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Universidad Nacional de Ucayali

Facultad de Ingeniería Civil e Ingeniería de Sistemas

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

Curso: Caminos II

Docente: Ing. Daniel Pérez Castañón

Alumno: Pérez Zumaeta, Edwin Alejandro

2015 – II

RESUMEN

Los rendimientos de maquinaria pesada en los movimientos de tierras son una base sólida que aporta información valiosa para los procesos de planeación, estimación de costos y control, y así mismo mejora los presupuestos y cotizaciones, ajustará de mejor forma los cronogramas de actividades ligadas a los movimientos de tierra. La tabla de rendimientos de maquinaria pesada tomada en obra es una opción con la que se cuenta a nivel local para estimar de forma precisa, puntual y objetiva los rendimientos de un equipo pesado al momento de realizar el movimiento de tierras.

La investigación realizada es de tipo mixta, debido a que conjugó la investigación documental y las fuentes secundarias consultadas fueron los manuales de los fabricantes de maquinaria pesada tomando como referencia los métodos teóricos para la estimación o cálculo de la producción horaria de cada equipo y los factores que afectan estas estimaciones.

Todo esto permitió obtener como producto final una base de datos de rendimientos para cada equipo y según las actividades propuestas en la investigación y que fueron medidas en obra, con resultados óptimos para cada tipo de maquinaría, lo cual permite enriquecer la literatura actual de rendimientos de maquinaria pesada y deja las bases para futuras investigaciones sobre este tema.

INTRODUCCION

En el presente trabajo dispondremos a analizar las funcionalidades de las máquinas y su rendimiento el cual lo hace preferible de las demás máquinas para construcción de carreteras y otros. Asimismo mencionaremos los respectivos cálculos para determinar el rendimiento de las diferentes maquinas a utilizar en lo antes mencionado.

Si bien es habitual ver maquinarias pesadas desarrollando trabajos en distintas faenas, es natural preguntarse por ejemplo, del costo de la máquina, de sus características principales, su rendimiento etc. Por eso, ya que tenemos la oportunidad de hacer un seguimiento minucioso a las distintas maquinas utilizadas en la construcción nos enfocamos en las siguientes maquinarias: volquetes, moto niveladora, cargadores frontales, retroexcavadoras, rodillos, traíllas, mototraillas, palas mecánicas, tractores oruga, zanjadores, fajas transportadoras, etc.

Los altos costos en la construccion de proyecto, exigen que se tenga la mayor presicion en los calculos de cantidades de obras, ya que el menor detalle puede afectar la aceptacion o denegacion de estos, otro aspecto de gran importancia al momento de ejecutar un proyecto vial es la selección del equipo adecuado para la realizacion de las diferentes actividades, ya que de no tomarse en cuenta, incrementa los costos ademas de probocar retrazos respecto al periodo de ejecucion, no olvidemos que la mala distribucion del equipo puede tambien, probocar una aceleracion del deterioro del mismo.Una vez reunida la información esperamos cubrir expectativas en este trabajo monográfico. Adjuntaremos también en este trabajo monográfico fotografías de las distintas maquinarias pesadas ya mencionadas.

OBJETIVOS

Considerar los muchos factores variables que influyen en el cálculo de la producción o en el rendimiento de las máquinas de movimiento de tierras.

Permitir obtener estimaciones correctas del rendimiento y potencia de una máquina. Con datos exactos y verídicos.

Dar a conocer la funcionalidad y características técnicas de las maquinarias.

MARCO TEORICO 1. Movimiento de tierras

Se entiende por Movimiento de Tierras al conjunto de actuaciones a realizarse en un terreno para la ejecución de una obra. Dicho conjunto de actuaciones puede realizarse en forma manual o en forma mecánica.

El movimiento de tierras en la ejecución de un proyecto depende directamente de la topografía que haya en el terreno. El movimiento de tierras también depende del tipo de intervención que se haya proyectado, si es paisajista o de edificación.

Durante el Movimiento de Tierras se puede observar que la capa vegetal del terreno es de aproximadamente de 0.20 a 0.25 m. que se retira y que en ocasiones se utilizan para crear montículos como parte de proyectos paisajistas.

Las tierras al ser excavadas tienen un esponjamiento aumentando su volumen en un 20% aproximadamente, lo cual se debe tener en cuenta a la hora de presupuestar un proyecto.

Entre la maquinaria utilizada para la excavación están la retroexcavadora giratoria de llantas, giratoria de cadenas, cargadores de llantas. Para el retirado de las tierras procedentes de la excavación se utilizan camiones con volcó (volquetas) que tienen una capacidad según su tamaño estos van entre los 15 a 40 m3.

El terreno una vez excavado hay que darle firmeza en la superficie final, por lo que se compacta. Para superficies grandes se utiliza el vibro compactador. Previo al inicio de cualquier actuación, se deben efectuar los trabajos de replanteo, prever los accesos para maquinaria, camiones, rampas. Es habitual que antes de comenzar el movimiento de tierras se realice una intervención a nivel de la superficie del terreno, limpiando de arbustos, plantas, árboles, maleza y basura que pudiera hallarse en el terreno; a esta operación se la llama despeje y desmonte. Cuando ya se encuentra el terreno limpio y libre, se efectúa el replanteo y se comienza con la excavación.

Excavación La excavación es el movimiento de tierras realizado a cielo abierto y por medios manuales, utilizando pico y palas, o en forma mecánica con excavadoras, y cuyo objeto consiste en alcanzar el plano o cota de arranque de la edificación, es decir las Cimentaciones. La excavación puede ser:

Desmonte

El desmonte es el movimiento de todas las tierras que se encuentran por encima de la rasante del plano de arranque de la edificación, generalmente el desmonte se lleva a cabo por un bulldozer.

Corte

El corte se realiza cuando el plano de arranque de la obra se encuentra por debajo del terreno.

Terraplenado

El terraplenado se realiza cuando el terreno se encuentra por debajo del plano de arranque del diseño de la obra, cualquiera que esta sea y es necesario llevarlo al mismo nivel.

Excavación en zanjas y pozos La excavación en Zanjas y Pozos es el movimiento de tierras que se efectúa a través de medios mecánicos o manuales, para llegar al firme a fin de ofrecer el apoyo de las cimentaciones.

En su ejecución se realizan tareas de apertura, refinado y la limpieza del fondo; si se requiere se incluyen los trabajos de entibado y achique o agotamiento del terreno si existe agua.

Se considera zanja a la excavación en el terreno con un ancho o diámetro que no supere los 2 m y una profundidad no mayor de 7 m. Por lo general, los pozos y zanjas son los que se realizan para la construcción de las zapatas, vigas riostras y para instalaciones de saneamiento. Los trabajos en tierra se realizan por lo general por medios mecánicos con la maquinaria adecuada en cada caso.

Durante los Trabajos de Replanteo se prevé la ubicación de rampas para salida y entrada de camiones. Es necesario delimitar el área de nuestra actuación y marcar puntos de referencia externos que nos sirvan para tomar datos topográficos.

Deberá tener en cuenta la cota final de la excavación y dejar las tierras a nivel, ya que resultaría muy costoso tener que volver a rellenar lo ejecutado.

Es importante conocer el ángulo de talud natural del terreno, sobre todo los de poca cohesión, conocer la ubicación exacta al excavar dejando paramentos ataluzados.

El talud adecuado a cada terreno no solo se aplica al corte principal sino a todos los frentes de excavación, incluyendo las rampas.

1.1 CLASIFICACION GENERAL DE LOS EQUIPOS DE CONSTRUCCION

Existentes basicamente dos clases de equipos o maquinaria para construccion:

EQUIPOS O MAQUINARIA ESTANDAR: es aquel tipo de maquinaria especializada que se fabrica en serie, de la cual existe en el mercado variedad de modelos tamaños y formas de trabajo.

EQUIPOS O MAQUINARIA ESPECIAL: son aquellos que se fabrican para ser usados en una sola obra de caracteristicas especiales o para un tipo de operación especifica, es decir, que su origen esta en una necesidad puntual.

2. Maquinaria para movimiento de tierra

Son en general equipos autopropulsados utilizados en construcción de caminos, carreteras, ferrocarriles, túneles, aeropuertos, obras hidráulicas, y edificaciones. Están diseñados para llevar a cabo varias funciones, como son: soltar y remover la tierra, elevar y cargar la tierra en vehículos que han de transportarla, distribuir la tierra en tongadas o capas de espesor controlado, y compactar la tierra. Algunas máquinas pueden efectuar más de una de estas operaciones. Entre otras se pueden mencionar las siguientes máquinas para movimiento de tierra:

2.1 Tractores y Empujadores

Son máquinas que transforman la potencia del motor en energía de tracción, para excavar, empujar o jalar cargas.

Es un equipo fundamental para las construcciones, por su amplia versatilidad es capaz de realizar una infinidad de tareas.

Se fabrican sobre orugas o enllantados:

Los tractores sobre orugas desarrollan una mayor potencia a menor velocidad, los de ruedas trabajan a mayor velocidad con un menor aprovechamiento de la energía del motor, su fuerza de tracción es considerablemente menor a la del tractor de orugas.

2.1.1 Tractores de orugas

Tienen la ventaja de trabajar en condiciones adversas, sobre terrenos accidentados o poco resistentes, en lugares donde no existen caminos, ya que es capaz de abrir su propia senda. Puede transitar por laderas escarpadas y con fuertes pendientes.

Generalmente forma parte del primer contingente de máquinas que inician una obra, ya sea abriendo sendas, efectuando la limpieza y desbosque del terreno o realizando las tareas de excavación.

2.1.2 Tractores de llantas neumáticas

Pueden desarrollar altas velocidades llegando a 60 KM/Hora, con la desventaja de que su fuerza tractiva es mucho menor, debido a que el coeficiente de tracción es menor para los neumáticos. Para su operación requieren superficies estables y uniformes, con poca pendiente, para evitar hundimientos que disminuyen su tracción.

2.1.3 Dozers

Los dozers se definen como tractores dotados de una hoja topadora montada en la parte delantera y al frente de los mismos.

La hoja tiene una sección transversal curva para facilitar el trabajo de excavación, en su parte inferior esta provista de piezas cortantes atornilladas denominadas cuchillas y en ambos extremos una puntera también atornillada.

Las hojas están -unidas al chasis de la oruga por dos brazos laterales, que tienen accionamiento hidráulico, mediante dos pistones de doble acción que soportan los brazos laterales y son movidos por la presión de una bomba hidráulica de alta presión.

Los dozers se subdividen, de acuerdo al ángulo de trabajo de su hoja en tres tipos principales:

BULLDOZER

Son tractores que tienen la hoja topadora fija, perpendicular a su eje longitudinal, trabajan en línea recta, solo tienen movimiento vertical. La hoja puede inclinarse girando sobre el eje horizontal. Su uso es más productivo y económico en el empuje de materiales producto de excavaciones, o para excavaciones y rellenos en línea recta.

ANGLEDOZER

Son tractores equipados con una hoja topadora movible que puede girar hasta un ángulo de 30 grados, con respecto al eje longitudinal del tractor. Su hoja también puede inclinarse ligeramente bajando una de sus punteras con respecto al extremo opuesto. Su uso es más eficiente en trabajos a media ladera.

TILDOZER

Esta máquina tiene un sistema de giro en la hoja topadora, giro horizontal y vertical a través de un sistema de mandos hidráulicos.

Otras veces se monta la cuchilla detrás del tractor, constituyéndose así otra rama de máquinas de la misma aplicación de los dozers.

2.1.4 cálculo de productividad de tractores con topadora

La productividad de las máquinas de construcción se mide en metros cúbicos por hora (m 3/hora), o yardas cúbicas por hora. Su cálculo está basado en el volumen que es capaz de producir la máquina en cada ciclo de trabajo, lo cual depende principalmente de sus dimensiones, y en el número de ciclos que es capaz de ejecutar por hora.

Donde:

Q = Producción por hora (m3/hora)

q = Producción por ciclo (m3/ciclo)

N = Número de ciclos por Hora = 60/T

T = Tiempo de duración de un ciclo en minutos

Para calcular la producción por hora de un tractor excavando y/o empujando tierra, inicialmente se debe obtener los siguientes datos:

Duración del ciclo (T)

Es el tiempo necesario para que una hoja topadora complete un ciclo de trabajo, excavación, empuje, retroceso y cambios y se calcula con la siguiente fórmula:

Q=q∗N=q∗60T

Donde:

D = Distancia de acarreo (m )

A = Velocidad de avance (m/min )

R = Velocidad de retroceso (m/min )

d = Distancia de corte (m)

Z = Tiempo que dura la operación de corte

Tiempo de corte (Z)

Este valor representa el tiempo de duración de la operación de corte o excavación; para evaluar este tiempo se considera, en condiciones promedio, una distancia que varia de 10 a 15 metros y una velocidad igual al 50% de la velocidad de avance del tractor.

Donde:

A = Velocidad de avance (m/min)

d = Distancia de corte (m)

2.2 Cargadores frontales

2.2.1 Cargador frontal sobre neumático

Tienen tracción en las cuatro ruedas con dos ejes motores y dos diferenciales, que les permiten mejores condiciones de operación y un mejor aprovechamiento de la potencia del motor. Tienen dirección articulada que les facilita los virajes en espacios reducidos, gracias a su menor radio de giro.

El motor está montado sobre el eje trasero, para equilibrar el peso del cucharón cargado y para aumentar la adherencia de las ruedas motrices.

T=DA

+(D + d )R

+ Z

Z= d

( A2 )=2dA

El campo de aplicación de los cargadores frontales incluye el cargado de materiales sobre vehículos de transporte, el traslado de materiales de un lugar a otro. Por ejemplo en las plantas de trituración de asfalto y de hormigón, siempre que las distancias sean cortas y la superficie del terreno uniforme y libre de protuberancias y huecos, en el rellenado de zanjas y el revestimiento de taludes. Pueden realizar también trabajos de excavación en terrenos poco densos y sin contenido de rocas, especialmente en espacios reducidos, como ser fundaciones de edificios, puentes, etc.

Su mayor rendimiento se obtiene en el cargado de materiales previamente acopiados, para lo cual el equipo de transporte debe ubicarse a la menor distancia posible del cargador frontal (5 metros) y de tal forma que su ángulo de giro no sea mayor a 90o.

Estas dimensiones varian según al tipo de modelo y capacidad de cucharon de 0.6 m3 a 18 m3

CARACTERISTICAS DIMENSIONES

A= Altura hasta el tubo de escape 2,69 m - 6,48 m

B =Altura hasta el capó del motor 1,78 m - 4,84 m

C= Altura hasta el techo 2,65 m - 6,71 m

D= Altura al pasador del cucharón en posición de acarreo 330 mm - 1258 mm

E= Altura de descarga a 45º a levantamiento máximo 2,31 m - 5,92 m

F= Altura al pasador del cucharón en levantamiento máximo

3,02 m - 8,5 m

G= Altura total máxima 3,97 m - 11,36 m

H= Profundidad máxima de excavación 68 mm - 82 mm

J= Distancia de centro de maquina al eje 1.0 m - 3,2 m

K= Distancia entre ejes 2,0 m - 6,4 m

L= Radio de las ruedas 440 mm - 2,0 m

M= Longitud total 5,2 m - 17.34 m

N= Alcance a levantamiento máximo 764 mm - 2,98 m

O= Plegado máx. del cucharón al levantamiento máximo 63º - 64º

P= Plegado máx. del cucharón a la altura de acarreo 50º - 58º

Q= Plegado máx. del cucharón en el suelo 44º - 40º

*Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLAR

2.2.2 Cargador frontal sobre oruga

Llamados también palas mecánicas, se utilizan principalmente en trabajos de cantera y en terrenos inestables, en nivelaciones y movimiento de tierras de gran volumen, ya que su tren de rodaje especialmente diseñado para trabajos pesados y difíciles les permite una mayor adherencia al terreno y una mayor estabilidad.

Estas dimensiones varian según al tipo de modelo.


A= Altura hasta el respaldo del asiento 2 m – 2.681m

B = Altura hasta el tubo escape 2.441 m – 3.357 m

C= Altura hasta el techo 2.73 m – 3.423 m

D= Altura hasta el pasador de articulación en posición de

acarreo 0.402m – 0.492 m

E= Plegado a levantamiento máximo 56º - 67.7º

F= Plegado a la altura de acarreo 48º - 51.2º

G= Plegado en el suelo 41º - 42.8º

Angulo para nivelación (solo con cuchilla) 68º - 74º

Ancho sin cucharón (cadena estable) 1.8 m – 2.58 m.

Ancho sin cucharón (cadena optima) 2.01 m – 2.76 m

CAPACIDAD DE LOS CARGADORES

Generalmente se define por el volumen geométrico del cucharón expresado en m3 ó yardas cúbicas, medidas a ras o colmadas, Sin embargo este volumen debe ser corregido por el factor de acarreo, que es un coeficiente que valora el material que se derrama en la operación de levante y carga.

Capacidad a ras es el volumen contenido en el cucharon despues de nivelar la carga pasando un rasero que se apoye sobre la cuchilla y la parte trasera del cucharon.

Capacidad colmada es la capacidad a ras más la cantidad adicional que se acumule sobre la carga a ras a un ángulo de reposo de 2:1 con el nivel a ras paralelo al suelo.

2.2.3 Productividad de cargadores frontales y de palas mecánicas

La productividad de los cargadores frontales depende del volumen del cucharón y de la duración de su ciclo de trabajo. Este resultado será un valor teórico de su producción horaria "QT".

QT=q∗60T

Donde:

q = Producción por ciclo (Vol. del cucharón)

T = Duración del ciclo

2.3 Traíllas y Mototraillas

2.3.1 Traíllas

Definición

Son máquinas de movimientos de que se utilizan para cortar capas uniformes de terrenos de una consistencia suave, abriendo la cuchilla que se encuentra en la parte frontal del recipiente. Al avanzar, el material cortado es empujado al interior del recipiente. Cuando este se llena, se cierra la cuchilla, y se transporta el material hasta el lugar donde será depositado. Para esto se abre el recipiente por el lado posterior, y el material contenido dentro del recipiente es empujado para que salga formando una tongada uniforme.

Función

- Corte Superficial del Suelo

- Acarreo de Materiales

- Nivelación de Terrenos

- Afirmado del Suelo

Esquema

Una Traílla Tradicional no motorizada es básicamente una extensión o si se quiere decir una herramienta de un tractor u otro vehículo lo suficientemente potente como para hacer uso de esta mediante el arrastre.

Brazo Hidráulico

Hoja de Corte Caja de Almacenamiento

Ruedas de Transporte Chasis Brazo Hidráulico

Hoja de Corte

Como puede apreciarse en los gráficos, la Traílla convencional o de “arrastre” necesita de un elemento motorizado para funcionar, entre sus componentes tienen:

- Caja de Almacenamiento.- Según el modelo pueden variar las cantidades de material que pueden cargar.

- Brazo Hidráulico.- Este sirve para que la Traílla pueda acoplarse y sujetarse firmemente a un vehículo motorizado que pueda transportar esta maquinaria.

- Ruedas de Transporte.- Un par de ruedas que sirven para optimizarla labor de transporte de esta maquinaria, ruedas de buen agarre para darle potencia extra al tractor.

- Hoja de Corte.- Elemento importante en una Traílla, pues esta es la que diferencia la Traílla de cualquier cargador o de cualquier máquina para acarreo, pues la Traílla por medio de esta hoja puede hacer cortes superficiales al suelo, paralelos al terreno; esta hoja inclinada conectada a la caja de almacenamiento, hace que el material que se desprende del proceso de corte se almacene y pueda ser transportado para luego darle diferentes usos.

- Chasis.- Comprende la estructura y armazón de la Traílla que debe de ser bien resistente a los esfuerzos para que pueda soportar altos volúmenes de material y ser transportados.

Usos y Aplicaciones

Las traíllas de empuje o arrastre necesitan un equipo adicional motorizado para que puedan hacer uso de sus capacidades como maquinaria de corte y acarreo, generalmente son tractores, ya sean de ruedas o de oruga; pero los tractores son las maquinarias ideales para realizar esta labor, pues tiene gran potencia de tracción.

Las Traíllas sirven para uso agrícola así como para uso en la ingeniería Civil, la diferencia con las dimensiones de estas.

Estas son máquinas empleadas para grandes movimientos de tierra, se recomienda ser utilizadas para distancias no menores de 90 metros ni mayores de 450 metros, para que el uso de estas se la más óptima posible; si existe la presencia de material muy rocoso puede adicionarse hojas escarificadores para hacer el terreno más trabajable.

Las Aplicaciones de las Traíllas abarcan campos amplios e importantes como los agrícolas e ingenieriles, en este informe tomaremos énfasis en la aplicación práctica al campo de la Ingeniería Civil.

- Procesos Iniciales en Construcción.- Las traíllas sirven para hacer accesible terrenos para construcción de carreteras, zonas urbanas, aeropuertos, explanaciones para edificaciones, etc. Los terrenos óptimos para la Traílla son aquellos no muy rocosos y que no tengan pendiente elevada, los suelos pantanosos pueden dificultar el trabajo; si bien hay maquinaria mas adaptable a las condiciones del terreno, la Traílla puede realizar cortes superficiales, extender el terreno y reducir pendientes al mismo tiempo y esto resulta ventajoso, pues otras maquinarias realizan una sola tarea,

- Brindar Trabajabilidad al Terreno.- Para empezar una obra en terreno agreste nos enfrentamos a muchas dificultades, entre ellas el suelo natural; pues este posee muchos elementos en su superficie que obstaculizan el transporte de la maquinarias como puede ser malezas, terreno irregular, rocas, etc. Mediante la Traílla y su capacidad de corte superficial, estos residuos pueden ser removidos y hacer el terreno más accesible y trabajable.

- Extensión de Material.- Si bien existen maquinarias mas especializadas que mueven mayores cantidades de material suelto, no pueden retirar los sobrantes; esto es un punto a favor de la Traílla que mediante su hoja de corte puede extender los materiales sueltos, afirmarlos y retener en la caja de almacenamiento, los sobrantes que pueden desecharse o usarse para completar zonas donde se necesita relleno.

Tipos de Traíllas

Existen 2 tipos de Traíllas

- Traíllas de Arrastre.- Necesitan de una maquinaría motorizada para poder ser eficientes.- Mototraillas.- Estas son autopropulsadas, son Traíllas fusionadas con un tractor de 2

ruedas mediante un soporte que le da balance y potencia.

Las Traíllas de Arrastre usualmente son de menor envergadura y capacidad que las Mototraíllas, pues al ser muy grandes su transporte por medio de tractores nos ería eficiente, aunque muchas han compensado esta deficiencia mejorando sus sistema de transporte, con mas pares de rueda o reduciendo la fricción de la hoja de corte con mejores diseños que penetren más fácilmente la superficie del suelo.

Producción de la Traíllas

La producción está dada por la siguiente fórmula:

P = Q x Ch x E

P= Producción por horaQ = carga útil Ch = Ciclos/Hora; E = Factor de eficiencia

2.3.2 Mototraillas

Definición

Las Mototraillas cortan y cargan rápidamente, tienen altas velocidades de desplazamiento, extienden en operación y eventualmente compactan por peso propio durante la operación.

Una Mototraílla debe tener la potencia, tracción y velocidad para una producción alta y continua, con una amplia gama de materiales, condiciones y aplicaciones.

Operaciones1. Corte del suelo2. Carga de Material removido3. Transporte del material4. Vaciado o descarga y su conjunta compactación

Esquema

Al eliminarse las ruedas delanteras de una traílla y acoplársele un tractor de dos ruedas, se forma una sola unidad, denominada Mototraílla. La construcción de la Mototraílla permite que casi todo el peso del tractor recaiga sobre las ruedas motrices del equipo o ruedas delanteras.

Fig. 3.1 Partes Mototraílla

Fig. 3.2 Mototraílla

Fig. 4 Perfil y planta mototraílla Aplicaciones

1. Ciclo completo de movimiento de tierras2. Acarreo de bancos de préstamo3. Velación de plataformas4. Excavación en bancos de préstamo amplios y la descarga o extendido para

terraplenes o grandes rellenos.5. Se aplica en construcción de carreteras donde la calidad de los terrenos es

relativamente homogéneo.6. Movimiento de tierras

2.4 Pala mecánica o Excavadora

Se denomina excavadora a una máquina autopropulsada, sobre neumáticos u orugas, con una estructura capaz de girar al menos 360º (en un sentido y en otro y de forma ininterrumpida) que excava o carga, eleva, gira y descarga materiales por la acción de la cuchara, fijada a un conjunto formada por pluma y brazo o balancín sin que la estructura portante o chasis se desplace.

2.4.1 Partes :

• Chasis: Estructura portante desplazable mediante de cadenas o ruedas

neumáticas. En el caso de ser de ruedas llevará unos estabilizadores para

constituir bases de apoyo.

• Corona de giro: sirve de apoyo de la estructura sobre el chasis, permitiendo a ésta

girar mientras el chasis permanece en estación. De dentado exterior o interior

atacado por un piñón con motor independiente y dotada de freno.

• Estructura: sostiene el resto de la excavadora (motores, transmisiones, cabina,

contrapeso).

• Cuchara: Fijo o móvil y dispuesta en el extremo de un brazo móvil soportado por

una pluma también móvil.

• Energía motriz: Motor diésel o diésel-eléctrico

• Sistemas de accionamiento: Cilindros hidráulicos en su mayoría aunque también

existen por cables y cabestrantes, transmisiones mecánicas, cilindros neumáticos.

2.4.2 Tipos

Existen dos tipos diferenciadas por el diseño del conjunto cuchara-brazo-pluma y que condiciona su forma de trabajo

• Excavadora frontal o pala de empuje: Con la cuchara hacia arriba. Tiene mayor

altura de descarga. Útil en trabajos de minería, cuando se cargan materiales por

encima de la cota de trabajo.

• Retroexcavadora: tiene la cuchara hacia abajo. Permite llegar a cotas más bajas.

Utilizada sobre todo en construcción para zanjas, cimentaciones y desmontes.

Normalmente se suele referir de forma errónea a la pala mixta como retroexcavadora.

Estas dimensiones varían según al tamaño de la máquina.

CARACTERISTICAS DIMENSIONES (mm.)

A= Altura de la cabina 2190 - 3650

B =Ancho para el transporte sin el retrovisor 980 - 3470

C= Ancho de cadena con zapatas estándar 980 - 3480

D= Espacio libre sobre el suelo, bastidor 220 - 890

E= Espacio libre sobre el suelo, contrapeso 460 - 1600

F= Radio de giro de la cola 1070 - 4200

G= Longitud total de la cadena 1390 - 6360

H= Longitud total para el transporte 3690 - 13140

J= Altura para el transporte 2630 - 4890

K= Longitud de cadena en contacto con el suelo 1020 - 5120

L= Entrevia. 1750 - 2750

2.4.3 Productividad de las excavadoras

La productividad de las excavadoras depende de las dimensiones de su cucharón, de la longitud de su pluma, de la profundidad de excavación, de la potencia del motor, del tipo de suelo (dureza, granulometría, forma de partículas, contenido de humedad), de la habilidad del operador, etc.

QT=q∗

60T

Donde:

QT = Producción Teórica de la excavadora

q = Producción por ciclo (Vol. del cucharón)

T = Duración del ciclo

2.5 Motoniveladoras 2.5.1 Descripción y características del equipo

Están compuestas de un tractor de cuatro ruedas, que en su parte delantera tiene un brazo largo o bastidor apoyado en un tren delantero de dos ruedas, las cuales son de dirección. La motoniveladora está equipada con una hoja de corte dotada de movimientos vertical y horizontal, y de rotación y de translación en su propio plano, la misma está montada entre su eje delantero y sus ejes traseros de tracción. El movimiento horizontal de la hoja varía de 0° a 180° en relación al eje longitudinal de la máquina. En el plano vertical su inclinación

Esta gran movilidad de la hoja de corte le permite situarse con precisión en diversas posiciones, puede girar horizontalmente mediante la rotación del círculo de giro, e inclinarse lateralmente con relación a su eje vertical, también puede inclinarse con relación a su eje horizontal, además puede desplazarse vertical y lateralmente, lo cual le permite cortar, mezclar, nivelar y botar los materiales de exceso.Las motoniveladoras tienen amplia maniobrabilidad y radio corto de viraje, debido a su bastidor articulado y a las ruedas delanteras de viraje cerrado. Sus ruedas delanteras tienen inclinación lateral con respecto a sus propios ejes, lo que les permite adaptarse fácilmente a los desniveles del terreno, y soportar empujes laterales cuando trabaja con la cuchilla

inclinada.

Están dotadas de un escarificador frontal que opcionalmente se acomoda en la parte delantera o trasera del equipo. Este aditamento se utiliza para aflojar el suelo cuando el material a ser cortado se presenta muy duro. El escarificador normalmente está compuesto de 11 dientes removibles que pueden ser ajustados hasta una profundidad de 30 cm. Si el esfuerzo del escarificador fuera demasiado, se puede reducir el número de dientes.

3. Escarificador montado en la parte delantera

Estas dimensiones varian según el tipo de modelo.

CARACTERISTICASDIMENSIONES

(m)

A= Distancia entre el borde del diente y el centro de los neumáticos delanteros.

0.80 – 1.20

B = Ancho de excavación. 0.82– 1.35

ALCANCE DEL ESCARIFICADOR:

Angulo de excavación

49º - 74º

0.20 - 0.60

Altura máxima de levantamiento

Profundidad máxima de excavación0.20 - 0.35

*Fuente: Manual de Especificaciones y Aplicaciones KOMATSU

4. Escarificador montado en la parte trasera


CARACTERISTICASDIMENSIONES

(m)

A= Distancia entre el extremo del escarificador y el centro de la ruedas traseras en tandem

2.56 – 3.49

ALCANCE DEL ESCARIFICADOR:

Angulo de corte

Altura máxima de levantamiento

Profundidad máxima de excavación

38º - 80º

0.55– 0.675

0.30 – 0.48

5. *Fuente: Manual de Especificaciones y Aplicaciones KOMATSU

La potencia de su motor varía de 115 a 300 HP y son capaces de alcanzar velocidades de hasta 45 Km/hora, cuando se desplazan de un lugar a otro sobre caminos bien conformados.

Las motoniveladoras tienen uno o dos ejes de tracción, pudiendo ser de eje trasero sencillo o de eje trasero en tandem. Las de eje simple se denominan motoconformadoras y se utilizan para el mantenimiento de carreteras pavimentadas. Las de mayor uso son las de tres ejes, uno delantero articulado al brazo del bastidor y dos traseros en tandem, esta disposición ofrece mayores ventajas que le permiten nivelar con mayor precisión, gracias a que el eje tandem absorbe las oscilaciones de la máquina producidas por los desniveles del terreno.

Eje trasero sencillo - Tracción en el eje trasero



A= Distancia hasta el borde de los cilindros de levantamiento de la hoja.

1.36 m.

B = Distancia entre ejes. 3.6 m.

C= Altura hasta la rueda del timón 2.27 m.

D= Altura hasta la punta del tubo de escape 2.735 m.

E= altura total al instalar la cubierta de acero o lona. 2.905 m.

Angulo de la articulación 30º

Ancho sobre las ruedas

Delanteras 1.922 m.

Traseras 1.94 m.

Distancia al suelo 0.285 m.

*Fuente: Manual de Especificaciones y Aplicaciones KOMATS

Eje trasero en tandem Tracción en el eje trasero - Tracción en los dos ejes principales



A= Altura hasta el borde de los cilindros de levantamiento de la hoja .1.93 m. – 2.90

m.

B = Distancia entre el centro de los neumáticos delanteros y el borde

de la hoja.

2.11 m. – 2.90 m.

C= Distancia entre ejes.4.90 m. – 6.45

m.

D= Distancia entre los centros de las ruedas traseras en tanden. 1.19 m. – 1.73

m.

E= Altura hasta la punta del tubo de escape.2.78 m. – 3.365

m.

F = Altura total al instalar la cubierta de acero o lona.3.20 m. – 3.36

m.

Angulo de la articulación 26º - 30º

Ancho sobre las ruedas

Delanteras 2.04 m. 2.80 m.

Traseras2.05 m. – 2.80

m.

Distancia al suelo0.34 m. – 0.410

m.

*Fuente: Manual de Especificaciones y Aplicaciones KOMATSU

Por ser una máquina de comandos sensibles, usada en operaciones de acabado, su rendimiento operacional depende en gran manera de la buena planificación de las operaciones a ser ejecutadas, y de la habilidad del operador.

Son máquinas especialmente construidas para efectuar trabajos de mezclado, conformación, nivelación y afinado, entre los cuales se pueden citar los siguientes:

- Conformación y nivelación de Plataformas y de terraplenes- Mezclado, revoltura y extendido de materiales- Extendido de ripio y de mezclas asfálticas- Reperfilado y afinado del movimiento de tierras- Apertura y limpieza de cunetas de drenaje superficial- Remoción y desbroce de vegetación- Conformación y mantenimiento de taludes de corte- Regularización de capas que serán compactadas en los terraplenes- Mantenimiento de caminos en general

PRODUCTIV1DAD DE LAS MOTONIVELADORAS

La productividad de las motoniveladoras depende de las dimensiones de su hoja de corte, del tipo de suelo, de la velocidad que puede alcanzar la máquina, del número de pasadas necesario para ejecutar el trabajo, del espesor o profundidad de la capa, de la habilidad del operador, etc.

QAT=60∗d∗(Le−Lo )

N∗T ( m2hra . )

QT=

60∗d∗e∗(Le−Lo )N∗T ( m3hra . )

Donde:

QAT = Productividad teórica en área [m2/hra]

QT = Productividad teórica en volumen [m3/hra]

d = distancia de trabajo recorrida por el equipo [metros]

e = espesor de la capa, definida en función de la especificación que rige la obra [metros]

Le = ancho útil en cada pasada, (depende del ángulo de trabajo elegido para la hoja de corte)[m]

Lo = ancho de traslape [m]

N = número de pasadas necesarias para ejecutar el trabajo

T = tiempo de duración del ciclo de trabajo para a ejecutar una pasada [minutos]

5.1 Topadora o Bulldozer

A menudo conocida por su nombre inglés bulldozer. Estas máquinas remueven y empujan la tierra con su cuchilla frontal. La eficiencia de estas máquinas se limita a desplazamientos de poco más de 100 m en horizontal. Existen dos tipos: bulldozer (cuchilla fija) y angledozer (su cuchilla puede pivotar sobre un eje vertical). Estas máquinas suelen estar equipadas con dientes de acero en la parte posterior, los que pueden ser hincados en el terreno duro, al avanzar la topadora con los dientes hincados en el suelo lo sueltan para poderlo luego empujar con la cuchilla frontal.

2.2.1 Partes La topadora está compuesta por un tractor de orugas o de 2 ejes sobre neumáticos, de chasis rígido o articulado, equipada en la parte delantera con una cuchilla horizontal colocada perpendicularmente al eje principal de la máquina que dispone de movimiento vertical de corto recorrido. Existen varios tipos de cuchilla, los más destacados:

• Recta: típica para corte de terreno.

• Cóncava: Además de cortar el terreno, voltea las tierras que arrastra, facilitando su movimiento.

• En U: Más baja que las anteriores, permite arrastrar mayor cantidad de material.

2.2.2 Tipos

• Bulldozer: cuya hoja de empuje frontal está fija al chasis del tractor mediante

unos largueros y unos cilindros hidráulicos, quedando esta perpendicular al

movimiento de la máquina. Los movimientos de la hoja son por tanto de tilt

(inclinación lateral) y pitch (inclinación con respecto al eje vertical).

• Angledozer: Los largueros son sustituidos por cilindros hidráulicos lo que permite

colocar la hoja en ángulo con respecto a la dirección de movimiento de trabajo. La

hoja es más baja y más ancha para mantener el ancho de trabajo aunque esté

inclinada.

• Tiltdozer: La hoja de esta explanadora se puede girar alrededor del eje

longitudinal del tractor y girar, tumbándola, alrededor de un eje horizontal,

normal al eje del motor. Si se gira echando la parte superior hacia atrás aumenta

la capacidad de corte, si se gira hacia delante, disminuye la capacidad de arrastre.

Es el tractor que más usos permite con el movimiento de su hoja.

La diferencia del funcionamiento de trabajo de la cuchilla de cada variante hace para ciertos usos una de ellas sea más idóneo, aunque cualquiera de las tres lo podrían realizar.

2.4 Motoniveladora

También conocida por el nombre inglés grader. Se utiliza para mezclar los terrenos, cuando provienen de canteras diferentes, para darles una granulometría uniforme, y disponer las tongadas en un espesor conveniente para ser compactadas, y para perfilar los taludes tanto de rellenos como de cortes.

2.5 Compactadora Se utiliza en la compactación de materiales sueltos para darle a este la capacidad de soportar cargas pesadas, evitando el hundimiento del suelo así como también evitando la penetración de agua y ayudando a que esta drene.

Los usos típicos incluyen la compactación del trazador de líneas del terraplén, la construcción de carreteras y de calles, la preparación de la instalación industrial, la construcción de aeropuertos, sitios de edificio grandes y operaciones grandes de movimiento de tierras.

6. Rendimiento de maquinaria

3.1 Definiciones

La producción o rendimiento de una maquina es el número de unidades de trabajo que realiza en la unidad de tiempo, generalmente una hora:

Producción = unidades de trabajo / hora

Las unidades de trabajo o de obra más comunes empleadas en el movimiento de tierras son m 3 o la tonelada, pero en otras actividades de la construcción se usan otras más adecuadas.

La unidad de tiempo más empleada es la hora, aunque a veces la producción se expresa por día. Antes de conocer los diferentes rendimientos de máquinas es necesario familiarizarnos con algunos términos como son:

• Factor de Abundamiento: es una propiedad física del terreno de expandirse

cuando es removido de su estado natural, se puede calcular a través de la

siguiente formula:

F.V= (B/L – 1) (1)

Donde:

F.V= % de abundamiento

B= peso de la tierra inalterada

L= peso de la tierra suelta

En la tabla 1 se puede observar algunos factores de expansión o abundamiento.

Tabla 1: Factor de Abundamiento

Clases de tierra Porcentaje de expansión

Arena o Grava Limpia de 5 a 15%

Suelo Artificial de 10 a 25%

Tierra Lama de 10 a 35%

Tierra Común de 20 a 45%

Arcilla de 30 a 60%

Roca Solida de 50 a 80%

• Tiempo de un Ciclo (T): Este concepto está ligado a las diferentes operaciones que

emplean algunas máquinas para completar correctamente un trabajo, el tiempo

de un ciclo contempla maniobras, carga, descarga, espera, retorno, acarreo, etc.

• Capacidad de los Receptáculos (Q): Se refiere a la capacidad que tienen los

diferentes elementos de las maquinas como son cucharones de excavar y cargar,

cuchillas de bulldozer, cuchillas de motoniveladoras, etc. Esta viene dada por el

fabricante.

• Factor de Eficiencia del Cucharon (K): es la relación que existe entre la cantidad

de material que hay en el receptáculo y la capacidad real del mismo.

K= material cargado por el receptáculo/capacidad nominal del receptáculo.

• Factor de eficiencia de la maquina (E): también conocido como factor de

rendimiento de trabajo o eficiencia, básicamente este factor representa las

pérdidas de rendimiento del equipo las cuales están en función directa con las

condiciones de la máquina, de la adaptación que se tenga para cierto trabajo y las

condiciones de la obra.

El factor de eficiencia depende de: las condiciones de administración y las condiciones de la obra

Las condiciones de la obra son: superficie del terreno, topografía, condiciones climáticas, adaptabilidad de la máquina.

Las condiciones de administración son: estado de la máquina, coordinación del trabajo entre equipos. En la tabla 2 se dan los factores de eficiencia en función de estas condiciones.

Tabla 2: Factores de Rendimiento de Trabajo en Función de las Condiciones de la Obra y de la Calidad de la Administración

Condiciones de la obra Coeficiente de administración o gestión

EXCELENTE BUENA REGULAR MALA

EXCELENTES 1.00 0.84 0.81 0.76 0.70

BUENAS 0.95 0.78 0.75 0.71 0.65

REGULAR 0.85 0.72 0.69 0.65 0.60

MALAS 0.75 0.72 0.69 0.65 0.60

3.2 A continuación los rendimientos de algunas máquinas:

Rendimiento de bulldozer: básicamente el rendimiento de estas máquinas depende del tipo de hoja y su capacidad, así como de la eficiencia del operador y de la clase de material en que trabaja. Su cálculo se hace de la siguiente ecuación :

R = 60*E*Q*K/T*F.V

Donde:

R = rendimiento en m3 / hora

E = eficiencia general

Q = capacidad de carga de la cuchilla en m3

K = coeficiente de carga

T = tiempo de un ciclo

F.V = factor de abundamiento

Rendimiento de cargadores : en función de la siguiente formula, el rendimiento de los diferentes tipos de cargadores es :

R = 60*Q*K*E(0.764)/T*F.V

Dónde:

R= rendimiento en m3 / hora

Q= capacidad nominal del cucharon

K= factor de llenado del cucharon

E = factor de rendimiento de trabajo

T = tiempo de un ciclo (minutos)


Rendimiento de excavadoras : los factores que deben tomarse para el cálculo del rendimiento son :

Tipo de material

Profundidad real del corte

Angulo de giro Dimensión del equipo frontal

Eficiencia del operador

Condiciones del equipo y obra

Capacidad del vehículo

Por lo tanto la formula con que se calcula el rendimiento para estas máquinas es:

R = 3600*Q*E*K(0.764)/T*F.V

Dónde:

R = rendimiento en m3 / hora medidos en el banco

Q = capacidad o volumen del cucharon

E = factor de rendimiento de la maquina

K = factor de llenado del cucharon (depende de las dimensiones y capacidad del cucharon.


T = tiempo del ciclo en segundos

Rendimiento de motoniveladoras: la forma general de calcular el rendimiento de esta máquina es teniendo en cuenta el tiempo de trabajo y la siguiente formula:

T = D*N/V*E

Dónde:

T = tiempo requerido para efectuar el trabajo

D = distancia recorrida en cada pasada

N = número de pasadas que se requiere para realizar el trabajo

V = velocidad de operación (km/hr)

E = factor de rendimiento de trabajo

Rendimiento de compactadores: la obtención del rendimiento de estas máquinas en general, se mide a través de un promedio en el que se considera el número de pasadas que necesita hacer una máquina, para obtener la compactación deseada.

La fórmula es la siguiente:

R = A*V*e*C*10/N

Dónde:

R = rendimiento en M3/hr

A = ancho compactado por la maquina en m V = velocidad en km/hr

e = espesor de la capa a compactar en cms

C = coeficiente de reducción (0.6-0.8)

N = número de pasadas para obtener la compactación requerida

TrAILLA y mototrailla

Cálculos de Rendimiento

Para poder realizar la estimación de la producción horaria de las Traíllas o Mototraíllas se realizan los cálculos de: Carga útil, ciclos/hora, factor de eficiencia y factores de corrección necesarios.

Q (Carga útil): Hace referencia a la carga por ciclo, la cual depende de la capacidad de la caja de la Traílla. Para hallar la capacidad útil, se necesita conocer la capacidad indicada en las especificaciones técnicas de la máquina.

Luego se procede con la siguiente fórmula

Q = q x fv

q = capacidad indicadafv = factor volumétrico

Ciclos/Hora(Ch) : Se obtiene dividiendo 60 min por el tiempo del ciclo en minutos (Cm)

Ch = 60/Cm

Tiempos de Ciclo (Cm)Comprendido por el tiempo de Carga, tiempo de Acarreo, tiempo de Descarga, y el tiempo de Retorno.

3.3 Factores que afectan el rendimiento de maquinaria pesada en los movimientos de tierras

Se Tendrá en consideración:

• Características del terreno, tales como: cohesión, densidad, compacidad; son

factores que influyen en el rendimiento de la maquinaria.

• El tipo de terreno, que condiciona el rendimiento de los equipos empleados, ya

que determina variaciones en los costos que dependen de la dureza o grado de

compactación. A mayor dureza y compactación menor será el rendimiento de la

excavación.

• Factores intrínsecos del terreno, tales como: asentamientos, niveles freáticos,

zonas plásticas, que pueden incrementar la medición.

• Tiempo (CICLO, PRODUCCIÓN HORA), costo y eficiencia en condiciones óptimas

de la maquina dependen directamente del operador.

• Formas de ejecutar las excavaciones, teniendo en cuenta profundidad, sección,

altura, etc.; orientará hacia el tipo de maquinaria más adecuada a emplear.

• Factores externos, tales como factores climáticos, tendidos aéreos o

subterráneos, edificaciones vecinas, tráfico, que pueden hacer que se paralice la

excavación

• Topografía del terreno, pendiente

• Volúmenes a remover.

• Áreas.

• Distancias a recorrer por máquinas y equipos. Para carga y transporte de tierras

se especifican unidades de obra en función a la distancia a vertedero. A mayor

distancia, menor rendimiento de la unidad de obra.

Ojo: Las unidades de obra se clasifican en función de la distancia (km).

CONCLUSIONES

El rendimiento de una maquinaria debe medirse como el costo por unidad de material movido, una medida que incluye tanto producción como costo.

Cotizar la renta horaria de los diferentes equipos usados en la construcción de obras viales.

En el presente trabajo damos a conocer los tipos de maquinaria pesada utilizadas en el desarrollo de las obras como: caminos (apertura o rehabilitación), adoquinados, inclusive los grandes proyectos de la era moderna.

Debido a la gran potencia de las maquinarias sirven de apoyo en la ejecución de obras viales (carretera) mayormente en la preparación del terreno, excavación o terraza, estas actividades son la limpieza, corte, traslado de material, compactación, etc.

Escoger la maquinaria adecuada para cada tipo de trabajo de construcción y ver la rentabilidad y ahorro del proyecto evitando perdidas.

RECOMENDACIÓN

Otro aspecto de gran importancia al momento de ejecutar un proyecto vial, es la selección del equipo adecuado para la realización del as diferentes actividades, ya que de no tomarse en cuenta, incrementa los costos (que afectan directamente la economía del constructor), además de provocar retrasos respecto al periodo de ejecución.

La mala distribución del equipo puede provocar el deterioro y desgaste de su rendimiento.

Los métodos para calcular los costos de posesión y de operación de una maquina varían mucho, pues dependen de las condiciones del lugar, de las prácticas de la industria, de las preferencias del propietario y de otros factores.

SUGERENCIA

Se sugiere recopilar toda la información, disponible en primer lugar, de Internet, en donde encontramos los folletos técnicos de las distintas marcas, luego consultamos las diversas bibliografías donde encontramos características técnicas, rendimientos y otros datos para desarrollar nuestro trabajo.

La información obtenida no estuvo al alcance ya que, se cuenta con poca información lo cual sugerimos visitar instituciones por ejemplo a MTC, ministerio de energía y minas, etc.