SUELOS PARA OBRAS PAISAJI-S-TICAS - Cloud Storage · PDF fileEn el caso de una obra no comenzada ya es mAs dificil el tiemp ... tiempo de ciclo comprende dos partes, ... (frontal o

.MOVIMIENTO DE SUELOS PARA OBRAS PAISAJI-S-TICAS

Ing. Agr:Fab io A. Solari 2996

Los movimiento de suelos, presentes en diferentes ramas de la Ingenieria, se apoyan fundamentalmente en la planialtimetria. Para cada objetivo hay un mbtodo, y para cada metodo variantes que posibilitan aumen-tar el grado de precisibn de las informaciones obtenidas. La eleccibn del mhtod,o mds adecuado a un problema, tanto como el nivel de detalle dependerA excIusivamente del buen sentido tbcnico. . .

1- Principios b d s i c o s de la Sistematizacidn .. ..

La sistematizacibn de un terreno es el arte de cambiar la configuracibn del mismo de acuerdo a un dise5o proyectado:

La tierra opone resistencia a ser movida; la textura de 10s materiales que la componen se modifica en el decurso de su reubicacihn. Estos cambios dependen de las propiedades intrinsecas de cada material. En sistematizgciones, el punto primordial no es la naturaleza del material, sino sus propiedades fisicas.

Lo que interesa es saber el mod0 ma6 fAcil y econbmico d e excavar el material, mover10 y transportarlo. Si un determinado material se deja excavar y cargar facilmente, se dice que ese material es de fdcil cargamento. Si ocurre ,lo. contrario, entonces se' dice que el material no es muy cargable. ' .

La superficie terrestre estd constitdida "por una variedad de elementos, asociados de 10s modos mds div3rsos. Se puede de manera general considerar para fines de movimiento da suelos constituida de rocas y suelos, definidas de esta manera:,., . I ' . .

a) Rocas- ~ateriales . esenciales d e . .la. corteza . terrestre, provenientes de la solidif icacibn del mag%a o,., de la consolidacibn de depdsitos sedimentarios, habiendb .o. no sufrido transformaciones mbtambrf icas. Estos materiales p~esgntan ' e1,evada resistencia, solamente rnodificable For contactos cor. .el:'.agua o el aire en casos muy especiales. b) Suelos- Materiales constituyentes 'esenciqles de la corteza terrestre provenientes d,e la des~ompogicib?'.'~in situ" de las rocas por 10s diversos agentes geolbgico.~.., "o por. .la sedimentacibn no consolidada de las particulas elemenal'es "constituyentes de las rocas, con adicibn eventual .de parti'ulas"' f ibrosas. de material carbonoso y materia orgAnica . en . estado coloidal.

: ;3 I '

De mod0 general se puede trdbajar con uno u otro de 10s elementos mencionados y frecuenternente serA encontrada una asociacibn de' ambos en 10s trabajos de 'sistematizacibn. Los suelos en su estado natural poseen generalmente un cierto porcentaje de humedad. El tenor de humedad varia con las condiciones del tiempo, del drenaje natural y de las caracteristicas de retencidn de humedad del material. El tenor de humedad puede hasta cierto punto ser modificado y controlado a1 reaLizar la sistematizacibn.

I .Peso . El peso del material siempre interesa, para saber si el equipo

r'e maquinaria es adecuado para ejecutzir el trabajo de transportar sada' metro cdbico de material.. s una funcidn directa de la fensidad del material.

. . . . .... 2.Esponjamiento o expansidn . .

Puede ser definido como el aumento de volumen sufrido por un ;'"' material a1 ser removido de su estado natural. EstA generalmente . : expresado como un porcentaje de aumento de volumen sufrido en . . : , . . . relacibn a1 volumen original (aumento del indice de porosidad). Por ejemplo, el e~~onjamie'nto de la arcilla seca es del 408, 'lo que significa que un metro chbico de arcilla en su estado natural . '

(antes de ser excavada) ocuparA un espacio de 1 / 4 0 m3 en el estado :.:'.. .... ..... .. suelto (despubs de ser excavada). A.l..: ,A :. _ . - . . . .., .. .

3.Compactabilidad . . , Dado que la tierra suelta disminuye de volumen, la compactacibn :..:

es necesaria para evitar 10s desniveles diferenciales del terreno. . . .

La tierra suelta puede ser compactada por varios medios mecAnicos: . rolos, irrigadores, patas de cabra, vibradores. Es comhn verificar ' .

que la compactaci6n hecha por medios mecAnicos compactan el . .

material en un grado mayor de aqudl en que es normalmente ,. . : .. encontrado en su estado natural. ,. , . .... i .>_. ..... ..'.... ; . ,

C a r a c t e r i s t i c a s a p r o x i m a d a s d e algunos m a t e r i a l e s j, ,: :; .. r t

: 2.:- -?.<:. I ! '.' .

8 . .: .

3 3 . a . . k . . P . . . ........ .............................. ............................. 1 . 2 4 0 Arcilla 1 . 7 2 0 40

Tierra comhn, seca 1 . 5 5 0 2 5 1 . 2 5 0 . . . . Tierra comhn, mojada 2 . 0 0 0 25 1.. 600

~ierra vegetal 1 . 3 6 5 4 3 950 Pe'dregullo 1 - 5 cm. 1 . 8 4 0 1 2 1 . 6 4 0

..' ,

1 . 7 8 0 1 2 Arena seca, suelta 1 . 5 8 0 " Arena mojada, compacta 2 . 1 0 0 - - 1 2 1 . 8 7 0

. . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . .;. Los porcentajes de compactaci6n son variables, pero se indican" I . . . . ........ . . . ~. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : .... .:., 10s siguientes para el paso de maquinaria pesada (no pata de ::;::

.... ....... . . . ,.'. . , . , .., . . . . -. : . . -.. . . . . :_:. . . .. cabra) : . . . . . . . . . . . ..... ...... - . .';: :"'. 3 , .'.. . . . .-..: . . . . . .- . .. .. .: Tierra: 1 0 % Arena: 5 % Arcilla: 1 0 % . . . .' . _..; , . . . .

. . . . . . . . I . _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

,. ' . . . . . . , . .

C o o r d i n a c i d n d e l a s t a r e a s d e l m o v i m i e n t o de t i e r r a Dentro de las previsiones de la sistematizaci6n se debe

con'siderar el movimiento de la maquinaria, las que ejecutan un ciclo regular de trabajo: cargan el material, lo transportan o . acarrean, lo descargan y retornan a1 lugar de carga. La suma de 10s tiempos .que una. maquina necesita para ejecutar todas 'esas

. . . !

operaciones que completan un cicio es llamado "tiempo del ciclo". . . . . . . . . . . . . . .. .... '.! . . . . . . . . . . . . ; . , . ...

.: . . . . . . . . . . . . . . . . . . ;.. . . . . . Cada tipo de mAquina .presents. "tiempos de ciclo" diferentes I;:,, , ....................:... . . . . . . . . . una vez que la obra de sistematizacibn esth organizada y en..;.::

. . . . . . . . , . . . . . . ._. . . . operacidn, es muy fAcil calcular la duraci6n .del ciclo de trabajc;.': . . . . . . . . . . . . : - . de un conjunto de mdquinas. Basta verificar el tiempo qua las ii

.. . . - . . . . . . . . . . :-. . . . . . . - mAquinas demoran en ejecutar diversos ciclos completos y extraer.l.1 . . . . . . . . . . . . . . . el promedio. . . . . . . . . . . . . . . . . - . . . . . : . : . . . . . . . . . . . . . . . .

En el caso de una obra no comenzada ya es mAs dificil el tiemp~':' . . . . . . . ..::-... . ,.,. ... .L: :.? ::7k. . ... i.. . .: de ciclo de las maquinas. Este es el problema que generalmente el..,.: -. .

. . . . .- '.:-:. . . . . . . . . -3-.-. . . ,.: profesional a cargo tiene que resolver a1 preparar una oferta i:;-.': . . . . ? .' " ' . . . . . . . . . . . . . . : . . . . . . . . . . . . . " . presupuesto, u organizar la obra para utilizar el equipo. I?::::;:

. . . . . . . . . . . . . I . . . . . . . . tiempo de ciclo comprende dos partes, que son llamadas tiempo fij-r:-

. . . . . . :. .: y tiempo variable. . . . . . :. ,. . . . . . . . .. '

..... . . . ,". ... . . . . . . . . . . . . . _ 1 . . . .

-. .:. . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . *. ;: . . . . . . . . . . . . . . . . . ...... . . , . . . . . . . . ..-:

. . . . . . . .:

>.:; ;;I 3 .

C < .. . -- . .:i I :i

..., ... . ::: . , a) Tiempo fijo: Es el tiempo que necesita una m~quina' para cargar . . :,. . . ... el material, descargarlo y dar la vuelta. El tiempo para ejecutar

esas operaciones es mds o menos constante o fijo, sea cual fuere la distancia que el material debe ser transportado. Las formas

-.. ., ' posibles .de reducir el tiempo fijo serian: 1- siernpre que sea posible, la tierra a cargar se debe situar de

manera que la carga se realice cuesta abajo; . . ... . >i '

.2 - eliminar el tiernpo de espera en la carga, equiparando 10s .. ' < . ': ., ,. camiones con 10s cargadores. Para el caso de las palas cargadoras

I..: ..* - .. . -. .. s e estima entre 0,6 a 1 minuto el tiempo fijo para la carga y la . . . .. . ., . descarga, .

. .

I : b) Tiempo variable: es el tiempo consumido por la mAquina, en el camino, para transportar el material y regresar vacia. Varia con'

. la distancia desde el lugar de corte a1 terraplen y con la velocidad de locomoci6n del equipo. Una forma de reducir el tiernpo' variable es la cuidadosa eleccibn del carnino de transporte.

Los tiempos fijos para las distintas mAquinas pueden ser encontrados en, tablas publicadas por 10s fabricantes, aunque en general no corresponden ' a' nuestras condiciones locales, aconsejandose realizar mediciones propias. Tomando un cl:onbmetro, el 'profesional a cargo de la obra debera establecer 10s "tiempos fijos" de su equipo en servicio. ,

Produccidn-'Nhrnero de viajes por hora y metros chbicos por viaje determinan la produccibn de las maquinas de -terraplenado. Conoci6ndose el tiempo del ciclo, que es la suma de 10s tiempos fijo y variable, se puede calcular el nrllmero de viajes por' hora:

viajes por hora: 60 min / tiempo del ciclo (min) "

Tipos de operaciones Considerando el Qnfasis con respecto a las sistematizaciones en

espacios verdes de esta ayuda didactics, se darA mayor atencibn a la maquinaria para movimiento de tierra.

1) Carga

a) Palas cargadoras: Las palas cargadoras son bdsicarnente un tractor con un balde frontal accionado hidrAulicamente. Los baldes pueden tener distintas formas y capacidades y el tractor puede tener ruedas u orugas. En la Fig.1 se detalla la operacibn de la pala cargadora frontal: 1) Carga del cucharbn. El tractor se rnueve hacia adelante, con el borde cortante del cucharbn penetrando en el material. 2) Una vez cargado, el operador acciona el cilindro hidrhulico para voltear eZ.cucharbn hacia arriba. 3) Mediante el otro par de cilindros hidrAulicos, el operador hace subir la carga, mientras que dirige el tractor hacia.el lugar de depbsito o hacia el camibn o volquete que vaya a cargar. 4) El operador -acciona nuevamente el cilindro del cucharbn para voltearlo y descargarlo ,

b ) Re t roexcavado ra s : En e s t e c a s o , e l b a l d e e s t a i n s e r t a d o a 1 E ina l . de un b r a z o h i d r A u l i c o que l e p e r m i t e excava r a ? ro fund idades a c o r d e s a s u 10,ngitud 3-5 m t s . Su a p l i c a c i d n n a b i t u a l e s l a c o n s t r u c c i b n de z a n j a s y pozos ( d r e n a j e ) . Los

1 j a l d e s pueden t e n e r c a p a c i d a d e s desde 0 , 5 a m A s de 3 m 3 , En l a Fig. 2 s e d e t a l l a n s u s componentes y o p e r a c i b n

1 I i

. ... "-- . .

nsquina est6 montada sobre la parte trassra del tractor.

~troles clel sistema hidrdulico.

a las retrictiles para soyortar la miquina.

de pivote. La plurna gira mediante un sisterna I~idriulico. ma principal con cilindro hidrdvl

n a ac~xiliar con cilindro hidrrSulico liar6n.

ndro hidrdulico para mover la plu

:harbn. i

. . .

:on el cilindro de la pluma princip I cuchar6n:

'rofurdidad mjxima de trabajo.

\nclio rndximo desde el centro de

.a excavaci6n se efectlja mediante el movimien to de la iluma auxiliar.

a

6s de la carga, el operador hace v

,, el operador hace subir la carga mediante el cilindro '

~ l uma principal. I

?;ador hate girar la mdquina hacia el lugar de depbsito, i ras que hace subir la plurna auxiliar. Luego, voltea el

'__ r6n para descargarlo. . . .-- . . . . - - - .

El operador tiene a su disposici6n seis palancas de control d sistema hidr5ulico: para bajar y subir la zapata izquierda de soporte; para bajar y subir la zapata derecha de soporte; para girar l a plurna hacia la izquierda o hacia l a derecha; para

1 1 cantrolar la pluma principal; para controlar l a pluma auxiliar y para el vol teo del cucharbn. I-

F i g u r a 2 /

-,. :.......... . . . . . . . . . . . :., : .:. . . . . . . . . : . . . . . . . .

. . . . .: . . . . . . . , .. ;., -,:.:;. . ........ ............ C' ' . . . . . ; ,,...< . . . !:'.;.: .-5 ,:.:>.:. :, .:.:I,:

. : : . : ........ . . . . . . .-I ::,..: . . . . . . . .: 2 ) Corte y terraplenado . 1 . . . : ,.i. .... : ... . . . . . ; . a) Palas de arrastre: Las m a s versdtiles son accionadas . . . . . . .

. , . . hidrAulicarnente por el cilindro standard que tienen la mayoria de . . . . ' . . . . . . 10s tractores. Poseen una hoja de corte que se puede regular a la

. . . . . . . . . . .' . . , . . . : . : profundidad deseada, con un ancho de alrededor de 1,50 mts. . Puede .

. . . <ser utilizada en terrenos no removidos, y una vez que se llent) su . . . . . . . . . . capacidad de carga ( 0 , 7 5 ; 1; 1 , 5 0 m3 o el doble colmada), se cierra

' . , .' , . . 2. . . . . . . . - . . . .. z . . ' ,,:.-: para su transporte. La descarga posterior posibilita el vuelco de ....: ; .-,.. :. ......... ,..; .... .... .,.... toda la tierra en un solo punto o en capas enrasadas.(Fig 3, 5 a ,:,,--..;. .... ,!;..:;.r".: . . . . . . . . .,v; ,,-. ?.',.: ... : . . . . . . . . . . 13 ) . Existen tambibn palas de arrastre mAs pequeflas, conocidas . . . . . . . . .

. . . . - comb "pala de buey", que se accionan manualmente y no permiten . . . .

...... : ":...... regular la profundidad de corte.(Fig 3, 1 a 4) . . . . . . . . . . . . . . .

, . ,. ; .< . .; . : '.' . I . : . . : , .? , .;. :.:. < :. . , ::j; :. ::.+ i..... : ;:.

. a x . . - ,::: - ,;;.;:: ;;; :; ,. :. ..I .. . . . . . : . . : ....., ... . . . . . . . . . - ,. I.. _ ', . . - . . . . . . . ..:.

. . . . . . 'I.' . . . . . . . . . <. . . . . . . .

; Lo. '.:.

. - . . . . . . . . . . I: . . . . . . . . . . . F i g u r a 3 . . . . . . .

- , b ) Hojas: Las hojas de cort6 pueden estar acopladas a tractores

de ruedas o de orugas. En tractores de ruedas, las hojas delanteras adaptables realizan un trabajo satisfactorio eh canteros, campos deportivos, caminos, nivelacibn para c.onstrucciones, etc. . . En caso 'de obras que exijan un movin~iento considerable de. tierra, es necesario el tractor de orugas. Son mAquinas de alto rendimiento, especialmente digeftadas para tal 'fin,. pudiendo ser de l ~ o j a girable (angledozer) o f i j a (bulldozer). ~n 'la' fig. 4 se observa su .descripcibn. EstAn recomendados para excavacibn y transporte d distancias inferiores a 60 metros. Por encima de este limite y hasta 2 km. es mAs econbmico el empleo de traillas o volquetes arrastrados por tractores", y para distancias a h mayoresse recurre a ' la unidad traditional de excavacibn., compuesta por maquina cargadora (frontal o retroexcavadora) y un medio de transporte (cami6n o remolque).

.. . . .- -.

, . . . . . . . . .

.. . . idor o'barra portaherramientasen forma de C. i

: 1 ., . . ' . : ... -. . ,. . - . : : "

x.. ..'::,,'! i - . ..::.L:-.>:i,xibn ... deI chasis kn C a 10s bastidores de 10s carr,iles del 1 . .. ;: ,.,.: .;',

:<l:;?.'..';ior, , . . . . .. _ . medianie dos uniones de soporte. I

. . . I . . . . . . . . . .

. ~ d r o s hidrdulicos para el control de la altura del chasis en

. . .' de la hoja empujadora u otros implement0

- . . .

. "3 empujadora o topadora.

. . . . . . Figura 4

. . ,,-.~;.,, . : .-*;y:':.:;&..;; . . . .......... ' . . . . :.:,>.-.'. ..:' , . . 8 .

, .-:, t? ....... 5;. .::i::<....;::<j .:. : .:-,; *..,. ..:?.:~ ..: . . . . .1.. ... J .-:... .;. ... .:,: .. :':. .: . . . . ,..: . . . . . . . . . . . . . . / . .

, . . . . . . - . C .\ ,. ' - ... :,:,.,.* 2 ) Nivelacidn .. . . . . . . . y . .:, >; ,<:.,, ,' ,.:;.:.;

< .,. ,..* .-*.. :..: : a:.: . . . _.-> . . : . a) Hojas: Las hojas de corte traseras, adaptables a tractores

. . . . . -::...: :?;::;..':?"; . . . . de ruedas pequefios, pueden . tenel: anchos de labor de 1, 5 m. o . . . . . . . . . . mayores. .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . b) Motoniveladoras: Es 1a.mAquina utilizada por excelencia en

tareas de nivelacibn viales, aunque su uso es tambibn recomendable , . . . . en espacios verdes de mas de media hectares. Constan de una hoja

............. . . . . . . . . . _.: . . . . ..: . :, .. . . .,. de entre 3 y 4 metros de longitud 'que pivota en un eje circular . . .. .,. '.': ..:,.:..\. .; ,.., &. /-.!. : .:.:.,. ubicado en el medio del chasis. El eje circular le dA la -,.., -;:.c .;..::.>. -.,.. ::: .;.. >..:.: !,-- z, posibilidad de rotacibn hecesar ia para controlar la capacidad de . .,,: ....

. . . . . carga de l,a hoja y a la vez regular el 2ingulo'.de ataque a1 suelo. . . - : .. . .. Existen niveladoras automotrices y d,e arrastre. La descxipci6n de . . . . . .

.. ' . . . - . . . la motoniveladora automotriz se observa en la fig.5.

. . . . . . '.jniciad motriz, inciuyendo ei'motor,

. . . . le trasmision, clisiis trasero y ruedas ' . . . . . Bastidor central entre el tren delantero y la unidad -- molriz.

- Unidad de nivelacibn. . .

.- . . . . . . . . : ,.:.,> . ,;,?xi6n de la unidad de nivelacibn a1 bastidor, por . , . . . . .

.. c. .:;: 2': ;;:::.:.:-;la articulaci6n tipo bola. . ..> ' . . . _.I . , .......

,-- ; .-.,:. ;., ... :::.: .. . . : . , ;. . , . ,. :.. . . . . . . . _..( . . . . . . . . . . . :' .: :?.; . . :.; ' 1 delantero.

. . . . . . . . . .

: . : :os de levante de l a unidad de nivelaci ljustes verticales de la lioia.

'

:o de ajuste lateral de la hoja.

para inclinjr la hoja hacia la i ~ q u xhak , . . . . . . . ...,-a

. . , , Gsitivo para inclinar la hoja hacia adelinte o hacia atris. '

. . . . . C . . ' ..: : . . . ... . . . ..<.. . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . : - . . . :-... .:.. .. . . :les para colocar la hoja exckntricamente hacia la izquier . . . . ... : acia la derecha. . . . .

. . .. ' ,: : '- ..... . . . . . . . . . . : . _ '_ - . .

. . . . . . . . . . . . - _ . : . . . . , .,. ..: . . . . . . .

; .; .:. ........ .... .*: ;".:.:: . . . . . ...-. . v . : X' . _ _ "..: :; ;.'. .

_..i ..:.... ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - . l l n d o s finales de Ias ruebas en tdndern. Son c

. . . i.. :. . . . . . aiis p?r media de un pivote central, qua perrniie a las

...... . . , . :. ::,:.. 7rJas acomodarse segi~n la superficie del terreno, P i g u r a 5 ' ' . .

. . . . . - .?.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ;terns de direccibn.'

. .

. . . .. 3 ) 'compactacibn: ... .. . I.. '.. .. . . .. . a) Pata de cabra: Es un implement0 d e arrastre que consta de un

:-:.::? .. . . cilindro pesado que tiene' adosadas saliencias en forma de tacos d e . . . . 10-15 cm, de extensibn, 10s que ejercen una fuerte presidn sobre

. el suelo removido de textura arcillosa. (Fig. 6,l). Existe otra versibn, con puntas cbnicas, recomendada para suelos do texturas

, . . francas a arenosas (Fig.6,2) .

Figura 6 , l b) Rolos: Son cilindros de,

l i s a , . que aplanan el suelo en por un tractor. (Fig. 6 , 3 )

Figura 6,2 hi'erro d e gran peso, d e superficie forrna uniforrne a1 ser tracciohados

c) ~od'illo de neumAticos:'Son trenes de ruedas con neurndticos, en general provistos de aspersores de agua para mantener la ruedas

I .limpias y 'compactar la parte superior d e l suelo.(Fig.6,4) i

. .

' . I .-. . .. . - -

t I

s , . .

. . . . L

>~.k'.,:..:'.-> ..... - - < .- ...... 'i..< .: .. ....... . . . . . . . . . ..:, . . : . . ' , . " -5 " .,. ., ,,.);:- .:. . .'c) Pis6n: Es una herramienta rnenor, de uso manual, que consta . . . . . . , de una base de superficie lisa, de 5-10 kg. de peso, sujeta a un

. ' '.; .. mango que le permite al operario levantarlo y dejarlo caer, . . . : . ' produciendo la cornpactacibn. . . .

d ) Vibradores neurnAti.cos : Son martillos. neumdticos que en su extrerno tienen un pisbn. Se utilizan para compactaciones

. . . . . ' ' B i b l i o g r a f i a

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Introduccibn - Esta secci6n trata de 10s principios de movimiento de tierra utilizados para hallar el rendimiento de una mhquina. Se muestra la forma de calcular la producci6n tanto en la obra como fuera de la obra.

El rendimiento de una mflquina se mide estableciendo la rela- ci6n entre la producci6n por hora y 10s costos respectivos de posesi6n y de operacibn por hora. El rendimiento 6ptimo de una mhquina se expone del mod0 siguiente:

Costos minimo

Rendimiento 6ptimo de la mhquina = por hora

MAxima producci6n por hora

Para utilizar debidamente 10s datos sobre producci6n que incluimos en varias secciones de este manual, se deben entender bien 10s principios expuestos en la presente secci6n.

Production - Producci6n es la tasa por hora en que se mueve el material. Hay varias unidades para evaluarla:

de tierra en banco - yd3 en b - yd3 en b de tierra suelta - yd3 s - yd3 tierra suelta de tierra compactada - yd3 comp. - yd3 tierra comp.

de tierra en banco - yd3 en b - m3 en b m%e tierra suelta - m3 s - m3 tierra suelta m3 de tierra compactada - m3 comp. - m3 tierra comp. Toneladas (toneladas cortas inglesas. o toneladas metricas)

En la mayoria de 10s trabajos de movimiento de tierra y traslado de material, se calcula la production multiplicando la cantidad de material movido en cada ciclo por el numero de ciclos en una hora.

Producci6n = Cargalciclo x Cicloslhora

La carga se mide en las siguientes formas: 1) peshndola. 2) mediante cslculos. 3) por medio de una secci6n transversal del corte o relleno.

Medicion del Volumen - El volumen de tierra ie define s e e n el estado en que se halla a1 moverla. Damos las tres medi- das de volumen que se utilizan:

yd3b (m3 en b) - Un metro cubico (m3) como se encuentra en estado natural.

yd3s (m3 s) - Un metro cubic0 (m3) de material expan- dido como resultado de haberse excavado y cargado.

yd3 comp. - Un metro cubico (m3) de material cuyo (m3 comp.) volurnen se ha reducido por compactaci6n.

(Para simplificar la informaci6n utilizaremos s610 idades del sistema metrico. Pueden substituirse con equivag tes del sistema ingles. E n la soluci6n de problemas se utilizaran separadamente ambas unidades.)

Generalmente, el movimiento de tierra se calcula en m3 en banco. Por lo tanto, para estimar la producci6n, debe conocerse la relaci6n entre el volumen de tierra en banco, el de la tierra suelta y el de la tierra compactada.

Por ejemplo, supongamos que un m3 de material en banco pesa 1800 kg. Debido a las caracteristicas de material, el m3 en banco se expande a 1,3 m3 cuando se carga. El volumen resultante de 1,3 m3 esa 1800 kg, y su expansi6n es del30%. B Si se compacta el m en banco, - o su equivalente 1,3 m3 de material suelto - su volumen se reducirh probablemente a 0,8 m3 compactados, per0 su peso es aun de 1800 kg.

Si se conoce el porcentaje de expansi6n del material, se puede obtener el factor volumetrico de conversibn (F.V.C.) utilizando la siguiente relacibn:

F.V.C. = 100%

100% + % de expansidn

. En la Seccibn de Tablas de este manual, se dan 10s factore,

volumetricos de conversibn para varios materiales.

, Para estimar la carga util de una mhquina en m3 en hanco. se multiplica el volumen en m3 de tierra suelta por el factor volumetrico de conversibn:

Carga (m%n b) = m3s x F.V.C.

La relaci6n entre el volumen del material compactado y en banco se denomina factor de compresibilidad (F.C.).

F.C. = Metros cubicos compactados (m3 compact.) Metros cubicos en banco (m3 b)

El factor de compresibilidad se estima o se obtiene de 10, datos del trabajo, o de las especificaciones que muestran la con. versibn del volumen compactado a volumen en banco. No d e b confundirse el factor de compresibilidad con el porcentaje de compactaci6n (utilizado a1 especificar la densidad de 10s rellr nos, tales como el de Proctor Modificado o el CBR).

Ejemplo:

Se debe construir para un puente un terraplen de acceso dc 7650 m3 de arcilla seca, cuyo factor de compresibilidad sen dr 0.80. La capacidad indicada del vehiculo de acarreo es dr 11 m3 a ras, y 15m3 colmados.

~Cuhntos m3 en banco se necesitan? ~Cuhntas cargas YO requieren?

rn3 compact. a.) m3 en h = - -- 7560

F. de Compresibil. - 0,80 = 9560

b.) m3 en blcarga = m3 s x F.V.C. = 15 x 0.81 = 12,4 m3 b

(El F.V.C. es 0,81 s e e n las Tablas)

~ -

Alediciones de la densidad del suelo - Hay varios metodos adecuados para determinar la densidad del suelo. Los que se emplean en la actualidad son 10s siguientes:

Indicador por radiaci6n de la densidad y la humedad Metodo de con0 de arena Metodo con aceite hletodo de globo Metodo de cilindro

Excepto el metodo de radiacibn, todos 10s demhs utilizan el procedimiento siguiente:

1. Se saca una muestru clel suelo, en estado natural. 2. Se calcula el volu~nc!n o capacidad del agujero. 3. Se pesa la muestra tlcl suelo.

b 4. Se calcula la densidad en kglm3 en b (lblyd3 b) La medici6n a base de radiacibn es uno de 10s metodos mhs

avanzados para medir la densidad y humedad del suelo. Una fuente comun de radiacibn ernite ya sea neutrones o rayos gama dentro del suelo. Se determina la densidad del suelo considerando que el numero de rayos gama que las particulas del suelo absorben y dispersan por reflexibn es INDIRECTAMENTE proportional a la densidad del suelo. La medida del contenido de humedad se basa en que el numero de neutrones moderados que se reflejan hacia el detector, despues de chocar con las partlculas de hidrbgeno del suelo, es DIRECTAMENTE pro- porcional a1 contenido de humedad del suelo.

Empleando correctamente cualquiera de estos metodos, se hallan con exactitud las densidades. Es necesario repetir la operaci6n a fin de obtener el termino medio.

PRODUCCION SOBRE DATOS REALES

Modo de pesar la carga - El metodo mtis exacto para determinar la carga acarreada es pestindola. En 10s vehiculos de acarreo, esto se hace usualmente midiendo separadamente con hasculas porttitiles el peso sobre cada rueda o eje. Puede utili- zarse cualquier bhscula de capacidad y exactitud adecuadas. .\I pesar, la mtiquina debe estar relativamente a nivel, a fin de reducir 10s errores. E s necesario efectuar el numero suficiente de pesadas, a fin de obtener un termino medio correcto. El peso Iota1 de la mhquina es la suma de 10s pesos parciales sobre las ruedas o ejes.

Para determinar el peso de la carga, se resta el peso del vehiculo vacio del peso bruto total. .-- -

Peso de la carga = Peso bruto del . vehiculo - peso del vehiculo vacio

Para determinar el volumen en metros clibicos en banco del material que acarrea una maquina, se divide el peso de la carga por la densidad del material en banco.

Peso de la carga m3 en b =

Densidad en banco

Estudios del tiempo invertido - Para estimar la produccibn hay que determinar el ndmero de viajes completos que hace una mhquina por hora. Antes de esto, debe hallarse el tiempo que invierte la maquina en cada ciclo. Se mide facilmente con ayuda de un cronbmetro. E s necesario medir el tiempo de varios ciclos completos a fin de obtener el tiempo medio por ciclo. Dejando que el cron6metro continfie marcando, se pueden registrar las diversas porciones de cada ciclo, tales como el tiempo de carga, el tiempo de espera, etc. El conocer separadamente 10s tiempos de las porciones facilita la evaluacibn respecto a la disposi- ci6n y uso de la flotilla de mkquinas, y la eficiencia del plan. Presentamos, a continuaci611, un formulario para analizar 10s tiempos parciales del ciclo de las traillas.

Si desea usted incluir otras porciones del ciclo, tales como el tiempo de acarreo, el tiempo de descarga, etc.. le sera facil hacer las modificaciones consiguientes de esta tabla. Ademas, se pueden hacer formularios similares para empujadores, cargadores, tractores con hoja topadora, etc. E L TIEMPO DE ESPERA es el que invierte una maquina en esperar a otra, a fin de hacer juntas una operaci6n (una mototrailla que espera a1 empujador). EL TIEMPO DE DEMORA es el que transcurre cuando una maquina no participa en el ciclo de trabajo, per0 no se trata de espera. (Una trailla que se detiene. por ejemplo. mientras pasa un tren por la via).

Para hallar 10s viajes por hora al 100% de eficiencia, divida 60 minutos por el tiempo medio del ciclo, menos el tiempo total transcurrido en esperas y demoras. Algunos contratistas incluyen en el tiempo del ciclo el que transcurre en esperas o demoras, o en ambas. Por ' lo tanto, es posible considerar diferentes clases de produccibn: produccibn medida, produccibn sin considerar el tiempo en demoras, produccion maxima, etc. Por ejemplo:

Tiempo invertido en la produccibn: incluye todos 10s tiempos de espera y 10s que pierden en demoras.

Produccibn (sin considerar el tiempo en demoras): incluye el tiernpo de espera que se considera normal, per0 no el que se pierde en demoras.

Producci6n maxima: para calcular la produccibn maxima (u bptima) se eliminan 10s tiempos de espera y las demoras. Se podria modificar mas adn el tiempo del ciclo utilizando un tiempo bptimo de carga, basado en 10s resultados de un estudio para conseguir el mejoramiento en la operacibn de carga.

Ejernplo con Unidades Inglesas:

E n un estudio de las operaciones con mototraillas de ruedas, ejecutado en la obra misma, se obtuvieron 10s siguientes datos:

Tiempo rnedio de espera = 0,28 minutos Tiempo medio en demoras = 0,25 Tiempo medio de carga = 0,65 Tiempo medio de acarreo = 4,26 Tiempo medio de descarga = 0,50 Tiempo medio de retorno = 2,09 Ciclo total (termino medio) = 8,03

-

Menos esperas y demoras = 0,53 Ciclo medio (100% de eficien.) = 7,50 minutos

~. Peso de la unidad de acarreo vacia - 48 650 lb Pesos de la unidad de acarreo cargada: 2, -. ,'

Pesada No. 1 - 93 420 lb Pesada No. 2 -- 89 770 Ib Pesada No. 3 - 88 760 1b

271 950 Ib (peso medio = 90 650 Ib) . . . ~ - .-

1. Peso medio de carga = 90 650 lb - 48 650 Ib = 42 000 lb 2. Densidad (lblyd3 en b) = 3125 lblyd3 b

Peso de carga 3. Carga =

Densidad en banco

- - - 42 000 Ib

3125 Iblyd3 en b = 13,4 yd3 en b

60 minutoslh 60 minutoslh -8,0 Cicloslh = - - -

Tiempo del ciclo 7,50 minlciclo cicloslh

5. Produccibn = Cargdciclo x cicloslh (menos demoras) = 13,4 yd3 en bl ciclo x 8,O cicloslh

= 107,2 yd3 en blh

Eiern~lo con Unidades Mdtricas

Repetimos a continuacion, en unidades metricas, el ejemplo de la pagina anterior sobre Rendimiento de las mototraillas de ruedas:

Tiempo medio de espera = 0,28 minutos Tiempo medio de demoras = 0,25 Tiempo medio de carga = 0,65 Tiempo medio de acarreo = 4,26 Tiempo medio de descarga = 0,50 Tiempo medio de retorno = 2,09 Ciclo total (termino medio) = 8,03 Menos esperas y demoras = 0,53 Ciclo medio (100% de eficien.) = 7,50 minutos

Peso de la unidad de acarreo vacia - 22 070 kg Pesos de la unidad de acarreo cargada:

Pesada No. 1 - 42 375 kg Pesada No. 2 - 40 720 kg Pesada No. 3 - 40 260 kg

- 123 355 kg (peso medio = 41 120 kg) 1. Peso medio de carga = 41 120 kg - 22 076 kg = 19 050 kg 2. Densidad (kglm3 en b) = 1854 kg/m,' b

Peso de carga 3. Carga =

Densidad en btrnco

- - 19 050 kg 1854 kglm" = 10,3 m%

60 minutoslh 60minutosll1 4. Cicloslh = - - - -8.0 -

Tiempo del ciclo 7,50 ~iinlciclo ciclos/h

5. Producci6n = Cargalciclo x cicloslh (menos demoras) = 10,3 m3 en blciclo x 8.0 cicloslh

= 82 m3 blh . . PRODUCCION, CALCULO CON FORMULAS

E s necesario, a menudo, estimar la produccion de las maquinas de movimiento de tierra que van a elegirse para un trabajo. A mod0 de guia, vam& a tratar en el resto de esta secci6n de 10s diversos factores de produccibn. Algunas cifras se han redondeado para facilitar 10s c~lculos.

Resistencia a la Rodadura. La resistencia a la rodadura (ItIl) es una medida de la fuerza que habra que vencer para conseguir la rotaci6n de una rueda en el suelo. El resultado depende tie las condiciones del terreno y la carga del vehiculo, pues mientras rnhs se hunden las ruedas en el suelo, mayor es la resistencia. La friccibn interna y las flexiones de 10s neumaticos tambidn contribuyen a produ&r resistencia. La experiencia ha mostrado que por cada tonelada corta (o tonelada m6trica) de peso sol)rc las ruedas hay que vencer una resistencia minima de 40 lb (20 kg). Si se trata de neumtiticos radiales o de carniones con neulnh- ticos duales, la resistencia es de 30 Ib (15 kg!. Se ha observado tambien que cada pulgada (2,5 cm) de penetracibn de 10s neunid- ticos crea una resistencia adicional de 30 lb por cada tonelatla corta (15 kgpor tonelada metrica). Estos dos valores se combi- nan para obtener el factor de resistencia a la rodadura, la cual se expresa en lblton (kgltonelada metrica).

- ___. I

Factor de Resistencia a la Rodadura (RR) = 40 lblton + (30 lbltonlpulg x pulg) = 20 kglton + (6 kgltlcm x cm)

Por lo tanto, se calcula la RR utilizando el Factor de Resis- tencia y el peso bruto del vehiculo (PBV) en toneladas.

RR = Factor RR x PBV La RR se expresa en Ib (kg).

Hay otro metodo para calcular :a RR, en que se utilizan deter- minados porcentajes del peso de la mhquina. Se basa en que la resistencia minima es mas o menos igual a1 2% (1,5% en camiones de neumaticos radiales o con duales) del peso bruto del vehiculo sobre 10s neumhticos, y que la resistencia por cada pulgada de penetracibn de 10s neumhticos (0,6% por cada centimetro) es igual a1 1-112% del PBV. Por lo tanto, la resistencia a la rodadura puede calcularse asi.:

RR = 2% del PBV + 15% del PBV por pulg de penetracibn. = 2% del PBV + 0.6% del PBV por cm de penetracibn.

Debe advertirse que no es necesario que haya penetracibn para aue la resistencia a la rodadura sea mas del minimo. Si la superficie cede bajo la carga, 10s efectos son casi 10s mismos, pues su resultado es similar a1 de subir una pendiente. En super- ficies duras y parejas, con base bien compacta, la resistencia a la rodadura es minima.

Cuando hay penetracion, la resistencia a la rodadura aumenta se@n Sean la presibn de inflado y el diseiio de la banda de rodadura.

NOTA: Al calcular la fuerza de traccion requerida en 10s tractores de cadenas, s610 se considera la resistencia a la rodadura en relacion con el PESO SOBRE LAS RUEDAS del vehiculo remolcado. Puesto que 10s tractores de cadenas tienen rodillos de acero que ruedan en sus propios rieles, la RR es relativamente constante, y se considera en las hojas de especifica- - ciones al evaluar la traccibn en la barra de tiro.

Resistencia en Pendientes (RPI es la fuerza oue debe vencer . . una maquina en pendientes desfavorables (cuesta arriba). Ayuda en pendientes es la fuerza que favorece el movimiento de una miquina en pendientes favorables (cuesta abajo).

Las pendientes suelen medirse en porcentaje de inclinacibn. o sea la relacibn entre la diferencia de nivel y la distancia horizontal. Por ejemplo, 1% expresa la diferencia de nivel de 1 pie por cada 100 pies (1.0 m en cada 100 m) de distancia horizontal; una diferencia de nivel de 15 pies (4.6 m) en 175 pies (53,5 m) representa una pendiente de 8,690.

15 pies (diferencia) = Pendiente de 8.6%

175 pies (distancia horizontal)

4,6 m (diferencia) = Pendiente de 8,670 5,3 m (distancia horizontal)

Las pendientes cuesta arriba se denominan adversas, y las des- cendentes, favorables. En la resistencia en pendientes, el porcentaje va precedido por el signo positivo (+), y la ayuda en pendientes por el signo negativo (-).

En toda pendiente adversa, cada tonelada del peso del vehiculo crea una resistencia adicional de 20 Ib (10 kg) por cada 1 YO de inclinaci6n. Esta relacibn sirve de base para calcular el Factor de Resistencia en Pendientes, el cud se expresa en Iblton. (kglt):

Factor de Resistencia en Pendientes (RP) = 20 lblton x Inclin. (YO) = 10 kglt x inclinacibn (90)

La resistencia (asi como la ayuda) en pendientes se obtiene multiplicando el Factor de Resistencia en Pendientes por el peso bruto del vehiculo (PBV) en ton. cortas (o en ton. metricas).

Resistencia en Pendientes = Factor de Resist. en Pendientes x PBV en ton.

La resistencia en pendientes se calcula tambien expresando el peso bruto en porcentaje. Este metodo se basa en que la resistencia en pendientes es mhs o menos igual al 1% del peso bruto del vehiculo multiplicado por el % de inclinacibn.

La resistencia (o la ayuda) en pendientes actua en l as mhquinas de ruedas y en las de cadenas.

Resistenciu total - La resistencia total (RT) es el efecto com- binado de la resistencia a la rodadura (vehiculos de ruedas) y la resistencia en pendientes. Se calcula sumando 10s valores, en Ib o kg fuerza, de la resistencia a la rodadura (RR) y la resis. tencia en pendientes (HP).

Resistencia Total = RR + RP Tambien puede indicarse la resistencia total como resisten.

cia en pendientes, expresada en % de inclination.

La resistencia total tambien se puede representar como constituida totalmente por resistencia en pendientes expresada en porcentaje de pendiente. En otras palabras, se considera que el componente de resistencia a la rodadura es una cantidad co rrespondiente de resistencia adicional en pendiente adversa. Con este enfoque, se puede calcular entonces la resistencia total en terminos de porcentaje de pendiente.

Esto se puede hacer convirtiendo el aporte de la resistencia a la rodadura en un porcentaje corespondiente de resistencia en pendientes. Dado que el 1% de pendiente adversa ofrece una resistencia de 20 Ib por cada ton (10 kglt) de peso del vehiculo, cada 20 Ib (10 kg) de RR se puede indicar con el 1% adicional de pendiente adversa. Despuks, se suma el porcentaje de incli. nacibn, que denota la resistencia a la rodadura, al porcentaje de la pendiente, y se obtiene la Resistencia Total (en 901, deno- minada tambien pendiente compensada. Damos a continuacibn las fbrmulas respectivas. Resistencia a la Rodadura (%) = 270 + 1.5% por pulg. de

penetracibn de 10s neumaticos

= 2% + 0,6% por cm de penetracibn de 10s neumaticos

Resistencia en las Pendientes (90) = Pendiente en % Pendiente compensada (%) = RR (%) + RP (%)

La pendiente compensada es muy dtil en las gr&ficas de pendiente-velocidad-tracci6n en las ruedas, asi como en las gr8- ficas del retardador, en las de rendimiento de 10s frenos, y en las graficas sobrc? 10s tiempos de viaje.

Traccidn - Traccibn es la fuerza propulsora en las ruedas o cadenas. Se expresa como fuerza dtil en la barra de tiro o en las ruedas propulsoras. Los siguientes factores influyen en la tracci6n: el peso en las ruedas propulsoras o en las cadenas, la acci6n de agarro de las ruedas o cadenas. y las condiciones del suelo. El coeficiente de traccion (en cualquier camino) es la relacibn de la fuerza mhxima de tiro de la mhquina, y el peso total sobre las ruedas propulsoras, o cadenas.

Fuerza de Tiro Coeficiente de Traccibn = Peso en las ruedas propulsoras

o cadenas

hlodo de hallar la fuerza de tiro utilizable en una maquina: Fuerza de tiro utilizable = Coef. de traccibn x

peso en las ruedas propulsoras o cadenas

Ejemplo: Tractor de Cacl~ iQu6 fuerza de traccibrl utilizable en la barra de tiro puede

ejercer un tractor de catlenas de 59 100 Ib (26 800 kg) cuando trabaja en tierra firme . . . asi como en tierra suelta? (Vea el coeficiente de traccibn en la seccion de tablas.)

Res~uesta:

Tierra firme - T.B. de T. utilizable=0.90 x 59 1 0 0 ~ 5 3 190 Ib 0.90 x 26 800=24 120 kg .,. -

Tierra suelta-T.B. de T. ut,ilizable= 0,60 x 59 1 0 0 ~ 3 5 460 16 0.60 x 26 800=16 080 kg

Si para mover una carga se necesitan 48 000 Ib (22 000 kg) de traccibn, ese tractor moveria la carga en tierra firme, per0 las cadenas girarian en falso en tierra suelta.

NOTA: Los Tractores D l l N , D9L y D8L, por su tren de rodaje suspendido, pueden tener un coeficiente mhs alto. Resistencia en Pendientes = 1% del PBV x % de Iclinacibn

-- ~p --

I - -- Factor de Resistencia a la Rodadura (RR)

= 40 lblton + (30 lbltonlpulg x pulg) = 20 kglton + (6 kgltlcm x cm)

Por lo tanto, se calcula la RR utilizando el Factor de Resis- tencia y el peso bruto del vehiculo (PBV) en toneladas.

RR = Factor RR x PBV La RR se expresa en lb (kg).

Hay otro metodo para calcular :a RR, en que se utilizan deter- minados porcentajes del peso de la mhquina. Se basa en que la resistencia minima es mas o menos igual a1 2% (1,5% en camiones de neumhticos radiales o con duales) del peso bruto del vehiculo sobre 10s neumhticos, y que la resistencia por cada pulgada de penetraci6n de 10s neumhticos (0,6% por cada centimetro) es igual al 1-112% del PBV. Por lo tanto, la resistencia a la rodadura puede calcularse asi.:

RR = 2% del PBV + 1,570 del PBV por pulg de penetracibn. = 2% del PBV + 0,690 del PBV por cm de penetraci6n.

Debe advertirse que no es necesario que haya penetraci6n para que la resistencia a la rodadura sea mas del minimo. Si la ;uperficie cede bajo la carga, 10s efectos son casi 10s mismos, pues su resultado es similar al de subir una pendiente. En super- ficies duras y parejas, con base bien compacta, la resistencia a la rodadura es minima.

Cuando hay penetraci611, la resistencia a la rodadura aumenta s e d n Sean la presion de inflado y el disefio de la banda de rodadura.

NOTA: Al calcular la fuerza de tracci6n requerida en 10s tractores de cadenas, so10 se considera la resistencia a la rodadura en relaci6n con el PESO SOBRE LAS RUEDAS del vehiculo remolcado. Puesto que 10s tractores de cadenas tienen rodillos de acero que ruedan en sus propios rieles, la RR es relativamente constante, y se considera en las hojas de especifica- -- ciones al evaluar la tracci6n en la barra de tiro.

Resistencia en Pendientes (RP) es la fuerza que debe vencer una maquina en pendientes desfavorables (cuesta arriba). Ayuda en pendientes es la fuerza que favorece el movimiento de una maquina en pendientes favorables (cuesta abajo).

Las pendientes suelen medirse en porcentaje de inclinaci6n. o sea la relacion entre la diferencia de nivel y la distancia horizontal. Por ejemplo. 1% expresa la diferencia de nivel de 1 pie por cada 100 pies (1.0 m en cada 100 m) de distancia horizontal; una diferencia de nivel de 15 pies (4.6 m) en 175 pies (53,5 m) representa una pendiente de 8,690.

15 pies (diferencia) = Pendiente de 8,6%

175 pies (distancia horizontal)

4.6 m (diferencia) = Pendiente de 8,6%

5,3 m (distancia horizontal) Las pendientes cuesta arriba se denominan adversas, y las des- cendentes, favorables. En la resistencia en pendientes, el porcentaje va precedido por el signo positivo (+), y la ayuda en pendientes por el signo negativo (-).

En toda pendiente adversa, cada tonelada del peso del vehiculo crea una resistencia adicional de 20 lb (10 kg) por cada 190 de inclinaci6n. Esta relacion sirve de base para calcular el Factor de Resistencia en Pendientes, el cud se expresa en Iblton. (kglt):

Factor de Resistencia en Pendientes (RP) = 20 lblton x Inclin. (%) = 10 kglt x inclinaci6n (70)

La resistencia (asi como la ayuda) en pendientes se obtiene multiplicando el Factor de Resistencia en Pendientes por el peso bruto del vehiculo (PBV) en ton. cortas (o en ton. metricas).

Resistencia en Pendientes = Factor de Resist. en Pendientes x PBV en ton.

La resistencia en pendientes se calcula tambien expresando el peso bruto en porcentaje. Este metodo se basa en que la resistencia en pendientes es mhs o menos igual a1 1% del peso bruto del vehiculo multiplicado por el % de inclinaci6n. Resistencia en Pendientes = 1% del PBV x % de Iclinacion

--

La resistencia (o la ayuda) en pendientes actlia en las mhquinas de ruedas y en las de cadenas.

Resistencia total - La resistencia total (RT) es el efecto corn. binado de la resistencia a la rodadura (vehiculos de ruedas) y la resistencia en pendientes. Se calcula sumando 10s valores, en Ib o kg fuerza, de la resistencia a la rodadura (RR) y la resis. tencia en pendientes (RP).

Resistencia Total = RR + RP

Tambien puede indicarse la resistencia total como resisten. cia en pendientes, expresada en 90 de inclinaci6n.

La resistencia total tambien se puede representar como constituida totalmente por resistencia en pendientes expresada en porcentaje de pendiente. En otras palabras, se considera que el componente de resistencia a la rodadura es una cantidad correspondiente de resistencia adicional en pendiente adversa. Con este enfoque, se puede calcular entonces la resistencia total en terminos de porcentaje de pendiente.

Esto se puede hacer convirtiendo el aporte de la resistencia a la rodadura en un porcentaje corespondiente de resistencia en pendientes. Dado que el 1 % de pendiente adversa ofrece una resistencia de 20 Ib por cada ton (10 kglt) de peso del vehiculo. cada 20 lb (10 kg) de RR se puede indicar con el 1% adicional de pendiente adversa. Despues, se suma el porcentaje de incli. naci6n, que denota la resistencia a la rodadura, a1 porcentaje de la pendiente, y se obtiene la Resistencia Total (en %), deno- minada tambien pendiente compensada. Damos a continuaci6n las formulas respectivas. Resistencia a la Rodadura (%) = 2% + 1,5% por pulg. de

penetracibn de 10s neumaticos

= 2% + 0.6% por cm de penetraci6n de 10s neumhticos

Resistencia en las Pendientes (70) = Pendiente en % Pendiente compensada (90) = RR ( % I + RP (70)

La pendiente compensada es muy util en las grlficas de pendiente-velocidad.tracci6n en las ruedas, asi como en las gra ficas del retardador, en las de rendimiento de 10s frenos, y en las grlificas sobro 10s tiempos de viaje.

-- .- - - -. -

Traccidn - Traccion es lo fuerza propulsora en las ruedas 0 cadenas. Se expresa como fuerza util en la barra de tiro o en las ruedas propulsoras. Los siguientes factores influyen en la tracci6n: el peso en las ruedas propulsoras o en las cadenas, la acci6n de agarro de las ruedas o cadenas, y las condiciones del suelo. El coeficiente de traccion (en cualquier camino) es la rela- ci6n de la fuerza maxima de tiro de la maquina, y el peso total sobre las ruedas propu!soras, o cadenas.

Fuerza de Tiro

Coeficiente de Tracci6n = Peso en las medas propulsoras o cadenas

Modo de hallar la fiierza de tiro utilizable en una maquina: 'Fuerza de tiro utilizable = Coef. de traccibn x

peso en las ruedas propulsoras o cadenas

Ejemplo: Tractor de Cac*

~ Q u e fuerza de tracci6ri utilizable en la barra de tiro puede ejercer un tractor de cadcnas de 59 100 Ib (26 800 kg) cuando trabaja en tierra firme . . . asl como en tierra suelta? (Vea el coeficiente de tracci6n en la seccion de tablas.)

Resouesta:

Tierra firme - T.B. de T. utilizable=0.90 x 59 100=53 190 lb 0,90 x 26 800=24 120 kg

Tierra suelta-T.B. de T. utilizable= 0,60 x 59 1 0 0 ~ 3 5 460 Ib 0,60 x 26 800=16 080 kg

Si para mover una carga se necesitan 48 000 Ib (22 000 kg) de traccihn, ese tractor moveria la carga en tierra firme, per0 las cadenas girarian en falso en tierra suelta.

NOTA: Los Tractores D l l N , D9L y D8L. por su tren de rodaje suspendido, pueden tener un coeficiente m l s alto.

--- Ejemplo: Mototrailla de Ruedas

~ Q u e propulsibn utilizable en las ruedas propulsoras puede tener una maquina de tamafio 621 que trabaja en tierra firme

- . . . asi como en tierra suelta? Asi se divide el peso total de la unidad cargada:

Ruedas Propulsoras: 52000 lb (23 600 kg)

Ruedas de la Trailla: 48000 lb (21 800 kg)

Recuerde que so10 se considera el peso en las ruedas propulsoras.

Respuesta:

Tierra firme - 0,50 x 52 000 = 26 000 lb 0.50 x 23 600 = 11 800 kg

Tierra suelta- 0.40 x 52 000 = 20 800 lb 0,40 x 23 600 = 9440 kg

En tierra firme, esta maquina puede ejercer, sin resbala- miento, hasta 26 000 lb (11 800 kg) de tracci6n en las ruedas. Sin embargo, en tierra suelta las ruedas propulsoras girarian en falso si tuviesen m l s de 20 800 lb (9435 kg) de traccibn. . . .

Altitud - Las hojas de especificaciones muestran la fuerza de traccion que puede producir una mhquina a cierta marcha y velocidad cuando el motor funciona a la potencia indicada. Cuando una mhquina estlndar funciona a grandes altitudes. podria ser necesario reducir la potencia del motor a fin de lograr una vida util normal. Con esta reducci6n de la potencia del motor habra menos fuerza de arrastre en la barra de tiro o de tracci6n en la rueda.

La seccibn de Tablas indica la reducci6n de potencia a causa de la altitud en porcentaje de la potencia en la barra de tiro de las mhquinas de modelos recientes. Debe advertirse que en algunas mlquinas con motor turboalimentado s610 se baja la potencia a partir de 10 000 pies (3000 m). La mayoria de las maquinas se disefian para funcionar hasta 5000 pies (1500 m) sin tener que reducir la potencia a causa de la altitud.

En todo calculo de producci6n, debe considerarse la reduc- ci6n de potencia a causa de la altitud. La menor potencia resultante se manifiesta a1 escalar pendientes y en 10s tiempos obtenidos en las operaciones de carga. viaje y descarga (a menos que la operacibn de carga sea independiente de la mgquina).

En el problema que sigue a esta explicaci6n. se presenta un metodo sobre la perdida de potencia en altitudes. Consiste en aumentar el tiempo de 10s componentes del ciclo total mediante un porcentaje igual a1 de la perdida de potencia a causa de la altitud. (Por ejemplo, si esta comprobado que el tiempo de viaje de un tractor-trailla es de 1 minuto a plena potencia, aumen- tarh el tiempo a 1,10 minutos a una altitud que reduzca dicha potencia a1 90%). E s solo un metodo aproximado. Da resultados aceptables hasta 10s 10 000 pies (3000 m) de altitud.

El tiempo de viaje de las mototraillas con perdida de mas del 10% debe calcularse se@n se indica abajo, utilizando las grlficas de Pendiente-Velocidad-Traccion.

1) Determine la resistencia total (pendiente mas resistencia a la rodadura). (Punto A de la grhfica).

- - /-

.-- *.-- .- PESO BRUT0 DEL VEHICULO

VAClO CARGADO I

F VELOCIDAD

2) A partir del punto A, siga la diagonal de resistencia total hasta su intersection con la linea vertical correspondiente a1 PBV, o sea el punto B. Las lineas de PBV con carga indicada y sin carga son de puntos.

3) Usando una regla, trace una linea horizontal hacia la izquierda, del punto B a1 C, en la escala de fuerza de traccion.

4) Divida el valor que se indica en el punto C de la escala de traccibn por el porcentaje de la potencia total disponible, des-

pues de la perdida por altitud, se@n se indica en la secci6n 26. Esto da el valor de traccibn D, que es mas alto que C.

5) Trace una linea horizontal desde D. La intersecci6n mAs lejana de esta linea con una curva de velocidad es el punto E.

6) Una linea vertical desde el punto E toca el punto F en la escala de velocidades.

7) Multiplique la velocidad en mph por 88 (kmlh por 16,7) a fin de obtener la velocidad en pies (o en metros) por minuto. Mediante la siguiente fbrmula se otiene el tiempo en minutos de viaje para una determinada distancia en pies o metros:

Distancia en pies (m) . Tiempo (min) =

Velocidad en pies (m)lminuto - Graficas sobre Tiempos de Viuje - Otra forma adicional de

calculnr 10s tiempos de acarrco y de retorno es con las grhficas sobre tiempos de viaje de lau Mototralllas de Ruedas (Seccion 11) y las de 10s Camiones para fuera de la carretera (Seccion 16). En la Secci6n 11, pagina 11, se indica la forma de utilizar dichas grhficas.

Eficiencia en la Obra - La eficiencia en el trabajo es uno de 10s elementos mas complicados para estimar la production, pues influyen factores tales como la pericia del operador, las reparaciones pequeiias y 10s ajustes, las demoras del personal, y 10s retardos a causa del plan de trabajo. Damos a continuaci6n cifras aproximadas sobre eficiencia, si no hay disponibles datos obtenidos en el trabajo.

Efic. de Trabajo Factor tle Operacion Minutos por Hora Eficiencia Trabajo Diurno 50 minlhora 0,83 Trabajo Nocturno 45 minlhora 0,75

Estos factores no toman en cuenta las demoras a causa del ma1 tiempo, las reparaciones generales ni parciales. Cuando se hagan 10s c8lculos, hay que utilizar dichos factores de acuerdo con la experiencia y las condiciones locales.

Eiern~lo en Unidades I n ~ l e s a s

Enunciado del Problema:

Un contratista piensa utilizar la siguiente flotilla ara cons. B truir una presa. ~ C u a l es la produccibn y costolyd en b?

Equipo 4. Pkrdida de potencia por altitud: 11 - Mototraillas de Ruedas 631E -a

a. Compruebe la potencia disponible a 7500 pies de altitud 5 2 - Tractores D9L (Hoja Empujadora C) en la Secci6n de Tablas. u . , 2 - Motoniveladoras 12G. 631 E - 100% 1 - Comoactador de Pisones 825C D9L - 100%

DATOS CONOCIDOS Material

Description - Arcilla arenosa en banco natural humedo b. Ajustes Densidad del banco - 3000 lblyd3 en banco Tiempo de la carga - controlado por el D9L a 100% de Factor Volumktrico de Conversi6n = 0.80 potencia: no cambia. Factor de Compresibilidad = 0,85 Tiempo de viaje, maniobras y esparcimiento del 631E: Factor de Tracci6n = 0,50 , :_ no cambia. Altitud: 7500 pies -

Disposicibn de la obra - acarreo y retorno: Seccion D ~endiente: 0%

I

Secci6n A Secci6n B Relleno de 4 0 0 pies Pendiente: 0%

I Pendiente: 0%

I RR (200 Ihlton = low P.C.)

Corle de 400 pies Acarreo de 1500 pies RR (200 lbfion = RR (80 ibllon = 10% P.C.) 4% P.C.)

Pendiente Total o Compensada = RR (70) + RP (90) 5. Comparacibn entre la Resistencia Total y el Esfuerzo de Sec. A: Pendiente Total o Compensada = 10% + 0% = 10% traccion en el acarreo Sec. B: P~ndiente Total o Compensada = 4% + 0% = 4% Resistencia en las Pendientes: Sec. C : Pendiente Total o Compensada = 4% + 4% = 8% RP = lblton x toneladas x pendiente adversa en porcentaje. Sec. D: Pendiente Total o Compensada = 10% + 0% = 1090 Sec. C: = 20 lblton x 81.5 ton. x 490 de pendiente = 6520 Ib

1. Estimacibn de la Carga Util: Resistencia a la Rodadurcr. Carga estimada (yd3 s) x F.V.C. x Densidad en Banco = RR = lblton x peso en t 31 yd3 x 0,80 x 3000 lblyd" b = 75 000 Ib de carga util Sec. A: = 200 lblton x 81.2 ton = 16 240 lb

Sec. B: = 80 lblton x 81,2 ton = 6 496 1b 2. Peso de la maquina: Sec. C: = 80 lblton x 81,2 ton = 6 496 1b Peso de la mhquina vacia - 88 000 lb o 44 ton. Sec. D: = 200 lblton x 81,2 ton = 16 240 Ib Peso de la carga - 74 400 Ib o 37,2 ton. Total (P.B.V.) - 162 400 lb o 81.2 ton. Resistencia Total:

RT = RR + RP 3. Fuerza de traccion utilizable: Sec. A: = 16 240 Ib + 0 = 16 240 lb Cargada: (peso en las ruedas propulsoras = 54%) Sec. B: = 6 496 Ib + 0 = 6 496 1b

Factor de tracci6n x peso en las ruedas propulsoras = 0.50 x 162 400 lb x 54% = 43.848 Ib

Sec. C: = 6 496 1b + 6 496 1b = 12 992 1b Sec. D: 7 16 240 lb + 0 = 16 240 Ib

Vacia: (peso en las ruedas propulsoras = 69%) - - - - - - - Factor de traccion x peso en las ruedas propulsoras = Determine el tiempo de viaje de retorno mediante la grafica

- 0.50 x 88 000 lb x 69% = 30.360 lb del tiempo de viaje de la 631E vacia. - --

Compare la tracci6n en lb disponible con la traccion maxima Tiempo de viaje (de las graficas) = 2,15 que se requiere para mover la 631E. Sec. D - 0,40

Tracci6n utilizable: 43 848 lb (cargado) Sec. C - 0,55 Tracci6n requerida para la resistencia total: 16 240 lb Sec. B - 0.80

Determine el tiempo de viaje para el acarreo mediante la grh- Sec. A - 0,40 fica del tiempo de viaje de la 631E cargada. El tiempo de viaje 7. Estimacibn del ~i~~~~ lnvertido en el ciclo de ~ ~ ~ b ~ j ~ depende de la distancia y de la pendiente compensada. Tiempo de viaje total (acarreo y retorno) = 5,43 minutos

Tiempo de viaje de las grhficas = 3.40 minutos Ajuste por altitud: 100% x 5,40 minutos = 5,4 min. Sec. A - 0.60 Tiempo de carga 0.7 min. Sec. B - 1.0 Tiempo en maniobras y esparcimiento 0,7 min. Sec. C - 1,20 Tiempo total del ciclo 6,80 min. Sec. D - 0,60 8. Halle la mejor cornbinacion de empujador y trailla

Nota: Esta es solo una estimaci6n; no se toma en cuenta el El tiempo del ciclo del empujador consta de la carga, empuje, tiempo de aceleracion y deceleracibn, de mod0 que no es tan retorno y maniobras. Cuando no ye disponga de datos toma- exacta como la informacibn obtenida en un computador. dos en la obra, podria usarse lo siguiente:

Tiempo de empuje = 0,10 min. 6. Compare la Resistencia Total con el Esfuerzo de Traccion Tielnpo de retorno = 40% del tiempo de carga en el Retorno Tiempo en maniobras = 0,16 minutos Ayuda en Pendien tes: Tiempo del ciclo del empujador = 14090 del tiempo.de carga

AP = 20 lblton x toneladas x pendiente negativa en % + 0,25 min Sec. C = 20 lblton x 44 ton x 4% de pendiente = 3520 lb ~i~~~~ del ciclo del empujador = 140% de 0,7 min. + 0,25

Resistencia a la Rodadura = 0,98 + 0,25 = RR = Factor de RR x Peso sin Cargaltoneladas 1,23 minutos

Sec. D = 200 lblton x 44 ton = 8800 lb El tiempo del ciclo de la trailla dividido por el tiempo del ciclo Sec. C = 80 lblton x 44 ton = 3520 Ib del empujador indica el numero de traillas que pueden tralm- Sec. B = 80 lblton x 44 ton = 3520 Ib jar con cada empujador. Sec. A = 200 lblton x 44 ton = 8800 lb

6,95 minutos Reststencia Total = 5,65

RT = RR - AP 1,23 minutos Sec. D = 8800 lb - 0 = 8800 lb Cada tractor empujador trabaja comodamente con 5 traillas. Sec. C = 3520 lb - 3520 lb = 0 Por lo tanto, dos empujadores pueden trabajar bien con las once Sec. B = 3520 lb - 0 = 3520 lb traillas. Sec. A = 8800 lb - 0 = 8800 lb 9. Calculo de la Produccibn Compare la fuerza de traccibn utilizable en libras con la Cicfoslhora = 60 min 9 tiempo del ciclo total

tracci6n maxima requerida en lb para mover la 631E = 60 minlhora t 6,95 Traccibn utilizable - 30 360 lb (vacio) minutoslciclo Tracci6n requerida - 8800 lb = 8,6 cicloslhora

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SUELOS PARA OBRAS PAISAJI-S-TICAS - Cloud Storage · PDF fileEn el caso de una obra no comenzada ya es mAs dificil el tiemp ... tiempo de ciclo comprende dos partes, ... (frontal o