el
tractor empujador, dividiendo ( OA + TC ) entre TTp. Para hacer óptima su flotilla, el
encargado de planeación debe seleccionar un TC, bálanos en el hecho de que la motoescrepa o
el tractor empujador trabajen a su plena capacidad. Si hay mas motoescrepas que las que
pueda manejar normalmente el tractor empujador, debe acortarse el tiempo de carga a TCp. En
cambio, si se tiene exceso de capacidad en el tractor empujador, un tiempo de carga mas
económico sera el TCs.
La publicación de Caterpillar presenta también una comparación de las
productividades de conjuntos de una a cuatro motoescrepas y un tractor empujador, con
tiempos de carga que varían hasta 1.4 minutos. Estos se transforman a costos por metros
cúbico. Las conclusiones a las que se llegaron pueden enunciarse así:
1. Generalmente no es económico empujar para cargar hasta que la motoescrepa esta
cargada a su máxima capacidad.
2. Debe mantenerse un equilibrio razonable entre las motoescrepas y el tractor
empujador.
3. Debe ajustarse el tiempo de carga entre los límites TCp y TCs para satiafacer las
condiciones de acarreo variables, de manera que sea mínimo el tiempo de espera de las
motoescrepas y del tractor empujador.
Una manera de determinar un tiempo de carga razonable sin tener que trazar una
curva de crecimiento de la carga, es la siguiente. Cualquiera que sea ql plan de equipo en que
se piense, se supone que puede cargarse normalmente cerca del 100% de la capacidad del
recipiente, lo cual forma la base para la ecuación siguiente:
TC = WL x 100
ETL EL
en la cual, TC = tiempo de carga en minutos.
WL = peso del material a cargar, en kilogramos.
ETL = esfuerzo tractivo disponible para cargar, de
todas las fuentes, en kilogramos/ minuto.
EL = factor de eficiencia de carga.
46
Si dos o mas unidades motrices trabajan juntas y no se conoce el esfuerzo tractivo
real (ET L) para cargar, resulta adecuado suponer que ETL = WL.
Hagamos un ejemplo de aplicación de la ecuación. Supunga que una motoescrepa
puede lograr una carga completa de arcilla seca que pesa 22,700 kilogramos. En el trabajo de
una motoescrepa, si obtenemos del tractor empujador y del tractor de la propia motoescrepa un
esfuerzo tractivo neto ( deduciendo la resistencia al rodamiento, etc.) para carga, calculado en
25,400 kilogramos, el tiempo de carga correspondiente es :
TC = 22,700 x 100
= 0.99 min.
25,400 x 90
Si se usara el mismo conjunto de escrepa y tractores para cargar piedra voluminosa, el
tiempo de carga seria TC = 1.79 minutos. La razón por la que toma mayor tiempo la carga de
piedra voluminosa, es que este material no se consolida con facilidad, como sucede con el
limo o la arcilla seca. En tal caso, debe seguirse la guía de la publicación de Caterpillar.
Efecto de la ruta de acarreo. La trayectoria y el estado de la ruta de acarreo que ha de
recorrer la motoescrepa son factores clave para su productividad. La planeación de la ruta debe
considerar las pendientes y las vueltas. Cada unidad de porcentaje de pendiente ascendente,
implica que la unidad motriz ejerza 10 kilogramos por tonelada de peso en movimiento. Este
es el peso de la motoescrepa y de la carga de material que arrastra. El recorrido pendiente
abajo, aporta una ventaja de potencia de 10 kg/ton/1% de pendiente. Por lo tanto, resulta
benéfico acarrear una carga pendiente abajo y ascenderla con el equipo vacío. Por supuesto, no
siempre puede hacerse tal elección. En la planeación es posible considerar la alternativa de
acarrear hacia arriba de una pendiente pronunciada de recorrido corto que pueda subirse a la
velocidad de menor potencia, o aceptar una pendiente menos pronunciada pero mas largo su
recorrido, para recorrerla en un engranaje para mayor velocidad. Las condiciones a
seleccionar, dependerán de las velocidades y distancias para todos los tramos de la ruta, y por
lo tanto, también del tiempo total del viaje redondo.
Las vueltas que da una motoescrepa en su ruta de acarreo, implican tiempo adicional.
Una vuelta de 180° toma aproximadamente un cuarto de minuto. Por lo tanto, un ciclo
completo de una motoescrepa, desde la carga hasta el vaciado e incluyendo su retorno, tendrá
un mínimo de dos de estas vueltas (360°), y en consecuencia, 0.5 minuto/ciclo.
Tiempo de carga D9G 2-D9G DD9G
0.2 8.0 9.3 12.2 0.4 13.0 15.2 16.4 0.6 15.8 16.8 17.7 0:8 17.2 17.8 18.4 1.0 18.1 18.6 1.2 18,7
TABLA 3 Factores de eficiencia de carga de las inotoescrepas
Material considerado
Tierra vegetal Linio arcilloso (bajo contenido de Limo arenoso Arcilla, seca Arcilla, pesada, húmeda Arena, suelta Grava, suelta Arcilla y pizarra blanda, densas Piedra de glaciar, a granel Pizarra blanda o roca, deleznables
humedad)
Eficiencia de EL
carga, , en %
100 97 95 90 80 75 67 60 50 33
48
Las vueltas adicionales que se incluyan en el trayecto, agregaran al tiempo del ciclo
0.25 minuto/vuelta de 180°. Obviamente, deben evitarse las vueltas innecesarias.
El estado de un camino de tierra para acarreo, puede variar desde "compacto y bien
conservado" hasta "acanalado, lodoso y carente de toda conservación". Para el equipo dotado
de neumáticos que trabaja sobre tierra compacta y bien conservada, la resistencia al
movimiento es de 20 a 35 kilogramos por tonelada métrica de peso en movimiento.
Si la superficie de la ruta de acarreo esta acanalada, lodosa y en mal estado, esta
resistencia sera de 75-110 kg/ton. La resistencia al rodamiento implica la aplicación de un
esfuerzo tractivo equivalente, por parte de la unidad motriz, para impulsar la motoescrepa en
movimiento. Mientras mayor es esta resistencia, mas potencia se requiere. Para una unidad
motriz dada, una mayor necesidad de potencia representa menor velocidad de recorrido. En la
comparación de las condiciones posibles de la superficie de acarreo arriba indicadas, habría
una diferencia de 2 a 4 veces en las velocidades de recorrido, si fueran directamente
proporcionales a la resistencia.
Por supuesto, la velocidad real de recorrido es inversamente proporcional a las
necesidades de potencia. Pero existe una relación lo suficientemente próxima como para
sugerir que el encargado planeación del equipo de construcción dedique atención al estado de
sus rutas de acarreo. La razón es que el tiempo del ciclo planeado para la motoescrepa que
arrastra su carga, debe ser lo mas corto posible para lograr que la operación sea económica. Si
puede reducirse la resistencia al rodamiento de la ruta de acarreo para permitir su recorrido a
mayor velocidad, debe hacerse lo necesario para lograrlo. Para una operación grande de
movimiento de tierras que requiera de muchas motoescrepas, puede resultar económico tener
una motoconformadora en la obra. Este equipo se usaría para conservar en buen estado la ruta
de acarreo y mantener al mínimo la resistencia al rodamiento para las motoescrepas.
Las velocidades posibles de recorrido de la motoescrepa dependen de las resistencias
al movimiento, principalmente de la resistencia por pendiente y la resistencia al rodamiento,
así como de la unidad motriz de que se dispone para contrarrestarlas.
Es también significativo, el tipo de unidad motriz que se utilice. Si se trata de una
unidad del tipo de convertidor de par de torsión o de cambios de potencia, el operador tendrá
que escoger simplemente el intervalo de reducción de velocidad apropiado para las diferentes
fases del ciclo de la motoescrepa. Esto puede representar solamente un cambio de engranaje de
baja velocidad (mayor potencia) para cargar, a un engranaje de mas velocidad ( menor
potencia) para desplazarse
49
La unidad de potencia se ajustara automáticamente a las diferentes demandas ( de
potencia ), y consecuentemente, a las velocidades que requieran las diferentes condiciones de
viaje sobre la ruta de acarreo. Si la motoescrepa lleva una unidad de potencia del tipo de
transmisión directa, el operador tendrá que hacer el cambio al engranaje mas apropiado para
cada parte de su ciclo. La carga se hará probablemente en un engranaje de baja velocidad.
El ascenso de una pendiente con carga completa se hará tal vez en una segunda
velocidad, mientras que el viaje en una superficie prácticamente horizontal se hará a una alta
velocidad de avance. Las velocidades normales para cubrir las distancias de cada tramo las
regirán las velocidades de los engranajes escogidos. Sin embargo, toma tiempo en hacer cada
cambio y en acelerar hasta la nueva velocidad. De modo similar, toma algo de tiempo en
desacelerar y enfrenar para bajar de una cierta velocidad a otra menor. Puede considerarse el
tiempo de un ciclo de movimiento de tierras por aceleración,desaceleración y frenado, hálanos
en factores tales como el tipo de unidad de potencia y los engranajes usados para el ciclo
especifico de acarreo. Cuando se conocen estos, puede considerarse como tiempo fijo el que
incluye la aceleración, la desaceleración y frenado ( ADF). La definición de un tiempo fijo (
TF) no depende de la distancia de desplazamiento que haya en el ciclo de movimiento del
equipo. Mediante estudios cuidadosos de tiempo, realizados con equipos en operación con el
campo, se han determinado algunos valores del tiempo fijo ADE. En la tabla siguiente se
presentan valores representativos de los mismos.
TABLA 4 Tiempo de acelaración-desaceleración-franado
para la operación de tractores
Tiempo ADE,
Unidad de tracción, engranajes en minutos.
Tractor de orugas, todos los engranajes 0.5
Tractor de ruedas, cambios de potencia
2o. intervalo (0-16 km/hr) 0.4
3er. intervalo ( 0-40 km/hr) 0.7
Tractor de ruedas, transmisión directa
lo. a 2o. engranaje (16 km/hr max.) 1.0
a 3o. o 4o. engranaje (hasta 32 km/hr.) 1.5
a 5o. engranaje (hasta 48 +- km/hr) 2.0
I¡ I b i I O T K 0 k Xijatituto Tfvno lógico H-- ¡a ("onítmcíJón
50
La eficiencia de operación es un factor importante en la determinación de la
producción por horas o entrega real de una motoescrepa para movimiento de tierras. La
habilidad y preparación del operador que trabaja el equipo es obviamente importante. Sin
embargo, a esta eficiencia la rigen también factores tales como: (a) el diseño y la capacidad de
la combinación escrepa-tractor, (b) la planeación para su coordinación con otros equipos en la
zona de carga y en el sitio de vaciado o de descarga, y (c) las condiciones de viaje en la ruta
de acarreo y de retorno. En las secciones anteriores se han estudiado ya algunos puntos sobre
estos aspectos.
El efecto de las diversas condiciones de trabajo en el operador del equipo y en la
operación del mismo, se refleja en los factores de eficiencia. D urante ciertos tiempos ideales,
un encargado de planeación puede tomar como meta lograr la producción máxima,
aprovechando la capacidad plena del equipo. Se diría que tal productividad tiene el 100% de
rendimiento, y que, si se efectúa durante una hora completa, representa horas productivas de
60 minutos. Debe usarse la productividad máxima para seleccionar los tractores empujadores o
cualesquiera otros equipos secundarios que hayan de trabajar con las motoescrepas para
movimiento de tierras. Al hacer la planeación de la producción de los equipos primarios para
la duración de un trabajo, debe obtenerse un rendimiento razonable mas bajo.
El rendimiento normal de trabajo de la motoescrepa en un período de varias horas, o
en uno prolongado, difiere un poco, dependiendo del tipo de equipo. Las escrepas con tractor
de orugas son mas fáciles de operar, porque saltan menos, tienen menor vibración y sus
cambios de movimiento son mas lentos en comparación con las unidades montadas en
neumáticos. Por ello, es razonable calcular la hora normal de trabajo de las escrepas con
tractor de orugas, en 50 minutos. Es decir, el rendimiento normal de trabajo es fw = 0.83 (=
50/60). En el caso de las motoescrepas montadas sobre neumáticos, que tienen movimientos y
vueltas mas raídos, y mayor flotación y vibración, la hora normal de trabajo debe ser de 45
minutos. Esto representa una eficiencia normal de trabajo del 75% (fw = 0.75).
Estos valores son comparables a los determinados por los estudios de tiempo
realizados por la Oficina de Investigación sobre Carreteras (HRB), con observaciones de mas
de 6,000 horas de trabajo, relativas a mas de una docena de trabajos de movimiento de tierras.
Tales estudios se extendieron a la determinación de los rendimientos generales de trabajo. Para
tales determinaciones se tomaron en cuenta todos los atrasos habidos en la operación de las
motoescrepas, incluyendo el mal tiempo.
51
30 60 90 Tiempo de carga, segundos
FlGl'RA( 3 ) Tiempo de crecimiento de la carga de una motoescrepa.
Tiempo del ciclo menos TC
*«
Capacidad de la motoescrepa, volumen medido en banco
e 0 LT, Tiempo, en minutos
LT,
Tiempo de carga, TC — > -
FIGURA 4 Método gráfico para hacer óptimo el tiempo de carga del conjunto motoescrepa-trartor empujador.
52
MOTOCONFORMADORAS
Y
MOTOESCREPAS
53
¡; /'.: 'y.,,' !•**'- ^ -J"f'i-
:EE§^
ÉL
^- ? *<#- f : v "
- - , •
"Wf
"J*1» -Í**¿ l £ ^ S
54
Sp^*^
K*
l *C
t ' m
01 tn
56
Los resultados indicaron que los rendimientos generales o medias de operación (fa),
son de alrededor del 60% para las escrepas con tractor de orugas, y de alrededor del 30% para
las de tractor de ruedas con neumáticos, los cuales están sujetos a muchos mas atrasos
ocasionados por el tiempo lluvioso.
Calculo de la productividad de las motoescrepas. El calculo de la producción, o
rendimiento horario, de una motoescrepa, reúne todos los puntos estudiados previamente. Se
basa en el calculo del tiempo de producción en un ciclo.partiendo de la carga e incluyendo el
acarreo, el vaciado y el retorno para la siguiente carga. Luego se proyecta la carga y el tiempo
de un ciclo, con el tiempo de trabajo esperado por cada hora. Esto da la productividad.
VIH. PRODUCTIVIDAD DE UN CARGADOR FRONTAL.
La productividad de un cargador frontal se calcula en metros cúbicos por hora. Puede
determinarse, estimando la carga real medida en banco (o de pago) de material, y calculando el
tiempo que toma el manejar cada cucharón lleno. En otras palabras, el encargado de
planeación estima la carga del cucharón y su tiempo de ciclo. Luego puede calcular la
productividad para el tiempo medio gastado en cada hora de producción real. Esta es la manera
de estimar los metros cúbicos por hora para cualquier equipo de construcción que maneje
material a granel.
El tamaño del cucharón que lleva el cargador lo da el tamaño de este ultimo, solo que
en yardas cubicas (1 yarda cubica = 0.7646 m3).
Los cargadores se venden de 1/2 yarda cubica, de 5 yardas cubicas, de 15 yardas
cubicas, etc; y de varios tamaños intermedios. El tamaño indica la capacidad en yardas
cubicas, de acuerdo a la norma de la SAE (Society of Automotive Engineers, o Sociedad de
Ingenieros Automotrices), la cual es la capacidad nominal del cucharón copeteado. Por
supuesto, el material copeteado es material suelto, y para determinar la carga de pago medida
en banco, es necesario aplicar un factor de dilatación estimado.
El tiempo de ciclo de un cargador para manejar cada cucharón, debe separarse en
varios componentes clave. Esta subdivisión tiene por objeto separar los tiempos variables, los
cuales dependen de las distancias que recorre el cargador con cada cucharón lleno, de los
llamados tiempos fijos. El tiempo fijo, TF, comprendera aquellas partes del ciclo del cargador
que son razonablemente constantes, cualquiera que sea la operación de que se trate.
57
Las partes son los tiempos requeridos para cargar el cucharón, para cambiar las
velocidades, para girar y para vaciar la carga. Para cualquier tipo de arreglo de la operación y
cualquier distancia de movimiento de la carga, se estima que el valor de TF es de 0.25 a 0.35
de minuto (15 a 21 segundos) para una operación razonablemente eficiente. El tiempo de
maniobras representa naturalmente la mayor parte de este tiempo fijo.
Un estudio de tiempos realizados por la Oficina Norteamericana de Caminos
Públicos (U:S Bureau of Public Roads) sobre cargadores montados en orugas, demostró que el
tiempo de maniobras se encuentra en el intervalo de 8 a 19 segundos para cargar con un
promedio de 13 segundos. Este es un promedio alto porque se observo en cargadores de
modelos atrasados; sin embargo concuerda razonablemente bien con el intervalo actual de TF
anteriormente dado.
Cargadores frontales para movimiento de tierras.
FIGURA 5 Vista en planta del acomodo ideal de un
cargador frontal. Banco del material por excavar
30 90 150 300
Acarreo en una dirección, con cucharón lleno, metros
FIGliKA 6 Tiempo del ciclo de un cargador frontal
58
El tiempo variable de recorrido se basa en las velocidades de recorrido y en las
distancias a recorrer entre la carga y la descarga, y luego en el retorno para la siguiente carga.
El cambio de velocidades, el giro y las maniobras, en general, se hacen entre los puntos
extremos de cada ciclo. En la figura se ilustra un acomodo ideal de operación para lograr
alta productividad del cargador. En la figura se presenta un esquema, visto en planta, de tal
acomodo. El ciclo del cargador en este acomodo ideal, consiste en cargar el cucharón con
material del banco, retroceder hasta un punto conveniente (a) para girar, avanzar, vaciar el
camión y regresar al punto a, para luego avanzar de nuevo y excavar la carga siguiente. Por lo
tanto, el tiempo variable (TV) de un ciclo, cubrirá las distancias de movimiento di y d2, tanto
hacia adelante como hacia atrás. Para algunos valores típicos, el TV puede estimarse como
sigue:
Tiempo en minutos
engranaje y velocidad (mpm) para di = d2 = 4.5 m; 6m
Avance a 4 km/hr (80) 2x4.5/80 = 0.113; 12/80 = 0.150
Reversa a 8 km/hr (133) 2 X 4.5/133 = 0.068; 12/133 = 0.090
TV total =0.18 =0.24
Si el material es fácil de cargar, esta seria una operación ideal de carga en todos los
aspectos. Entonces, podría estimarse el tiempo total del ciclo TT, por la formula TT = TF +
TV:
TT = 0.25 + 0.18 = 0.43 minuto.
Para los movimientos mínimos de 4.50 m en cada dirección. Esto conduce a una
productividad máxima o de pico para el cargador trabajando sin atrasos, que se encuentra por
la formula:
SAE 60 qp= x
sw TT
59
Para un cargador de 1 yarda cubica (0.76 m3) trabajando en arena seca y limpia
(14% de abundamiento) con el acomodo ideal de operación que acabamos de
describir.
1.0x0.76x60 qp = = 93 m3/hora.
1.14x0.43
Una de las causas de mayor atraso en la operación de un cargador frontal con
unidades de acarreo, se debe al acomodo de una nueva unidad de acarreo en su lugar, para que
la cargue el cargador. A este puede llamársele tiempo de "acomodo", ST, y se estima que toma
un promedio de 0.25minuto por unidad. Para calcular la productividad no debe agregarse el
total de los ST al tiempo de ciclo de la cargadora. Si los equipos se hacen trabajar en una
forma coordinada, se puede acomodar una unidad de acarreo mientras la cargadora logra su
siguiente carga de cucharón. Quizás haya una manera de manejar este factor y de reconocer
que la exactitud a la centésima de minuto no es realista en la estimación del TT. Una manera
consistiría en suponer que el valor a usar para el tiempo del ciclo se encuentra sumando TF y
TV y agregando un valor para ST comprendido entre 0.1 y 0.2 minuto, para que el valor del
TT resulte redondeado al décimo de minuto. Por ejemplo, el acomodo al que hemos llamado
ideal, con cierta tolerancia de tiempo para el acomodo de las unidades de acarreo, podiría
estimarse con un tiempo de ciclo,
TT = 0.43 + 0.17 = 0.6 minuto.
La productividad, anteriormente descrita para la distancia de acarreo muy corta, es
igualmente aplicable a los cargadores montados en orugas y a los montados en ruedas. Si las
cargas del cucharón tienen que moverse a mas de 9 metros, o algo similar, es probable que el
cargador de ruedas sea mas efectivo. En efecto, en un tajo o cantera de agregados, el cargador
puede moverse desde varias decenas hasta unos 300 metros para vaciar su cucharón cargado.
Las velocidades mas altas, de 12.8 a 24 km/hr, de los cargadores de 4 ruedas con neumáticos,
utilizadas en las distancias mayores, darán la productividad elevada deseada.
60
Cuando la operación del cargador implique el acarreo de cucharones llenos a largas
distancias, las productividades tendrán dos variables principales, la capacidad del cucharon del
cargador y el tiempo variable del ciclo. Estas se expresan en la ecuación de la productividad
máxima o de pico, en metros cúbicos de pago (medido en banco) por hora.
(capacidad nominal SAE x 0.7646) entre Sw qp = x 60
TV + TF + (0.1 a 0.2)
en donde la capacidad nominal SAE, es el tamaño del cucharón en yardas cubicas;
( % de dilatación )
sw = factor de dilatación = 1 + ;
( 100 )
TV y Tf se describen previamente en esta sección; y
0.1 a 0.2 se agrega por el tiempo de acomodo, o para maniobras
extra.
Cuando el mismo estimador debe calcular muchas operaciones para un cargador
dado, es conveniente hacer una gráfica de las variables principales que intervienen en la
determinación de la productividad. El TV es una variable principal que puede granearse en
combinación con el TF, como se ilustra en la figura . El tiempo fijo comprende al tiempo
para cargar, para hacer cambios de velocidad, para girar y para vaciar, así como el recorrido en
reversa de 4.5 metros en cada extremo de la ruta de acarreo. Si se usan los engranajes de
velocidad mas alta, debe aumentarse el TF por 0.1 minuto o mas, debido a cambios de
velocidad, aceleración, desaceleración y frenado.
61
VIH. 1. PRODUCTIVIDAD Y COSTOS DE LOS CARGADORES POR TRANSPORTADORES
DE BANDA.
Los primeros cargadores por transportadores de banda del tipo de arrastre (no
autopropulsados) han podido producir entre los 750 y los 1,500 metros cúbicos por hora, bajo
condiciones ideales y buenas eficiencias de operación. En consecuencia, para los trabajos que
se efectúan en terreno plano y en un área de corta larga para excavar (con un mínimo de
vueltas), esta combinación de equipo puede cargar la tierra a ese ritmo con un costo
aproximado de 6.5 centavos de dolar por metro cubico. Hace varios años, se determino que
tales equipos tienen una productividad del trabajo alrededor del 67%. Las cargadoras arrastre
mas modernas pueden excavar hasta 2,300 m3/hr.
Las conformadoras elevadoras, siendo la versión mas pequeña de las cargadoras de
arrastre, pueden mover de 460 a 600 m3/hr de material con buenas características de carga. Su
producción se reduce considerablemente al manejar el material mas difícil. El equipo mas
pequeño y especializado que se usa para ensanchar caminos, etc; con el que se hacen cortes de
0.60 a 1.20 m de ancho y hasta 40 centímetro de profundidad, excava hasta 300 m3/hr en
condiciones óptimas.
Los cargadores por transportador de banda introducidos alrededor de 1960 para
trabajar en posición fija tenían menor productividad que las cargadoras de arrastre mas
antiguas. Pueden mover de 1,500 a 2,750 m3/hr, si se alimenta suficiente material al
transportador de banda mediante tractores equipados con hoja empujadora. La banda descarga
el material a una altura de 3.0 a 5.40 m, a camiones de alta velocidad o a vagones de vaciado
por el fondo. Con unidades de acarreo de 15 a 23 m3 de capacidad, la banda puede cargar una
cada medio minuto. Dicho cargador de banda tiene un costo original relativamente bajo, que
varia de 30,000 a 75,000 dolares. No obstante, el costo de cargar la tierra con este equipo es
cerca de 13 centavos de dolar por metro cubico, por concepto de equipo. Los cinco u ocho
tractores con hoja representan un costo considerable en esta operación de carga, pero el mayor
costo de carga se compensa por el gran volumen que se mueve en unidades de acarreo en alta
velocidad, con distancias de acarreo de 1 1/2 kilómetros o mas.
Para diseñar un excavador de alta producción que pueda tener un mayor numero de
aplicaciones, los fabricantes han diseñado equipos de menor productividad.
TABLA 5" Potencia necesaria (hp) en la flecha del motor, para elevar verticalmente cualquier material a cualquier velocidad de la banda 1
Elevación vertical,
pies
r> 10 20 JM» 40 50 r.o 70 80
50
0.25 0.51 1.01 132 2.02 2.53 3.03 334 4.04
100
0.51 1.01 2.02 3.03 4.04 5.05 6.06 7.07 8.08
Capacidad (q), en
150
0.76 132 3.03 4.55 6.06 738 9.09
10.60 12.12
200
1.01 2.02 4.04 6.06 8.08
10.10 12.12 14.14 16.16
toneladas
250
1.26 2.52 5.05 7.57
10.10 12.62 15.15 17.67 20.20
por hora
300
131 3.03 6.06 9.09
12.12 15.15 18.18 21.21 24.24
{toneladas
350
1.76 333 7.07
10.60 14.14 17-67 21.21 24.74 28.28
de 2,000 lbs)
400
2.02 4.04 8.08
12.12 16.16 20.20 24.24 28.28 32.32
500
232 5.05
10.10 15.15 20.20 25.25 30.30 35.35 40.40
600
3.03 6.06
12.12 18.18 24.24 30.30 36.36 42.42 48.48
to
63
CARGADORES
FRONTALES
Y
DE BANDAS
en
st&Í
* * < * A*f. *S£3L* j w *
*M * * * * * *^»:
*HM
«¿ Mp
Ü$ > • % ,
%;**
si*-* s M l '
en
67
El excavador continuo de cangilones, que es un cargador integrado en una sola
unidad, y que requiere un solo operador, puede cargar alrededor de 1,340 m3/hr. El costo
original de este equipo especializado es similar al de las palas mecánicas de 4 a 6 yardas
cubicas (3.0 a 4.6 m3). Bajo las condiciones correctas de trabajo s un medio económico para
excavar y cargar material de terracerias. Otro fabricante de este tipo de equipos tiene una linea
de modelos cuya productividad varia entre 300 y 2,650 m3/hr.
IX. PRODUCTIVIDAD EN LAS OPERACIONES DE
EXCAVACIÓN DE TRINCHERAS.
Para los trabajos de excavación de trincheras, el ritmo de producción se expresa en
metros lineales por unidad de tiempo. La productividad de estos trabajos se expresa a menudo
en metros por hora. Debe establecerse una distinción cuidadosa entre el régimen de excavación
del material de la trinchera y el régimen de producción de la operación completa. Este último
comprende la excavación, la instalación del conducto y el rellenado de la trinchera. Si tienen
que recibirse las paredes de la trinchera para trabajar en su interior, puede dejarse abierta mas
tiempo del necesario, porque no se tiene prisa para rellenar antes de que ocurran derrumbes. Se
acortaría este elemento de tiempo, si hubiera necesidad de volver a usar este material de
soporte. En todo caso, el régimen de producción de la operación completa de excavación de
trincheras, es bastante variable, excepto cuando se trata de simple tendido de cable.
La productividad es el régimen conque puede moverse el excavador, siguiendo la
línea de la trinchera. Esta se proyecta, por lo general, del ancho mínimo, o sea el suficiente
para el conducto y el espacio de trabajo necesario. Por lo tanto, el régimen de producción
expresado en función del volumen excavado, por ejemplo en metros cúbicos por hora, carece
de importancia. Los equipos versátiles, como las retroexcavadoras, pueden manejar un
volumen mayor que el que mueven excavando trincheras. Son los metros lineales de trinchera
excavada, por minuto o por hora, los que cuentan.
El régimen de excavación de una excavadora continua de trincheras, es una
productividad que puede regularse. Varia con la profundidad y el ancho de la trinchera, con la
solidez del material por excavar y con la potencia disponible o la que seleciona el operador.
Cuando se inicia la trinchera para las condiciones especificadas, puede mantenerse la
producción e la máquina, en metros lineales por minuto, hasta que un factor cualquiera la
interrumpe.
68
Las curvas de la figura 7 son una representación de esta productividad, q.La familia
de curvas indica la clase de variación que es de esperar en los regímenes de producción, para
las diferentes maquinas excavadoras de trincheras, bajo condiciones variables de trabajo. La
curva superior es para la excavadora de trincheras mas grande, del tipo de rueda, en material
fácil de excavar; la inferior es para la excavadora de trincheras mas pequeña, del tipo de
cadena continua. En un terreno en el que una excavadora de trincheras grande puede excavar
una zanja de 2.10 m de profundidad, a 3 m/min, otra mas pequeña puede excavar solo una
zanja de 1.35 m de profundidad, con la misma rapidez.
FIGURA 7 Regímenes de producción en la excavación de
trincheras.
Las curvas inferiores son para excavación más difícil y equipo más pequeño
3.0 5.4 7.5 m/min. Productividad, q
Regímenes de producción en la excavación de trincheras.
1 3 "5
Fácil
Regular
Semi-difiril
Difícil
Arena, grava, tierra suelta
Tierra empacada, grava arcillosa
Arcilla pegajosa, roca triturada
Pizarra blanda y otras rocas 60 75
í§Líñ ^ d e
95 ^ \
lite su la efic
11
perior encia
50 60 70 80 90 100» Eficiencia del cucharan, E, % de la capacidad
flGlKA 8 t,i.•envidad de carga de las palas.
69
Para todas las excavadoras de trincheras, a mayor profundidad de la trinchera,
corresponde un régimen de avance menor, sobre la linea de la trinchera.
También puede usarse esa familia de curvas para explicar la excavación en terrenos
mas duros. Si la máquina mas grande trabaja en el material de mas difícil excavación, su
régimen de avance, q, se mueve hacia una curva mas baja. Lo anterior que da ilustrado por las
lineas punteadas mas largas de la figura (8). Suponiendo que la cortadora de trincheras,
excavando 1.2 m de profundidad en material fácil de excavar, puede moverse a 7.5 m/min, al
cambiar a material sólido, puede excavar esa misma profundidad a un régimen de producción
de solo 5.4 m/min.
Para la retroexcavadora, el régimen de producción de trinchera expresado en metros
de avance por minuto, no es tan alto como para una excavadora de trincheras de tipo continuo.
Esto es de esperarse, porque la retroexcavadora no es de acción continua y automática.
Prácticamente cada movimiento de esta operación de excavación es controlado por el operador
del equipo. Se logra la ventaja de la retroexcavadora cuando se tienen condiciones de
excavación muy variables, por ejemplo la solidez del material por excavar, la superficie del
terreno, o cuando hay cambios frecuentes de las dimensiones de la trinchera o de su
alineamiento.
Se puede formular un resumen de las habilidades de los distintos equipos que se
estudian en lo que se refiere a la excavación de trincheras, como el que se presenta en la tabla.
IX. 1. PRODUCTIVIDAD DE LAS PALAS.
En esta sección nos interesa saber como determinar la cantidad de material que
maneja este equipo en un cierto período. La determinación usual, consiste en determinar el
numero de yardas cubicas o de metros cúbicos excavados por hora. Esto dependerá de: (a) el
tamaño y las característico de diseño de la pala que se usa, (b) la variedad y la condición del
material que se este excavando, y (c) la disposición del trabajo, junto con las habilidades de
operación de que se disponga para hacer la excavación dada. Por ejemplo, en un trabajo dado
podida utilizarse una pala pequeña, operando muy cerca de sus limites de potencia para el
material sólido y cerca de sus alturas maxima de excavación y de vaciado que se indican en la
figura (8). Una pala mas grande tendría mas potencia, trabajaría completamente dentro de sus
intervalos eficientes de dimensiones de trabajo, y tendría mayor productividad.
70
Por supuesto, el costo por hora de la pala mas grande, seria mayor. La determinación
de cual de las dos se ha e usar, se basará en las determinaciones de la productividad y del costo
de cada posibilidad.
La productividad de una pala depende en gran parte de las característico de diseño
que posea. La cantidad de material que puede manejar en un período de tiempo dado, depende
del tamaño del cucharón, de la velocidad de movimiento del miembro excavador en la
dirección vertical, y de la velocidad de rotación de la superestructura en su mesa de giro
horizontal. Todas estas son característico que se incorporan en su diseño. Para una pala
controlada por cables, las velocidades se gobiernan por velocidades lineales de los cables. La
velocidad de dirección y las de los demás accesorios frontales, pueden variar entre 75 y 180
pies por minuto ( p/m). Otra velocidad definida en el diseño, es la de giro de la superestructura
sobre su base de montaje. Para las palas controladas por cables esa velocidad puede ser de tres
a cuatro revoluciones por minuto (rpm).
Las velocidades lineales del cable y la velocidad de giro son los factores clave que
determinan el mejor tiempo de ciclo que puede lograr el operador con la pala. El ciclo de la
pala puede describirse en relación con los movimientos básicos de los equipos que se
estudiaron. El malacate secundario encaja al excavador dentro de su carga, mientras el
malacate principal levanta al cucharón cortando el embanque. Luego, gira la superestructura
de la pala para vaciar la carga en dónde se desee. Se gira luego el conjunto miembro
excavador-cucharon y se baja hasta dejarlo en posición para el siguiente ciclo.
Para un corte de 10 pies de altura, el tiempo mínimo para elevar el conjunto
excavador cruzando el material puede ser de cinco segundos. Esto se logra con una velocidad
de elevación de 120 fiVmin. Entonces, el tiempo mínimo para girar en un ángulo de 90° ,
vaciar y regresar de nuevo a 4rpm, es de alrededor de 8 segundos. Estos tiempos no toman en
cuenta el tiempo necesario para alcanzar las velocidades gobernadas, ni el que se necesita para
lograr las velocidades menores de nuevo, esto es, la aceleración ni la desaceleración, en cada
movimiento del ciclo.
Tampoco esta incluido el tiempo necesario para vaciar la carga, el cual debe tomarse
con cierta exactitud. Estos elementos pueden agregar de tres a cinco segundos de tiempo
necesario. Por tanto, el tiempo óptimo de ciclo que puede esperar el operador con la pala, en
esta situación de excavación, seria de 16 a 18 segundos. Ese tiempo lo rigen principalmente las
característico de diseño de la pala.
Las condiciones del trabajo y su localización pueden afectar también notablemente a
la productividad de una pala. La producción mas eficiente, siendo variable la altura del corte,
se obtiene con la pala trabajando a su "altura óptima "de corte.
71
Esta es la altura del embanque en el que trabaja una pala, en la que el miembro excavador levanta al cucharón a través de una capa tal de material que le permite lograr cargarlo con copete.
El excavar en esta altura de corte no requiere reexcavacion para lograr llenar el
cucharón, ni ocasiona derrame del material por los lados del cucharón durante el movimiento
de corte. En un material suelto y fluido, se llena completamente el cucharón excavador en un
recorrido mas corto que cuando excava en material pegajoso y formado por terrones o trozos,
que no llena con facilidad los huecos en la carga del cucharón.
La profundidad óptima de corte, varia entre 4 y 11 pies para el material suelto,
granular o terroso. Para materiales duros o pegajosos, varia de 6 a 14 pies. Estos valores varían
en razón directa al tamaño de la pala. Comparando estas alturas (alturas del embarque) con la
curva que aparece en la figura (8) se encuentra que la altura óptima de corte es del 25 al 50%
de la altura máxima de excavación.
En la figura 9 se ilustra la variación especifica de la altura óptima de corte para palas de diferentes tamaños y para diferentes materiales por excavar.
FIGURA 9 Alturas de corte óptimas de las palas.
Capacidad del cucharón de la pala, yarda» cubical (1 yarda cúbica = 0.76 ms)
2V»
FIGURA 9 Alturas de corte óptimas de las palas (tomada de datoj publicado» por la Power Crane and Shovel Association\,
72
Frecuentemente, el operador de una pala hace mas de una pasada en el embanque para
cargar su cucharón. Tal tendencia ocurre con mayor frecuencia cuando la altura del embanque
es menor que la altura óptima de corte de la pala. Ocurre una vez cada 5 o 6 ciclos con alturas
de corte menores de 5 pies. El limite de frecuencia y de profundidad, es mayor con un
embanque que contenga material voluminoso que no pase con facilidad por el cucharón. El
hacer pasadas extra para obtener la carga del cucharón es una carga indiscutible de los
operadores, pero puede ser difícil de impedir que se siga. Suponga que la parte de carga de un
ciclo toma seis segundos en un tiempo total del ciclo (TT) de 18 segundos, para lograr la
operación mas eficiente. Una segunda pasada agregara por lo menos otros seis segundos. Esto
hace al TT = 24 segundos, y representa un aumento de tiempo de mas del 30%. Esto podiría
ser justificado si se aumentara la carga del cucharón por lo menos en esa proporción. También
puede notarse que mientras mayor sea la proporción que ese tiempo de carga represente del
tiempo total del ciclo, menos deseable sera que la pala haga pasadas extra para aumentar su
carga.
La cantidad de carga que lleva un cucharón, comparada con su capacidad, es un factor
vital en la determinación de la producción de la pala. La relación de la carga del cucharón a su
capacidad, recibe el nombre de eficiencia del cucharón (E). Para los materiales excavados a
pala, en condiciones óptimas, debe esperarse que E variara del 110% al 50%. Los materiales
que son fáciles de excavar y que puede describirse como fluidos, tales como la arena, la grava
o la tierra suelta, deben llenar con facilidad el cucharón hasta su capacidad. En el otro extremo
están los materiales duros y rocosos, que, en las mejores condiciones, solo llenan la mitad del
cucharón de la pala. Esta clase de variación se ilustra en la figura (9).
73
Aunque a menudo se copetea el material en el cucharón, la carga de pago real del
material, deduciendo los huecos, se aproxima mas a la capacidad. En la figura (9) se ilustra
que en excavaciones fáciles, que se realizan en material un tanto pegajoso, un material
copeteado, un tanto pegajoso, puede ser lo suficientemente compacto para que la carga de
pago sobrepase ligeramente a la capacidad del cucharón.
Cuando el material excavado por una pala tiene una gran cantidad de trozos muy
voluminosos o cuando es excepcionalmente pegajoso y no pasa con facilidad al cucharón, se
reduce considerablemente la eficiencia del cucharón. Esta reducción es prácticamente igual a
la proporción de partes de sobre-tamaño que contiene el material. Así, si hay un 20%
voluminoso en el total, la eficiencia del cucharón sera del 20% menor que lo seria si no
hubiera dicho material. Obviamente, si el material voluminoso que tenga que manejar la pala
es excesivo, conviene considerar el uso de otra pala de cucharón mas grande, o quebrar los
trozos mas grandes del material, o empujar este material a un lado para ser manejado por otros
medios.
La condición del trabajo para vaciar la carga de una pala, es un factor de
productividad que la gerencia puede controlar muy de cerca. Los puntos a controlar son: (a) el
ángulo de giro para que la pala vacíe su carga, (b) el equilibrio de tamaños entre el cucharón
de la pala y el recipiente de contención de la unidad de acarreo que carga la pala. Para tener un
buen equilibrio de tamaños, el contenedor de acarreo debe tener una capacidad casi igual a 4,5
o 6 veces la capacidad del cucharón de la pala. Si se planea sobre esta base, se eliminará este
desperdicio que se tiene al utilizar cucharones cargados parcialmente y se usara la capacidad
de la unidad de acarreo con plena ventaja. También constituye una práctica útil de planeación,
el prestar atención a la abertura superior del recipiente de contención de la unidad de acarreo.
Las dimensiones de la abertura en la que ha de descargar el cucharón de la pala, debe tener por
lo menos varias veces el ancho del cucharón en ambas direcciones. Por otro lado, la abertura
no debe ser de dimensiones tales que tenga que moverse la unidad de acarreo o la pala, durante
el tiempo de carga, para poder llenar el recipiente de acarreo.
El ángulo de giro necesario para el ciclo de excavación de la pala puede controlarse
mediante una buena planeación. En un ciclo ordinario formado por excavación, giro de la
carga,vaciado de la misma y giro de retorno para la carga siguiente, las cargas pueden vaciarse
a un lado de la excavación o a unidades de acarreo para que la transporten.
74
Para un corte en ladera, la pala puede vaciar el material excavado, pendiente abajo,
en el lado opuesto al del embanque. En ese caso, el ángulo de giro es relativamente fijo, y esta
comprendido entre 130% y 180%. Una operación que requiera un giro tan grande, tendrá un
tiempo de ciclo relativamente largo, y en consecuencia, baja productividad.
Cuando se hace el vaciado a unidades de acarreo que pueden situarse en cualquier
posición sobre la superficie del terreno que soporta a la pala, la buena planeación y el control
ayudaran a lograr alta producción. En estudios realizados por el Departamento de Caminos
Públicos de los Estados Unidos en la década siguiente a la Segunda Guerra Mundial, se
observaron los ciclos de mas de 80,000 palas. Los ángulos de giro mas frecuentes fueron de
45° a 90°. De todos los ciclos medidos, en los que se midió el ángulo de giro, el giro promedio
resulto de 79°en una dirección. Hay dos áreas distintas sobre las que se hace el giro. Estas son:
(1) el área de excavación, y (2) el área de localización de la unidad de acarreo, exterior al área
de excavación. Se puede suponer que se tendrá un giro promedio de 45°en el área de
excavación. Esto dejaría un giro de 34° para el área de localización de las unidades de acarreo
en el ciclo promedio. Es posible reducir esta ultima parte del giro para obtener mayor
eficiencia en la operación de la pala. La buena coordinación entre los operadores y los
encargados de planeación puede lograrlo.
En la tabla se ilustra el efecto del ángulo de giro en la productividad de las palas.
Esta tabla muestra, como era de esperarse, que para cualquier altura de corte dada, un ángulo
de giro mas pequeño dará origen a una entrega mejor. Como se explico antes, y como se
ilustra en la figura hay una altura óptima de corte para cada tamaño de pala que trabaje
excavando en un material en particular. Una pala que este excavando en un embanque de
altura diferente de la óptima, sera menos eficiente. Esto sucede ya sea que la altura del
embanque sea mayor o menor que la altura óptima de corte. La tabla se emplea usando la
altura real de corte dividida entre la óptima, expresada como porcentaje a la izquierda, para
cada renglón de la tabla.
La información dada en la tabla indica un efecto combinado de 1.00 para la pala que
trabaja con un giro de 90° y a la altura óptima de corte, D (es decir, 100%). Esto significa que
la pala que trabaja bajo esas condiciones, debe producir una entrega normal o estándar.
Cualquier otro valor del ángulo de giro o de la altura de corte, conducirá a productividades
diferentes que se determinan haciendo correcciones a la producción estándar.
Como se estudio en esta sección, el tiempo del ciclo para las condiciones estándar se
determina utilizando las velocidades lineales, las alturas óptimas de corte, la velocidad de giro,
y una tolerancia por aceleración, desaceleración y vaciado.
75
Estos tiempos se basan en que no habrá interrupción alguna en los movimientos planeados.
TABLA 6 Efecto de la altura del corte (D) y del ángulo de giro
(A) en la producción de pala.
Porcentaje de la
profundidad óptima de —
corte
20% 60%
100% 140% 180%
45°
.99 1.13 1.19 1.14 1.05
Ang
60°
.94 1.06 1.11 1.06 .98
ulo de
75°
.90 1.01 1.05 1.00 .94
giro en
90°
.87
.97 1.00 .96 .90
grados
120°
.81
.88
.91
.88
.82
150°
.75
.80
.83
.81
.76
180°
.70
.74
.77
.75
.71
Dato» de la Power Crane and Shovel Awociation.
Para obtener la productividad real debe considerarse una tolerancia por cualquier
variación que hubiera, tal como el atraso que representaría el mover la pala a una mejor
posición de excavación. Un estudio de tiempos y movimientos, indica que este tipo de
movimiento necesario toma un promedio de 0.6 minuto, o sea, 36 segundos. Asimismo, dicho
estudio indica que este movimiento se hizo después de alrededor de 20 cargas del excavador.
Como este es un movimiento necesario para la operación eficiente de la pala, debería
agregarse su efecto a cada tiempo del ciclo con carga completa del excavador. Esto equivaldría
a agregar aproximadamente dos segundos a cada TT de los que aparecen en la tabla.
TABLA 7 Tiempos de ciclo de palas, en segundos, para altura
ÓDtima de corte v giro de 90 grados.
Dificultad Tamaño (del cucharón) de la pala, yardas cúbicas relativa de — — — excavación
Fácil Mediana Medio difícil Difícil
Datos proporcionados
'/«
If) 19 22 24
por la
7« 16 19 22 24
Power
8/<
17 20 23 2*>
Crano and
1
18 21 24 26
Shovel
W. 19 23 26 28
Association.
2
21 25 28 30
Pit
22 26 29 31
76
Ahora que se conocen los factores que rigen la productividad de una pala, puede
escribirse una fórmula para expresarla:
3600 Be (e) (A:D) q s = f
TTs
en la que qs = producción máxima, en yardas cubicas/hora.
Be = capacidad del cucharón, en yardas cúbicas.
E = eficiencia del cucharón.
A:D = factor combinado para el ángulo de giro de la pala
y la altura del corte.
TTs = tiempo del ciclo, en segundos, para la operación
"estándar" de la pala, con 90 grados de giro y
altura óptima de corte.
La aplicación de la ecuación es relativamente simple, usando los factores
determinantes como se explico antes en esta sección. Un ejemplo ayudara a entender su
empleo.
Datos: una pala de 1 yarda esta excavando tierra
empacada (de dificultad "mediana") de un
embarque banque de 6 pies de altura, y girando
el material 75 grados para vaciarlo.
Determinar: (de la figura )E =87% =0.87;
altura óptima de corte (de la figura ) Do = 7.8;
D = 6.0
— = x 100 = 77%; (estimado de la tabla )
Do = 7.8
A:D= 1.02
tiempo del ciclo (de la tabla ) , TTs = 21 segundos;
3600 (lyd) (0.87) (1.02)
producción, qs = =152
21
yardas cúbicas/hora, basadas en un tiempo de
trabajo de 60 minutos por hora.
77
La productividad determinada como se ha hecho en el ejemplo anterior, utilizando la
ecuación , sera el mejor régimen de entrega posible, y no es de esperarse que se obtenga ni
por una hora completa. Debe poderse obtener el trabajo normal de una hora, trabajando la pala
50 minutos de los 60 disponibles. Esto supondría una eficiencia de trabajo fw = 50/60 = 0.83,
y la producción normal es qn = (rww) qs. Para la pala de una yarda del ejemplo anterior, qn =
0.83 x 152 = 127 yardas cubicas/hora.
La producción real de palas, como sucede con la mayoría de los equipos de
construcción, es menor que la que debería esperarse.
Varios estudios efectuados bajo el patrocinio del Departamento de Investigación
sobre Carreteras de los Estados Unidos (HRB), obtuvieron los tiempos productivos reales de la
palas, hálanos en un cierto numero de excavaciones en carreteras. El tiempo real utilizado para
excavar, fue del 50 al 75% del tiempo de trabajo disponible. Esto equivale a que se hubieran
trabajado de 30 a 45 minutos de cada hora disponible de 60 minutos. El resto del tiempo fue
tiempo perdido por atrasos tales como: movimientos cortos para lograr una mejor posición de
excavación, manejo especial de material voluminoso, limpieza del área de carga, cambio de
unidad de acarreo, falta de una unidad de acarreo en la pala, interrupciones para el café, etc.
Atrasos como estos hacen que la eficiencia real de la pala se transforme en f = 0.50 a 0.75, y si
se aplica esta eficiencia al ejemplo anterior, en el que la eficiencia óptima qs =152 yardas
cubicas/hora, la producción real podría llegar hasta el bajo valor de qa = 0.50 x 152 = 76
yardas cubicas/hora.
Para lograr una mejor comprensión de tal variación, se mencionaran los resultados
encontrados por la HRB: En los estudios de la HRB se compara el tiempo disponible con el
tiempo productivo real, en horas o días. Si se representan por T los días de trabajo totales
contratados de que se dispone, el tiempo neto disponible de trabajo, que se representaría por N,
podría expresarse como un porcentaje de T. El tiempo atmosférico y los demás equipos que
trabajan con el excavador, dan origen a una diferencia importante entre T y N. Los llamados
atrasos importantes o mayores, son los que toman mas de 15 minutos por atraso, ya sean
debidos al tiempo, a reparaciones del equipo o a otras causas secundarias. Se ha observado que
forman un total del 4 al 80% de T. El promedio de las operaciones de pala observadas resulto
comprendido entre 35 y 45% y tendiente a N= (0.6) T para el tiempo neto promedio disponible
de trabajo. El siguiente ajuste o corrección consiste en hallar el tiempo productivo real que hay
en T o N.Este deberá considerar los atrasos "menores'cortos durante el tiempo de trabajo.
Herramienta para excavación Ganchos Agarradores Heranuentas para materiales a granel
Cucharones Cucharones de draga de almeja
Hojas para rellenar
Cucharones de cascara de naranja
Gancho simple
Poleas múltiples con gancho
I _ oanchos
Eslingas j j de pasador o lazos Y/
Ganchos especiales Mordazas
Cubeta para R^des concreto
Plataforma de carga Plataforma
de fondo falso
Pesos
é i Hincador de pilotes
Rompedores de calavera o peras
FIGURA 1 0 Accesorios de levantamiento para grúas (impreso con autorización de la Power Crane and Shovel Association).
CO
79
RETROEXCAVADORAS
JPP ""WW
OD O
81
íf
•$/$},Wnrm——.. « , , , - « K S M
^fjf*
•'-sssiS,--:
¿jrfl
83
Los atrasos menores, por lo general, de menos de 15 minutos cada uno, se deben a las
interrupciones ocasionadas por las operaciones de las unidades de acarreo, las maniobras
especiales de las palas y las reparaciones cortas. Su efecto total puede variar entre 10 y 50%
del tiempo neto de trabajo disponible, N. Los estudios de la HRB determinaron que los atrasos
menores tomaron, en promedio, entre 20 y 26% de T. Esto significa que el tiempo productivo
es P = (100-40-23)% de T = 0.37 T, o P = (37/60)N, en promedio.
Tales observaciones y promedios conducen a una base para estimar un factor medio
de eficiencia general, fa= P/T. Si se ha de basar la eficiencia en el uso del tiempo neto
disponible, tendrá la expresión f = P/N, como se aplicó en el ejemplo anterior.
IX. 2. APLICACIÓN Y PRODUCTIVIDAD DE LAS GRÚAS.
La grúa móvil es un equipo verdaderamente versátil. Se utiliza principalmente para
elevar cargas o recipientes cargados. Los dispositivos o recipientes que se utilizan para estos
levantamientos se ilustran en los esquemas de la figura (10). La grúa debe poder levantar el
peso total de la carga y el del dispositivo de levantamiento, cucharón o plataforma. En otras
palabras, su capacidad se basa en todo el peso que se suspende realmente de su cable de
levantamiento.
Las grúas se usan a veces para levantamientos de gran altura con su pluma extendida
o alargada por la inserción de secciones adicionales de pluma o por la adición de una punta de
pluma o jiba. Por lo general, el bastidor de forma "A"u horqueta se extiende hacia arriba, al
alargar la pluma, para dar mejor estabilidad a la pluma cargada. Estas modificaciones se hacen
cuando se necesita usar la grúa para colocar acero estructural o para manejar concreto en botes
de gran tamaño, en edificios de gran altura. Otra aplicación similar en la que se requiere un
gran alcance puede presentarse en los trabajos de demolición de estructuras elevadas.
Generalmente, se usa una pluma de jiba o de punta para extender el alcance horizontal de la
grúa por arriba del borde de una estructura elevada. Por supuesto, los límites de carga en tales
aplicaciones son mucho menores que la capacidad máxima de la grúa básica.
La productividad de las grúas móviles carece de sentido, en términos prácticos, en las
aplicaciones mencionadas. Es decir, que no representa nada la producción del equipo en
toneladas por hora o en metros cúbicos por hora.
84
La razón es que las grúas no se rigen por este tipo de productividad. Otras fuerzas de
la construcción, como la cuadrilla de montaje, miden su rendimiento por las toneladas de acero
levantadas por hora, y la cuadrilla de vaciados lo mide por los metros cúbicos de concreto
colocados por hora. En estos casos, la grúa solo controla una parte de los tiempos totales del
ciclo.
Mediante la grúa se controla la velocidad de levantamiento de una carga, la cual se
basa en la velocidad de levantamiento a un solo cable, regulada entre 100 y 400 pies por
minuto. Cuando se trata en levantamiento en dos o mas cables, la velocidad máxima se reduce
aproximadamente en proporción al numero de cables.
El giro de una carga es otra parte del ciclo de trabajo que rige el diseño de la grúa. El
giro se realiza por lo general a una velocidad máxima de 4 rpm. Esta es una parte significativa
del tiempo de ciclo de la grúa cuando se utiliza una pluma larga, a causa de la inercia de
arranque y de paro. El efecto de la carga por inercia causa muchos accidentes utilizando
plumas largas.
IX. 3. PRODUCTIVIDAD DE UNA DRAGA DE ARRASTRE.
El régimen de producción de una draga de arrastre puede calcularse en forma
semejante a la productividad de la pala mecánica.
Se aplican los mismos tipos de factores:
1. Naturaleza del material excavado.
2. Profundidad de la excavación.
3. Ángulo en que gira su carga la excavadora.
4. Tiempo del ciclo de carga de la excavadora.
5. La holgura y los movimientos que se requieren durante la
operación.
6. El volumen de excavación en un lugar.
7. El balanceo de las unidades de acarreo cuando se usan.
85
Sin embargo, para una operación de vaciado, la draga de arrastre, es por lo general, de
grano fino o regular, aunque puede ser también tierra común. La dilatación del material
excavado puede ser o no ser significativo. Si se trata de suelo de grano fino que se toma de
abajo del agua, las partículas pueden estar suspendidas en el agua que se esta moviendo. En
ese caso, la dilatación no significa nada, y la cantidad de material que se mueve en cada carga
de cucharón es el porcentaje de solidos que hay en el volumen de este. Si el material suelto es
arena o grava muy mojadas, no podrá formar gran cosa de copete, y una gran parte de su peso
será el del suelo saturado.
Este material sera del 5 al 20% mas pesado que el material seco, por lo que debe
verificarse la capacidad de carga de la draga de arrastre con el cucharón lleno, trabajando con
una pluma larga y un ángulo bajo.
Para el material mas seco, que sufre dilatación al ser excavado, puede calcularse el
volumen de la carga de un cucharón lleno.
La profundidad óptima de corte de una draga de arrastre, similar a la de una pala, es la
distancia mínima que debe moverse el cucharón en el material excavado, para lograr una carga
completa del cucharón. Como el cucharón de una draga se carga mientras se esta moviendo en
forma mas horizontal que el de una pala, esa distancia no es en realidad una altura vertical. Sin
embargo, este factor se basa en una "altura "o profundidad que permita obtener la óptima de
una draga en comparación a la de una pala. Para las dragas de arrastre, las alturas óptimas de
corte son mayores que para las palas del mismo tamaño. En el otro extremo de la escala de
tamaños, una draga de 2!4 yardas cúbicas, es por lo general, mas efectiva en un corte mas corto
que la pala del mismo tamaño. En términos prácticos, no es tan significativa una altura óptima
de corte para una draga como para una pala, porque la draga es mas flexible en su operación.
El operador puede variar su dirección de carga y longitud de corte para conformarlo desde
cualquier posición que escoga para excavar. 4.2
S FIGURA 11 S "
§ 3.0
•8 I 2.4
i §
I'-2
0.6 'o *H 1 t'n 2 2'n
Tamaño nominal del cucharón, yardas cubical (1 yarda cúbica = 0.76 ms)
T — I — I 1 T
J I I I L
86
Por lo general, el ángulo de giro para una draga de arrastre en mayor que para una
pala mecánica. Los trabajos en material suelto y con pendientes mas aplanadas, hacen que la
draga tenga mayor alcance para su carga y vaciado.
Si esta vaciando a una unidad de acarreo, este equipo tiene que estar mas alejado de la
draga de arrastre que cuando se trata de una pala, a causa de las pendientes.
Cuando la draga de arrastre esta simplemente apilando sus cargas, es mas probable
que tenga un giro comprendido entre 90° y 180°.
La PCSA recomienda un factor que combina el efecto de la altura del corte y el
ángulo de giro para determinar la productividad de una draga de arrastre. Los valores de este
factor para una draga de arrastre aparecen en la tabla.
TABLA 8 Efecto de la profundidad de corte (D) y del ángulo de
giro (A) en la producción de la draga de arrastre.
Porcentaje
déla
profundidad Ángulo de giro en grados
óptima de
corte 45° 60° 75° 90° 120° 150° 180°
20%
60%
100%
140%
180%
.99
1.13
1.19
1.14
1.05
.94
1.06
1.11
1.06
.98
.90
1.01
1.05
1.00
.94
.87
.97
1.00
.96
.90
.81
.88
.91
.88
.82
.75
.80
.83
.81
.76
.70
.74
.77
.75
.71
Se entra a esta tabla con un valor del porcentaje de corte óptimo. Por ejemplo, si una
draga de 1 'A yardas esta excavando un corte promedio de 5 pies en suelo suelto y arenoso, el
porcentaje es 5/7.5 por 100, o sea 67%. Esto hace necesario interpolar entre el 60% y el 100%.
Con un giro promedio de 120°, se estima que el valor (A:D) a usar es 0.89. Si la draga de
arrastre de 1 'A yardas, con el mismo giro, esta cortando una altura media de 12'/2 pies,
entonces tiene una D = 167% y (A:D) = 0.84.
87
El tiempo del ciclo de una draga de arrastre para excavación, se calcula de manera
semejante al de una pala.
La draga de arrastre tiene una velocidad superior ligeramente mas baja, digamos de
3.5 rpm, en comparación con 4 rpm de una pala mecánica. Con esa diferencia y la flexibilidad
de un cucharón de giro libre, los tiempos de ciclo de la draga de arrastre son un poco mas
largos que los de una pala trabajando bajo las mismas condiciones. En la tabla 9 se presentan
algunos valores adecuados para una draga de arrastre, excavando a su altura óptima de corte y
con un ángulo de giro de 90°.
TABLA 9 Tiempos de ciclo de las dragas de arrastre, en
segundos, para profundidad óptima de corte de
giro de 90°.
Dificultad Tamaño del cucharón de dragado, yardas cúbicas
excavación 3/8
Excavación fácil 19
Arena o grava 20
Tierra común 24
Arcilla dura
Vi
19
20
24
-
3/4
20
22
26
30
1
22
24
28
32
VA 2 2lA
25 27 29
27 29 31
30 32 34
34 37 39
Estos tiempos de ciclo están basados en la operación a los movimientos diseñados sin
interrupción. Observe, al comparar estos tiempos con los de las palas, la draga de arrastre toma
del 10 al 30% mas para cada ciclo. Cualquier cambio de posición de la draga de arrastre
agrega tiempo entre los ciclos regulares de carga.
Ahora resulta útil reunir estos factores en una ecuación para calcular la productividad
de una draga de arrastre. Esto da:
3600 Vb (A:D) qd = ,
CTd
88
En la cual, qd = producción máxima, en yardas cúbicas/hora.
Vb = volumen en medida en banco que hay en el
cucharón, en yardas cúbicas.
A:D = factor combinado para el ángulo de giro de la
draga de arrastre y la altura del corte.
CTd = tiempo del ciclo en segundos para la operación
de la draga de arrastre a giro de 90° y corte
óptimo.
X. EQUIPO DE ACARREO.
Para acarrear los materiales sueltos, a granel, en un proyecto de construcción, puede
usarse otra variedad de equipo. La escrepa para movimiento de tierras funciona como unidad
de acarreo en una parte de su tiempo de trabajo. Otras combinaciones de tractores-remolques,
que se conocen como vagonetas, se diseñan especialmente como unidades para acarreo de
tierras. El camión de volteo común que recorre las calles y las carreteras, se utiliza a menudo
como unidad de acarreo de materiales sueltos, a granel. En décadas recientes se han
desarrollado equipos muy semejantes al camión de volteo, pero de mayor tamaño, para uso en
carreteras.
X. 1. USO Y PRODUCTIVIDAD DE LOS EQUIPOS DE ACARREO.
La selección de unidades de acarreo adecuadas para una operación dada de
movimiento de materiales depende de un análisis completo del trabajo. Dicho análisis debe
considerar cada una de las partes del ciclo de trabajo de cada equipo. Para una operación de
movimiento de materiales el ciclo comprende: la carga, el acarreo, la descarga, el retorno y el
acomodo para tomar la siguiente carga.
Tomando separadamente cada componente del ciclo se puede discernir de los factores
que influyen en la selección de las unidades de acarreo, se estudio el ciclo total de una
operación de movimiento de tierras.
89
El resumen de dicho estudio servirá para revisar los puntos clave:
1. La etapa de carga requiere que se conozcan:
a. El tamaño y el tipo de la máquina cargadora. Si es una cargador continuo como los
de banda; si tiene un control positivo del cucharón como una pala o un cargador frontal; si
tiene cucharón giratorio como el de una draga de arrastre, etc.
b. El tipo y el estado del material que se va a cargar. Si fluye libremente como la
grava; si es húmedo y pegajoso como la arcilla; si esta formado por trozos o terrones grandes
como la roca de voladura, etc.
c. La capacidad de una unidad de acarreo.
d. La destreza de los operadores.
2. La etapa de acarreo o de traslado requiere que se conozcan:
a. La distancia a la que tiene que moverse cada carga, dividida en tramos continuos
rectos y curvos.
b. El estado de la ruta de acarreo. Si esta pavimentada o si se trata solo de una
superficie compactada; que clase de pavimento o de compactación tiene y en cuantos tramos
de la ruta; si se trata de un camino de tierra, las resistencias a la tracción y al rodamiento.
c. Las pendientes que hay en la ruta y las longitudes de las mismas.
d. Diversas condiciones que afecten a la velocidad de acarreo y al movimiento. Los
cambios de dirección y de pendiente que orígene aceleración, desaceleración y frenado. Si la
ruta tiene buen sistema de desagüe o si pueden ser variables las resistencias a la tracción y al
rodamiento. Si hay puentes o pasos a desnivel por los que deba transitarse en la ruta.
e. La habilidad del equipo de acarreo para trabajar bajo las condiciones del camino,
las pendientes y demás adversidades que haya en su recorrido.
3. La descarga o vaciado afecta a la selección de la unidad de acarreo por:
a. El tipo y el estado del material, como en la etapa de carga.
b. La manera en la que ha de manejarse el material en el sitio de descarga. Si ha de
descargarse pendiente abajo de un embanque, si ha de extenderse para fines de compactación,
si ha de vaciarse a una tolva, etc.
c. El tipo de facilidad que ofrece el equipo para las maniobras en un área de descarga
restringida.
90
4. El viaje de retorno debe cubrirse como el acarreo con una carga.Generalmente, ese
componente del ciclo de acarreo no rige la selección del tipo de unidad. Puede presentarse,
empero, una excepción, cuando la unidad de acarreo deba regresar vacía ascendiendo una
pendiente mucho mas fuerte o una ruta que este en peores condiciones que la que tuvo que
recorrer con carga.
5. El acomodo de la unidad de acarreo para recibir u carga requiere conocer:
a. El tipo de maquina cargadora.
b. Las diversas posiciones que debe adoptar el cargador para cargar el material.
c. La facilidad de maniobras que ofrece la unidad de acarreo para tomar una buena
posición para su carga.
Para una operación en la que deba moverse material suelto a granel, y en la cual la
distancia de acarreo en un sentido sea de mas de varios cientos de pies y no haya otros factores
que permitan que sea mas económico usar motoescrepas o transportadores, probablemente sea
preferible utilizar las unidades de acarreo cargadas por pala mecánica o por otro tipo de
cargador. Si puede recorrerse en forma efectiva una parte significativa de esa distancia de
acarreo sobre caminos ya existentes, la selección se inclinara hacia las unidades de acarreo
para transito sobre carretera. Se deben considerar los tractores-vagonetas de vaciado por el
fondo, con cargas suficientemente ligeras en los ejes, cuando el material a acarrear es de flujo
o corrimiento libre y cuando tiene que extenderse a medida que se descarga. En ese caso, el
tiempo de vaciado es mínimo. En el tiempo de recorrido puede incluirse que debe indicar un
descenso de velocidad, tal vez hasta 16/32 km/h, para entrar y salir del área de vaciado. Para
las demás partes de la distancia de acarreo, el vehículo puede alcanzar velocidades de 60 a 100
km/h. El uso de un equipo de vaciado por el fondo requerirá de amplio espacio para girar,
tanto en el área de carga como en la de desócarga, para el equipo del que toque tiene de 12 a
18 m. de longitud total y que, prácticamente no puede moverse en reversa.
En el caso mas común de acarreo de material suelto por una distancia significativa
sobre carretera, y con cierta variación de pendientes y condiciones de vaciado, la selección
puede inclinarse hacia un camión de volteo ordinario. La maniobra de vaciado, que consiste
por lo general por retroceder y vaciar en un sitio designado, tomara tiempo del necesario para
el recorrido. El levantamiento de la caja y el vaciado de una carga toma alrededor de VA de
minuto. La maniobra realizada en el área de vaciado puede llevar el tiempo total planeado para
la descarga (TD) de Vi minuto.
91
El tiempo que se debe considerar en el otro extremo del ciclo, es decir, el tiempo de
carga (TC), dependerá primordialmente del equipo de carga. Entre estos puntos extremos del
ciclo de acarreo esta el tiempo de recorrido. Este tiempo variable (TV) incluyendo tanto el
recorrido en una dirección, con la carga (TVC), como el tiempo de retorno vacío (TVV)
Para hallar los tiempos de recorrido debe descomponerse la ruta de acarreo de un
camión de volteo en tramos pendientes y resistencia al rodamiento comunes. Luego puede
determinarse la transmisión que se requiere para dar la potencia necesaria, y
consecuentemente, la velocidad
máxima para cada tramo de la ruta. En este punto, es necesario reconocer que el
vehículo de acarreo no viaja a la velocidad máxima durante toda su ruta. El encargado de
planeación debe poder estimar las velocidades medias que puede obtener en cada parte del
ciclo de acarreo. Para estos cálculos es de utilidad la tabla de factores para convertir las
velocidades máximas a velocidades medias razonables.
En los trabajos de movimiento de tierras en los que se requiere arrastrar o acarrear
materiales sin utilizar caminos existentes, se plantea la misma pregunta básica relativa al uso
de escrepas o al de cargadores con unidades de acarreo. Para los acarreos de tierra en un solo
sentido, a distancias mayores de 3,000 pies, pueden ser mas económicas las unidades de
acarreo. Suponiendo que ese sea el caso, el encargado de planeación debe decidir si ha de usar
camiones de volteo para transito fuera de carretera, tractores-vagonetas de descarga trasera o
lateral, o vagonetas de vaciado por el fondo.
El camión de volteo de descarga trasera es mas efectivo que los demás para el manejo
y acarreo de materiales sueltos cuando hay algunas pendientes fuertes y cuando se desean
velocidades altas en los tramos rectos y nivelados. El tractor-vagoneta de descarga trasera
tiene en su extremo una abertura baja para recibir carga de roca grande de un cargador frontal
o de una pala mecánica.
92
TABLA 10 Factores para convertir una velocidad máxima a una
velocidad media (de un vehículo con 300 a 400 lbs/hp).
Longitud de
un tramo del
camino de
acarreo.
100-350
350-750
750-1500
1500-2500
2500-3500
3500 y mas
Unidad
de acarreo
partiendo
del reposo.
.25-.45
.45-.55
.55-.68
.68-.78
.78-.84
.84-.92
Unidad de acarreo
en mov. al entrar
a un tramo del
camino de acarreo.
.50-.66
.66-74
.70-.88
J8-.93
.87-.95
.90-.97
Puede maniobrar en espacios relativamente estrechos y vaciar con rapidez. En
consecuencia, es la mejor unidad de acarreo pata una operación de excavación de túnel y para
otras en las que haya rutas de acarreo angostas. Tiene estabilidad y velocidad moderadas en las
pendientes, lo cual hace de la vagoneta de descarga trasera un equipo mas adecuado para
acarreos cortos que el camión para transito fuera de la carretera. Los camiones y vagonetas de
descarga lateral, menos comunes, se emplean cuando la operación permite descargar el
material al lado de un embarque estable o sobre la ruta. Esto reduce el tiempo de
vaciado.eliminando la necesidad de maniobrar y avanzar en reversa para descargar.
Para el vaciado de material de flujo libre en pilas, a lo largo de su recorrido, en los
trabajos de construcción se usa mas frecuentemente la vagoneta de descarga por el fondo.
Dicha aplicación se encuentra cuando se trata de formar un bordo de tierra o la capa de base de
un pavimento de carretera. El recorrido que debe realizarse sobre el área de relleno suelto
puede requerir de la alta flotación de la vagoneta de descarga por el fondo. También puede
usarse este equipo en forma efectiva para acarrear material de flujo libre hasta una tolva con su
abertura de carga situada al nivel del terreno, y vaciarlo en ella. Tal aplicación se encuentra en
las plantas trituradoras y mezcladoras de materiales. En cualquier aplicación de las vagonetas
de descarga por el fondo, la ruta de acarreo no debe tener una pendiente adversa mayor de 3 al
4% para lograr una operación efectiva.
93
X. 2. DETERMINACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE EQUIPOS DE CARGA Y ACARREO.
Puede calcularse con facilidad la productividad de un equipo para acarreo de tierra.
Para esto, se requiere calcular la capacidad copeteada, el limite de la carga o la carga eficiente
que puede lograrse de un cargador, y el tiempo que toma cargar la unidad. Para tener en
equilibrio al cargador y las unidades de acarreo, la capacidad de la caja de la unidad de acarreo
debe ser un numero entero de cucharones del cargador. Por ejemplo, un camión de 6 yardas
cúbicas estaría en equilibrio con una pala de 1 '/2 yarda cúbica, pero no con una de 1V* yarda
cúbica.
Para lograr una operación eficiente, con buen equilibrio entre el cargador y sus
unidades de acarreo, el cargador necesita entre tres y seis cucharones llenos para cargar una
unidad. Si necesita menos de tres, se perderá mucho tiempo en posicionar las unidades de
acarreo en el sitio del cargador, y sin duda, este no estará trabajando a su productividad
esperada. Si la unidad se carga con mas de seis cucharones llenos, la unidad de acarreo y su
operador estarán parados demasiado tiempo sin hacer nada y no se utilizará la producción
esperada en el tiempo de recorrido para mover el material.
Ahora se estudiara la determinación de la productividad para una operación
desarrollada con cargador y unidades de acarreo. Habiendo tantos factores de selección y
tantas elecciones posibles de cargadores y unidades de acarreo, pueden lograrse innumerables
combinaciones. En todo caso, el encargado de planeación de la construcción deberá seguir una
aproximación lógica según su situación. Mas adelante, se usará un ejemplo típico para ilustrar
el procedimiento que se sugiere.
La aproximación consistirá obviamente en: (1) comenzar con la operación de
construcción por ejecutar: luego (2), considerar la condición del lugar sobre el que se ha de
hacer la planeación; en seguida (3), definir las alternativas posibles para selección de equipos
para realizar el trabajo,; luego (4), determinar las combinaciones posibles de equipo y sus
productividades y costos de operación, y finalmente (5), seleccionar la combinación de equipo
a usar para lograr una operación eficiente y económica, considerando todos los factores. Una
ampliación de los conceptos cubiertos en estos pasos debe ayudar a aclarar el acercamiento al
problema y el procedimiento que se sugiere:
94
1. Datos de la operación para cargador y unidades de acarreo:
a. Cantidad de material. La cantidad de material por mover.
b. Estado natural del material. Si puede manejarse como esta o si seria mas
manejable, si se le hiciera algún tratamiento antes de moverlo.
c. Distancia a la que se ha de mover el material. Si ha de moverse a un lugar
específico para depositarlo o si ha de tirarse como desecho en donde elija el encargado de
planeación.
2. Condiciones del lugar para carga y acarreo:
a. Estado del terreno entre el sitio de carga y el lugar de deposito del material.
Definición de las variaciones de pendiente, de alineamiento y de las curvas en las trayectorias
factibles.
b. Superficies sobre las que ha de hacerse el recorrido. Resistencia de tracción y de
rodamiento que pueden esperarse. Si pueden mejorarse tales resistencias con ventaja.
3. Alternativas posibles de equipo:
a. Cargadores. Tipos y tamaños que deben considerarse para la operación dada.
b. Unidades de acarreo. Tipos y tamaños que pueden usarse en las alternativas de
cargador y para las condiciones del lugar.
4. Determinaciones para cada combinación de cargador-unidades
de acarreo definida en el punto 3:
a. Determinación de la productividad máxima del cargador, para una pala o para una
draga de arrastre.
b.. Cálculo del tiempo de carga. (TC) para las unidades de acarreo, a partir del tiempo
del ciclo del cargador o de su productividad máxima (q max.) por la formula:
Vh
LT= ,
qmax.
en la cual Vh = volumen medido en banco/ciclo.
95
Se usa la productividad máxima del cargador por la duración corta y por la suposición
de que no ocurrirá interrupción alguna entre el principio y el fin de la carga de una sola unidad
de acarreo.
c. Determinación de la ruta de acarreo, de las pendientes y del peso de las cargas para
el recorrido de las unidades de acarreo.
d. Cálculo de las resistencias, velocidades y tiempos de recorrido que intervienen en
el acarreo; para los diversos tramos de la ruta; para ambos recorridos; con carga o sin carga.
e. Cálculo de los tiempos de ciclo totales para una unidad de acarreo, tomando en
cuenta la tolerancia por aceleración, desaceleración, frenado y giro (utilizando "tiempos fijoso
convirtiendo a velocidades medias de recorrido) y del tiempo de descarga (TD), y el tiempo
óptimo esperado de la unidad de acarreo se expresa por la formula:
TTh = TC + TVC + TD + TW, en minutos.
y el tiempo de ciclo normal, con tolerancia por la espera de la unidad de acarreo en la
línea (que) hasta que la cargue el cargador, y por la eficiencia de trabajo del operador ( fw)
puede encontrarse por la fórmula:
CTh
(CTh)n = ,
fw
f. Hallar las productividades máxima (qh) y normal (qh)n para las unidades de
acarreo, como sigue:
Vh
qh = x 60, volumen medido en banco/hora, y
CTh
( qh) n = qhfw volumen medido en banco/hora.
g. Decidir sobre el número de unidades de acarreo que se necesitan para cada
cargador, con base en la desición tomada bajo el punto 1 anterior, y determinando si el
cargador o las unidades de acarreo han de regir la producción para la operación; el número
teórico requerido (N) es:
96
(CTh) n - LT N = +1 ,
LT
el cual generalmente no resulta un número entero : en consecuencia, se debe escoger
un número de unidades de acarreo, Nh, que sea el siguiente número entero mayor que el
teórico:
Nh/N para que riga el cargador,
o se debe escoger el siguiente número entero menor que el teórico,
Nh \ N para que la rigan las unidades de acarreo.
h. Calcular el costo por unidad de material movido por cada combinación de
cargador-unidad de acarreo, utilizando los costos directos del equipo y el operador, y costos
indirectos con tolerancia por los atrasos estimados.
5. Seleccionar la combinación mas apropiada de cargador-unidad (es) de acarreo a
partir de los resultados del punto 4, con base en:
a. Una elección económica cuando se consideren estas combinaciones para esta
operación solamente.
b. La combinación de equipo que sea mas económica y mas fácilmente asequible para
esta operación o que sea mas económica cuando se consideren con ella, otras operaciones
relacionadas.
Ejemplo de determinación de equipos de carga y acarreo. Para ilustrar el
acercamiento y el procedimiento esbozados, en seguida se desarrollara un ejemplo de
determinación de una combinación de cargador-inidad (ES) de acarreo. En dicho ejemplo, se
llegará a una selección visible de cargador y unidades de acarreo para una operación de
construcción dada. No se tocaran, sin embargo, los pasos relacionados con los costos (puntos
4o. y 5o. del bosquejo anterior).
Datos: Se trata de una operación de movimiento de tierra en la
qu ha de moverse 40,000 yardas cúbicas de suelo terroso con
roca, que va a desecharse hacia abajo de un banco situado
aproximadamente 4,000 pies, para rellenar parte de una oquedad.
97
- el banco de corte tiene un promedio de siete pies de altura
y el área de corte tiene buen desagüe;
- el área de corte es lo suficientemente abierta para dejar amplio
espacio para maniobras;
- las posibilidades de acarreo son:
(i) ruta de acarreo completa con la superficie de tierra y sin vueltas forzadas - 600 pies
con pendiente descendente del 2%; 1,200 pies con pendiente ascendente del 3%; 2,000 pies
prácticamente a nivel, y 300 pies con pendiente descendente del 4% hasta el sitio de descarga -
el retorno debe efectuarse esencialmente sobre la misma ruta; o bien,
(ii) recorrido de 700 pies, con pendiente ascendente del 4% hasta la carretera; de
4,000 pies sobre carretera con pendiente media de grado cero, y de 800 pies en pendiente
descendente del 2% hasta el sitio del vaciado - el retorno debe hacerse sobre la misma ruta de
acarreo invertida; - usando neumáticos de hule, la resistencia al rodamiento de los caminos de
acarreo con superficie de tierra puede mantenerse con facilidad para no mas de 70
libras/tonelada (de 2,000 lbs).
Ahora, siguiendo el acercamiento desarrollado para resolver esta operación de
cargador-unidad (es) de acarreo, se utilizará el procedimiento bosquejado. La infirmación dada
proporciona respuestas para los puntos 1 y 2. Las elecciones factibles para el punto 3 podrían
incluir:
(i) una pala de 2 yardas cúbicas o de 2% yardas (la cantidad no justifica un cargador
de mayor producción), cargando unidades de acarreo para transito fuera de carretera, de
descarga trasera; o como alternativa,
(ii) un cargador frontal o una pala de 1 o de 2 yardas cubicas con camiones de volteo
para transito en carretera.
Con esos tamaños y tipos de equipos puede considerarse muchas alternativas con
unidades y combinaciones especificas. Este es el primer punto en que se reconoce obviamente
el equipo disponible al encargado de planeación de la construcción, pero esto no debe solo
originar un prejuicio sobre la selección siguiente.
98
Podida resultar ventajoso deshacerse del equipo viejo y menos adecuado de que se
disponga, para adquirir uno nuevo para hacer esta operación.
Tomando una combinación viable para la alternativa (i) de transito fuera de carretera,
es deseable tener un equilibrio de tamaños entre el cargador y las unidades de acarreo. Una
unidad de acarreo podiría tener las especificaciones siguientes:
Peso de la unidad vacía = 28,000 libras.
Carga máxima = 30,000 libras.
Motor = 140 bhp a 2,100 rpm.
Velocidad gobernada máxima = 30 mph.
Neumáticos = 12.00 x 25 en las ruedas frontales y en las
motrices.
Continuando ahora con el procedimiento esbozado en el punto 4
a. Partiendo del plano del lugar del corte, puede hacerse una estimación del giro
medio de la pala. Se supondrá un giro medio de 90°.
Estime la altura óptima de corte de la pala de 2lA yardas (Do) = 9 pies
D 7
en consecuencia, = x 100 = 77%,
Do 9
y (A:D) = 0.97
La pala de 2 1/2 yardas cúbicas, puede cargar, como máximo, utilizando la ecuación:
3600 (2 1/2) 0.8 (0.97) qs = = 241 yardas cúbicas/hora.
29
b) Las unidades de acarreo acarrean una carga medida en banco de material de corte
del banco que recibirán de cuatro encajadas llenas del cucharón de la pala, o sea Vh=4 (2 1/2)
0.8=8.0 yardas cubicas medidas en banco. Entonces utilizando la ecuación:
8.0
TC = x 60 = 2.0 minutos.
241
99
c) la información para la ruta de acarreo se reunió con los datos aportados sobre la
operación y las condiciones del lugar:
Sesupondrá un peso unitario del material, = 2,800 lbs/yarda cúbica, y una carga WL =
8.0 X 2,800 = 22,400 lbs menor que 30,000 max.
Por lo tanto, el peso total de la unidad de acarreo cargada, es :
(28,000 + 22,400)
W = =25.2 toneladas (de 2,000 lbs).
d) Dividiendo la ruta de acarreo en secciones de pendiente y condiciones de recorrido
uniformes, se puede demostrar que el viaje de la unidad de acarreo cargada es:
Para 600 pies sobre pendiente descendente del 2 % RP = - 40 lbs/ton. (RR + RP) =
Rl = (70 - 40) = 30 lbs/ton.: el esfuerzo tractor requerido, (ET) 1 = 30 x 25.2 = 756 lbs.
33,000 (0.7) 140
u max. = = 48.6 mph mayor que límite de 30.
756 x 88
Para hallar una velocidad media, suponga un factor de 0.50, y una velocidad media
VI = (0.5) 30 = 15 mph; entonces:
600
TVC1 = = 0.45 minuto.
15.0x88
Para 1,200 pies sobre pendiente ascendente de 3% RP=60 lbs/ton.;
R2 = (70+60) = 130 lbs/ton.; se requiere (ET) 2 = 130 x 25.2 = 3,280 lbs.;
B I B L I O T E C A In t i t u lo T -^o '¿Kico .10 U CoMtFU-cióa
33,000 (0.7) 140 36,800
V2 max. = = = 11.2 mph.;
3280x88 3280
suponga un factor de 0.75, V2 media = (0.75) 11.2 = 8.4 mph.;
1200 entonces, TVC2 = • = 1.62 MINUTOS.
100
8.4 x 88
Para cada sección de la ruta de acarreo se sigue este mismo procedimiento,
considerando el viaje con carga y sin carga. Es conveniente organizar estos cálculos en forma
de tabulación, y cuando se tiene muchos cálculos por efectuar, lo óptimo y más rápido es usar
un programa de computadora.
La tabulación de resultados para el ejemplo que nos ocupa es:
Tramo del
camino
de
acarreo
Pendiente R, V máx.
% lb/T ET.lbs. mph
Viaje c/carga, Wl = 11.2 tons. (T) y W= 25.5 tons.:
600
1200
2000
300
-2 30 756 30
+3 130 3280 11.2
0 70 1760 20.9
-4 30
Factor de
Vel.
.50
.75
.80
.30
u media
15.0 0.45
8.4 1.62
16.8 1.35
9.0 0.38
TV,
total del viaje con carga, TVC = 3.80
iajes s/carga, W =
300 +4
2000 0
1200 - 3
600 +2
•• 14.0 tons.:
150
70
10
110
2100
980
140
1540
17.5
30
30
23.9
.35
.80
.75
.40
6.1
24.0
22.5
9.6
0.56
0.95
0.61
0.71
total del viaje sin carga, TVV= 2.83
e) Se han determinado antes todas las partes del tiempo total del ciclo (TT), excepto
el tiempo requerido para vaciar una carga. Con referencia a algunos temas, se puede suponer
qu, maniobrando a la posición necesaria, el tiempo de vaciado, TD = 0.5 minutos.
Por lo tanto, TTh = 2.0 + 3.80 + 0.5 + 2.83 = 9.13 minutos: suponiendo una
eficiencia de trabajo, fw = 0.7,
(TTh) n = 9.13/0.7 = 13.05 minutos.
f) Para hallar la productividad máxima de una unidad de acarreo se puede usar la
ecuación siguiente:
8.0
qh = x 60 =52.6 yardas3 de banco/hora.;
9.13
pero su productividad normal es:
(qh)n = 0.7 (52.6) = 36.8 yardas3 de banco/hora.
g) Para este ejemplo, el numero teórico de unidades de acarreo se encuentra mediante la fórmula:
13.05 - 2.0 N = + i = g 53 unidades.
2.0
En esta operación, se considera mas importante dedicar el cargador a extraer el material de los cortes que se requieren para la construcción que sigue. Por lo tanto, la pala debe regir la productividad de la operación. Como consecuencia, el encargado de la plantación deberá escoger un numero de unidades de acarreo,
N n 6.53, o sea, siete unidades de acarreo.
El exceso de equipo de acarreo sobre el régimen de producción del cargador, tiene otra ventaja. Cuando se junta un número de unidades de acarreo, formando una larga ñla de espera para su carga, el despachador puede sacar de la fila de espera una de las unidades, interrumpiendo su ciclo para cargar combustible o hacer cualesquiera reparaciones que requiera.
Puede seguirse este mismo procedimiento para determinar la combinación de equipos para la alternativa (ii), u otros tamaños y tipos de cargador-unidades de acarreo para cualquiera de las dos alternativas.
Tamaño de la flotilla de acarreo. Para la plantación de una operación de movimiento de materiales que sea eficiente y económica, con una combinación de cargador y unidades de acarreo, es necesario coordinar con mucho cuidado los equipos dependientes. El cargador es un equipo dependiente de cada unidad de acarreo y viceversa. Se explico antes, la necesidad de mantener un equilibrio de los tamaños de los equipos. Este es un aspecto de coordinación. Otro aspecto probablemente mas importante, es el de los regímenes de producción de los equipos dependientes. La flotilla de acarreo debe ser de un tamaño tal que le permita que el cargador logre su productividad normal en todo momento, y su máximo régimen de producción por lo menos en una parte del tiempo. Empero, esto no debe lograrse a expensas de tener un numero excesivo de unidades de acarreo para la operación total. En trabajos muy grandes, en los que se trata de mover millones de yardas cubicas, la plantación puede indicar la existencia de equipos ociosos de repuesto que se tengan para entrar en servicio en cualquier momento.
Dentro de una de sus series de estudios de campo, la Oficina de Investigación sobre Carreteras de los Estados Unidos, auspicio un estudio para determinar el número de camiones que se necesitan para cada pala. En dicho estudio se usaron palas de 3/4 de yarda a 2/4 yardas cubicas de capacidad, para cargar camiones de 4 a 14 yardas cubicas de capacidad a ras. Se Observo el tiempo perdido por cada pala en espera de camiones, y también el tiempo perdido por los camiones esperando en la fila de la pala. Estos tiempos se expresaron como porcentajes del tiempo de trabajo disponible, representado por las horas totales de la jornada menos cada retraso de 15 minutos o mas, de duración.
El resultado de las observaciones indico que las palas esperaban del 4 al 25% de su tiempo de trabajo. Los camiones dependientes esperaban del 25 al 4% de su tiempo de trabajo disponible.
Como conclusión se estableció una relación empírica interesante, que expresa que la suma de los tiempos perdidos por una pala y sus camiones de acarreo, asciende al 29% del tiempo de trabajo disponible.
La Oficina de Investigación sobre Carreteras (Highway Research Board, o HRB) publico un conjunto de curvas procedentes de ese estudio, que relacionan el total de la capacidad de acarreo con el tiempo perdido por la pala. La capacidad de acarreo se expreso por el numero de cucharones necesarios para cargar la flotilla de camiones. En el ejemplo que se desarrollo antes en esta sección, se planeo que cuatro cucharones llenos completarían la carga de una unidad de acarreo, y con siete unidades, la capacidad de acarreo de la flotilla es de 28. Si se aplican las observaciones del estudio de las curvas del HRB al ejemplo antes presentado en esta sección, la pala de 2lÁ yardas perderá entre el 12 y el 15% de su tiempo de trabajo disponible con las siete unidades de acarreo planeadas. Rigiendo la pala la producción máxima de esa operación de acarreo, la eficiencia probable de trabajo es fw = (1.00 - 0.15) 100 = 85%. La productividad óptima que puede esperarse en todas las horas de trabajo, seria:
(qs) n = 0.85 x 241 = 205 yardas3 de banco/hora.
£ Sw-S'
FIGURA 12 Relación de la capacidad de una flotilla de camiones con los atrasos de la pala, debidos a longitudes de
acarren variahlpe
metroi
4( •V 19 [ V c ? av 99 "»V WW
Si se supone que el promedio del tiempo disponible de trabajo, después de los atrasos por mal tiempo, paros mayores del trabajo, etc; es del 60 % de las horas de los totales de trabajo, entonces fa = 0.60 y (qs) a = 126 yardas3 de banco/hora. Esto significaría que se necesitarían 40,000 entre 126 = 317 horas hábiles, o sea, aproximadamente 40 turnos de trabajo de ocho horas, para mover el material con la combinación sugerida de cargadores y unidades de acarreo.
104
Un método propuesto recientemente para la selección del tamaño de la flotilla de acarreo, se basa en la teoría de la fila. Este método fue propuesto por Griffis y desarrollado de los antecedentes logrados por los trabajos de Shaffer y sus asociados. El método parte de la base de que el cargador es el equipo primario, y de que rige la producción para una operación de movimiento de materiales.
El objetivo consiste en determinar la productividad probable que puede esperarse del cargador. La determinación debe hacerse dejando tolerancias de tiempo para los momentos en que no haya en la fila una unidad de acarreo esperando carga. En otras palabras, debe reconocerse el tiempo perdido por el cargador observado en los estudios de la Oficina de Investigación sobre Carreteras.
El método de la teoría de la fila se basa en la probabilidad de que haya en la fila por lo menos una unidad de acarreo esperando a ser cargada por el cargador. En realidad hay dos alternativas principales para este método. El que haya por lo menos una unidad de acarreo en la fila o el que no haya una unidad alguna en la misma. La suma de estas probabilidades alternativas debe ser igual a uno, lo cual puede indicarse por:
P [ n l ] = l - p [ n = 0 ] = l - p o ,
en donde, n es el numero de unidades de acarreo no productivas que hay en la fila. El articulo que describe el método de Griffis, utiliza un juego de símbolos
diferentes para las determinaciones relativas al movimiento de materiales. Para ayudar a relacionarlo con las explicaciones previas de este capitulo, se harán algunas modificaciones a los símbolos usados en el artículo de referencia.
Utilizando la probabilidad P [ n 1 ], la productividad esperada de cargador es :
(60) q = ( l - P o ) f w V h en yardas cúbicas/hora.
(LT)
Ya se han usado antes todos los términos, con la excepción de la probabilidad P o, en la que no hay en la fila unidad de acarreo esperando su carga. El valor de P o se encuentra utilizando una ecuación de suma exponencial, que puede resolverse fácilmente mediante un juego de curvas de distribución de probabilidades de Poisson o mediante tablas estadística.
La curva de Poisson o la tabla a usar, depende de una relación indicada por Griffis como u/1, en la que u = 60/Tc unidades de acarreo cargadas por hora, y
1 = (CTh)n-LT
105
EQUIPO
DE
ACARREO
o en
107
log
'MJÉ
Unidades de acarreo que llegan a la fila por hora. Poniendo la relación en estos términos, se obtiene:
u 60/LT (CTh)n - LT
1 60 LT
(CTh) n - LT
Que resulta en una unidad de acarreo menor que el numero teórico de unidades. El valor de la probabilidad se encuentra como P o (k, x), siendo k el numero de unidades de acarreo de la flotilla y x la relación de Poisson mas próxima a u/1. Griffis ofrece un ejemplo utilizando este método y basando su selección del tamaño de la flotilla, k para el mínimo costo unitario de movimiento de material. Para su ejemplo, con una ruta de acarreo de 1.3 millas en una dirección, usando una pala de 3 yardas cubicas, vagonetas de descarga por el fondo de 15 yardas cubicas y otros datos aportados o supuestos, la determinación de GrifFis fue P o = 0.208 y k = 5 vagonetas, como la selección recomendada. El encargado de plantación del equipo puede desear utilizar el análisis estadístico para sus determinaciones de la flotilla de acarreo.
XI. DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE AGREGADOS.
Un diagrama de flujo para agregados es simplemente un esquema de una sola linea de los diversos componentes del sistema, con flechas que indican la dirección en la que fluyen o pasan los materiales por la planta. La simplificación conduce a representar una criba o unidad separadora mediante una simple linea inclinada, y a los alimentadores y bandas transportadoras por pares de lineas paralelas alrededor de pequeños círculos en los extremos. Las diferentes trituradoras se representan también en forma simplificada. Una trituradora de rodillos se representa simplemente por dos círculos con un espacio pequeño entre ellos para indicar por donde llega el material a la maquina para ser triturado. Una trituradora de quijadas se representa por dos lineas casi verticales que convergen hacia abajo, en donde tiene lugar la trituración.
Un molino de martillos puede mostrarse por un circulo grande con tres o cuatro lineas radiales que parten desde un eje central, para indicar los martillos que giran en el. Este ejemplo de diagrama de flujo, esquemáticamente muestra una planta de grava de tres etapas. Indica las posiciones de los diversos componentes para mostrar las interrelaciones y funciones de las unidades. Para simplificar, se omiten necesariamente los detalles particulares de cada componente y de sus mecanismos de soporte.
110
Este es el tipo de esquema que puede usarse con ventaja para encontrar la solución de un problema de una planta de agregados.
FIGURA 13 Diagrama de flujo de un proceso de producción de agregados.
Separador atustable \
Cribado 3 niveles
* de cribado
Finos desechados
Flanea psñnaisa 0 Modado Reducción y claiitVarWín final por tamaños
Ejemplo de una solución para producción de agregados.
Para dar al encargado de plantación de equipo para construcción algún esquema para resolver un problema de producción de agregados, se presenta un caso en que se requieren varias trituradoras con alimentadores y cribas. No se pretende que tal caso represente una situación típica, aun cuando en el se consideren trituradoras y cribas comunes.
Abertura'2 l / 2 " i
Criba, 1 1/2" (i 8 cm) — ^
54% de 70 = 38 (ver gráfica de cuadrícula)
Componentes para la producción de agregados. Trituradora primaria
Quijadas de 18 X 3 6
pulgadas P abierta a 2 1/2 pulgadas
(46 X 9 1 a 6 * c m> (Ver la Tabla 10-2)
1(6 4 cm)
70
^ [ M ^Abertura,
Trituradora secundaria 40 X 24, Rodillos Gemelos, abierta a 1" (102 X 61 a 2 5 cm) (Ver la Tabla 10-4)
32 (2 5 cm) Notas. —La selección de las trituradoras
se explica en el texto —En seguida se seleccionan las
¿reas de cnbado Las dimensiones de abertura 110 se necesitan para completar el diagrama
Material de 1 1/2" - 1" (3 8 - 2 5 cm)
I l l
Se tomará el ejemplo de una roca de cantera de 12" de tamaño máximo, que se maneja en una planta trituradora de dos etapas al régimen de 70 toneladas por hora. El tamaño máximo de la descarga debe ser de 1 Y¡", y se desea hacer la separación de materiales de tamaño mayor de 1" y menores de 1". En cuanto a las cribas a considerar, la infirmación de los fabricantes indica que una criba de 1 '/i"tiene capacidad de 2.7 TPH por pie cuadrado y una criba de 1 "tiene capacidad de 2.1 TPH por pie cuadrado. La solución a determinar incluye la selección de las trituradoras de tamaño económico y adecuado para las dos etapas, y el tamaño de las cribas intermedias y de las situadas abajo de la etapa secundaria.
A continuación, se resuelve este problema usando un diagrama de fila adecuado. En el procedimiento de selección de la trituradora, se indico que probablemente la
trituradora de quijadas seria la mas económica como trituradora primaria. Por lo que respecta al tamaño máximo de roca de alimentación, factor que es determinante, podría usarse una trituradora de quijadas de 15 x 30. Pero esta trituradora no tiene suficiente capacidad, e, TPH, a su mayor abertura (3"). Ademas el ajuste de 3 "de la trituradora primaria probablemente requeriría un paso de reducción muy grande para lograr una trituradora secundaria económica. En consecuencia, la selección es una trituradora de quijadas de 18 x 36, ajustada a 2'A", cuya capacidad es de 77 TPH, o sea ligeramente superior a la alimentación esperada. Una de las condiciones dadas es que no debe de haber material mayor de 114 "en la descarga final. El material de este tamaño y menor, puede sacarse mediante cribado en seguida de la trituradora primaria, para evitar que se sobrecargue la trituradora secundaria. En el gráfico de cuadricula se encuentra que, para un ajuste de 2lA", el 54% del material pasará por una criba de VA", por lo que quedará retenido el 46%. Este 46% de 70 TPH da 32 TPH de alimentación a la trituradora secundaria.
Para lograr una trituración secundaria económica, se selecciono una trituradora de doble rodillo. Por lo que respecta a la capacidad, puede usarse la truturadora de rodillos mas pequeña, de 16 x 16, ajustada a 3/4". Sin embargo, el limite de su etapa de reducción no es lo suficientemente alto. Con las dimensiones dadas, el tamaño máximo del material de alimentación F, es aproximadamente 2 3/4"( el incremento sobre 2'/2"se explicó en seguida del gráfico de cuadricula o de porcentajes). La trituradora de doble rodillo de 16 x 16, ajustada a 3/4 ".tiene un limite de F = 0.68 + 0.75 = 1.43 '. La etapa de reducción a este ajuste seria F/s 2 3/4 "entre 3/4 = 3.66. Basando la selección de la trituradora de reducción en la etapa de reducción, y consecuentemente, en el factor máximo de alimentación, la trituradora de doble rodillo de 40 x 24, podría trabajar con un ajuste de 1". Su límite de tamaño de alimentación es F = 1.70 + 1.0 = 2.70 2 3/4. Si el material producido por este proceso de trituración debiera tener menos material de tamaño mayor de 1", la trituradora de rodillos de 40 x 24 debería trabajar en circuito cerrado.
Es decir, podría recircularse su material voluminoso (15% de 32 TPH mayor de 1") a través de la trituradora de rodillos sin sobrepasar su capacidad.
Entonces, todo el material que saliera de la trituradora, con ajuste de l"seria de l"o menor.
112
Con los datos proporcionados en este capitulo puede hallarse otra solución posible para este problema de proceso de agregados. Una trituradora giratoria de 13 x 44, con ajuste de 2Vi", tiene una capacidad de 85 TPH. El tamaño máximo de piedra que hay en la descarga se estima en el gráfico de porcentajes, y es aproximadamente 2Vi . Todo el producto de la trituradora primaria puede pasarse por una trituradora de doble rodillo de 30 xl8, con ajuste de 1 Vi. (Podría haberse proyectado el mismo arreglo para la primera solución.) Con un producto acabado de tamaño máximo de 1 Vi, esta trituradora de rodillos tendría que recircular su material voluminoso. En consecuencia, estaría manejando 70 entre 0.85 = 83 TPH, después de que el sistema hubiera trabajado durante una hora. Esta cantidad es aun inferior a la capacidad de la trituradora 30 x 18, de 95 TPH. La piedra mas grande que puede aceptar, F = 1.27 + 1.5 = 2.77", es mayor que el tamaño mas grande de 2'/2"que llega de la trituradora primaria. La producción obtenida de esta solución indicara una cantidad mayor, por alrededor del 33% del tamaño de 1 Vi. La mayoría de los problemas de trituración son con respecto a las proporciones de tamaños del material de descarga. Son las especificaciones, mas que la economía, las que determinan generalmente las trituradoras a seleccionar.
Para encontrar las áreas de cribado que se requieren, el encargado de plantación necesita saber el tonelaje de material que llega a cada una, y la consistencia de este. La criba de 1 '¿"situada bajo la trituradora de quijadas es la cubierta superior. Para encontrar la cantidad relativa de material que llega a la criba y que es de la mitad del tamaño, use la gráfica de porcentajes. Con un ajuste de 2'/Tía cantidad que sea menor al tamaño medio, alimentado a una criba de 1 Vi, pasara por una criba de 3/4"- La gráfica muestra que esta debe ser el 30%. En este caso, con base en el material de la mitad del tamaño, la efectividad de la criba es del 80% de la capacidad nominal dada por el fabricante. La cantidad de material voluminoso que cae en esta criba de 1 '/Tes todo el que quedara retenido en ese tamaño, si procede de un ajuste de 2VT. La gráfica de porcentajes indica que es el 46%.
En consecuencia, el factor de corrección por voluminosidad debería mostrar una efectividad de solo alrededor del 90%.
Por lo tanto, la capacidad corregida de la criba de 1 '/Tes:
2.7 (0.80) (0.90) = 1.95 TPH por pie cuadrado, y para 70 TPH el área mínima de cribado que se requiere es de35.8 pies cuadrados. Por consiguiente, debe usarse una criba de 4'x 9'para tener una anchura mayor que la longitud de 36"de la quijada.
La criba de Fes una segunda plataforma para las 38 TPH procedentes de la trituradora de quijadas, por lo que el factor de corrección de cubierta es 0.90. Las demás correcciones de las cribas se encuentran como se explico para la criba de VA":
mitad de tamaño = 23%, por lo que el factor de corrección es de 0.75%; voluminosidad = 11/38 TPH; o 29%, por lo que el factor es 1.0. Por lo tanto, la capacidad es 2.1 (0.90) (0.75) (1.0) = 1.42 TPH/ pie2; criba mínima requerida = 38/1.42 = 26.8 pies cuadrados.
Para la parte de l'de la criba situada abajo de la trituradora de rodillos: cubierta superior, por lo que el factor de cubierta es de 1.0; mitad de tamaño = 46% por lo que el factor de mitad de tamaño es de 1.1; voluminosidad = 15% por lo que el factor de voluminosidad es 1.0. Por lo tanto, la capacidad es de 2.1 (1.0) (1.1) (1.0) = 2.31 TPH/ pie2; criba mínima requerida = 32/2.31 = 13.8 pies cuadrados. En el diseño para el cribado de 1 "podría utilizarse una criba de 4'x 7'bajo la
trituradora de quijadas, y de 3'x 5'bajo la trituradora de rodillos de 24'de longitud. O bien, esta podría ser una criba continua de 1", de 4 pies de ancho por 11 o 12 pies de largo.
Como se explico previamente, la solución dada es solo una de tantas posibilidades. Cada fabricante de equipo para producción de agregados puede dar probablemente una solución practica. Lo mejor es hacer que varios fabricantes presenten sus soluciones al problema al encargado de plantación de la construcción. Con cada solución debe presentarse una estimación de costos del equipo a instalar. Con estos datos, el encargado de la plantación de la planta para producción de agregados puede hacer su análisis, basándose en la forma en que se satisfacen las especificaciones del material, y en el costo de producción. A menudo, se presenta cierta variación en el material producido por una planta de operación, por lo que es conveniente tener cierta ñexibilidad en el proceso de producción de la planta. Esto puede sugerir al encargado de plantación que la mejor solución puede ser una planta algo mas costosa con la flexibilidad deseada en su producción.
XII. PRODUCTIVIDAD Y COSTOS DE LAS BOMBAS PARA CONCRETO.
El ritmo de producción que puede esperarse de una bomba de concreto varia entre 10 y 100 yardas cubicas/hora con una sola bomba. La productividad real depende del tipo de bomba que se use, del tamaño de las tuberías de entrega y de la eficiencia de operación. En el caso de una bomba del tipo de embolo, la variación de producción es pequeña para un tamaño dado, porque el concreto entregado depende de un desplazamiento fijo del embolo. En el otro extremo, la productividad de una bomba neumática puede variar considerablemente para un tamaño dado de tubería. Cualquiera que sea la bomba que se use, no debe conservarse el concreto en las tuberías durante mas de una hora.
Equipo para bombeo de concreto
"•.'';'•' ?'•;;&?•'•", s"íí'" ••-•¡'"i"'* '' • • '"'' '¿•'Mlty,\'':''-''tiw$,- '--'i
115
En la bomba original Pumpcrete, con tubería de 6"u 8"y un solo embolo, qm = 15 a 35 yardas cúbicas/hora. Usando una bomba Pumpcrete semejante, excepto que con dos émbolos paralelos entregado a la tubería de 8", la productividad puede aumentarse a máximos de qm= 50 a 65 yardas cúbicas/hora. Para los tamaños mas pequeños y modernos de bombas de embolo mecánico o hidráulico, generalmente tiene dos émbolos y tuberías de 3" a 4", puede esperarse una productividad máxima qm = 15 a 50 yardas cúbicas/hora. Las mas grandes con tuberías de 5"a 7", suben hasta qm =100 yardas cúbicas/hora. Una bomba neumática equipada con tuberías de 4"a 8"puede esperarse que mueva volúmenes máximos de 15 a 75 yardas cúbicas/hora. Si se usa la misma bomba con tubo flexible de 4'A'*, su productividad puede llegar a 80 yardas cúbicas/hora. Este tipo de bomba de concreto tiene la capacidad de poderse usar exitosamente para mover concreto ligero, debido a su tubería de diámetro constante. Las ventajas del uso de las bombas de concreto se observan cuando el trabajo en cuestión no es ideal para una grúa con cangilones ni para el acarreo en carretillas o carritos sobre rampas. Cuando el concreto puede vaciarse directamente en su lugar de utilización desde una mezcladora en transito o un camión concretero de otro tipo, no es económico usar ninguno de los equipos que se acaban de describir. En cambio, cuando no se puede vaciar directamente la mano de obra que requiere el manejo el concreto representa un costo importante. Se necesitan varios operarios para extender el concreto que descarga un camión lleno. Cada carrito de concreto requiere un operador, y se necesitan mas operarios para extender el concreto y mover secciones de la rampa.
Con una bomba de concreto, la necesidad mayor de mano de obra radica en el movimiento de la tubería y de sus soportes, a medida que se terminan áreas de vaciado. El extremo de descarga de la tubería puede girarse o tener una boquilla de vaciado para depositar el concreto cerca de su lugar final de reposo. Usando una bomba de concreto puede reducirse la necesidad de mano de obra hasta en un 30%, en comparación con los demás métodos.
El equipo para bombeo de concreto también es económico. La inversión original en un equipo de colocación de concreto puede ser del orden de 30,000 a 50,000 dolares. Tal inversión puede compararse con la de una grúa de suficiente tamaño para manejar un camión y dar la productividad equivalente, que sería de alrededor de 200,000 dolares. Por supuesto, la grúa tiene mas aplicaciones que una bomba de concreto. Como tal, puede usarse para otras operaciones, y su mayor costo puede distribuirse entre mas días u horas de trabajo. El costo por hora de estos equipos mayores para una operación de vaciado de concreto es otra base de comparación. Una bomba de concreto puede costar entre 5 y 10 dolares por hora, y la tubería de entrega puede agregar quizás de 2 a 3 dolares por hora por cada 100 pies. Este costo puede compararse con el de una grúa con cangilones, que cuesta probablemente unos 40 dolares por hora. En cosecuencia, es evidente que una bomba de concreto puede ser un equipo económico para el vaciado de concreto.
GRÁFICA PARA ESTIMAR EL FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS DE CONCRETO Los cálculos están basados en mezclas bombeables que contienen 5 5 % de agregado grueso, de menos de 1"
Presión de trabajo recomendada en la tubería HMft Oprima *mlm<JM!ia Máxima continua tZZZZZZZn Máxima intermitente
Ejemplo
NOTA: Para estimar el funcionamiento con mezclas que contengan agregado triturado, aumente la presión de la bomba en 12%
4V Diámetro de la tubería
4"
FIGURA 14
200'
Distancia de 300, bombeo, en pies
: a de bombeo = \ Longitud de la tubería -\- distancia vertical x - „ - , - j - distancia al edificio \ _ ~
La marca y modelo de bomba que se seleccione, debe tener la capacidad de volumen y trabajo, a la presión de tubería Requerida
Calculador de rendimientos de las bombas de concreto (cortesía de Challenge-Cook Bros., Inc.) .
C*
MIL EQUIPO PARA LA PRODUCCIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS.
El proceso para hacer mezclas asfálticas u otros materiales bituminosos mezclados en caliente, requiere de una planta controlada en alto grado. Una planta de esta naturaleza tiene mas de media docena de componentes clave para realizar las funciones especiñcas del proceso. Simplemente enunciadas, estas funciones sirven para manejar los agregados graduados, calentarlos y secarlos eliminando la humedad; regraduar los agregados calientes para dosificarlos con material bituminoso calentado y mezclar esta combinación para producir el material para pavimentación de mezcla caliente.
Con el fin de dar una idea rápida de una planta de producción de asfalto, en la figura 15 se ilustra un esquema lineal del flujo con la proporción relativa de las cantidades de material. El diagrama de una planta de asfalto muestra tres procesos generales:
1) alimentación en frió y transporte; 2) secado y recolección de polvo; 3) dosificación y mezclado de los agregados y materiales bituminosos. En las secciones siguientes se proporciona información detalladade los puntos particulares de control del proceso y los componentes de equipo necesarios. Los dos tipos comunes de plantas de asfalto que se consideraran son la de procesado por lotes es mas fácil de comprender.
XIII. 1. PLANTAS DE ASFALTO DE PRODUCCIÓN POR LOTES.
Los componentes básicos de una planta productora de asfalto de mezcla caliente son la alimentación en frió, el secador de agregados, el colector de polvo, el elevador y las cribas para los agregados calientes, el calentador y las bombas para el asfalto o el alquitrán, los dispositivos de dosificación, y el molino-mezclador.
118
Los agregados para la alimentación en frió se toman generalmente de un conjunto de tolvas relativamente pequeñas, cargadas por un cargador frontal o por algún otro medio económico. Estas tolvas son como las de un dosifícador de trole para concreto. Las compuertas y el mecanismo de transporte para la alimentación en frió se ajustan para sacar de las tolvas las cantidades especificadas de cada tamaño de agregado para satisfacer la mezcla final requerida. Es importante alimentar la cantidad correcta de cada tamaño de agregado por dos razones.
Para la planta es costoso tener atrasos por falta de material en las tolvas de material caliente situadas sobre el equipo dosifícador y el molino-mezclador. Y el derrame de agregado calentado y secado significa desperdicio. La alimentación en el frió debe pasar la cantidad exacta de agregado que admita una criba del No. 8, debido, a que el tamaño del agregado fino es muy importante para el éxito de la mezcla final, y en especial el contenido óptimo de asfalto.
FIGURA 15 Planta de asfalto del tipo de procesado por lotes obachas.
XIII. 2. SECADOR DE AGREGADOS.
Un secador de agregados es un cilindro largo y hueco, con el eje casi horizontal, y abierto en ambos extremos. Se alimenta al secador el agregado húmedo a la temperatura ambiente; es decir "en frio'por el extremo superior. La flama de secado, con inyección de aire y gas, se introduce por el extremo inferior del cilindro.
Puede succionarse algo de polvo del agregado frió antes de entrar al secador. Esto se hace por medio de un colector de polvo de tipo ciclónico. Los chorros de aire y gas soplan hacia afuera del secador algo mas de polvo, lo que ha aumentado la demanda de controles mas efectivos. Esto se ha traducido en leyes y reglamentos de muchos gobiernos para restringir la cantidad de contaminantes que pueden descargarse a la atmosfera.
El colector primario para polvo seco, de tipo ciclónico, debe trabajar con una eficiencia de 70 a 90%. Eso significa que el colector seco retendrá ese porcentaje de las partículas secas suspendidas en el aire de escape y gases procedentes del secador de agregado. Generalmente, el colector de polvo separa las partículas de 20 mieras (.02 milímetros ) o de mayor diámetro. Las nuevas leyes para el control de la contaminación del aire demandan, generalmente, una eficiencia superior al 90%.
Para satisfacer los códigos rigurosos sobre la contaminación del aire, debe agregarse a una planta de asfalto: 1) un colector de tipo húmedo, o 2) una unidad colectora del tipo de filtro de bolsas. El colector de tipo es una adición a los componentes usuales de la planta, inclusive al colector primario de tipo seco. La eficiencia total de colección de la planta debe llevar hasta el 99% o mas de separación polvo del aire de escape.
El colector de bolsas, como el Barber Greene que se fabrica para plantas de asfalto, elimina la necesidad del colector primario de tipo seco por la adición de una unidad purificadora elaborada que pueda dar, esencialmente, aire de escape 100% libre de polvo.
El colector de tipo húmedo trabaja por el principio de mojado de las partículas de polvo, de manera que estas se precipiten separándose del aire de escape, y purgándolas de la planta en forma de suspensión en agua. Un colector húmedo tiene simplemente una barra vertical atomizadora con muchas toberas para formar una cortina de niebla de agua en un cilindro vertical. El aire de escape del colector de polvo seco, que se mueve a alta velocidad en este cilindro de 10 a 20 pies de altura y de 3 a 7 pies de diámetro, mantiene el resto del polvo cubierto con agua. El aire con el polvo húmedo se mueve del fondo de ese tanque "contactor'a un cilindro vertical adyacente, casi dos veces mas grande que el primero. Este tanque "separador'tiene un desnatador para precipitar el polvo húmedo hacia el fondo de la tolva a fin de separarlo en forma de suspensión en agua, en tanto que el aire limpio de escape se mueve en remolino para salir por la parte superior, que esta situada de 20 a 40 pies arriba. Para mejorar la eficiencia de un colector de polvo húmedo puede usarse una placa de orificio con abertura central, y llenar la sección transversal horizontal del tanque contactor.
120
FIGURAtfVariación de la capacidad de los secadores de
S 6 8
Humedad libre eliminada, % El colector del tipo de atomización requiere de un gasto de bombeo de agua, que
depende del tamaño del tanque, y es de 50 a 350 gpm a aproximadamente 100 psi de cabeza de presión. La adición de una placa de orificio para obtener turbulencia mas concentrada del aire de escape cargado de polvo, necesita de un gasto de 150 a 900 gpm, pero una presión menor de 50 psi. En cualquiera de los dos casos, el motor necesario para impulsar la bomba debe ser de 15a50hp.
Ahora bien, regresando al secador de agregados la humedad extra que contiene el agregado frió se seca a medida que va pasando a través del cilindro y en torno de sus partes interiores, mientras el cilindro gira lentamente sobre su eje. El secador debe tener capacidad para reducir el contenido de humedad del agregado hasta 1 o 2%.
Para un contenido inicial de humedad de 8 a 10%, es necesario pasar el agregado varias veces por el secador dado o usar secadores en tandem, de manera de poder reducir el contenido de humedad a un nivel aceptable. Obviamente al necesítase ese tratamiento extra, la producción de la planta se reducirá. De hecho, el contenido de humedad del agregado frió de alimentación, es una variable importante para la capacidad, en toneladas por hora (TPH), de la planta.El paso de combustible para la flama de calentamiento del secador puede ajustarse para diferentes temperaturas.
Sin embargo, hay un limite especificado de temperatura para una mezcla y un material bituminoso dados. El volumen de aire que se usa, se ajusta al gasto de combustible para asegurar una combustión completa. Una posibilidad para mejorar el régimen de secado de los agregados, consiste en aumentar la velocidad del gas en su paso por el secador, con lo que se reduce la humedad y se logra una producción mayor de la planta. Pero debe limitarse dicho aumento, porque al tener velocidades del gas mayores de 700 pies/minuto, se separara una cantidad indeseable de polvo.
Los agregados y finos que se han secado, y que se colectan para usarse como material de relleno, se elevan mediante un elevador de cangilones completamente cerrado.
121
Esta unidad de la planta dosificadora se denomina "elevador caliente". Se diseña para mantener el calor en el agregado, compartir parte de el con el material fino que se le agrega y extraer, a través de ductos de succión, el material del colector de polvo que causaría problemas en las cribas, tolvas, etc. Los agregados se elevan mediante este elevador hasta un punto en el que se inicia su alimentación vertical por gravedad, pasando por las operaciones de cribado, dosificado y mezclado de la planta dosificadora.
XIII. 3. CRIBADO Y ALMACENAJE DE AGREGADOS CALIENTES.
Los agregados calientes se separan por medio de un sistema de cribas en dos o mas tamaños que se almacenan en tolvas que pueden estar aisladas. Esta etapa de proceso, permite la recomendación controlada de los materiales para su dosificación. La recomendación efectuada en esta forma asegura mas uniformidad en la gradación de los agregados, de lote a lote, que la que seria posible lograr si se tomara el material directamente del secador. La separación y el almacenaje temporal que se logran en estas tolvas, ayudan también a desvanecer las fluctuaciones de la alimentación fría de los agregados.
Las cribas de una planta dosificadora son planas del tipo vibratorio y de varias cubiertas. Las cubiertas de las cribas se instalan con una ligera inclinación, y las de abertura mas fina van abajo de las de abertura mas gruesa. En algunos casos pueden estar divididas una o mas cubiertas de 2!4. Los tamaños de las cribas se eligen de manera de obtener separaciones que puedan recombinarse para lograr la formula de mezclado de los lotes y para obtener regímenes de producción posibles. La criba mas fina y pequeña debe ser tan gruesa como pueda tolerarse y satisfacer a una formula especificada de la mezcla para el trabajo. Las cribas más grandes se diseñan para dividir el resto del agregado de manera par obtener un buen equilibrio en el uso de las tolvas de almacenaje caliente y el equipo de dosificación. Si la operación de la planta dosificadora puede anticipar el tener una variedad de tamaños y demandas de lotes, puede ser conveniente utilizar un diseño de torre con cribas gemelas. Para lotes grandes y alta producción se usarían ambos sistemas de cribas.
Cuando hay mayor demanda de planta dosificadora, solo se necesita un sistema de cribas, y el otro se tiene como repuesto. Esto da como resultado un ahorro de potencia para operar las cribas que no se usan, así como menor mantenimiento y desgaste de la tela de las cribas.
Las tolvas calientes se sitúan bajo las cubiertas de las cribas y sobre los mecanismos de dosificación de los lotes. Generalmente hay de 2 a 4 compartimientos separados. Los fabricantes dan un régimen nominal de producción basado en el nivel, o volumen bruto de las tolvas llenas por cada tolva, sin embargo, esta infirmación puede desorientar, y es preferible hablar en términos de su capacidad de "almacenaje vivo ".
122
La capacidad de almacenaje vivo considera el ángulo de reposo del agregado como cae de las cribas. Solo se considera el volumen neto después de deducir el espacio ocupado por los chutes de derrame de la tolva.
Deben calcularse otros dos factores de capacidad para las tolvas calientes. La capacidad de una tolva agotada esta relacionada con su tonelaje de almacenamiento vivo. Es particularmente importante en el caso de la demanda intermitente de agregados, en la que se usa el almacenaje en tolvas para reducir los arranque del secado y su alimentación fría. La capacidad de las tolvas calientes de dosificación compensadora es muy similar. Debe considerarse para las plantas dosificadoras cuando se anticipan períodos cortos de demanda máxima al tener necesidades de producción superiores a las normales. Estos períodos pueden ocurrir temprano por la mañana o mas tarde al subir la producción, y cuando el suministro de agregados calientes del secador y las cribas es inadecuado.
Régimen de preparación de lotes de agregados, TPH.
En el ejemplo siguiente, tomado de Barber Greene se ilustran las ventajas de una buena extracción de la tolva caliente y de una buena capacidad de compensación de la dosificación. Una tolva caliente dosiñcadora de 85 tons, permitirá 90 TPH de capacidad adicional durante 50 minutos. Esto se ilustra en la gráfica adjunta para este equipo.
La capacidad de extracción hasta vaciar la tolva esta representada por la escala vertical del tiempo. La curva de tiempo de extracción total al régimen de dosificación de la capacidad de compensación de la tolva en la dosificación. En este ejemplo, si el régimen de suministro de agregados calientes procedentes del calor y de las cribas es de 200TPH, se puede sostener una capacidad dosiñcadora de agregados de 290TPH durante casi una hora con una capacidad de compensación dada.
XIII. 4. DOSIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DEL LOTE.
La dosificación de los agregados se controla por medio de las pruebas de gradación a que se somete el material extraído de las tolvas calientes. La gradación deseada puede encontarse por formulas pero son de uso mas común los métodos de tanteo. Para una planta dosiñcadora de asfalto, los agregados se dosifican normalmente por peso. Se instala una tolva pesadora sobre basculas y se sitúa bajo las aberturas de descarga de las tolvas calientes. Es muy importante el control de las basculas, y por lo tanto, deben verificarse constantemente. Muchas plantas modernas pesan los agregados automáticamente, y verifican los pesos promedios electrónico. Si el peso no esta dentro de los limites de tolerancia, se detiene automáticamente el ciclo de dosificación hasta que las basculas se ajustan.
123
En la siguiente figura se ilustra una consola de control automático para una planta de asfalto del tipo de lotes. Los fabricantes de plantas de asfalto proporcionan gráficas de calibración para los mecanismos de dosificación o de alimentación, pero estos deben verificarse con los agregados específico que se están usando.
FIGURA 17 Consola de control automático de una planta de
Estos agregados salen de los depósitos por gravedad, por lo que su régimen de paso es mas rápido cuando la altura del material es mayor, cuando sucede con la tolva esta mas llena. La dosificación satisfactoria requiere de un nivel de agregado relativamente constante en las tolvas calientes. Algunas plantas se diseñan con enlaces electrónico que detienen la producción cuando este nivel desciende mas allá de un punto determinado.
La cantidad necesaria de material bituminoso para un lote es aun mas critica. Generalmente, el asfalto o el alquitrán se almacenan en el lugar de trabajo, en tanque que contienen solo el material necesario para uno o dos días. Par las plantas de producción por lotes se dosifica por peso o por volumen. Si se pesa el betún, se saca a un bote colocado sobre basculas. Cuando se proporciona por volumen, se dosifica el betún en un recipiente de volumen conocido, o se bombea a la mezcladora mediante una bomba calibrada que mide el gasto.
Con cualquiera de los dos diseños, deben efectuarse verificaciones durante toda la producción, para asegurarse de que las cantidades de material bituminoso que se ponen a cada lote o bacha están de acuerdo con la mezcla que requiere el trabajo y dentro de los limites de tolerancia especificados.
El betún se calienta por medio de serpientes de vapor o por electricidad, y no hay flamas que hagan contacto con el material. Se debe comprender que el volumen de un betún varia con la temperatura, por lo que deben hacerse las correcciones necesarias al cambiar la temperatura para la dosificación volumétrica, a fin de obtener el peso especificado en cada lote. Las cantidades especifícadas para un tanque antes de calentarse, se dan ordinariamente en términos de volumen a 60°F de temperatura.
124
XIII. 5. MEZCLADO EN UNA MEZCLADORA DE PALETAS.
La mezcla de dos materiales de un lote dosificado con exactitud, cuando estos se han calentado, se hace en una unidad semejante a una tina, denominada molino-mezclador o mezcladora de paletas. Este equipo degran tamaño y en forma de caja abierta en su parte superior, utiliza mezcladoras de paleta interconstruidas en ejes gemelos.
Estos ejes son paralelos a sus ejes de simetría situados en el mismo plano horizontal. Las paletas están montadas sobre brazos que salen en forma radial hacia afuera a un pie o algo así, de dichos ejes, los cuales giran en direcciones opuestas impulsados por una unidad de potencia. Los materiales se mezclan mediante estas partes con las paletas ajustadas a ciertos ángulos para mover las cargas de la mezcladora de aspas hacia adelante y hacia atrás, hasta que se descargan por la abertura que se encuentra en el fondo de la torre vertical de la planta de procesamiento por lotes.
Durante el ciclo de mezclado, el asfalto o alquitrán calientes se exponen al aire, quedando por tanto sujetos a oxidación, lo cual reduce la vida del pavimento. En consecuencia, el mezclado debe hacerse en el menor tiempo posible. La oxidación del betún aumenta también al aumentar la temperatura. Por esta razón, el mezclado debe hacerse a la temperatura mas baja que permita lograr el recubrimiento suficiente y la densidad adecuada del material de pavimentación.
Generalmente, se requieren temperaturas de 250° F para el asfalto, y 175° F a 225° F para el alquitrán. Cuando la temperatura del betún se ha ajustado, también se ajusta la de los agregados en donde las especificaciones establescan que no pueden estar mas de 25° F mas calientes.
La habilidad de la mezcladora de paletas para producir una mezcla homogénea de material con recubrimiento completo en unos cuantos segundos, depende de varios factores de diseño, incluyendo la forma de la mezcladora y sus proporciones; el numero, las dimensiones y la disposición de las paletas; el tamaño y la acción de la compuerta de descarga y la potencia entregada a dicha mezcladora. La capacidad de mezclado de una mezcladora de paletas, se rige obviamente por la capacidad volumétrica de la caja o tina, así como por las características de diseño mencionadas. El material de cada lote que se va a mezclar puede llenar la mezcladora de paletas hasta que solo se vean las puntas de las paletas. Esa cantidad de material define la capacidad nominal de la mezcladora.
La asociación de fabricantes, CIMA, adopto el concepto de la capacidad nominal-uniforme con su formula de la zona viva. "La zona viva se define como el volumen neto que se aloja bajo una linea que se extiende transversalmente al arco superior del radio interno del casco que forma el cuerpo. Los volúmenes de los ejes, de los brazos de las paletas y de las puntas son deducibles para determinar el volumen neto al pie cubico mas cercano".
Entonces, para obtener la capacidad nominal de la mezcladora de paletas, el volumen neto de la zona viva se convierte a un peso total, suponiendo que el material pesa 1001bs/pie cubico.
125
Las mezcladoras de paletas se fabrican en tamaños que varían de 3,000 lbs a 10,000 lbs. Las cargas mezcladas en estas maquinas toman generalmente del 45 al 95% del volumen neto de la zona viva.
El tiempo de mezclado de cada carga de materiales bituminosos ha estado regido por la tradición y se toma como norma un tiempo de 10 a 15 segundos en un ciclo de mezclado seco, para la mezcla de agregados calientes en la mezcladora de paletas. Cuando se agrega el betún caliente, se requieren otros 30 a 60 segundos para el ciclo de mezclado húmedo. Este ciclo total de mezclado de 40 a 75 segundos, constituye la norma desde que se fijaron criterios acerca del mismo en los años 1920 y 1930.
El desarrollo reciente del procedimiento de Ross Count para determinar en que momento es suficiente el mezclado de una carga por inspección del recubrimiento de las partículas de agregado grueso, sugiere nuevos tiempos de mezclado. Tiende a demostrar que en las plantas de diseño moderno es suficiente un tiempo total de mezclado de 20 segundos con muy poco tiempo de mezclado en seco. Esto ayudaría al deseo antes enunciado de mezclar la carga caliente en el tiempo mas corto posible.
A medida que se acorta el tiempo de mezclado y se vuelve mas critico el control con la mayor producción, es mas necesario unistema automático de control. Sera muy útil para comprender el sistema, revisar como trabaja esto en una planta de procesamiento por lotes. ( El procedimiento se describió en forma muy sencilla en un articulo sobre automatización. "La producción de una carga comienza cuando el operador oprime un botón. El equipo automático extrae agregados de cada deposito sucesivamente, los descarga en la mezcladora de paletas para un ciclo de mezclado seco; si se requiere, extrae el asfalto, lo retiene hasta que termina el ciclo de mezclado en seco, lo descarga; continua el mezclado hasta continuar el tiempo especificado, y luego vacía la carga del mezclador al camión.
El equipo automático tiene un ajuste de repetición, a fin de que pueda repetirse el ciclo por el numero de cargas necesarias para cargar el camión. Después de lograr el numero de cargas necesarias se detiene el ciclo automático y se vuelve a arrancar para la carga del siguiente camión. Después de lograr el numero de cargas necesarias se detiene el ciclo automático y se vuelve a arrancar para la carga del siguiente camión".
XIV. PLANTA DE ASFALTO DE PRODUCCIÓN CONTINUA.
Básicamente la planta de producción continua trabaja, como su nombre lo indica, sin intervalos cíclicos entre cargas es decir, entrega todo el material en forma de corriente continua. El betún se mide siempre por volumen. El material liquido, calentado, se mide mediante una bomba calibrada, impulsada por un mecanismo de enlace con los alimentadores de agregados. Los agregados se alimentan a la mezcladora de paletas, dosificados por un mecanismo alimentador calibrado para cada tolva caliente. Estos mecanismos trabajan bajo enlace al mismo eje impulsor. Todos los enlaces deben mostrar que se estén dosificando correctamente los diferentes materiales con las tolerancias permitidas para el trabajo de mezclado especificado.
126
Régimen de mezclado = Régimen de preparación de lotes de agregado caliente -f- asfalto -f- alimentación de finos
Ejemplo 200 T.P H. = 1*4 T.P.H. (92*) + 10 T P H (í%> + 6 T.P H (5*)
Régimen de alimentación de agregado caliente = Régimen de secado menos cualquier tamaño voluminoso o derrame
Ejemplo: 184 T.P.H. = 186 T P H.
Régimen de alimentación de agregado caliente
Régimen de preparación de lotes o bachas d< agregado calier'x
Régimen <íe mezclado
L Si no esta correcto algún ingrediente, un tamaño separado del agregado o el betún, los
enlaces detienen la planta hasta que se corrija la deñciencia. Otra característica que distingue a una planta de producción continua es la
mezcladora de paletas. El material se alimenta a la mezcladora por un extremo y se descarga por el otro. Asimismo, el elevador caliente es inclinado en vez de ser vertical como en la torre de la planta del tipo de cargas. Estas características de la planta de mezclado continuo lo hacen mas manejable.
XV. PRODUCTIVIDAD DE LAS PLANTAS DE ASFALTO.
La producción por hora del material dosificado y mezclado en caliente de una planta, puede expresarse en peso (TPH) o en volumen (yardas cub/hr.) Con la suposición usual de que la mezcla caliente pesa 100 lbs/pie cubico, puede hacerse una convección fácil de una base de productividad a otra. Un régimen de 200 TPH es equivalente a 148 yardas cub./hr.. Esto se obtiene multiplicando el régimen en TPH por 0.74 para obtener el régimen en yardas cu./hr. Para pasar de volumen a peso, multiplique la cantidad de yardas cubicas/hora por 1.35 (reciproco de 0.74) para hallar el tonelaje por hora. Por supuesto estas conversiones se basan en el peso unitario supuesto. Otros pesos requerirán diferentes factores de convección.
Las partes móviles clave de una planta de asfalto tienen sus respectivas capacidades de diseño o especificación en el proceso. Dichas capacidades son las máximas para la alimentación fría, el secador, el elevador caliente y la mezcladora de paletas, y, para lograr un proceso ideal, deben estar balanceadas razonablemente. Solo la capacidad del elevador caliente es prácticamente fija.
127
Esta se especifica para una productividad de alrededor del doble de la capacidad media de la unidad que rige el proceso.
El diseño del elevador bajo esas bases, hará que pueda trabajar a la capacidad óptima con relación a la de las demás unidades y no provocara problemas de paro o atrasos.
La unidad que rige la capacidad de una planta bien diseñada es la mezcladora de paletas o el secador.
El régimen de entrega del secador de agregado suficientemente seco, necesario para satisfacer la especificación, depende principalmente del contenido de humedad del material de alimentación "en frió". Puede ser un 100% mayor para la alimentación de mas del 3% de humedad, en comparación con el material de alimentación en frió con un 8% de humedad por eliminar. La productividad del secador para la alimentación de 3% de humedad casi iguala la capacidad del elevador caliente. En el extremo de alto contenido de humedad en la alimentación en frió y corto tiempo de mezclado, el secador puede regir la productividad total de la planta.
Por supuesto que el ritmo de alimentación debe ajustarse para que satisfaga la demanda de agregados frescos del secador.La capacidad de mezclado de la mezcladora de paletas, y por tanto, la productividad, es lo mas variable de una planta.
Esta es la unidad que debe regir la capacidad total de producción de la planta. Las variaciones importantes se deben al tiempo especificado de mezclado y al
tamaño de las cargas, en comparación con el volumen neto disponible de las mezcladora de paletas. Anteriormente se anoto que el mezclado puede tomar, como máximo 75 segundos y como mínimo 20 segundos. En un ciclo total de dosificación, mezcla, y descarga de 60 segundos, la mezcladora de paletas puede mezclar 60 cargas por hora, especialmente si tiene controles automáticos. Su capacidad de producción podría ser de mas del doble usando el concepto moderno de mezclado rápido.
Los tamaños de las cargas mezcladas en la mezcladora de paletas de una planta pueden variar desde tal vez el 95% del volumen neto de la zona viva, hasta un porcentaje tan pequeño como del 45% del volumen disponible. La relación del volumen de la carga al de mezclado, varia por las mismas razones que en las mezcladoras de concreto.
Los agregados sueltos ocupan mas espacio que cuando están completamente mezclados y estrechamente empacados.
Las especificaciones indicaran el volumen del material dosificado que pueda mezclarse en un trabajo dado. Esta relación volumétrica puede variar la capacidad de producción de la mezcladora de paletas en mas de un 100% desde la productividad mas baja hasta la mas alta con un equipo determinado.
El efecto total consiste en hacer que varíe la productividad de una mezcladora de paletas dad, hasta en un 400%. Esto sucede partiendo del régimen mas bajo, con un tiempo máximo de ciclo y relación mínima de volumen de carga a volumen de zona viva; al régimen mas alto que pueda esperarse del equipo. La mezcladora de paletas podría presionar realmente la capacidad del elevador caliente y de las tolvas de la planta. Ese sería el caso, si la carga ocupara el 90% o mas del volumen de la zona viva, y su ciclo máximo total fuera de unos 30 segundos.
128
Debe existir un equilibrio razonable entre todos los componentes de la planta de procesamiento por lotes o cargas. La oportunidad de seleccionar las partes individualmente, como en los sistemas Batchpac, hace que esto sea posible. La selección de la mejor combinación de componentes para alimentación en frió, secado, elevador caliente, cribas, tolvas calientes, controles de dosificación y mezcladora de paletas puede hacerse para productividades razonablemente balanceadas y para satisfacer las demandas esperadas por la planta.
12 9
C O N C L U S I O N E S
Por lo expuesto en este trabajo podemos decir que la producción,
onvertida en productividad es algo que resulta, en beneficios económicos cuando se
laneja de manera apropiada.
Lo que nos da por resultado que tenemos que tener un grupo de personas,
specialmente abocados a programar los ciclos de trabajo, de los equipos de construcción
onde estos sean empleados, para sacarle el mejor provecho en el menor tiempo posible
entro de su producción.
No debemos olvidar que en una empresa constructora, todos los
itegrantes dependen de todos entre si, esto es que cada uno debe de cumplir con su
abajo para no obstaculizar el trabajo de los demás, esto también se define como
roductividad en costos y momentos justo cuando se necesita.
En suma la productividad siempre nos brindara resultados y beneficios
conomicos en obra y empresa cuanto mejor se maneje.
131
B I B L I O G R A F Í A
- Maquinaria para Construcción
David A . Dad.
Biblioteca Limusa para la industria de la Construcción
Tercera Reimpresión 1981
- Caterpillar Performance Hanbook
Edición No. 12a . 1981
- Métodos, Planeamiento y Equipos de Construcción .
R . L . Peurifoy . Editorial Diana !4 a. Impresión .
- Tratado de procedimientos Generales de Construción .
Maquinaria General en obras y Movimiento de Tierras .
Paul Galabru . Ed. Revertes S . A . 1973
- Maquinaria y Equipos para Construcción
Ing . Francisco Ricci Chacon. Primera Reimpresión 1985 .
- Construcción y Operación Moderna .
Me. Graw-Hill Cia. de Publicaciones Ed. 1965
- Guia de Estimaciones y Publicaciones de Construcción en el Mundo
Mc.Grauw-Hill ED> anual de 1971 (Nueva York . N.Y)
132
Reparación de la Maquinaría Pesada
Herbert L. Nichols, Jr.
Editorial Continental Quinta Reimpreción 1983
Maquinaria para la Construcción y Obras Publicas
Juan De Cusa
Ediciones Ceac Layetana 17 Barcelona 1976
AGRADECIMIENTO
DE UN PADRE
Si quieres amarme bien puedes hacerlo, tu cariño es oro que jamás desdeño.
Más quiero que sepas que nada me debes, soy ahora tu padre, tengo los deberes.
Nunca en las angustias por verte contento, he trazado signos de tanto por ciento.
ESPECIAL
A SU HIJO
Ahora pequeño, quisiera orientarte, mi agente viajero llegará a cobrarte, será un hijo tuyo, gota de tu sangre presentará un cheque de cien mil afanes ...y entonces, mi niño, como un hombre honrrado a tu propio hijo deberás pagarle.
