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  • 1. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali INDICE INTRODUCCIÓN ¿El Mono...? ¿Cómo hizo para transformarse en Hombre? . . . . . . . . . . . . La ingeniería civil en el contexto de la historia . . . . . . . . . . . . . . . . . . Herramienta manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . HISTORIA DE LA MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . CLASIFICACION DE LA MAQUINARIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maquinaria Pesada Maquinaria Semipesada Equipo Liviano Vehículos Pesados Vehículos Semipesados Vehículos Livianos APUNTES PARA LA CLASE UNIDAD DE APRENDIZAJE: EXCAVADORAS “MAQUINARÍA DE CONSTRUCCIÓN” Programa Educativo: INGENIERO CIVIL Plan de estudios: 2003-1 Vehículos según el numero de ejes Según la fuente de Energía Según el sistema de traslación Según las operaciones que realizan Herramientas menores Sistemas y Maquinaria Complementaria Equipo de Trabajo de los Operarios ............................... Definición Operaciones Esquema Aplicaciones Tipos Excavadora Normal de Cuchara Excavadora o pala cargadora con ruedas Excavadora de Mordazas RETROEXCAVADORAS Definición Operaciones Esquema Aplicaciones Tipos Retroexcavadora Mixta DRAGAS Y DRAGALINAS Definición Operaciones Esquema Aplicaciones Tipos Dragas Hidráulicas ............................... Retro araña Transporte Mantenimiento Seguridad Industrial Medio ambiente Producción y rendimientos ............................... Dragas Mecánicas Transporte Mantenimiento Seguridad Industrial Medio ambiente Producción y rendimientos TRACTORES CON HOJA DE EMPUJE Recopilados por: Definición Operaciones Esquema Aplicaciones Tipos Por el sistema de traslación De Orugas De ruedas ING. RODOLFO MORALES VELÁZQUEZ Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Mexicali, Baja California Excavadoras De Rosario Excavadora de tambor Normal Gran excavadora de minería Pequeñas Maquinas Excavadoras Transporte Mantenimiento Seguridad Industrial Medio Ambiente Producción y rendimientos Por la forma en que mueve su hoja Otra clasificación según caterpillar Accesorios Adicionales Transporte Mantenimiento Seguridad Industrial Medio Ambiente Producción y rendimientos Mayo de 2009. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página -2–
  • 2. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali ESCREPAS Y MOTOESCREPAS Definición Operaciones Esquema Tipos Aplicaciones Transporte Mantenimiento Seguridad industrial Medio Ambiente Producción y rendimientos BIBLIOGRAFÍA: 1.- MANUAL DE RENDIMIENTO, Edición 31 Caterpillar Inc., Peoria, Illinois, EE.UU. 2000 CARGADORAS FRONTALES Definición Operaciones Esquema Aplicaciones Tipos Transporte 2.- MAQUINARIA PARA LA CONSTRUCCIÓN, 4ta. Edición David A. Day Editorial Limusa, México, D.F. 1999 Mantenimiento Seguridad industrial Medio Ambiente Proveedores y Marcas Producción y rendimientos 3.- MANUAL DE MAQUINARIA DE CONSTRUCCIÓN, 3ra. Edición Manuel Díaz del Río Editorial McGraw Hill, México, D.F. 2001 UNIDADES DE ACARREO O TRANSPORTE Definición Operaciones Esquema Aplicaciones Tipos Área Urbana Área Rural Camiones Articulados Camiones fuera de carretera. Transporte Mantenimiento Seguridad Industrial Medio Ambiente Producción y rendimientos 4.- MÉTODOS DE PLANEAMIENTO Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN, 1ra. Edición R.L. Peurifoy Editorial Diana, México, D.F. 1980 5.- VÍAS DE COMUNICACIÓN, 1ra. Edición Caminos, ferrocarriles, aeropuertos, puentes y puertos Ing. Carlos Crespo Villaláz Editorial Limusa, México, D.F. 1980 EQUIPOS DE COMPACTACIÓN Definición Ensayos de compactación Control de compactación en el campo Ensayo de compactación Nuclear Ensayo GeoGauge Energía de compactación en el campo Cantidad de agua requerida Operaciones Esquema Aplicaciones Elección de maquinaria para la compactación Tipos Rodillo liso Rodillos especiales con salientes Rodillo liso vibratorio Rodillo neumático Compactadores de impacto Discos compactadores Plancha compactadora Martillos compactadores Transporte Mantenimiento Seguridad Industrial Producción y rendimientos 6.- MAQUINARIA PARA CONSTRUCCIÓN, 1ra. Edición Movimiento de tierras Ing. José Luis Méndez Álvarez Universidad Autónoma de Sinaloa, Culiacán, Sinaloa, México 1996 7.- MOVIMIENTO DE TIERRAS, 6ta. Edición Manual de Excavaciones Herbert L. Nichols, Jr. Compañía Editorial Continental, México, D.F. 1980 MOTONIVELADORAS Definición Operaciones Esquema Aplicaciones Tipos 8.- APUNTES DE MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCIÓN Ing. José Luis Gómez Reintsch Universidad Mayor de San Andrés, Bolivia Transporte Mantenimiento Seguridad Industrial Medio Ambiente Producción y rendimientos INTERNET: http://www.mexico.cat.com http://www.komatsuklc.com OTROS EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN Equipos Fresadora Perforadora de Túneles Asfaltadora o Extendedora de Aglomerado Pavimentadora Maquinas para Trabajos en Roca Camión auto bomba para el elevado/bombeo de concreto de estructuras a cualquier altura Planta de elaboración de agregados pétreos Transportes especiales por carretera de grandes equipos y maquinas Tracto camión (low boy) Zanjadora Carro maestranza o de herramientas Camión de combustible Camiones canasta Camión mezclador mixer Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página -3– Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página -4–
  • 3. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali El Mono...? Cómo hizo para transformarse en Hombre...? "El Papel del Trabajo en la Transformación del Mono en Hombre." El trabajo es la fuente de toda riqueza, afirman los especialistas en Economía política. Lo es, en efecto, a la par que la naturaleza, proveedora de los materiales que él convierte en riqueza. Pero el trabajo es muchísimo más que eso. Es la condición básica y fundamental de toda la vida humana. Y lo es en tal grado que, hasta cierto punto, debemos decir que el trabajo ha creado al propio hombre. Hace muchos centenares de miles de años, en una época, aún no establecida definitivamente, de aquel período del desarrollo de la Tierra que los geólogos denominan terciario, probablemente a fines de este período, vivía en algún lugar una raza de monos antropomorfos extraordinariamente desarrollada. Darwin nos ha dado una descripción aproximada de estos antepasados nuestros. Estaban totalmente cubiertos de pelo, tenían barba, orejas puntiagudas, vivían en los árboles y formaban manadas. Es de suponer que como consecuencia directa de su género de vida, por el que las manos, al trepar, tenían que desempeñar funciones distintas a las de los pies, estos monos se fueron acostumbrando a prescindir de ellas al caminar por el suelo y empezaron a adoptar más y más una posición erecta. Fue el paso decisivo para el tránsito del mono al hombre. Todos los monos antropomorfos que existen hoy día pueden permanecer en posición erecta y caminar apoyándose únicamente en sus pies; pero lo hacen sólo en caso de extrema necesidad y, además, con suma torpeza. Caminan habitualmente en actitud semierecta, y su marcha incluye el uso de las manos. La mayoría de estos monos apoyan en el suelo los nudillos y, encogiendo las piernas, hacen avanzar el cuerpo por entre sus largos brazos, como un cojo que camina con muletas. En general, aún hoy podemos observar entre los monos todas las formas de transición entre la marcha a cuatro patas y la marcha en posición erecta. Pero para ninguno de ellos ésta última ha pasado de ser un recurso circunstancial. Y puesto que, la posición erecta había de ser para nuestros peludos antepasados primero una norma, y luego, una necesidad, de aquí se desprende que por aquel entonces las manos tenían que ejecutar funciones cada vez más variadas. Incluso entre los monos existe ya cierta división de funciones entre los pies y las manos. Como hemos señalado más arriba, durante la trepa las manos son utilizadas de distinta manera que los pies. Las manos sirven fundamentalmente para recoger y sostener los alimentos, como lo hacen ya algunos mamíferos inferiores con sus patas delanteras. Ciertos monos se ayudan de las manos para construir nidos en los árboles; y algunos, como el chimpancé, llegan a construir tejadillos entre las ramas, para defenderse de las inclemencias del tiempo. La mano les sirve para empuñar garrotes, con los que se defienden de sus enemigos, o para bombardear a éstos con frutos y piedras. Cuando se encuentran en cautiverio, realizan con las manos varias operaciones sencillas que copian de los hombres. Pero aquí es precisamente donde se ve cuán grande es la distancia que separa la mano primitiva de los monos, incluso la de los antropoides superiores, de la mano del hombre, perfeccionada por el trabajo durante centenares de miles de años. El número y la disposición general de los huesos y de los músculos son los mismos en el mono y en el hombre, pero la mano del salvaje más primitivo es capaz de ejecutar centenares de operaciones que no pueden ser realizadas por la mano de ningún mono. Ni una sola mano simiesca ha construido jamás un cuchillo de piedra, por tosco que fuese. Por eso, las funciones, para las que nuestros antepasados fueron adaptando poco a poco sus manos durante los muchos miles de años que dura el período de transición del mono al hombre, sólo pudieron ser, en un principio, funciones sumamente sencillas. Los salvajes más primitivos, incluso aquellos en los que puede presumirse el retorno a un estado más próximo a la animalidad, con una degeneración física simultánea, son muy superiores a aquellos seres del período de transición. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página -5– Antes de que el primer trozo de sílex hubiese sido convertido en cuchillo por la mano del hombre, debió haber pasado un período de tiempo tan largo que, en comparación con él, el período histórico conocido por nosotros resulta insignificante. Pero se había dado ya el paso decisivo: la mano era libre y podía adquirir ahora cada vez más destreza y habilidad; y ésta mayor flexibilidad adquirida se transmitía por herencia y se incrementaba de generación en generación. Vemos, pues, que la mano no es sólo el órgano del trabajo; es también producto de él. Únicamente por el trabajo, por la adaptación a nuevas y nuevas funciones, por la transmisión hereditaria del perfeccionamiento especial así adquirido por los músculos, los ligamentos y, en un período más largo, también por los huesos, y por la aplicación siempre renovada de estas habilidades heredadas a funciones nuevas y cada vez más complejas, ha sido como la mano del hombre ha alcanzado ese grado de perfección que la ha hecho capaz de dar vida, como por arte de magia, a los cuadros de Rafael, a las estatuas de Thorwaldsen y a la música de Paganini. Pero la mano no era algo con existencia propia e independiente. Era únicamente un miembro de un organismo entero y sumamente complejo. Y lo que beneficiaba a la mano beneficiaba también a todo el cuerpo servido por ella; y lo beneficiaba en dos aspectos. El perfeccionamiento gradual de la mano del hombre y la adaptación concomitante de los pies a la marcha en posición erecta repercutieron indudablemente, en virtud de dicha correlación, sobre otras partes del organismo. Sin embargo, ésta acción aún está tan poco estudiada que aquí no podemos más que señalarla en términos generales. Mucho más importante es la reacción directa —posible de demostrar— del desarrollo de la mano sobre el resto del organismo. Como ya hemos dicho, nuestros antepasados simiescos eran animales que vivían en manadas; evidentemente, no es posible buscar el origen del hombre, el más social de los animales, en unos antepasados inmediatos que no viviesen congregados. Con cada nuevo progreso, el dominio sobre la naturaleza, que comenzara por el desarrollo de la mano, con el trabajo, iba ampliando los horizontes del hombre, haciéndole descubrir constantemente en los objetos nuevas propiedades hasta entonces desconocidas. Por otra parte, el desarrollo del trabajo, al multiplicar los casos de ayuda mutua y de actividad conjunta, y al mostrar así las ventajas de ésta actividad conjunta para cada individuo, tenía que contribuir forzosamente a agrupar aún más a los miembros de la sociedad. En resumen, los hombres en formación llegaron a un punto en que tuvieron necesidad de decirse algo los unos a los otros. La necesidad creó el órgano: la laringe poco desarrollada del mono se fue transformando, lenta pero firmemente, mediante modulaciones que producían a su vez modulaciones más perfectas, mientras los órganos de la boca aprendían poco a poco a pronunciar un sonido articulado tras otro. La comparación con los animales nos muestra que ésta explicación del origen del lenguaje a partir del trabajo y con el trabajo es la única acertada. Lo poco que los animales, incluso los más desarrollados, tienen que comunicarse los unos a los otros puede ser transmitido sin el concurso de la palabra articulada. Ningún animal en estado salvaje se siente perjudicado por su incapacidad de hablar o de comprender el lenguaje humano. Pero la situación cambia por completo cuando el animal ha sido domesticado por el hombre. Primero el trabajo, luego y con él la palabra articulada, fueron los dos estímulos principales bajo cuya influencia el cerebro del mono se fue transformando gradualmente en cerebro humano, que, a pesar de toda su similitud, lo supera considerablemente en tamaño y en perfección. Y a medida que se desarrollaba el cerebro, desarrollábanse también sus instrumentos más inmediatos: los órganos de los sentidos. De la misma manera que el desarrollo gradual del lenguaje va necesariamente acompañado del correspondiente perfeccionamiento del órgano del oído, así también el desarrollo general del cerebro va ligado al perfeccionamiento de todos los órganos de los sentidos. El sentido del tacto, que el mono posee a duras penas en la forma más tosca y primitiva, se ha ido desarrollando únicamente con el desarrollo de la propia mano del hombre, a través del trabajo. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página -6–
  • 4. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali El desarrollo del cerebro y de los sentidos a su servicio, la creciente claridad de conciencia, la capacidad de abstracción y de discernimiento cada vez mayores, reaccionaron a su vez sobre el trabajo y la palabra, estimulando más y más su desarrollo. Cuando el hombre se separa definitivamente del mono, este desarrollo no cesa ni mucho menos, sino que continúa, en distinto grado y en distintas direcciones entre los distintos pueblos y en las diferentes épocas, interrumpido incluso a veces por regresiones de carácter local o temporal, pero avanzando en su conjunto a grandes pasos, considerablemente impulsado y, a la vez, orientado en un sentido más preciso por un nuevo elemento que surge con la aparición del hombre acabado: la sociedad. Seguramente hubieron de pasar centenares de miles de años—que en la historia de la Tierra tienen menos importancia que un segundo en la vida de un hombre — antes de que la sociedad humana surgiese de aquellas manadas de monos que trepaban por los árboles. Pero, al fin y al cabo, surgió. ¿Y qué es lo que volvemos a encontrar como signo distintivo entre la manada de monos y la sociedad humana? Otra vez el trabajo. La manada de monos se contentaba con devorar los alimentos de un área que determinaban las condiciones geográficas o la resistencia de las manadas vecinas. Trasladase de un lugar a otro y entablaba luchas con otras manadas para conquistar nuevas zonas de alimentación: pero era incapaz de extraer de estas zonas más de lo que la naturaleza buenamente le ofrecía, si exceptuamos la acción inconsciente de la manada, al abonar el suelo con sus excrementos. Cuando fueron ocupadas todas las zonas capaces de proporcionar alimento, el crecimiento de la población simiesca fue ya imposible; en el mejor de los casos el número de sus animales podía mantenerse al mismo nivel. Pero todos los animales son unos grandes despilfarradores de alimentos; además, con frecuencia destruyen en germen la nueva generación de reservas alimenticias. A diferencia del cazador, el lobo no respeta la cabra montes que habría de proporcionarle cabritos al año siguiente; las cabras de Grecia, que devoran los jóvenes arbustos antes de que puedan desarrollarse, han dejado desnudas todas las montañas del país. Esta «explotación rapaz» llevada a cabo por los animales desempeña un gran papel en la transformación gradual de las especies, al obligarlas a adaptarse a unos alimentos que no son los habituales para ellas, con lo que cambia la composición química de su sangre y se modifica poco a poco toda la constitución física del animal; las especies ya plasmadas desaparecen. No cabe duda de que ésta explotación rapaz contribuyó en alto grado a la humanización de nuestros antepasados, pues amplió el número de plantas y las partes de éstas utilizadas en la alimentación por aquella raza de monos que superaba con ventaja a todas las demás en inteligencia y en capacidad de adaptación. En una palabra, la alimentación, cada vez más variada, aportaba al organismo nuevas y nuevas substancias, con lo que fueron creadas las condiciones químicas para la transformación de estos monos en seres humanos. Pero todo esto no era trabajo en el verdadero sentido de la palabra. El trabajo comienza con la elaboración de instrumentos. ¿Y qué son los instrumentos más antiguos, si juzgamos por los restos que nos han llegado del hombre prehistórico, por el género de vida de los pueblos más antiguos que registra la historia, así como por el de los salvajes actuales más primitivos? Son instrumentos de caza y de pesca; los primeros utilizados también como armas. Pero la caza y la pesca suponen el tránsito de la alimentación exclusivamente vegetal a la alimentación mixta, lo que significa un nuevo paso de suma importancia en la transformación del mono en hombre. El consumo de carne ofreció al organismo, en forma casi acabada, los ingredientes más esenciales para su metabolismo. Con ello acortó el proceso de la digestión y otros procesos de la vida vegetativa del organismo (es decir, los procesos análogos a los de la vida de los vegetales), ahorrando así tiempo, materiales y estímulos para que pudiera manifestarse activamente la vida propiamente animal. Y cuanto más se alejaba el hombre en formación del reino vegetal, más se elevaba sobre los animales. De la misma manera que el hábito a la alimentación mixta convirtió al gato y al perro salvajes en servidores del hombre, así también el hábito a combinar la carne con la dieta vegetal contribuyó poderosamente a dar fuerza física e independencia al hombre en formación. Pero donde más se manifestó la influencia de la dieta carnea fue en el cerebro, que recibió así en mucha mayor cantidad que antes las substancias necesarias para su alimentación y desarrollo, con lo que su perfeccionamiento fue haciéndose mayor y más rápido de generación en generación. Debemos reconocer —y perdonen los señores vegetarianos— que no ha sido sin el consumo de la carne como el hombre ha llegado a ser hombre; y el hecho de que, en una u otra época de la historia de todos los pueblos conocidos, el empleo de la carne en la alimentación haya llevado al canibalismo (aún en el siglo X, los antepasados de los berlineses, los veletabos o vilzes, solían devorar a sus progenitores) es una cuestión que no tiene hoy para nosotros la menor importancia. El consumo de carne en la alimentación significó dos nuevos avances de importancia decisiva: el uso del fuego y la domesticación de animales. El primero redujo aún más el proceso de la digestión, ya que permitía llevar a la boca comida, como si dijéramos, medio digerida; el segundo multiplicó las reservas de carne, pues ahora, a la par con la caza, proporcionaba una nueva fuente para obtenerla en forma más regular. La domesticación de animales también proporcionó, con la leche y sus derivados, un nuevo alimento, que en cuanto a composición era por lo menos del mismo valor que la carne. Así, pues, estos dos adelantos se convirtieron directamente para el hombre en nuevos medios de emancipación. No podemos detenernos aquí a examinar en detalle sus consecuencias indirectas, a pesar de toda la importancia que hayan podido tener para el desarrollo del hombre y de la sociedad, pues tal examen nos apartaría demasiado de nuestro tema. El hombre, que había aprendido a comer todo lo comestible, aprendió también, de la misma manera, a vivir en cualquier clima. Se extendió por toda la superficie habitable de la Tierra siendo el único animal capaz de hacerlo por propia iniciativa. Los demás animales que se han adaptado a todos los climas —los animales domésticos y los insectos parásitos— no lo lograron por sí solos, sino únicamente siguiendo al hombre. Y el paso del clima uniformemente cálido de la patria original, a zonas más frías donde el año se dividía en verano e invierno, creó nuevas necesidades, al obligar al hombre a buscar habitación y a cubrir su cuerpo para protegerse del frío y de la humedad. Así surgieron nuevas esferas de trabajo y, con ellas, nuevas actividades que fueron apartando más y más al hombre de los animales. Gracias a la cooperación de la mano, de los órganos del lenguaje y del cerebro, no sólo en cada individuo, sino también en la sociedad, los hombres fueron aprendiendo a ejecutar operaciones cada vez más complicadas, a plantearse y a alcanzar objetivos cada vez más elevados. El trabajo mismo se diversificaba y perfeccionaba de generación en generación extendiéndose cada vez a nuevas actividades. A la caza y a la ganadería vino a sumarse la agricultura, y más tarde el hilado y el tejido, el trabajo de los metales, la alfarería y la navegación. Al lado del comercio y de los oficios aparecieron, finalmente, las artes y las ciencias; de las tribus salieron las naciones y los Estados. Se desarrollaron el Derecho y la Política, y con ellos el reflejo fantástico de las cosas humanas en la mente del hombre: la religión. Frente a todas estas creaciones, que se manifestaban en primer término como productos del cerebro y parecían dominar las sociedades humanas, las producciones más modestas, fruto del trabajo de la mano, quedaron relegadas a segundo plano, tanto más cuanto que en una fase muy temprana del desarrollo de la sociedad (por ejemplo, ya en la familia primitiva), la cabeza que planeaba el trabajo era ya capaz de obligar a manos ajenas a realizar el trabajo proyectado por ella. El rápido progreso de la civilización fue atribuido exclusivamente a la cabeza, al desarrollo y a la actividad del cerebro. Los hombres se acostumbraron a explicar sus actos por sus pensamientos, en Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página -7– Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página -8–
  • 5. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali lugar de buscar ésta explicación en sus necesidades (reflejadas, naturalmente, en la cabeza del hombre, que así cobra conciencia de ellas). Así fue cómo, con el transcurso del tiempo, surgió esa concepción idealista del mundo que ha dominado el cerebro de los hombres, sobre todo desde la desaparición del mundo antiguo, y que todavía lo sigue dominando hasta el punto de que incluso los naturalistas de la escuela darviniana más allegados al materialismo son aún incapaces de formarse una idea clara acerca del origen del hombre, pues esa misma influencia idealista les impide ver el papel desempeñado aquí por el trabajo. Los animales, como ya hemos indicado de pasada, también modifican con su actividad la naturaleza exterior, aunque no en el mismo grado que el hombre; y estas modificaciones provocadas por ellos en el medio ambiente repercuten, como hemos visto, en sus antecesores, modificándolos a su vez. En la naturaleza nada ocurre en forma aislada. Cada fenómeno afecta a otro y es, a su vez, influenciado por éste; y es generalmente el olvido de este movimiento y de ésta interacción universal lo que impide a nuestros naturalistas percibir con claridad las cosas más simples. Ya hemos visto cómo las cabras han impedido la repoblación de los bosques en Grecia; en Santa Elena, las cabras y los cerdos desembarcados por los primeros navegantes llegados a la isla exterminaron casi por completo la vegetación allí existente, con lo que prepararon el suelo para que pudieran multiplicarse las plantas llevadas más tarde por otros navegantes y colonizadores. Pero la influencia duradera de los animales sobre la naturaleza que los rodea es completamente involuntaria y constituye, por lo que a los animales se refiere, un hecho accidental. Pero cuanto más se alejan los hombres de los animales, más adquiere su influencia sobre la naturaleza el carácter de una acción intencional y planeada, cuyo fin es lograr objetivos proyectados de antemano. Los animales destrozan la vegetación del lugar sin darse cuenta de lo que hacen. Los hombres, en cambio, cuando destruyen la vegetación lo hacen con el fin de utilizar la superficie que queda libre para sembrar cereales, plantar árboles o cultivar la vid, conscientes de que la cosecha que obtengan superará varias veces lo sembrado por ellos. El hombre traslada de un país a otro, plantas útiles y animales domésticos modificando así la flora y la fauna de continentes enteros. Más aún; las plantas y los animales, cultivadas aquéllas y criados éstos en condiciones artificiales, sufren tales modificaciones bajo la influencia de la mano del hombre que se vuelven irreconocibles. Hasta hoy día no han sido hallados aún los antepasados silvestres de nuestros cultivos cerealistas. Aún no ha sido resuelta la cuestión de saber cuál es el animal que ha dado origen a nuestros perros actuales, tan distintos unos de otros, o a las actuales razas de caballos, también tan numerosas. Por lo demás, de suyo se comprende que no tenemos la intención de negar a los animales la facultad de actuar en forma planificada, de un modo premeditado. Por el contrario, la acción planificada existe en germen dondequiera que el protoplasma —la albúmina viva— exista y reaccione, es decir, realice determinados movimientos, aunque sean los más simples, en respuesta a determinados estímulos del exterior. Esta reacción se produce, no digamos ya en la célula nerviosa, sino incluso cuando aún no hay célula de ninguna clase. El acto mediante el cual las plantas insectívoras se apoderan de su presa, aparece también, hasta cierto punto, como un acto planeado, aunque se realice de un modo totalmente inconsciente. La facultad de realizar actos conscientes y premeditados se desarrolla en los animales en correspondencia con el desarrollo del sistema nervioso, y adquiere ya en los mamíferos un nivel bastante elevado. Durante la caza inglesa de la zorra puede observarse siempre la infalibilidad con que la zorra utiliza su perfecto conocimiento del lugar para ocultarse a sus perseguidores, y lo bien que conoce y sabe aprovechar todas las ventajas del terreno para despistarlos. Entre nuestros animales domésticos, que han llegado a un grado más alto de desarrollo gracias a su convivencia con el hombre, pueden observarse a diario actos de astucia, equiparables a los de los niños, pues lo mismo que el desarrollo del embrión humano en el claustro materno es una repetición abreviada de toda la historia del desarrollo físico seguido a través de millones de años por nuestros antepasados del reino animal, a partir del gusano, así también el desarrollo mental del niño representa una repetición, aún más abreviada, del desarrollo intelectual de esos mismos antepasados, en todo caso de los menos remotos. Pero ni un solo acto planificado de ningún animal ha podido imprimir en la naturaleza el sello de su voluntad. Sólo el hombre ha podido hacerlo. Resumiendo: lo único que pueden hacer los animales es utilizar la naturaleza exterior y modificarla por el mero hecho de su presencia en ella. El hombre, en cambio, modifica la naturaleza y la obliga así a servirle, la domina. Y ésta es, en última instancia, la diferencia esencial que existe entre el hombre y los demás animales, diferencia que, una vez más, viene a ser efecto del trabajo. Sin embargo, no nos dejemos llevar del entusiasmo ante nuestras victorias sobre la naturaleza. Después de cada una de estas victorias, la naturaleza toma su venganza. Bien es verdad que las primeras consecuencias de estas victorias son las previstas por nosotros, pero en segundo y en tercer lugar aparecen unas consecuencias muy distintas, totalmente imprevistas y que, a menudo, anulan las primeras. Los hombres que en Mesopotamia, Grecia, Asia Menor y otras regiones talaban los bosques para obtener tierra de labor, ni siquiera podían imaginarse que, al eliminar con los bosques los centros de acumulación y reserva de humedad, estaban sentando las bases de la actual aridez de esas tierras. Los italianos de los Alpes, que talaron en las laderas meridionales los bosques de pinos, conservados con tanto celo en las laderas septentrionales, no tenían ni idead de que con ello destruían las raíces de la industria lechera en su región; y mucho menos podían prever que, al proceder así, dejaban la mayor parte del año sin agua sus fuentes de montaña, con lo que les permitían, al llegar el período de las lluvias, vomitar con tanta mayor furia sus torrentes sobre la planicie. Los que difundieron el cultivo de la patata en Europa no sabían que con este tubérculo farináceo difundían a la vez la escrofulosis. Así, a cada paso, los hechos nos recuerdan que nuestro dominio sobre la naturaleza no se parece en nada al dominio de un conquistador sobre el pueblo conquistado, que no es el dominio de alguien situado fuera de la naturaleza, sino que nosotros, por nuestra carne, nuestra sangre y nuestro cerebro, pertenecemos a la naturaleza, nos encontramos en su seno, y todo nuestro dominio sobre ella consiste en que, a diferencia de los demás seres, somos capaces de conocer sus leyes y de aplicarlas adecuadamente. En efecto, cada día aprendemos a comprender mejor las leyes de la naturaleza y a conocer tanto los efectos inmediatos como las consecuencias remotas de nuestra intromisión en el curso natural de su desarrollo. Sobre todo después de los grandes progresos logrados en este siglo por las Ciencias Naturales, nos hallamos en condiciones de prever, y, por tanto, de controlar cada vez mejor las remotas consecuencias naturales de nuestros actos en la producción, por lo menos de los más corrientes. Y cuanto más sea esto una realidad, más sentirán y comprenderán los hombres su unidad con la naturaleza, y más inconcebible será esa idea absurda y antinatural de la antítesis entre el espíritu y la materia, el hombre y la naturaleza, el alma y el cuerpo, idea que empieza a difundirse por Europa a raíz de la decadencia de la antigüedad clásica y que adquiere su máximo desenvolvimiento en el cristianismo. Mas, si han sido precisos miles de años para que el hombre aprendiera en cierto grado a prever las remotas consecuencias naturales de sus actos dirigidos a la producción, mucho más le costó aprender a calcular las remotas consecuencias sociales de esos mismos actos. Ya hemos hablado más arriba de la patata y de sus consecuencias en cuanto a la difusión de la escrofulosis: Pero, ¿qué importancia puede tener la escrofulosis comparada con los efectos que sobre las condiciones de vida de las masas del pueblo de países enteros ha tenido la reducción de la dieta de los trabajadores a simples patatas, con el hambre que se extendió en 1847 por Irlanda a consecuencia de una enfermedad de este Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página -9– Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 10 –
  • 6. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali tubérculo, y que llevó a la tumba a un millón de irlandeses que se alimentaban exclusivamente o casi exclusivamente de patatas y obligó a emigrar allende el océano a otros dos millones? Cuando los árabes aprendieron a destilar el alcohol, ni siquiera se les ocurrió pensar que habían creado una de las armas principales con que habría de ser exterminada la población indígena del continente americano, aún desconocido, en aquel entonces. Y cuando Colón descubrió más tarde América, no sabía que a la vez daba nueva vida a la esclavitud, desaparecida desde hacía mucho tiempo en Europa, y sentaba las bases de la trata de negros. Los hombres que en los siglos XVII y XVIII trabajaron para crear la máquina de vapor, no sospechaban que estaban creando un instrumento que habría de subvertir, más que ningún otro, las condiciones sociales en todo el mundo, y que, sobre todo en Europa, al concentrar la riqueza en manos de una minoría y al privar de toda propiedad a la inmensa mayoría de la población, habría de proporcionar primero el dominio social y político a la burguesía y provocar después la lucha de clases entre la burguesía y el proletariado, lucha que sólo puede terminar con el derrocamiento de la burguesía y la abolición de todos los antagonismos de clase. Pero también aquí, aprovechando una experiencia larga, y a veces cruel, confrontando y analizando los materiales proporcionados por la historia, vamos aprendiendo poco a poco a conocer las consecuencias sociales indirectas y más remotas de nuestros actos en la producción, lo que nos permite extender también a estas consecuencias nuestro dominio y nuestro control. Sin embargo, para llevar a cabo este control se requiere algo más que el simple conocimiento. Hace falta una revolución que transforme por completo el modo de producción existente hasta hoy día y, con él, el orden social vigente. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 11 – LA INGENIERIA CIVIL EN EL CONTEXTO DE LA HSTORIA La actividad o profesión de ingeniero es tan antigua como las primeras civilizaciones. La necesidad que tuvo el hombre desde la aparición de las primeras sociedades de registrar los acontecimientos seguramente forzó la invención del papiro y luego del papel; es decir el hombre descubrió que podía transformar, mediante algún proceso, las materias primas en productos de ciertas características deseadas; la planta de papiro (un vegetal) en una superficie extendida sobre la cual escribir. Luego, preocupado del problema del transcurso y medición del tiempo, le llevó a la invención de relojes de agua, de sol y de mecanismos, y a medida que las sociedades se hacían más complejas y aparecen los problemas de vivienda, transportación y aprovisionamiento de alimentos se desarrollan caminos, métodos de construcción y de riego. Todo lo que se ha mencionado hasta este punto caracteriza también a la ingeniería de nuestros días, con la diferencia que hay una mayor diversidad de problemas pero también se cuenta con sinnúmero de nuevas herramientas que permiten encontrar nuevas y mejores soluciones, que en el pasado eran inimaginables. De Mesopotamia y Egipto, entre 3,000 y el 600 AC, se tienen noticias que existía una clase de individuos que tenían a su cargo la construcción de caminos, de canales, puentes, edificios y que desarrollaban planificación urbana y que estaban familiarizados con la aritmética básica y median ángulos y el tiempo. El ejemplo más ilustrativo de todo esto son las pirámides de Egipto. A partir del año 600 AC hasta el año 400 DC, aproximadamente, las civilizaciones se centran en Grecia y luego en Roma. Si bien los griegos son sobre todo conocidos por su alto vuelo en el desarrollo del pensamiento humano -filosófico y científico- ellos también desarrollaron obras de alto nivel ingeniero y bellos diseños arquitectónicos. Ellos poseían redes de agua potable, que requerían acueductos para traer el agua de las montañas, desarrollaron diversos arcos para la construcción y conocían la manera de hacer buenos cimientos, usaban la plomada y cuerdas para medir. Estos ingenieros más que inventar cosas nuevas, desarrollaron metodologías para realizar las tareas en forma más eficiente y lograr mejor calidad en sus obras. Pero la más brillante contribución de, todos los tiempos que hicieron los griegos a la ciencia y por ende a la ingenierías, fue el descubrimiento de que la naturaleza, puesto por Dios al servicio del hombre, se rige por leyes generales que pueden ser descritas en lenguaje humano. Los mejores ingenieros de la antigüedad fueron los romanos. Por las necesidades impuestas por su gran y extenso Imperios, se vieron obligados a desarrollar y construir un vasto y eficiente sistema de comunicaciones; los caminos romanos son un ejemplo de habilidad e ingenio. También los descendientes de Rómulo eran expertos constructores de acueductos y puentes. Si bien los ingenieros romanos no tuvieron mucha originalidad, ya que tomaron prestado de Grecia y Oriente, su habilidad y técnicas eran tan avanzadas, que sus obras aún perduran e incluso algunas están en uso en nuestros días. En la edad Media, entre los Siglos V y XVI, el conocimiento científico y de ingeniería en Europa, estaba reducido a pequeños grupos dispersos, especialmente monjes de órdenes religiosas y hubo un reflorecimiento de desarrollo tecnológico entre los árabes en el Oriente. Es durante esta época cuando se acuña, el término de ingeniero y que al parecer se desprende de una palabra para denominar un aparato llamado INGENIUM, que era una máquina de guerra usada en el ataque a ciudades sitiadas. En la Edad Media los avances científicos y tecnológicos se produjeron tardíamente; se hicieron innovaciones importantes en la metalurgia del hierro; los chinos desarrollaron un proceso para fabricar papel, que los árabes mejoran al desarrollar eficientes molino; estos mismos árabes ya realizaban procesos para la refinación del azúcar, la fabricación de jabón, destilaban perfumes y también trajeron del Oriente extremo los métodos para producir pólvora. Por otra parte, la necesidad de ir a otros Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 12 –
  • 7. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali lugares lejanos por razones comerciales y políticas, impulsó la ingeniería naval y el desarrollo de mejores compases. Con el avance del Cristianismo, por otro lado, el uso de esclavos se fue haciendo cada vez más inaceptable como fuente primaria de energía, esto llevó a la invención de los molinos de agua y viento, o al uso de fuerza motriz animal. El descubrimiento de la imprenta de tipos movibles, por Gutemberg en 1945, permitió, junto a la invención del papel, la rápida difusión de las ideas. En esta época aparece la primera división de la ingeniería en especialidades: el ingeniero militar y el ingeniero civil; el primero dedicado al desarrollo y construcción de sistemas de defensa para las ciudades y la fabricación de implementos de ataque; el ingeniero civil tenía por tarea la solución de problemas relacionados con la ciudad, con la “CIVIS”, el diseño de caminos, puentes, edificios, sistemas de alcantarillado y agua potable; por eso lo de ingeniero civil. Durante los siglos dieciocho, diecinueve hay un fuerte desarrollo de la ciencia y el método científico, pero su aplicación aún es muy débil. Durante este período se realizan importantes innovaciones en las máquinas textiles. En el siglo diecinueve dos importantes desarrollos, la refinación del hierro y la máquina de vapor, ayudan al impulso de la revolución industrial, que a su vez obliga a un intenso avance de la tecnología. En esta época comienza un acelerado desarrollo de la ciencia y de la ingeniería. Ahora el conocimiento no es rechazado como lo había sido en los siglos pasados. Las Universidades comienzan a impartir más y más cursos de ciencia e ingeniería, lo que resultó en gente preparada para hacer aún más contribuciones que se proyectaron al siglo veinte. A fines del siglo pasado, se empezó a dar una estrecha cooperación entre ciencia e ingeniería, lo que impulsó aún más el desarrollo de nuevos conocimientos científicos y tecnológicos. Ya en este siglo, nadie discute de la importancia de los científicos, técnicos, ingenieros, como parte importante en el desarrollo de las sociedades. La aparición de las especialidades de ingeniería en los últimos 150 años se ha debido justamente al avance de las ciencias. Si primero se tenía la ingeniero civil y militar, luego al final del siglo pasado y comienzos de éste, aparecen el ingeniero mecánico, el eléctrico, ingeniero industrial, ingeniero químico, ya más reciente el ingeniero electrónico, ingeniero nuclear, ingeniero bioquímico, ingeniero de transportes y el informático. Esto se ha debido obviamente a que el avance del conocimiento por un lado y la complejidad de los problemas, a resolver, por otro, sean de tal magnitud, que hace imposible que con un solo cuerpo disciplinario aplicado por un solo hombre se puedan resolver problemas en forma práctica. Si bien los métodos de la ingeniería y sus bases son generales para cualquier especialidad, se hace necesario, por las limitaciones del género humano, formar diversos especialistas, pero que son capaces de comunicarse para poder trabajar en equipos, que es la manera moderna de abordar los problemas a resolver por los ingenieros y otros profesionales. Herramienta manual Se denomina herramienta manual o de mano al utensilio, generalmente metálico de acero, de madera o de goma, que se utiliza para ejecutar de manera más apropiada, sencilla y con el uso de menor energía, tareas constructivas o de reparación, que sólo con un alto grado de dificultad y esfuerzo se podrían hacer sin ellas. CAJA DE HERRAMIENTAS Herramienta y antropología El descubrimiento del Homo habilis y los estudios sobre él, ponen en relieve al ser humano como portador natural de herramientas tales como la mano, bien sea ésta como pinza para agarrar, mazo para golpear o como anclaje para sujetarse, también los brazos y piernas cumplen como herramientas tareas de palanca y resorte y la mandíbula se desempeña como prensa , pinza , cuchillo y arma. Todo lo cual forma parte de otras muchas funciones equiparables del cuerpo humano a las herramientas. La importancia de la mano en particular, por lo intrincado de su sistema de palancas y rotulas, que permiten una gran movilidad y adaptabilidad para múltiples usos para el ser humano, queda de manifiesto cuando se le suele considerar como el instrumento que le permitió subsistir al hombre en medios naturales hostiles, donde cualquier animal de la mitad de su peso, lo podría vencer sin el uso de herramientas defensivas, armas, manejadas por la mano o los brazos. La mano nos es útil para sujetar o fabricar herramientas, es cuenco para tomar agua, parasol, herramienta de cálculo para hacer cuentas, señalador para ubicar las estrellas o para indicar el rumbo, es pieza esencial para todo lenguaje no oral y auxiliar de éste. La mano es herramienta. Prevención de riesgos en el uso de herramientas Es necesario conocer los riesgos de sufrir un accidente como consecuencia de un uso inadecuado que se haga de las herramientas, entre los que se pueden destacar los siguientes: • Dolencias debido a sobreesfuerzos, tales como desgarros, lumbalgias o fracturas; • Cortes o pinchazos sufridos durante la manipulación y trabajo con las herramientas de corte. • Golpes diversos Control y conservación de las herramientas • Las herramientas punzantes y cortantes deben guardarse con la punta de filo protegidos; • Si se trabaja en altura llevar siempre las herramientas guardadas en cinturones especiales o bandoleras; • Las herramientas cuando no se usan deben estar guardadas y ordenadas adecuadamente en cajas o armarios especiales para la custodia de las herramientas; • Y deben ser limpiadas para evitar su óxido y darle mas durabilidad a las herramienta. 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  • 8. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Equipo básico de herramientas de un taller o de un profesional mecánico Las herramientas básicas de un taller mecánico se pueden clasificar en cuatro grupos diferentes: • Herramientas de corte: sirven para trabajar los materiales que no sean más duros que un acero normal sin templar. Los materiales endurecidos no se pueden trabajar con las herramientas manuales de corte. Como herramientas manuales de corte podemos citar las siguientes: Sierra de mano, lima, broca, macho de roscar, escariador, terraja de roscar, tijeras, cortafrío, buril, cincel, cizalla, tenaza • Herramientas de sujeción: se utilizan para sujetar piezas o inmovilizar piezas. En este grupo se pueden considerar las siguientes: Pinzas (alicate), tornillo de banco, sargento. • una tijera normal, solamente que es más potente y segura en el corte que la tijera. Se usa sobre todo en imprentas, para cortar láminas de papel, y en talleres mecánicos para cortar chapas metálicas que no sean muy gruesas o duras. • Compás (herramienta). El compás aparte de otros conceptos es una herramienta que se utiliza en los talleres de mecanizado para trazar circunferencias y verificar diámetros de piezas tanto exteriores como interiores. • Cortafrío, buril y cincel. Son herramientas manuales diseñadas para cortar, ranurar o desbastar material en frío mediante el golpe que se da a estas herramientas con un martillo adecuado. Las deficiencias que pueden presentar estas herramientas es que el filo se puede deteriorar con facilidad, por lo que es necesario un reafilado. Si se utilizan de forma continuada hay que poner una protección anular para proteger la mano que las sujeta cuando se golpea. Herramientas para la fijación: se utilizan para el ensamblaje de unas piezas con otras: Pertenecen a este grupo, los diferentes tipos de llaves que existen: Llave, Destornillador, remachadora. • Destornillador (Desarmador) • Destornillador. Son herramientas que se utilizan para apretar tornillos que requieren poca fuerza de apriete y que generalmente son de diámetro pequeño. Hay cuatro tipos de cabeza de tornillos diferentes: cabeza redonda, cabeza avellanada, cabeza de estrella, cabeza torx. Para apretar estos tipos de tornillos se utilizan un destornillador diferente para cada una de la forma que tenga la ranura de apriete, y así tenemos destornilladores de pala, philips, o de estrella y torx. Cuando se utiliza un destornillador para uso profesional hay unos dispositivos eléctricos o neumáticos que permiten un apriete rápido de los tornillos, estos dispositivos tienen cabezales o cañas intercambiables, con lo que se pueden apretar cualquier tipo de cabeza que se presente. Para aprietes de precisión hay destornilladores dinamométricos, donde se regula el par de apriete. Herramientas auxiliares de usos varios: Martillo, pala, granete, extractor mecánico, números y letras para grabar, punzón cilíndrico, polipasto, gramil, punta de trazar, compás, gato hidráulico, mesa elevadora hidráulica. También se pueden considerar como herramientas básicas los instrumentos de medida más habituales en un taller mecánico: Regla graduada, flexómetro, goniómetro, pie de rey, micrómetro, reloj comparador. A continuación se hace una somera descripción de las herramientas citadas. • Alicates (Pinzas) • Alicate: Los alicates son unas herramientas imprescindibles en cualquier equipo básico con herramientas manuales porque son muy utilizados, ya que sirven para sujetar, doblar o cortar. Hay muchos tipos de alicates, entre los que cabe destacar los siguientes: Universales, de corte, de presión, de cabeza plana, y de cabeza redonda, etc. Brocas • Broca de usos múltiples: En cualquier tarea mecánica o de bricolaje, es necesario muchas veces realizar agujeros con alguna broca. Para realizar un agujero es necesario el concurso de una máquina que impulse en la broca la velocidad de giro suficiente y que tenga la potencia necesaria para poder perforar el agujero que se desee. hay muchos tipos de brocas de acuerdo a su tamaño y material constituyente. • • Cizalla (guillotina): Por el nombre de cizalla se conoce a una herramienta y a una máquina potente activada con motor eléctrico. La cizalla tiene el mismo principio de funcionamiento que Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 15 – Escariador. Es una herramienta de corte que se utiliza para conseguir agujeros de precisión cuando no es posible conseguirlos con una operación de taladrado normal. Los escariadores normalizados se fabrican para conseguir agujeros con tolerancia H7, y con diámetros normales en milímetros o pulgadas. Extractor • Extractor mecánico. Es una herramienta que se utiliza básicamente para extraer las poleas, engranajes o cojinetes de los ejes, cuando están muy apretados y no salen con la fuerza de las manos. Se puede romper la polea si está mal ajustado el extractor. • Granete. Es una herramienta con forma de puntero de acero templado afilado en un extremo con una punta de 60º aproximadamente que se utiliza para marcar el lugar exacto en una pieza donde haya que hacerse un agujero, cuando no se dispone de una plantilla adecuada. • Lima (herramienta) Es una herramienta de corte consistente en una barra de acero al carbono con ranuras, y con una empuñadura llamada mango, que se usa para desbastar y afinar todo tipo de piezas metálicas, de plástico o de madera. Juego de llaves fijas Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 16 –
  • 9. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali • • UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Llave (herramienta) Es una herramienta que se utiliza para el apriete de tornillos. Existen llaves de diversas formas y tamaños, entre las que destacan las llaves de boca fija, las de boca ajustable y las dinamométricas. Cuando se hace un uso continuado de llaves, ya se recurre a llaves neumáticas o eléctricas que son de mayor rapidez y comodidad. Macho de roscar. Es una herramienta manual de corte que se utiliza para efectuar el roscado de agujeros que han sido previamente taladrados a una medida adecuada en alguna pieza metálica o de plástico. Existen dos tipos de machos, de una parte los machos que se utilizan para roscar a mano y de otra los que se utilizan para roscar a máquina Martillo • Martillo. Es una herramienta que se utiliza para golpear y posiblemente sea una de las más antiguas que existen. Actualmente han evolucionado bastante y existen muchos tipos y tamaños de martillos diferentes. Para grandes esfuerzos existen martillos neumáticos y martillos hidráulicos, que se utiliza en minería y en la construcción básicamente. Entre los martillos manuales cabe destacar, martillo de ebanista, martillo de carpintero, maceta de albañil, martillo de carrocero y martillo de bola de mecánico. Asimismo es importante la gama de martillos no férricos que existen, con bocas de nylon, plástico, goma o madera y que son utilizados para dar golpes blandos donde no se pueda deteriorar la pieza que se está ajustando. • Números y letras para grabar. Hay muchas piezas de mecánica que una vez mecanizadas hay que marcarlas con algunas letras o con algunos números, que se suelen llamar "referencia de la pieza". Otras veces cuando se desmonta un equipo o una máquina se van grabando las piezas de forma que luego se pueda saber el orden de montaje que tienen para que éste sea correcto. Esquema funcional de polipasto • Polipasto (malacates). Estos mecanismos se utilizan mucho en los talleres que manipulan piezas muy grandes y pesadas. Sirven para facilitar la colocación de estas piezas pesadas en las diferentes máquinas-herramientas que hay en el taller. Suelen estar sujetos a un brazo giratorio que hay en cada máquina, o ser móviles de unos lugares a otros. Los polipastos tienen varios tamaños o potencia de elevación, los pequeños se manipulan a mano y los más grandes llevan un motor eléctrico. • Punzón. Esta herramienta tiene diferentes tamaños y se utiliza básicamente para sacar pasadores en el desmontaje de piezas acopladas a ejes. • Punta de trazar. Esta herramienta se utiliza básicamente para el trazado y marcado de líneas de referencias, tales como ejes de simetría, centros de taladros, o excesos de material en las piezas que hay que mecanizar, porque deja una huella imborrable durante el proceso de mecanizado. Remachadora • Remachadora. Es una herramienta muy usada en talleres de bricolaje y carpintería metálica. Los remaches son unos cilindros que se usan para la unión de piezas que no sean desmontables, Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 17 – tanto de metal como de madera. la unión con remaches garantiza una fácil fijación de unas piezas con otras. • Sargento (herramienta) Es una herramienta de uso común en muchas profesiones, principalmente en carpintería, se compone de dos mordazas, regulables con un tornillo de presión. Se utilizan básicamente para sujetar piezas que van a ser mecanizadas si son metales o van a ser pegadas don cola si se trata de madera. Sierra manual • Sierra manual La sierra manual es una herramienta de corte que está compuesta de dos elementos diferenciados. De una parte está el arco o soporte donde se fija mediante tornillos tensores y la otra es la hoja de sierra que proporciona el corte Tenaza extensible • Tenaza Hay tenazas normales para extraer puntas o cortar alambres y tenazas extensibles que son unas herramientas muy útiles para sujetar elementos que un alicate normal no tiene apertura suficiente para sujetar. El hecho de que sean extensibles las hacen muy versátiles. • Terraja de roscar. Es una herramienta de corte que se utiliza para el roscado manual de pernos y tornillos, que deben estar calibrados de acuerdo con las características de la rosca que se trate. Tijeras cortachapas • Tijera. El uso principal que se hace de las tijeras en un taller mecánico es que se utilizan para cortar flejes de embalajes y chapas de poco espesor. Hay que procurar que estén bien afiladas y que el grosor de la chapa sea adecuado al tamaño de la tijera. Tornillo de banco • Tornillo de banco El tornillo de banco es un conjunto metálico muy sólido y resistente que tiene dos mordazas, una de ellas es fija y la otra se abre y se cierra cuando se gira con una palanca un tornillo de rosca cuadrada. Es una herramienta que se atornilla a una mesa de trabajo y es muy común en los talleres de mecánica. Cuando las piezas a sujetar son delicadas o frágiles se deben proteger las mordazas con fundas de material más blando llamadas galteras y que pueden ser de plomo, corcho, cuero, nailon, etc. la presión de apriete tiene que estar de acuerdo con las características de fragilidad que tenga la pieza que se sujeta. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 18 –
  • 10. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali • Nivel (instrumento) Es un instrumento de medición utilizado para determinar la horizontalidad o verticalidad de un elemento. Existen distintos tipos y son utilizados por agrimensores, carpinteros, albañiles, herreros, trabajadores del aluminio, etc. Un nivel es un instrumento muy útil para la construcción en general e incluso para colocar un cuadro ya que la perspectiva genera errores. • Regla graduada. Es un instrumento de medición, construida de metal, madera o material plástico, que tiene una escala graduada y numerada en centímetros y milímetros y su longitud total rara vez supera el metro de longitud. Instrumentos de medición y verificación en fabricación mecánica Gramil normal y digital • Gramil. Es un instrumento de medición y trazado que se utiliza en los laboratorios de metrología y control de calidad, para realizar todo tipo de trazado en piezas como por ejemplo ejes de simetría, centros para taladros, excesos de mecanizado etc. Pie de rey Toda tarea mecánica lleva consigo la necesidad de tomar medidas de las piezas y trabajos que se están realizando, por lo que existen un conjunto básico de instrumentos de medida, tales como: • Pie de rey. El calibre o pie de rey, es un instrumento para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros (1/10 de milímetros o hasta 1/20 de milímetro). • • • • Reloj comparador • Reloj comparador. Es un instrumento de medición que se utiliza en los talleres e industrias para la verificación de piezas ya que por sus propios medios no da lectura directa, pero es útil para comparar las diferencias que existen en la cota de varias piezas que se quieran verificar Cinta métrica. Es un instrumento de medición que se construye en una delgada lámina de acero al cromo, o de aluminio, o de un tramado de fibras de carbono unidas mediante un polímero de teflón (las más modernas). Las cintas métricas más usadas son las de 10, 15, 20, 25, 30, 50 y 100 metros. Escuadra. La escuadra que se utiliza en los talleres es totalmente de acero, puede ser de aleta o plana y se utiliza básicamente para trazado y la verificación de perpendicularidad de las piezas mecanizadas. Flexómetro. Es un instrumento de medición parecido a una cinta métrica, pero con una particularidad que está construido de chapa elástica que se enrolla en fuelle tipo persiana, dentro de un estuche de plástico. Se fabrican en longitudes comprendidas entre uno y cinco metros, y algunos estuches disponen de un freno para impedir el enrollado automático de la cinta. Goniómetro (instrumento). Es un instrumento de medición que se utiliza para medir ángulos, comprobación de conos, y puesta a punto de las máquinas-herramientas de los talleres de mecanizado. Micrómetro • Micrómetro (instrumento). Es un instrumento de medición cuyo funcionamiento está basado en el tornillo micrométrico que sirve para medir con alta precisión del orden de centésimas en milímetros (0.01 mm) y de milésimas de milímetros (0.001 mm) (micra) las dimensiones de un objeto. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 19 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 20 –
  • 11. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Pala es una herramienta de mano utilizada para excavar o mover materiales con cohesión relativamente pequeña. Fue empleada desde la más remota antigüedad en labores agrícolas y de construcción. Su evolución ha dado lugar a las máquinas excavadoras y cargadoras, muy importantes en las tareas de movimiento de tierras para remodelación y acondicionamiento de terrenos, construcción de infraestructuras urbanas, conformación de sótanos, preparación de cimentaciones de edificios, etc. • Pico (herramienta) Pico de punta y formón con mango de madera. Se denomina pico o picota a una herramienta formada por una barra de hierro o acero, con un mango de madera. Es muy utilizado para cavar en terrenos duros y remover piedras. Se usa en obras de construcción, para cavar zanjas o remover materiales sueltos, y también en labores de agricultura. Consta de una parte de acero de unos 60 cm de largo y 5 de grueso, y un mango de madera, perpendicular a la parte metálica; esta parte metálica termina en punta en uno de los extremos y es plano con borde ancho y cortante en el otro. El extremo que termina en punta es usado en suelos duros y con presencia de piedras, mientras que el extremo ancho es usado para suelos blandos, excavaciones y desterronado. Se denomina zapa-pico o pico de punta y paleta a una variante del pico con la parte opuesta a la punta mucho más ancha. • Plomada Plomada es una pesa normalmente de metal de forma cónica o cilíndrica, que mediante la cuerda de la que pende marca una línea vertical; de hecho la vertical se define por este instrumento. También recibe este nombre una sonda usada para medir la profundidad del agua. Tanto en arquitectura como en náutica se trata de un instrumento muy importante. • Llana La llana es una herramienta usada en albañilería, formada por una superficie plana lisa y metálica sujetada por un asa. Según la forma de la superficie plana hay de diversos tipos, dentada, redonda, etc. La llana se utiliza para los trabajos de blanqueo, extendiendo la pasta sobre las superficies guarnecidas, alisando y comprimiendo la masa con el borde de la herramienta. Con la llana se extiende la cal y el yeso con facilidad y ligereza y sirve especialmente para los guarnecidos y blanqueos. 1. HISTORIA DE LA MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCION Los Estados Unidos fueron los primeros en desarrollar innovaciones para ahorrar mano de obra, primero en agricultura, después en construcción, los dos encajándose en una vigorosa tradición de mecanización. El Reino Unido y Europa se hallaban en considerable atraso en ambos sectores, probablemente debido a la abundancia de mano de obra y la menor escala de las obras para realizar, lo que llevó a una dilución del ímpetu hacia una mayor productividad. Los manufactureros norteamericanos de equipamientos, pioneros en la obsolescencia planificada, al contrario del principio Europeo de la construcción duradera, también alimentaron el proceso de cambio, además de que los lazos entre los manufactureros y los usuarios siempre estuvieron estrechos así permitiendo que lecciones de operación se incorporaran en el proceso de diseño. La historia del mejoramiento en el diseño de máquinas, que se dio principalmente en los Estados Unidos, nos da una fascinante ilustración del principio de cómo la forma sigue la función. La especialización del equipamiento de mover tierra, esencialmente como función de la distancia de acarreo, hizo aparecer la niveladora, el raspador, el buldózer, la compactadora, el cargador y el ubicuo tractor agrícola. Este proceso se dio más o menos alrededor de los 1880 hasta el final de la primera guerra mundial. Ya en esta época todos habían adquirido su silueta familiar. El diseño elegante y utilitario del tractor de hacienda cambió poco en los últimos noventa años. Las primeras niveladoras, raspadores y compactadoras eran de tracción animal, pero el esfuerzo de tracción necesario requería de equipos de un tamaño excesivo (se mencionaron equipos de hasta dieciséis mulas), entonces rápidamente el tractor, y luego el asentador de vías fueron adaptados para poder jalarlos. Luego fueron motorizados. La adición de la cuchara del Buldózer al tractor arrastrador, una innovación clave para desplazar tierra sobre cortas distancias, llegó un poco más tarde. En la medida en que la tracción por vapor no dominaba como era el caso en el Reino Unido, donde la indestructibilidad (las máquinas de vapor victorianas quedaron en servicio por medio siglo y más) era sin duda un freno al desarrollo de maquinaria relativamente ligera y ágil, el motor a combustión interna fue adoptado rápidamente. Sin duda, el hecho de que fuera tan compacto y práctico estimuló mucho el diseño. A pesar de que no fuera una tarea trivial encender un motor a petróleo en temperaturas de congelamiento a principios de siglo, los procedimientos para arrancar una máquina de vapor ocupaban las primeras horas de cada día. Después del desarrollo rápido de los treinta años antes de la primera guerra mundial, se consolidó el diseño en los años 20 y 30. El tamaño y la potencia de los motores incrementaron, los motores diesel se volvieron bastante universales, así como los sistemas hidráulicos. Al umbral de la segunda guerra mundial la maquinaria de construcción había llegado grosso modo a su forma actual. Niveladora La primera niveladora reconocible apareció en 1886. Era naturalmente de tracción animal, sin embargo se ve asombrosamente similar a su descendiente, fotografiado al mismo lugar 100 años después. F Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 21 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) FIGURA 1-1: Primera Niveladora página - 22 –
  • 12. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Tractor agrícola El tractor nació para substituirse, en las faenas agrícolas, a los animales de tracción, los cuales estaban alcanzando rápidamente precios prohibitivos. Resulta interesante notar que alimentar un caballo durante un año requería apartar dos hectáreas de cultivo, además de una hora por día de cuidado. La auto-propulsión fue introducida por primera vez en 1909. Raspador El raspador Fresno era el ancestro de los monstruos actuales, los cuales pueden jalar 240 metros cúbicos por hora sobre una distancia de cien metros. El primer tractor reconocible apareció en 1890. Fue precedido, lógicamente, en particular en el Reino Unido, por el motor a tracción, sin embargo su peso y su costo impedían que se reemplazara el caballo para varias faenas agrícolas cotidianas. Buldózer La historia del Búldozer empieza con el desarrollo del vehículo asentador de vías. El primero, que funcionaba a vapor, fue utilizado por primera vez en Crimea en 1854. Modelos tempranos tomaron cierto tiempo en encontrar su forma ideal y tomó su tiempo antes que el manejo por control diferencial de la velocidad de la llanta de oruga se volvió generalizado y permitió deshacerse del eje principal. Acá se puede apreciar la manera en que el motor de combustión interna facilitó la unión de forma y función. El término genérico "caterpillar" (tractor de oruga) fue utilizado por primera vez en 1909. En 1914 su silueta era poco diferente de los actuales. Se utilizaban más generalmente como máquinas estacionarias para arado y trillado, a menudo alquilándose para uso diario. El tractor se acercó rápidamente de su diseño óptimo justo después de la primera guerra mundial, cuando el motor y el tren de conducción reemplazaron el chasis. Luego, la innovación consistió únicamente en cambios de detalles asociados con el incremento continuo de tamaño y potencia. La provechosa unión del tractor de oruga y la cuchara requirió cierto tiempo. El BULL BOARD había sido desarrollado separadamente para la tracción animal. Compactadora. El Reino Unido, lideraba en el desarrollo de compactadoras mecánicas, debido probablemente a la propagación rápida de los caminos de Macadam durante el siglo XIX. Las primeras apisonadoras, manufacturadas por Aveling and Porter (un nombre familiar para los viejos que en su juventud se han entusiasmado con su movimiento pesado, su inmenso volante y lo que se imaginaba que resultaría si se cayera debajo de la máquina, así como lo pintaban las tiras dibujadas de la época), fueron utilizadas en 1867. Los primeros buldózeres reconocibles aparecieron alrededor de 1922 y en los años siguientes sufrieron innovaciones intensivas en la montura y el control de la cuchara para lograr máxima productividad. En 1930 el típico tractor de oruga se diferenciaba poco de los que se encuentran en la actualidad. FIGURA 1-2: Primer Buldózer FIGURA 1-3: Primeras Compactadoras Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 23 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 24 –
  • 13. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Éstos eran, así como las máquinas de tracción a vapor, exportados en cantidades hacia los E.U.A. El vapor permaneció una fuente corriente de energía durante gran parte del siglo XX. Sin embargo, se precisaba gran cantidad de trabajo para levantar el vapor, regar la máquina y moverla. Además, apareció y se difundió rápidamente el rodillo vibrante, el cual resultaba también ser más portátil. Estos factores causaron su desaparición de las carreteras europeas en los años 50. EMBARCACIONES PARA EL DRAGADO DEL FONDO DE RIOS Y COSTAS. A la izquierda puede verse la fotografía histórica de una DRAGA dedicada a extraer tierras del fondo del río para mantener la profundidad de calado necesaria para el paso de los buques. La imagen pertenece a un grabado del "Museo Elder", que representa la sección longitudinal de un barco de dragado. FIGURA 1-5: Embarcaciones de Dragado CLASIFICACION DE LA MAQUINARIA La maquinaria según la relación de Peso/volumen es decir según su capacidad se clasifica de la siguiente manera: Maquinaria Pesada Maquinaria de grandes proporciones geométricas comparado con vehículos livianos, tienen peso y volumetría considerada; requiere de un operador capacitado porque varía la operación según la maquinaria; se utiliza en movimientos de tierra de grandes obras de ingeniería civil y en obras de minería a cielo abierto. Ejemplos Grúas, excavadoras, tractor, etc. PRIMERAS COMPACTADORAS Y TRACTORES REMOLCADORES DE VAPOR. EXCAVADORA DE VAPOR BUCYRUS. Esta excavadora a vapor llamada BUCYRUS (ver foto) que perteneció a la empresa constructora española Fomento de Obras y Construcciones SA, es una de las piezas mas importantes de la colección del Museo de las Minas de Cercs, situado en el pueblo minero de Sant Corneli, Cercs, provincia de Barcelona, (Cataluña España). Ocupa un destacado espacio en el centro de la plaza San Roman, una antigüa escombrera de la mina del mismo nombre, frente al museo y el pueblo minero. Desde noviembre de 1998 da la bienvenida a todos los visitantes del museo y del pueblo minero. Maquinaria pesada 1 Maquinaria y Equipo de Construcción CIV-247 Maquinaria Semipesado Son maquinarias de tamaño mediano utilizados generalmente en la construcción por ejemplo: Camión volqueta, carros Cisternas o Aguateros, camiones escalera. El peso y volumen de estas unidades es mediano. Camión volqueta 2.3 Equipo Liviano Pueden ser máquinas pequeñas o equipos especializados; como: compresoras, bomba de agua, bomba de lodo, vibradoras, malacates, cortadoras de acero, rompe pavimentos, montacargas, etc. FIGURA 1-4: Excavadora de Vapor Bucyrus Bomba de agua Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 25 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 26 –
  • 14. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali TABLA 4.2.2 Vehículos Pesados Entre estos vehículos se tienen al camión de estacas o camión con carrocería. CAMIÓN UNITARIO ( C ) NOMENCLATURA NÚMERO DE EJES NÚMERO DE LLANTAS C2 2 6 C3 3 CONFIGURACIÓN DEL VEHÍCULO 8-10 Camión con remolque Vehículos Semipesados Entre los vehículos semipesados se tienen los de uso público como ser: los autobuses, microbuses, etc. CAMIÓN REMOLQUE CAMIÓN – REMOLQUE ( C – R ) Microbus De peso y volumen reducido, auto transportables, por ejemplo: automóvil, vagonetas, jeep, camioneta, minibús, etc. Camioneta todo terreno Vehículos según el numero de ejes La clasificación de vehículos que presenta la Secretaría de Comunicaciones y Transportes mediante el número de ejes en México es la siguiente: ATENDIENDO A SU CLASE, NOMENCLATURA, NÚMERO DE EJES Y LLANTAS AUTOBÚS ( B ) NOMENCLATURA NÚMERO DE EJES NÚMERO DE LLANTAS B2 2 TABLA 4.2.1 NOMENCLATURA NÚMERO DE EJES NÚMERO DE LLANTAS C2-R2 4 14 C3-R2 Vehículos Livianos 5 18 C2-R3 5 18 C3-R3 6 22 TABLA 4.2.3 TRACTOCAMIÓN ARTICULADO NOMENCLATURA 3 10 T2-S2 4 14 T3-S2 5 18 T3-S3 4 NÚMERO DE LLANTAS 6 CONFIGURACIÓN DEL VEHÍCULO 22 8 ó 10 B4 NÚMERO DE EJES T2-S1 3 VEHÍCULO CONFIGURACIÓN DEL VEHÍCULO 6 B3 CONFIGURACIÓN DEL 10 Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 27 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 28 –
  • 15. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali TABLA 4.2.4 Según el sistema de traslación TRACTOCAMIÓN DOBLEMENTE ARTICULADO NOMENCLATURA NÚMERO DE EJES NÚMERO DE LLANTAS T2-S1-R2 5 6 22 T3-S2-R2 7 Son clasificados en función al método de transporte, las dimensiones y peso de la maquinaria: 18 T3-S1-R2 CONFIGURACIÓN DEL VEHÍCULO 26 T3-S2-R3 T3-S2-R4 T3-S3-S2 8 9 8 30 34 30 Según la fuente de Energía Se toma como referencia el tipo de motor de la máquina, definiéndose motor como: “Sistema material que transforma una determinada clase de energía (hidráulica, química, eléctrica, etc.) en energía mecánica y produce movimiento.” Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 29 – Según las operaciones que realizan Se clasifican según las operaciones comunes que realizan las maquinas. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 30 –
  • 16. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali NOTAS Y APUNTES: Herramientas menores En esta sección se presentan las herramientas más comunes que son utilizadas en la construcción. De izquierda a derecha puede observarse un pico, una pala, tres modelos de carretillas, una de las cuales cuenta con un sistema que posibilita su transporte a través de una grúa, siendo muy utilizada en el ascenso o descenso de materiales a obras situadas a distintas alturas como es el caso de los edificios o bajo tierra como son los colectores de alcantarillado, etc.; todo ello mediante el empleo de pequeñas grúas también llamadas polipastos y malacates. Así mismo, puede observarse una revolvedora manual cuyo motor puede ser de gasolina o eléctrico. Finalmente un rastrillo de piedra, que comúnmente es utilizado para empujar y extender el concreto fresco. En las imágenes contiguas pueden verse diversos tipos de cucharas o paletas empleadas según la actividad a realizar como poner ladrillos, colocar azulejos /Llanas /espátula /cubeta y cubos /cincel/flota para emplastes /azadón / martillo para tachuela /Cortador /martillo de bola / Martillo para clavos /Nivel /Escuadra /Plomada / Cinta métrica /Flexómetro. Sistemas y Maquinaria Complementaria Pueden verse diversos tipos de andamios: Módulo sencillo /Tablón metálico /Andamio colgante de manivela /Andamio elevador automático /Andamios modulares de alta seguridad y equipo de grúa elevadora. Equipo de Trabajo de los Operarios Equipo básico de trabajo de un obrero/trabajador de la construcción. Buzo o mono /Arnés de seguridad para trabajos en altura /Chaleco reflectante fundamental para trabajos en vías públicas, etc..; /Casco protector /Guantes y botas de seguridad homologadas, aislantes, antideslizantes y reforzadas en la puntera /Botas de agua para trabajos en barro, zanjas, etc..; homologadas, aislantes, antideslizantes y reforzadas en la punta /Impermeable para trabajos bajo la lluvia. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 31 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 32 –
  • 17. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Excavadoras Definición Máquina autopropulsada sobre ruedas o cadenas con una superestructura capaz de efectuar una rotación de 360º, que excava, carga, eleva, gira y descarga materiales por la acción de una cuchara fijada a un conjunto de pluma y balancín, sin que el chasis o la estructura portante se desplace. La definición anterior, precisa que si la máquina descrita no es capaz de girar su superestructura una vuelta completa (360º), no es considerada como excavadora. La precisión de los órganos de trabajo, tales como pluma, balancín, estructura portante, etc.; fija y unifica los criterios clasificadores. se esta cargando la cuchara, pues se somete a la pluma a un esfuerzo de torsión que puede producir averías. Un tipo de excavadora normal mas moderno esta equipada con cinta transportadora; su forma de trabajo es análoga, con la gran ventaja de reducir el tiempo necesario para el giro, la descarga de la cuchara y la nueva colocación al frente del ataque. Esta cinta transportadora no puede transportar el material en inclinaciones superiores al 15% o 20%. Excavadora o pala cargadora con ruedas El modelo de excavadora o pala cargadora de la imagen es una máquina con una gran capacidad de carga y potencia, idónea para labores de extracción y movimiento de tierras. En la imagen podemos ver la máquina trabajando en un acopio de áridos existente en graveras, plantas de elaboración de aglomerados y zahorras, etc.. Su diseño con ruedas la hace apta e idónea para terrenos uniformes. La falta de dientes en la pala cargadora nos indica en este caso que trabaja en zonas blandas con tierras ya movidas. Operaciones: Excavar, Cargar, Girar, Desplazar, Movilizar y desmovilizar FIGURA: Excavadora sobre Ruedas Aplicaciones Excavación de zanjas y zanjas de gran tamaño; Peinado de taludes encima del plano de sustentación de la máquina; Excavación para estructuras, Excavación en bancos de préstamo ó excavación de materiales. FIGURA: Excavadora sobre orugas Tipos Las excavadoras se clasifican de la siguiente manera: Según el sistema de traslación: Según su accionamiento: Excavadoras de cable o mecánicas. Excavadoras montadas sobre cadenas (orugas) Excavadoras Hidráulicas. Excavadoras montadas sobre ruedas o neumáticos. Excavadoras montadas sobre rieles. Excavadoras montadas sobre barcos. Según el Tipo de operación: Excavadoras normal o Standard Excavadoras de mordazas. Excavadoras de tambor Excavadora de Rosario Excavadora Normal de Cuchara Para efectuar la descarga la cuchara gira alrededor de un eje vertical y se baja hasta colocar en un punto de vertido; se descarga sobre el fondo. El giro corresponde a un tiempo improductivo y este debe ser reducido al mínimo; por ello los camiones para cargar el material excavado, deben situarse lo más cerca posible del frente del ataque. Cuando el operario es experto, efectúa ambos movimientos, giro y puesta en posición de descarga, simultáneamente, reduciéndose de esta manera al mínimo el tiempo necesario para el ciclo de funcionamiento de la maquina. No es recomendable efectuar el giro cuando Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 33 – Excavadora de Mordazas Este tipo de excavadoras tiene la particularidad de utilizar un accesorio que trabaja a peso propio, con mecanismos que permiten excavar en un material apilado, la cuchara tiene mordazas que se abren y cierran. Este tipo de equipos tiene muy poca aplicación en movimiento de tierras, pero si se aplica en construcción de edificios, ya que transporta material suelto. La capacidad de este equipo esta dada por la cuchara de mordazas cuya capacidad varia de 0.3 a 2 m3 sueltos. Los pesos de este tipo de excavadoras oscilan entre 10 y 30 toneladas y su velocidad de traslación de 1 a 4 KPH. La cuchara pesa alrededor de una tonelada. Existen varios diseños de cucharas de mordazas. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 34 –
  • 18. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Excavadoras de Rosario Pequeñas Maquinas Excavadoras Existen máquinas de pequeñas dimensiones que son ideales para la excavación de tierras en lugares de reducidas dimensiones en los que a las grandes máquinas les es imposible maniobrar. Estas maquinas realizan funciones tales como la excavación de zanjas para cimientos en pequeños solares o en obras en las que la complejidad del entramado de cimientos hace casi imposible la posibilidad de la excavación mecánica. Este tipo de equipos se utiliza para la excavación de zanjas de gran magnitud. El sistema de excavación lo constituye una especie de cinta sin fin con numerosas cucharas de excavación. Este equipo tiene bastante utilización en Europa, principalmente en Alemania. Excavadora de tambor Normal Es utilizada para diferentes trabajos, tales como: - Hacer zanjas en superficies duras y compactas, fresado de muros pantalla, perfilado de paredes de roca y concreto; demoliciones, acabados en túneles, saneamiento de superficies, operaciones en inmersión y se acoplan a diferentes tipos de maquinaria en punta de retro, entre otras: - Miniexcavadoras. - Retrocargadoras. - Excavadoras. Se dispone de distintos tambores en función de los trabajos a realizar. Gran excavadora de minería Esta máquina esta diseñada especialmente para extracción de áridos en excavaciones de minería a cielo abierto, aunque también puede emplearse en grandes movimientos de tierras durante la construcción de grandes obras civiles como embalses, etc. Es una máquina que aunque esta dotada de cadenas no suele realizar desplazamientos continuos durante su actividad y su pala excavadora está diseñada con aleaciones especiales de acero e incluso dotada con dientes diamantados para la extracción de roca y áridos de gran dureza. El volumen y capacidad tanto de la máquina como de la pala son capaces de cargar en pocos movimientos grandes volúmenes de material producto de la excavación. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 35 – En la imagen superior pueden ver de izquierda a derecha una mini retro con cadenas ideal para excavación de zanjas en la realización de riostras, zapatas y otros cimientos. En la imagen central una mini excavadora, cuyo modelo permite además realizar un sin fin de funciones distintas ya que posee gran variedad de mecanismos complementarios que se le pueden acoplar como son el martillo neumático para taladrar concreto o asfalto, brazo retroexcavador, limadora de asfalto, chasis delantero con cuchilla para convertirse en mini motoniveladora, etc. Por todo esto, podemos considerar estos equipos para condiciones de trabajo muy reducidas de espacio o la presencia de otras construcciones que restringen el frente o profundidad de las excavaciones como puedes ser una cimentación, la cual tanto por lo reducido del terreno como por el entramado de los pozos y zanjas ha sido posible excavar únicamente con la ayuda de una mini-retro como las que se muestran. Transporte La excavadora puede ser transportada por el Low Boy (cama baja o plataforma), en caso de no poder transportarse sola, si es sobre ruedas y la obra se encuentra cerca puede no necesitar de transporte. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 36 –
  • 19. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali ELEMENTOS Y DIMENSIONES DE LA EXCAVADORA Mantenimiento PREDICTIVO. PREVENTIVO. Verificación de lubricantes y grasas antes de Toma de muestra del cambio de aceite. Verificación de recomendaciones mecánicas en salir. máquina. Revisar la hoja de mantenimiento preventivo. Si el equipo es a ruedas control de la presión de Existencia de filtros en los almacenes. Tipo de lubricante en máquina y existencia en aire de las llantas. Ubicar el laboratorio donde se va hacer el los almacenes. análisis. Verificar puntos de engrase. Aumentos y cambios de aceite. CORRECTIVO. Prever el cambio de uñas o garras. Acondicionamiento de cuchara. Cambio de partes. Tablero de control. Lista de repuestos que se usan más en la máquina con costos estimados y proveedores. Instalaciones en taller o posta. Camión lubricador. Camión maestranza. A B C D E F Altura de la cabina Ancho para el transporte, sin retrovisores Ancho de cadena con zapatas estándar Espacio libre sobre el suelo, bastidor Espacio libre sobre el suelo, contrapeso Radio de giro de la cola G Longitud total de la cadena (de barra de zapata a barra de zapata) H Longitud total para el transporte J Altura para el transporte K Longitud de cadena en contacto con el suelo L Entrevía LÍMITES DE ALCANCE.- Seguridad Industrial CLAVE: A Altura máxima de carga del cucharón con dientes. B Alcance máximo a nivel del suelo. C Profundidad máxima de excavación. D Excavación vertical máxima. E Profundidad máxima de excavación con fondo plano. F Altura máxima del pasador de articulación del cucharón. G Altura máxima a los dientes del cucharón en la cima del arco. Las prendas de vestir deben ser relativamente ajustadas, debe evitarse chaquetas sueltas, mangas de camisa, anillos y cualquier otro tipo de joyas, ya que existe el peligro de engancharlas en piezas móviles. La indumentaria requerida es: Cascos resistentes, Gafas de seguridad, Vestido reflectante, Zapatos de seguridad y Protectores para los oídos. Medio Ambiente Ruido dentro y fuera, cuando el nivel de ruido sobrepase el margen de seguridad establecido (80 dB), será obligatorio el uso de auriculares o tapones. Emisión de gases (CO2, NO2) Partículas en suspensión (polvo), en trabajos con tierras o arcillas sueltas y secas, donde se deberá hacer uso de mascarillas o preparar el terreno con lechadas de agua con cal. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 37 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 38 –
  • 20. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Definición. Son máquinas utilizadas para excavar abajo del nivel del terreno en que se sustentan, y están formadas por un brazo mecánico con un cucharón retroexcavador, el cual funciona por medio de un sistema hidráulico, acoplado a una estructura metálica montada sobre carriles o neumáticos. Brazo corto. Proporciona fuerza de penetración y capacidad de levantamiento máximo del brazo. Se puede utilizar con un cucharón grande en trabajos de gran volumen en excavaciones de zanjas y carga de camiones. Descripción. Estas máquinas se desarrollaron para satisfacer las necesidades que requerían las obras donde se necesitaba excavar un suelo a un menor costo, con base en una mayor producción. Ya que para tal fin se utilizaban las dragas de arrastre, las que requerían de espacios bastante amplios para operar, además de que las excavaciones, debido al volumen y las dimensiones, que en muchos de los casos eran pequeñas, requerían de una máquina de menor tamaño y facilidad de maniobrabilidad en espacios reducidos, también se tenía la restricción de la dureza del material, lo que imposibilitaba a las dragas para realizar por sí solas este tipo de excavaciones, ya que requerían del auxilio de otra máquina que aflojara el material para después ellas extraerlo. Con base en estos planteamientos, los fabricantes de maquinaria diseñaron las excavadoras hidráulicas, cuyo campo de acción se ubica en las excavaciones de mediana y pequeña profundidad y en diferentes tipos de suelos y condiciones de trabajo, lo que las hace de gran versatilidad. Excavadora de orugas Los principales componentes de esta máquina, son: La pluma. Es un elemento estructural en forma de cuello de ganso, que está unido en la parte inferior al bastidor principal de la máquina a través de una articulación, y puede estar formada por una o dos piezas, mismas que dependen de las siguientes características: Brazo mediano. Proporciona máximo rendimiento en la mayoría de los trabajos en los que interviene, especialmente cuando las condiciones de trabajo cambian frecuentemente. Brazo largo. Ofrece el mayor alcance y profundidad de excavación. Se utiliza este tipo de brazo, cuando la excavadora se usa generalmente para abrir zanjas profundas o para obtener gran alcance utilizando cucharones de poca capacidad. Brazo de largo alcance. Es de los más modernos y solamente se emplea para operaciones de dragado y conservación del lecho de ríos o lagunas, mismas que tradicionalmente son realizadas normalmente con dragas. Brazo telescópico. Utilizado para adaptársele el cucharón de almeja, comúnmente utilizado en excavaciones verticales. Para cada modelo y marca existen diferentes longitudes de brazos, la elección adecuada depende de los siguientes factores; tales como la fuerza de corte necesaria, la capacidad de levantamiento, el tamaño del cucharón y tipo de material. El aditamento principal de esta máquina es el cucharón retroexcavador, acondicionado con tres o más dientes y orejetas para tener mayor capacidad de corte. Los hay de diferentes tipos y capacidades, mismos que están en función del tamaño de la excavadora, entre los que podemos encontrar: • • • Cucharón estándar. Para todo tipo de uso. Cucharón trapezoidal. Para excavaciones en canales. Cucharón de aplicación especial. Está diseñado para cargar rocas y otros materiales duros. • Cucharón para zanjeo pesado. Para retener bien la carga y facilitar la excavación donde hay poco espacio. a) Se utiliza la pluma de una pieza. Si el trabajo requiere generalmente alcance y profundidad máximos. Es excelente para abrir zanjas, por su largo alcance, profundidad, menos peso y buena capacidad de levantamiento. b) Se utiliza la pluma de dos piezas. Si el trabajo exige adaptabilidad. La sección anterior se extiende o se retrae a tres posiciones diferentes a fin de variar el alcance y la profundidad. Se puede retraer completamente la sección anterior para usarla con cucharones más grandes o extenderla para lograr máximo alcance y profundidad. En la actualidad, los fabricantes ofrecen diferentes tipos de aditamentos que se les pueden adaptar a este tipo de máquina, para que pueda realizar un sinnúmero de trabajos, no solamente relacionados con la construcción, sino que puede ser empleado en diferentes áreas productivas, tales como la industria forestal, del acero y varias más. Se puede ajustar el ángulo de la sección anterior a la posición de pasador superior o inferior o para aumentar el alcance hacia arriba, altura de descarga o profundidad de excavación. Cuando está extendida al máximo y en la posición de pasador inferior, la pluma de dos piezas tiene igual alcance que la de una sola pieza. Características que se deben de tomar en cuenta para la selección de una excavadora b. Poco profundo 1. Volúmenes de obra El brazo. Es el elemento excavador que va articulado a la parte superior de la pluma, y en su parte inferior va unido el cucharón, mismo que es controlado a través de cilindros hidráulicos. Existen varios tipos de brazos de ataque, entre los que se indican los siguientes: • Brazo corto • Brazo mediano • Brazo largo • Brazo de largo alcance • Brazo telescópico Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) Trabajos que realizan • Zanjas para alojar tuberías • Excavación de canales • Excavación de cimentaciones • Colocación de tubería • Excavación de cunetas y drenes • Dragado y limpieza de canales a. Grandes b. Regulares c. Pequeños 2. Tipo de materiales a. Duros b. Suaves 3. Profundidad del corte a. Muy profundo página - 39 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) • Carga de material a vehículos • Demoliciones en general • Levantar y hacer maniobras con grandes pesos • Talar y acarrear árboles • Separar y acarrear chatarra • Trabajo en canteras (rompiendo roca) 4. Tipo de superficie y movilidad a. Sobre orugas b. Sobre neumáticos 5. Diversos a. Condiciones de la obra b. Altura máxima de descarga c. Facilidad de adquisición de la máquina página - 40 –
  • 21. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali CAPACIDAD DE LEVANTAMIENTO DE LAS EXCAVADORAS En muchas obras de construcción de redes de agua y/o alcantarillados, una excavadora tiene que levantar y girar secciones pesadas de tubería y secciones de entrada dentro y fuera de las zanjas, colocar secciones de entrada y descargar material de camiones. En algunos casos, la capacidad de levantamiento de la excavadora es tan importante que es el factor decisivo en la elección de una excavadora para un trabajo. La capacidad de levantamiento de una excavadora depende de su peso y de la ubicación del centro de gravedad de la máquina, de la posición del punto de levantamiento (como se ve en los dibujos) y de su capacidad hidráulica. En cada posición del pasador del cucharón, la capacidad de levantamiento está limitada por la carga límite de equilibrio estático o por la fuerza hidráulica. Los cambios de posición de la pluma, el brazo y el cucharón producen cambios en la geometría de los implementos y pueden reducir mucho la capacidad hidráulica de levantamiento. Por ello, se define la capacidad de levantamiento de una excavadora como se menciona a continuación. Equilibrio — Se dice que una excavadora está a punto de perder el equilibrio cuando el peso de la carga en el cucharón al actuar sobre el centro de gravedad de la máquina hace levantar los rodillos traseros separándolos de los rieles de las cadenas. Se considera que las cargas suspendidas cuelgan, mediante una eslinga o cadena, de la parte de atrás del cucharón o del varillaje del cucharón, y que el peso de los accesorios, eslingas o medios auxiliares de levantamiento son parte de la carga suspendida. Por tanto, la carga límite se define como la carga que produce una situación de desequilibrio a un radio determinado. El radio de la carga se mide como la distancia horizontal desde el eje de rotación de la superestructura (antes de cargar) hasta la línea vertical del centro de la carga cuando la carga se ha aplicado (dimensión A en la ilustración). La altura nominal corresponde a la distancia vertical desde el gancho del cucharón hasta el suelo (dimensión B). Carga de elevación nominal — La carga nominal se obtiene usando la distancia vertical desde el gancho del cucharón hasta el suelo y el radio de la carga. Las condiciones para que un determinado accesorio de la máquina levante una carga que cuelga del cucharón designado son las siguientes: a. La carga nominal no pasa del 75% de la carga límite de equilibrio estático. b. La carga nominal no debe exceder el 87% de la capacidad hidráulica de la excavadora, o sea que la máquina debe poder levantar el 115% de la carga nominal. c. La carga nominal tampoco debe superar la capacidad estructural de la máquina. CAPACIDADES DEL CUCHARON RETROEXCAVADOR Las capacidades de los cucharones se clasifican colmados y a ras de la manera siguiente: Capacidad a ras El volumen de material dentro del contorno de las planchas laterales, delantera y trasera sin contar material en la plancha de derrame ni en los dientes. Capacidad colmada El volumen del cucharón cargado a ras más el volumen de material encima del nivel a ras, con un ángulo de reposo de 1:1 sin contar material en la plancha de derrame ni en los dientes. La comisión de Equipo de Construcción Europeo (CECE) clasifica el volumen de cucharón colmado con un ángulo de reposo de 2:1 para el material encima del nivel a ras. FUERZAS DE PLEGADO Y DE ATAQUE La penetración del cucharón en un material se logra mediante la fuerza de plegado del cucharón (FB) y la fuerza de empuje del brazo (FS). Las fuerzas de excavación nominales son las fuerzas máximas que se pueden ejercer en el punto de corte más alejado. Se pueden calcular estas fuerzas aplicando presión hidráulica de alivio al(los) cilindro(s) que proporciona(n) la fuerza de excavación. Para el cálculo de las fuerzas de excavación se describen las fórmulas a continuación: FB = Fuerza radial de los dientes obtenida del cilindro del cucharón Fuerza del cilindro del cucharón (Brazo A) x (Brazo C) = --------------------------------------------------------- x ----------------------------------Longitud del Brazo D (Brazo B) Fuerza del cilindro = (Presión) x (Área del émbolo del cilindro) Brazo D = Radio de la punta del cucharón. La fuerza radial máxima de los dientes debida al cilindro del cucharón (fuerza de plegado del cucharón) es la fuerza de excavación generada por el(los) cilindro(s) del cucharón, tangente al arco de radio D1. Se debe posicionar el cucharón para obtener el máximo momento del(los) cilindro(s) del cucharón y del mecanismo de conexión. Al hacer los cálculos, se produce la máxima fuerza radial FB cuando el factor — (Brazo A x Brazo C) dividido por (Brazo B) — alcanza su valor máximo. FS = Fuerza radial de los dientes obtenida del cilindro del brazo (Fuerza del cilindro del brazo) x (Longitud del Brazo E) = -----------------------------------------------------------------------------------------------(Longitud del Brazo F) Brazo F = Radio de la punta del cucharón + longitud del brazo La fuerza radial máxima de los dientes debida al cilindro del brazo (fuerza de ataque del brazo) es la fuerza de excavación generada por el(los) cilindro(s) del brazo y tangente al arco de radio F. Se debe posicionar el brazo para obtener el máximo momento del cilindro del brazo y del cucharón posicionado como está descrito en la fuerza nominal del cucharón. Al hacer los cálculos, se produce la máxima fuerza FS cuando el eje del cilindro del brazo en la dirección de trabajo está perpendicular a la línea que une el pasador del cilindro del brazo y el pasador del extremo delantero de la pluma. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 41 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 42 –
  • 22. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Selección de Cucharones Según La Fuerza de Plegado del Cucharón y La Fuerza de Ataque del Brazo La combinación de la fuerza de ataque del brazo y la fuerza de plegado del cucharón proporcionan a esta configuración de máquina una fuerza más eficaz de penetración de cucharón por milímetro de cuchilla que con cualquier otro tipo de máquina como cargadores de ruedas o de cadenas. Debido a la alta fuerza de penetración, es fácil cargar el cucharón de una excavadora. Además, la mayor fuerza de desprendimiento permite ampliar el campo de utilización económica de una excavadora y usarla ahora, sin voladura previa, en suelos más duros (coral, caliche, pizarra, piedra caliza). Para obtener el máximo provecho de las altas fuerzas de penetración de una excavadora, se deben elegir cucharones adecuados a las condiciones del terreno en que se van a usar. Los dos factores de importancia que deben considerarse son el ancho del cucharón y el radio de plegado. Como regla general, se usan cucharones anchos en terrenos fáciles de excavar, y cucharones estrechos en terrenos duros. Al elegir cucharones para trabajo en suelos duros y rocosos, considere también el radio de plegado. Como los cucharones con menor radio de plegado proporcionan mayor fuerza de plegado del cucharón que los que tienen mayor radio de plegado, suele ser más fácil cargarlos. Una buena regla empírica al elegir un cucharón para terreno duro es seleccionar el cucharón más estrecho que tenga un radio de plegado corto. Al seleccionar cucharones, considere también factores como el ancho de fondo de la zanja, el tamaño de las cajas de protección o el deseo de conservar el material adecuado para el fondo de la zanja. CARGA UTIL DEL CUCHARON En una excavadora, la carga útil del cucharón (la cantidad de tierra del cucharón en cada ciclo de excavación) depende del tamaño y forma del cucharón, de la fuerza de plegado y de ciertas características del suelo, tales como el factor de llenado de ese tipo de tierra. Se indican a continuación los factores de llenado de diversos materiales. Promedio de carga útil del cucharón = (Capacidad colmada del cucharón) x (Factor de llenado del cucharón) Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 43 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 44 –
  • 23. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Producción de las excavadoras 3. Descarga del material 4. Giro de la máquina vacía al sitio de origen Por consiguiente, el tiempo del ciclo dependerá de las condiciones y características de la excavadora, así como también de las condiciones generales del trabajo. Es por eso que en condiciones óptimas las excavadoras tendrán mayor rendimiento y, a medida que las mismas empiezan a ser adversas, el rendimiento tiende a disminuir. Con base en lo anterior los fabricantes de excavadoras han realizado pruebas de campo en diferentes tipos de condiciones y con los resultados obtenidos elaboraron el siguiente cuadro, que muestra los tiempos del ciclo total que pueden esperarse en relación con las condiciones de trabajo de la obra. Se hace hincapié que debido a la gran cantidad de variables que afectan el tiempo de ciclo, no es fácil determinarlo, más, sin embargo, con este cuadro se intenta dar los rangos de tiempo de los ciclos más frecuentes en estas máquinas, ya que se consideraron condiciones diferentes en cada caso, pero sin olvidar que lo más real es aquello que cada uno obtiene a través de las propias experiencias. En la siguiente tabla se indican los tiempos promedios de un ciclo para diferentes tipos de excavadoras, los cuales son resultado de las pruebas realizadas por los fabricantes de excavadoras, en condiciones de trabajo normales y empleando un operador bueno. Se proporcionan estos datos con el fin de tomarlos como referencia, aplicando los factores de corrección necesarios para cada trabajo específico en base a la experiencia adquirida. Tiempo promedio de un ciclo Modelo de la excavadora Tipo de material 135 Hp 1.13 m3 195 Hp 1.63 m3 250 Hp 2.08 m3 60° - 90° 60° - 90° 60° - 90° 60° - 90° 60° - 90° 5.5 seg. 6.0 seg. 6.5 seg. 6.6 seg. 7.2 seg. 4.5 seg. 5.0 seg. 7.0 seg. 6.0 seg. 7.2 seg. 1.5 seg. 2.0 seg. 2.5 seg. 2.5 seg. 3.0 seg. Ángulo de giro cucharón 4) Giro descargada 1.00 yd3 1.38 yd3 2.12 yd3 2.75 yd3 3.50 yd3 Arcilla dura Arcilla dura Arcilla dura Arcilla dura página 3.5 seg. 4.0 seg. 5.0 seg. 4.8 seg. 6.0 seg. 15.0 seg. 17.0 seg. 21.0 seg. 19.9 seg. 23.4 seg. 0.28 min. 0.35 min. 0.33 min. 0.38 min. PRODUCCION DE EXACAVADORAS EN MOVIMIENTO DE TIERRAS Como en toda máquina para mover material, la producción de una excavadora hidráulica depende de la carga útil media del cucharón, el tiempo medio del ciclo, y la eficiencia del trabajo. Si determinamos con exactitud el tiempo de ciclo de la excavadora y la carga útil del cucharón, se puede usar la fórmula siguiente para hallar la producción de una máquina. m3 /hr. de 60 min. = (Ciclos/hr. de 60 min) x (Carga útil media del cucharón en m3) (60 min./hr.) m3 /hr. de 60 min. = ------------------------------------------ x (Carga útil media del cucharón en m3) (Tiempo de ciclo en min.) Carga útil media del cucharón = (Capacidad colmada del cucharón) x (Factor de llenado del cucharón) m3 reales/hr. = (m3/hr. de 60 min.) x (Factor de eficiencia del trabajo) COMO AUMENTAR AL MAXIMO LA PRODUCCION CON UNA EXCAVADORA DE GRAN VOLUMEN Usando un tiempo medio de ciclo se puede ajustar la producción calculada para tener en cuenta las características específicas del lugar de la obra y de la aplicación. Por ejemplo, los cálculos en aplicaciones de carga de camiones deben incluir el tiempo necesario para cambiar el camión, lo cual aumenta el tiempo de ciclo y reduce la productividad teórica. Los cálculos, inicialmente se basan en 60 min. de trabajo por hora, que es el 100% de eficiencia, lo cual nunca se consigue en la práctica. Por lo tanto, el estimador aplica un factor de eficiencia en el trabajo a las cifras de la tabla, basándose en su criterio o el conocimiento de las condiciones reales de la obra. Altura del banco y distancia al camión ideales — Cuando el material es estable, la altura del banco debe ser aproximadamente igual a la longitud del brazo. Si el material es inestable, la altura del banco debe ser menor. La posición ideal del camión es con la pared cercana de la caja del camión situada debajo del pasador de articulación de la pluma con el brazo. Zona de trabajo y ángulo de giro óptimos — Para obtener la máxima producción, la zona de trabajo debe estar limitada a 15° a cada lado del centro de la máquina o aproximadamente igual al ancho del tren de rodaje. Los camiones deben colocarse tan cerca como sea posible de la línea central de la máquina. La ilustración muestra dos alternativas posibles. 385 Hp 2.65 m3 Arcilla dura Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) 5.20 m. Tiempo total El ciclo de excavación de una excavadora comprende cuatro fases, que son: 1. Corte y carga del material (llenado del bote) 2. Elevación y giro de la máquina cargada Tamaño del cucharón 4.00 m. 0.25 min. P = Pt x Fa x E P = Producción real horaria (m3-S/hr) Pt = Producción teórica (sale de las gráficas en m3-S/hr) Fa = Factor de llenado E = Factor de eficiencia 85 Hp 0.76 m3 4.00 m. 3) Descarga del Entre los métodos antes señalados, el más utilizado es el de gráficas y fórmulas, que se basa en la fórmula general para conocer la producción real horaria de una excavadora, y está integrada de la siguiente manera: Donde: 3.00 m. 2) Giro cargada 3. Por medio de fórmulas. 4. Por medio de nomogramas. 2.00 m. 1) Carga del cucharón Existen varios métodos para conocer la producción de una excavadora, entre los que se indican los siguientes: 1. Por observación directa. 2. Por medio de gráficas (elaboradas por el fabricante) y fórmulas. Profundidad óptima de Excavación - 45 – Distancia ideal del borde — La máquina debe colocarse de forma que el brazo esté vertical cuando el cucharón alcanza su carga máxima. Si la máquina se encuentra a una distancia mayor, se reduce la fuerza de desprendimiento. Si se Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 46 –
  • 24. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali encuentra más cerca del borde, se perderá tiempo al sacar el brazo. El operador debe comenzar a levantar la pluma cuando el cucharón haya recorrido el 75% de su arco de plegado. En ese momento el brazo estará muy cerca de la vertical. Este ejemplo representa una situación ideal. En una obra determinada no es posible seguir todos los puntos considerados, pero si se siguen estos conceptos el efecto sobre la producción será muy positivo. Producción real/hora = (producción/hora de 60 min.) x (Factor de eficiencia en la obra) Carga útil estimada del cucharón = (Cantidad de material en el cucharón) = (Capacidad colmada del cucharón) x (Factor de llenado del cucharón) VARIANTES Y OTROS MODOS DE EMPLEO DE LAS EXCAVADORAS De largo alcance Las excavadoras de largo alcance están diseñadas específicamente para tareas de excavación ligera que requieren un alcance mayor que el que tienen las máquinas que se utilizan normalmente para excavación. Para poder tener una fuerza de excavación suficientemente alta junto con un cucharón de tamaño aceptable, las excavadoras de largo alcance tienen límites de alcance menores que los que tienen las máquinas que se dedican a limpieza de zanjas. Las excavadoras de largo alcance son ideales para excavaciones profundas en arena o grava y alimentar directamente una tolva. El Frente de Largo Alcance que incluye: pluma, brazo, cilindros de conexión (para pluma, brazo y cucharón), tuberías hidráulicas, contrapeso adicional para proporcionar estabilidad a la máquina al trabajar sobre el costado y tren de rodaje ancho de servicio pesado. Las dimensiones incluyen el cucharón de excavación ligera. El uso de equipos excavadores para la demolición de edificios o construcciones se realiza regularmente con la sustitución del cucharón por un accesorio en forma de cincel o punta para ser empujado o impulsado por el brazo de equipo contra la construcción. Aunque en algunos trabajos de demolición se utiliza el cucharón, simplemente para derribar bardas o muros sencillos, y aprovechando la capacidad y alcances de la excavadora para la carga y retiro de los escombros producidos por la demolición. SELECCION DE EXCAVADORAS: CADENAS vs. RUEDAS Características: CADENAS Flotación Tracción Maniobrabilidad Para terrenos muy difíciles Cambio de ubicación de la máquina es más rápido. RUEDAS Movilidad y velocidad No dañan el pavimento Mejor estabilidad con estabilizadores o con hojas Nivelación de la máquina con estabilizadores Capacidad de trabajo con la hoja. De cadenas, sí ….. Si la aplicación no requiere demasiado movimiento de un sitio a otro o en la obra misma, una excavadora de cadenas puede ser la mejor opción. Las excavadoras de cadenas proporcionan buena tracción y buena flotación en casi toda clase de terrenos. La potencia constante con la barra de tiro proporciona excelente maniobrabilidad. El tren de rodaje de cadenas proporciona también buena estabilidad. Si la aplicación requiere cambiar con frecuencia la ubicación de la máquina, una excavadora de cadenas proporcionará una operación más eficiente, porque el subir y bajar frecuentemente los estabilizadores toma demasiado tiempo. Limpieza de zanjas Las excavadoras para limpieza de zanjas han sido diseñadas específicamente para tareas que requieren un alcance máximo, más allá del alcance de las excavadoras normales. Estas máquinas están diseñadas para arrastrar un cucharón pequeño aproximadamente a 90 grados por la parte lateral de las cadenas hacia la excavadora; no están capacitadas para trabajos de excavación. Las excavadoras para limpieza de zanjas son apropiadas para limpieza de zanjas, acabado de pendientes, conservación de ríos y otros trabajos que antes se reservaban para dragas. Las excavadoras para limpieza de zanjas utilizan plumas y brazos para obtener el máximo rendimiento y la máxima duración en aplicaciones de dragado. La parte delantera de las excavadoras de limpieza de zanjas incluye la pluma, el brazo, los cilindros de la pluma, del brazo y del cucharón, las tuberías hidráulicas y un contrapeso adicional para obtener mayor estabilidad cuando se trabaja por el costado. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) Demolición página - 47 – De ruedas, si …….. Si usted está buscando una máquina que sea muy versátil, que pueda trabajar en aplicaciones que no sean simplemente excavación de gran volumen o excavación de zanjas, considere la posibilidad de utilizar una excavadora de ruedas. Una excavadora de ruedas combina las características de las excavadoras tradicionales tales como la capacidad de girar 360°, largo alcance, profundidad de excavación, altura de carga, alta fuerza de excavación y capacidad de levantamiento alto, con la movilidad de un tren de rodaje sobre ruedas. Los neumáticos permiten que la excavadora se desplace por carreteras pavimentadas para trabajar en centros comerciales, zonas de estacionamiento y otras zonas pavimentadas sin dañar el pavimento. Su movilidad le permite desplazarse por sí misma con rapidez de un sitio de trabajo a otro, o de un lugar a otro dentro de un sitio de trabajo permitiendo mayor flexibilidad a la hora de planear el trabajo. La excavadora de ruedas es la máquina ideal para cargar camiones cuando el espacio de maniobra es reducido, para remover cemento armado o asfalto, para trabajar en bermas, para embellecimiento de terrenos, nivelación de acabado, tendido de tubos, limpieza de zanjas, etc. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 48 –
  • 25. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Una excavadora de ruedas es también una máquina ideal para el manejo de materiales. Puede cargar o descargar camiones y transportar cargas alrededor de la obra. Si se instalan estabilizadores y una hoja topadora en el tren de rodaje se aumenta la estabilidad de la máquina durante las tareas de levantamiento. TABLAS PARA EL CÁLCULO DE PRODUCCIÓN DE EXCAVADORAS El peso de la máquina es la consideración clave a la hora de seleccionar una excavadora de ruedas. A continuación se dan algunos otros factores que deben ser considerados. Seleccione la pluma y el brazo apropiados para sus necesidades de alcance, profundidad de excavación y altura de levantamiento. Se puede aumentar la estabilidad de la máquina instalando estabilizadores y/o una hoja topadora. Se pueden añadir circuitos hidráulicos adicionales dependiendo de su aplicación y de los accesorios que quiere conectar en el extremo del brazo. CALCULO DE LOS TIEMPOS DE CICLO (Tciclo) El ciclo de excavación de la excavadora consta básicamente de cuatro etapas: 1. Excavación y carga del cucharón 3. Descenso y descarga del cucharón 2. Elevación y giro con carga 4. Eleva y gira sin carga. El tiempo total del ciclo de la excavadora depende del tamaño de la máquina (las máquinas pequeñas tienen ciclos más rápidos que las máquinas grandes) y de las condiciones de la obra. A medida que éstas se hacen más difíciles (se dificulta más la excavación, la zanja es más profunda, hay más obstáculos, etc.), baja el rendimiento de la excavadora. A medida que se endurece el suelo y se dificulta su excavación, se tarda más en llenar el cucharón. A medida que la zanja se hace más profunda y la pila del material que se saca crece, el cucharón tiene que viajar más lejos y la superestructura tiene que hacer mayores giros con cada ciclo de trabajo. La ubicación de la pila del material y del camión afecta también el ciclo de trabajo. Si el camión se estaciona en el área inmediata de excavación contigua a la pila del material, son posibles ciclos de 10 a 17 segundos. El extremo opuesto sería con el camión o la pila de material por encima del nivel de la excavadora, a 180° del punto de excavación. En construcción de cloacas, puede no ser posible que el operador trabaje a plena velocidad porque tiene que excavar alrededor de cables eléctricos y tuberías de servicio público, cargar el cucharón en una zanja con protección, o tener cuidado con personal trabajando en el área. TIEMPO DE CICLO VS. LAS CONDICIONES DE LA OBRA — Fácil de excavar (tierra suelta, arena, limpieza de zanjas, etc.). Excava a una profundidad menor del 40% de la capacidad máxima de la máquina. El ángulo de giro es menor de 30°. Descarga en la pila o en camión en el área de excavación. No hay obstáculos. Operador con buena habilidad. — No tan fácil de excavar (tierra compactada, arcilla seca y dura, tierra con menos de 25% de roca). Excava a una profundidad de hasta el 50% de la capacidad máxima de la máquina. El ángulo de giro es de hasta 60°. Pila de descarga grande. Pocos obstáculos. — Excavación entre mediana y difícil (suelo duro compactado hasta con 50% de roca). Excava a una profundidad de hasta el 70% de la capacidad máxima de la máquina. El ángulo de giro es de hasta 90°. Los camiones de acarreo se cargan cerca de la excavadora. — Difícil de excavar (roca de voladura o suelo duro con hasta 75% de roca). Excava a una profundidad de hasta el 90% de la capacidad máxima de la máquina. El ángulo de giro es de hasta 120°. Zanjas reforzadas. Área de descarga pequeña. Hay que trabajar con cuidado por el personal en la zanja que tiende tubos. — La excavación más difícil (arenisca, piedra caliza, caliche, pizarra bituminosa, suelo congelado). Excava a una profundidad de más del 90% de la capacidad máxima de la máquina. El ángulo de giro es mayor de 120°. Carga de cucharón en alcantarillas. Descarga en un área pequeña y alejada de la máquina lo que requiere el alcance máximo de ésta. Hay gente y obstáculos en el área de trabajo. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 49 – ** Producción real/hora = (producción en hora de 60 min.) X (Factor de eficiencia en la obra) ** Carga útil estimada del cucharón = (Cantidad de material en el cucharón) = (Capacidad colmada del cucharón) X (Factor de llenado del cucharón) Los números sobre fondo blanco indican producción media. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 50 –
  • 26. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Cálculo del tamaño del cucharón en excavación de zanjas. Además de los cálculos para los trabajos en zanjas comentados en las páginas anteriores, otro método para calcular la producción de zanjas es mediante los nomogramas. En la página siguiente se muestra un nomograma que se puede utilizar para calcular el tamaño del cucharón según las dimensiones de la zanja y la tasa de producción lineal. El método de nomograma es más rápido y más fácil que el del ejemplo anterior, porque no requiere tantos cálculos. Sin embargo, la precisión de los cálculos está dentro de los límites normales. Tenga cuidado al registrar los datos o al leer los resultados de los nomogramas, porque algunas escalas aumentan de abajo hacia arriba y otras a la inversa. No se preocupe demasiado respecto a la precisión afectada por el grueso del trazo del lápiz ni tampoco una indicación de un centésimo de metro cúbico (yarda cúbica). Recuerde que el factor de llenado del cucharón, la densidad de los materiales y el tiempo de ciclo son solamente cálculos aproximados. 5) Entre la producción lineal requerida en la escala G. 6) Conecte E y G. Transfiera la producción por hora de la escala F a la escala K. 7) Calcule el tiempo de ciclo sobre la base de las condiciones anticipadas y regístrelo en la escala H. 8) Calcule el tiempo de excavación y regístrelo en la escala I. 9) Conecte H a través de I a la escala J para obtener los ciclos por hora. PROCEDIMIENTO PARA USO DE NOMOGRAMAS 1) Entre la profundidad de la zanja en la escala A y el promedio del ancho de la zanja en la escala B. 2) Conecte A y B y extienda a la escala C para obtener el volumen del banco por m. 3) Entre el factor de carga estimado en la escala D, y 4) Conecte C y D y extienda a la escala E para obtener el volumen suelto por m. (Obtenga el volumen suelto de la escala E y trasládelo a la siguiente página en la escala E) Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 51 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 52 –
  • 27. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali (Obtenga los ciclos por hora de la escala J y trasládelos en esta página en la escala J) 10) Conecte J a través de K con la escala L para obtener el volumen requerido por ciclo. 11) Registre el factor de llenado estimado del cucharón en la escala M. 12) Conecte L a través de M a la escala N para determinar el tamaño del cucharón que se necesita. NOTA: Asegúrese que el ancho del cucharón no excede el ancho mínimo de la zanja y que el peso del cucharón y de la máquina no exceden la capacidad del peso en orden de trabajo de la máquina (ver la tabla de capacidades). m3-B/m lineal = (Área de sección de zanja en m2) X (1.00 m. lineal) Capacidad de la zanja (en m3-B/m) = 0.5 (A + C) 2 x B Volumen de la pila (en m3-S/m) = (m3-B/m. lineal) X (1.00 + % de expansión) Esta tabla es una guía general para hallar el ancho del fondo de la zanja para tubos de diferente diámetro exterior. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 53 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 54 –
  • 28. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Retroexcavadora Definición Desmonte, carga y descarga de materiales Relleno de cimientos y zanjas Escarificar (proceso de remover la estructura de un pavimento existente, y desgarra, remover terreno rocoso (Ripper). La retroexcavadora es una maquina en la cual la pluma baja y sube en cada operación; la cuchara, unida a ella, excava tirando hacia el carretón, es decir hacia atrás como se ve en la figura , en vez de empujar hacia delante, como lo hace la excavadora normal . Es fundamental que el transporte este organizado de manera tal que la excavadora no espere a los medios de transporte; la capacidad de estos debe ser múltiplo de la cuchara, para evitar que una carga tenga que vaciarse en elementos distintos; un buen sistema, siempre que sea posible en la práctica, consiste en situar los camiones alternativamente a un lado y al otro de la excavadora y lo mas cerca posible del frente de ataque. Tipos Según su accionamiento: Retroexcavadoras de cable mecánicas. Retroexcavadoras Hidráulicas. RETROEXCAVADORA SOBRE ORUGAS Operaciones Esquema Excavar Es la mejor maquina para excavar taludes verticales por debajo del plano de sustentación de la maquina. Cargar, Realizando giros según su eje vertical hacia el camión de volteo que se encuentra detrás o a un lado del equipo de excavación, Girar, Desplazar, Movilizar y desmovilizar Según el sistema de traslación: Retroexcavadoras a rieles Retroexcavadoras montadas sobre cadenas (orugas). El chasis está soportado por dos cadenas paralelas. Así mismo los órganos de mando, igual que en la de neumáticos, se encuentran en la cabina del conductor. Retroexcavadoras montadas sobre ruedas o neumáticos. El tren de rodadura está compuesto de ruedas de caucho, los órganos de mando de desplazamiento, dirección y frenos están en la cabina. La estabilidad se asegura con estabilizadores independientes de las ruedas. Excavación de zanjas con taludes verticales; roca dura disgregada previamente. La excavación se realiza por debajo del nivel de sustentación de la excavadora sin importar el nivel freático. Excavaciones de cimientos Excavación de canales Limpieza y nivelación página - 55 – RETROEXCAVADORA SOBRE NEUMÁTICOS Retroexcavadora Mixta Este tipo de máquina es muy práctica dado que por un lado dispone de una pala ancha capaz de mover volúmenes considerables de tierras y por otro lado dispone de una pala con brazo articulado muy práctica para la ejecución de zanjas, trabajos en taludes, de escombros etc. Unido todo ello al reducido volumen de la máquina y su diseño por lo cual es capaz de moverse en terrenos difíciles hace de esta máquina un modelo muy práctico e imprescindible para toda empresa dedicada al Aplicaciones Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) o Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 56 –
  • 29. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali movimiento de tierras y/o construcción. Es muy usual su utilización en el desbroce o desescombro de solares y terrenos para comenzar nuevos edificios, limpiando el terreno y realizando las excavaciones en zanja y pozos para sus cimientos Retro araña Se trata de una retroexcavadora giratoria, dotada de dos ruedas y dos patas, de geometría variable y capaz de trabajar y moverse en pendientes superiores al 100 % Sus características le permiten una gran versatilidad de movimientos, siendo capaz de minimizar el impacto provocado por su desplazamiento a la vez que se optimiza el rendimiento del trabajo; Seguridad Industrial Indumentaria: Las prendas de vestir deben ser relativamente ajustadas, debe evitarse chaquetas sueltas, anillos y cualquier otro tipo de joyas. La indumentaria requerida es: Cascos resistentes, Gafas de seguridad, Zapatos de seguridad Cascos protectores para los oídos Medio ambiente Aplicaciones En la Agricultura para la construcción y mantenimiento de canales de drenaje o de riego. En la Minería para exploraciones, explotaciones en ríos y otros. En la Construcción de Líneas de Alta Tensión, Funiculares, estancias o albergues en la montaña. Ruido dentro y fuera, cuando el nivel de ruido sobrepase el margen de seguridad establecido (80 dB), será obligatorio el uso de auriculares o tapones. Emisión de gases (CO2, NO2) Partículas en suspensión (polvo), en trabajos con tierras pulvígenas, se deberá hacer uso de mascarillas o lechadas de cal. DIMENSIONES Y CAPACIDADES Transporte La Retroexcavadora puede ser transportada por la cama baja, en caso de no poder transportarse sola, si es sobre ruedas y la obra se encuentra cerca puede no necesita de transporte, por contar – en muchos casos- con tren e independencia motriz. Mantenimiento El motor debe estar parado para realizar el mantenimiento, si se requiere encendido para hacer ajustes el operador debe estar en la cabina para evitar el acceso de los controles a extraños. Preventivo Predictivo Protocolo de encendido Inclinadores de Tablero Capacidad del tanque de combustible Inspección Visual alrededor de la maquina. Prever posibles emplazamientos de tuberías de alcantarillado o gas. Si van a efectuarse soldaduras en la unidad, desconecte el alternador y baterías. Las baterías durante su carga o descarga producen hidrogeno y oxigeno, una mezcla muy explosiva, una chispa puede producir la detonación de los mismos. Correctivo Reemplazo de grasa sucia por nueva Cambio de combustible Inspección Visual alrededor de la maquina. Utilizar el aceite recomendado por el fabricante. En el caso de excavadoras sobre ruedas al inflar los neumáticos utilizar una manguera larga que permita situarse paralela a la rueda y fuera del alcance de de posibles reventones Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 57 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 58 –
  • 30. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali CAPACIDAD DE LEVANTAMIENTO NOTAS Y APUNTES: CAPACIDADES DE LOS CUCHARONES: a) Éstandard Ancho en mm. 305 457 Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) Capacidad Colmado a ras .07 m3 .06 m3 .127 .099 Peso en Kgs. 116.0 página - 59 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 60 –
  • 31. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Dragas y Dragalinas Partes que constituyen el equipo de dragado: Definición DRAGA.Es una embarcación soportante del sistema de bombas y malacates. La draga está anclada a las orillas del embalse por cuatro puntos mediante cables que salen de cuatro malacates desde las cuatro aristas de la draga. Los cables se pueden enrollar o desenrollar con lo cual el equipo puede posicionarse en un tramo determinado. Las dragas son maquinas especialmente diseñadas par a realizar excavaciones acuáticas y extraer los residuos de estas obras. En el mercado se dispone de variados diseños, las dragas se pueden clasificar según su función u operación, de acuerdo a su función se tienen dragas para lagunas, residuos peligrosos, bombeo de flujos viscosos y construcciones marinas y según el modo de operación se dispone de dragas eléctricas, diesel, a control remoto, tripuladas ó propulsión automática. La dragalina, llamada también draga de arrastre, es el equipo indicado para realizar excavaciones bajo su nivel de sustentación en terrenos blandos, fangosos o sumergidos. Esto es posible por su gran alcance, que le permite excavar un gran área sin desplazarse o desplazándose por terreno firme. Este mismo alcance le posibilita descargar lejos del sitio de excavación y formar montones altos con el material extraído. Operaciones Una operación de dragado consiste en excavar material terroso cubierto por agua. A menudo, se provoca la suspensión del material en el agua, para transportarlo al lugar de depósito. Tales trabajos pueden tener por objetivo la excavación general submarina de una bahía, de una playa, de un río o de un lago. En esos casos, si el área por excavar tiene una anchura considerable, lo mismo que longitud, se sitúa la draga de manera que ejerza una acción de recorrido continuo y extenso sobre la superficie del agua, alrededor de un centro de giro. En otros trabajos, la draga tendrá que excavar un canal o una trinchera, y necesitara moverse según una línea, a medida que avance la excavación. Excavar.- Por arrastre de material. Cargar .- Carguío de material suelto Esquema Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 61 – MÒDULO DE DRAGADO.Es el dispositivo sujeto a un castillo soportante en la proa de la draga mediante un cable que al ser soltado por un malacate permite que el módulo llegue hasta el sedimento para disgregarlo, mezclarlo con agua y absorberlo TUBERÍA.Constituye la tercera parte y permite que la mezcla sea transportada sobre el nivel del agua del embalse y sea depositada a pié de presa donde las excedencias que salen por el vertedero y desagüe de fondo y los tributarios arrastren el sedimento aguas abajo del río. Dragalina Son equipos que están conformados por una cabina, un sistema de traslación, una pluma de gran longitud, en el orden de hasta los 60 metros. Tienen una cuchara accionada por un sistema de cables y realiza excavación por arrastre Aplicaciones Limpieza del fondo de los puertos y costas. Aumento de la profundidad de calado necesaria para el transito de ciertas embarcaciones. Dragado de ríos y presas Excavación de áridos del fondo del lecho de los ríos Aumento de la profundidad de calado necesaria para el transito de ciertas embarcaciones. Técnica de trasbordo de material Remoción del estéril para mostrar las vetas de carbón Demolición Construcción de oleoductos Dragado de ríos y presas Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 62 –
  • 32. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Los equipos de dragado pueden clasificarse en dos grandes grupos: DRAGAS MECÁNICAS EXCAVADORAS O DRAGALINAS y DRAGAS DE ASPIRACIÓN HIDRÁULICA, basadas en la captación del material del lecho mediante tuberías de aspiración y equipos de bombeo. DRAGAS DE ARRASTRE. Una operación de dragado consiste en excavar material terroso cubierto por agua Tipos Dragas Hidráulicas Dragas Hidráulicas utilizan agua para propulsar el material dragado. El material es succionado por la bomba y propulsado a través de la tubería. Ejemplos • Dragas de Succión • Dragas de Barrena • Dragas de Plancha • Dragas de Turbina • Dragas de Cubeta La Draga se transporta por medio del Low Boy en caso de no poder transportarse sola, si esta sobre ruedas y la obra se encuentra cerca puede transportarse sola. Mantenimiento                 La draga de cortador Amazone, con un  rendimiento de aproximadamente 3,000 m3  por hora, y sus equipos de apoyo.    Dragas Mecánicas Dragas mecánicas usan una cubeta, almeja, u otros medios mecánicos para substraer el material del fondo. Si el material no puede ser descargado cerca de la draga, este será transportado alternamente. Ejemplos • Dragas de Balde • Dragas Escavadora (excavadora) • Dragas Retroexcavadora • Dragas de Escalera • Dragas de Cucharón Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) Transporte página - 63 – Para realizar el mantenimiento el motor debe estar parado. • Inspección visual • Ralenty (Calentamiento del motor progresivamente) • Engrasar piezas requeridas • Cambio de combustible • En caso de dragas sobre ruedas al inflarlos con una manguera larga fuera del alcance de de posibles • reventones. Seguridad Industrial • • • • • • • Para trabajar se requiere lograr un plano de asentamiento horizontal de la maquinaria. Las unidades de acarreo deben situarse lo más cercanas a estas máquinas. No hacer giros con la cuchara cargada, para no hacer esfuerzos de torsión en la pluma. Forma de encarar el trabajo: los operadores deben ser conscientes y responsables de la seguridad; estar física, mental y emocionalmente en buenas condiciones. Encendido.- Inspeccionar la maquinaria Apagado.- Concluido el trabajo bajar todos los implementos al suelo o apoyarlos sobre un soporte lo suficientemente fuerte para aguantar el peso de los mismos. Trabajo.- Durante el trabajo no sobrepasar la capacidad de elevación y permanecer dentro de los límites de elevación expuestos en la tabla del fabricante. Medio ambiente Este tiene un gran impacto ambiental debido al remoción de tierra que se produce por arrastre de material sedimentado, contaminando el agua y erosionando el suelo. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 64 –
  • 33. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Tractores con Hoja de Empuje Definición NOTAS Y APUNTES: Máquina para movimiento de tierra con una gran potencia y robustez en su estructura, diseñado especialmente para el trabajo de corte (excavando) y al mismo tiempo empujando con la hoja (transporte). En esta máquina son montados diversos equipos para poder ejecutar su trabajo, además debido a su gran potencia tiene la posibilidad de empujar o apoyar a otras máquinas cuando estas lo necesiten (Ej. una motoescrepa). Operaciones Excavar(a cielo abierto en dimensiones). Acarreo en grandes dimensiones. grandes Aplicaciones Grandes excavaciones a cielo abierto Excavación en banco de préstamo Limpieza y desbroce Apertura de vías Tipos Por el sistema de traslación De Orugas Su combustible mayormente es el diesel, son equipos de mayor potencia. Chasis rígido. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 65 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 66 –
  • 34. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Otra clasificación según caterpillar Hoja recta Hoja universal Hoja semiuniversal Hoja semiuniversal de radio variable Hoja amortiguada Velocidades máximas de entre 7 y 15 km/h. Potencias de entre 140 y 770 HP. Transmisiones mecánicas. Pesos en servicio de entre 13,5 y 68 t. Capacidad de remontar pendientes de hasta 45º. De ruedas Producen menos compactación en el suelo, se usan más en agronomía. Chasis articulado con ángulos de 40º a 45º. Tracción en las cuatro ruedas. Velocidades máximas de desplazamiento de entre 16 y 60 km/h. Potencias de entre 170 y 820 HP. Transmisiones mecánicas o eléctricas. Pesos en servicio de entre 18,5 y 96 t. Hoja universal o en "U": usada para el empuje de grandes volúmenes de material a largas distancias. Por esto, la curvatura de los extremos de la hoja impulsa el material hacia el centro de la misma, disminuyendo los derrames laterales. Las hojas semiuniversales combinan la capacidad de retención de la carga de las hojas universales con la capacidad de penetración del terreno de las hojas rectas en un solo diseño de alto rendimiento. Por la forma en que mueve su barra Las hojas de empuje pueden realizar los siguientes movimientos: Inclinación lateral. Variación del ángulo de ataque de la hoja. Variación del ángulo de la hoja respecto de la dirección de avance. Elevación y descenso de la hoja. Las hojas amortiguadas se usan para cargar mediante empuje traíllas o tractores de cadenas. El diseño de servicio pesado incluye una placa de revestimiento central resistente al desgaste y una sección reforzada de cuchilla. Las hojas semiuniversales de radio variable son excelentes herramientas para el mejoramiento de tierras, conservación de suelos, desarrollo de emplazamiento de obras y construcción general Accesorios Adicionales También puede contar en su parte trasera con un escarificador. Este accesorio permite excavar suelos duros que no se pueden remover con la hoja, tales como asfalto, pavimento viejo y superficies congeladas. Existen diferentes tipos de hojas: Hoja recta: aconsejada para trabajos de empuje en general, especialmente en aquellos que requieren pasadas cortas o de media distancia. Es la de mayor versatilidad y capacidad para trabajos en roca. Hoja angulable: diseñada para empujar el material lateralmente, para lo cual puede situarse en el bastidor de los brazos con ángulos de 25º a la derecha o izquierda respecto de la dirección del tractor. Hoja de empuje amortiguado: se trata de una hoja de poco ancho, lo que le otorga mayor maniobrabilidad al tractor en su labor de empuje. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 67 – Transporte La Topadora se transporta por medio del Low Boy en caso de no poder transportarse sola, si esta sobre ruedas y la obra se encuentra cerca puede transportarse sola. Se presenta el montaje de una topadora Buldózer. Mantenimiento En la zona de trabajo Colocar la máquina en terreno llano. Bloquear las ruedas o las cadenas. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 68 –
  • 35. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Colocar la cuchara apoyada en el suelo. Si se debe mantener la cuchara levantada se inmovilizará adecuadamente. Desconectar la batería para impedir un arranque súbito de la máquina. No quedarse entre las ruedas o sobre las cadenas, bajo la cuchara o el brazo. No colocar nunca una pieza metálica encima de los bornes de la batería. Utilizar un medidor de carga para verificar la batería. No utilizar nunca un mechero o cerillas para ver dentro del motor. Aprender a utilizar los extintores. Conservar la máquina en buen estado de limpieza. En taller Antes de empezar las reparaciones, es conveniente limpiar la zona a reparar. No limpiar nunca las piezas con gasolina. Trabajar en un local ventilado. NO FUMAR. Antes de empezar las reparaciones, quitar la llave de contacto, bloquear la máquina y colocar letreros indicando que no se manipulen los mecanismo. Si varios mecánicos trabajan en la misma máquina, sus trabajos deberán ser coordinados y conocidos entre ellos. Dejar enfriar el motor antes de quitar el tapón del radiador. Bajarla presión del circuito hidráulico antes de quitar el tapón de vaciado, así mismo cuando se realice el vaciado del aceite vigilar que no esté quemando. Si se tiene que dejar elevado el brazo y la cuchara, se procederá a su inmovilización antes de empezar el trabajo. Realizar la evacuación de los gases del tubo de escape directamente al exterior del local. Cuando se arregle la tensión de las correas del motor, éste estará parado. Antes de arrancar el motor, comprobar que no se haya dejado ninguna herramienta encima del mismo. Utilizar guantes y zapatos de seguridad. Examen de la máquina La máquina antes de empezar cualquier trabajo, deberá ser examinada en todas sus partes. Los exámenes deben renovarse todas las veces que sean necesarias y fundamentalmente cuando haya habido un fallo en el material, en la máquina, en las instalaciones o los dispositivos de seguridad habiendo producido o no un accidente. Todos estos exámenes los realizará el encargado o personal competente designado por el mismo. El nombre y el cargo de esta persona se consignarán en un libro de registro de seguridad, el cual lo guardará el encargado. Seguridad Industrial Antes de empezar cualquier trabajo se precisa conocer las reglas y recomendaciones que aconseja el contratista de la obra. Así mismo deben seguirse las recomendaciones especiales que realice el encargado de la obra. Consejos para el conductor No ingerir bebidas alcohólicas antes y durante el trabajo. No tomar medicamentos sin prescripción facultativa, especialmente tranquilizantes. No realizar carreras, ni bromas a los demás conductores. Estar únicamente atento al trabajo. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 69 – No transportar a nadie en la cuchara. Cuando alguien debe guiar al maquinista, éste no lo perderá nunca de vista. No dejar nunca que este ayudante toque los mandos. Encender los faros al final del día para ver y ser visto. Notas sobre elementos de protección personal Casco protector de la cabeza Habitualmente el puesto del conductor está protegido con cabina, pero es indispensable el uso del casco protector cuando se abandona la misma para circular por la obra. Botas de seguridad antideslizante El calzado de seguridad es importante debido a las condiciones en las que se suele trabajar en la obra (con barro, agua, aceite, grasas, etc.). Protección de los oídos Cuando el nivel de ruido sobrepase el margen de seguridad establecido y en todo caso, cuando sea superior a 80 dB, será obligatorio el uso de auriculares o tapones. Ropa de trabajo No se deben utilizar ropas de trabajo sueltas que puedan ser atrapadas por elementos en movimiento. Eventualmente cuando las condiciones atmosféricas lo aconsejen y el puesto de mando carezca de cabina, el conductor deberá disponer de ropa que le proteja de la lluvia. Guantes El conductor deberá disponer de guantes adecuados para posibles emergencias de conservación durante el trabajo. Protección del aparato respiratorio En trabajos con tierras sueltas y finas, se deberá hacer uso de mascarillas. Medio Ambiente Contaminar lo menos posible el aire con los gases y partículas en suspensión No cambiar drásticamente el ambiente No dañar especies vivas del lugar Producción y rendimientos Un tractor es una unidad de potencia de tracción que tiene una cuchilla al frente de la máquina. Están diseñados para proporcionar potencia de tracción al trabajo de la barra de tiro. Los tractores pueden estar montados tanto sobre orugas o cadenas como sobre ruedas. Para ser consistentes con su propósito, como una unidad que trabaja con la barra de tiro, tienen su centro de gravedad muy bajo. Este es un requisito para que sea una máquina efectiva. Cuanto mayor sea la diferencia entre el eje de aplicación de la fuerza de transmisión de la máquina y la el eje de la fuerza de resistencia menor será la eficiencia en el uso de la potencia desarrollada. Los tractores se usan para empujar material, limpiar terreno, romper roca, ayudar a las traíllas en la carga y empujar otros elementos de equipo de construcción. Pueden estar equipados además con un malacate posterior o un desgarrador (Ripper). Para desplazamientos de grandes distancias entre proyectos o dentro de un proyecto, el tractor debe ser transportado por otro equipo. Moverlos con su propia potencia aún a velocidades muy bajas incrementa el uso de la tracción disminuyendo la vida útil de la máquina. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 70 –
  • 36. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Características del desempeño de los tractores Los tractores se clasifican sobre la base de su sistema de tracción: (1) sobre orugas y (2) sobre llantas. Los tractores de orugas son en realidad las máquinas de tracción. Tienen una cadena continua que se mueve en un plano horizontal a través de unos rodillos fijos. En un determinado cambio del motor, las orugas pasan sobre un disco fijo montado verticalmente. Cuando el disco gira, fuerza a la oruga a avanzar o regresar, impartiendo movimiento al tractor. En el frente de la máquina, la tracción pasa sobre un disco similar montado verticalmente que está conectado con un elemento de tensión ajustable. El disco mantiene la tensión adecuada en la cadena y le permite absorber fuertes golpes. Los pasos están hechos de acero especial diseñado para resistir el uso y la abrasión. Algunas compañías ofrecen actualmente orugas con pasos de acero cubiertos con caucho. La fuerza disponible para usar en un trabajo está limitada frecuentemente por la tracción. Esta limitación depende de dos factores: (1) el coeficiente de tracción en la superficie que se atraviesa y (2) el peso que llevan las llantas de dirección. transmisión, pero las opciones principales son la dirección directa y el convertidor de torque con transmisión de potencia. Efecto del peso en el desempeño Algunas veces, los usuarios incrementan el peso de las llantas de los tractores de ruedas para superar las limitaciones de potencia y tracción. Se recomienda una mezcla de cloruro de calcio y agua como balastro. Debe tenerse especial cuidado para asegurar que el nuevo peso se distribuya de manera equilibrada entre todas las llantas de dirección. Un tren de rodaje de un tractor de cadenas estándar es apropiado para uso general en roca y terreno moderadamente suave. La presión típica del terreno para un tractor de orugas con un carruaje estándar es de 6 a 9 psi. (41-62 KPa). La configuración del tren de rodaje para una menor presión del terreno (LGP) está diseñada para condiciones de suelo blando. La presión del suelo desarrollada por un tractor de orugas con un tren de rodaje LGP es de 3 a 4 psi (21-28KPa). Las máquinas con LGP no deben usarse en condiciones de terreno duro o rocoso, ya que reducirían su vida útil. Hay trenes de rodaje extra-largos disponibles para las máquinas dedicadas a trabajos de acabado. En el caso de tractores con neumáticos, las llantas más anchas proporcionan una mayor área de contacto e incrementan la flotación. Debe recordarse, sin embargo, que las cartas de desempeño se basan en un equipo estándar, incluyendo las llantas. Unas llantas más grandes reducirán el desarrollo del empuje. Tanto los tractores de orugas como los de cadenas están tipificados por potencia de giro de los discos (fwhp) y el peso. Normalmente el peso se considera de operación, es decir, incluye lubricantes, refrigerantes, un tanque de combustible lleno, una cuchilla, el fluido hidráulico, cabinas de protección estándar y el operador. El peso del tractor es importante en muchos proyectos porque el máximo esfuerzo de tracción que una unidad puede proporcionar está limitada por el producto del peso por el coeficiente de tracción entre la unidad y la superficie del terreno, independientemente de la potencia que tenga el equipo. Para movilizar la mayoría de los tractores se usan motores de combustión interna, siendo los más comunes los de diesel. Los motores de gasolina se usan en unidades más pequeñas. Algunos tractores diseñados para el trabajo en túneles usan energía eléctrica o aire como sistema de propulsión para evitar los gases de combustión. Como la rotación derivada del motor es generalmente demasiado rápida y no tiene suficiente fuerza (torque), las máquinas tienen transmisiones que reducen la velocidad rotacional e incrementan la fuerza disponible para realizar el trabajo La transmisión proporciona al operador la habilidad de cambiar la relación velocidad-potencia de la máquina de modo que cumpla los requerimientos del trabajo. Los fabricantes han venido implementando los tractores con una variedad de sistemas de Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 71 – Efecto de la tracción en el desempeño Los requerimientos de tracción o flotación se pueden conseguir con un adecuado tren de rodaje o neumáticos. Las unidades sobre orugas están diseñadas para aquellos trabajos que requieren gran esfuerzo de tracción. No hay otras piezas de equipo que puedan proporcionar la potencia, tracción y flotación necesarias en condiciones tan variadas. Un tractor de orugas puede operar en pendientes muy empinadas de hasta 45°. Ya se explicó en líneas anteriores que la fuerza de empuje que puede usarse depende del peso y la tracción del tractor completamente equipado. Esto debe servir de alerta sobre la potencia disponible. Aún cuando el motor puede desarrollar una determinada fuerza en la barra de tiro o una fuerza de empuje, toda esta fuerza no estará disponible para hacer el trabajo. Por ejemplo, si se tienen dos tractores, uno sobre orugas con 200HP y otro sobre neumáticos de 216HP, aunque la potencia es muy similar, la fuerza de tiro final no es la misma. En un terreno limoarcilloso seco, el coeficiente de tracción ya es distinto para llantas y para neumáticos. En la tabla siguiente, se tiene los valores respectivos de 0.9 y el rango entre 0.5 y 0.7 Asumiendo un valor de tracción promedio para los neumáticos de 0.6 se estimaría una fuerza de tiro de 20,650 kg para el tractor de orugas y de 20,500 kgs. para el tractor de neumáticos en las cartas de fuerza de tiro. Sin embargo, por efecto de la tracción la fuerza disponible será menor a este valor y se puede aproximar al valor anteriormente hallado multiplicado por el coeficiente de tracción. Para el tractor de orugas, la fuerza disponible sería igual a 20,650 kg multiplicado por 0.9, igual a 18,585 kg. Para el mismo tractor pero montado sobre ruedas, fuerza disponible se multiplicaría por 0.6, resultando en 12,300 kg. Como se demuestra, las dos máquinas tienen aproximadamente el mismo peso de operación y la misma potencia, pero debido al efecto de tracción, el tractor de orugas es capaz de proporcionar 1.5 veces más la potencia útil de otro de ruedas. En la mayoría de los terrenos, el coeficiente de tracción de los neumáticos es menor que el de orugas. Por lo tanto, un tractor de ruedas deberá ser considerablemente más pesado (aproximadamente un 50%) que los tractores de orugas para desarrollar la misma cantidad de fuerza útil. Al incrementar el peso, se requerirá a su vez de un motor más grande para mantener la relación peso-potencia. Esto establecerá un límite hasta el cual puede añadirse peso y permita aún tener una máquina con las ventajas de velocidad y movilidad respecto al tractor de orugas. Una ventaja de un tractor de ruedas en comparación con uno de orugas es la gran velocidad que puede desarrollar la máquina, llegando en algunos casos hasta 48 Km/h. Para conseguir una alta velocidad, sin embargo, un tractor de ruedas debe sacrificar el empuje. Además, como el coeficiente de tracción entre las llantas y algunos terrenos es bajo, los tractores de ruedas pueden deslizar sus llantas antes de desarrollar su esfuerzo de empuje establecido. Estimación de la producción de los tractores Un tractor o dozer es una unidad de tracción provista de una cuchilla en la parte frontal. Esta cuchilla se usa para empujar, cortar y nivelar o esparcir material hacia delante del tractor. Los tractores son las máquinas de movimiento de tierras más eficientes y versátiles. Se usan generalmente para iniciar la limpieza del terreno, el corte y la nivelación de la subrasante y en la producción de los agregados en las canteras de material. Las operaciones específicas son: • Empuje de tierra y roca en distancias cortas, hasta 91 m., en el caso de tractores grandes. • Esparcido de rellenos de tierra y roca. • Relleno de trochas. • Abertura de caminos a través de montañas o en terrenos rocosos. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 72 –
  • 37. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali • Limpieza de terreno de maleza, raíces, etc. • Limpieza de superficies en canteras o zonas de préstamo. • Ayuda en la carga de traíllas. En cada uno de estos trabajos la gran diferencia la hacen las cuchillas. Las cuchillas son elementos en forma de placa que tiene unos bordes cortantes. Están conectadas al tractor a través de brazos hidráulicos. Tienen distintos diseños y formas. Además, la forma de movimiento de las cuchillas también define algunos nombres como el bulldozer, tiltdozer, angledozer, etc. El tipo de cuchilla puede influir directamente en la cantidad de material que es capaz de captar y movilizar y, por tanto, influye en la producción del tractor. Por ello, se desarrollará con detalle los tipos de cuchilla de los tractores. Actividades de empuje de material Un tractor no tiene una capacidad volumétrica determinada. No hay ningún contenedor o tolva; en su lugar, la cantidad de material que el tractor mueve depende de la cantidad que queda en frente de la cuchilla durante el avance. Los factores que controlan las tasas de producción son tres: (1) el tipo y condiciones de material, (2) el tipo de cuchilla y (3) el tiempo del ciclo. a) Tipo y condiciones del material El tipo y las condiciones de material que se manipula afecta la forma de la masa que se empuja delante de la cuchilla. Los materiales cohesivos (arcillas) se acomodarán como una bola. Los materiales que tienen una calidad densa o que tienen un alto contenido de mica rodarán sobre el terreno y se colmarán. Los materiales sin cohesión (arenas) se conocen como materiales muertos porque no muestran propiedades de esponjamiento o copete. Las cuchillas rectas (S) llevan el material en frente de la cuchilla, mientras que las cuchillas universales (U) y semiuniversales (SU) controlan el material que se desparrama lateralmente dentro de la cuchilla. Como las cuchillas U y SU fuerzan al material a moverse hacia el centro, hay un mayor grado de esponjamiento y la cantidad de material suelto será mayor que en las cuchillas rectas. Pero la relación de esta diferencia no es la misma cuando se considera volumen en banco. Esto se debe a que el factor de conversión de volumen suelto a volumen en banco para las cuchillas de tipo universal (U) no es el mismo que el de las cuchillas rectas (S). El efecto envolvente de las cuchillas U o SU produce esta diferencia. El mismo tipo de cuchilla viene en diversos tamaños para un mismo tipo de tractor. La capacidad de la cuchilla entonces es una función del tipo de la cuchilla y su dimensión física. Las hojas de especificaciones de los fabricantes proporcionarán la información necesaria relacionada con las dimensiones de las cuchillas. La carga que una cuchilla llevará se puede estimar con diversos métodos: (1) por la estimación de sugerida por el fabricante, (2) por la experiencia previa (condiciones de material similar, equipo o trabajo) y (3) por medidas en el campo. Los fabricantes proporcionan una capacidad de cuchilla teórica, basada en la práctica SAE J1265. Para una cuchilla recta, la capacidad VS puede estimarse con la siguiente ecuación, en función del ancho de la cuchilla (W) y la altura efectiva (H) o altura de material. Para la capacidad de la cuchilla universal VU se sugiere la siguiente ecuación, en función de la capacidad de la zona recta, más la fracción equivalente a la zona angular, como se indica a continuación: donde: Vu = capacidad de la cuchilla universal, en m3 suelto. Vs = capacidad de la cuchilla en la zona recta, en m3 suelto. W = ancho de la cuchilla, en metros, excluyendo los bordes. H = altura efectiva de la cuchilla, en metros. Z = longitud del tramo angular, medido de manera paralela al ancho de la cuchilla, en metros. X = ángulo de la sección angular. b) Tipo de cuchilla Existen en general tres tipos de cuchillas para las actividades de empuje de material: recta (S), universal (U) y semiuniversal (SU), además la tipo cojín (C), usada para actividades de empuje de otros equipos. Cada una de ellas, por su forma específica, logra acomodar el material frente a ella de una determinada manera, de modo que un mismo tractor puede tener rendimientos diferentes según el tipo de cuchilla usado. Otro excelente método de estimación es usar la experiencia previa debidamente documentada. La documentación requiere que el área excavada se divida en secciones para determinar el volumen total del material a mover y que se registre el número de ciclos del tractor. Los estudios de producción pueden hacerse con base en el peso del material que se mueve. En el caso de tractores, los mecanismos para pesar el material son muy difíciles de conseguir para tales volúmenes. Por ello puede ser más práctico el tercer método, tomando medidas en campo. Lo primero que debe hacerse es obtener la carga de una cuchilla normal, haciendo que el tractor empuje una cuchilla de carga normalizada sobre un área nivelada. El tractor se detiene, mientras que la cuchilla se mueve ligeramente hacia adelante para crear una pila simétrica. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 73 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 74 –
  • 38. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Luego el tractor regresa y se retirar de la pila, procediendo a medir la altura (H) y el ancho (W) de la pila en el borde interior de cada extremo, así como la mayor longitud (L) de la pila, que no necesariamente estará al centro, como aquí se muestra. Existen condiciones particulares que pueden favorecer la producción, como el trabajo de dos tractores lado a lado (Ver figura). Con esta disposición, las dos cuchillas compensan la pérdida de material hacia los costados, incrementando la producción entre un 15% a un 25%. También existen fórmulas para calcular la producción, desarrolladas por los fabricantes, basadas en la potencia del tractor y la distancia de empuje. Otros fabricantes han desarrollado además curvas de producción, como la de la Figura que se muestra, que proporcionan el máximo volumen de material suelto que puede mover en una hora, en condiciones ideales, de acuerdo al modelo y la distancia de empuje. Para estimar la tasa de producción en campo más real debe ajustarse de acuerdo a las condiciones de trabajo esperadas. Como los valores H y W no serán uniformes, se pueden tomar valores a ambos extremos y promediarlos. Si las medidas están es metros, la carga de la cuchilla en m3 sueltos se podrá calcular con la ecuación: c) Tiempo del ciclo El ciclo de un tractor para las operaciones de empuje de material se compone de tres labores: empujar, regreso y maniobras. El tiempo requerido para empujar y regresar puede calcularse para cada modelo de tractor, considerando las distancias de empuje y obteniendo una velocidad de la carta de desempeño de la máquina. El tiempo será el resultado de la división de la distancia entre la velocidad. Algunas cartas ofrecen el tiempo directamente, ingresando con la distancia. El tractoreo se realiza generalmente a una velocidad baja, entre 2.4 a 3.2 Km/h. La velocidad de retorno es la máxima que puede lograrse en la distancia disponible. Cuando se usan las cartas de desempeño para determinar las velocidades posibles, hay que recordar que las cartas identifican la máxima velocidad instantánea. Para calcular la duración del ciclo se debe usar una velocidad promedio que tome en cuenta el tiempo requerido para acelerar hasta la velocidad que indica la carta. Generalmente el operador no puede activar la máquina después del segundo cambio en el caso de distancias menores de 91 m. Si la distancia es mayor que 91 m. y el terreno está nivelado, es posible conseguir la máxima velocidad. El tiempo de maniobras para hacer los cambios en los tractores es de alrededor de 0.05 min. d) Producción La fórmula para calcular la producción de tractor en metros cúbicos por una hora de 60 minutos es la siguiente: Donde: P es la producción de la máquina. V es la capacidad de la cuchilla. TE es el tiempo de empuje. TR es el tiempo de retorno. TM es el tiempo de maniobras. Esta producción se basa en un trabajo continuo durante una hora de 60 minutos, que sería una condición ideal. Sin embargo, la eficiencia del trabajo se verá afectada por la buena dirección en el campo, las condiciones del equipo y la dificultad misma de las labores. La eficiencia de una operación se cuenta reduciendo el número de minutos que realmente se trabaja en una hora. El factor de eficiencia se expresa entonces como minutos de trabajo en una hora, por ejemplo, 50 minutos por hora o un factor de eficiencia de 0.83 (50/60 min). Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 75 – Estas curvas ofrecen valores de producción ideal (eficiencia del 100%) y asumen que los tractores tienen un tiempo de maniobra de 0.05 minutos, que el tractor trabaja cortando 15 m. y luego empujando el material a un sima, que la densidad del material es de 1364 kgs./m3-S, con coeficientes de tracción entre el suelo y la oruga de 0.5 y con el neumático de 0.4 o más, y que los controles son hidráulicos. Si estas condiciones cambian, cambiará la producción de manera más o menos proporcional a ellos. Se puede entonces plantear un factor de corrección que permita realizar este ajuste, y que multiplicado por la producción ideal hallada en la curva de producción ofrezca un valor más cercano a lo esperado. Este factor de corrección se puede expresar con la ecuación siguiente: Donde: f es el factor de corrección total. fo es el factor de corrección por habilidad del operador (excelente, promedio, pobre). fm es el factor de corrección por tipo de material, si está suelto, compacto o es duro de cortar. fw es el factor de corrección por tipo de trabajo, si trabajan los tractores solos o lado a lado. fv es el factor de corrección por visibilidad. ftr es el factor por el sistema de transmisión directa. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 76 –
  • 39. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali fp es el factor por pendiente del terreno, de acuerdo con la pendiente en porcentaje. Factores de corrección para el cálculo de producción de tractores. Los tractores usados para las actividades de limpieza de terreno tienen potencias entre 160 y 460 HP. La dimensión del tractor influye en la velocidad que puede desarrollar, además de las condiciones del terreno. La mejor y más segura forma de estimar la producción siempre será usando información histórica de proyectos similares. Cuando no se disponga de información se puede aplicar los métodos sugeridos a continuación. En cualquier método que se use para la estimación de la producción se debe tomar en cuenta como factores críticos la naturaleza de la vegetación (número, dimensión, tipo de madera y raíces de los árboles), las condiciones del terreno (cohesión, humedad, presencia de roca y nivel freático), las condiciones topográficas, las condiciones climáticas (temperatura y lluvia) así como las especificaciones de trabajo. Es indispensable visitar el lugar para recoger la información pertinente y evaluar las posibles variaciones que puedan tomarse en cuenta al aplicar los métodos de cálculo. Cuando se tiene poca vegetación y es posible limpiar el terreno con una velocidad constante, la producción se puede estimar con una fórmula basada en la velocidad y el ancho de pasada. fd es el factor de corrección por densidad del material, igual a Los valores de fo, fm, fw, fv y ftr se muestran en la Tabla siguiente: Donde: P es la producción, en m2/hr. W es el ancho de corte o ancho de la cuchilla, en m. V es la velocidad con que se hace el trabajo, en m/seg. E es la eficiencia del trabajo, sugerida en 49.5 en min/hr. El ancho de corte no siempre coincidirá con el ancho de la cuchilla. Si ésta se trabaja con una determinada inclinación, el ancho será la proyección del ancho en un plano perpendicular al eje del tractor. Cuando no es posible visitar la zona o tener información detallada de la vegetación o el número de árboles por hectárea, se puede usar un método más rápido que relaciona el área con factores de eficiencia y de producción unitaria. Donde: T es el tiempo que demora limpiar un área A considerando una eficiencia (E) y un factor de producción (Fp) dados, según se muestra enseguida. Estos valores consideran un máximo de 124 árboles por hectárea, con diámetros no mayores a 45 cm. Unas condiciones distintas a éstas implicarán un incremento o una reducción en los valores sugeridos en esta tabla. Actividades de limpieza de terreno La limpieza de terreno consiste en el retiro de árboles, maleza y vegetación en la zona del camino porque su efecto en la estructura del pavimento es funesto por su degradación en el tiempo o la generación de asentamientos no deseados. Esto ocurre con frecuencia cuando se abre un nuevo trazo. Existen cuchillas especiales para limpieza de terreno, pero pueden usarse cualquiera de las anteriormente mencionadas. Las tareas concretas en la limpieza de terreno pueden comprender la remoción de árboles y raíces, vegetación, el almacenamiento de este material y quema posterior. Algunas veces se especifica en los proyectos las tareas que se espera realice el contratista dentro de esta partida, pero por lo general no se hace mayor indicación al respecto. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 77 – Una vegetación liviana se considera cuando los árboles tienen menos de 30 cm de diámetro y una vegetación espesa, alrededor de 45 cm de diámetro. En la tabla se muestran los valores de producción en horas por hectárea para diferentes capacidades de tractores y de vegetación. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 78 –
  • 40. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Cuando se tienen datos más aproximados sobre el tipo de vegetación y número de árboles, es posible aplicar un tercer método sugerido por Rome Industries, sugerido también por Caterpillar. El método se basa en una fórmula que calcula el tiempo para limpiar una hectárea de terreno con determinadas características de vegetación y adiciona un tiempo determinado por cada árbol adicional que hay que retirar. Este método considera dos ecuaciones, una para las tareas de corte y otra para las tareas de apilamiento. Si se realizan ambas tareas, es necesario sumar los tiempos para hallar uno total. Para las tareas de corte, se sugiere la ecuación: Donde: H es el factor de dureza de la madera. Es igual a 1.3 si más del 75% de la madera es dura; y 0.7 si lo es menos del 25%. A es el factor de densidad de los árboles, siendo igual a 2 si hay más de 1480 árboles por hectárea y 0.7 si hay menos de 990 árboles por hectárea. B es el tiempo básico que representan el tiempo mínimo que requiere un tractor de determinada potencia para limpiar una hectárea de terreno, como se ve en la siguiente tabla, en min./Ha. M1. son los minutos que demora un tractor de determinada potencia para cortar un árbol de determinado diámetro, como figura en la Tabla siguiente. N1. es el número de árboles por hectárea de un determinado diámetro. D es la suma de los diámetros en incrementos de 30 cm de todos los árboles por hectárea de más de 180 cm de diámetro al nivel del suelo. F es el tiempo que demora en cortar 30 cm de un árbol de más de 180 cm de diámetro. Los valores de B, M1, M2, M3, M4 y F se muestran en la Tabla presentada a continuación, según la potencia de los tractores. Ni es el número de árboles por hectárea de un determinado diámetro. D es la suma de los diámetros en incrementos de 30 cm de todos los árboles por hectárea de más de 180 cm de diámetro al nivel del suelo. F es el tiempo que demora en apilar 30 cm de un árbol de más de 180 cm de diámetro. Los valores de B, M1, M2, M3, M4 y F se muestran en la Tabla anterior, según la potencia de los tractores. Excavación en roca La excavación de roca normalmente se realiza usando explosivos. Algunas veces, por la magnitud del trabajo y las condiciones de la roca es posible realizar la excavación con un accesorio llamado ripper o desgarrador, que consiste en unas uñas colocadas en la parte posterior del tractor, que penetran el suelo y son jaladas por el equipo, aflojando el material. Puede trabajar en roca, terreno duro de excavar o pavimentos antiguos. Por lo general se prefieren los tractores de orugas, por la gran fuerza de tiro que necesita este trabajo. El proceso de excavación de roca con tractor se denomina desgarramiento y puede reducir los costos hasta en un 50% respecto al uso de explosivos y su posterior acarreo con equipo de transporte. Esto es posible gracias a los modelos más grandes y con mayor capacidad y la facilidad para evaluar la facilidad de la roca a ser desgarrada. Esta evaluación de la roca consiste en determinar el tipo de roca y su densidad. Si una roca es ígnea, como los granitos y basaltos, es casi imposible pensar en la excavación con tractor; pero en rocas sedimentarias, que tienen una estructura estratificada, es posible desgarrarla. Las rocas metamórficas como los gneiss, cuarcita o los esquistos tienen una mayor variabilidad en su facilidad de desgarramiento. Un método muy sencillo y moderno para determinar la facilidad de excavación es relacionarla con la velocidad sísmica. Los métodos de refracción sísmica miden la velocidad con que se propagan las ondas generadas por el equipo, de modo que una baja velocidad (menos de 2100 m./seg.) indican una roca blanda, fácil de desgarrar, mientras que una alta velocidad (más de 3000 m./seg.) indicaría la necesidad de usar explosivos. Algunos fabricantes como CATERPILLAR ofrecen unas gráficas donde indican la facilidad con que determinados materiales pueden ser desgarrados con tractores y accesorios adecuados, como la que se muestra enseguida: Estos valores son aplicables con tractores que tienen servotransmisión, están en buen estado de conservación y trabajan con terrenos de pendiente moderada. Para las tareas de apilamiento, se sugiere la siguiente ecuación: Donde: X es el factor de trabajo de los tractores. Si se usan tres o más tractores al mismo tiempo, este factor se convierte en 0.5 ó 0.75, según la cantidad y tamaño de los árboles. Cuando la obra requiera apilar árboles y tocones desarraigados de más de 30 cms. de diámetro, este factor se convierte en 1.25. C es el factor de densidad de la vegetación. En matorrales densos con troncos de poco diámetro y pocos árboles o ninguno o cuando las lianas dificultan el corte, este factor llega a ser 0.7. B es el tiempo básico que representan el tiempo mínimo que requiere un tractor de determinada potencia para limpiar una hectárea de terreno, como se ve en la tabla anterior, en min./Ha. Mi son los minutos que demora un tractor de determinada potencia para apilar un árbol de determinado diámetro, como figura en la tabla anterior. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 79 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 80 –
  • 41. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Estas gráficas pueden usarse como referencia para iniciar los cálculos, pero siempre será necesario hacer verificaciones posteriores más detalladas. Una vez ubicado el modelo de tractor más adecuado, se puede recurrir a las gráficas de producción de desgarramiento de roca. Este método se basa en las mediciones de velocidad sísmica de la roca. Las gráficas de producción ideal de un determinado modelo de equipo ofrecen un rango de rendimiento según la velocidad sísmica de la roca (ver figura siguiente). Para condiciones ideales se esperará una mayor producción y para condiciones adversas, una mínima. La producción de los tractores en este tipo de trabajos se puede estimar con un método rápido, basados en una prueba de desgarramiento in situ una determinada distancia y midiendo el tiempo que toma hacerlo, tal y como lo establece la ecuación: El tiempo debería incluir las maniobras al final de cada pasada, y debería ser un promedio de varios ciclos de trabajo. La cantidad o volumen de material en cada pasada se determina midiendo la longitud, ancho y profundidad del área desgarrada. La experiencia indica que el resultado de este método ofrece valores 20% mayores a los finales, de modo que la ecuación anterior, incluye un factor de corrección. En cualquiera de los casos, la producción debe ajustarse conforme se avanza en el proyecto y es más bien el costo el que sufre una variación importante. Un trabajo de desgarramiento no sólo deteriora las uñas del desgarrador sino que esfuerza el motor y toda la máquina en general. Los costos de posesión y operación entonces se incrementarán por los mayores gastos en reposición de piezas, consumo de combustible y aceite, entre otros rubros. Por ello, se recomienda que el costo horario del tractor para este trabajo se incremente en un 30 a 40% respecto al valor habitual. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 81 – Bulldozer La elección de una excavadora para su empresa lleva a varias consideraciones importantes que usted necesita saber. Aquí podrá ver mucho más para poder tomar esa decisión. Descripción de Excavadora A finales de 1800 en América, el término "destrucción" se utiliza para describir el uso de la fuerza en empujar más o empujar a través de algún obstáculo. En el decenio de 1930 el término se utiliza para describir una máquina que se utiliza para empujar más a través de obstáculos. En términos generales, una Excavadora es una máquina con placa de metal adjunta al frente. La placa que se conoce como la hoja, y se utiliza a sentir el peso de las capas del suelo o dos tallos de árboles cortados o empujados y otros obstáculos de distancia. Tal vez Caterpillar es el fabricante más conocido de excavadoras, pero a lo largo de los años los ingenieros hacen los equipos necesarios para completar las operaciones a gran escala en la tierra, al igual que otras empresas, Komatsu, Fiat Allis, John Deere, International Harvester, por nombrar algunos, Desarrolladores y fabricadores en sus versiones de la gran pista en la tierra de todo tipo de máquinas. A través de los años se han convertido en excavadoras más grandes y poderosas, y mucho más sofisticados. Algunas de las áreas de mejora, es que se incluyen motores más potentes, más fiables que se conducen en trenes, las vías superiores, criados y cabañas adjuntas, hidráulica y armas que permiten la precisión en el movimiento y control de la hoja. Todos estos acontecimientos han hecho indispensables las excavadoras comerciales e incluso militares para la construcción. Potencia y Peso de Excavadora El peso y el equilibrio de la excavadora se encuentran entre los factores más importantes que deben tenerse en cuenta para elegir un excavador comercial. Como cuestión de hechos, más caballos de fuerza y peso son necesarios para empujar la pesada carga de los altos niveles de producción. El peso de la pala en la parte delantera de la excavadora debe ser compensado por tanto un equilibrio para contrarrestar el peso o un accesorio como un destripador o un torno, sobre todo cuando la empujadora se utilizará para terminar el trabajo. La Selección de la cantidad adecuada de los caballos de fuerza de la excavadora es una de las principales consideraciones en su compra. Si va a hacer una alta producción de trabajo, entonces el alto potencial de caballos es muy crítico. Si va a hacer más acabado, los caballos de fuerza ayudan a determinar la facilidad de dirección de la excavadora. La relación entre el peso y la potencia en caballos también es importante. Si tiene demasiados caballos de fuerza para el peso de su excavadora, la pista girará sin tracción y esto disminuye la productividad, así como la vida de los compartimentos. Por otra parte, si los caballos de potencia del motor no son suficientes para el peso de la empujadora y sus accesorios, su vehículo tendrá un momento difícil para medir las normas de productividad que son necesarios. Transmisiones La transmisión de la excavadora es otra importante especificación. Más a menudo el poder de las pesadas topadoras se conecta con la trasmisión que operada por pulsadores, que preferiblemente las manejan tipos que lo controlan con palancas. La Facilidad de la operación hace que el operador tenga menos fatiga. Los Excavadoras cambian la transmisión de potencia con tres adelante y tres velocidades atrás. El Uso de la tercera velocidad durante largos períodos de tiempo puede ser perjudicial para el bastidor de la topadora. Las transmisiones Hidrostática dan a las excavadoras pequeñas más maniobrabilidad y velocidades variables. Las Transmisiones hidrostática, sin embargo, tienen más probabilidades de estar contaminados, lo que los hace más pesados e indeseables para los Excavadoras. El Torque separador de las transmisiones son más caras y requieren más espacio que las transmisiones del convertidor de par, con lo que se los considera la mayoría de las veces topadoras más grandes y pesadas. El Directivo de una excavadora es un elemento más de la especificación de que deben ser objeto de consideración. El freno de embrague tiene un sistema de dirección que le permitirá a la empujadora su manejo cuando la pista de un lado está bloqueada y la que en el otro lado se encuentra activada. La Diferencia en los sistemas de dirección, es que son más caras, pero dan para poder girar y contrarrestar la rotación, lo que permite convertir a espacios más estrictos. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 82 –
  • 42. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali La eficiencia de los combustibles Como en cualquier empresa comercial todos los costos de los elementos hay que tenerlos en cuenta al momento de elegir la excavadora que sea adecuada para su negocio. Esto significa que el consumo de combustible debe ser de cierta consideración, sobre todo en los momentos en que el costo del combustible está aumentando rápidamente. Una gran excavadora comercial, como la Fiat Allis 31 consumirá alrededor de 20 galones de diésel por hora. La excavadora de la velocidad real puede ser de unos 2 MPH, de modo que en la clásica forma de calcular rendimiento del combustible, que quema alrededor de 10 galones por milla. El verdadero problema en el consumo de combustible es que si se opera en una excavadora durante ocho horas en un día, se necesita aproximadamente 160 galones para el cambio. Si el depósito de combustible tiene 100 galones, se puede ver que tiene un problema logístico de mantenimiento de suficiente combustible para utilizar la máquina durante todo el día todos los días. En la selección de una excavadora comercial que vaya a utilizar, tendrá que encontrar una fórmula para la cantidad de tierra movida o tareas realizadas en las ocho horas en una fábrica para determinar el consumo de combustible y los gastos de funcionamiento de la excavadora. Otra consideración es el costo de obtener el combustible para la ubicación de la excavadora en el trabajo, así como del almacenamiento de combustible en el sitio. Cuchillas de la Excavadora La pala de una excavadora, por supuesto, está instalada en la parte delantera del tractor. La función de la pala de metal pesado es empujar objetos, manipular obstáculos aproximados, y en algunos casos llevar a la arena, suciedad, o residuos. Hay tres tipos de hojas de excavadoras. Una hoja recta, que es generalmente denominada hoja S, es un período relativamente corto placa de metal que tiene una superficie plana, sin alas a los lados. Un típico uso de la cuchilla S es la falta de clasificación. La clasificación universal de las cuchillas es generalmente designada como aU Blade. Este tipo de cuchilla esta en comparación con la S hoja. Tiene una superficie curva y grandes alas a cada lado. Este diseño permite a la hoja para llevar los materiales que se han dormido. El tercer tipo de cuchilla combina las características de los otros dos. Una S cuchilla es más corta que la U de hoja, pero más alto que S hoja. Tiene alguna curvatura y hay alas más pequeñas a cada lado abajo aU Blade. Este tipo de pala es mucho más habitual de las excavadoras que se van a impulsar grandes montones de tierra o rocas, por ejemplo, en un pozo o cantera de arena. La elección de la cuchilla que desea instalar en su excavadora en gran parte es determinada por el tipo de empresa comercial en la que vas a utilizar la excavadora. Accesorios adjuntos Los fabricantes de excavadoras ofrecen un surtido de accesorios para sus topadoras básicos con el fin de adaptar la máquina a la empresa comercial particular, que el usuario tiene para vehículo. La más frecuente es los archivos adjuntos en la parte trasera de la excavadora podría ser un destripador o un cabrestante. Los Excavadoras utilizados en la explotación forestal a veces se les proporcionan en la parte de atrás. El Ripper(destripador) se encuentra con mayor frecuencia en las grandes excavadoras, como el tipo que se utilizan en la explotación de canteras o tira de la minería. La función del destripador es la de romper la superficie de la roca en trozos pequeños que será más fácil de manejar y permitir la clasificación a tener lugar con la cuchilla en la parte delantera de la excavadora. Hay varios tipos de rippers(destripador), como el de varios vástagos o el único vástago. La elección de qué tipo destripador instalar será dictado por el tipo de empresa en la que el Excavadora se apoyará. Otro accesorio a considerar para su excavadora es una topadora. El campamento se adjunta en la parte superior de la empujadora y está destinado a ser una estructura de protección para ayudar a evitar lesiones en caso de vuelco del vehículo, o quizás que a la excavadora caiga en algo. Para determinar si procede o no a añadir un toldo a su topadora le pesaría el costo de la vela con el costo de los daños causados a su operador de la excavadora. Campanas y los cinturones de seguridad han salvado muchas vidas. Fabricantes La elección de una excavadora para su empresa comercial significa que usted necesita ver a varios fabricantes de excavadoras para determinar qué empresa de excavadoras le ofrece la mejor calidad, la mayor versatilidad de su vehículo, y, por supuesto, al mejor precio. Tradicionalmente, el primer nombre que viene a la mente cuando se está pensando en una excavadora comercial es el de Caterpillar. Tienen una larga historia en una amplia línea de topadoras en la cual elegir. Ellos tienen una buena reputación por su durabilidad, potencia, y la calidad. Pero no son el único fabricante de excavadoras comerciales. Las máquinas que han sido competitivos a Caterpillar y ha de proporcionar el equipo que tal vez es un poco más barato, o un poco más de gran alcance que la Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 83 – comparables modelo Caterpillar. Entre los fabricantes de la base americana, Fiat Allis está desapareciendo las excavadoras del mercado, pero John Deere es otro nombre fiable en equipo pesado. Allis Chalmers tiene una buena reputación y la buena historia con sus excavadoras. También en la fabricación de excavadoras en América son el asunto de International Harvester. Un fabricante japonés de excavadoras, Komatsu se está convirtiendo en una empresa muy importante en la excavadora en el mercado comercial. Komatsu es comparable a Caterpillar en el poder y la calidad y tiene un muy competitivo precio. Komatsu tiene una amplia gama de excavadoras en la cuales elegir. La fabricación mundial de la excavadora, tiene un motor que produce más de 1000 cv. También hacen pequeñas excavadoras con orugas de caucho que se acaba de derecho de paisajismo, incluso en los pequeños astilleros. Las orugas de caucho les permiten trabajar en superficies pavimentadas sin destruir el pavimento. Las huellas no son tan duraderas, y no proporcionan tanta tracción como la típica y vías. Pero son versátiles y de capacidad para trabajar en superficies pavimentadas, lo que las hace atractivas para algunas empresas comerciales. Camiones del Excavadora Las pistas sobre una excavadora son muy prácticas. Esparcen el peso del vehículo a fin de que el Excavadora pueden ir allí donde los tractores ordinarios de ruedas no pueden ir. El dar pistas de excelente tracción, así como la movilidad en terreno difícil. La ampliación de las pistas también puede ayudar a distribuir la forma de la excavadora en una zona más amplia que es la disminución de la presión sobre el terreno. Esto permite hundirse menos en el suelo blando. El diseño de la pista es darle doble tracción y permitir que la excavadora utilice su propio peso en la función de atravesar obstáculos que se encuentran en el terreno. Para excavadoras de menor tamaño es posible tener pistas de goma en lugar de las de hierro que son estándar en la mayoría de los grandes Excavadoras. Las vías están hecho de cable de acero integrado y un núcleo de metal con componentes de caucho. Para mantener la goma de las pistas de deslizamiento fuera de los compartimentos que se estabilizó en el interior del núcleo de hierro se asigna a la rueda motriz. Una de las principales razones para considerar la posibilidad de orugas de caucho en las pequeñas excavadoras comerciales es que pueden trabajar en superficies pavimentadas y cruzar caminos y aceras sin destruir el pavimento. Esto es muy conveniente para aquellas excavadoras que se utilizan en los proyectos de paisajismo. El momento de beneficiarse de estas orugas de caucho es que cuando el rastreador hace una acción hay vibraciones bajas y con un reducido nivel de ruido. El beneficio de ello es que hay menos fatiga de los conductores de un día sobre un Excavadora, que promueve la seguridad. Comodidades del Operador Hay otros factores menores que pueden desempeñar un papel en la decisión a tomar con respecto a su adquisición de una excavadora comercial. Hay opciones que se ocupan de la comodidad del operador. La excavadora puede ser equipada con una cabina cerrada que permite tener el aire acondicionado. Los sistemas de vigilancia de los controles y los mecanismos que estén disponibles. Un controlador de motor puede ayudar a gestionar el flujo de combustible y de aire al motor, que proporciona el máximo rendimiento del vehículo. La visión de Líneas de la operación que están en la parte delantera y trasera del área de trabajo es algo a considerar en la elección de una excavadora. Esas características de diseño como una campana cónica, un tanque de combustible que se apuntó y de un solo vástago destripador pueden contribuir a la capacidad del operador de la excavadora para ver claramente lo que está sucediendo cuando él trabaja. La colocación de los controles en la cabina puede hacer una diferencia para el operador. Si se coloca correctamente a un operador podría estar en condiciones de controlar la excavadora con una mano. Hay mucho para considerar en la selección de una excavadora comercial. SELECCION DE HOJAS Para obtener una buena producción se requiere adecuada relación entre la hoja empujadora y el tractor. Considere primero la clase de trabajo que hará el tractor la mayor parte del tiempo. Luego, halle lo siguiente: Materiales que se van a mover. Limitaciones de los tractores. Materiales que se van a mover. Si bien la mayoría de materiales se pueden mover con la hoja, su rendimiento varía de acuerdo con las características de cada uno, tales como las siguientes: a) Tamaño y forma de las partículas. Cuanto más grandes sean las partículas, más difícil es la penetración de la Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 84 –
  • 43. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali cuchilla. Y como las partículas de bordes cortantes se oponen a la acción natural de volteo que imparte la hoja empujadora, se necesita más potencia que para mover igual cantidad de tierra con partículas de bordes redondeados. b) Vacíos. Cuando no hay vacíos, o son muy pocos, la mayor parte de la superficie de cada partícula está en contacto con otras. Esto constituye una ligazón que debe romperse. Un material bien nivelado carece de vacíos y es generalmente muy denso, de modo que es difícil extraerlo del banco o tajo. c) Contenido de agua. En casi toda materia seca es mayor la ligazón entre las partículas, y es más difícil la extracción. Y si está muy húmeda, pesa más y se necesita más potencia para moverla. Con un grado óptimo de humedad, es muy bajo el contenido de polvo, resulta muy fácil empujar y el operador no se fatiga. El efecto de congelamiento depende del grado de humedad. Se intensifica la ligazón entre las partículas en función del mayor contenido de humedad y del descenso de temperatura. El enfriamiento de una materia completamente seca no altera sus características. La penetración fácil de la hoja depende de la relación de Kw. por metro (o hp por pie) de la cuchilla. Cuanto más alta sea la relación de Kw./m, mejor es la penetración. La relación de potencia por m3 de material suelto indica la capacidad de la hoja para empujar tierra. Cuanto mayor sea la relación Kw./m3 suelto, más capacidad tiene la hoja para empujar la tierra con más velocidad. Limitaciones de los tractores El peso y la potencia disponible de la máquina determinan su capacidad de empuje. Ningún tractor puede aplicar más empuje en kg que el peso de la máquina y que la fuerza máxima que suministre el tren de fuerza. Ciertas características del terreno y las condiciones del suelo en la obra, limitan la capacidad del tractor para utilizar su peso y potencia. La tabla de “coeficientes aproximados de los factores de tracción”, en la Sección de Tablas, incluye los factores de tracción de los materiales corrientes. Para usar dicha tabla, multiplique el peso total del tractor (con accesorios) por el factor correspondiente, a fin de hallar la fuerza máxima de empuje utilizable de la hoja topadora. Herramientas de producción Hoja U (Universal) — los amplios flancos de esta hoja incluyen una cantonera y por lo menos una sección de cuchilla que facilitan el empuje de grandes cargas a largas distancias como en trabajos de recuperación de terrenos, apilamiento, alimentación de tolvas y amontonamiento para cargadores. Como no tiene muy buena penetración por su menor relación de kW/metro (hp/pie) de cuchilla que la Hoja S o la hoja SU, la penetración no debe ser el factor primordial. Aunque su relación de kW/m3 Suelto (hp/yd3S) sea menor que la de la Hoja S o la Hoja SU, esta hoja es excelente con material liviano o más fácil de empujar. Si se equipa con un cilindro de inclinación, retiene algo de la versatilidad de la Hoja S. Un cilindro de inclinación mejora su capacidad para abrir zanjas, para nivelar, y su fuerza de desprendimiento. Así aumenta su utilidad en muchos trabajos generales. Hoja “SU”— La hoja “SU”(semiuniversal) combina las mejores características de las hojas S y U. Tiene mayor capacidad por habérsele añadido alas cortas que incluyen sólo las cantoneras. Las alas mejoran la retención de la carga y permiten conservar la capacidad de penetrar y cargar con rapidez en materiales muy compactados y de trabajar con una gran variedad de materiales en aplicaciones de producción. Un cilindro de inclinación aumenta la productividad y versatilidad de esta hoja. Equipada con una plancha de empuje, es buena para cargar traíllas. Hoja “CD” — La hoja CD (para tractores topadores transportadores) está disponible solamente para el tractor topador transportador CAT-D11R. Está construida con los mismos requisitos de integridad estructural que las hojas topadoras “U” y “SU”. La hoja CD tiene una forma de “cucharón” que le permite transportar varios metros cúbicos de material en la hoja. Este material actúa como contrapeso descartable que permite que el tractor topador transportador empuje más material por pasada que el D11R normal. La hoja CD no es tan eficaz como las hojas “U” y “SU” en materiales muy comprimidos o poco dinamitados. Sufre más a causa de material retenido en la hoja al trabajar con materiales pegajosos. Hojas Para Uso General Hoja “S” (recta) — La hoja recta es la más adaptable de todas. Como es más pequena que la hoja “U” o “SU”, es más fácil de maniobrar, y puede empujar una gran variedad de materiales, y puesto que su relación de kW/metro (hp/pie) de cuchilla es mayor que en la hoja “U” o “SU”, tiene mejor penetración, y recoge buenas cargas. Un cilindro de inclinación mejora su rendimiento y su versatilidad. Debido a su mayor relación de kW/m3Suelto (hp/yd3S), la hoja “S” puede mover con facilidad materiales densos. Hoja “P” (orientable e inclinable a potencia) — La versatilidad es la característica principal de esta hoja al poder realizar una gran variedad de trabajos desde desarrollos de sitios hasta trabajo general de empuje y aplicaciones de servicio pesado. En algunas máquinas el ángulo y la inclinación se controlan con dos palancas, mientras que en otras máquinas se usa una palanca solamente. La hoja VPAT (orientable e inclinable a potencia con cuchilla variable) puede inclinarse mecánicamente hacia adelante para obtener mejor penetración o para desmenuzar material pegajoso o hacia atrás para conseguir mayor productividad y facilitar el nivelado de acabado. “Hojas VR” (De Radio Variable) - La Hoja SU de radio variable combina los beneficios de una Hoja SU, o sea la habilidad de corte y penetración del suelo con las características de la Hoja U de mayor retención y menos derrame de material. Esto se obtiene con la vertedera de radio variable. Esta hace que la tierra se mueva hacia el centro de la hoja y crea por esto una mayor acción de rodadura del material. Las planchas laterales extendidas retienen el material y aumentan su capacidad. La Hoja SU de radio variable es una herramienta excelente para mejoramiento de terrenos, conservación del suelo, desarrollo urbano o construcción en general. Hojas Para Trabajos Especiales - Caterpillar y otros fabricantes de hojas suministran modelos especiales para ciertos trabajos. Estas hojas se diseñan para elevar la producción en algunas tareas, pero la especialización tiende a reducir la adaptabilidad de una hoja. Mostramos aquí las hojas de uso especial más utilizadas. Hoja “A” (orientable) — se puede situar en posición recta o en ángulo de 25° a derecha o izquierda. Está diseñada para derrame lateral de material, corte inicial de caminos, rellenos, apertura de zanjas y otras tareas similares. Puede reducir las maniobras necesarias para hacer estas tareas. Su bastidor en “C’’ se utiliza para accesorios de empuje, desmonte de tierras o retirada de nieve. No se recomienda esta hoja para aplicaciones severas ni para roca pesada. Hoja “C” — Esta hoja amortiguada se usa para el empuje y carga de traíllas sobre la marcha. Los tacos de caucho absorben los impactos al hacer contacto con el bloque de empuje de la traílla. Es también útil en conservación y en trabajos generales de empuje. El bastidor en “C’’ estrecho aumenta la maniobrabilidad de la máquina en zonas de corte congestionadas y reduce el riesgo de dañar los neumáticos como con las hojas SU y U. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 85 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 86 –
  • 44. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Hoja U — Puede mover un gran volumen de materiales livianos, no pegajosos, como carbón y virutas de madera. También se ofrecen Hojas U más pesadas para trabajos de recuperación y de empuje con la hoja. CÁLCULOS DE PRODUCCIÓN I.-Tractores con hoja ó barra topadora “caterpillar” Se puede calcular la producción de un tractor de orugas con barra topadora, usando las gráficas de producción que se muestran a continuación y considerando los factores de corrección aplicables, usando la siguiente fórmula: Producción en m3-S/hr. (Producción máxima(1)) x (Factores de corrección) = Las gráficas de producción dan la producción máxima no corregida de las barras empujadoras (recta, semiuniversal y universal). Tomando en cuenta las siguientes consideraciones: 100% de eficiencia (60 min/hr) La máquina excava (corte) 15 m. y luego “empuja” la carga para arrojarla por encima de una pared. Densidad del suelo 1,370 kg/m3-S Coeficientes de tracción: Máquinas de orugas (cadenas): 0.5 o más Máquinas con neumáticos: 0.4 o más 5. Excavación en 1ª. velocidad de avance Acarreo en 2ª. velocidad de avance Regreso en 2ª. velocidad de reversa 1. 2. 3. 4. Para hallar la producción en m3/hr en banco (m3/hr-B), se aplica el factor de carga apropiado a la producción corregida, como se muestra a continuación: Producción en m3/hr-B. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 87 – = (Producción en m3 /hr-S) x (Factor de carga) Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 88 –
  • 45. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali PRODUCCION MÁXIMA DE TRACTORES “Caterpillar” CON BARRA EMPUJADORA Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 89 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 90 –
  • 46. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali CALCULOS DE PRODUCCION DE HOJAS TOPADORAS (barras empujadoras) Se puede calcular la producción de una hoja usando las gráficas de producción que siguen y los factores de corrección aplicables. Use esta fórmula: Las gráficas de producción dan la producción máxima no corregida de las hojas empujadoras recta, semiuniversal y universal. Se basan en las siguientes condiciones: 1. 100% de eficiencia (60 min. por hora). 2. Tiempos fijos de 0.05 min. en máquinas con servo transmisión. 3. La máquina excava 15 m (50 pies), y luego empuja la carga para arrojarla por encima de una pared alta. (Tiempo de descarga — 0 segundos) 4. Densidad del suelo: 1370 kg/m3 suelto (2300 lb./yd3). 5. Coeficiente de tracción:* a. Máquinas de cadenas: 0,5 o más. b. Máquinas de ruedas: 0,4 o más. 6. Se utilizan hojas de control hidráulico. 7. Excavación en 1a. de avance** Acarreo en 2a. de avance** Regreso en 2a. de retroceso** Para hallar la producción en m3 en banco (yd3 b), se aplica el factor de carga apropiado (Sección de Tablas) a la producción corregida, como se calcula en la fórmula de arriba. COMO MEDIR LA PRODUCCION EN LA OBRA Mostramos a continuación los tres métodos más aceptados en general para medir la producción con hoja topadora. El tercer método es empírico, pero su ejecución es la más sencilla. *Se supone que el coeficiente mínimo de tracción es 0,4. Aunque las malas condiciones del suelo afectan a los vehículos de cadenas y a los de ruedas — y hay que reducir las cargas a fin de compensar la pérdida de tracción — los efectos en los tractores de ruedas son mucho mayores, y su producción baja con mayor rapidez. No hay reglas exactas para predecir esta reducción, pero, según una regla empírica, los tractores de ruedas (con hoja) pierden 4% de producción por cada centésimo de disminución en el coeficiente de tracción por debajo de 0,40. Por ejemplo, si es 0,30 habría una diferencia de 0,10, y la producción sería el 60% (10 3 4% = 40% de disminución). **Este orden de velocidades está basado en suelos desde horizontales hasta cuesta abajo, material de densidad ligera a mediana y sin extensiones de hoja como planchas contra derrames, protectores contra rocas, etc. Si se exceden estas condiciones puede ser necesario acarrear el material en primera velocidad de avance, y la productividad debe ser igual o mayor que las “condiciones estándar” porque se pueden acarrear mayores cargas en primera velocidad de avance. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 91 – 1. Uso de la técnica de levantamiento de planos. a. Para determinar el volumen del material extraído del corte, mida el tiempo invertido y luego obtenga la sección transversal del corte. (Producción en m3 b o yd3 b por unidad de tiempo.) b. Después de medir el tiempo invertido, obtenga la sección transversal del relleno, a fin de calcular su volumen. (La producción se estima en m3 s o yd3 s por unidad de tiempo.) 2. Peso de las cargas de la hoja: Registre los tiempos y halle el peso del material movido por la hoja pesando las cargas del cucharón del cargador. 3. Medición de las cargas de la hoja: a. Operación de la hoja topadora: (1) Recoja la carga y condúzcala hasta un espacio horizontal. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 92 –
  • 47. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali (2) Haga ascender la hoja y, cuando se acerque a la cúspide de la pila, hágala avanzar un tanto a fin de que la pila quede simétrica. (3) Retroceda para dejar la pila. b. Medidas que deben hacerse: (1) La altura media (H) de la pila en m (pies). Mantenga la cinta vertical en el borde interior de la huella de cada cadena. Dirija una visual a ras con la cúspide de la pila, para medir bien la altura. (2) El ancho (W) medio de la pila en m (o pies). Mantenga la cinta horizontal sobre la pila, y ubique en ella la proyección desde el borde interior de cada una de las marcas de las cadenas y el lado correspondiente al otro lado de la pila. (3) La longitud máxima (L) de la pila en metros (o pies). Mantenga la cinta horizontal sobre la pila, y tome como referencia los dos puntos extremos de la pila. c. Con las medidas anteriores, calcule la carga de la hoja. (1) Halle la altura media (H). (2) Halle el ancho medio (W). (3) Carga en m3 s (o yd3 s) = 0,0138 3 (HWL) (4) Carga en m3 b (o yd3 b) = m3 s (o yd3 s) F.V. d. Para hallar la producción, combine la carga calculada de la hoja con las medidas del tiempo invertido. 3. El método menos exacto, pero usado con frecuencia en la obra por su rapidez, consiste en medir el tiempo en que el desgarrador necesita para avanzar una cierta distancia. Para obtener el tiempo medio de un ciclo se deben utilizar los tiempos medidos durante varios ciclos, incluyendo el tiempo invertido en giros y retrocesos. Se mide, además, la distancia media de desgarramiento, el espaciamiento y la penetración del desgarrador. Con estos datos, se halla el volumen por ciclo, que es la base para calcular la producción en m3 en banco. Se sabe por experiencia que los resultados de este método son del 10 al 20% más alto que los obtenidos por el método de cortes transversales, que es más exacto. Dimensiones: Del desgarrador a la cadena Longitud del desgarrador detrás de la cadena, A Con bloque de empuje B Sin bloque de empuje C Con bloque de empuje D Sin bloque de empuje E Desgarrador levantado F Desgarrador bajado DESGARRADORES “Fuerza de Dislocación’’ (desprendimiento) en kilonewtons (y libras) — La fuerza máxima continua hacia arriba, generada por los cilindros de levantamiento del desgarrador, medida en la punta del desgarrador. La fuerza de desprendimiento se mide con el vástago colocado en el agujero superior, en posición vertical y con el desgarrador completamente abajo. La fuerza de desprendimiento puede estar limitada por la capacidad hidráulica o por el equilibrio. Vástago de desgarrador* G Prof. máx. de excavación H Ajuste de excavación I Ajuste total de excavación J Hacia adelante K Hacia atrás (C) L Alcance máximo al nivel del suelo M Espacio libre máx. debajo de la punta (vástago en el agujero inferior) N Máx. ángulo de rampa, desgarrador arriba (vástago con pasador en agujero inferior) “Fuerza de penetración’’ en kilonewtons (y libras) — La fuerza máxima continua hacia abajo, generada por los cilindros de levantamiento del desgarrador, medida en la punta del desgarrador, que se requiere para levantar el extremo trasero del vehículo con la punta en el suelo y el vástago en posición vertical (con el pasador colocado en el agujero superior). CALCULOS DE PRODUCCION Compare los costos de desgarramiento con otros métodos para aflojar o fragmentar materiales — sobre todo con el de perforación y voladura — a base del costo por m3 (yd3) en banco. Por lo tanto, hay que estimar exactamente el rendimiento con desgarrador a fin de hallar el costo por unidad de volumen. Hay tres métodos usuales para estimar la producción del desgarrador: 1. El mejor método consiste en medir el tiempo invertido en desgarrar, y luego sacar (mediante traíllas o cargadores y camiones) el material desgarrado y pesarlo. El peso total dividido por el tiempo usado dará la producción por hora. Si al contratista se le paga por volumen, se debe utilizar un factor de densidad, recordando que el grado de precisión de los cálculos estará determinado por la exactitud del valor de densidad que se use. Si se paga por volumen sacado, el método 2 puede ser el más conveniente. Se debe tener cuidado de que sólo se quita el material que ha sido desgarrado. 2. Otro método consiste en hacer cortes transversales del sitio y luego medir el tiempo invertido en desgarrar. Después que se haya sacado el material, haga de nuevo un corte transversal para determinar el volumen de roca sacado. El volumen dividido por el tiempo invertido da la velocidad de desgarramiento por minuto o por hora. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 93 – Sección del vástago Viga de desgarrador O Ancho total P Altura Q Longitud Espacio libre debajo de la viga, vástago vertical R Desgarrador levantado S Desgarrador bajado Número de cavidades T Distancia entre cavidades U Distancia entre vástagos V Espacio libre a la cadena con zapatas estándar W Ancho en la parte más ancha de los cilindros de levantamiento Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 94 –
  • 48. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Escrepas y motoescrepas Definición NOTAS Y APUNTES: La Escrepa consta, en principio, de un bastidor o chasis que lleva una caja o recipiente de transporte y debe ser remolcada. Una Motoescrepa debe tener la potencia, tracción y velocidad para una producción alta y continua con una amplia gama de materiales, condiciones y aplicaciones. Algunas de las opciones de las Motoescrepas incluyen motor simple con caja abierta, motor tándem con caja abierta, motor tándem de empuje y tiro, elevadores y configuraciones de sinfín. Las Motoescrepas cortan y cargan rápidamente, tienen altas velocidades de desplazamiento, extienden en operación y eventualmente compactan por peso propio durante la operación. Operaciones Corte del suelo Carga de Material removido Transporte del material Vaciado o descarga y su conjunta compactación Esquema Aplicaciones Ciclo completo de movimiento de tierras Acarreo de bancos de préstamo Velación de plataformas Excavación en bancos de préstamo amplios y la descarga o extendido para terraplenes ó grandes rellenos. Se aplica en construcción de carreteras donde la calidad de los terrenos es relativamente homogénea. Movimiento de tierras Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 95 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 96 –
  • 49. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali La operación de traíllas se utiliza para realizar excavaciones por capas, carga y transporte de terreno excavado, colocación de material por capas. Por estas características se utilizan en excavaciones con traslado y colocación de material, se realizan zanjas, fosos, diques, terraplenes, canales caballeros, destape en canteras y préstamos, explanaciones, nivelación de tierras, se pueden realizar cortes con taludes menores a 1:3.5 de pendiente. Mototraílas Eléctricas Las mototraílas con propulsión eléctrica poseen motores que mueven todos los órganos de trabajo del equipo, accionándolos directamente (ruedas) o a través de transmisiones simples (puerta, pared eyectora, etcétera). La corriente eléctrica es suministrada por generadores que, a su vez, son acondicionados por el motor de petróleo de la máquina. Mototraílas Tándem Algunas firmas constructoras han diseñado una mototraíla de dos módulos, es decir, un solo tractor de silla que arrastra dos traíllas, formando un solo conjunto. El yugo de la primera va montando sobre el eje propulsor del tractor de la manera usual. El yugo de la segunda traílla se coloca en forma similar sobre el eje trasero de la primera. Existen tres tipos de escrepas: a) de remolque; b) semirremolque y c) motoescrepas. Transporte La Mototraíla se transporta por medio del Low Boy en caso de no poder transportarse sola, generalmente se transporta sola si la obra se encuentra cerca. Mantenimiento Tipos Se conocen por su potencia: Mototraíla Estándar, consta principalmente de dos partes, una caja metálica reforzada soportada por un eje con ruedas neumáticas, una compuerta curva que puede bajar o subir mediante un mecanismo hidráulico, una cuchilla de acero en la parte inferior de la caja que sirve para cortar el material y una placa metálica móvil en la parte interior la cual al desplazarse hacia delante permite desalojar todo el material contenido en ella. Mototraíla de doble motor, también conocidas como mototraílas de doble tracción, tienen un segundo motor que impulsa el eje trasero de la maquina con la que se obtienen una tracción en las cuatro ruedas lo que permite prescindir del tractor de ayuda, y puede trabajar en pendientes mayores así como en material granular. Mototraíla de tiro y empuje, también llamadas sistema Pushpull, tienen la ventaja como la eliminación del tractor empujador, es un equipo balanceado con menor inversión. Mototraíla autocargables, tienen un mecanismo elevador que funciona a base de paletas que van cargando el material dentro de la caja, no requieren del tractor para su carga sin embrago su uso se limita a trabajos con materiales suaves. Seguridad industrial Conocer y cumplir el programa de seguridad de su empresa. Vestir las prendas de seguridad pertinentes con el trabajo que tiene asignado. Debe conocer las posibilidades de su máquina, así como sus limitaciones. Familiarícese con los controles, indicadores e instrumentos. Debe conocer de antemano el estado de las zonas de trabajo. Debe conocer las señales de trafico, las señales que se hacen con las manos y quienes son los encargados de la señalización. página - 97 – Asegúrese de que conoce el sentido de la marcha y cualquier otra norma interna de la explotación que pudiera diferenciarse significativamente de los procedimientos habituales. Los programas para la seguridad del empleado deben exigir la presencia de un hombre en cada lugar de trabajo, que se responsabilice y tenga autoridad, en lo que a seguridad se refiere. Lleve siempre los accesorios protectores requeridos, como cascos resistentes, gafas de seguridad, vestido reflectante, zapatos de seguridad y cascos protectores para los oídos. Sus prendas de vestir deben ser relativamente ajustadas Medio Ambiente Ruido dentro y fuera Cuando el nivel de ruido sobrepase el margen de seguridad establecido y en todo caso, cuando sea superior a 80 dB, será obligatorio el uso de auriculares o tapones. Escrepas, escrepa de arrastre, las cuales son jaladas por un tractor de orugas, las cuales perdieron popularidad por su bajo rendimiento. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) Debe tener en cuenta realizar el mantenimiento en el caso de las traílas con remolque, el mantenimiento también del tractor empujador. Este equipo requiere mantenimiento Otro tipo de mantenimiento es el correctivo preventivo (lubricantes y grasas en forma que consiste en el cambio de repuestos que periódica), también contempla el análisis en necesita la maquinaria. laboratorio aceite usado de la maquina. Verificar los dispositivos de enganche, la hoja de penetración y la cuchilla incorporada a la hoja Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) Emisión de gases (CO2, NO2) cuando exista gran emisión de gases que afecten el sistema respiratorio se deben usar barbijos ó mascarillas. Partículas en suspensión (polvo) En trabajos con tierras pulvígenas, se deberá hacer uso de mascarillas ó barbijos. También se puede usar lechadas de cal. página - 98 –
  • 50. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Producción y rendimientos.USO DE LAS GRAFICAS DE TRACCION EN LAS RUEDAS – VELOCIDAD – RENDIMIENTO EN PENDIENTE La explicación que sigue es aplicable a las gráficas de Tracción en las ruedas – velocidad – rendimiento en pendiente para Mototraílas, Camiones y tractores de construcción y de minería y para Camiones articulados. Conociendo el peso bruto de la máquina y la pendiente total efectiva (resistencia total), se pueden obtener de las gráficas de la velocidad máxima alcanzable, la gama de marchas y la fuerza de tracción disponible. Peso se define como el peso bruto del vehículo (en kg o lb) de la suma de los pesos del tractor, de la traílla y de la carga útil. Pendiente total efectiva (o resistencia total) es la resistencia de la pendiente más la resistencia a la rodadura, expresada como un porcentaje de pendiente. La pendiente se mide o se estima. La resistencia a la rodadura se estima. (Vea la sección de Tablas USO DE LAS GRAFICAS DEL TIEMPO DE DESPLAZAMIENTO La explicación que sigue corresponde a las gráficas de Tiempo de desplazamiento para Mototraílas, Camiones de construcción y de minería y para Camiones articulados. Conociendo la distancia de desplazamiento en una dirección y la resistencia total (en % de pendiente) se puede determinar el tiempo de desplazamiento en una dirección (medio ciclo) usando las gráficas que se muestran a continuación (10 kg/tonelada equivale al 1% de inclinación en una pendiente). Si la resistencia total es negativa (la ayuda de la pendiente es mayor que la resistencia a la rodadura) la máquina puede acelerarse al descender, y habría que emplear los frenos o el retardador. Como en estos casos no se pueden utilizar las gráficas de tiempo de viaje, consulte la gráfica respectiva con retardador, a fin de hallar la velocidad máxima de descenso sin que haya riesgos. Hay dos gráficas para cada máquina de acarreo: Una para la máquina con la carga útil nominal y otra para la máquina vacía. *Para tiempos fijos (carga, maniobras y esparcimiento), utilice la tabla de abajo. para obtener los valores más usuales.) 10 kg/tonelada (20 lb/ton. corta) = 1% de pendiente adversa. Tracción en las ruedas es la fuerza medida en kg, kN o lb — y limitada por las condiciones del suelo — que hay disponible resultante en las ruedas para mover la máquina. Reducción de potencia a causa de la altitud La fuerza de tracción en las ruedas y la velocidad deben reducirse según la altitud, de modo similar a la potencia en el volante. El % de pérdida de la fuerza de tracción en las ruedas es similar al % de reducción de potencia en el volante. La explicación que sigue es aplicable a las curvas de retardador para Mototraíllas y para Camiones articulados. Si conoce el peso bruto del vehículo y la pendiente efectiva total (resistencia total), puede hallar con ayuda de las gráficas del retardador, la velocidad que es posible mantener — sin utilizar los frenos de servicio — cuando el vehículo baja por una pendiente con el retardador a plena capacidad. Pendiente efectiva total (resistencia total) es el valor de la ayuda de pendiente menos la resistencia a la rodadura. Tracción en las ruedas – Velocidad – Rendimiento en Pendiente Para determinar el rendimiento en pendiente lea en la gráfica el peso bruto de su máquina (A) y baje hasta el % de resistencia total (B). (Como se indica en la columna anterior, la resistencia total es igual al % real de pendiente más 1% por cada 10 kg/tonelada (20 lb./U.S. ton) métrica de resistencia de rodadura.) Desde este punto peso-resistencia, vaya horizontalmente hasta la curva con la gama de velocidad más alta obtenible (C) y desde allí baje hasta la velocidad máxima (E). La tracción utilizable depende de la tracción y del peso en las ruedas propulsoras. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 99 – 10 kg/tonelada = pendiente adversa del 1%. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 100 –
  • 51. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Gráficas de retardación Dimensiones.- Para usar la gráfica de retardación, encuentre el valor en la parte superior de la escala de peso bruto (Punto A) y siga hacia abajo hasta que intersecte la línea de la pendiente efectiva total (Punto B). Siga horizontalmente desde este punto “B’’ hasta el punto de intersección con la gráfica de retardación (punto C). Este punto “C” intersecta en la gama 5 (5a. velocidad). Desde el punto “C” de intersección con la gráfica de retardación, lea verticalmente hacia abajo hasta el punto “D” en la parte inferior de la escala para encontrar la velocidad constante. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 101 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 102 –
  • 52. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Tiempo de desplazamiento de la 613C Serie II — Cargada Tracción en las ruedas – Velocidad – Rendimiento en Pendiente de la 613C Serie II Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 103 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 104 –
  • 53. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Rendimientos en m3-b/hora de la 613C Serie II Tiempo de desplazamiento de la 613C Serie II — Vacía DISTANCIA vs. PRODUCCION CONDICIONES: Camino de acarreo plano. Los porcentajes de esta gráfica representan sólo la resistencia al rodamiento (RR). Eficiencia del 100% (hora de trabajo de 60 minutos). Densidad del material: 1780 kg/m3 (3000 lb/yd3). Carga útil: 11,975 kg, 6.7 m3-b (26,400 lb, 8.8 yd3-b). Peso vacío: 14,970 kg (33,000 lb). Tiempo fijo: 1.6 minutos. PRODUCCION POR HORA vs. TIEMPO DE CICLO para varios modelos Caterpillar CAPACIDAD DEL VEHICULO: 3 La 613C Serie II, 6.7 m b en un viaje Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 105 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 106 –
  • 54. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Cargadores Frontales Definición NOTAS Y APUNTES: El cargador frontal es un equipo tractor, montado en orugas o en ruedas, que tiene un cucharón de gran tamaño en su extremo frontal. Los cargadores son equipos de carga, acarreo y eventualmente excavación, en el caso de acarreo solo se recomienda realizarlo en distancias cortas. El uso de cargadores da soluciones modernas a un problema de acarreo y carga de materiales, con la finalidad de reducir los costos y aumentar la producción. En el caso de excavaciones con explosivos, la buena movilidad de éste le permite moverse fuera del área de voladura rápidamente y con seguridad; y antes de que el polvo de la explosión se disipe, el cargador puede estar recogiendo la roca regada y preparándose para la entrega del material. Los cucharones del cargador frontal varían en tamaño, desde 0.19 m3 hasta más de 19.1 m3 de capacidad, colmado. El tamaño del cucharón está estrictamente relacionado con el tamaño de la máquina. Operaciones Excavar Cargar Descargar Acarrear o transportar Los cargadores son equipos de carga, acarreo y eventualmente excavación, en el caso de acarreo solo se recomienda realizarlo en distancias cortas. El uso de cargadores da soluciones modernas a un problema de acarreo y carga de materiales, con la finalidad de reducir los costos y aumentar la producción. En el caso de excavaciones con explosivos, la buena movilidad de éste le permite moverse fuera del área de voladura rápidamente y con seguridad; y antes de que el polvo de la explosión se disipe, el cargador puede estar recogiendo la roca regada y preparándose para la entrega del material. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 107 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 108 –
  • 55. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Aplicaciones Se aplica en construcciones donde exista amplio espacio para maniobrar, se utiliza en toda obra que requiere de corte, carga, acarreo y descarga de medianos volúmenes de tierra. Carga de materiales Mezcla de materiales Excavación de terreno suelto ó blando Apilado de material y carguío de material suelto Deposita el material suelto, ya sea en una planta (chancadora, de hormigón, asfalto, recicladora, etc.) o en un lugar de desecho Conocer la Zona de trabajo Circunstancias Peligrosas No examinar convenientemente la zona de trabajo Tipos De acuerdo a la forma de efectuar la descarga: Descarga Frontal, Descarga Lateral Medidas Preventivas Conocer las posibilidades y los limites de la maquina y particularmente el espacio necesario para maniobrar. Cuando el espacio se maniobra es muy reducido o limitado por obstáculos, hay que balizar la zona de evolución de la misma. Vigilar la posición, la función, el sentido de funcionamiento de cada uno de los mandos de los dispositivos se señalización y de los dispositivos de seguridad. Medidas Preventivas Conocer el plan de circulación de la obra y cada día informarse de los trabajos realizados que puedan constituir riesgo: Zanjas abiertas, tendido de cables. Conocer la altura de la maquina circulando y trabajando, así como las zonas de altura limitada o estrechas. Con el tren de rodadura de ruedas de goma, circular con precaución o velocidad lenta, en zonas de polvo, barro o suelo helado. Realizar un buen mantenimiento de las zonas de circulación. Descarga Trasera De acuerdo a la forma de rodamiento: Medio Ambiente Ruido dentro y fuera Cuando el nivel de ruido sobrepase el margen de seguridad establecido y en todo caso, cuando sea superior a 80 dB, será obligatorio el uso de auriculares o tapones. Emisión de gases (CO2, NO2) Partículas en suspensión (polvo) En trabajos con tierras pulverizadas, se deberá hacer uso de mascarillas. También se puede usar lechadas de cal. Producción y Rendimientos. De Neumáticos (Bastidor rígido o articulado) De Orugas Dimensiones del equipo Cargadores sobre Neumáticos: Transporte La Cargadora Frontal se transporta por medio del Low Boy en caso de no poder transportarse sola, si esta sobre ruedas y la obra se encuentra cerca puede transportarse sola. Mantenimiento Protocolo de encendido Punto de conexión de engrase Capacidad del tanque de combustible Plan de mantenimiento preventivo (cambio de aceite) Reemplazo de grasa sucia por nueva La Inspección Visual Alrededor Del Equipo Cerciorarse que no hay espejos caídos, micas quebradas, cortes en los neumáticos, balde en buen estado, vidrios trizados, plumillas en mal estado, niveles de aceite de motor, niveles de aceite hidráulico, niveles de aceite de la transmisión, nivel del agua del refrigerante del motor, b aterías y su borne, corta corriente, extintores fechas de vencimiento, despiche de los acumuladores de aire si es que tiene, tapas de los estanques, neumáticos y sus respectivas presiones recomendadas por el fabricante de los neumáticos Seguridad industrial Circunstancias Peligrosas Maniobrar la maquina interrumpidamente Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 109 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 110 –
  • 56. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Cargadores sobre orugas: g. Si ambos circuitos se usan a la vez, debe especificarse el punto de pivote principal, de entre los dos definidos en (e) o (f). h. Si el circuito usado hace que se levante del suelo el extremo trasero del vehículo, significa que el valor de la fuerza vertical necesaria para levantar dicho extremo es la fuerza de desprendimiento. i. Con cucharones de forma irregular, la punta de la cuchilla que se ha mencionado anteriormente, es el punto más delantero de la cuchilla. Según las normas J732 JUN92, se emplean las ilustraciones que siguen para medir las fuerzas de desprendimiento de los cargadores Caterpillar. Análisis de capacidades del cargador: DEFINICION DE LAS ESPECIFICACIONES PARA CARGADORES FRONTALES Las especificaciones de Caterpillar para cargadores de cadenas y de ruedas están de acuerdo con las definiciones de la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE), tal como se exponen en las normas J732 JUN92: Descripción de las especificaciones de las máquinas En los cargadores de ruedas se debe indicar la presión de inflado de los neumáticos cuando se tomaron las especificaciones, además de la descripción básica por escrito de la máquina. En los de cadenas, se debe especificar el tipo de garras de las zapatas. a. Fuerza de desprendimiento que resulta al plegar el cucharón hacia atrás: (Fuerza de rotación) x (distancia X) = (distancia Y) x (Fuerza de desprendimiento) (Fuerza de rotación) x (distancia X) ------------------------------------------ = Fuerza de desprendimiento distancia Y Tiempo de ciclos hidráulicos a. “Tiempo de ascenso” — Tiempo en segundos para levantar el cucharón desde la posición horizontal en el suelo. b. “Tiempo de descenso” — Tiempo en segundos para bajar el cucharón vacío desde la altura máxima hasta una posición horizontal en el suelo. c. “Tiempo de descarga” — Tiempo en segundos para mover el cucharón desde la posición de plegado máximo a la posición de máximo levantamiento y descarga total, y vaciar la carga según normas de la SAE. Fuerza de desprendimiento “Fuerza de desprendimiento” en kN o kg, es la fuerza máxima continua de ascenso en sentido vertical, aplicada a 100 mm (4 pulg) detrás de la punta de la cuchilla y conseguida debido a que el cucharón puede — en las condiciones siguientes — levantarse y/o girar hacia atrás alrededor del punto de pivote especificado: a. El cargador se halla en una superficie dura y horizontal, con la transmisión en neutral. b. Todos los frenos están desconectados. c. La máquina tiene el peso en orden de trabajo estándar, y no está sujeta la parte trasera del cargador. d. El lado inferior de la cuchilla está paralelo al suelo, y a no más de 20 mm (0,75 pulg) de ese nivel. e. Al usar el circuito hidráulico del cucharón, debe especificarse que el pasador de articulación del cucharón es el punto de pivote, y que el conjunto está sostenido por debajo del punto de pivote del pasador de articulación del cucharón, a fin de reducir el movimiento del varillaje. f. Si se emplea el circuito de levantamiento, debe indicarse que el pasador de articulación del brazo de levantamiento es el punto de pivote. En los cargadores de ruedas se debe bloquear el eje delantero para mantener la posición de los pasadores de pivote si ceden los neumáticos. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 111 – b. Fuerza de desprendimiento que resulta al levantar el cucharón: (Fuerza de levantamiento) x (distancia X1) = (distancia Y1) x (Fuerza de desprendimiento) + (Peso del varillaje) x o bien: (distancia Z1) + (Fuerza de desprendimiento) x (Ventaja mecánica del varillaje) x (distancia V1) (Fuerza de levantamiento) x (distancia X1) — (Peso del varillaje) x (distancia Z1) Fuerza de desprendimiento = ------------------------------------------------------------------------------------------(distancia Y1) + (distancia V1) x (Ventaja mecánica del varillaje) Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 112 –
  • 57. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Carga límite de equilibrio estático Es el peso mínimo en el centro de gravedad de la carga “de clasificación SAE’’ del cucharón que hace girar el extremo trasero de la máquina de tal forma que, en los cargadores de cadenas los rodillos delanteros se levanten de las cadenas, y en los cargadores de ruedas, las ruedas de atrás dejan el suelo en las siguientes condiciones: saliente de la cuchilla. Los cucharones Caterpillar para rocas se fabrican con protectores integrados transparentes. Los cucharones para material ligero vienen estándar con cuchillas empernables. Estas características aumentan la capacidad real del cucharón y se incluyen en las clasificaciones publicadas. a. El cargador se halla en una superficie dura y horizontal, y no se mueve. b. La máquina tiene el peso en orden de trabajo estándar. c. El cucharón está inclinado hacia atrás. d. La carga está en la posición más avanzada en el ciclo de levantamiento. e. Para cargadores de ruedas articulados la prueba debe hacerse con el bastidor recto (carga límite de equilibrio estático recto) y con el bastidor totalmente girado a un ángulo determinado (carga límite de equilibrio estático a giro pleno). f. La máquina está provista de equipo estándar, según se describe en las especificaciones, a menos que el título indique cosa diferente. Altura de descarga La norma SAE J732 JUN92, específica que la altura de descarga es la distancia vertical desde el suelo hasta el punto más bajo de la cuchilla, con el pasador de articulación del cucharón a su altura máxima y el cucharón a un ángulo de descarga de 45°. El ángulo de descarga es el ángulo al cual la sección plana más larga de la parte interior del fondo del cucharón girará por debajo de la horizontal. Carga de operación Para cumplir con las normas de la SAE, J818 MAY87 la carga de operación de los cargadores de ruedas no debe superar el 50% de la carga límite de equilibrio estático a giro pleno de una máquina equipada con los accesorios necesarios para el trabajo. (En los cargadores de cadenas, la carga de operación no debe exceder el 35% de la carga límite de clasificación de equilibrio estático.) Vea la Información sobre Rendimiento para cada máquina en esta publicación para hallar los aumentos de la carga límite de equilibrio estático cuando se añade cabina, contrapesos, desgarrador, escarificador, etc. 1. Determine la producción requerida o deseada. 2. Determine el tiempo de ciclo del cargador y el número de ciclos por hora. Se debe suponer un tamaño de máquina para poder seleccionar un tiempo de ciclo básico. 3. Determine la carga útil requerida por ciclo en m3 sueltos y en kilogramos (yd3 y lb en su caso). 4. Determine el tamaño requerido de cucharón. 5. Elija la máquina considerando el tamaño y la carga útil del cucharón como requisitos de producción que se deben satisfacer. 6. Compare el tiempo de ciclo del cargador utilizado en los cálculos con el tiempo de ciclo de la máquina seleccionada. Si encuentra alguna diferencia, comience nuevamente con el Paso 2. Posición de acarreo Definición de “posición de acarreo’’ según la SAE: “La distancia vertical desde el suelo hasta la línea central del pasador de articulación del cucharón, con un ángulo de 15°.” El dibujo que sigue ilustra esta definición. Producción requerida La producción requerida de un cargador de ruedas o de cadenas debe ser ligeramente mayor que la capacidad de producción de las otras máquinas básicas del sistema existente para mover tierra o materiales. Por ejemplo, si una tolva puede recibir 300 ton/hora, se debe usar un cargador con capacidad ligeramente mayor de 300 toneladas. Debe estimarse con cuidado la producción requerida a fin de elegir la máquina y cucharón adecuados. Círculo de giro del cargador Las normas J732 JUN92 de la SAE establecen que deben indicarse “el radio mínimo de giro con inclusión de los neumáticos,” y “el círculo de giro” de todo cargador de ruedas. Ambos datos se dan en las hojas de especificaciones de Caterpillar, así como el círculo de giro con cada uno de los cucharones disponibles para cada máquina. Profundidad de excavación Las normas J732 JUN92 indican que la profundidad de excavación es “la distancia vertical en mm (o pulg) desde la rasante del terreno hasta el borde inferior de la cuchilla del cucharón en su posición más baja, y la cuchilla horizontal.” CLASIFICACIONES SAE DE CUCHARONES Capacidades de cucharones según la SAE Capacidad a ras es el volumen contenido en el cucharón después de nivelar la carga pasando un rasero que se apoye sobre la cuchilla y la parte trasera del cucharón. 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. Las normas J742 (FEB85) de la SAE determinan que el empleo de auxiliares de protección contra derrames de la carga a fin de proteger al operador no influirá en la clasificación de la capacidad del cucharón. En los cucharones con cuchilla de forma irregular (en V), el plano a ras se debe trazar a un tercio de la distancia del punto más Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) SELECCION DE UNA MAQUINA Método para seleccionar el cucharón de tamaño adecuado: página - 113 – Tiempos de ciclo del cargador Cuando se acarrea material granular suelto en un suelo duro y liso, se considera razonable un tiempo básico de 0,45-0,55 minuto por ciclo en los cargadores articulados Caterpillar con operador competente. Esto comprende la carga, descarga, cuatro cambios de sentido de marcha, un ciclo completo del sistema hidráulico y un recorrido mínimo. Puesto que el tipo de material, la altura de la pila y otros factores pueden elevar o reducir la producción, su efecto se debe sumar o restar del tiempo de ciclo básico. Cuando haya acarreos, obtenga la porción del ciclo correspondiente al tiempo de desplazamiento en la gráfica respectiva de estimaciones de esta sección. Para hallar el tiempo total del ciclo, añada los tiempos de acarreo y retorno al tiempo de ciclo básico. FACTORES DE TIEMPO DE CICLO El promedio del tiempo de ciclo básico (carga, descarga, maniobra) de un cargador articulado es de 0,45-0,55 minutos, [el ciclo básico para los cargadores grandes, de 3 m3 (4 yd3) y más, puede ser ligeramente más largo], aunque se pueden anticipar variaciones sobre el terreno. Los siguientes valores de muchos elementos variables se basan en operaciones normales. Al sumar o restar los tiempos variables se obtendrá el tiempo total de ciclo básico. 60 minutos Ciclos por hora (a 100% de eficiencia) = -----------------------------------------Tiempo de ciclo total en minutos Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 114 –
  • 58. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali La eficiencia en el trabajo es un factor importante al seleccionar la máquina. La eficiencia es el total de minutos que se trabaja en 1 hora. Esto toma en cuenta todas las interrupciones del trabajo como el período para fumar y las idas al servicio del operador, así como otras interrupciones. Ciclos por hora a 50 minutos (83% de eficiencia) = por hora Ciclos por hora al 100% de eficiencia de trabajo Promedios de los ciclos del cargador 914G-962G. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 966G-980G. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 988F-990 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 992G-994D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 minutos x ------------------ x tiempo real 60 min./hora Cargadores de ruedas Nomograma de producción y selección de máquinas para Para hallar el peso de la carga útil y toneladas por hora 1. Marque en la escala B el punto correspondiente a la producción horaria requerida en m3/hora. 2. Marque en la escala A el número de ciclos por hora requeridos. 3. Desde A, trace una línea que pase por B y llegue a C, donde se verá la carga útil requerida. 4. Marque en la escala D el factor de llenado del cucharón. 5. Desde C trace una línea que cruce la escala D y llegue a E, verá la capacidad requerida del cucharón. 0.45-0.50 min. 0.50-0.55 min. 0.55-0.60 min. 0.60-0.70 min. Carga útil requerida por ciclo Para determinar la carga útil que se necesita por ciclo, divida la producción requerida en una hora por el número de ciclos por hora. Elección del cucharón Una vez calculada la carga útil requerida por ciclo, se divide por el peso de un m3 (yd3) de material suelto, a fin de hallar el número de m3 (yd3) de material suelto por ciclo. Puesto que la densidad de casi todo el material que va a moverse no alcanza 1,800 kgs./m3 (3,000 lbs./yd3), la exactitud en la estimación de producción requiere un conocimiento razonable de las densidades de los materiales con los que se va a trabajar. En la sección de tablas se puede obtener el promedio de las densidades de ciertas materias cuando no se conocen las densidades reales. Se estima a continuación el porcentaje de la capacidad nominal que mueve el cucharón con diversas materias. El tamaño de cucharón necesario para mover el volumen requerido por ciclo se halla mediante el porcentaje de la capacidad nominal del cucharón, denominado “Factor de llenado del cucharón”. El tamaño requerido se halla dividiendo los m3 Sueltos (o yd3), requeridos por ciclo por el factor de llenado del cucharón. Volumen requerido/ciclo Tamaño del cucharón = -------------------------------------Factor de llenado del cucharón FACTORES DE LLENADO DEL CUCHARON La siguiente tabla indica las cantidades aproximadas de una materia como porcentaje de la capacidad nominal del cucharón, o sea lo que realmente moverá el cucharón por ciclo. Se denomina “factor de llenado del cucharón.” NOTA: Los factores de llenado para cargadores de ruedas dependen de la penetración del cucharón, la fuerza de desprendimiento, el ángulo de inclinación hacia atrás, el perfil del cucharón y el tipo de herramientas de corte como dientes de cucharón o cuchillas reemplazables atornilladas. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 115 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 116 –
  • 59. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Nomograma de producción y selección de máquinas Para hallar la carga útil requerida y el tamaño del cucharón: UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Cargadores de ruedas 6. 7. 8. 9. Transfiera los ciclos por hora de la escala A y la carga útil de la escala C. Marque la densidad del material en la escala F. Desde la escala C trace una línea que pase por F y llegue a G para hallar la carga útil por ciclo. Compare la cantidad de la escala G, con la carga de operación recomendada para esa máquina considerando la selección del cucharón. La capacidad de operación del cargador, depende de la densidad del material y de la capacidad del cucharón. 10. Para hallar el tonelaje por hora, trace desde la escala G una línea recta que cruce la escala A, y se prolongue hasta la escala I, para obtener el punto correspondiente al peso del material por hora. CARGADORES. Son máquinas compuestas de un bastidor montado sobre orugas o neumáticos y una superestructura giratoria dotada de un brazo con cuchara, accionado por mando hidráulico o por cables. Se utilizan para excavar en frentes de trabajo de cierta altura y realizan los movimientos siguientes: o excavación de abajo hacia arriba, o giro horizontal y descarga de la cuchara, o giro horizontal de regreso al frente de trabajo. Los cargadores son máquinas sobre orugas o neumáticos, accionadas por mando hidráulico, adecuadas para excavaciones en terrenos flojos y carga de materiales sueltos, en camiones de volteo o dúmpers para grandes acarreos o movimientos de agregados pétreos y hasta cierto tamaño de rocas. Donde: R(m3/hr.): Es el rendimiento esperado del cargador, en m3/hr. Vc: Capacidad sin colmar de la cuchara en m3- banco. Fe: Factor de eficacia de la máquina, entre 70 y 80%. Fe´: Factor de eficacia de la cuchara, que depende de la clase de terreno: Terreno flojo ……… 90-100% Terreno medio ……. 80-90% Terreno duro ……… 50-80% Tc: Tiempo de duración del ciclo en segundos. Comprende la excavación el giro hasta la descarga, la descarga y el giro hasta origen. El tiempo del ciclo, con rotación de 90º es: Terreno flojo ……… 15-20 seg. Terreno medio ……. 20-25 seg. Terreno duro ……… 25-30 seg. Para rotaciones mayores o menores, se sumarán o restarán 2 segundos por cada 10º (18 seg. por giro de 90º). Una estimación media de lo que podría ser un ciclo-piloto de una pala cargadora, puede ser la siguiente: Corte, empuje y carga …………… 6 seg. Inversión marcha …………………... 1 seg. Retroceso cargada ………………….. 3 seg. Giro ………………………………… 1 seg. Parar ………………………………... 1 seg. Descenso carga ……………………... 4 seg. Invertir marcha ……………………... 1 seg. Transporte ………………………….. 3.6 * L/12 Parar ………………………………... 1 seg. Voltear carga ……………………….. 4 seg. Invertir marcha ……………………... 1 seg. Retroceder …………………………... 2 seg. Giro ………………………………….. 1 seg. Avance frente ……………………….. 3.6 * L/20 Parar ………………………………… 1 seg. -----------------------TOTAL … = 27 +(3.6*L(1/12+1/20)) en segundos Donde: L = Longitud del desplazamiento (en metros) Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 117 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 118 –
  • 60. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali página - 119 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 120 –
  • 61. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali página - 121 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 122 –
  • 62. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Unidades de Acarreo o Transporte Definición NOTAS Y APUNTES: Estas maquinas están diseñadas para el acarreo de material y su respectiva descarga, Posee una tolva cuya capacidad puede ser al ras o colmada, el peso a cargar en dicha tolva está en función del tipo de material. El volumen de carga debe definirse además por la ley de cargas considerando las vías por donde vaya a movilizarse el camión (esto para no dañar el camino existente). Operaciones Cargar.- carga Material excedente Descargar.- Descargar el material en obra Acarrear.- Traslada volúmenes de tierra excavada Esquema 1 Altura hasta la parte de arriba de la estructura ROPS 2 Longitud total de la caja 3 Longitud interna de la caja 4 Longitud total 5 Distancia entre ejes 6 Eje trasero a la cola 7 Espacio libre sobre el terreno 8 Altura de descarga 9 Altura de carga – Vacío 10 Altura de las paredes Laterales traseras 11 Profundidad interna de la caja – Máxima Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 123 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) 12 Altura total – Caja subida 13 Ancho de operación 14 Ancho entre líneas de centro de los neumáticos delanteros 15 Espacio libre del protector del motor 16 Ancho total del pabellón 17 Ancho exterior de la caja 18 Ancho interior de la caja 19 Altura delantera del pabellón 20 Espacio libre del eje trasero 21 Centro de los neumáticos dobles traseros 22 Ancho total de los neumáticos página - 124 –
  • 63. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Aplicaciones Se aplica en obras donde se requiera movimiento de tierra carguio, acarreo y descarga de grandes volúmenes de tierra Transporte del material excedente Transporte de escombros Sobre acarreo Tipos Las Unidades de acarreo se clasifican de la siguiente manera: Área Urbana Camiones de transporte para maquinaria Tracto camión Camión de volteo.-Se emplean en las obras de movimientos de tierra de gran movilidad y rapidez así como la gran adaptabilidad para trabajos fuera de carretera y en suelos vírgenes, se encuentran en la categoría de tracto remolque. Área Rural Camiones Articulados Este tipo de equipos tiene la posibilidad de un movimiento relativamente independiente de la cabina de mandos del camión. Con el propósito de facilitar el giro de la maquina en las operaciones. Este tipo de equipo puede tener la tolva con descarga hacia atrás o descarga hacia los lados. También existe Volquetas con este sistema. Camiones fuera de carretera. (TRUCK) Son equipos diseñados para el acarreo de materiales y él transita en la obra o por caminos no bien nivelados, existen de diversas capacidades y modelos. Transporte Generalmente se transportan solas. Mantenimiento Mantenimiento en taller Antes de empezar las reparaciones, es conveniente limpiar la zona a reparar. No limpiar nunca las piezas con gasolina. Trabajar en un local ventilado. Antes de empezar las reparaciones, quitar la llave de contacto, bloquear la máquina y colocar letreros indicando que no se manipulen los mecanismos. Si varios mecánicos trabajan en la misma máquina, sus trabajos deberán ser coordinados y conocidos entre ellos. Dejar enfriar el motor antes de quitar el tapón del Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) Examen de la máquina La máquina antes de empezar cualquier trabajo, deberá ser examinada en todas sus partes. Los exámenes deben renovarse todas las veces que sean necesarias y fundamentalmente cuando haya habido un fallo en el material, en la máquina, en las instalaciones o los dispositivos de seguridad habiendo producido o no un accidente. Prueba de la tolva. Mantenimiento del motor en el kilometraje que especifique sus especificaciones. Todos estos exámenes los realizará el encargado o página - 125 – radiador. personal competente designado por el mismo. El Bajarla presión del circuito hidráulico antes de nombre y el cargo de esta persona se consignarán quitar el tapón de vaciado, así mismo cuando se en un libro de registro de seguridad, el cual lo realice el vaciado del aceite vigilar que no esté guardará el encargado. quemando. Si se tiene que dejar elevado el brazo y la cuchara, se procederá a su inmovilización antes de empezar el trabajo. Realizar la evacuación de los gases del tubo de escape directamente al exterior del local. Cuando se arregle la tensión de las correas del motor, éste estará parado. Antes de arrancar el motor, comprobar que no se haya dejado ninguna herramienta encima del mismo. Utilizar guantes y zapatos de seguridad. Mantenimiento de los neumáticos Para cambiar una rueda, colocar los estabilizadores. Utilizar siempre una caja de inflado, cuando la rueda no está sobre la máquina. Cuando se esté inflando una rueda no permanecer enfrente de la misma sino en el lateral. No cortar ni soldar encima de una llanta con el neumático inflado. Seguridad Industrial El operador que utiliza o maneja un camión de obra debe: Conocer y cumplir el programa de seguridad de su empresa, pregunte a su superior por el mismo y solicite una copia para consultarlo. Vestir las prendas de seguridad pertinentes con el trabajo que tiene asignado, consulte el manual de seguridad de su empresa dónde tienen que venir especificadas cuales son estas. Debe conocer las posibilidades de su camión, así como sus limitaciones. Familiarícese con los controles, indicadores e instrumentos. Debe conocer de antemano el estado de las zonas de trabajo, tales como: Estado de las pistas, baches, barro, tráfico intenso, polvo, humo, niebla, etc. Debe conocer las señales de tráfico, las señales que se hacen con las manos y quienes son los encargados de la señalización, deberá respetar las indicaciones de estos. Asegúrese de que conoce el sentido de la marcha y cualquier otra norma interna de la explotación que pudiera diferenciarse significativamente de los procedimientos habituales. Todos los camiones de volteo deberán tener palancas de disparo para las compuertas de descarga para mantener al operador en un espacio libre. Es muy importante la experiencia del chofer Necesariamente debe tener un celular para conocer la ubicación de la unidad de acarreo. La maquina debe estar limpia, para esto usar agua ó vapor en posta. La velocidad de operación: Urbana: 8 - 12 [Km/hr] cargado, 20 - 40 [Km/hr] descargado Rural: 15 - 25 [Km/hr] cargado, 10 - 15 [Km/hr] descargado Medio Ambiente Código de transito (se debe respetar los horarios en los puede transitar en el área urbana) En el área rural emanación de gases y ruido Consumo de combustible y contaminación del aire. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 126 –
  • 64. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali EQUIPOS DE ACARREO Se define como equipo de acarreo a la máquina o combinación de máquinas que, contando con un sistema adecuado de carga y con un dispositivo de descarga, se utilizan para transportar materiales de un lugar a otro. Esta definición es independiente de la motoescrepa. Dentro de estos materiales y para nuestro objetivo debemos considerar sólo dos tipos: Los sólidos, como son: Y los líquidos como: • • • Tierras arenas rocas, etc. • Agua • asfaltos, etc. • sobre rieles; • • • • Los de banda, Entubados Los acuáticos, y los de Canastilla sobre cables aéreos. • • • • • • • • • • MÉTODO DE OPERACIÓN: Con descarga lateral Con descarga frontal Por su sistema de rodamiento el transporte pude realizarse sobre: • Orugas, También existen otros medios de acarreo o • neumáticos y transportación: Se puede clasificar las unidades de acarreo de acuerdo a su descarga, que puede ser: • • Con descarga por el fondo Con descarga trasera También en cuanto a su desplazamiento, pueden ser: • • LIMITACIONES EN LA MÁQUINA: CAMIONES • • VENTAJAS: • • LIMITACIONES: • • • Su facilidad de movilidad Su adaptación a varios tipos de camiones Altas velocidades Facilidad en la disposición de unidades de reserva • • • • Dificultad al rodamiento con lluvias y lodo en caminos Facilidad de operación y manejo en todos los tipos o tamaños, dependiendo del sistema y diseño de la caja. • TRACTORES SOBRE NEUMÁTICOS Y REMOLQUES Movilidad eficiente Velocidad media de recorrido Descargas laterales, traseras o por el fondo Operación en tándem para recorridos largos Radio de vuelta reducido Mayor dificultad al rodamiento con lluvias y lodo en caminos o tramos de recorrido Facilidad de operación y manejo en todos los tipos o tamaños, dependiendo del sistema y diseño de la caja. Selección de equipos.- Esto puede establecerse reuniendo las diferentes variables antes descritas. Siendo que la idea primordial al escoger los equipos, es que estos estén relacionados tanto en la eficiencia combinada como en los costos, con el equipo de excavación y carga disponibles. - Tiempos fijos: - Tiempos variables: • • • • • Motoescrepas, Camiones, Tractores, Góndolas Eucklides (Dumpers), etc. • • • • • MATERIALES POR TRANSPORTARSE: TIPO: • Para el cálculo del rendimiento de los equipos de acarreo, se deben tener presentes ciertas características o variables, las cuales están dadas en la siguiente relación: CONDICIONES FÍSICAS DEL TRABAJO: En cuanto al uso del equipo de acarreo, se deben de tener en cuenta las siguientes recomendaciones: TIEMPOS: De autopropulsión De remolque TIPO DEL EQUIPO: Número de unidades disponibles Sistema de carga Capacidad del equipo de carga Velocidad de carga Sistema de descarga Desperdicios Formación de montones, terraplenes o capas Localización de accesos, rampas y caminos. Longitud de recorrido Condiciones de la superficie: lodosa, firme, suelta, escabrosa, etc. Pendientes del recorrido Condiciones climáticas y estado del tiempo Proximidad y abastecimiento de combustibles y refacciones. • • • • • Tipo del material: arenas, gravas, rocas, arcillas, etc. Tamaño del material Pesos volumétricos Abundamientos del material Pegajoso o de fácil desprendimiento al descargar. • • • • • • • • Capacidad de carga Velocidades de desplazamiento Maniobrabilidad en diferentes caminos Condiciones climáticas Potencia del motor Tipo de transmisión y tracción Mecanismo de descarga Impacto de la carga Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 127 – • • • Carga Descarga Recorridos o vueltas • • • Recorrido lleno Recorrido vacío Velocidades de desplazamientos El transporte en la construcción.- Este renglón es importantísimo en la construcción, es difícil operar dentro de bases y parámetros verdaderamente eficientes. Este se debe a que en ocasiones se peca por exceso y otras por deficiencia en el número y condiciones de las unidades de acarreo seleccionadas, en ambos casos se originan pérdidas, que el constructor debe reducir al mínimo. Una de las causas principales que provoca el desequilibrio entre las unidades de carga y las unidades de acarreo es el continuo cambio de distancias y condiciones del camino por donde se transporta o efectúa el acarreo. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 128 –
  • 65. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali PRODUCCIÓN DE ACARREOS CON CAMIONES El transporte de material excavado a la zona de vertido o al lugar de empleo es muy usual en las obras. Esta operación comprende el transporte de tierras sobrantes de la excavación a las zonas denominadas de tiro, o bien el transporte de las tierras necesarias para efectuar un terraplén o un relleno. El transporte de tierras a una zona de tiro puede formar una unidad única con la excavación en desmonte y el transporte de tierras para formar terraplenes, suele estar incluido en la unidad de terraplén compactado, especialmente cuando esta unidad se realiza con tractores bulldozer o escrepas. Tanto camiones como dúmper son medios de transporte para largas distancias, con una serie de peculiaridades. Mientras los primeros no pasan de un peso de 13 toneladas por eje (pueden circular por carreteras convencionales), los segundos no. Los segundos, además de su gran capacidad, tienen un diseño especial que los compatibilizan para soportar cargas bruscas, terrenos accidentados, etc. - Camiones: Vehículos de caja descubierta, destinados al transporte de cargas superiores a 500 kgs., siempre han de ser basculantes. - Dúmper: Vehículos de caja basculante muy reforzada (tara mayor o igual a la carga útil). Suelen tener varios ejes tractores y calzar neumáticos todo terreno. Se emplean para transportes cortos, fuera de carreteras o caminos y tienen capacidad de carga muy variable. Pueden tener una elevada capacidad de transporte, oscilando los pesos netos entre 30 y 40 toneladas con cargas útiles entre las 40 y 60 toneladas. El rendimiento de la maquinaria de transporte viene dado por la fórmula siguiente: Donde: Vc : Capacidad de la caja en m3 o ton. Fe : Capacidad de eficacia de la máquina, siendo función del conductor y estado de la misma, tipo de tierras a transportar y estado del terreno. Varía entre el 70 y 80%. Tc : Tiempo del ciclo en minutos. Suma del tiempo fijo (carga, descarga y maniobra) y del tiempo variable (marcha). La unidad de transporte de tierras se mide y abona por metros cúbicos de tierras realmente transportados, es decir, de tierras esponjadas. En proyecto, el transporte de tierras a vertedero se mide por diferencia entre el volumen de excavación y el volumen de relleno, teniendo en cuenta el coeficiente de esponjamiento. El transporte de las tierras necesarias para realizar un terraplén o un relleno en función del volumen necesario para estas unidades y se mide sobre planos o perfiles del proyecto. En obra, el transporte de tierras a vertedero se mide por diferencia entre el volumen realmente excavado y el de relleno, teniendo en cuenta el esponjamiento real del terreno. También puede medirse por cubicación de la caja de los camiones y conteo de los mismos, pero este procedimiento se presta a errores y discusiones entre la Dirección de Obra y el Contratista. El transporte de tierras a obra para ejecutar un terraplén o pedraplén, se mide en función del volumen de terraplén o relleno a realizar, por diferencia entre los perfiles iniciales y finales tomados directamente en obra. El ciclo de trabajo de un dúmper se puede desglosar de la forma siguiente: - Las otras actividades complementarias se estiman con criterios lógicos basados en la experiencia. La carga depende del sistema que se utilice. La producción obtenida para la pala, marca la producción. Nos Interesa cargar al dúmper o camión con un número entero de paladas. Salida de la zona de carga. Transporte cargado. Descarga. Maniobra de salida de la zona de descarga. Transporte vacío (retorno). Maniobras hasta posición de carga. Carga. Un estudio general más completo lleva a considerar el tándem excavador-camión ó dúmper de la siguiente forma: Para evaluar los tiempos de transporte, las especificaciones técnicas de cada vehículo, permite estimar la velocidad, en las dos situaciones diferentes: cargado y vacío. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 129 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 130 –
  • 66. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali - tc excavación UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali CAMIONES DE CARGA, ACARREO Y VOLTEO USO DE LAS GRAFICAS DE RENDIMIENTO DE LOS FRENOS = Ciclo de la excavadora, en seg. - Cpalada = Carga de una palada, en m -banco. 3 Con ayuda de las gráficas del retardador que aparecen en esta sección y conociendo el peso bruto de la máquina y la pendiente total efectiva (resistencia total), se puede determinar la velocidad que es posible mantener cuando el vehículo baja por una pendiente con el retardador aplicado. Seleccione una gráfica en la cual la longitud de la pendiente sea mayor que la distancia total de acarreo cuesta abajo. No subdivida la distancia de acarreo en segmentos separados. Cómo determinar el rendimiento de los frenos: A partir del peso bruto, descienda hasta el porcentaje de pendiente efectiva. (La pendiente efectiva es igual al % de la pendiente existente menos el 1% por cada 10 kg/tonelada (20 lb/ton) de resistencia a la rodadura). Desde este punto pesopendiente efectiva, pase horizontalmente hasta la curva de la gama de velocidad más alta obtenible, y de ahí descienda hasta la escala de velocidades. De esta forma hallará la velocidad máxima de descenso que puede utilizarse con seguridad, sin exceder la capacidad de enfriamiento de los frenos. Al frenar, mantega las RPM del motor al nivel más alto posible, sin que haya exceso de velocidad. Si el aceite de enfriamiento se recalienta, reduzca la velocidad de desplazamiento para permitir que la transmisión cambie a la gama de velocidades inmediatamente inferior. - El número de ciclos de excavación se determina: Cd Nexc = -------Cpalada Donde: Cd es la capacidad del equipo de acarreo en m3-banco; Volumen del equipo de acarreo, en m3 Cd = ----------------------------------------------------δ (peso volumétrico del material en banco) - Tiempo de ciclo de carga = tc carga = - Tiempo de ciclo del acarreo: tc Nexc x tc excavación acarreo - Por lo tanto: Número de unidades de acarreo: USO DE LAS GRAFICAS DE TRACCION-VELOCIDAD-RENDIMIENTO EN PENDIENTES Pendiente total efectiva (resistencia total) es la ayuda de la pendiente menos la resistencia a la rodadura. 10 kg/ton = Pendiente adversa del 1%. tc acarreo n0.camiones = ---------------------Nexc x tc excavación Como se aprecia, es de gran interés la calificación del volumen final que se considere entre el banco y en el camión. Si no se dispone de mejores datos, se pueden utilizar los siguientes valores: Ejemplo — En una pendiente favorable del 20% con resistencia a la rodadura de 50 kg/ton, ¿cuál es la pendiente total efectiva? (50 kg/ton) = 50 ÷ 10 = Pendiente efectiva del 5% (Obtenida de la resistencia a la rodadura) 20% (pendiente existente) – 5% (resistencia a la rodadura) = Pendiente total efectiva del 15%. TIEMPOS FIJOS TIPICOS DE LAS UNIDADES DE ACARREO El tiempo de espera, las demoras y la experiencia del conductor son factores que afectan el tiempo de ciclo. Si se reduce al mínimo el tiempo necesario para cambiar de camión se puede mejorar de forma importante la productividad. El tiempo fijo para unidades de acarreo comprende: 1. Tiempo de carga del camión (varía según la máquina que se utilice para cargar) 2. Maniobras del camión en la zona de carga (reemplazo del camión) (Normalmente 0.6 – 0.8 min.) 3. Maniobra y tiempo en la descarga (1.0 - 1.2 min.) El tiempo de ciclo total es combinación de: 1. Tiempo fijo descrito 2. Tiempo de acarreo (cargado) 3. Tiempo de retorno (vacío) Ejemplo* — Tiempo de ciclo . . . . . . . . . . . . . . . . . Primera pasada (tiempo de descarga) 2 pasadas (ciclo completo) 3 pasadas " 4 pasadas " 5 pasadas " 6 pasadas " 7 pasadas " 8 pasadas " 9 pasadas " 10 pasadas " Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 131 – ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) 0,60 min. ( 36 seg.) 0.10 min. ( 6 seg.) 0.70 min. ( 42 seg.) 1.30 min. ( 78 seg.) 1,90 min. (110 seg.) 2,50 min. (150 seg.) 3.10 min. (186 seg.) 3,70 min. (222 seg.) 4,30 min. (258 seg.) 4,90 mn. (294 seg.) 5,40 min. (324 seg.) página - 132 –
  • 67. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali * UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Se considera que la máquina de carga del camión trabaja con cucharón lleno NOTA: Otros tamaños de máquinas de carga tendrán diferentes tiempos de ciclo. Vea en la sección Cargadores de Ruedas los tiempos de ciclo promedios para cargar camiones. EFICIENCIA DEL TREN DE FUERZA MECÁNICO Al competir por ventas con camiones de impulsión eléctrica, la eficiencia del tren de fuerza representa una consideración importante. Para ilustrar mejor las ventajas del rendimiento de un tren de fuerza mecánico, se debe comparar la potencia en pendientes, la eficiencia del tren de fuerza y la potencia del retardador del freno con las de camiones de impulsión eléctrica. La potencia en pendientes se puede calcular con la siguiente fórmula: Peso bruto del vehículo (en kg.) x Resistencia total x Velocidad (en km./hr.) Pot. en pend. = -------------------------------------------------------------------------------------------------273.75 Peso de la carga = (Peso bruto del vehículo) – (peso del vehículo vacío) Ejemplo Un peso bruto de 317,520 kgs., sobre un camino con 2% de resistencia a la rodadura, con 8% de pendiente adversa y una velocidad promedio de 13.2 km./hr.; requiere una potencia de 1,530 hp (317,520) x (0.02 + 0.08) x 13.2 ----------------------------------------- = 1,530 hp 273.75 Después se calcula la eficiencia del tren de fuerza dividiendo la potencia (hp) en pendientes por la potencia (hp) bruta, que produce el motor. La mayoría de los camiones con impulsión eléctrica funcionan constantemente a la potencia (en hp) máxima bajo carga. Sin embargo, los camiones con impulsión mecánica funcionan a la capacidad de sobrecarga del motor, que puede ser menor que la potencia (hp) máxima. Se deben utilizar las gráficas de potencia del motor para determinar con precisión la potencia (hp) producida. Ejemplo Potencia en pendientes (1,530 hp) ---------------------------------------------- x 100 = 85% de eficiencia del tren de fuerza Potencia máxima del motor 1,800 hp Este ejercicio ilustra el efecto de un tren de fuerza mecánico eficiente y el resultado debe indicar una eficiencia entre el 80 y el 85%. El mismo ejemplo para camiones con tren de fuerza eléctrico indicará una eficiencia máxima entre el 70 y 78% para los sistemas más comunes. Igualmente, la potencia (hp) de retardación que utiliza el sistema de retardación del freno, se puede calcular con la siguiente fórmula: Para determinar el volumen en metros cúbicos en banco del material que acarrea una máquina, se divide el peso de la carga por la densidad del material en banco. Peso de la carga m3 en banco = -------------------------------------Densidad en banco Estudio del tiempo de ciclo. Para estimar la producción hay que determinar el número de viajes completos que hace una máquina por hora. Antes de esto, debe hallarse el tiempo que invierte la máquina en cada ciclo. Se mide fácilmente con ayuda de un cronómetro. Se debe medir el tiempo de varios ciclos completos a fin de obtener el tiempo medio por ciclo. Dejando que el cronómetro continúe midiendo, se pueden registrar las diversas porciones o etapas del ciclo, tales como el tiempo de carga, el tiempo de espera, etc. El conocer separadamente los tiempos de las porciones o etapas facilitan la evaluación respecto a la disposición y uso de la flotilla de máquinas y la eficiencia del trabajo. Se presenta a continuación un ejemplo de una tabla formulario para analizar los tiempos parciales del ciclo para equipos de acarreo. Las cantidades en las columnas sin sombrear son cantidades que se obtendrían con un cronómetro; las de as columnas sombreadas son sólo cálculos. Ejemplo Un peso bruto de 317,520 kgs., con 2% de resistencia al rodamiento, y –8% de pendiente favorable, a una velocidad promedio de 23.6 kms./hr.; sería igual a 1,646 hp 317,520 x (0.02 – 0.08) x 23.6 --------------------------------------- = 1,646 hp 273.75 Esta fórmula es para determinar la potencia (hp) utilizada en la obra según mediciones tomadas en la obra, y no para indicar la velocidad máxima de los camiones en pendientes. Sólo las condiciones de la obra, los procedimientos apropiados de operación y el sentido común pueden determinar las velocidades prudentes de operación usando el retardador del freno. página - 133 – Llegada a la zona de corte Tiempo de espera Comienza a cargar Tiempo de carga Termina de cargar 0.00 0.30 0.30 0.60 0.90 3.50 0.30 3.80 0.65 4.45 4.00 Donde: Resistencia total = Resistencia a la rodadura + resistencia en pendientes (expresada en decimales). Tiempos totales del ciclo(1) 3.50 Peso bruto del vehículo (en kg.) x Resistencia total x Velocidad (en kms./hr.) hp retardación = ----------------------------------------------------------------------------------------------273.75 Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) COMO CALCULAR LA PRODUCCIÓN EN OBRA Modo de pesar la carga. El método mas exacto para determinar la carga acarreada es pesándola. En los vehículos o equipos de acarreo, esto se hace usualmente midiendo separadamente con básculas portátiles el peso sobre cada rueda o eje. Puede utilizarse cualquier báscula de capacidad y exactitud adecuadas. Al pesar, la máquina debe estar relativamente horizontal, a fin de reducir los errores. Se debe efectuar, el número suficiente de pesadas, a fin de obtener un promedio correcto. El peso total de la máquina es la suma de los pesos parciales sobre las ruedas o ejes. Para determinar el peso de la carga, se resta el peso del vehículo vacío del peso bruto total. Esto es: 7.50 0.35 7.85 0.70 8.55 4.00 12.50 0.42 12.92 0.68 13.60 (1) Menos Comienza demora Tiempo de demora Termina demora 9.95 1.00 10.95 demoras Nota: Todos los tiempos son en minutos Si desea incluir otras porciones o etapas del ciclo, tales como el tiempo de acarreo, el tiempo de descarga, etc., le será fácil hacer las modificaciones necesarias a esta tabla. Se pueden hacer tabulaciones o tablas similares para otros equipos o maquinarias como pueden ser tractoras empujadores, cargadores, excavadoras, etc. El tiempo de espera es el que invierte un equipo en esperar a otra, a fin de hacer juntas una operación; mientras que el tiempo de demora es el que transcurre cuando una máquina no participa en el ciclo de trabajo, pero no se trata de tiempo de espera (por ejemplo, cuando se detiene mientras pasa un tren por la vía). Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 134 –
  • 68. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Para hallar los viajes por hora al 100% de eficiencia, divida 60 minutos por el tiempo medio de ciclo menos el tiempo total transcurrido en esperas y demoras. Algunos contratistas incluyen en el tiempo que transcurre en esperas o demoras, o en ambas. Por lo tanto, es posible considerar diferentes clases de producción: Producción medida Producción sin considerar el tiempo en demoras Producción máxima, etc. Por ejemplo: Producción real, incluye todos los tiempos de espera y demora; Producción normal (sin considerar el tiempo en demoras), incluye el tiempo en espera que se considera normal, pero no el que se pierde en demoras; y Producción máxima (óptima), para calcularla se eliminan los tiempos de espera y las demoras. Inclusive se podría modificar aún mas el tiempo del ciclo utilizando un tiempo óptimo de carga. Dilatación o expansión. Es el porcentaje de aumento en el volumen de un material (en m3 o yd3), después de que se extrae o mueve de su estado original. Cuando se excava, el material se “quiebra en trozos” de diferentes tamaños que causan la formación de bolsas de aire (espacios vacíos) que reducen el peso por volumen (peso volumétrico del material). Dicho de otra manera y como ejemplo, para obtener el mismo peso de una unidad cúbica del material desde el banco después de excavarla, es necesario un aumento de volumen del 30% (1.3 veces). Por lo tanto la Dilatación o expansión es del 30%. Elementos de producción. La producción es el régimen por hora a que se mueve el material. La producción se puede expresar en varios tipos de unidades: Métricas.Metros cúbicos medidos en banco Metros cúbicos sueltos Metros cúbicos compactados Toneladas métricas (1,000 kgf) ………………….. ………………….. ………………….. ………………….. (m3en banco) o también (m3-B) (m3 sueltos) o también (m3-S) (m3compactos) o también (m3-C) (Tonsmétricas) o (Tonmet) Inglesas.Yardas cúbicas en banco Yardas cúbicas sueltas Yardas cúbicas compactadas Toneladas USA o cortas (2,000 lbf) ………………….. ………………….. ………………….. ………………….. (yd3en banco) o también (yd3-B) (yd3sueltas) o también (yd3-S) (yd3compactas) o también (yd3-C) (TonsUSA) (1 + Dilatación) = ó Volumenen banco= Volumen suelto de un peso dado ---------------------------------------------------Volumen en el banco del mismo peso dado Volumensuelto -----------------(1 + dilatación) ó Volumensuelto = (Volumenen banco) x (1+dilatación) Factor de carga. Sí se supone que 1 m3-B de material pesa 1,500 kg. Debido a las características del material, este m3-B se dilata un 30% a 1.30 m3-S, cuando se carga para ser acarreado, sin cambiar su peso. Sí se compacta este m3-B o m3-S, se reduce su volumen a 0.8 m3 ya compactado, pero el peso continúa siendo el mismo (1,500 kg). En vez de dividir por (1+dilatación) para determinar el volumen en el banco, se puede multiplicar el volumen de material suelto por el Factor de Carga. Sí se conoce el porcentaje de dilatación del material, se puede obtener el Factor de carga con la siguiente expresión: 100% 1 Factor de carga = -----------------------------(100% + % de dilatación) EXPANSIÓN, VACIOS Y FACTORES DE CARGA Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) 0.870 16.7 0.833 20.0 0.800 23.1 0.769 25.9 0.741 28.6 0.714 31.0 0.690 50 - 135 – 13.0 45 página 15 40 Para estimar o cuantificar la producción, debe conocerse la relación entre el volumen de tierra en banco, el de la tierra suelta y el de la tierra compactada. 0.909 35 Un metro cúbico de material como se encuentra en estado natural. Un metro cúbico de material expandido como resultado de moverlo. Un metro cúbico de material cuyo volumen se ha reducido por compactación. 9.1 33.3 0.667 55 35.5 0.645 60 37.5 0.625 65 39.4 0.606 70 41.2 0.588 75 42.9 0.571 80 44.4 0.556 85 45.9 0.541 90 m3 en banco m3 suelto m3 compactado 0.952 10 30 Medición del volumen. El volumen del material se define según el estado en que se halla al momento de moverlo. Las tres medidas de volumen son: 4.8 25 La carga se mide de las siguientes formas: 1) Pesándola 2) Calculando en función de la capacidad de la máquina 3) Dividiendo el volumen total por el número de cargas. VACÍOS (%) 5 20 Producción = (Carga/ciclo) x (# de ciclos/hora) ------------------( 1 + dilatación) Para efectos ilustrativos, a continuación se indican los factores de carga para diversos materiales: EXPANSIÓN (%) En la mayoría de las aplicaciones de movimiento de tierras y manejo de materiales, la producción se calcula multiplicando la cantidad de material (carga) movido por ciclo por el número de ciclos realizados en una hora. = 47.4 0.526 95 48.7 0.513 100 50.0 0.500 Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) FACTORES DE CARGA página - 136 –
  • 69. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Para calcular la carga útil de la máquina en m3-B, se multiplica el volumen en m3-S por el factor de carga: Carga Útil (en m3-B) = [Carga (en m3-S)] x (Factor de Carga) MOVIMIENTO DE TIERRAS Introducción. En esta sección se explicará los principios básicos para el movimiento de tierras, que resulta ser el conjunto de trabajos más demostrativos para comprender las capacidades de producción de las diferentes maquinarias que se emplean. Se muestra como calcular la producción en obra y como estimarla fuera de la obra. Comúnmente, el rendimiento de una máquina se mide estableciendo una relación entre la producción por hora y los costos de posesión y operación del equipo (costos fijos y de operación). El rendimiento óptimo de una máquina se expresa de la siguiente manera: La relación entre el volumen compactado y el volumen en el banco, se llama Factor de contracción. Volumen compactado Factor de contracción = ---------------------------------------Volumen en el banco El Factor de contracción se calcula o se obtiene de los planos de la obra o de las especificaciones que muestran la conversión del volumen compactado al volumen en el banco. No se debe confundir el factor de contracción con el porcentaje de compactación (ya que este se usa para medir o especificar la densidad del terraplén). Densidad del material. Es el peso por unidad de volumen del material. Los materiales tienen varias densidades, según el tamaño de las partículas, el contenido de humedad y las variaciones del material. Cuanto mas denso sea el material, mayor será el peso por unidad de igual volumen. Ponemos a disposición algunas densidades a continuación: Peso del material (en kg o lb) Densidad = ---------------------------------Volumen (en m3 o yd3) ó Peso del mateial = Volumen x Densidad La densidad de un material cambia entre el banco y suelto. Una unidad cúbica de material suelto, pesa menos que una unidad cúbica de material en el banco, debido a formación de vacíos (huecos o aire). Usando las siguientes fórmulas para compensar por la diferencia entre material en banco y suelto: Kg/m3 en banco (1 + dilatación) = -------------------------------Kg/m3 suelto ó lb/yd3 en banco ---------------------lb/yd3 suelto DENSIDADES DE MATERIALES DE EXCAVACIÓN, ACARREO Y COMPACTACIÓN Factor de llenado. El porcentaje del volumen disponible en un cuerpo, cucharón o caja que realmente se usa se llama factor de llenado. Un factor de llenado del 87% de una unidad de acarreo significa que un 13% de su capacidad nominal no se usa para acarrear el material. Los cucharones, tienen a menudo, factores de llenado mayores del 100%. Kg/m3 banco Kg/m3 suelto = ------------------------------( 1 + dilatación ) ó también: Kg/m3 banco = (Kg/m3 suelto) x ( 1 + dilatación ) Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 137 – Costo más bajo Por tonelada = Costo por hora más bajo posible -------------------------------------------------------------------Producción por hora más alta posible = Máxima rentabilidad del equipo Cambios de volumen en movimientos de tierras. Se denomina movimiento de tierras al conjunto de operaciones que se realizan con los terrenos naturales, a fin de modificar las formas de la naturaleza o de aportar materiales útiles en obras públicas, minería o industria. Las operaciones del movimiento de tierras en el caso más general son: • Extendido. • Excavación o arranque. • Humectación o desecación. • Carga. • Compactación. • Acarreo. • Servicios auxiliares (reafines, acabados, etc.). • Descarga. Los materiales se encuentran en la naturaleza en formaciones de muy diverso tipo, que se denominan bancos, en perfil cuando están en la traza de una carretera, y en préstamos fuera de ella. La excavación consiste en extraer o separar del banco porciones de su material. Cada terreno presenta distinta dificultad a su excavación y, por ello en cada caso se precisan medios diferentes para afrontar con éxito su excavación. Los productos de excavación se colocan en un medio de transporte mediante la operación de carga. Una vez llegado a su destino, el material es depositado mediante la operación de descarga. Esta puede hacerse sobre el propio terreno, en tolvas dispuestas a tal efecto, etc. Para su aplicación en obras públicas, es frecuente formar, con el material aportado, capas de espesor aproximadamente uniforme, mediante la operación de extendido. De acuerdo con la función que van a desempeñar las construcciones hechas con los terrenos naturales aportados, es indispensable un comportamiento mecánico adecuado, una protección frente a la humedad, etc. Estos objetivos se consiguen mediante la operación llamada compactación, que debido a un apisonado enérgico del material consigue las cualidades indicadas. A través de los sucesivos capítulos del libro se expondrán las distintas operaciones que comporta el movimiento de tierras, prestando atención a la maquinaria que actualmente se emplea, sus ciclos de trabajo y producciones, con ejercicios y casos prácticos. El estudio de los cambios de volumen tiene interés porque en el proyecto de ejecución de una obra de movimiento de tierras, los planos están con sus magnitudes geométricas, y todas las mediciones son cubicaciones de m3 en perfil y no pesos, ya que las densidades no se conocen exactamente. Los terraplenes se abonan por m3 medidos sobre los planos de los perfiles transversales. Los materiales provienen de industrias transformadoras, graveras, canteras, centrales de mezclas, o de la propia naturaleza. En este caso el material ha sufrido transformaciones, y ha pasado Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 138 –
  • 70. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali de un estado natural en banco o yacimiento a un perfil, mediante las operaciones citadas anteriormente. En las excavaciones hay un aumento de volumen a tener en cuneta en el acarreo, y una consolidación y compactación en la colocación en el perfil. En los medios de acarreo hay que considerar la capacidad de la caja en volumen y en toneladas, y elegir la menor de acuerdo con la densidad. Cambios de volumen. Los terrenos, ya sean suelos o rocas mas o menos fragmentadas, están constituidos por la agregación de partículas de tamaños muy variados. Entre estas partículas quedan huecos, ocupados por aire y agua. Si mediante una acción mecánica variamos la ordenación de esas partículas, modificaremos así mismo el volumen de huecos. Es decir, el volumen de una porción de material no es fijo, sino que depende de las acciones mecánicas a que lo sometamos. El volumen que ocupa en una situación dada se llama volumen aparente. Por esta razón, se habla también de densidad aparente, como cociente entre la masa de una porción de terreno, y su volumen aparente: El movimiento de tierras se lleva a cabo fundamentalmente mediante acciones mecánicas sobre los terrenos. Se causa así un cambio de volumen aparente, unas veces como efecto secundario (aumento del volumen aparente mediante la excavación) y otras como objetivo intermedio para conseguir la mejora del comportamiento mecánico (disminución mediante apisonado). La siguiente figura presenta esquemáticamente la operación de cambio de volumen. Mientras no se produzcan pérdidas o adición de agua, una porción de suelo o rocas mantendrá constante el producto de su densidad aparente por su volumen aparente, siendo esta constante la masa de la porción de terreno que se manipula. En el movimiento de tierras esta limitación se satisface muy pocas veces (evaporación, expulsión de agua durante el apisonado, adición de agua para facilitar el apisonado, etc.), por lo que la ecuación anterior no es de aplicación general. En adelante se entenderá que los conceptos de volumen y densidad se refieren a volumen aparente y densidad aparente, aunque se omita el adjetivo aparente. En la práctica se toma como referencia 1 m3 de material en banco y los volúmenes aparentes en las diferentes fases se expresan con referencia a ese m3 inicial de terreno en banco. La figura representa la evolución del volumen aparente (tomando como referencia 1 m3 de material en banco), durante las diferentes fases del movimiento de tierras. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 139 – La Figura indica variaciones en volúmenes y densidades en las operaciones del movimiento de tierras comentadas anteriormente Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 140 –
  • 71. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali CÁLCULO DE PRODUCCIÓN CON FÓRMULAS Es necesario, a menudo, estimar la producción de las máquinas de movimiento de tierra que van a elegirse para un trabajo. A modo de guía, vamos a tratar sobre los diversos factores de producción. Algunas cifras se han redondeado para facilitar los cálculos. Resistencia en pendientes (RP). Es la fuerza que debe vencer una máquina en pendientes adversas (+) (cuesta arriba o subidas). Ayuda en pendientes es la fuerza que favorece el movimiento de una máquina en pendientes favorables (-) (cuesta abajo o sea, de bajada). Las pendientes suelen medirse en porcentajes de inclinación, o sea la relación entre la diferencia de nivel y la distancia horizontal. En toda pendiente adversa (+), cada tonelada de peso de la máquina crea una resistencia adicional de 10 kg. (20 lb.) por cada 1% de inclinación. Esta relación sirve de base para calcular el factor de resistencia en pendientes, el cual se expresa en kg/por toneladamet (lb/tonusa) Resistencia al rodamiento. La resistencia al rodamiento (RR) es una medida de la fuerza que habrá de vencer para conseguir la rotación de una rueda en el terreno o pavimento. El resultado depende de las condiciones del terreno o superficie y de la carga de la máquina, pues mientras mas se hunden las ruedas en el suelo, mayor es la resistencia al rodamiento. La fricción interna y las flexiones de los neumáticos también contribuyen a producir resistencia. La experiencia ha mostrado que la resistencia mínima al rodamiento es aproximadamente el 2% (1.5% para camiones con neumáticos radiales) del peso bruto de la máquina (con neumáticos). Se ha observado también que cada pulgada de penetración o hundimiento crea una resistencia adicional de 1.5% del peso bruto de la máquina (0.6% por cada centímetro). Estos dos valores se combinan para obtener el factor de resistencia al rodamiento de la forma siguiente: Factor de resistencia en pendientes (FRP) = = (10 kg/tonmet) x (± % de inclinación o pendiente), ó (20 lb/tonusa) x (± % de inclinación o pendiente) La resistencia (o la ayuda) en pendientes se obtiene multiplicando el Factor de resistencia en pendientes por el peso bruto de la máquina (Pbm) en toneladas (cortas o métricas). Resistencia en Pendientes (RP) = [Factor de Resistencia en pendientes (FRP)] x [Peso bruto de la máquina (Pbm)] RESISTENCIA AL RODAMIENTO Factor de resistencia al rodamiento (RR) = 2% del peso bruto de la máquina + 0.6% del peso bruto por cada centímetro de penetración o hundimiento de los neumáticos. = 2% del peso bruto de la máquina + 1.5% del peso bruto por cada pulgada de penetración o hundimiento de los neumáticos. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) RESISTENCIA A LA PENDIENTE página - 141 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 142 –
  • 72. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Equipos de Compactación Definición NOTAS Y APUNTES: Consiste fundamentalmente en el proceso artificial que se sigue para lograr el aumento en la densidad de un suelo natural o de relleno, a fin de obtener la mayor estabilidad de él. Este proceso se realiza mediante el empleo de equipos mecánicos o manuales (energía) y la adición de agua que fuere necesaria. Cuatro factores inciden en el logro de una buena compactación, y son estos: Tipo de material que se va a compactar (comportamiento físico – mecánico). Contenido óptimo de humedad del material (ensayo Próctor). Correcta elección de los equipos que se van a utilizar. Técnicas que se van a emplear. Procedimiento Constructivo: • Sistema de arranque, acarreo y extendido • Espesores de extendido • Características de los materiales • Más % de humedad respecto al óptimo • Método de compactación y tramos de prueba Métodos de extendido: • Motoescrepas • Tractor de cadenas • Hoja empujadora de compactador • Motoniveladora Los medios o controles que se siguen en obra para conocer si se ha alcanzado la compactación adecuada, varían según el tipo de materiales: • Terraplenes: - Densidad seca - K = Ev2/Ev1 - Huella • Pedraplenes: - Índice de huecos - Asientos (placas de carga) - Densidad (macrocatas) La densidad seca es la masa de elementos sólidos en la unidad de volumen del suelo considerado. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 143 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 144 –
  • 73. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali K = Ev2/Ev1 es la relación de módulos de deformación del 1º y 2º ciclo de carga, realizados mediante el ensayo de carga con placa. El ensayo de la huella es la media de los asientos producidos por el paso de un eje de 10 ton., medios por nivelación. Ensayos de compactación El ensayo de compactación de laboratorio aceptado por la mayoría de las entidades que construyen carreteras es el ensayo Próctor. Para este ensayo se usa una muestra de suelo compuesta por material menor a ¼”. La muestra se coloca en un molde metálico en tres capas iguales. El molde cilíndrico de acero tiene dentro un diámetro de 10 cm (4”) y una altura de 11.6 cm (4.59”). En el ensayo estándar, cada una de las capas se compactan con la caída de un martillo de 12.1 kg (5.5 libras) que golpea el material 25 veces desde una altura de 12 pulgadas sobre la muestra (ver Figura 2.3). El espécimen se remueve del molde y se pesa. Luego, se toma una muestra del cilindro y se pesa. Esa muestra se seca hasta eliminar toda la humedad y se pesa de nuevo, de modo que se pueda determinar el contenido de humedad. Con la información del contenido de humedad ya es posible calcular el peso seco del material. El ensayo se repite, generalmente variando el contenido de humedad cada vez y se grafica para determinar el contenido de humedad óptimo. Este ensayo está designado por ASTM D698, AASHTO T99 ó NTP 339-142. El ensayo Próctor modificado está designado por ASTM D-1557, AASHTO T 180 o NTP 339-141. Se realiza de la misma manera, aplicando una mayor energía con un martillo de 2.2 kg (10 libras), una altura de caída de 45 cm (18”) y un total de cinco capas iguales. Control de compactación en el campo Las especificaciones para un proyecto pueden requerir que un contratista compacte el suelo al 100% de su densidad máxima, basada en el ensayo Próctor Estándar o en ensayos de laboratorio con un nivel de energía similar. Si la máxima densidad seca del suelo en laboratorio se determina que es 2.20 kg/m3., el contratista deberá compactar el suelo en el campo hasta lograr una densidad de 2.20 kg/m3. Para verificar en el campo que se ha logrado la compactación se pueden realizar ensayos como el cono de arena, el balón de agua o el ensayo nuclear. Los primeros dos métodos son ensayos destructivos que consisten en excavar un hueco en el material compactado y pesar el material extraído, medir el volumen del agujero resultante usando arena o un balón de agua, determinar luego el contenido de humedad del material excavado y calcular la densidad usando el peso total obtenido, la humedad y el volumen del agujero. La conversión a densidad seca se puede hacer gracias al contenido de humedad conocido. Las desventajas de estos métodos son que (1) consume demasiado tiempo realizar suficientes ensayos para un análisis estadístico completo, (2) hay problemas con las partículas de gran tamaño, y (3) se demora en determinar el contenido de humedad. Como en cada una de las capas colocadas se realiza un ensayo, cualquier demora en los ensayos o en su aceptación por parte de la supervisión puede demorar también el proceso constructivo. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 145 – Ensayo de compactación Nuclear Los métodos nucleares se usan ampliamente para determinar el contenido de humedad y la densidad de los suelos. El instrumental requerido para este ensayo puede transportarse y colocarse fácilmente al relleno en la ubicación que se desee, y en unos pocos minutos, se pueden leer los resultados directamente de una pantalla digital. Este sistema usa el efecto Compton de los rayos gamma para determinar la densidad y la termalización hidrogena de la velocidad de los neutrones para las determinaciones de humedad. Los rayos emitidos ingresan en el terreno, donde una parte es absorbida y la otra reflejada. Los rayos reflejados pasan a través de unos tubos Geiger-Müller en la superficie del equipo. Los rayos reflejados se cuentan cada minuto y se leen directamente en el equipo y se relacionan con curvas calibradas de humedad y densidad. Ensayo GeoGauge El GeoGauge es un instrumento portátil que proporciona un mecanismo simple, rápido y preciso de medición directa de la suavidad de las capas y el módulo del suelo, que da datos sobre la densidad del suelo. El instrumento aplica desplazamientos muy pequeños del suelo (menores a 1.27x10-6 m. ó 0.00005”) en 25 frecuencias establecidas entre 100 y 196 Hz. Se determina la suavidad para cada frecuencia y se muestra el promedio. El proceso completo toma alrededor de 1 minuto. Si se asume un Módulo de Poisson y se conocen las dimensiones físicas del motor, se pueden derivar el módulo de corte y el módulo de Young. El motor pesa alrededor de 10 Kg, tiene 28 cm de diámetro y 25.4 cm de alto y descansa sobre un soporte en forma de anillo. La energía la proporcionan las baterías secas convencionales. Energía de compactación en el campo La máxima densidad seca es sólo un máximo que se logra para un determinado nivel de energía de compactación aplicada y el método de aplicación. Es fácil conseguir en el campo una energía de compactación similar o mayor a la aplicada en el laboratorio con el equipo adecuado. Si se aplica en el campo una mayor energía de compactación, se puede lograr una densidad mayor al 100% del valor obtenido en el laboratorio. Cada material tiene una curva de compactación y también valores máximos distintos para una misma energía aplicada. Por ejemplo, el material afirmado (mezcla de arcilla, arena y grava consolidado naturalmente) tiene una densidad seca entre 2.2 gr./cm3 y 2.6 gr./cm3 con humedades óptimas entre 6% y 8% cuando es de buena calidad, mientras que el mismo material de mala calidad alcanza densidades menores a 2.2 gr./cm3. Las arenas limosas por ejemplo tienen densidades máximas entre 1.7 gr./cm3 y 1.5 gr./cm3 con humedades óptimas entre 10% y 12%. Las arenas bien graduadas tienen una densidad seca mayor que los suelos uniformes. Cuando la plasticidad se incrementa, la densidad seca de los suelos arcillosos disminuye. Cantidad de agua requerida Es esencial determinar la cantidad de agua requerida para lograr el contenido de humedad dentro del rango aceptable para la compactación. En los procesos constructivos, las especificaciones pueden requerir extraer o añadir agua a la masa de suelo. Por ejemplo, si un material de préstamo trabajado en cantera tiene una humedad de 15.5% y la humedad óptima que indican las especificaciones técnicas del proyecto es de 18.3%, el contratista requerirá añadir agua para elevar el contenido de humedad de 15.5% a 18.3%. Operaciones Compactar Remoción Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 146 –
  • 74. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Esquema y Partes de una Compactadora Tipos Aplicaciones Compactación del terraplén de la base y sub-base en carreteras Compactación de acabado, simulación de tráfico en la carpeta asfáltica. Elección de maquinaria para la compactación La elección del equipo de compactación depende del tipo de suelo Rodillos lisos: se utilizan en gravas y arenas mecánicamente estables. Rodillos neumáticos: se usa en arenas uniformes y suelos cohesivos, humedad cercana a límite plástico. Rodillos “pata de cabra”: suelos finos, humedad entre 7 a 20 % por debajo del limite plástico Rodillo vibratorio: se utiliza especialmente en suelos granulares. Rodillo liso Los rodillos lisos provienen del diseño original romano que consistía en un cilindro de piedra halado por tracción animal. El rodillo liso consiste en un cilindro de acero con un determinado peso que compacta el material por presión. Inicialmente, el cilindro era llevado por un tractor ú otro equipo automotriz, hasta que se diseñó el actual modelo autopropulsado. Rodillo liso de un solo eje. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 147 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 148 –
  • 75. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Rodillos especiales con salientes Los rodillos especiales con salientes son compactadores que consisten en un gran tambor de acero, provistos de salientes que justamente le dan su nombre. La dimensión de las salientes varía según el fabricante así como su forma. El tambor puede ser hueco y se puede aumentar de peso agregando un lastre con el propósito de producir una presión de contacto mayor. Los rodillos pueden ser unidades independientes impulsadas con un tractor de orugas o autopropulsados. Originalmente, los primeros rodillos tenían salientes con forma de pata de cabra (“sheepfoot Roller”) y de allí nació acabado o sellado de capas, pero con la vibración desconectada. En algunos casos se puede incluso hacer vibrar uno de los rodillos dejando el otro estático para sellar la capa. Rodillo neumático Estos rodillos son superficiales que aplican el principio de amasado al efecto de la compactación debajo de la superficie. Pueden ser autopropulsados o montados Compactador neumático de dos ejes Compactadores de impacto el nombre de rodillo pata de cabra, que es el nombre como se les llama generalmente y así nos referiremos a lo largo del texto. Posteriormente se desarrollaron salientes con otras formas cónicas o de tronco de cono que dieron origen a los compactadores de pisones (“tamping foot”, en la literatura inglesa), que sin embargo en Latinoamérica se han llamado usando el mismo término original “pata de cabra”, pero que no es la más adecuada (Ver Figuras). La mayor diferencia entre ambos modelos radica en la forma de las salientes, la velocidad que pueden llegar a desarrollar y su capacidad de ser autopropulsados o jalados por un tractor. Compactador de impacto de tres lados Compactadores de pisones “patas de cabra” Rodillo liso vibratorio El rodillo liso vibratorio es un rodillo liso provisto de un movimiento excéntrico en el interior del cilindro que le proporciona un movimiento vibratorio. Pueden usarse para la compactación de suelos granulares con tamaños de partículas que van desde grandes fracciones rocosas hasta arena fina. Pueden usarse en suelos semi-cohesivos, siempre y cuando más del 10% del material tenga un IP de 5. Los rodillos más grandes pueden ser muy eficientes en capas de roca de hasta 90 cm. También se usan para las operaciones de Discos compactadores Para evitar los accidentes de tener un hombre trabajando en zanjas, se coloca algunas veces un disco de compactación similar a un cilindro de pisones, al brazo de una excavadora para lograr la compactación del relleno en zanjas o también Compactadores de pisones manual o control remoto. puede decirse de aquellos equipos que por su tamaño o dimensiones pueden ser introducidos en zanjas o áreas reducidas y ser operados dentro de estas. Rodillo liso vibratorio en tandem o de dos ejes. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 149 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 150 –
  • 76. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Plancha compactadora Se usan para compactar suelos y concreto asfáltico en ubicaciones donde no pueden llegar las unidades grandes. Pueden ser autopropulsadas, tanto con diesel o gasolina. Estas unidades son clasificadas por la fuerza centrífuga, las revoluciones por minutos, la profundidad de penetración de la vibración (o espesor de capa), avance en m/s y cobertura de área por hora. Plancha compactador vibratoria Martillos compactadores Estos martillos se usan para compactar suelos cohesivos o mezclas de suelos en áreas confinadas. Estas unidades tienen un rango de impacto entre 40 a 1200 m-kg por segundo, con impactos de hasta 85 golpes por minuto, dependiendo del modelo especificado. Seguridad Industrial Nunca se debe saltar de la máquina. Utilizar los medios instalados para bajar y emplear ambas manos para sujetarse. Mantenga su máquina limpia de grasa y aceite y en especial los accesos a la misma. Ajústese el cinturón de seguridad y el asiento. En los trabajos de mantenimiento y reparación aparcar la máquina en suelo firme, colocar todas las palancas en posición neutral y parar el motor quitando la llave de contacto. Evite siempre que sea posible manipular con el motor caliente cuando alcanza su temperatura, cualquier contacto puede ocasionar quemaduras graves. Mirar continuamente en la dirección de la marcha para evitar atropellos durante la marcha atrás. No trate de realizar ajustes si se puede evitar, con el motor de la máquina en marcha. Antes de cada intervención en el circuito hidráulico hay que accionar todos los mandos auxiliares en ambas direcciones con la llave en posición de contacto para eliminar presiones dinámicas. El sistema de enfriamiento contiene álcali, evite su contacto con la piel y los ojos. Utilizar guantes y gafas de seguridad para efectuar trabajos en la batería. No suelde o corte con soplete, tuberías que contengan líquidos inflamables. No intente subir o bajar de la máquina si va cargado con suministros o herramientas. Medio Ambiente Martillo compactador manual. Transporte La Compactadora se transporta por medio del Low Boy en caso de no poder transportarse sola, si esta sobre ruedas y la obra se encuentra cerca puede transportarse sola. Mantenimiento Ruido dentro y fuera Cuando el nivel de ruido sobrepase el margen de seguridad establecido y en todo caso, cuando sea superior a 80 dB, será obligatorio el uso de auriculares o tapones. Emisión de gases (CO2, NO2) Cuando exista gran emisión de gases que afecten el sistema respiratorio se deben usar barbijos ó mascarillas. El rodillo deberá estar equipado de un asiento en perfectas condiciones, amortiguando la vibración producida durante la compactación. Frecuencia muy baja (1Hz): produce trastornos en el sistema nervioso central y puede producir mareos y vómitos. Frecuencia baja (1-20 Hz): provocan lumbalgias, hernias, punzamientos, dificultad de equilibrio, trastornos de visión, etc. Frecuencia alta (20-1000 Hz): provocan artrosis de codo, lesiones de muñeca, etc. Cinturón abdominal antivibratorios Con objeto de quedar protegido de los efectos de las vibraciones sobre las vísceras abdominales. Este cinturón puede cumplir la doble misión de evitar el lanzamiento del conductor fuera del tractor. Plan de mantenimiento preventivo Rutinas de operación de la caja ó tolva Determinar los puntos de engrase o conexión y el tipo de lubricante a utilizar. Revisar los niveles de aceite, refrigerante, etc. Observar el estado de la cabina en cuanto a limpieza, dispositivos de seguridad. Examinar la protección de las mangueras, transmisión, suspensión, tubos de escape y silenciadores, baterías, llantas, sistema de frenado, aparcamiento y emergencia, dirección, la señalización acústica y visual. En posta se debe tener un manual de partes (repuestos). Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 151 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 152 –
  • 77. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali página - 153 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 154 –
  • 78. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali LA COMPACTACIÓN DE SUELOS INTRODUCCION A continuación hablaremos sobre la maquinaria usada por la compactación, entendiendo por compactar la acción de aplicar durante la construcción del relleno, la energía necesaria para producir una disminución apreciable del volumen de huecos del material empleado y por tanto del volumen total del mismo. Diferenciándose de la consolidación, en que esta, aunque también disminuye el volumen de huecos dicha reducción no se consigue durante la ejecución de los terraplenes, terraplenes, etc., sino en el transcurso de un plazo de tiempo relativamente largo y debido a perdida de agua intersticial, por efecto de cargas de servicio móviles o fijas, por agentes atmosféricos, etc. La necesidad de compactar apareció no hace aun muchos años debido a la urgencia de utilizar las obras inmediatamente, sin tiempo para que el tráfico o los agentes atmosféricos produjesen los asientos definitivos. Por tanto, los sistemas de compactación se han ido desarrollando paralelamente a la mecanización de las obras, ya que la aplicación de la energía necesaria exige una maquina adecuada en potencia y movilidad, pare cada caso. El problema se presenta porque la energía de compactación necesaria en cada caso no es solamente diferente, sino que también lo es el modo como dicha energía debe ser transmitida al terreno. La energía debe ser transmitida al terreno. Esta es la raz6n de que existan hoy día en el mercado diferentes tipos de maquinas compactadoras, y como consecuencia, la dificultad inherente de elegir en cada cave el modelo mas idóneo. No quiere decir esto, un terraplén con una maquina de un tipo u otro quede mejor o peor compactado. Con cualquier maquina, por poco específica que esta sea, podemos obtener una compactación satisfactoria. Lo que ocurrirá e s que gas tare más mucha energía de compactación y como consecuencia 16gica mas tiempo, mas dinero, etc., si no elegimos la maquina adecuada. Por lo tanto el problema mas importante en la compactación es elegir la maquina adecuada pare cada trabajo. Para dicha elección tenemos hoy día unas ideas generales, consecuencia de ensayos prácticos mas o menos guiados por teorías, que nos permiten de entrada y a la vista de las principales características del material a compactar, decidir el tipo de maquinas mas idóneo. Los factores principales que influye en la capacidad de compactación de los suelos, son la composición granular y el contenido de humedad. Dentro de la composición granular, lo más importante es el tamaño del grano, mucho más incluso que la composición del mismo. El contenido de humedad es el otro factor importante en la compactación. Se determine el valor más favorable mediante el ensayo Proctor, que nos da la relación entre el contenido de humedad y la densidad del terraplén. Así vemos que la densidad seca máxima crece con la energía de compactación. La humedad 6ptima depende de la energía utilizada pare compactar. El agua al actuar como lubricante de las partículas facilita una mejor imbricación entre ellas, pero si hay exceso de la misma, parte de la energía de compactación se pierde en expulsar el agua, por lo que aparece 1ógicamente la existencia de un porcentaje 6ptimo, que es necesario determinar en cada caso. Ahora bien, como la corrección de humedad de un material es difícil y costosa, conviene evitarla, siendo preferible utilizar energías de compactación elevadas que permitan conseguir densidades secas superiores en un campo de humedades mas amplio. Hay de todas formas suelos que presentan mas o menos dificultad de compactar. Entre los primeros están los cohesivos en general, los de granulometría uniforme, no cohesivos o débilmente cohesivos, con un coeficiente de desigualdad pequeño, rocas ligeras y rocas pesadas. Entre los suelos fáciles, tenemos las arenas bien graduadas no cohesivas o poco cohesivas a partir de un valor mediano de coeficiente de desigualdad, mezclas de arena y gravillas bien graduadas, no cohesivas o poco cohesivas con iguales coeficientes y, en general, todos los suelos no cohesivos o escasamente cohesivos aun con relativamente pequeñas desigualdades de grano. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 155 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 156 –
  • 79. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali COMPACTACION. Compactar es la operación previa, para aumentar la resistencia superficial de un terreno sobre el cual deba construirse una carretera y otra obra. Aplicando una cantidad de energía la cual es necesaria para producir una disminución apreciable del volumen de hueco del material utilizado. reordenación y la flexión o distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. La energía que se gasta en este proceso es suministrada por el esfuerzo de compactación de la máquina de compactar. La eficacia de la energía gastada depende del tipo de partículas que componen el suelo y de la manera como se aplica el esfuerzo de compactación. COMPACTACION DEL SUELO El suelo, como cualquier elemento natural, posee un equilibrio entre los diversos factores que lo influyen. Un cambio de este equilibrio puede provocar una alteración física, química o biológica. La compactación es la principal causa de alteración del suelo. Hay dos situaciones con elevado riesgo de compactación: áreas con fuerte tránsito de vehículos y personas, y áreas cercanas a lugares en construcción. Hay suelos con una tendencia más o menos acentuada a la compactación, en función de la composición, estructura y contenido de humedad. Las constructoras a menudo trabajan con maquinarias muy pesadas, sin delimitar la zona en la que se encuentran y se plantarán árboles. Se desconocen cual es la superficie que abarca el aparato radical, así como, se ignoran los efectos derivados de la compactación y dificultad que se encuentran para intentar resolverlo. OBJETIVOS DE LA COMPACTACION Las obras hechas con tierra, ya sea un relleno para una carretera, un terraplén para una presa, un soporte de una edificación o la subrasante de un pavimento, debe llenar ciertos requisitos: CARACTERISTICAS DE LA COMPACTACION DE LOS SUELOS La compactación de los suelos se produce por la reorientación de las partículas o por la distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. En un suelo no cohesivo la compactación ocurre mayormente por la reorientación de los granos para formar una estructura más densa. La presión estática no es muy efectiva en este proceso porque los granos se acuñan unos contra otros y resisten el movimiento. Si los granos se pueden liberar momentáneamente, las presiones, aun las ligeras, son efectivas para forzarlos a formar una distribución mas compacta. El agua que fluye también reduce el rozamiento entre las partículas y hace más fácil la compactación, sin embargo el agua en los poros también impide que las partículas tomen una distribución mas compacta. Por esta razón la corriente de agua sólo se usa para ayudar a la compactación, cuando el suelo es de granos tan gruesos que el agua abandona los poros o huecos rápidamente. En los suelos cohesivos la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas entre las partículas. Para lograr una compactación eficiente en los suelos no cohesivos se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones mas altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es critico. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso especifico y la resistencia aumenta. TEORÍA DE LA COMPACTACIÓN Desde tiempos prehistóricos los constructores han reconocido el valor de la compactación del suelo para producir masas fuertes, libres de asentamiento y resistentes al agua. Por más de 2000 años la tierra ha sido aprisionada con maderos pesados, por las pisadas del ganado o compactada por cilindros o rodillos, pero el costo de este trabajo bruto era mayor, en muchos casos, que el valor de la compactación. Por otro lado, si la tierra se descarga meramente en el lugar, y no se compacta, frecuentemente falla por efecto de las cargas y continúa asentándose por décadas. Fue R. R. Proctor quien indicó el camino de la compactación efectiva a bajo costo. La compactación o reducción de la relación de vacíos se produce de varias maneras: reordenación de las partículas, fractura de los granos o de las ligaduras entre ellos seguida por Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 157 – a) Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso y el de la estructura o las cargas de las ruedas. b) No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el suelo o la estructura que soporta. c) No debe ni retraerse ni expandirse excesivamente. d) Debe conservar siempre su resistencia e incompresibilidad. e) Debe tener la permeabilidad apropiada o las características de drenaje para su función. PROCESO DE COMPACTACION EN OBRA/CAMPO La compactación se define como un proceso mecánico mediante el cual se logra la densificación del suelo al reducirse los espacios vacíos por la expulsión de parte del aire contenido en ellos a través de la aplicación de una determinada carga. No todo el aire puede ser expulsado durante este proceso por lo que el suelo se considera parcialmente saturado. Este proceso, para obtener un mejor resultado, implica el uso de las distintas que se nombran a continuación: CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS DE COMPACTACION Tras estas ideas generales sobre compactaci6n, voy a pasar ahora a clasificar las maquinas compactadoras según sus diferentes principios de trabajo: 1.− Por presión estática. 2.− Por impacto. 3.− Por vibración. Las primeras trabajan fundamentalmente mediante una elevada presión estática que debido a la fricción interna de los suelos, tienen un efecto de compactaci6n limitado, sobre todo en terrenos granulares donde un aumento de la presión normal repercute en el aumento de las fuerzas de fricción internas, efectuándose únicamente un encantamiento de los gruesos. Las segundas, de impacto, trabajan únicamente según el principio de que un cuerpo que choca contra una superficie, produce una onda de presión que se propaga hasta una mayor profundidad de acción que una presión estática, comunicando a su vez a las partículas una energía oscilatoria que produce un movimiento de las mismas. Las ultimas, o sea, las de vibraci6n, trabajan mediante una rápida sucesión de impactos contra la superficie del terreno, propagando hacia abajo trenes de ondas, de presión que producen en las partículas movimientos oscilatorios, eliminando la fricción interna de las mismas que se acoplan entre si fácilmente y alcanzan densidades elevadas. Es pues, un efecto de ordenación en que los granos más pequeños rellenan los huecos que quedan entre los mayores. Por lo tanto, ya vemos que según sea el material, capaz de ser ordenado o no, este sistema de compactación por vibración, será más o menos efectivo. Según propia experiencia y a titulo orientativo voy a ir hablando a continuación de los diversos tipos de maquinas, con expresión mas o menos concreta de los trabajos de compactación que a cada una de ellas se les debe encomendar. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 158 –
  • 80. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali MAQUINAS QUE COMPACTAN POR PRESION ESTATICA: • • Apisonadoras clásicas de rodillos lisos. Rodillos patas de cabra. • Compactadores de ruedas neumáticas. MAQUINAS QUE COMPACTAN POR IMPACTO.− Vamos a considerar ahora algunas maquinas de compactación que trabajan según el principio de impacto: • Placas de caída libre. • Pisones de explosión. • Rodillos vibratorios. MAQUINAS QUE COMPACTAN POR VIBRACION • Placas vibrantes. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACIÓN Para lograr la compactación más económica de un suelo hay que tomar en cuenta los siguientes factores, mismos que juegan un papel preponderante, y son: • • • • • Contenido de humedad del material Granulometría del material Número de pasadas del compactador Peso del compactador Presión de contacto de la llanta • • • • Velocidad del compactador Espesor de la capa Estado físico del compactador Experiencia del operador CONTENIDO DE HUMEDAD. De los factores que tienen mayor influencia en el trabajo de compactación es el agua uno de los principales, ya que realiza el papel de lubricante entre las partículas del material. Una falta de humedad exigirá mayor esfuerzo de compactación, así como también lo exigirá un exceso de la misma. También es importante recordar que todo material tiene un contenido óptimo de humedad, con el cual se obtiene bajo una cierta cantidad de energía de compactación, la densidad máxima del mismo. Lo que indica que el agua facilita el trabajo de compactación. GRANULOMETRÍA DEL MATERIAL. Para la obtención de una eficiente compactación es necesario que haya partículas de diferentes tamaños en el suelo por compactar, ya que las partículas de menor tamaño ocuparán los espacios que se forman entre las partículas de mayor tamaño. PESO DEL COMPACTADOR. La presión ejercida sobre el material dependerá, en parte, del peso del equipo de compactación. Un compactador muy pesado necesita de un mayor número de llantas o pocas pero de gran tamaño, con el cual, el área de contacto entre el compactador y el material se incrementa, resultando la presión de contacto similar a la de un compactador normal con menos llantas o llantas menores. VELOCIDAD DEL COMPACTADOR. En algunos equipos de compactación (compactadores vibratorios), la velocidad de desplazamiento es muy importante, ya que la intensidad del esfuerzo transmitido depende del tiempo de aplicación de la carga. Lo que significa que a mayor velocidad, menor intensidad y mayor número de pasadas. Sin embargo no todos los equipos de compactación funcionan bajo este principio, ya que los compactadores de impacto tienen la misma efectividad a diferentes velocidades. ESPESOR DE LA CAPA. El tamaño de la capa de un material por compactar dependerá esencialmente de: • • • • Tipo de material Humedad de material Tipo de compactador Grado de compactación requerido Para determinar cuál es el espesor de la capa de un cierto material que se puede compactar con un equipo determinado, se puede utilizar el método del bulbo de presión. Suponiendo que se quiere compactar con un determinado equipo un material que con una presión de 2.7 kg/cm2 se densifica correctamente, se tratará de encontrar el espesor de la capa a partir de la siguiente fórmula: Fuerza Presión = -------------Área Se supone una área circular de contacto = 3.14 e La fuerza "F" es el peso por llanta del compactador, por lo que la presión de contacto es: F Po = ----------3.14 e De donde: F e = ------------3.14 Po PRESIÓN DE CONTACTO. Más que el peso del compactador es todavía más importante la presión de contacto; pues ésta depende de los siguientes factores: • • • • Tipo de material Estado del material (suelto o semicompacto) Área expuesta por el compactador Presión de inflado de las llantas (compactador de neumáticos) • Peso del compactador • Temperatura del material (mezclas asfálticas en caliente) página - 159 – PROFUNDIDAD FACTOR DE INFLUENCIA PRESIÓN e = 8 cm En la actualidad los fabricantes de equipos de compactación se han preocupado porque sus máquinas ejerzan presiones de contacto uniformes, para lo cual han tenido que utilizar suspensiones isostáticas. Para que se entienda mejor sobre la importancia que tiene la presión de contacto, que el peso mismo del compactador, tenemos el siguiente ejemplo: Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) Recurriendo a los factores de influencia para diferentes profundidades de la teoría de Boussinesq obtenemos: P1 =0.6Po P1= 5.4 kg./cm2 2e = 16 cm P2 = 0.3Po P2= 2.7 kg./cm2 3e = 24 cm P3 = 0.15Po P3= 1.35 kg./cm2 4e = 32 cm P4 = 0.09Po P4= 0.81 kg./cm2 Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 160 –
  • 81. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali RENDIMIENTO DE UN COMPACTADOR por fórmula Para determinar la producción de cualquier tipo de compactador se deben tomar en cuenta los siguientes factores: 1. Ancho efectivo del compactador (m.) 2. Velocidad de desplazamiento del compactador (km./hr.) 3. Espesor de la capa a compactar (cm.) 4. Número de pasadas necesarias para lograr la compactación requerida. PRODUCCIÓN Y RENDIMIENTOS Para conocer el rendimiento o producción de cualquier tipo de compactador se emplea la siguiente fórmula general: (A x V x E x C) x I0 R = ------------------------------------N De donde: EQUIPOS CATERPILLAR 1) Compactadores vibratorios – Un tambor Las tablas en esta sección indican los cálculos de producción suponiendo las siguientes condiciones: Velocidad nominal de desplazamiento de la máquina: 6.4 km./hr. Ancho de superposición de compactación: 15.2 cm. Los valores en la tabla dan valores de producción representativas para tres condiciones frecuentes en construcción: zanjas, carreteras y áreas abiertas (mayores a 15 m.) “R” = Rendimiento horario (rnVhr) “A” = Ancho compactado por el compactador (m) “V” = Velocidad del compactador (km/hr) “E” = Eficiencia del compactador (0.6 a 0.8) “N” = Número de pasadas “C” = Espesor de la capa a compactar (cm) 10 = Factor de conversión Cómo ajustar el cálculo de producción Si las condiciones supuestas en la página anterior no se acercan a las condiciones reales, debe corregirse el cálculo de producción. Puede ajustarse el cálculo de producción de la tabla para tener en cuenta las condiciones “reales” aplicando factores de ajuste: Donde: Q(real) Q(supuesto) Fs Ft Fp Q(real) = Q(supuesto) x Fs x Ft x Fp = productividad ajustada = productividad de la tabla basada en las condiciones supuestas = ajuste por la velocidad de la máquina = ajuste por el espesor de la capa = ajuste por el número de pasadas Los factores de ajuste se determinan comparando las condiciones “reales” y las condiciones “supuestas”: Velocidad real Fs = ------------------------Velocidad supuesta Espesor real Ft = ------------------------Espesor supuesto Pasadas reales Fp = -----------------------Pasadas supuestas Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 161 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 162 –
  • 82. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali PRODUCCIÓN Y RENDIMIENTOS 1) Compactadores vibratorios – Un tambor Las tablas en esta sección indican los cálculos de producción suponiendo las siguientes condiciones: Velocidad nominal de desplazamiento de la máquina: 6.4 km./hr. Ancho de superposición de compactación: 15.2 cm. Los valores en la tabla dan valores de producción representativas para tres condiciones frecuentes en construcción: zanjas, carreteras y áreas abiertas (mayores a 15 m.) Notas sobre la productividad: Para trabajos relativamente estrechos, especialmente trabajos de construcción de carreteras, es importante entender que algunos anchos de construcción serán más productivos que otros para un compactador determinado. Un ancho productivo utilizará el máximo de cada pasada necesaria para cubrir el ancho total del trabajo. Los cálculos de producción deben ajustarse aún más si la longitud de los ciclos de compactación es menor que 75 m.. Consulte la tabla de Eficiencia de la velocidad de desplazamiento (ETS), para determinar el factor de eficiencia ETS. Por ejemplo, un compactador desplazándose a 6.4 km./hr. y trabajando ciclos de 45.7 m. de longitud tiene un factor ETS de 0.91. Por lo tanto, multiplique Q(real) por ETS. 2) Compactadores vibratorios – Dos tambores y Combi EQUIPOS CATERPILLAR La tabla en esta sección da los cálculos de producción suponiendo las siguientes condiciones: 1. Espesor de la capa compactada 2. Velocidad máxima de propulsión 3. Pasadas por ancho de la máquina 4. Densidad del material compactado 51 mm. 5.6 km./hr. 2 2,486.0 kg./cm3 5. Superposición del ancho de rodada 6. Sobresale en los extremos 7. Duración de ciclo (2 pasadas) 152 mm. 76 mm. 120 seg. Los valores en la tabla dan valores de producción representativos para anchos de construcción comunes. Si el ancho real está entre dos de los valores supuestos, use el valor más alto para calcular la producción. Pueden hacerse normalmente pequeños ajustes en el método de trabajo para obtener está producción superior: se puede reducir la superposición o la distancia que sobresale en los extremos, se puede aumentar la velocidad o aumentar la duración del ciclo. EQUIPOS CATERPILLAR MODELO Q(real) = Q(supuesto) x Fs x Ft x Fp = productividad ajustada = productividad de la tabla basada en las condiciones supuestas = ajuste por la velocidad de la máquina = ajuste por el espesor de la capa = ajuste por el número de pasadas 1.8 m 2.4 m 3.0 m 3.7 m 4.3 m 4.9 m CB-214D CB-224D y CB-225D CB-334D y CB-335D CB-434C CB-534C Toneladas/hr. 138.4 184.5 179.4 176.1 173.9 198.7 193.7 Toneladas/hr. 193.7 184.5 230.6 215.3 205.5 234.8 223.5 Toneladas/hr. 193.7 184.5 230.6 215.3 251.1 234.8 264.2 Toneladas/hr. Toneladas/hr. 193.7 193.7 258.3 258.3 230.6 322.9 276.8 276.8 251.1 322.9 287.0 287.0 Toneladas/hr. 322.9 258.3 322.9 387.5 322.9 369.0 5.5 m 264.2 322.9 415.1 Q(real) = Q(supuesto) x Fs x Ft x Fp Los factores de ajuste se determinan comparando las condiciones “reales” y las condiciones “supuestas”: Velocidad real Fs = ------------------------Velocidad supuesta Donde: Q(real) = productividad ajustada Q(supuesto) = productividad de la tabla basada en las condiciones supuestas Fs = ajuste por la velocidad de la máquina Ft = ajuste por el espesor de la capa Fp = ajuste por el número de pasadas Los factores de ajuste se determinan comparando las condiciones “reales” y las condiciones “supuestas”: Espesor real Ft = ------------------------Espesor supuesto Velocidad real Fs = ------------------------Velocidad supuesta Pasadas reales Fp = -----------------------Pasadas supuestas Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) ANCHO DE PAVIMENTACION CB-634C Cómo ajustar el cálculo de producción Si las condiciones supuestas en la página anterior no se acercan a las condiciones reales, debe corregirse el cálculo de producción. Puede ajustarse el cálculo de producción de la tabla para tener en cuenta las condiciones “reales” aplicando factores de ajuste: Donde: Q(real) Q(supuesto) Fs Ft Fp UNIDADES Espesor real Ft = ------------------------Espesor supuesto Pasadas reales Fp = -----------------------Pasadas supuestas Notas sobre productividad: Velocidades más altas resultan normalmente en menor densidad por pasada. La productividad en pendientes ascendentes puede ser menor. Los cálculos de producción de la tabla suponen que se usa una pasada para volver a colocar la máquina en el comienzo del siguiente ciclo. página - 163 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 164 –
  • 83. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali NOTAS Y APUNTES: 3) Compactadores de neumáticos Las tablas en esta sección dan los cálculos de producción suponiendo las siguientes condiciones: CONDICIONES MEZCLA DE ASFALTO CALIENTE TIERRA Y AGREGADOS Espesor de la capa compactada Velocidad máxima de propulsión Pasadas por ancho de la máquina Densidad del material compactado Superposición del ancho de rodada Sobresale en los extremos Duración de ciclo (2 pasadas) 51 mm. 8 km./hr. 4 2,486 kg./cm2 152 mm. 76 mm. 120 seg. ASFALTO RECICLADO FRÍO 152 mm. 8 km./hr. 4 2,085 kg./cm2 152 mm. 76 mm. 120 seg. 203 mm. 4.8 km./hr. 6 2,246 kg/cm2 152 mm. 76 mm. 120 seg. Los valores en la tabla dan valores de producción representativos para anchos de construcción comunes. Si el ancho real está entre dos de los valores supuestos, use el valor más alto para calcular la producción. Pueden hacerse normalmente pequeños ajustes en el método de trabajo para obtener está producción superior: se puede reducir la superposición o la distancia que sobresale en los extremos, se puede aumentar la velocidad o aumentar la duración del ciclo. EQUIPOS CATERPILLAR ANCHO DE PAVIMENTACION Modelo Unidades 1.80 m 2.40 m 3.00 m 3.70 m 4.30 m 4.90 m 5.50 m 195.2 195.2 351.3 260.2 260.2 260.2 325.3 325.3 325.3 270.2 270.2 390.3 315.3 315.3 455.4 275.5 360.3 360.3 310.0 310.0 405.3 490.1 490.1 882.2 653.4 653.4 653.4 816.8 816.8 816.8 678.6 678.6 980.2 791.7 791.7 1,143.5 691.9 904.8 904.8 778.4 778.4 1,017.9 288.0 288.0 534.9 384.0 384.0 384.0 480.0 480.0 480.0 394.1 394.1 576.1 459.8 459.8 672.1 399.4 525.5 525.5 449.3 449.3 591.2 MEZCLA DE ASFALTO CALIENTE PS-150B y PS-200B PF-300B y PS-300B PF-290B y PS-360B Toneladas/hr. Toneladas/hr. Toneladas/hr. TIERRA Y AGREGADOS PS-150B y PS-200B PF-300B y PS-300B PF-290B y PS-360B Toneladas/hr. Toneladas/hr. Toneladas/hr. ASFALTO RECICLADO FRÍO PS-150B y PS-200B Toneladas/hr. PF-300B y PS-300B Toneladas/hr. PF-290B y PS-360B Toneladas/hr. Q(real) = Q(supuesto) x Fs x Ft x Fp Los factores de ajuste se determinan comparando las condiciones “reales” y las condiciones “supuestas”: Velocidad real Fs = ------------------------Velocidad supuesta Espesor real Ft = ------------------------Espesor supuesto Pasadas reales Fp = -----------------------Pasadas supuestas Notas sobre productividad: El peso del lastre y la presión de los neumáticos pueden afectar el rendimiento de un compactador de neumáticos. Consulte la guía de selección de máquina para elegir la mejor configuración. La productividad en pendientes ascendentes y para capas de alto espesor (mayores a 127 mm.) puede verse reducida debido a la necesaria reducción de velocidad. La configuración de 11 neumáticos del PS-150B está diseñada solamente para aplicaciones de sellado. No se recomienda para otras aplicaciones. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 165 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 166 –
  • 84. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Motoniveladoras Definición Máquina muy versátil usada para mover tierra u otro material suelto. Su función principal es nivelar, modelar o dar la pendiente necesaria al material en que trabaja. Se considera como una máquina de terminación superficial. Su versatilidad esta dada por los diferentes movimientos de la hoja, como por la serie de accesorios que puede tener. Puede imitar todo los tipos de tractores, pero su diferencia radica en que la motoniveladora es más frágil, ya que no es capaz de aplicar la potencia de movimiento ni la de corte del tractor. Debido a esto es más utilizada en tareas de acabado o trabajos de precisión. Las motoniveladoras pueden ser arrastradas o automotrices, siendo esta última la más utilizada y se denomina motoniveladora (“motograder”). Operaciones Excavar o Corte Peinado de Taludes. Cargar Construcción de Cunetas. Acarreo Extendido del Material. Descarga o Extendido Mezclado del Material In situ Retorno Escarificado Nivelación y Excavación Pequeña. Esquema Son equipos conformados por una cabina, un sistema de traslación por neumáticos, una hoja de empuje de variada posición según el modelo, tope en caso empuje. Es un equipo que presenta las siguientes características: aplicada en excavaciones (afinar corte) en terrenos blandos y semiduros, su capacidad está dada por la capacidad de corte y arrastre, lo mejor es realizar la operación de corte de arriba hacia abajo. Partes Motoniveladora Aplicaciones Nivelar Esparcir el material descargado por los camiones y posterior nivelación Conformar Refino de explanadas Mezclar material. Excavación, reperfilado y conservación de las cunetas en la tierra Perfilado taludes Mantener vías de tierra ó grava Tipos Las Motoniveladoras se clasifican de la siguiente manera: - Según su peso y potencia Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 167 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 168 –
  • 85. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali La potencia puede variar de los 115 a los 225 HP, con velocidad de hasta 45 km/hr. Las motoniveladoras van equipadas con hasta 8 velocidades hacia delante y 6 detrás, con el fin de que sea el maquinista el que para cada trabajo elija la más idónea. Consiguen unos 40 km/hr y unos 25 km/hr atrás. APLICACIONES La amplia línea de marcas y modelos permite que el usuario seleccione la motoniveladora que mejor se adapte a la aplicación de interés. A continuación damos un resumen de las aplicaciones típicas de las motoniveladoras. Nivelación de acabado Esta aplicación consiste en preparar la superficie de una carretera o de un sitio de trabajo para poder pavimentarlo posteriormente o realizar alguna otra actividad de construcción. Generalmente, el material que se tiene que mover es un material de base, duro y seco, y se trabaja sobre un suelo sólido en buenas condiciones. La nivelación de acabado es la aplicación de motoniveladora que requiere el mayor grado de precisión. Por lo tanto, se realiza a bajas velocidades —normalmente a menos de 5 km/hr (3 mph)— en primera o en segunda. Para asegurar que se obtiene una superficie lisa y con acabado uniforme se mantiene generalmente la misma velocidad en una pasada. La longitud de la pasada en estas aplicaciones se suele mantener por debajo de 650 metros (2000 pies) para construcción de carreteras y de 160 metros (500 pies) para desarrollo de solares. La nivelación de acabado es una aplicación realizada por contratistas en las industrias de construcción pesada y construcción de edificios. - Según el número de ruedas De seis ruedas ó tres ejes De cuatro ruedas ó dos ejes en modelos pequeños. Actualmente existen modelos más grandes de cuatro ejes. Transporte La Motoniveladora se transporta por medio del Low Boy en caso de no poder transportarse sola, si la obra se encuentra cerca puede transportarse sola. Mantenimiento Los equipos a Ruedas deben llevar Horómetro y Odómetro. Necesita mantenimiento preventivo, predictivo y correctivo. Se debe requerir lista de proveedores dentro de la cuidad, estado, país y países vecinos y en ultimo caso Europeos, Asiáticos, Americanos. Para realizar el mantenimiento el motor debe estar parado. Inspección visual Ralenty (Calentamiento del motor progresivamente) Engrasar piezas requeridas Cambio de combustible Las cargas de la hoja varían dependiendo de la actividad. Al preparar la plataforma se realiza trabajo pesado con la hoja y nivelación de acabado. La longitud de cada pasada se mantiene en la gama de 30300 metros (100-1000 pies). Medio Ambiente Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) Frecuentemente, la hoja está completamente cargada ya que en muchos casos la meta principal es el movimiento de material. La longitud de cada pasada en esta aplicación varía, pero suele mantenerse por debajo de 600 metros (2000 pies). A diferencia de la nivelación de acabado, la velocidad de la máquina depende de la carga que se tiene que mover. Las velocidades típicas de operación están entre 0 y 10 km/hr (0 y 6 mph). Por lo tanto, se usan frecuentemente las velocidades segunda, tercera y cuarta en estas aplicaciones. Este tipo de aplicaciones suele realizarse por contratistas de construcción pesada, obras públicas, aplicaciones industriales y forestales. Preparación de plataformas y desplantes Esta aplicación consiste en cortar, mover y mezclar el material necesario para preparar, ya sea una plataforma o el desplante de obras residenciales, comerciales o industrial para su construcción. En esta aplicación uno se encuentra una gran variedad de materiales. Seguridad Industrial Consumo de Combustible y contaminación del aire. Seguridad industrial en la operación y mantenimiento. Consumo de Combustible y contaminación del aire. Trabajo pesado con la hoja Esta aplicación consiste en cortar, mover y mezclar material, generalmente en las fases iniciales de la preparación de una superficie. De esta forma se mueve una amplia variedad de materiales y la posición de la punta de la hoja varía de acuerdo con el material. Seguridad industrial mantenimiento. Daños a Terceros. Daños a Terceros. en la operación página - 169 – y Las velocidades típicas de la máquina en esta aplicación dependen de las tareas que se realizan: trabajo pesado con la hoja o nivelación de acabado. La mayoría de las actividades de preparación de solares las realizan los contratistas de construcción de edificios. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 170 –
  • 86. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Mantenimiento de carreteras Esta aplicación consiste en modificar una carretera de tierra o grava para mantener el peralte o el abovedado, o para restablecer la propia superficie. Incluye generalmente carreteras secundarias conservadas por instituciones gubernamentales como condados o pueblos. Los materiales que se mueven es esta aplicación varían desde bases de tierra extremadamente duras hasta superficies de grava húmeda. La carga típica de la hoja es intermedia entre la de nivelación de acabado y la de trabajos pesados con la hoja. La longitud de cada pasada suele ser mayor de 600 metros (2000 pies) y a veces llega a varios kilómetros. 600 metros (2000 pies). La meta principal en esta aplicación es obtener una superficie bien nivelada en la pendiente por lo que se debe evitar el cambiar frecuentemente de velocidad. La gama normal de velocidades es de 0-6 km/hr (0-4 mph) correspondiendo a primera, segunda o tercera. La velocidad nominal depende mucho del tipo de material que hay que mover y de la pendiente de la superficie. La mayoría de las tareas en pendientes se realizan en las industrias de construcción pesada y de trabajos públicos. La gama general de velocidades para esta aplicación es de 5 a 16 km/h (3 a 10 mph), correspondientes a las marchas segunda (tierra pesada) a quinta (grava suave). Al igual que en la nivelación de acabado, la precisión de la superficie nivelada es la principal preocupación en esta aplicación. Por lo tanto, hay que evitar siempre que sea posible el hacer cambios de velocidad. Debe seleccionarse una marcha y mantenerla a menos que haya un cambio importante en el material que se está moviendo. La mayoría de las actividades de mantenimiento de carreteras las realiza la industria de proyectos de obras públicas. Mantenimiento de caminos de acarreo Esta aplicación de las motoniveladoras consiste en modificar los caminos de acarreo en sitios de trabajos mineros, de construcción y forestales, generalmente para mantener la superficie de los caminos suaves y uniformes. El tipo de material que hay que mover durante el mantenimiento de los caminos de acarreo varía dependiendo de la aplicación. Normalmente, la hoja se llena hasta un tercio o hasta la mitad de su capacidad. En algunos caminos de material blando por los que circulan camiones y equipo de acarreo de gran tamaño pueden necesitar cargas pesadas con la hoja para poder conformar la superficie del camino. La longitud de las pasadas varía también según la aplicación pero puede llegar hasta varios kilómetros en aplicaciones forestales remotas o en grandes explotaciones mineras. La gama general de velocidades en estos trabajos de mantenimiento de caminos depende mucho del material que se está moviendo y de la pendiente del camino. Muchas explotaciones mineras se encuentran en zonas montañosas y requieren caminos de acarreo con pendientes pronunciadas. En general, el mantenimiento de los caminos se hace a velocidades similares a las necesarias para el mantenimiento normal de carreteras (5 a 16 km/hr o 3 a 10 mph). La meta de estas aplicaciones de la motoniveladora es obtener una superficie de desplazamiento que permita el movimiento seguro y eficiente de la maquinaria. Es deseable conseguir pendientes y peraltes perfectos en los caminos pero no es tan crucial como en los trabajos de nivelación de acabado con la hoja. La mayoría de las actividades de mantenimiento de caminos de acarreo se hacen en las industrias minera, de construcción pesada y forestal. Trabajos en pendientes laterales y pendientes de banco Esta aplicación consiste en preparar pendientes laterales o pendientes de banco a lo largo de las carreteras colocando la vertedera sobre una superficie inclinada. Usando una motoniveladora se pueden cortar pendientes con un ángulo de hasta 2:1. Con frecuencia, la motoniveladora opera en la superficie horizontal adyacente a la pendiente y la vertedera se extiende hacia afuera hacia la superficie inclinada. En esta aplicación, se encuentran generalmente suelos finos. Las cargas de la hoja no suelen exceder la mitad de la capacidad de la hoja y la longitud de las pasadas raramente supera Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 171 – Construcción/Limpieza de zanjas Esta aplicación consiste en cortar zanjas en “V” o de fondo plano para tareas de drenaje y reconstruirlas cuando sea necesario. Las zanjas deben limpiarse y reformarse con frecuencia debido a exceso de lluvias o a la calidad del material. Al construir zanjas se encuentran materiales con una gama muy amplia de densidades. Las cargas de la hoja varían por lo tanto desde la mitad de la capacidad de la hoja hasta la capacidad máxima. La longitud de las pasadas no suele exceder de 600 metros (2000 pies). El objetivo principal es mover el material de forma que se obtenga una zanja con la pendiente deseada. A veces hay que cortar y mover material de alta densidad. Por lo tanto, la gama de velocidades es muy variable. La mayoría del trabajo de construcción de zanjas se hace en primera, segunda o tercera, con velocidades de desplazamiento de hasta 8 km/hr (5 mph). La limpieza de zanjas suele requerir el movimiento con la hoja de material húmedo que se encuentra debajo de una capa de césped. En las tareas de limpieza de zanjas, las cargas de la hoja suelen ser inferiores a la mitad de la capacidad total y la longitud de las pasadas es similar a la de las pasadas durante la construcción de las zanjas. En general, la velocidad de desplazamiento es similar a la velocidad durante la construcción de zanjas pero con menos carga en la hoja. Las tareas de construcción y limpieza de zanjas son normalmente realizadas por las industrias de construcción pesada y de trabajos públicos. Desgarrar/Escarificar Esta aplicación consiste en el acondicionamiento de suelos duros y desiguales antes de pasar con la hoja. Los vástagos del desgarrador y/o escarificador se introducen en la tierra rompiendo el suelo duro. También se pueden aflojar materiales duros como asfalto, para evitar causar daños a la vertedera durante el trabajo de nivelación. Los desgarradores y escarificadores pueden usarse también para mezclar áridos. Los materiales que se desgarran suelen ser duros y secos. Los desgarradores suelen penetrar de 15 a 30 cm (6-12 pulgadas) en el suelo mientras que los escarificadores suelen penetrar hasta una profundidad de 2,5 a 20 cm (1-8 pulgadas). La longitud de las pasadas suele ser inferior a 600 metros (2000 pies) en ambas actividades. Como el material que hay que desgarrar suele ser duro, la velocidad máxima en esta aplicación es de 6,5 km/hr (4 mph) (en primera o segunda). Cuando se utiliza el desgarrador/escarificador para mezclar áridos, la gama de velocidades es de 6 a 20 km/hr (4-12 mph) (de tercera a sexta). La mayoría de las actividades con el desgarrador/escarificador se hacen en las industrias de construcción pesada y de trabajos públicos. Limpieza de nieve Las tareas de limpieza de nieve consisten en cortar y remover la nieve o el hielo de la carretera. Además de la vertedera normal de la motoniveladora, se pueden usar otros accesorios como un ala para nieve, una hoja en V, una hoja para nieve de una dirección o una hoja reversible, para quitar la nieve. La vertedera es el accesorio que se usa con más frecuencia para quitar la nieve. Se usa en zonas en las que la altura de la nieve es baja, el terreno es relativamente plano y no hay demasiada acumulación de Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 172 –
  • 87. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali nieve causada por el viento. Un ala para nieve es una vertedera que se conecta en el lado derecho de la máquina. La curvatura del ala levanta la nieve y la envía hacia el lado alejándola de la superficie que ya se ha limpiado. El ala para nieve se suele usar junto con la vertedera normal con la idea de que la vertedera corta el material y se lo pasa al ala para nieve para arrojarlo hacia el lado de la carretera. Las hojas en V se montan delante de la motoniveladora y están diseñados para que puedan excavar y levantar la nieve acumulada. La gama típica de velocidades para limpieza de nieve es de 10 a 30 km/h (6-18 mph), correspondiendo a una gama de velocidades de la transmisión de tercera a séptima. Cuando hay que excavar y mover la nieve, las velocidades suelen ser más bajas que para quitar la nieve simplemente. La velocidad típica en estos casos suele ser de 8 a 19 Km./hr (5-12 mph) (segunda a cuarta). La mayoría de las tareas de limpieza y movimiento de nieve se hace en las industrias de obras públicas, minería y forestal. PRODUCCION Las motoniveladoras se usan en una amplia gama de aplicaciones en una variedad de industrias. Por lo tanto, hay muchas formas de medir su capacidad de operación, o producción. Un método expresa la producción de la motoniveladora en función del área cubierta por la vertedera. Fórmula: Nota: Los ángulos se miden tal como se muestra en la ilustración. La longitud efectiva se reduce a medida que el ángulo aumenta. A = S x (Le - Lo) x 1000 x E (para sistema métrico) A = S x (Le - Lo) x 5280 x E (para sistema inglés) Donde: A: Área de operación horaria (m2/h o pie2/h) S: Velocidad de operación (km/hr o mph) Le: Longitud efectiva de la hoja (m o pies) Lo: Ancho de superposición (m o pies) E: Eficiencia del trabajo Ancho de superposición: El ancho de superposición es generalmente 0.6 m. Esta superposición es para mantener los neumáticos fuera de los camellones en la pasada de retorno. Velocidades de operación: Velocidades de operación típicas por aplicación: Nivelación de acabado: . . . . . Trabajo pesado con la hoja: . . . Reparación de zanjas: . . . . . . Desgarramiento: . . . . . . . . . . Mantenimiento de carreteras: . . Mantenimiento de caminos de acarreo: . . Movimiento de nieve: . . . . . Limpieza de nieve: . . . . . Eficiencia del trabajo: La eficiencia del trabajo varía según las condiciones del trabajo, la habilidad del operador, etc. 0-4 km/hr (0-2.5 mph) 0-9 km/hr (0-6.0 mph) 0-5 km/hr (0-3.0 mph) 0-5 km/hr (0-3.0 mph) 5-16 km/hr (3-9.5 mph) 5-16 km/hr (3-9.5 mph) 7-21 km/hr (4-13.0 mph) 15-28 km/hr (9-17.0 mph) Una buena estimación de la eficiencia del trabajo es aproximadamente de 0.70 a 0.85, pero habrá que tener en cuenta las condiciones reales de operación para determinar el valor más apropiado. Longitud efectiva de la hoja: Como la vertedera está normalmente formando un ángulo cuando se está moviendo material, debe calcularse la longitud efectiva de la hoja teniendo en cuenta este ángulo. El resultado es el ancho real de material barrido por la vertedera. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 173 – TIRO CON LA HOJA Esta especificación se conoce también como tiro con la barra de tiro. Esta especificación puede calcularse como sigue: Wr x T = Tiro con la hoja Variables: Peso trasero de la máquina Coeficiente de tracción de los neumáticos = Wr = T (Sección 29, Vea la tabla titulada “Coeficientes aproximados de los factores de tracción”) Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 174 –
  • 88. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali PRESION HACIA ABAJO CON LA HOJA Esta especificación puede calcularse como sigue: [WB/(WB–BA)] x FW = BD Variables: Distancia de la hoja al eje delantero Distancia entre ejes Peso sobre las ruedas delanteras Presión hacia abajo con la hoja = = = = 4. Cuando se realiza el rastreo de caminos, la parte superior de la hoja se inclina hacia delante hasta lograr una inclinación con la parte inferior de la misma, lo que facilita el trabajo de rastreo o raspado de la superficie del camino. BA WB FW BD 5. Cuidar mucho la inclinación de las ruedas delanteras. La posición de éstas es básica, ya que en casi todas sus aplicaciones las motoniveladoras soportan una fuerza lateral que tiende a desviar su parte delantera hacia el lado opuesto donde se va colocando el material. Para contrarrestar ésta fuerza, los fabricantes ha logrado que las ruedas delanteras puedan inclinarse con respecto a su eje vertical, en la misma dirección en que se desliza o escurre el material sobre la hoja. Esta especificación es solamente un pequeño indicador de la productividad de una motoniveladora. Por sí sola no da una medida de la productividad total de la máquina. Cuando se considera la producción de una motoniveladora, se necesita un equilibrio óptimo entre el peso de la parte delantera y el peso de la parte trasera de la máquina. Si una máquina tiene demasiado peso sobre el eje delantero, puede tener un valor alto de presión sobre el suelo con la hoja pero le puede faltar el peso sobre el eje trasero y la tracción necesaria para empujar la carga. Si tiene demasiado peso en la parte trasera, no tendrá suficiente peso sobre el eje delantero durante cortes profundos para mantener el control necesario de la dirección. 6. Otra característica que se debe de tomar en cuenta, además de la utilización adecuada de la hoja, es tener mucho cuidado cuando la máquina realice el regreso de una pasada, justifique la maniobra empleada, siempre y cuando la realice en un tramo no menor de 300 m, pues en distancias menores se recomienda utilizar la reversa. 7. Quizás una de las recomendaciones más importante para la correcta utilización de esta máquina, es la referente a la operación, ya que en este rubro es prioritario utilizar un buen operador, debido a que la motoniveladora es una de las máquinas más difíciles de operar entre las que se utilizan en las obras de ingeniería, debido al terminado de los trabajos que realiza entre los que enumeramos a las bases y carpetas asfálticas. Recomendaciones para la mejor utilización de la motoniveladora CIRCULO 1. Tener mucho cuidado en el ajuste de la hoja vertedora a las condiciones de trabajo, ya que es de suma importancia para que los trabajos que realice, los lleve a cabo en óptimas condiciones. HOJA VERTEDORA 2. De acuerdo al diseño cóncavo de la hoja, su posición frontal más efectiva para cortar o revolver es cuando los filos o aristas de ella quedan en un mismo plano vertical. 3. La posición o inclinación de la hoja vertedora con respecto al eje longitudinal de la máquina es muy importante, ya que es la razón por la cual el material corre libremente hacia un extremo de la hoja. Para realizar el trabajo de rastreo, el ángulo que se recomienda debe estar entre 60° y 70°. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 175 – Rendimiento Es la producción de la máquina por unidad de tiempo, considerando las condiciones reales del trabajo. El rendimiento de una motoniveladora es inversamente proporcional al número de pasadas efectuadas a un mismo material con el fin de lograr el objetivo final de ese trabajo. Para la determinación de un rendimiento, no es confiable tomar una experiencia dada o de manuales especializados proporcionados por los fabricantes, sin aplicar con criterio un coeficiente adecuado que tome en cuenta todas las condiciones reales de la obra. Por lo que se considera que el rendimiento más exacto es aquél que se determina por medio de la observación directa en el campo. Entre los métodos teóricos existentes para conocer la producción o rendimiento de una motoniveladora, utilizaremos aquél que calcula indirectamente, determinando el tiempo empleado para realizar un trabajo, utilizando la siguiente fórmula: Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 176 –
  • 89. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Ttotal = N*L + N*L + N*L + ..... E*V2 E*V3 E* V 1 UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Donde: T = Tiempo total de operación en horas N = Número de pasadas (lo cual se determina en función del tipo de trabajo) L = Longitud recorrida en cada pasada en Km. E = Eficiencia de la máquina (varía de acuerdo a las condiciones de trabajo) VI, V2, V3 = Velocidades para cada pasada en Km./hr. Velocidades de trabajo En la tabla siguiente se indican las velocidades en la transmisión, recomendables para diferentes tipos de trabajo. Velocidades recomendadas para diferentes trabajos Cat 12 G Motoniveladoras Cat 120 B Cat 16 G John Deere 772 A Desplz. km/hr 4.4 - 6.9 4.4 - 6.9 Desplz. km/hr 3.8 - 5.4 3.8 - 5.4 Desplaz. km/hr 3.7 - 5.3 3.7 - 5.3 3.7 - 5.3 Tipo de Trabajo Velocidad 1. Desmonte 2. Desyerbes 3. Construcción de cunetas y terraplenes 1ra. – 2da. 1ra. – 2da. Desplaz. km/hr 3.7 – 6.0 3.7 – 6.0 1ra. – 2da. 3.7 – 6.0 4.4 - 6.9 3.8 - 5.4 4. Mezcla de materiales 5. Extendido y nivelación de materiales 6. Conservación de caminos 7. Escarificación 8. Afine de taludes 2da. – 3ra. 6.0 – 9.5 6.9 - 10.4 5.4 - 7.3 5.3 - 8.9 2da. – 4ta. 6.0 – 15.6 6.9 - 16.3 5.4- 10.5 5.3 - 10.8 3ra. – 5ta. 9.5 – 25.0 10.4 - 23.8 7.3 - 15.9 8.9 - 14.2 1ra. – 3ra. 3.7 – 9.5 4.4 - 10.4 3.8 - 7.3 3.7 - 8.9 1ra. 3.7 4.1 3.8 3.7 En la siguiente tabla se dan los valores de la eficiencia en función del coeficiente de utilización de la máquina. Factores de eficiencia "E" ORGANIZACIÓN DE LA OBRA Excelente Buena Regular Mala CONDICIONES DEL TRABAJO 0.83 0.75 0.83 0.75 0.83 0.75 0.83 0.75 Excelentes 0.70 0.63 0.67 0.61 0.63 0.57 0.58 0.52 Buenas 0.65 0.58 0.62 0.56 0.59 0.53 0.54 0.49 Regulares 0.60 0.54 0.57 0.52 0.54 0.49 0.50 0.45 Malas 0.52 0.47 0.51 0.49 0.47 0.43 0.43 0.39 Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 177 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 178 –
  • 90. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali NOTAS Y APUNTES: Otros Equipos Tuneladora En la construcción de los túneles de las nuevas líneas del Metro de Madrid se están empleando modernas tuneladoras. Estas máquinas no solo perforan el terreno para hacer el túnel, sino que además colocan las dovelas (revestimiento de hormigón) dejando totalmente terminado el túnel. La tuneladora es una máquina de última generación gracias a la cual es posible la construcción de túneles con una gran seguridad. Es una máquina tecnológicamente muy completa, gracias a la cual es posible un avance realmente sorprendente. A la vez que va excavando, va cimbrando y colando el concreto hidráulico en el nuevo túnel de forma mecánica, por lo que el acabado es casi completo según la máquina va avanzando. Según la máquina va excavando, unas cintas transportadoras se encargan de llevar el material extraído a la parte posterior, donde se carga en vagonetas, las cuales tiradas por locomotoras especiales van sacando el material a la superficie a través del nuevo túnel ya realizado. FIGURA 12-2: Tuneladora En los siguientes enlaces, pertenecientes a la web del Gobierno Regional de la Comunidad de Madrid, (España), se explican con detalle las características técnicas de este tipo de máquinas y el proceso constructivo de los túneles del Metro de Madrid empleando dicha técnica. 1- ESQUEMA Y DIBUJOS EXPLICATIVOS DE LA TUNELADORA: http://www.madrid.org/metro/tuneladora/tuneladora.html 2- GALERIA DE IMAGENES DETALLADAS DE LAS OBRAS Y CARACTERISTICAS TECNICAS DE LAS DIVERSAS TUNELADORAS EN FUNCIONAMIENTO: http://www.madrid.org/metro/tuneladora/indice_tuneladoras.htm Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 179 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 180 –
  • 91. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Fresadora un tipo de pavimento antideslizante en tales circunstancias. La fresadora permite la remoción, y en muchos casos su recuperación, de pavimentos de hidráulicos o asfálticos y eventualmente el cepillado de ambos, por lo que según el tipo de trabajo a realizar deberá escogerse la fresadora adecuada. Maquinas para Trabajos en Roca En estas imágenes pueden verse dos modelos de máquinas empleadas comúnmente en trabajos de perforación en la roca mediante el proceso de taladro. Su empleo es imprescindible para la instalación de barrenos de dinamita en la explotación de canteras y durante la construcción de carreteras, líneas férreas, etc.., así como en galerías subterráneas durante la construcción de túneles o trabajos de minería. FIGURA: Fresadora Camión auto bomba para el colado de concreto hidráulico en estructuras a cualquier altura. Asfaltadora o Extendedora de Aglomerado Es una máquina dotada con una gran capacidad de precisión. Tiene una exactitud milimétrica siendo capaz de realizar peraltes y dar la inclinación a las pendientes con una exactitud milimétrica. De su perfecta utilización depende el buen estado e inclinación del pavimento en curvas, etc. En la imagen la podemos ver trabajando. En el extremo delantero (derecha) puede verse el depósito o tolva de almacenamiento del aglomerado. Los camiones van vaciando su carga en esta tolva conforme la máquina avanza lentamente en este sentido. Por su extremo posterior va extendiendo el aglomerado de forma uniforme, sirviéndose de unas guías o cordones laterales que previamente se han ido instalando en todo el extremo lateral de la zona a asfaltar con el fin de que el sensor de la máquina (varilla lateral que sobresale hacia la cuneta) pueda interpretar el grueso de la capa asfáltica en cada extremo y en cada lugar concreto. Pavimentadora Maquinaria dedicada a pavimentados especiales de suelo-cemento, empleados en pistas aeroportuarias y otros lugares donde se hace necesaria una gran perfección del firme. También en carreteras y autopistas a su paso por puertos de montaña y zonas con abundancia de hielo y otros factores adversos, en donde es aconsejable emplear Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 181 – Camión empleado para la elevación del hormigón desde la planta de calle a cota +0.00 hasta alturas muy elevadas superiores a +30.00 m. mediante un brazo elevador o grúa que sube el hormigón mediante un grupo de bombeo hasta la altura deseada. El camión bombona (hormigonera) va vertiendo el hormigón en la tolva posterior del camión auto-bomba y este a su vez lo eleva por una conducción (tuvo de goma) hasta el lugar donde es preciso su extendido. Este tipo de camión auto bomba es la solución mas rápida y eficaz para el colado de forjados de edificios o similares sea cual sea su altura, pues el brazo grúa puede elevarse a mas de 30 metros alcanzando cotas sorprendentes. Planta de elaboración de agregados pétreos Seleccionados empleados en la construcción para la realización de cementos y hormigones, así como materiales utilizados en el compactado, explanación, realización de taludes, balasto para el montaje de vías de ferrocarril. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 182 –
  • 92. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Transportes especiales por carretera de grandes equipos y maquinas Zanjadoras Se trata de conjuntos especiales de gran capacidad dotados de grandes góndolas y potentes cabezas tractoras y de empujes capaces de desplazar la carga. Este tipo de transporte se realiza con sumo cuidado dado el gran peso y volumen de la carga, requiriendo góndolas de gran resistencia y con frecuencia diseñadas a medida. Los distintos fabricantes de zanjadoras combinan diseño y tecnología innovadora, sea cual sea la necesidad de zanjado, existe una amplia gama de diseños dispuestos en el mercado para satisfacer diversas necesidades, estas se clasifican en tres grandes grupos según la profundidad y ancho de excavación, de acuerdo a lo anterior se tienen zanjadoras grandes, medianas y compactas. Las góndolas a veces poseen un equipo propio de frenado independiente de las cabezas tractoras y la velocidad media de transporte a penas suele superar los 20 km/hora, requiriendo además restringir e incluso cortar el tráfico rodado de la zona por donde se desplazan. Carro maestranza o de herramientas Aporta como apoyo logístico de la maquinaria y el equipo que requiere reparación. A veces se han dado casos de que el peso del equipo transportado excede la capacidad de carga de muchos modernos puentes dotados de grandes luces entre pilares (como los existentes en las modernas autopistas y autovías), no siendo posible el paso del convoy por los mismos. Para solventar el problema el convoy ha debido de utilizar otros puentes de construcción anterior que por su diseño (luces menores y arcos entre columnas) si soportan este tipo de sobrecargas, requiriendo realizar grandes rodeos, transitar por carreteras con curvas, excesivas pendientes, etc. Todo ello convierte a este tipo de desplazamientos en una verdadera aventura propia de grandes profesionales del transporte y la ingeniería. Camión cisterna de combustible Apoyo logístico para el abastecimiento de combustible para la maquinaria que se encuentra en operación en distintos frentes de trabajo. Tracto camión-cama baja (low boy) Son grandes equipos que tienen la función de transportar grandes distancias a las maquinarias que por sus características no pueden hacerlo. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 183 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 184 –
  • 93. UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali UNIVERISDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA Facultad de Ingeniería, Campus Mexicali Camiones canasta y brazos hiab Son equipos livianos cuya finalidad es la realizar instalaciones de cables, pintados, limpieza, todo lo que requiere una ayuda en altura. Es un equipo que presenta las siguientes características: Se lo traslada en forma propia Aplicada en obras que requieren altura Pueden ser elevables o telescópicos NOTAS Y APUNTES: Camión mezclador de concreto Consiste en un camión equipado con un mezclador o revolvedora de concreto. Debido a esta disposición le es posible transportar concreto hidráulico al mismo tiempo que procede a su mezclado. Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 185 – Apuntes de Clase: Maquinaria de Construcción (5185) página - 186 –